Digitaltechnik analog
Bisher haben wir digitale Werte als 1, hohe Spannung 5V und 0 als niedrige Spannung 0V betrachtet.
In Was heißt denn hier EINS haben wir die Pegel LOW und HIGH kennengelernt und in positiver Logik
HIGH = 1
LOW = 0
gesetzt.
In Logikzustände anzeigen haben wir einen dritten Zustand definiert: Eingang offen.
Mit etwas Wissen aus der Analogtechnik, insbesondere aus Spannungen messen sind wir nun in der Lage, die Logikpegel genauer zu untersuchen.
Als Praktiker wenden wir unser Wissen gleich an und bauen einen besseren Logiktester.
Logikpegel
Wir wissen, dass LOW genauso wenig genau 0V ist wie HIGH genau 5V.
Verschaffen wir uns zunächst einen Überblick.
Betrachten wir als Beispiel die Gatter des 74HC00 bei unserer üblichen Versorgungsspannung von 5V.
Die Gatter des 74HC00 sehen eine Spannung unter 1,3V als LOW an. Alles über 3,5V ist HIGH.
Die Ausgänge der Gatter müssen natürlich diese Pegel sicherstellen.
Die Gatter des 74HC00 liefern gute Werte. Sie liefern 0,2V bei LOW und 4,5V bei HIGH. Die 0,2V für LOW am Ausgang liegen sicher unter den 1,3V für LOW am Eingang. Ebenso liegen die 4,5V am Ausgang sicher über den 3,5V, die ein Eingang minimal erwartet. Wir haben sogar Reserven zwischen den Pegeln.
Betriebsspannung
Bisher haben wir uns nur mit 5V-Logik beschäftigt und die digitalen Bauelemente mit 5V betrieben.
Tatsächlich gibt es eine Reihe weiterer Betriebsspannungen. Üblich sind heute 5V, 3,3V, 3V, 2,5V und 1,8V üblich.
Meistens gibt es für die einzelnen Betriebsspannungen spezielle digitale Technologien. Wir beschränken uns auf die Betriebsspannungen von 5V und 3,3V, weil sie in fast allen für Einsteiger interessanten Logik-Systemen vorkommen. Zum Beispiel hat der Raspberry Pi ein 3,3V-System.
Technologien
Bisher haben wir digitale Bauelemente der Familien 40xx oder 74HCxx verwendet. Das sind CMOS-Bauelemente.
Für uns sind auch TTL und LVT interessant. Diese Technologien unterscheiden sich im Wesentlichen in der zulässigen Betriebsspannung und in den Logikpegeln.
TTL
TTL ist eine Transistor-Transistor-Logik und gibt es in verschiedenen Varianten
| 74xx | Standard TTL |
| 74LSxx | Low-Power-Schottky-TTL |
| 74Axx | Schnelle Schottky-TTL |
| 74HCxx | ist kein TTL, sondern CMOS |
| 74LVxx | ist kein TTL, sondern CMOS speziell für 3,3V |
Alle aufgeführten Varianten haben die gleichen TTL-Logikpegel und werden bis auf 74LVxx mit 5V betrieben.
Es gibt noch eine Reihe weiterer TTL-Varianten.
| Technologie | Uv | Uv minimal | Uv maximal |
| CMOS 40xx | 5V, 10V | 3V | 15V |
| CMOS 74HCxx | 2V-5V | 2V | 6V |
| TTL 74xx, 74LSxx | 5V | 4,75V | 5,25V |
| 74HCTxx | 5V | 4,5V | 5,5V |
| LVT 74LVxx | 3,3V | 2,7V | 3,6V |
Der Übersicht halber fassen wir die für uns relevanten Technologien zusammen:
| 5V-CMOS | 40xx und 74HCxx mit 5V Versorgungsspannung |
| 3,3V-CMOS | 40xx und 74HCxx mit 3,3V Versorgungsspannung |
| 5V-TTL | TTL wie 74xx und 74LSxx sowie 74HCT mit 5V Versorgungsspannung |
| 3,3V-LVT | LVT mit 3,3V Versorgungsspannung |
CMOS 40xx
können zwar mit 3,3V betrieben werden.
Die 74HCxx sind jedoch vorzuziehen.
Mehr zu Logikpegeln
- Im Praktikum Logikpegel beschäftigen wir uns näher mit den Logikpegeln und vergleichen die verschiedenen digitalen Technologien.
- In Logikpegel messen behandeln wir Schaltungen, mit denen wir Logikpegel messen können.
- Nicht alle digitalen Technologien sind miteinander kompatibel. Im Praktikum untersuchen wir, wie wir Logikpegel umwandeln können.