Tín hiệu số được biểu diễn bằng mức điện áp ra sao?

• Vùng điện áp cao: HIGH
• Vùng điện áp thấp: LOW
• Vùng giữa, không thuộc hai vùng hợp lệ
• Tín hiệu nhảy giữa hai vùng

Bạn sẽ học được gì

• Mô tả hai mức HIGH và LOW của một tín hiệu số.
• Giải thích ngưỡng logic quyết định một điện áp được tính là HIGH hay LOW.
• Kể lại cách một công tắc điều khiển bằng điện áp đảo mức logic.

Cần biết trước

Chỉ cần biết điện áp là đại lượng đo bằng vôn. Không cần kiến thức điện tử.

Vì sao tín hiệu số chỉ cần hai mức?

Vì chỉ cần phân biệt hai trạng thái, mạch số nhìn vào một chân chip và hỏi một câu: điện áp ở đây thuộc vùng HIGH hay vùng LOW?

Bài giảng điện tử số của Đại học Wisconsin–Madison mô tả đúng như thế: khi chỉ có hai mức điện áp khả dĩ, tín hiệu được xem như ở một trong hai trạng thái logic là HIGH hoặc LOW. Nếu hiểu HIGH là TRUE và LOW là FALSE, ta dùng được cổng logic để xử lý tín hiệu.

Ở phần cứng, bài giảng của Đại học Bang San José viết rằng một bit có thể được biểu diễn bằng một điện áp. Bit là chữ số nhị phân, mang giá trị không hoặc một. Điện áp là vật mang, còn bit là điều nó được dùng để nói.

• Vùng HIGH
• Vùng LOW
• Được đọc là TRUE (vòng đặc có dấu tích)
• Được đọc là FALSE (vòng rỗng)
• Cổng logic nhận cả hai giá trị

Điện áp bao nhiêu thì được tính là HIGH?

Điều này do họ logic quyết định. Mỗi họ logic định nghĩa ngưỡng riêng cho mức cao và mức thấp hợp lệ, nên cùng một điện áp có thể được đọc khác nhau ở hai họ. Con số cụ thể vì thế phải tra theo đúng họ logic của chip đang dùng.

Bài giảng của Đại học Wisconsin–Madison nêu bốn ngưỡng, hai cho đầu vào và hai cho đầu ra:

Hãy nghĩ tới hai người nói chuyện qua điện thoại. Người nói cần giọng đủ rõ, người nghe có một mức nghe được tối thiểu. Đầu ra là bên nói, đầu vào là bên nghe, và mỗi bên có tiêu chuẩn riêng.

• VIH: vùng đầu vào được coi là HIGH
• VIL: vùng đầu vào được coi là LOW
• VOH: mức đầu ra HIGH tối thiểu
• VOL: mức đầu ra LOW tối đa

Mạch tạo ra mức HIGH và LOW như thế nào?

Một công tắc điều khiển bằng điện áp là đủ để tạo mức HIGH hoặc LOW ở đầu ra. Transistor đóng vai công tắc đó bên trong cổng logic. Bài giảng của Đại học Wisconsin–Madison dùng một công tắc lý tưởng để giải thích.

Công tắc hở khi điện áp điều khiển thấp hơn một điện áp ngưỡng và đóng khi cao hơn. Có hai trường hợp:

1. Đầu vào ở mức HIGH: công tắc đóng, đầu ra bị nối đất và trở thành LOW.
2. Đầu vào ở mức LOW: công tắc hở, đầu ra được kéo lên qua một điện trở và trở thành HIGH.

Đầu ra luôn ngược với đầu vào, nên mạch này là một cổng NOT. Nhiều cổng như vậy ghép lại, và các chuỗi mức HIGH, LOW biểu diễn số theo hệ nhị phân.

• Đầu vào điều khiển công tắc
• Công tắc
• Đường nguồn cấp
• Điện trở kéo lên
• Đầu ra
• Đất

Ví dụ trong đời sống

Hãy nhìn công tắc đèn trên tường. Nó có hai vị trí, bật và tắt. Bạn không quan tâm cần gạt nghiêng chính xác bao nhiêu độ, chỉ cần biết nó đã sang bên nào. Mạch số làm điều tương tự với điện áp, và chỉ cần biết điện áp thuộc vùng nào.

Trong một trò chơi minh họa, ta quy ước đèn chỉ sáng khi hai thẻ đều lật mặt sáng. Mỗi thẻ cho một trạng thái; luật của trò chơi quyết định kết quả. Ví dụ này chỉ minh họa cách ghép trạng thái, không mô tả mạch điện trong nhà.

Hiểu lầm thường gặp

HIGH không phải một điện áp duy nhất. Nó là một vùng điện áp, và vùng này do họ logic quy định.

LOW không có nghĩa là mất tín hiệu. LOW là một trạng thái hợp lệ, ngang hàng với HIGH.

Không phải chip nào cũng dùng chung ngưỡng. Mỗi họ logic có bộ ngưỡng riêng, nên cần xem đúng bảng của họ đó.

Câu hỏi thường gặp

HIGH và LOW có phải số một và số không không?

Không hẳn. HIGH và LOW là các vùng điện áp. Cách đọc chúng là TRUE và FALSE, hoặc một và không, là phần ta gán thêm cho điện áp.

VIH và VOH khác nhau thế nào?

VIH nói về đầu vào: vùng điện áp được đọc là HIGH. VOH nói về đầu ra: điện áp nhỏ nhất mà đầu ra HIGH phải đạt.

Nhiều bit ghép lại thành gì?

Chuỗi các trạng thái HIGH và LOW biểu diễn số theo hệ nhị phân.

Tóm tắt

• Tín hiệu số được đọc từ điện áp ở một trong hai vùng, HIGH hoặc LOW.
• Mỗi họ logic đặt ngưỡng riêng cho đầu vào và đầu ra.
• Một công tắc điều khiển bằng điện áp đủ để đảo mức logic.