工程師在開發專案,設計產品的電路原理方案,如果有使用到微控制器,一般給它供電的電源電壓是5V或者3。3V。
假如在開發空氣清淨機,微控制器的電源是5V,相應地,它的IO引腳輸入輸出電壓也是5V。但若空氣清淨機用到的PM2。5感測器,它的工作電源是3。3V,感測器輸出的IIC訊號同樣也是3。3V。
於是,工程師就會碰到一個問題,5V的微控制器怎麼和3。3V的PM2。5感測器進行IIC通訊呢?
有兩種方案
方案一是將微控制器的電源電壓5V調成3。3V,保持和PM2。5感測器的電源電壓一致,這樣就不存在IIC通訊電壓不匹配的問題了。
方案二是做一個電平轉換電路,實現5V和3。3V不同電平之間的互相轉換。
如果微控制器的電源電壓實在是不能調為3。3V,剩下的也只能是做電平轉換電路了。
電平轉換的電路,該怎麼做呢?
方法有很多,晶片哥說其中的一個,個人認為還是比較簡單可靠的,它不僅能實現不同電平之間的轉換功能,而且還能實現雙向的轉換。
直接看它的詳細電路原理圖
電平轉換電路
電路中,左邊是5V的微控制器系統,右邊是3。3V的PM2。5感測器系統;對於IIC通訊,一個訊號是SCL時鐘訊號,是微控制器向感測器輸出的訊號,方向是從左往右;另一個訊號是SDA資料訊號,是微控制器和感測器之間互相傳遞資料的訊號,方向是雙向的,既要從左往右,也要從右往左。
它是怎麼工作的呢?
5V轉換3。3V
左邊的微控制器系統VA向右傳送一個5V高電平,電路中Q1的MOS管,由於柵極電壓和源極電壓都是3。3V,所以VB接收到的電平訊號是3。3V的高電平;
這樣就實現了5V轉換3。3V的功能;
邏輯電平除了高電平,它還有低電平。如果左邊的微控制器系統VA向右傳送一個0V低電平呢?
同樣的分析,電路中Q1的MOS管,由於兩端有一個並聯的二極體,陽極接到一個上拉的3。3V電阻,陰極接到的是VA傳送的0V低電平,所以二極體會導通。
二極體一旦導通,VB的電壓就會由3。3V拉低到只有0。7V左右了,就會由原來的高電平變為低電平了。
所以,無論左邊傳送一個5V的高電平還是0V的低電平,透過這個轉換電路,都能從VB輸出一個3。3V的高電平和“0V”的低電平。
3。3V轉5V
實現了5V轉換3。3V,接下來看下是否可以實現3。3V轉換5V的功能?
3。3V轉換5V
還是一樣,電路中的左邊是5V微控制器系統,右邊是3。3V感測器系統。如果右邊的VB想要傳送一個3。3V高電平和一個0V低電平給到左邊呢?
首先看下發送3。3V高電平
VB輸出3。3V高電平,Q1的MOS管,因為柵極和源極都是3。3V,所以MOS管不導通,VA得到的就是一個R1電阻上拉的5V,於是就相當於實現了左邊的3。3V轉換成了右邊的5V。
再看下發送0V高電平
VB輸出0V低電平,Q1的MOS管,因為柵極的電壓是3。3V,源極的電壓變為0V了,所以MOS管會導通,VA的電壓會被拉低,因此VA得到的就是一個0V低電平,於是也就相當於實現了左邊的0V轉化成了右邊的0V。
總結下來,工程師有沒有發現,無論訊號是從哪個方向傳遞,這個電路都能實現電平電壓之間的轉換,,尤其是適合類似於IIC通訊的SDA資料訊號,它是雙向的。
電路簡單,只需要一個MOS管和3個上拉電阻就可以了。
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