如何将不同电压的模块连接到Arduino

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当我们在开发板上使用一些传感器模块时,可能会遇到以下的问题:开发板输出脚的数字逻辑信号电压为5V(高电平状态),但传感器模块的信号脚只能工作在最大3.3V电压时,如何调整才能不让开发板或者模块损坏呢?也许你可以想出一些方法来解决这些困难,但最简单的一种方法是直接使用逻辑电平转换器模块。本文将介绍如何使用并连接使用这些设备。

逻辑电平转换器的工作原理

市面上有许多不同版本的逻辑电平转换器,这些转换器大多数(不是全部)都使用非常简单的电路来实现所需的电压转换。多数转换器转接板有四个独立的通道,每个通道由一个晶体管和电阻组成。以下是电路原理图:

逻辑电平转换器电路原理图

文中我们不去深入讨论这个电路的具体原理,因为这不是本文的主要目标。我建议您参考转换器的具体应用说明(PDF)以获得更多详细信息。

逻辑电平转换器模块的接口定义

通常,逻辑电平转换器模块有对应的输入和输出:

逻辑电平转换器接口定义

使用中,高电压电源(5V)和低电压电源(3V3)及其各自对应的接地引脚需要连接到开发板的相应引脚上,它们用于向电压转换电路提供电压,这四个脚与数据信号无关。模块配置有四个独立的数据通道,分别为HVx和LVx,其中x表示1到4的通道号。HV1(高电平通道1)连接到LV1(低电平通道1),以此类推。

这种特殊的装置就是双向电平转换器,有了它,信号就可以从低压侧转换到高压侧,反之亦然。单向转换器只允许在一个方向(低到高或高到低)上转换信号。使用时,请务必参阅模块的使用手册,了解其额定电压(低压、高压和最大频率)。

使用逻辑电平转换器将Arduino连接到模块

许多厂商将希望使用这种转换器将单片机连接到传感器或其它模块。在这个简单的示例中,我将把Arduino Uno连接到ESP8266 WIFI模块。在我们不确定所采用的模块输入输出脚所支持的电平时,采用电平转换模块也许是相对安全的选择。下例中,我们没有直接将ESP8266的TX和RX线连接到Arduino的GPIO引脚上,而是将它们与逻辑电平转换器连接起来:

通过逻辑电平转换器连接ESP8266到Arduino uno

逻辑电平转换器是一个很小但非常有用的设备。它有助于连接使用不同电压等级的逻辑信号的设备。但要记住,逻辑电平转换器有双向和单向转换器可选择,使用前,请认真阅读转换器的使用手册。