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[资料分享] 5V和3.3V之间电平转换

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发表于 2017-1-23 10:00:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
     如果你平常使用的器件多为课本上也会出现的那些类型的话,你最熟悉的电压值应该是5V。在这套系统下,一般的高电平是接近5V的电压,而低电平则接近于0V。采用TTL集成电路和CMOS集成电路的系统在电平判断上会有微小的区别,不过对于这样的器件来说你仍然可以使用同样的电平体系。

     而现在的很多集成电路芯片都采用了3.3V的低电压体系,更高的速度、更低的电压是现在电子行业的不变追求。这样的追求也使得DIY领域发生了各种各样的改变,在微处理器上,3.3V甚至更低电压的输出电平已经变得比较常见,如何和那些仍在使用5V电平标准的外设进行通信是你需要学会的必备技能。

你是否真的需要电平转换?

     虽然在这一篇肯定要介绍电平转换的文章里讲这一件事有点奇怪,不过在你应用电平转换的措施之前确实需要判断进行电平转换的必要性。
360截图20170123095651162.jpg

你需要仔细观察Datasheet中的内容

     如果你是用的是3.3V器件作为输出,而5V器件作为动作的接收者,那么这种低电平输出不会损坏器件,而且大部分3.3V器件输出高电平的时候也能够满足5V器件的高电平输入标准,这时候你就不需要其他的额外器件来进行辅助。唯一需要注意的是如果外部5V器件需要从3.3V设备取电流的话,你需要查阅数据手册上对于接口拉电流的最大值。有需要的话,增加缓冲器件(如74HC245)。

     如果反过来,想要使用5V输出的器件驱动3.3V的外设的话,你就需要考虑电平转换器件的必要性了。虽然大部分情况下使用电平转换都没什么错误,不过如果你查阅了数据手册的话,有些3.3V的芯片在设计中已经被设计为可容忍5V输入了。这样的芯片就可以直接使用5V的主控来直接驱动,最经典的一个例子就是74LVC系列芯片。

CMOS和TTL

     在继续下一步之前,你需要了解的一个小知识是:CMOS器件对于高低电平的判断标准并不是一个具体值,而是基于电源电压的百分比。一般来说CMOS器件的高电平标准应大于0.7倍的电源电压(也就是说,用5V供电时,高电平的标准将为3.5V),这就会导致3.3V标准下的高电平无法触发。但是这也不是绝对的,部分器件可以在3.3V电平标准下正常工作,即使标称的正常工作电压是5V。对于这种问题,最好还是使用写明了可以兼容3.3V电平标准的器件。

360截图20170123095914466.jpg

     而TTL器件来说,工作在5V电压下时其高电平判断的标准是确定的2V。这也是为什么单向使用TTL器件的时候能够正常判断电平高低的原因。

电阻分压转换

360截图20170123095952303.jpg

    如果你只想使用一个3.3V引脚接收外部5V器件发送的信号的话,简单的使用电阻分压即可。两个分压电阻分别为2.2千欧和3.3千欧。即可将5V电平信号转换为3.3V信号。

使用晶体管作为开关的转换方式
360截图20170123100103635.jpg
    这种方式也是单向的转换,但是由3.3V发出控制信号送给5V外设。使用工作在开关状态的三极管或MOS管,你可以使用3.3V电平的控制器控制开关管的通断,从而控制5V电平的施加与否。

双向转换

    如果你有大量的引脚都需要进行电平转换的话,那么你完全可以选择各厂商生产的专业芯片,可以一次对多个口进行双向的电平转换,不过如果你只有一两个引脚需要进行电平转换的话,使用一些简单的电路即可完成。

360截图20170123100159273.jpg

    比如这个电路,这个电路可以实现两种电平制式之间的双向转换,它来自于飞利浦针对IIC总线而设计的电平转换电路。

     每次遇到两个元件接口的问题,先在心中问一下自己:这两个元件可以直接连接吗?如果想要连接它们,我需要注意什么问题?把这些问题弄清楚,电平转换只是非常小的一个部分,但首先搞清这个问题,你就不会犯大错。



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