1、什么是电平转换?

举个例子,比如下面这个电路:

8987a59cf1d54dc5aff6e380b4a74d9d~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
电平转换电路图

单片机的工作电压是5V,蓝牙模块的工作电压是3.3V,两者之间要进行通讯,TXD和RXD引脚就要进行连接,3.3V对于单片机来说已经算是高电平了,两者之间直接连接来使用也是可以进行通信的。

但是,为了提高通讯的稳定性,特别是两个器件电压相差比较大时,比如有些芯片工作电压是1.8V,就会导致两者之间无法正常通讯、5V的高电平对1.8V芯片造成损坏等问题,所以,通讯电平转换是非常有必要的。

2、二极管电平转换电路(单向传输)

该电路由二极管电阻组成,电路使用的元件比较少,电路比较简单。二极管最好使用肖特基二极管,因为肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点。

ad3ad03dc3bb4845a3d673e4703d4251~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
如果需要的是1.8V,就把电源换成1.8V的。

当5V电路中的TXD1发送高电平时(图中的H表示输出的是高电平,TP表示该测试点的电压),二极管正极电压比负极电压低,二极管截止,所以RXD2被电阻上拉为高电平(3.3V)。

a2ce4999b63342e3bc05b709da33afa7~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
二极管电平转换电路(单向传输)

当5V电路中的TXD1发送低电平时(图中的L表示输出的是低电平),二极管导通,所以RXD2接收到的是低电平(0.3V)。

c10d2ad870ec4ccdab8f6cccfbaad555~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
二极管电平转换电路(单向传输)

当3.3V电路中的TXD2发送低电平时,二极管导通,RXD1接收到的是低电平(0.3V)。
84bc35772eb944f58b01edb8f5419d8e~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
二极管电平转换电路(单向传输)

需要注意的是,当3.3V电路中的TXD2发送高电平时,二极管也是导通的,RXD1接收到的是高电平(3.6V左右)。

6e166c2d1eeb46e8ae863fa649816072~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
二极管电平转换电路(单向传输)

该电路优点是电器简单,缺点是当3.3V电路发送高电平时,5V电路收到的高电平并不是5V,并且这个电路只适用于单向通讯的场合,发送端和接收端不可以互换来使用。

3、三极管电平转换电路(单向传输)

该电路由三极管电阻组成,其实就是模电里学的共射放大电路。如果你对三极管的三种工作状态还不太了解,可以看看之前的文章

三极管的工作原理详解,图文+案例,立马教你搞懂

c67b3b142b5d41d891d1b36d94559ccb~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

当5V电平转3.3V电平时,TXD1发送高电平(5V),第1个三极管导通,其集电极电位为低电平,第2个三极管基极也为低电平,第2个三极管截止,其集电极电位(RXD2)被上拉为高电平(3.3V)。

5ebc5b77fd6f4b8aa3db2c3828cd0d9b~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

TXD1发送低电平时,第1个三极管截止,其集电极电位被电阻上拉为高电平(3.3V),第2个三极管基极也为高电平,第2个三极管导通,其集电极电位(RXD2)为低电平

b2b76de63d0b45beabb10a4add73de41~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

当3.3V电平转5V电平时,TXD2发送低电平第1个三极管截止,其集电极电位被上拉为高电平,第2个三极管基极也为高电平,第2个三极管导通,其集电极电位(RXD1)为低电平。

241e4c3ddebd4f9eb08d9ec56fd029c2~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

TXD2发送高电平(3.3V)时,第1个三极管导通,其集电极电位为低电平,第2个三极管基极也为低电平,第2个三极管截止,其集电极电位(RXD1)被电阻上拉为高电平(5V)。

31ab018c172c48eba9044b4f3a2bd3fa~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

如果可以接受反相的信号,可以去掉电路中一个三极管,电路会简单一些,如下图所示。

32156a32dd8543b9a765dd9c2693c3da~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
三极管电平转换电路(单向传输)

需要注意的是,上面由三极管组成的电平转换电路只适用于单向传输信号的场合,并且信号的波特率不能太高。

4、MOS管电平转换电路(可双向传输)

该电路由MOS管和电阻组成,可以支持信号的双向传输。如果你对MOS管的工作状态还不太了解,可以看看之前的文章

几分钟教你搞定MOS管的工作原理,图文+案例,通俗易懂,快收藏

209ba9605f2348c9b6728613729254cf~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
MOS管电平转换电路(可双向传输)

当5V电平转3.3V电平时,5V电路发送高电平,MOS管截止S极(3.3V电路)被电阻上拉为高电平(3.3V)。

e0dda2bce7e64e0dac15b686419c0a95~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
MOS管电平转换电路(可双向传输)

当5V电路发送低电平时,MOS管中的体二极管导通,所以S极(3.3V电路)为低电平。

d7344bec6ab1435f8f2b584b90678e87~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
MOS管电平转换电路(可双向传输)

当3.3V电平转5V电平时,3.3V电路发送高电平(3.3V),MOS管截止D极(5V电路)被电阻上拉为高电平(5V)。

420b2a7dd6d147c3b68b1b225f21460a~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
MOS管电平转换电路(可双向传输)

当3.3V电路发送低电平时,MOS管导通,D极(5V电路)为低电平。

162b1ec3427541eeb617502b328fd1e9~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
MOS管电平转换电路(可双向传输)

上面MOS管电路组成的电平转换电路可支持信号的双向传输

除了上面介绍三种电路可以实现通讯电平转换外,也可以使用专用的通讯电平转换芯片来实现转换,使用芯片相对前面成本要高,芯片有很多,这里就不一一介绍了。

以上是关于通讯电平转换电路,欢迎大家在评论区留言。

文章来源:公众号(电子电路 ,作者电路菌)