Se a comunicação entre o módulo sensor e o sistema do usuário for realizada por meio de UART, SPI ou métodos de E/S, geralmente, o nível de tensão da interface do módulo sensor é de 3,3 V, e o nível de tensão do sistema do usuário também é de 3,3 V. Normalmente, um método de conexão direta é viável. No entanto, se o nível de tensão da interface do sistema do usuário for de 1,8 V ou 5 V, quando o módulo interagir com o microcontrolador para troca de dados, devido à incompatibilidade dos níveis de tensão entre as duas partes, podem ocorrer falhas de comunicação, refluxo de corrente, consumo anormal de energia, anomalias de tensão e outros problemas. Este artigo apresentará alguns métodos comuns de correspondência de níveis de tensão, e os usuários poderão escolher o mais adequado de acordo com a situação específica.
Forneça as duas fontes de alimentação de conversão necessárias aos dois lados do chip de conversão e, em seguida, conecte os sinais de entrada e saída necessários da conversão às entradas e saídas do chip. Todas as etapas de conversão são realizadas internamente pelo chip. A figura a seguir mostra o circuito de conversão de nível usando o SN74LVC2T45DCTR.
As vantagens desse sistema são a alta velocidade, a grande capacidade de condução e a facilidade de uso. A desvantagem é o custo relativamente elevado.
Conforme ilustrado na figura abaixo, este é um circuito de conversão de nível bidirecional.
Primeiramente, vamos analisar a situação em que os dados são enviados de 3,3 V para 5 V. Quando o terminal UART1_TX está em nível alto, o MOSFET Q1 está em corte (cut-off) e o terminal UART2_RX é conectado à sua tensão de alimentação (pull-up). Quando o terminal UART1_TX está em nível baixo, o MOSFET Q1 conduz e o terminal UART2_RX é conectado ao nível baixo por Q1, completando a conversão de nível.
Em segundo lugar, vamos analisar a situação em que os dados são enviados de 5V para 3,3V. Quando o terminal UART2_TX está em nível alto, tanto o MOSFET Q2 quanto o diodo de corpo estão em corte, e o UART1_RX é mantido em nível alto por R3. Quando o UART2_TX emite um nível baixo, o MOSFET não conduz, mas o diodo de corpo do MOSFET leva o UART1_RX para um nível baixo. Nesse ponto, Vgs é maior que a tensão de ativação, e o MOSFET conduz, reduzindo ainda mais a tensão do UART1_RX.
Os MOSFETs também podem ser substituídos por transistores.
A vantagem dessa solução é o seu baixo custo, enquanto a desvantagem é que a taxa de transmissão de dados geralmente não pode exceder 400 kbps.
Esta solução utiliza apenas um tipo de componente - resistores, conforme mostrado na figura abaixo. Quando o módulo de nível 3,3V envia dados para a direita, ele passa apenas pelo resistor limitador de corrente, e o nível na extremidade receptora do cliente está dentro da faixa. Quando o cliente de nível 5V envia dados para a esquerda, ele usa dois resistores para dividir a tensão, e a tensão na extremidade receptora à esquerda é 5V * 2K / (1K + 2K) ≈ 3,3V.
A vantagem dessa solução é o custo extremamente baixo e a facilidade de layout para placas de circuito impresso. A desvantagem é a baixa capacidade de transmissão, que impede atingir velocidades muito altas. Geralmente, a taxa de transmissão aplicada dessa forma não ultrapassa 100 kbps.
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