代码收藏家技术教程 2023-12-02

深入探究嵌入式硬件电路中的电平问题

1. 电平的概念

1.1 高电平

1.2 低电平

2. 电平的使用场景

2.1 高电平使能

2.2 低电平使能

2.3 失能

1. 电平的概念

电平是指电信号电压的大小或高低状态。在数字电子学中，电平有两种状态，高电平和低电平，用来表示二进制中的1或0。在模拟电子学中，电平可以是一个连续的范围，表示电压的大小。电平是电路设计和信号处理中非常重要的概念，可以用来描述信号的状态和传输。

一个简单的电路：

对于LED灯来说,有俩种状态:

开关接通, LED灯两端的电压为5V,可以工作

开关断开，LED灯两端的电压为Ov，停止工作

那么我们就可以定义如下：

5V是电路的高电平，可以用数字1 来表示

OV是电路的低电平，可以用数字0来表示

1.1 高电平

嵌入式高电平通常指数字电路中的逻辑高电平，其电压一般为逻辑电平定义的最小高电平电压（如TTL电路中的2.4V）。在数字电路中，逻辑高电平通常表示二进制数字1，而逻辑低电平则表示二进制数字0。嵌入式高电平是嵌入式系统中非常重要的一个概念，因为嵌入式系统通常是基于数字电路实现的，需要通过高低电平的判断来控制系统的运作。例如，当传感器测量到的信号超过设定阈值时，电路会输出高电平，从而触发系统执行相应操作。因此，嵌入式高电平对嵌入式系统的可靠性和稳定性具有重要意义。

1.2 低电平

嵌入式低电平是指针对嵌入式系统设计的一种低电平开发理念。在嵌入式系统中，通常需要满足低功耗、高效率、小尺寸等特点，因此嵌入式低电平的设计理念就强调了在尽量降低功耗的前提下，实现系统功能的完备性。

在嵌入式低电平的设计理念下，常见的设计技巧包括：采用低功耗处理器、使用低功耗组件、优化系统架构、采用省电算法、控制系统时钟节拍等。通过这些方法，可以最大限度地降低系统的功耗，提高运行效率，同时保证系统的稳定性和可靠性。

嵌入式低电平的设计理念在现代嵌入式系统中得到了广泛应用，提高了系统的性能和可靠性，也有助于节省能源和降低成本。

2. 电平的使用场景

电平是在数字电路中广泛使用的概念，因为数字电路只能处理二进制的1和0。以下是一些电平的使用场景：

数字信号传输：数字信号传输需要将信息转换为电信号，并在发送和接收端之间传递。在传输期间，电平通常用来表示1或0，以便接收器能够正确解析信息。
控制信号：在许多电子设备中，电平用于控制各种操作。例如，高电平可以触发某种操作，而低电平则可以停止或反转操作。
传感器输出：传感器输出通常是模拟信号，需要将其转换为数字信号。在进行模数转换时，电平用于将模拟信号转换为数字值。
计时器和计数器：计时器和计数器使用电平测量时间和事件。例如，在计数器中，电平的上升沿可以触发一个计数操作，而在计时器中，电平可以用来测量时间间隔。

总之，电平在数字电路中有广泛的应用，是数字系统中的基础概念。

一个简单的引脚控制电路：

2.1 高电平使能

高电平使能是一种方式，用于启用或激活电路或设备。这意味着，当输入信号为高电平时，电路或设备将被打开或启用，而当输入信号为低电平时，电路或设备将被关闭或禁用。高电平使能常用于数字电路、计算机系统、电子设备等领域，可以实现对设备和电路的精确控制和管理。

例如上图的：LED2是高电平使能

当PA15引脚输出高电平时, LED2导通,发光

当PA15引脚输出低电平时, LED2截至,不能发光

2.2 低电平使能

低电平使能是一种电子电路技术，指的是输入低电平信号时，输出端被启用或触发相应的操作。例如，当输入低电平信号时，某些电子设备可以开始工作或打开特定的功能。这种技术常用于数字电路、控制电路和计算机工程中。

例如上图的：LED1是低电平使能

当PB3引脚输出低电平时, LED1导通,发光

当PB3引脚输出高电平时, LED1截至,不能发光

2.3 失能

电平的失能指的是某个电路或器件在特定条件下不能正确地输出或响应特定电平信号的情况。此种情况可能是由于元器件本身的故障、电路设计不当、环境因素等多种因素引起的。一般来说，当一个电路或器件出现电平失能时，就需要对其进行故障排查和维修，以恢复其正常的工作状态。

一个基于stm32f103c8t6芯片的电灯程序：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

int main(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	while (1)
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
		Delay_ms(500);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET);
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0);
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)1);
		Delay_ms(500);
	}
}