【Arduino】168種傳感器系列實(shí)驗(yàn)（137）---2路I2C電平轉(zhuǎn)換模塊

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 16:53

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-3 16:54 編輯

37款傳感器與模塊的提法，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，其實(shí)Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器和模塊，依照實(shí)踐出真知（一定要?jiǎng)邮肿觯┑睦砟睿詫W(xué)習(xí)和交流為目的，這里準(zhǔn)備逐一動(dòng)手試試做實(shí)驗(yàn)，不管成功與否，都會(huì)記錄下來(lái)---小小的進(jìn)步或是搞不定的問(wèn)題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實(shí)驗(yàn)（資料+代碼+圖形+仿真）
實(shí)驗(yàn)一百三十七：IIC I2C電平轉(zhuǎn)換模塊 5-3v系統(tǒng)兼容 2路

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 19:09

備注：在I2C電平轉(zhuǎn)換模塊的操作中要考慮下面的三種狀態(tài)——
　　1、沒(méi)有器件下拉總線線路�！暗碗妷骸辈糠值目偩€線路通過(guò)上拉電阻Rp 上拉至3.3V。 MOS-FET 管的門(mén)極和源極都是3.3V，所以它的VGS 低于閥值電壓，MOS-FET 管不導(dǎo)通。這就允許“高電壓”部分的總線線路通過(guò)它的上拉電阻Rp 拉到5V。此時(shí)兩部分的總線線路都是高電平，只是電壓電平不同。
　　2、一個(gè)3.3V器件下拉總線線路到低電平。MOS-FET管的源極也變成低電平，而門(mén)極是3.3V。VGS上升高于閥值，MOS-FET管開(kāi)始導(dǎo)通。然后“高電壓”部分的總線線路通過(guò)導(dǎo)通的MOS-FET管被3.3V器件下拉到低電平。此時(shí)，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。
　　3、一個(gè)5V的器件下拉總線線路到低電平。MOS-FET管的漏極基底二極管“低電壓”部分被下拉直到VGS超過(guò)閥值，MOS-FET管開(kāi)始導(dǎo)通�！暗碗妷骸辈糠值目偩€線路通過(guò)導(dǎo)通的MOS-FET管被5V的器件進(jìn)一步下拉到低電平。此時(shí)，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。

這三種狀態(tài)顯示了邏輯電平在總線系統(tǒng)的兩個(gè)方向上傳輸，與驅(qū)動(dòng)的部分無(wú)關(guān)。狀態(tài)1執(zhí)行了電平轉(zhuǎn)換功能。狀態(tài)2和3按照I2C總線規(guī)范的要求在兩部分的總線線路之間實(shí)現(xiàn)“線與”的功能。

主要優(yōu)點(diǎn)：
　　1、適用于低頻信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，價(jià)格低廉。
　　2、導(dǎo)通后，壓降比三極管小。
　　3、正反向雙向?qū)ǎ喈?dāng)于機(jī)械開(kāi)關(guān)。
　　4、電壓型驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然也需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，而且有的應(yīng)用也許比三極管大。

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 18:59

模塊應(yīng)用范圍
1、5V單片機(jī)與3.3V單片機(jī)串口通信。
2、3.3V串口下載器與5V單片機(jī)串口通信。
3、5V單片機(jī)與3.3V應(yīng)用模塊串口通信。

模塊使用注意事項(xiàng)
1、如果高壓區(qū)和低壓區(qū)的電源已經(jīng)共地，這模塊中的GND只需接1根地即可。
2、該轉(zhuǎn)換模塊相當(dāng)于一條直線，每個(gè)端口都一一對(duì)應(yīng)，只是兩邊的電壓不一樣，從而實(shí)現(xiàn)了不同電平之間的通訊。
3、本模塊不可以當(dāng)做穩(wěn)壓器或者變壓器的功能進(jìn)行使用，只可以用于IO口電平之間的小電流的通訊。

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 18:56

實(shí)驗(yàn)開(kāi)源圖形編程（Mind+）

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 18:27

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 18:18

RXI手動(dòng)接入5V，RXO轉(zhuǎn)換輸出3.3V（未接入時(shí)輸出0V）

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 18:17

/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實(shí)驗(yàn)（資料+代碼+圖形+仿真）
實(shí)驗(yàn)一百三十七：雙路IIC I2C電平轉(zhuǎn)換模塊 5-3v系統(tǒng)兼容
HV接5V電源
LV接3.3V電源
GND接電源負(fù)極
RXO接A0
RXI手動(dòng)接5v
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0, INPUT);
}
void loop()
{
int val = analogRead(A0);
Serial.println(val/155);
delay(300);
}

復(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 11:42

接線說(shuō)明
HV接5V電源
LV接3.3V電源
GND接電源負(fù)極，兩個(gè)電源公地
RXI輸入5v TTL，將在RXO輸出3.3v TTL
TXI輸入輸出3.3V TTL ，TXO輸入輸出5V TTL， TXI與TXO雙向互轉(zhuǎn)

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 11:18

模塊特點(diǎn)
1、2個(gè)通道的高電壓邏輯和低電壓邏輯雙向轉(zhuǎn)換
2、2個(gè)通道的高電壓邏輯轉(zhuǎn)換成低電壓邏輯的單向轉(zhuǎn)換
3、模塊兼容面包板，可以直接插在面包板上使用
4、實(shí)現(xiàn)串口直接的 5V與3.3V電平通訊。
5、最高穩(wěn)定通信波特率28800bps。
6、UART、IIC、1-wire和SPI等總線信號(hào)3V-5V電平的雙向轉(zhuǎn)換。
7、可實(shí)現(xiàn)I2C雙向總線系統(tǒng)中3.3V與5V電平的雙向轉(zhuǎn)換，且不需要方向選擇信號(hào)，而且還能將掉電的總線部分和剩下的總線系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，保護(hù)低壓器件防止高電壓器件的高電壓毛刺。

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-4 07:51

IIC I2C雙路電平轉(zhuǎn)換模塊電原理示意圖
06 (1).jpg

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 17:58

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-4 07:25 編輯

IIC I2C雙路電平轉(zhuǎn)換模塊
由于部分單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和設(shè)備是3.3V工作的，而也有單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和設(shè)備、傳感器等是的5.0V工作電源，所以當(dāng)兩者需要通訊時(shí)，就出現(xiàn)了工作電壓不一致的情況，令用戶(hù)使用起來(lái)不方便。這個(gè)模塊就是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題和解決這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)的，其在3.3V和5.0V的不同設(shè)備中提供了可行性，起了橋接的作用。

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 17:48

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-4 07:41 編輯

一個(gè)IIC的5V和3.3V電平轉(zhuǎn)換的經(jīng)典電路

雙向傳輸原理：
為了方便講述，定義 3.3V 為 A 端，5.0V 為 B 端。

A端輸出低電平時(shí)（0V）  ，MOS管導(dǎo)通，B端輸出是低電平（0V）
A端輸出高電平時(shí)（3.3V），MOS管截至，B端輸出是高電平（5V）
A端輸出高阻時(shí)（OC），MOS管截至，B端輸出是高電平（5V）

B端輸出低電平時(shí)（0V）  ，MOS管內(nèi)的二極管導(dǎo)通，從而使MOS管導(dǎo)通，A端輸出是低電平（0V）
B端輸出高電平時(shí)（5V）  ，MOS管截至，A端輸出是高電平（3.3V）
B端輸出高阻時(shí)（OC），MOS管截至，A端輸出是高電平（3.3V）

優(yōu)點(diǎn)：
1、適用于低頻信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，價(jià)格低廉。
2、導(dǎo)通后，壓降比三極管小。
3、正反向雙向?qū)�，相�?dāng)于機(jī)械開(kāi)關(guān)。
4、電壓型驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然也需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，而且有的應(yīng)用也許比三極管大。

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 17:04

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 17:04

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 17:02

模塊使用的BSS138LT1貼片MOS場(chǎng)效應(yīng)管

ID:513258 · 發(fā)表于 2020-2-3 16:56

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-3 17:49 編輯

場(chǎng)效應(yīng)管
Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET）簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管。主要有兩種類(lèi)型：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（metal-oxide semiconductor FET，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS-FET）。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱(chēng)為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。場(chǎng)效應(yīng)管（FET）是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱(chēng)單極型晶體管。

場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱(chēng)之為單極型器件，而晶體管是既有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電，被稱(chēng)之為雙極型器件。有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比三極管好。場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

作用
1.場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。
2.場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。
3.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。
4.場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。
5.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開(kāi)關(guān)。

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