【全栈计划 —— 单片机】——Part_01 单片机数字电路基础+C51基础概念(1)

简介: 【全栈计划 —— 单片机】——Part_01 单片机数字电路基础+C51基础概念(1)

第一话——数字电路


1.1、电平特性


重点是认识高低电平


数字电路中,电平只有两种:高电平和低电平

对于电平这儿,只需要记住一个点:0低1高,也就是,0代表低电平,1代表高电平。比如在开展寻迹的时候,就是通过高低电平来判断当前行走的路径是否在设定路线上


记住上面0低1高就好,剩下的内容了,当做常识过一遍,有个印象就好,倘若确实是遇到它了,心里也不会发怵,心平气和的奖励它们一个谷歌+百度

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常用的逻辑电平还有很多,比如TTL、CMOS、LVTTL、RS-232、RS-485 等。


1.1.1、简述TTL电平和CMOS电平


重点1:知道什么是TTL、什么是CMOS;

重点2:知道什么是逻辑电平


目前应用最广泛的数字电路是TTL电路和CMOS电路:

TTL—Transistor-Transistor Logic 三极管-三极管逻辑

MOS—Metal-Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体晶体管

CMOS—Complementary Metal-Oxide Semiconductor互补型金属氧化物半导体晶体管


1. TTL电路

TTL电路以双极型晶体管(三极管)为开关元件,所以又称双极型集成电路。双极型数字集成电路是利用电子和空穴两种不同极性的载流子进行电传导的器件。

它具有速度高(开关速度快)、驱动能力强等优点,但其功耗较大,集成度相对较低。


2. CMOS电路

CMOS电路是由绝缘场效应晶体管组成,由于只有一种载流子,因而是一种单极型晶体管集成电路。


它的主要优点是输入阻抗高、功耗低、抗干扰能力强且适合大规模集成。

特别是其主导产品CMOS集成电路有着特殊的优点,如静态功耗几乎为零,输出逻辑电平可为VDD或VSS,上升和下降时间处于同数量级等,因而CMOS集成电路产品已成为集成电路的主流之一。


3. 关于TTL电平 和 COMS电平

TTL 电平信号用的最多,这是因为数据表示通常采用二进制,+5V 等价于逻辑1,0V 等价于逻辑0; 这被称为TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统。


CMOS 电平VCC 可达12V,CMOS 电路输出高电平约为0.9VCC,而输出低电平约为0.1VCC。CMOS电路中不使用的输入端不能悬空,否则会造成逻辑混乱。

另外,CMOS 集成电路电源电压可以在较大范围内变化,因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格。


TTL 电路和CMOS 电路的逻辑电平关系如下:

①VOH

逻辑电平1 的输出电压

②VOL

逻辑电平0 的输出电压

③VIH

逻辑电平1 的输入电压

④VIL

逻辑电平0 的输入电压

输出通常称为 VOH 和 VOL(电压输出高/低),输入称为 VIH 和 VIL(电压输入高和低)。

我自己的理解了,O是输出Output的缩写,H是High的缩写。同理,I是Input的缩写,L是Low的缩写。


1.2、进制的认识和转换


浅浅过一下有个印象,见到各种进制以后,知道它们就好


1.2.1、单片机中常见的二进制和十六进制


二进制的特点: 数字电路中只有两种电平特性,即高电平和低电平,这也就决定了数字电路中使用二进制。

十进制数应该都不陌生,“逢十进一,借一当十”是十进制数的特点。二进制了,“逢二进一,借一当二”便是二进制数的特点。


十六进制的特点: 十六进制与二进制大同小异,不同之处就是十六进制是“逢十六进一,借一当十六”。

还有一点特别之处需要注意,十进制的0-15表示成十六进制为0~9、A、B、C、D、E、F,即十进制的数字10 对应十六进制的A,十进制的数字11对应十六进制的B,以此类推。我们一般在十六进制数的最后面加上后缀H,表示该数为十六进制数,如AH、DEH等。这里的字母不区分大小写,在C语言编程时要写成“0xa,0xde”,在数的最前面加上“0x”表示该数为十六进制数。

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进制转换——有个大致的概念就好,实际开发的时候倘若模糊了,可以借助计算器,做过算法的同学了,看到进制转换应该是可以轻松解决的。


十进制和二进制的之间的转换了,我自己常用的的是方式去背32、16、 8、4、2、1,然后凑出来对应的十进制。比如1010,按照四位分别是8421的一一对应,对应的十进制就是10.


常规的进制的之间的转换

①十进制转二进制——除二取余,倒序排列

微信图片_20221018224738.png

② 十进制转二进制——除十六取余,倒序排列

微信图片_20221018224800.png

③ 借助计算器求进制之间的转换。微信图片_20221018224829.png

1.3、二进制的逻辑运算


1.3.1、与运算、或运算、非运算、同或运算、异或运算


① 与运算

与运算是实现两个位都为1时,结果才为1这种逻辑关系的一种运算。C语言中运算符为&,其运算规则如下:0&0=0,0&1=0(1&0=0),1&1=1。

C 语言中&&表示“按位与”运算,意思是变量之间按二进制位数对应关系一一进行与运算。 如(0101 0101)&&(1010 1010)=0000 0000,而上面阐述的&运算只是对单一位进行运算。


② 或运算

或运算是实现有1则1,两个位都为0时,结果才为0这种逻辑关系的一种运算。C语言中运算符为|,其运算规则如下:0|0=0,0|1=1(1|0=1),1|1=1。

C 语言中||表示按位或运算,意思是变量之间按二进制位数对应关系一一进行“或”运算。 如(0101 0101)||(1010 1010)=1111 1111,而上面 讲到的|运算只是对单一位进行运算。


③非运算

非运算是实现求反这种逻辑关系的一种运算。C 语言中运算符为“!”,其运算规则如下:!0=1,!1=0。

C 语言中 ~ 表示按位取反运算。如~0101 0101=1010 1010,而上面讲到的“!”运算只是对单一位进行运算。


④同或运算

同或”与“异或”运算使用的较少,我们在这里只做简单了解,大家用到之处可再查找相关资料。“同或”运算是实现“必须相同,否则就没有”这种逻辑关系的一种运算,其逻辑运算符为“⊙”。其运算规则如下:

0⊙0=1,0⊙1=0(1⊙0=0),1⊙1=1。

在C 语言中没有规定符号。


⑤异或运算

异或运算是实现两个位相同为0,相异为1这种逻辑关系的一种运算,其逻辑运算符为“⊕”。其运算规则如下:0⊕0=0,0⊕1=1(1⊕0=1),1⊕1=0。

在C 语言中有“按位异或”运算“^”。Tips:异或运算在算法也被称为“半加运算”,即不考虑进位的加法


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