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电平转换方法_数字信号高低电平用什么表示

全栈程序员站长

发布于 2022-09-22 09:08:21

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大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

内容包括电平转换（含有成熟电路原理图），数字隔离IC。紫色文字是超链接，点击自动跳转至相关博文。持续更新，原创不易！

一、TTL与CMOS电平

二、电平转换

1、单向电平转换

1）光耦实现 2）三极管实现一 3）三极管实现二 4）短信猫GSM Model模块厂家推荐电路

2、双向电平转换

1）MOS管实现 2）TXB0108RGYR实现

三、数字隔离

1、双通道数字隔离器ADuM1200/1201

2、四通道数字隔离器ADuM1410/1411/1412

3、纳芯微-数字隔离器

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一、TTL与CMOS电平

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二、电平转换

在电路中有TTL电平又有CMOS电平的器件，以及器件自身的电源电压供给的不同，这就涉及到电平的转换。

1、单向电平转换

1）光耦实现

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2）三极管实现一

（1）RS232接收部分

当单片机的TxD输出高电平时，三极管Q1导通，RxD(2)输出接近0V；当单片机的TxD输出低电平时，三极管Q1截止，RxD(2)输出5V，刚好在RS232的逻辑0（电压范围+3V～+15V）。

从分析可以看出，逻辑低电平的转换是满足的。但是逻辑高电平转换时，RS232的RxD(2)端是0V，并没有在RS232的逻辑1（电压范围-3V～-15V）内。个人认为因为0V在-3V和+3V之间，这之间的电压值对RS232的逻辑判断是不稳定的，即可能是0，也可能是1。有人实际应用过，但可能有风险。

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（2）单片机接收、RS232串口发送部分

当TxD(3)输出高电平时（电压范围-3V～-15V），三极管Q2截止，RxD输出5V，单片机可识别出为高电平；当TxD(3)输出低电平时（电压范围+3V～+15V），三极管Q2导通，RxD输出接近0V的电压，单片机可识别出为低电平。

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3）三极管实现二

RS232电平与TTL电平相互转换

整个电路的工作过程：

计算机串口通信的RS-232电平是用正负电压来表示逻辑状态的，逻辑1= -3V～-15V，逻辑0=+3～＋15V。而对单片机串口通信的TTL电平而言，输出高电平时电压>2.4V，输出低电平时电压<0.8V。

所以这两者直接需要通信时，必须进行电平转换。现在市场上有很多的RS232电平转换集成芯片。但是我们也可以用分立器件自己搭电路来实现这个功能。如上述电路图所示，左边是DB9串口，现在一般只能在台式机上看到；右边的TXD与RXD是单片机的引脚，电源VCC=+5V。

（1）RS232电平转TTL电平过程

当PCTXD为-3～-15时，此时RS232的逻辑为1，显然这个时候Q4截止，RXD的电平与VCC相等为+5V，也就是TTL逻辑1。

当PCTXD为+3～＋15V时，此时RS232的逻辑为0，显然Q4导通，RXD的电位为0，也就是TTL逻辑0。

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（2）TTL电平转RS232电平

TXD=0低电平，因为Q3是PNP型三极管所以Q3导通，Q3导通电阻比较小，故PCRXD的电压与VCC相同5V，位于+3～+15V之间，即RS232的逻辑“0”。

TXD=1时Q3截止（截止电阻非常大），PC发送数据时，PCTXD的空闲状态为高电平，电压是在-3～-15V之间，当PCTXD的电平-3V时，二极管D1导通，电容C7充电，上负下正（注意电容的接法），电容C7的上极板电位最终被钳在-2.3V之间（可以看出，这个电路在临界位置有bug，使用这个电路时，尽量避开）。而在PCTXD为低电平+3～＋15V时，二极管D1反向截止，电容没法放电，仍然会保持一段时间的上负下正的状态。故TXD为1时，PCRXD通过电容可以获得负电压，即RS232的逻辑“1”。

那你是否担心：既然电容C7保持上负下正，没法放电，那么当TXD=0,PCRXD为5V时，是不是会对电容进行反向充电？

这里电容C7的符号明显是个电解电容，电解电容的反向充电会导致电容损坏，甚至出现冒烟、漏液的情况。虽然当PCTXD在-3～-15V时，通过二极管D1钳位的作用，可以使C7的负极为负电压，但在PCTXD在+3～＋15V时，就存在隐患了。

所以把C7换成无极性的电容就OK了。网上这个电路，C7画的都是电解电容，容易产生误导。个人认为应使用无极性的电容。

注意：本例与上例电路要正常实现电平转换功能，需选择合适的三极管，而且波特率不能太高，电源要稳，不然很容易受到干扰。稳定起见宜采用集成转换。

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4）短信猫GSM Model模块厂家推荐电路

祥见“通信-RS232、RS485、RS422之六、串口芯片SP3232EEN与SP232EEN的区别之4、MCU与设备通讯(通过串口芯片或直连)”的介绍。

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2、双向电平转换

1）MOS管实现

2）TXB0108RGYR实现

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三、数字隔离

1、双通道数字隔离器ADuM1200/1201

本隔离器是基于ADI公司的iCoupler磁耦隔离技术的双通道数字隔离器。采用高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都是有光电隔离器件无法比拟的优势。因其取消了光电耦合器中影响光电转换环节，因此其功耗仅为光电耦合器的1/10～1/60。具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力。两侧工作电压范围2.7V～5V，支持低电压工作并能实现电平转换。