電子工程師在電路設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)碰到處理器MCU的I/O電平與模塊的I/O電平不相同的問題，為了保證兩者的正常通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。以下，我們將針對(duì)電平轉(zhuǎn)換電路做出詳細(xì)的分析。

對(duì)于多數(shù)MCU，其引腳基本上是CMOS結(jié)構(gòu)，因此輸入電壓范圍是：高電平不低于0.7VCC，低電平不高于0.3VCC。

但在介紹電平轉(zhuǎn)換電路之前，我們需要先來了解以下幾點(diǎn)：

⒈ 解決電平轉(zhuǎn)換問題，最根本的就是要解決電平的兼容問題，而電平兼容原則有兩條：①VOH>VIH②VOL<VIL

圖1 閾值電壓

⒉ 對(duì)于多電源系統(tǒng)，某些器件不允許輸入電平超過電源電壓，針對(duì)有類似要求的器件，電路上應(yīng)適當(dāng)做些保護(hù)。

⒊ 電平轉(zhuǎn)換電路會(huì)影響通信速度，所以使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意通信速率上的要求。

⒋ 不同轉(zhuǎn)換方式的驅(qū)動(dòng)能力有所不同，在選擇上應(yīng)適當(dāng)?shù)丶右钥紤]。

⒌ 當(dāng)需要轉(zhuǎn)換的路數(shù)較多時(shí)，轉(zhuǎn)換方式選擇不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致元器件較多，或布線不方便。

下面通過致遠(yuǎn)電子MiniARM核心板的實(shí)例來給大家分享常用的電平轉(zhuǎn)換電路方法。

　　1. 電阻分壓法

電阻分壓法是最簡(jiǎn)便的一種方法，該電路的工作方式是對(duì)邏輯電平高的進(jìn)行分壓。以MiniARM核心板與GPRS模塊通信為例。MiniARM核心板IO電平為3.3V，而GPRS模塊的IO電平為2.8V，兩者之間通信時(shí)可以用圖2來實(shí)現(xiàn)電平匹配。

圖2 電阻分壓法

對(duì)電阻分壓的轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)換后波形如圖3所示。

圖3 電平轉(zhuǎn)換波形

2. 二極管鉗位法

使用二極管來實(shí)現(xiàn)電平匹配，以MiniARM核心板與GPRS模塊為例。

圖4 二極管鉗位法

當(dāng)GPRS模塊TXD為高電平時(shí)，由于二極管D2的鉗位作用，MiniARM的RXD會(huì)得到2.8V+VF高電平電壓。

當(dāng)MiniARM的TXD為高電平時(shí)，由于二極管D1的鉗位作用，GPRS模塊的RXD會(huì)得到2.8V+VF高電平電壓。

使用該電路應(yīng)注意：

1.MiniARM的TXD輸出端串聯(lián)電阻R1的作用是限流， 同時(shí)R1會(huì)限制兩者之間的通信速度。

2.MiniARM的TXD輸出端會(huì)通過二極管D1向GPRS模塊的VDD_EXT電源輸入電流，防止VDD_EXT過壓。

3.GPRS模塊TXD的VOL最大值為0.1V,當(dāng)輸出低電平時(shí)，由于二極管的鉗位作用，MiniARM的RXD的電壓是0.1V+VF,該低電壓應(yīng)低于VIL。

先為大家介紹以上兩種電平轉(zhuǎn)換電路，后續(xù)將介紹其他幾種方法。

MiniARM工控核心板具有強(qiáng)大的功能和可靠的穩(wěn)定性，通過選用該系列核心板進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，可以使得用戶的產(chǎn)品開發(fā)流程更短、開發(fā)的產(chǎn)品更具可靠。其簡(jiǎn)要描述如下表所示。