电平是什么？
电平就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数，用“分贝”表示，记作“dB”。分别记作10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)，上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。使用“dB”有两个好处：一是读写、计算方便，如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘，用分贝则可改用相加；二是能如实地反映人对声音的感觉。实践证明，声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍，即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。人们在初学“电平”的时候，往往把抽象的电学概念用水的具体现象进行比喻，如水流比电流、水压似电压、水阻喻电阻。
01
人们在初学“电平”的时候，往往把抽象的电学概念用水的具体现象进行比喻。如水流比电流、水压似电压、水阻喻电阻。解释“电平”不妨如法炮制。我们说的“水平”，词典中解释与水平面平行、或在某方面达到一定高度，引申指事物在同等条件下的比较结论。如人们常说到张某工作很有水平、李某办事水平很差。这样的话都知其含义所在。即指“张某”与“李某”相比而言。故借“水平”来比喻“电平”能使人便于理解。
02
相关概念的定义 要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义：
1、输入高电压（Vih）：保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。
2、输入低电压（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。
3、输出高电压（Voh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。
4、输出低电压（Vol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。
5、阈值电平电压(Vt)：数字电路芯片都存在一个阈值电压，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于输入高电压和输入低电压之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平电压，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则必须要求输出高电压> 输入高电压，输出低电压<输入低电>压，而如果输入电压在阈值上下，也就是Vil～Vih这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。
参数间关系
对于一般的逻辑电平，以上参数的关系如下：
Voh > Vih > Vt > Vil > Vol。
6、Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。
7、Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。
8、Iih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。
9、Iil：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。
门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端，这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路（OC）、漏极开路（OD）、发射极开路（OE），使用时应审查是否接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），以及电阻阻值是否合适。
电阻值条件
对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件：
（1）、RL < （VCC－Voh）/（n*Ioh+m*Iih）
（2）、RL > （VCC－Vol）/（Iol+m*Iil） 其中n：线与的开路门数；m：被驱动的输入端数。
03
逻辑电平：有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。 ·
其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。
·5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。
·3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。
·低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。
·ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。
·RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入输出，RS-232是单端输入输出。 一点补充：RS-232C采用的是负逻辑，即逻辑“1”：－5V至－15V；逻辑“0”：+5V至+15V。
而CMOS电平为：逻辑“1”：4.99V；逻辑“0”：0.01V； TTL电平的逻辑“1”和“0”则分别为2.4V和0.4V。
04
1) 5V CMOS、 HC、 AHC、 AC中， 输入大于3.5V算高电平 | | 输入小于1.5V算低电平；
2) 5V TTL 、ABT 、AHCT、 HCT、 ACT中 ， 输入大于2V算高电平 | | 输入小于0.8V算低电平；
3) 3.3V LVTTL 、LVT、 LVC 、ALVC、LV 、ALVT中 ，输入大于2V算高电平 | | 输入小于0.8V算低电平；
4) 2.5V CMOS、 ALVC 、LV 、ALVT中 ， 输入大于1.7V算高电平 | | 输入小于0.7V算低电平。
05
TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑'1'，0V等价于逻辑'0'，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路;再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响;另外对于并行数据传输，电缆以及连接器的费用比起串行通信方式来也要高一些。
06
TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路(Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL(H-TTL)、低功耗型TTL(L-TTL)、肖特基型TTL(S-TTL)、低功耗肖特基型TTL(LS-TTL)五个系列。标准TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V,典型值3.4V,输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V。S-TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小Ⅰ类2.5V，Ⅱ、Ⅲ类2.7V,典型值3.4V,输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.5V。LS-TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小Ⅰ类2.5V，Ⅱ、Ⅲ类2.7V,典型值3.4V,输入低电平最大Ⅰ类0.7V，Ⅱ、Ⅲ类0.8V，输出低电平最大Ⅰ类0.4V，Ⅱ、Ⅲ类0.5V，典型值0.25V。TTL电路的电源VDD供电只允许在+5V±10%范围内，扇出数为10个以下TTL门电路。
COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写，电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的，静态功耗很小。COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作，电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1，输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0，扇出数为10--20个COMS门电路。
TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑'1'，0V等价于逻辑'0'，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路;再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响;另外对于并行数据传输，电缆以及连接器的费用比起串行通信方式来也要高一些。CMOS电平和TTL电平: CMOS电平电压范围在3～15V，比如4000系列当5V供电时，输出在4.6以上为高电平，输出在0.05V以下为低电平。输入在3.5V以上为高电平，输入在1.5V以下为低电平。而对于TTL芯片，供电范围在0～5V，常见都是5V，如74系列5V供电，输出在2.7V以上为高电平，输出在0.5V以下为低电平，输入在2V以上为高电平，在0.8V以下为低电平。因此，CMOS电路与TTL电路就有一个电平转换的问题，使两者电平域值能匹配。
07
(一)TTL高电平3.6~5V，低电平0V~2.4V
CMOS电平Vcc可达到12V CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc，而输出低电平约为0.1Vcc。
CMOS电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。
TTL电路不使用的输入端悬空为高电平 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。 用TTL电平他们就可以兼容。
(二)TTL电平是5V，CMOS电平一般是12V。
因为TTL电路电源电压是5V，CMOS电路电源电压一般是12V。
5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电路，因此不能互相兼容匹配。
(三)TTL电平标准
输出 L：<0.8V ; H：>2.4V。
输入 L：<1.2V ; H：>2.0V
TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。
CMOS电平：
输出 L：<0.1*Vcc ; H：>0.9*Vcc。
输入 L：<0.3*Vcc ; H：>0.7*Vcc.
一般单片机、DSP、FPGA他们之间管教能否直接相连。一般情况下，同电压的是可以的，不过最好是要好好查查技术手册上的VIL,VIH,VOL,VOH的值，看是否能够匹配(VOL要小于VIL，VOH要大于VIH，是指一个连接当中的)。有些在一般应用中没有问题，但是参数上就是有点不够匹配，在某些情况下可能就不够稳定，或者不同批次的器件就不能运行。
例如：74LS的器件的输出，接入74HC的器件。在一般情况下都能好好运行，但是，在参数上却是不匹配的，有些情况下就不能运行。
74LS和54系列是TTL电路，74HC是CMOS电路。如果它们的序号相同，则逻辑功能一样，但电气性能和动态性能略有不同。如，TTL的逻辑高电平为> 2.7V,CMOS为> 3.6V。如果CMOS电路的前一级为TTL则隐藏着不可靠隐患，反之则没问题。
1、TTL电平： 输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。
2、CMOS电平： 1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。
3、电平转换电路： 因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5v<==>cmos 3.3v)，所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。哈哈
4、OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。
5、TTL和COMS电路比较：
1)TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。
2)TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。
3)COMS电路的锁定效应： COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。
防御措施：
1)在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。
2)芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。
3)在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。
4)当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源;关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。
6、COMS电路的使用注意事项
1)COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。
2)输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。
3)当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。
4)当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
5)COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。
7、TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理)：
1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。
2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。
8、TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。
OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢?那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。而这个就是漏电流。开漏输出：OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。 所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。
TTL集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做OC门。因为TTL就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。