【Arduino】168種傳感器系列實驗（137）---2路I2C電平轉換模塊

ID:513258 · 發表于 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，在網絡上廣泛流傳，其實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，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流為目的，這里準備逐一動手試試做實驗，不管成功與否，都會記錄下來---小小的進步或是搞不定的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百三十七：IIC I2C電平轉換模塊 5-3v系統兼容 2路

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 16:56

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-3 17:49 編輯

場效應管
Field Effect Transistor縮寫(FET）簡稱場效應管。主要有兩種類型：結型場效應管（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導體場效應管（metal-oxide semiconductor FET，簡稱MOS-FET）。由多數載流子參與導電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。場效應管（FET）是利用控制輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件，并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電，又稱單極型晶體管。

場效應管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。場效應管是利用多數載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是既有多數載流子，也利用少數載流子導電，被稱之為雙極型器件。有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比三極管好。場效應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效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。

作用
1.場效應管可應用于放大。由于場效應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.場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。
3.場效應管可以用作可變電阻。
4.場效應管可以方便地用作恒流源。
5.場效應管可以用作電子開關。

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 17:02

模塊使用的BSS138LT1貼片MOS場效應管

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 17:04

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 17:04

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 17:48

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-4 07:41 編輯

一個IIC的5V和3.3V電平轉換的經典電路

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

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

優點：
1、適用于低頻信號電平轉換，價格低廉。
2、導通后，壓降比三極管小。
3、正反向雙向導通，相當于機械開關。
4、電壓型驅動，當然也需要一定的驅動電流，而且有的應用也許比三極管大。

ID:513258 · 發表于 2020-2-3 17:58

本帖最后由 eagler8 于 2020-2-4 07:25 編輯

IIC I2C雙路電平轉換模塊
由于部分單片機開發板和設備是3.3V工作的，而也有單片機開發板和設備、傳感器等是的5.0V工作電源，所以當兩者需要通訊時，就出現了工作電壓不一致的情況，令用戶使用起來不方便。這個模塊就是針對這個問題和解決這個問題設計的，其在3.3V和5.0V的不同設備中提供了可行性，起了橋接的作用。

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 07:51

IIC I2C雙路電平轉換模塊電原理示意圖

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 11:18

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

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 11:42

接線說明
HV接5V電源
LV接3.3V電源
GND接電源負極，兩個電源公地
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

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 18:17

/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百三十七：雙路IIC I2C電平轉換模塊 5-3v系統兼容
HV接5V電源
LV接3.3V電源
GND接電源負極
RXO接A0
RXI手動接5v
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0, INPUT);
}
void loop()
{
int val = analogRead(A0);
Serial.println(val/155);
delay(300);
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 18:18

RXI手動接入5V，RXO轉換輸出3.3V（未接入時輸出0V）

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 18:27

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 18:56

實驗開源圖形編程（Mind+）

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 18:59

模塊應用范圍
1、5V單片機與3.3V單片機串口通信。
2、3.3V串口下載器與5V單片機串口通信。
3、5V單片機與3.3V應用模塊串口通信。

模塊使用注意事項
1、如果高壓區和低壓區的電源已經共地，這模塊中的GND只需接1根地即可。
2、該轉換模塊相當于一條直線，每個端口都一一對應，只是兩邊的電壓不一樣，從而實現了不同電平之間的通訊。
3、本模塊不可以當做穩壓器或者變壓器的功能進行使用，只可以用于IO口電平之間的小電流的通訊。

ID:513258 · 發表于 2020-2-4 19:09

備注：在I2C電平轉換模塊的操作中要考慮下面的三種狀態——
　　1、沒有器件下拉總線線路。“低電壓”部分的總線線路通過上拉電阻Rp 上拉至3.3V。 MOS-FET 管的門極和源極都是3.3V，所以它的VGS 低于閥值電壓，MOS-FET 管不導通。這就允許“高電壓”部分的總線線路通過它的上拉電阻Rp 拉到5V。此時兩部分的總線線路都是高電平，只是電壓電平不同。
　　2、一個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，而門極是3.3V。VGS上升高于閥值，MOS-FET管開始導通。然后“高電壓”部分的總線線路通過導通的MOS-FET管被3.3V器件下拉到低電平。此時，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。
　　3、一個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超過閥值，MOS-FET管開始導通。“低電壓”部分的總線線路通過導通的MOS-FET管被5V的器件進一步下拉到低電平。此時，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。

這三種狀態顯示了邏輯電平在總線系統的兩個方向上傳輸，與驅動的部分無關。狀態1執行了電平轉換功能。狀態2和3按照I2C總線規范的要求在兩部分的總線線路之間實現“線與”的功能。

主要優點：
　　1、適用于低頻信號電平轉換，價格低廉。
　　2、導通后，壓降比三極管小。
　　3、正反向雙向導通，相當于機械開關。
　　4、電壓型驅動，當然也需要一定的驅動電流，而且有的應用也許比三極管大。

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【Arduino】168種傳感器系列實驗（137）---2路I2C電平轉換模塊