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  • 这篇博客教你如何用三极管和MOS管搭建3.3V和5V电平转换电路,超详细,超简单。

    写在前面:两个单片机由于电平不同,串口通信可能会失败,这时候需要通过电平转换电路来解决,本文给出了两种方法,一种是通过三极管搭建,另一种是MOS管搭建,在硬件工程师的笔试中也经常会出现这样的题目。

    3.3V单片机和5V单片机通信的思路

    3.3V单片机 通信方向 5V单片机
    发送逻辑1(对应电压3.3V) 接受逻辑1(对应电压5V)
    发送逻辑0(对应电压0V) 接受逻辑0(对应电压0V)
    接受逻辑1(对应电压3.3V) 发送逻辑1(对应电压5V)
    接受逻辑0(对应电压0V) 发送逻辑0(对应电压0V)

    MOS管转换电路

    工作原理:

    1、当3V3单片机发送逻辑1,即3V3_TX=3.3V,Ugs=0V,MOS管截止,5V_RX通过R2上拉到+5V,5V_RX=5V;

    2、当3V3单片机发送逻辑0,即3V3_TX=0V,Ugs=3V,MOS管导通,5V_RX会被拉低࿰

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  • 常见电平转换电路--超简单

    万次阅读 多人点赞 2019-11-08 19:40:55
    电平转换电路常用于串口电平转换,5V转3.3V 3.3V转5V mos管也是如此,上的三极管是NPN,可以用一个N-MOS直接替换掉,pin对pin,一般GD压差4.5V完全导通,3.3V问题不大。 用光耦和电阻分压进行电平转换这里不...

    电平转换电路常用于串口电平转换,5V转3.3V

     

    3.3V转5V

     

    mos管也是如此,上图的三极管是NPN,可以用一个N-MOS直接替换掉,pin对pin,一般GD压差4.5V完全导通,3.3V问题不大。

    用光耦和电阻分压进行电平转换这里不讨论,光耦一般是用来隔离的,如果共地的话就相当于电平转换了。

    有些时候需要把24V或者12V转化为单片机能够识别的ttl电平,以下电路就是通过一个肖特基二极管加一个单片机端上拉电阻完成的。

    有些时候需要把ttl电平转成12V,或者24V

    能力有限,水平有限,如有错误,恳请留言批评指正。

     

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  • 几种电平转换电路

    千次阅读 2021-03-11 00:57:51
    在电路设计时,有时会遇到电压域不匹配的问题,如芯片为1.8V供电,而MCU为3.3V供电。这时候就需要进行电平转换才能通讯。今天就来介绍几种常用的电平转换电路。二/三极管单向电平转换一些通...

    在电路设计时,有时会遇到电压域不匹配的问题,如芯片为1.8V供电,而MCU为3.3V供电。这时候就需要进行电平转换才能通讯。今天就来介绍几种常用的电平转换电路。

    二/三极管单向电平转换

    一些通讯模块(4G、NB模块等)的串口是1.8V电平,与常用MCU的3.3V,这时就需要电平转换。因为UART的收发引脚是独立的,只需单向传输数据,所以只需要单向电平转换即可。电路如下:

    左侧为1.8V电压域,右侧为3.3V电压域。上面部分的数据传输方向是从右到左,下面部分的数据传输方向是从左到右。

    当MCU_TXD为低电平时,D1导通,IC_RXD被拉低;

    当MCU_TXD为高电平3.3V时,D1截止,IC_RXD被拉高到1.8V高电平;

    当IC_TXD为低电平时,Q1导通,MCU_TXD被拉低;

    当IC_TXD为高电平1.8V时,Q1截止,MCU_RXD被拉高到3.3V高电平。

    MOS管双向电平转换电路

    在使用I2C、SPI等接口做不同电压域通讯时,就需要用到双向的电平转换电路。一种简单的电路如下:

    左侧为1.8V电压域,右侧为3.3V电压域。数据可双向进行传输。

    当左侧电压为高电平1.8V时,MOS管不导通,右侧被上拉到3.3V高电平;

    当左侧电压为低电平时,MOS管导通,右侧被拉低;

    当右侧电压为高电平3.3V时,MOS管不通,左侧被上拉到1.8V高电平;

    当右侧电压为低电平时,右侧电压通过体二极管被拉低。

    MOS管选型时需要特别注意其开启电压,低电压域的电压必须大于MOS管的开启电压此电路才能正常工作。

    集成芯片电平转换

    在一些高速通讯的场合,上述电路可能无法满足要求,就需要用到专用的电平转换芯片。芯片有很多种,单向电平转换、带方向控制的双向电平转换、自动双向电平转换等,如下图。选型时需要注意其工作电压和通讯速率。

    总结

    二极管、三极管、MOS管组成的电平转换电路,电路简单,成本低。电路可以应用于1.8V、3.3V、5V等不同电压域的电平转换,集成芯片构成的电平转换电路,优点是速率高,但成本也高。用户需要根据需求选择使用哪种方式。

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  • 经典MOS管电平转换电路

    千次阅读 2020-03-18 22:21:13
    注:本文内容转载自微信公众号“芯片之家”。 MOS管电平转换电路 电平转换在电路设计中非常常见,因为做...上是用MOS管实现的I2C总线电平转换电路,实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯。挂在总线上的有3....

    注:本文内容转载自微信公众号“芯片之家”,原文地址:https://blog.csdn.net/best_xiaolong/article/details/104853048?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task

    MOS管电平转换电路

    电平转换在电路设计中非常常见,因为做电路设计很多时候就像在搭积木,这个电路模块,加上那个电路模块,拼拼凑凑连起来就是一个电子产品了。而各电路模块间经常会出现电压域不一致的情况,所以模块间的通讯就要使用电平转换电路了。

    上图是用MOS管实现的I2C总线电平转换电路,实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯。挂在总线上的有3.3V的器件,也有5V的器件,通过这个电路,大家就可以愉快地玩耍聊天了。

    实物对照图如下。实物的上拉电阻用了4.7K欧姆,可以提供更大的电流驱动能力。在满足电路性能的前提下,我喜欢用阻值更大的电阻,因为功耗更低更省电。

    原理分析

    简化来看,留下I2C的一根线来分析就可以了,如下图。

     

    分四种情况:

    1、当SDA1输出高电平时:MOS管Q1的Vgs = 0,MOS管关闭,SDA2被电阻R3上拉到5V。

    2、当SDA1输出低电平时:MOS管Q1的Vgs = 3.3V,大于导通电压,MOS管导通,SDA2通过MOS管被拉到低电平。

    3、当SDA2输出高电平时:MOS管Q1的Vgs不变,MOS维持关闭状态,SDA1被电阻R2上拉到3.3V。

    4、当SDA2输出低电平时:MOS管不导通,但是它有体二极管!MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平,此时Vgs约等于3.3V,MOS管导通,进一步拉低了SDA1的电压。

    注:低电平指等于或接近0V。高电平指等于或接近电源电压。所以3.3V电压域的器件,其高电平为等于或接近3.3V;5V电压域的器件,其高电平为等于或接近5V。

    具体要求看芯片的数据手册是怎么说明这个限定范围的,常见的比如说0.3倍的“芯片供电电压”以下为低电平,0.7倍的“芯片供电电压”以上为高电平。也就是说“芯片供电电压”为5V的时候,5 x 0.3 = 1.5V 以下为低电平,5 x 0.7 = 3.5V 以上为高电平。

    某一个芯片数据手册里关于高低电平的阈值范围说明

     

    注意事项

    以上是3.3V与5V之间的情况,如果换用其他电压域之间的转换,如3.3V、2.5V、1.8V等电压值的两两之间,需要注意MOS管的Vgs开启导通电压。

    给MOS管过高的Vgs会导致MOS管烧坏!给过低的Vgs会导致MOS管打不开!不同型号的MOS管这个参数值还不一样!!!

    举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs不能超过正负20V

    再来看一下,设计电路时Vgs可能设计过小的情况,下图是2N7002的数据手册: 

    举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs的开启电压为1V

     实际使用时为保证完全开启、完全导通,设计上要多预留余量,比如实际电路中Vgs起码给到1.8V。因为1.8V的设计参数接近数据手册标注的1V临界值,尤其注意用实验验证,确保万无一失。

    总结

    3.3V跟5V互转的电路已经是一个经典电路,实在是硬件设计师居家旅行、护院看家,必备良药!MOS管型号就记住用2N7002,这个型号便宜,性能久经考验,不像有些MOS管外型看起来跟2N7002一样,但实际是大功率的,有部分性能规格浪费了,有部分性能规格又不一定能满足需要,主要是还贼贵,具体其他MOS是怎样的这里就不细究啦。

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串口电平转换电路图