Wann können wir in der digitalen Elektronik 0 und 1 sagen?

In digitalen Logikschaltungen sind 1 und 0 Etiketten, keine physischen Dinge. Strom und Spannung sind physikalische Dinge. Für gängige Logikschaltungen wie TTL und seine vielen Ableitungen wird eine Spannung im Bereich von 0 V bis +0,8 V als logische 0 und eine Spannung im Bereich von 2,4 V bis 5 V als logische 1 bezeichnet.

In allgemeinen Diskussionen über elektronische Schaltungen kommt Elektronenfluss selten vor. Schaltungsleistung wird im konventionellen Fluss diskutiert - Strom fließt von + nach -, von einer positiveren Spannung zu einer negativeren (oder weniger positiven) Spannung.

Ihr Diagramm ist in Ordnung, um zu zeigen, woher und wohin sich Energie bewegen könnte, aber es ist kein Schema. Ein Schaltplan hat eine Linie (oder Linienstruktur, wie ein Bus) für jeden einzelnen Leiter, die Rückwege für alle Ströme zeigt.

Die gesamte Logik basiert auf Annahmen der analogen Parameter. Sie versuchen, die Logik eines AC-Beleuchtungskreises auf DC-Logik zurückzuführen. Also, was sind Ihre Annahmen?

• Die Eingangsspannung ist innerhalb akzeptierter Toleranzen nominal.
• Die Last ist nominell und funktionsfähig
• Sie wissen, dass der gekoppelte Schalter ein ODER-Gatter mit 2 Schaltern zu sein scheint
• Sie sind davon ausgegangen, dass der Schalter an dieselbe Vac-Quelle und dieselbe AC-Glühbirnenlast angeschlossen ist und die Last daher den gleichen Strom zieht, der erwartet wird, wenn einer oder beide Schalter eingeschaltet sind.
• Sie wissen, dass die Glühbirne resistiv ist und es thermische Auswirkungen auf den Widerstand gibt, aber sie zieht Strom entsprechend ihrer Nennleistung.
• Sie wissen, dass der Strom mit Vac in Phase ist, da es sich um eine ohmsche Last handelt, sodass beide Polaritäten synchron sind.

Dies sind alles analoge Parameter, der einzige digitale Parameter ist, wenn diese Annahmen wahr sind und keine fehlerhafte Glühbirne oder Verkabelung vorliegt, dann EIN = 1 und AUS = 0

Dasselbe gilt für die DC-Logik mit einigen Seiten mit analogen Parametern.

• TTL-Logik = 1, wenn der Eingang aufgrund interner Vorspannung erdfrei ist, aber ein Pullup von 10 K wird für die Störfestigkeit von einem langen Kabel empfohlen, wenn es daran angeschlossen ist.
• Die CMOS-Logik ist ladespannungsgesteuert und zieht weit weniger als 1 uA, und daher könnte der Eingang jeden schwebenden Zustand haben, sodass eine Treiberlast oder ein Widerstand seinen Eingangsspannungspegel und damit seinen logischen Zustand definieren muss.

In beiden Fällen bezeichnen wir den mittleren Bereich als illegal, was bedeutet, dass, wenn die Spannung nicht zwischen den niedrigen und hohen Eingangspegeln liegt, die Vil(max)- und Vih(min)-Pegel genannt werden, es nicht garantiert ist, dass es sich um einen gültigen logischen Pegel handelt, da das Rauschen ihn unzuverlässig machen könnte Genauso, als ob ein loser Draht an der Wechselstromlampe einen übermäßigen Widerstand verursacht, heiß wird und die Spannung abfällt, wenn sie die Nennspannung V haben sollte. Beides wäre ein Fehlerzustand. Die Übergangszeit zwischen den Ebenen ist jedoch gut definiert.

• Sie wissen, dass Strom aus einer positiven Gleichspannung nach herkömmlicher Weisheit heraus oder abfließt, was tatsächlich dem Fluss von Elektronen entgegengesetzt ist.

Hören Sie also auf, in Logikdiagrammen über Elektronen nachzudenken.

Die gesamte Logik ist nur ein vordefinierter Satz von Spannungsregeln, die mit bekannten Stromtreiberströmen gegen Vout und somit Rout = Vo/Io garantiert sind, was sich für jede Logikfamilie ändert. aber die Spannungspegel sind kompatibel. Es gibt über 50 verschiedene Logikserien, die, wenn sie mit derselben Versorgung kompatibel sind, die Unterschiede in Energieeffizienz, Geschwindigkeit und Ausgangsimpedanz sein können. Vo/Io (max.)

• So lernen wir immer die analogen Werte, um die Regeln zu verstehen, und diese internen Komparator-ähnlichen Funktionen bestimmen per Design ihren logischen Wert 0 oder 1.

• normalerweise liegt der CMOS-Schwellenwert für einige OEMs bei Vdd/2 +/-25 % über Temperaturextremen, während Schmitt-Trigger-Gatter und -Inverter eine Hysterese haben, um die Störfestigkeit zu verbessern.

• Normalerweise hat die TTL-Logik einschließlich RS232 eine Eingangsspannungsschwelle von 2 Vbe Diodenabfällen = 1,3 V für alle Typen der TTL- und CMOS-74HCT-Familie.

Sobald Sie die Regeln der analogen Logik verstanden haben, ist die Logik leichter zu verstehen.

ps Alle Schaltpläne sind nur Logikdiagramme und sagen nichts über die analogen Eigenschaften oder das Layout oder die Verdrahtung aus, es sei denn, Sie geben dies in den Hinweisen für die Lieferung von Entkopplungskappen und Toleranzen und Teilenummern oder Familienserien an.

Es gibt einen anderen Zustand, in den Sie vielleicht noch nicht eingeführt wurden. Dies wird als hochohmiger Zustand oder Z bezeichnet.

Stellen Sie sich ein Logikgerät vor, das an einen Bus angeschlossen ist. Der Bus kann immer ein logisches High oder logisches Low enthalten. Dies verursacht nun ein Problem, wenn dieses bestimmte Gerät nicht verwendet wird, wie "trennen" Sie es dann vom Bus, da ein logisches Low nicht immer kein Signal bedeutet, sondern tatsächlich das Gegenteil bedeutet.

In diesem Fall verwenden Sie einen sogenannten bidirektionalen Puffer 74LS245. Es hat drei Zustände. Hohe, niedrige und hohe Impedanz.

Wie der Name schon sagt, geht der Spannungsabfall über der hochohmigen Schaltung gegen Null. Dadurch wird dieses bestimmte Logikgerät effektiv "getrennt".

Der Fluss ist immer "konventioneller Fluss" von VCC nach GND. Machen Sie sich keine Sorgen um Elektronen, wenn Sie sich einen Schaltplan ansehen.

VCC ist 1, GND ist 0 und ein nicht verbundener Eingangsstift befindet sich in einem UNDEFINIERTEN ZUSTAND. Weder hoch noch niedrig, weder 1 noch 0. Es ist ein Konstruktionsfehler, einen Eingangspin ohne Treiberquelle zu belassen. Das Verhalten der Schaltung kann sich zufällig ändern, wenn ein Eingang nicht angeschlossen ist.

Ein nicht benötigter Eingang kann mit einem Widerstand auf VCC oder auf GND gezogen werden. Überprüfen Sie das Datenblatt, um zu sehen, ob es Empfehlungen für nicht verwendete Eingänge enthält.

Einige Eingänge können interne Pullups (oder Pulldowns) im IC haben. Wenn ja, kann es in Ordnung sein, keine externe Verbindung zu haben. Aber es lohnt sich, das Datenblatt zu überprüfen, um sicherzugehen.

Der Stromfluss von positiv nach negativ wird als konventioneller Strom bezeichnet . Dies wurde festgelegt (insbesondere von Ben Franklin), bevor die Elektronentheorie verstanden wurde. Diese Notation wird in Schaltplänen und elektronischen Messgeräten verwendet.

Wir wissen jetzt, dass Elektronen von negativer zu positiver Ladung fließen (d. h. Elektronen haben negative Ladung). Wenn wir also über Halbleiter oder Vakuumröhren sprechen (d. h. Elektronentheorie), schalten wir um und sprechen über Elektronenfluss, wobei wir das zugrunde liegende erkennen Physik der Elektrizität.

Nichtsdestotrotz funktioniert die Mathematik bei der Analyse von Schaltkreisen genauso.

In der Logik können wir so gut wie jede Schreibweise verwenden, um „wahr“ oder „falsch“ anzuzeigen. Auch hier legen wir uns der Einfachheit halber meistens auf VDD als „true“ und GND als „false“ fest, aber es ist auch gültig, ein Signal „low-true“ zu nennen und eine umgekehrte Polarität zu haben. Ältere Logikfamilien wie TTL funktionierten tatsächlich besser, wenn Low-True-Definitionen für Signale verwendet wurden. Diese Low-True-Präferenz bleibt in einigen Schnittstellen wie DRAM-Steuerungen bestehen, obwohl die moderne CMOS-Logik sich nicht darum kümmert.

Es ist auch möglich, Logik als das Vorhandensein oder Fehlen von Strom zu definieren, wie in Ihrem Beispiel mit einer Glühbirne. 'Wahr' würde erregt, 'falsch' würde entregt. Es gibt frühe elektromechanische Computer, die auf diese Weise funktionierten und Relais und Schalter für logische Elemente verwendeten.

Big Picture: Logik ist Logik und kann auf viele Arten dargestellt werden: elektronisch, elektrisch oder sogar mechanisch. Solange Sie Zustände haben, um logische Variablen abzubilden, haben Sie eine Möglichkeit, "wahr" und "falsch" darzustellen.

Und ich verstehe den noch wichtigeren Punkt, dass es eine gewisse kulturelle Voreingenommenheit in der Bedeutung von „positiv“ und „negativ“ gibt, und es ist tatsächlich willkürlich.

Ein praktischer Tipp: Wenn Sie nur das eine Ende eines Drahtes (Schiene) sehen und prüfen möchten, ob es MASSE ist, reicht es nicht aus, ein Voltmeter zwischen es und Masse zu schalten, da es in beiden Fällen 0 V anzeigt - MASSE und unverbunden (schwebend).

Sie müssen einen (Pull-up-)Widerstand zwischen Vcc und dem Draht anschließen. Wenn seine Spannung 0 V bleibt, ist es MASSE; wenn die Spannung Vcc wird, ist sie nicht verbunden (schwebend).

Diese Überlegungen gelten auch für die Schaltungen mit hochohmigem Zustand. Wenn Sie ein Voltmeter an den Schaltungsausgang anschließen und es zeigt 0 V an, wissen Sie nicht, ob dies ein 0-Zustand oder ein hochohmiger Zustand ist .

Die gleichen Überlegungen gelten für den sogenannten "Open Collector".