MCU（微控制器）中的高電平與低電平？

在數字電路和MCU（微控制器）中，**高電平（High Level）和低電平（Low Level）**是兩種基本的邏輯狀態，用于表示二進制信號（1或0）。它們的定義和特性如下：

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1. 高電平（High）

• 定義：電壓接近電源電壓（如3.3V、5V等），表示邏輯 “1”。
• 典型范圍：
  • 3.3V系統：≥2.0V 視為高電平（具體由器件手冊決定）。
  • 5V系統：≥3.5V 視為高電平。
• 作用：
  • 在數字通信（如I2C、UART）中表示信號有效或起始/停止條件。
  • 控制外設時（如GPIO輸出高電平），可能用于激活器件或驅動負載。

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2. 低電平（Low）

• 定義：電壓接近參考地（0V），表示邏輯 “0”。
• 典型范圍：
  • 3.3V系統：≤0.8V 視為低電平。
  • 5V系統：≤1.5V 視為低電平。
• 作用：
  • 在通信協議中可能表示復位、應答或數據位的“0”。
  • 控制外設時（如GPIO輸出低電平），可能用于關閉電路或拉低信號。

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3. 關鍵注意事項

（1）電壓容差

• 不同器件對高/低電平的判定閾值不同，需查閱數據手冊（如TTL和CMOS電平標準不同）。
• 例如：某MCU的輸入高電平最小為2.0V（3.3V系統），若輸入1.8V可能無法可靠識別為“1”。

（2）開漏輸出（Open-Drain）

• 某些接口（如I2C的SDA線）采用開漏輸出，只能主動拉低電平，高電平需靠外部上拉電阻實現。
  • 原因：避免多設備競爭總線時短路。

（3）噪聲干擾

• 長導線或高噪聲環境可能導致電平跳變異常（如低電平被干擾成高電平），需增加濾波電路或縮短走線。

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4. 實際應用示例

（1）GPIO控制LED

// STM32 HAL庫：輸出高電平點亮LED
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 高電平（3.3V）
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 低電平（0V）

（2）I2C通信中的電平變化

• 起始條件：SCL為高時，SDA從高→低。
• 停止條件：SCL為高時，SDA從低→高。
• 數據有效性：SDA在SCL低電平時變化，高電平時穩定讀取。

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5. 常見問題

• 電平不匹配：若MCU（3.3V）與5V器件通信，需電平轉換電路（如MOSFET或專用電平轉換芯片）。
• 浮空輸入：未連接的輸入引腳可能因噪聲產生隨機電平，應配置為內部上拉/下拉或固定電平。

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總結

• 高電平 ≈ 電源電壓（邏輯1），低電平 ≈ 0V（邏輯0）。
• 實際應用中需關注電壓范圍、接口類型（推挽/開漏）和抗干擾設計。
• 通信協議（如I2C、SPI、UART）的電平時序是正確通信的關鍵。