Kysymys:
Miksi Digital 0 ei ole 0 V tietokonejärjestelmissä?
Anirudh Ajith
2019-09-11 15:03:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Suoritan tietojärjestelmäsuunnittelukurssin, ja professorini kertoi meille, että digitaalisissa järjestelmissä perinteiset jännitteet, joita käytetään osoittamaan digitaalista 0 ja digitaalista 1, ovat muuttuneet vuosien varrella.

Ilmeisesti jo 80-luvulla 5 V: ta käytettiin 'korkeana' ja 1 V: ta 'matalan' merkitsemiseen. Nykyään 'korkea' on 0,75 V ja 'matala' noin 0,23 V. Hän lisäsi, että lähitulevaisuudessa voimme siirtyä järjestelmään, jossa 0,4 V tarkoittaa korkeaa ja 0,05 V matalaa.

Hän väitti, että nämä arvot pienenevät, jotta voimme vähentää virrankulutustamme.Jos näin on, miksi otamme vaivaa asettaa "matala" positiiviseksi jännitteeksi ollenkaan?Miksi emme vain aseta sitä todelliseen 0 V: n (luulen neutraali voimajohdoista) jännitteeseen?

Mielestäni yksinkertaisin selitys on, että johdoissa / jälkissä / "kytkimissä" (transistoreissa) on loisresistansseja, joten et koskaan saavuta 0 V: tä, joten tarvitset jonkin verran marginaalia.Kun tekniikka paranee, marginaalit voivat kiristyä.
Logiikassa ei ole koskaan ollut * absoluuttisia * yksittäisiä arvoja korkeille ja matalille;TTL: llä on absoluuttinen * alue * ja puhtaalla CMOS: lla tehokiskon määrittelemä alue.
Alaraja ei ole koskaan ollut 1v, kassalle Andyn vastaus, jonka mukaan se on 0,4 tai 0,8 V, riippuen siitä, lähetätkö vai vastaanotatko (puhu tarkasti, kuuntele anteeksi)
Lainaamasi jännite on loogisen nollan yläraja (kynnys).
0 V ei ole olemassa, vain täydellisessä maailmassa puhumme siitä.
@Mast,-maa, _määritelmän mukaan_, on 0V.Lähtötapin ajaminen mielivaltaisesti lähellä maata on vaikea ongelma, vaikka sinulla olisi vain yksipäinen virtalähde.
Ja vain sekaannuksen lisäämiseksi mikrossa jotkut mikro-ohjaimet, kuten Arduinos (ATMEL / ATMEGA-sirut), käyttävät 5 V: n tai 3,3 V: n korkeutta ja 0 V: n matalaa.Tietysti on sisäänrakennettu alue, mutta se on erilainen kuin opettajasi opettaa.https://www.arduino.cc/en/Reference.digitalWrite
Kahdeksan vastused:
Andy aka
2019-09-11 15:10:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Olet hämmentynyt.Katso esimerkiksi TTL: -

enter image description here

Pieni tulotaso on 0 volttia ja pieni arvo yli 0 volttia (0,8 volttia TTL: n tapauksessa).

miksi otamme vaivaa asettaa "matala" positiiviseksi jännitteeksi kaikki?

Pyrimme varmistamaan, että se on alle tietyn pienen arvon.

Kuva täältä.

Tämän laajentamiseksi voimassa olevat tulojännitealueet ovat erilaiset TTL-signaloinnille verrattuna CMOS: iin verrattuna LVCMOS-signalointiin.Syynä tähän on se, että TTL-logiikalla (ja sitä seuranneella yhteensopivalla NMOS: lla) oli paljon enemmän vaikeuksia nousta positiiviseen kiskoon kuin alas maahan.Moderni CMOS-logiikka voi vetää yhtä hyvin kumpaankin suuntaan, ja CMOS-tuloportaan rakentaminen on helpompaa myös symmetrisesti.CMOS-lähtö ajaa mielellään TTL-tuloa, mutta sinun on käytettävä erityisiä TTL-yhteensopivia tuloja, joissa on TTL-lähtö.
TI: stä on hyvä ja yksityiskohtainen selitys tästä aiheesta: http://www.ti.com/lit/an/scla011/scla011.pdf
akwky
2019-09-11 15:14:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Olet sekoittamassa ihanteellisen arvon kelvolliseen syöttöalueeseen.

Tavallisessa logiikassa, ihanteellisissa olosuhteissa, looginen nolla olisi tarkalleen 0 V.Mikään ei kuitenkaan ole täydellistä todellisessa maailmassa, ja elektronisella lähdöllä on tietty toleranssi.Todellinen lähtöjännite riippuu johtojen laadusta, EMI-kohinasta, sen tarvitsemasta virrasta jne. Näiden puutteiden korjaamiseksi logiikkatulot käsittelevät koko jännitealuetta 0 (tai 1).Katso kuva Andyn vastauksesta.

Se, mitä luennoitsija todennäköisesti tarkoitti 0,75 V: lla, on yksi pisteistä, jotka tekevät loogisen 0-alueen

Huomaa, että myös 0 ja 1 välillä on tyhjä alue. Jos tulojännite putoaa tähän, tulopiiri ei voi taata asianmukaista toimintaa, joten tämän alueen sanotaan olevan kielletty.

TonyM
2019-09-11 15:45:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Todellisen nollavolttiloogisen signaloinnin tuottaminen on mahdotonta. Sallittu on jonkin verran suvaitsevaisuutta, koska piiri ei ole äärettömän täydellinen. Rahan käyttäminen yrittäen tehdä siitä äärettömän täydellisen ei olisi myöskään hyvä sijoitus suunnittelurahastoihin. Digitaalinen piiri on lisääntynyt ja kehittynyt niin nopeasti, koska se käyttää valtavia määriä kopioita hyvin yksinkertaisista ja suvaitsevaisista piireistä, jotka ovat loogisia portteja.

Binaaritilat 1 ja 0 on esitetty digitaalisissa logiikkapiireissä vastaavasti logiikkakorkealla ja matalalla logiikalla. Loogista korkeaa ja matalaa logiikkaa edustavat jännitteet kuuluvat ennalta määriteltyihin ja ennalta sovittuihin alueisiin käytössä olevalle logiikkaperheelle.

Kyky työskennellä jännitteillä näillä alueilla on yksi digitaalisen logiikan piirien ensisijaisista eduista - se ei ole vika. Loogisen portin tulot voivat helposti erottaa logiikan korkean ja logiikan matalan jännitteen. Loogisen portin lähdöt tuottavat päteviä logiikan korkeita ja matalia jännitteitä. Pieni signaalikohina poistuu, kun loogiset signaalit kulkevat porttien läpi. Jokainen lähtö palauttaa tulosignaalin hyvälle logiikkajännitteelle.

Analogisissa piireissä on vaikeampaa ja käytännössä mahdotonta erottaa kohina kiinnostavasta signaalista ja hylätä melua kokonaan.

Erittäin terävät kynnysarvot (ilman hystereesiä) tarkoittavat myös naurettavan suuren vahvistuksen vahvistimia.Tunnetaan myös olevan naurettavan palautetta ja värähtelyalttiita, ajautumisalttiita ja yleensä hermostuneita.
Huomaa myös, että logiikkaa 1 ja 0 voidaan hyödyllisesti edustaa vastaavasti matalana ja suurena jännitteenä, missä piirille on järkevämpää tehdä niin.Signaalit, kuten globaalit palautukset, ovat perinteisesti aktiivisia matalalla tasolla, ja NMOS-aikakaudella (tekniikka, joka oli tunnetusti huono vetämisessä) ja vähemmässä määrin TTL-aikakaudella (sama asia), se oli yleistä miesten IO-aktiivisuuden matalalle vain siksi, ettäoli ainoa tapa saada jokin virta virrata.
Huomionarvoista on myös virtatilalogiikka, jossa loogiset arvot määritetään virran sijasta jännitteen sijaan.Tämä mahdollistaa nopeamman kytkennän ja paremman melutoleranssin lähetyksessä (Kirchhoffin nykyisen lain takia) lisääntyneen virrankulutuksen kustannuksella (vaikka Wikipedia väittää, että CML-picoamp on saavutettu, joten siitä ei tule myöskään kysymystä).
antipattern
2019-09-12 12:27:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Muiden vastausten esittämien seikkojen lisäksi on kysymys loiskapasiteetista suurilla kytkentänopeuksilla (johtojen ja muiden komponenttien yleensä ohitettu kapasitanssi).Johdoilla on yleensä myös pieni vastus.(Hyvin yksinkertaistettu malli!)

schematic

simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab

Koska kyseessä on RC-verkko, tuloksena on eksponentiaalinen putoamiskäyrä (V ~ e ^ -kt).Jos vastaanotin asettaa sen kynnyksen hyvin matalalle (lähellä 0 V), sen on odotettava merkittävä aika lähtöjännitteen pudotukselle tarpeeksi kynnyksen laukaisemiseksi.Tämä aika saattaa tuntua merkityksettömältä, mutta laitteelle, jonka on tarkoitus vaihtaa miljoona (jopa miljardi) kertaa sekunnissa, tämä on ongelma.Ratkaisu on lisätä OFF-jännitettä eksponentiaalisen funktion pitkän pyrstön välttämiseksi.

DKNguyen
2019-09-11 19:00:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Koska mikään ei ole täydellistä ja sinun on annettava tämä virhemarginaalilla.Nämä luvut ovat kynnyksiä.Jos järjestelmän alin mahdollinen jännite on 0 V ja kynnyksesi on 0 V, missä se jättää sinut, jos KAIKKI komponentit ja johdot eivät ole täydellisiä johtimia (ts. Niillä on aina jonkin verran jännitehäviöitä) ja äänetön meluttomassa ympäristössä?Se jättää sinulle järjestelmän, joka ei koskaan pysty tuottamaan 0 V: n luotettavasti, jos se voi jopa tehdä sen ollenkaan

hotpaw2
2019-09-12 08:31:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

2-kiskojärjestelmässä (yleensä sirut, joissa on vain yksi positiivinen jännite plus maa) kaikilla kytkimillä tai laitteilla, jotka vetävät lähtökapasitanssin matalalle signaalitasolle, on rajallinen vastus, joten ne eivät voi vaihtaa signaalijohtoanollaan volttia rajallisessa ajassa.(Ohitetaan suprajohteet).Joten valitaan realistinen pienempi jännitteenvaihto, joka täyttää suorituskykyvaatimukset (kytkentänopeus vs. tehovaatimukset ja melunmuodostus jne.)

Tämän lisäksi tarvitaan marginaaleja, jotka tarvitaan peittämään maamelu (erilaiset maa- tai nollatasojännitetasot lähde- ja kohdepiirien välillä), muut melulähteet, toleranssit jne.

FredG
2020-07-23 08:32:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prosessinohjausinstrumentoinnin näkökulmasta tämän nollan yläpuolella olevan BIAS: n on annettava lisätietoja laitteen eheydestä. Jos instrumentti kalibroitiin 1V-5V = 0-400 gallonaa minuutissa (gpm), niin jos instrumentilla mitattiin 1V, tiedät, että sitä oli 0 gpm. Kaikki olisi normaalia.

Jos 0 V mitattaisiin, se olisi kuitenkin jonkinlainen hälytys, jonka instrumentti on vikaantunut tai oikosulussa. Oikein ohjelmoitu ohjausjärjestelmä heittäisi vastaavan ohjaussilmukan manuaaliin estääkseen venttiilin iskemisen kiinni tai auki.

Toisin sanoen tämä nollasta peräisin oleva BIAS antaa ohjausjärjestelmälle ylimääräisen, epäsuoran menetelmän mittauslaitteen terveyden tuntemiseen (ts. piiri ei ole maadoitettu tai epäonnistunut). Jos et tehnyt tätä, et ehkä tiedä, onko 0 V normaali vai hälytystila.

Vanhoilla päivillä meillä ei tietenkään ollut kaikkia älykkäitä instrumentteja, jotka välittäisivät paljon enemmän diagnostiikkatietoja. :-)

Päivitys: @Transistor on tarjonnut lisää oivalluksia, mikä on erittäin arvostettua. Sillä, mitä se kannattaa, tajusin, että vastauksessani oli digitaalinen tai analoginen ristiriita (lähinnä erittäin teknisten kommenttien / vastausten vuoksi). Yritin tehdä "analogiargumentin", joka on samanlainen kuin vedenpaine vs. jännite, antaakseen mahdollisen syyn olla "käyttämättä vain 0 V" perustana. Olen silti saattanut olla unohtanut asian. @Transistor, minulla ei ole tarpeeksi mainetta kommentoitavaksi, joten kysymykseni takaisin sinulle: Pitäisikö minun poistaa vastaukseni? En todellakaan halua johtaa harhaan. Kiitos.

Tervetuloa EE.SE: hen.Kysymys on noin 5 V: n digitaalisesta logiikan tasosta analogisen sijasta, joten luulen, että olet unohtanut asian.Teollisuuden ohjauksen näkökulmasta se on enemmän kuin PLC-digitaalitulon taattu logiikka 0 ja logiikka 1 -jännitteet.Voit [muokata] parantaa vastaustasi.
user3042526
2019-09-12 18:33:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Toisin kuin jotkut vastaukset tässä, olen melko varma, että aiemmin on ollut sellainen asia kuin puhdas 0 V: n matala.Viestilogiikka!En usko, että haluamme palata siihen!

Käytivätkö releesi suprajohteita?En usko.
@ElliotAlderson, Kuvittele relekäämi.Kelan toinen pää on johdotettu maahan (0 V).Käämin toinen pää on tulo releeseen perustuvaan logiikkaporttiin.Se voi olla joko "korkea" (toisen releen koskettimien vetämä V +: een) tai "matala" (sallittu kellua.) Tällä hetkellä tulo on "matala" (kelluva).Jos mitat tulotapin jännitteen maahan nähden, minkä jännitteen odotat näkevänne?Jos ei ole 0 V, mikä olisi lähde?ja missä voisit käyttää piirissä olevaa suprajohtoa "matalan" jännitteen muuttamiseen?
PS, Tulo voi myös olla _ajettu_ matala (ts. Kytketty maahan) toisen releen koskettimien kautta, mutta arvaan, että se olisi ylivoimaista: Oletan, että logiikan nopeutta rajoittaisi nopeusjoiden avulla releen koskettimet voisivat liikkua, eikä sähköisten ominaisuuksien mukaan.
+1 epäoikeudenmukaisen kritiikin takia.Puhdas 0 V voidaan saavuttaa helposti.Se voidaan melkein saavuttaa releellä ja yksinkertaisesti pääsyllä negatiivisiin lähteisiin kytkettyihin laitteisiin ja haluttaessa palautteeseen.Se, että sitä on käytetty vaadittuna digitaalisen viestinnän suunnitteluarvona, vaikuttaa epätodennäköiseltä, mutta sen ei pitäisi olla syytä hylätä tätä vastausta.
@KalleMP Voitteko antaa esimerkin siitä, missä 0,000000V: n jännite on "** vaadittu ** digitaalisen viestinnän suunnitteluarvo"?
@ElliotAlderson Ei, en voi, kirjoitin nimenomaan, että sitä ei todennäköisesti ollut, mikä tarkoittaa, että minulla ei ole mitään tapaa todistaa, että se on.Voitko kuitenkin todistaa, että tällaista suunnitteluarvoa ei ole koskaan vaadittu?En ajatellut niin.Mene nyt ja anna uudelle kaverille äänestys (saadaksesi sen takaisin nollaan), jotta hän ei muutu demoralisoituneeksi nokitsemalla ja menee pois, ja me menettämme vielä yhden kirkkaan (nuoren) mielen ilman mitään hyvää syytä.
@SolomonSlow Kuvittele jännitteinen relekäämi.Jossakin hetkessä kelaan virtaa tuottavat koskettimet avautuvat.Käämi ei ole vain vastus, se on myös induktanssi.Mutta induktorin kautta kulkeva virta ei voi pysähtyä välittömästi.Kelaan on varastoitu energiaa ja siitä tulee lopulta lämpöä, kun se kulkee kelan vastuksen läpi, mikä tarkoittaa, että jännite ilmestyy kelan yli.Tämä jännite on verrannollinen e \ $ ^ {- t / \ tau} \ $, jossa tau on induktanssin ja vastuksen aikaansaama aikavakio.Joten mikä arvo \ $ t \ $ saa jännitteen nousemaan ** tarkalleen ** 0V?
@ElliotAlderson Luulen, että jos laitat laajuuden todelliselle relekelalle, näet jännitteen menevän _ läpi_ nollan matkalla suurempaan negatiiviseen arvoon, kun koskettimet avautuvat.Mutta minulle on epäselvää, puhutko todellisesta vai ihanteellisesta piiristä.Ovatko ihanteelliset kontaktit kaarevat?Jos ei, niin jännitteen on mentävä negatiiviseen äärettömään.Joka tapauksessa, kun koskettimet ovat avautuneet ja kaari on sammunut, ihanteellisen piirin vastus on _ ääretön_.Etkö ole varma, mitä se tekee aikavakiona.
@SolomonSlow Ohimenevä käyttäytyminen on todellista, mutta se on helposti mallinnettavissa ihanteellisella piirillä.Kelan jännitteen käyttäytymistä ohjaava vastus koskettimien avautuessa on itse kelan vastus (mikä antaa sinulle mahdollisuuden epäillä, ettei minkäänlaisia vuotovirtoja ole).Se on rinnakkainen RL-piiri siinä vaiheessa, joka vaatii äärettömän ajan, jotta induktorivirta putoaa ** tarkalleen ** nollaksi.Jopa käytännöllisessä maailmassa on jonkin aikaa, kun kelan yli menevä jännite ei ole nolla, mutta releen koskettimet tulevat auki ... looginen '0' nollan ulkopuolisella jännitteellä.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 4.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...