ARM核心板之--电平转换电路（上）

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电子工程师在电路设计过程中，经常会碰到处理器MCU的I/O电平与模块的I/O电平不相同的问题，为了保证两者的正常通信，需要进行电平转换。以下，我们将针对电平转换电路做出详细的分析。
       
        对于多数MCU，其引脚基本上是CMOS结构，因此输入电压范围是：高电平不低于0.7VCC，低电平不高于0.3VCC。
       
        但在介绍电平转换电路之前，我们需要先来了解以下几点：
       
        1.解决电平转换问题，最根本的就是要解决电平的兼容问题，而电平兼容原则有两条：①VOH>VIH ②VOL<VIL
         

       

        图1 阈值电压

       
        2.对于多电源系统，某些器件不允许输入电平超过电源电压，针对有类似要求的器件，电路上应适当做些保护。
         
        3.电平转换电路会影响通信速度，所以使用时应当注意通信速率上的要求。
       
        4.不同转换方式的驱动能力有所不同，在选择上应适当地加以考虑。
       
        5.当需要转换的路数较多时，转换方式选择不当将会导致元器件较多，或布线不方便。
       
        下面通过致远电子MiniARM核心板的实例来给大家分享常用的电平转换电路方法。
       
        1.电阻分压法
        电阻分压法是最简便的一种方法，该电路的工作方式是对逻辑电平高的进行分压。以MiniARM核心板与GPRS模块通信为例。MiniARM核心板IO电平为3.3V，而GPRS模块的IO电平为2.8V，两者之间通信时可以用图2来实现电平匹配。
         

       

        图2 电阻分压法

         
        对电阻分压的转换电路进行测试，转换后波形如图3所示。
         

       

         
        2.  二极管钳位法
        使用二极管来实现电平匹配，以MiniARM核心板与GPRS模块为例。
         

       

        图4 二极管钳位法

         
        当GPRS模块TXD为高电平时，由于二极管D2的钳位作用，MiniARM的RXD会得到2.8V+VF高电平电压。当MiniARM的TXD为高电平时，由于二极管D1的钳位作用，GPRS模块的RXD会得到2.8V+VF高电平电压。
         
         
        使用该电路应注意：
        1.MiniARM的TXD输出端串联电阻R1的作用是限流， 同时R1会限制两者之间的通信速度。
       
        2.MiniARM的TXD输出端会通过二极管D1向GPRS模块的VDD_EXT电源输入电流，防止VDD_EXT过压。
       
        3.GPRS模块TXD的VOL最大值为0.1V，当输出低电平时，由于二极管的钳位作用，MiniARM的RXD的电压是0.1V+VF，该低电压应低于VIL。
       
        先为大家介绍以上两种电平转换电路，后续将介绍其他几种方法。
       
        MiniARM工控核心板具有强大的功能和可靠的稳定性，通过选用该系列核心板进行产品开发，可以使得用户的产品开发流程更短、开发的产品更具可靠。其简要描述如下表所示