COMS工艺芯片使用愈来愈广泛，因此，在单片机系统中常常会遇到COMS线路的接口设计。目前大多数半导体厂商所生产的大规模集成电路不仅可以与通用的CPU、单片机接口兼容，而且也可与常用逻辑电路TTL和COMS接口兼容。但是在单片机应用系统中，会遇到一些TTL和COMS的接口问题。

一、TTL电路与COMS电路的逻辑电平

无论是TTL电路和COMS逻辑电路，其逻辑电平有输入逻辑电平（U_IH、U_IL）和输出逻辑电平（U_OH、U_OL）。

 U_OH：为逻辑电平1的输出电压。输出电流I_OH愈大，输出电压愈低。

 U_OL：为逻辑电平0的输出电压。输出电流I_OL表示。

 U_IH：为逻辑电平1的输入电压。其输入电流用I_IH表示。电路接收这个输入电压时，必须保证该电路为逻辑1状态。对于大多数TTL电路来说，输入电流为100uA时。通常把100uA的输入电流作为一个TTL负载的输入电流。如果一个TTL电路消耗电流为200uA时，则认为是两个TTL负载。对于COMS电路来说，由于输入阻抗很高，I_IH电流几乎为零。

  V_IL：为逻辑电平0的输入电压，相应的输入电流为I_IL，同样，对于COMS电路，I_IL实际上等于零。

对于TTL电路，这些临界值为：

输出高电平U_{OH min} = 2.4V，输出低电平U_{OL max} = 0.4V

输入高电平U_{IH min} = 2.0V，输入低电平U_{IL max} = 0.8V

其噪声容限对于逻辑1和逻辑0皆相同为0.4V，但实际中并不一定相等。

对于COMS电路，如电源电压是+5V，其临界界为：

输出高电平U_{OH main} = 4.99V，输出低电平U_{OL max}  =  0.01V

输入高电平U_{IH min} = 3.50V，输入低电平U_{IL max}  = 1.50V

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。

图1 TTL电路和COMS电路的逻辑电平

二、TTL和COMS的逻辑电平转换

图1 TTL—COMS接口逻辑电平

在典型状况下的噪声容限为：

  逻辑0：2.25V-0.40V=1.85V

  逻辑1：3.70V-2.75V=0.95V

然而在最不利的状况下,由于COMS电路接收到的逻辑1电压（2.4V）低于它所要求的逻辑1电压（3.5V）进入COMS电平的逻辑不确定区。在接口设计时必须考虑到这种极端情况。解决此问题的最简单办法是在COMS电路的输入端加接一个提升电阻到+5V上使电平提高。但这种接法只有在U_IH>U_OH时才采用。

  当输出为TTL电平串行或并行I/O器件与COMS电路连接时，如果COMS电路电源不大于+5V，则必须在这两种器件之间采用电平转换器，电平转换器可以是集电极开路逻辑、高速比较器或其它晶体管电路。同时还得配置提升电阻。如图3为采用电平转换器的TTL电路与COMS电路的接口电路。

图3 TTL电路与COMS电路逻辑电平转换接口电路

   三、用74系列芯片并行扩展I/O口

    TTL集成电路产品有74、74H、74S、74LS四个系列。COMS集成电路的品种也非常多。CC4000系列是符合国家标准的COMS集成电路，电源电压为3~18V，产品的输入端的输出端都加了反相器作为缓冲器，具有对称的驱动能力和输出波形，高低电平抗干扰能力相同。

     80C51扩展I/O口不可编程的芯片主要有74系列芯片和COMS芯片，如74373、74377、74244、74245等，需要指出的是与74系列兼容的芯片有74LS、74AS、74HC、74ALS等多种，每种芯片的电气特性有所不同，与80C51最适配的是74HC系列，74HC系列是一种高速COMS芯片，其输入和电源电压规范相同CMOS 4000系列输出驱动能力和速度与74LS系列相当。

   由于扩展I/O口时通常通过P0口扩展，而P0口要分时传送低8位地址和输入输出数据，因此，构成输出时，接口芯片应具有锁存功能；构成输入口时，接口芯片应具有三态缓冲和锁存功能。