嵌入式系統(tǒng)中，當(dāng)兩個(gè)不同供電電壓的單片機(jī)之間需要通訊，或者單片機(jī)與不同電壓的外圍芯片進(jìn)行通訊時(shí)，不可避免地要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則會(huì)出現(xiàn)通訊不成功，甚至電壓超過單片機(jī)耐受值而損壞的情況。下面介紹五種主流的電平轉(zhuǎn)換方案。

1.電阻分壓方案

如上圖所示，左側(cè)為3.3V系統(tǒng)，右側(cè)為5V系統(tǒng)，當(dāng)5V電平客戶端向左側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過兩個(gè)電阻分壓，左側(cè)接收端電壓約為5V*2K/（1K+2K）≈3.3V，如此實(shí)現(xiàn)電平匹配。

因?yàn)橹皇褂昧穗娮瑁赃@種方案的優(yōu)點(diǎn)是成本極低，方便布局，缺點(diǎn)也很明顯，一方面功耗比較大，另一方面驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)且速度上也不能太快，一般只能應(yīng)用于100K以內(nèi)的頻率。

2.電平轉(zhuǎn)換芯片方案

使用專用的電平轉(zhuǎn)換芯片，只需給芯片兩側(cè)提供不同的電壓，電平轉(zhuǎn)換由芯片內(nèi)部完成，如74xHC系列和74xHCT系列芯片，可實(shí)現(xiàn)七路3.3V與5V電平相互轉(zhuǎn)換。

直接使用芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其優(yōu)勢是驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)（CMOS輸出工藝），漏電流小，適合多路電平轉(zhuǎn)換，速率高，缺點(diǎn)是成本高。

3.二極管方案

利用二極管的壓降來鉗位也可以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，如上圖所示，當(dāng)右側(cè)5V單片機(jī)TXD發(fā)出高電平時(shí)，D2截止，左側(cè)RXD通過上拉電阻接收高電平為3.3V；當(dāng)右側(cè)單片機(jī)TXD為低電平時(shí)，由于二極管的鉗位作用，左側(cè)RXD約為0.3V，默認(rèn)為低電平。應(yīng)用此電路需要D2壓降特別小（＜0.5V），一般使用肖特基，否則左右電平無法默認(rèn)保持一致。

二極管方案的優(yōu)勢是漏電流小，成本低，缺點(diǎn)是二極管壓降要求高，驅(qū)動(dòng)能力和傳輸速率不太高。

4.三極管方案

上圖電路使用兩個(gè)NPN三極管，可將輸入信號3.3V電平轉(zhuǎn)換為5V輸出電平，并且信號保持同步。電路描述：TX為低時(shí)，Q3不通、Q4導(dǎo)通，RX接地也為低；TX為高時(shí)，Q3導(dǎo)通，Q4不通，RX上拉為5V。如此二者高低同步，且電平實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 此電路優(yōu)勢是成本低，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，電路應(yīng)用較為成熟廣泛。缺點(diǎn)是通過三極管轉(zhuǎn)換波形有延遲，所以速率不能太快（波特率不超過230400）。多路轉(zhuǎn)換時(shí)物料較多，需要較大的布局空間。

5.MOS管方案

上圖是一個(gè)用MOS管來實(shí)現(xiàn)的IIC通訊中5V和3.3V電平轉(zhuǎn)換的經(jīng)典電路。

電路描述：當(dāng)SDA1為高時(shí)，MOS管ＧＳ間無壓降所以不通，SDA1與SDA2均為高電平，但電壓各自獨(dú)立；當(dāng)SDA1為低時(shí)，MOS管導(dǎo)通，SDA1與SDA2均為低電平。SCL邏輯分析類似SDA。

這種方案適用于低頻信號電平轉(zhuǎn)換，價(jià)格低廉，壓降比三極管小，速度一般在400K以下。

審核編輯：黃飛