CN110928823A - 一种电平转换电路 - Google Patents

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赵寰
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Abstract

本发明提供了一种电平转换电路，用于实现第一串口和第二串口之间的电平转换，包括：三极管、二极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；三极管发射极与第一串口连接，三极管基极与第一电阻第二端连接，三极管集电极与第三电阻第二端连接，且三极管与第三电阻连接点与第二串口连接；二极管正极与第二电阻第二端连接，二极管与第二电阻连接点与第一串口连接，二极管负极与第二串口连接；第一电阻第一端与第二电阻第一端连接，且连接点与第一电压输入端连接；第三电阻第一端与第二电压输入端连接；第一电压输入端输入的第一电压值小于第二电压输入端输入的第二电压值。本方案的电平转换电路，不仅设计简单、成本低，而且串口之间通信可快速响应。

Description

一种电平转换电路
技术领域
本发明涉及串口通信技术领域，特别涉及一种电平转换电路。
背景技术
串口通讯目前广泛应用于微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、片上系统(System on Chip，SOC)、上位机、板卡等之间，而串口种类繁多，电平标准不一，串口通信时存在电平不匹配的情况，因此，需要使用电平转换电路实现不同种类串口之间的通信。现有的电平转换电路不仅设计复杂，而且成本高，响应速率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种电平转换电路，以实现串口通信的快速响应。
本发明实施例提供了一种电平转换电路，用于实现第一串口和第二串口之间的电平转换，所述电平转换电路包括：三极管、二极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述三极管的发射极与所述第一串口的发射端连接，所述三极管的基极与第一电阻的第二端连接，所述三极管的集电极与第三电阻的第二端连接，且所述三极管与所述第三电阻的连接点与所述第二串口的接收端连接；
所述二极管的正极与所述第二电阻的第二端连接，所述二极管与所述第二电阻的连接点与所述第一串口的接收端连接，所述二极管的负极与所述第二串口的发射端连接；
所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，且连接点与第一电压输入端连接；
所述第三电阻的第一端与第二电压输入端连接；
所述第一电压输入端输入的第一电压值小于所述第二电压输入端输入的第二电压值。
优选地，所述第一电阻的阻值小于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最小值；
所述第一电阻的阻值大于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最大值。
优选地，所述第二电阻的阻值小于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最小值；
所述第二电阻的阻值大于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最大值。
优选地，所述第三电阻的阻值小于等于所述第二电压值除以最大目标电流；
所述第三电阻的阻值大于等于所述第二电压值除以最小目标电流；
在所述第一串口的灌电流最大值小于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述第一串口的灌电流最大值，所述最小目标电流为所述第一串口的灌电流最小值；
在所述第一串口的灌电流最大值大于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值，所述最小目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最小值。
优选地，进一步包括：第一滤波电容；所述第一滤波电容的一端连接到所述第一串口与所述二极管的连接点上，另一端接地。
优选地，进一步包括：第二滤波电容；所述第二滤波电容的一端连接到所述第二串口与所述三极管的集电极之间的连接点上，另一端接地。
优选地，所述三极管为NPN三极管。
优选地，所述第一串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种；所述第二串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种。
本发明实施例提供了一种电平转换电路，由于第一电压值小于第二电压值，第一串口向第二串口发送数据时，根据第一串口发射端输出的电平状态，可控制三极管的导通状态，从而实现第一串口发射端与第二串口接收端的电平转换，在第二串口向第一串口发送数据时，根据第二串口发射端输出的电平状态，可控制二极管的导通状态，从而实现第二串口发射端与第一串口接收端的电平转换。本方案的电平转换电路，不仅设计简单、成本低，而且串口之间通信可快速响应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种电平转换电路图；
图2是本发明一个实施例提供的另一种电平转换电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电平转换电路，用于实现第一串口和第二串口之间的电平转换，所述电平转换电路包括：三极管Q、二极管VD、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；
所述三极管Q的发射极e与所述第一串口的发射端TX1连接，所述三极管Q的基极b与第一电阻R1的第二端连接，所述三极管Q的集电极c与第三电阻R3的第二端连接，且所述三极管Q与所述第三电阻R3的连接点与所述第二串口的接收端RX2连接；
所述二极管VD的正极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述二极管VD与所述第二电阻R2的连接点与所述第一串口的接收端RX1连接，所述二极管VD的负极与所述第二串口的发射端TX2连接；
所述第一电阻R1的第一端与所述第二电阻R2的第一端连接，且连接点与第一电压输入端V1连接；
所述第三电阻R3的第一端与第二电压输入端V2连接；
所述第一电压输入端V1输入的第一电压值小于所述第二电压输入端V2输入的第二电压值。
以第一电压值为3.3V，第二电压值为5V为例，对该电平转换电路的转换过程进行说明。
第一串口的发射端TX1发送数据，第二串口的接收端RX2接收数据，第一串口的发射端通过输出高低电平来实现数据传输，在输出高电平时，该输出的高电平为3.3V，此时，三极管不导通，第二串口接收端RX2端为高电平5V，第一串口的发射端TX1输出低电平0V时，此时三极管集电极与发射极之间导通，第二串口接收端RX2测得的电平值为0.2V(相当于低电平)，如此，根据第一串口发射端TX1输出高低电平的状态，控制三极管的导通状态，从而实现两个串口的电平转换，此时第一串口发射端的电平0→3.3V，转换到第二串口接收端的电平0→5V。
第二串口的发射端TX2发送数据，第一串口的接收端RX1接收数据，第二串口的发射端通过输出高低电平来实现数据传输，在输出高电平时，该输出的高电平为5V，此时，二极管VD处于截止状态，第一串口的接收端RX1检测到的电压为高电平(3.3V)，第二串口的发射端TX2输出低电平(0V)时，此时二极管VD处于导通状态，第一串口的接收端RX1检测到的电压为0.2V，相当于低电平，如此，根据第二串口发射端TX2输出高低电平的状态，控制二极管的导通状态，从而实现两个串口的电平转换，此时第二串口发射端的电平0→5V，转换到第一串口接收端的电平0→3.3V。
在本发明一个实施例中，该电平转换电路中的电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值可以根据电平转换电路中设置的三极管Q、连接的第一串口、第二串口的参数有关，具体地，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值设置可以通如下方式计算：
电阻R1的阻值与第一电压输入端输入的第一电压值、三极管基极的驱动电流有关，其中，三极管基极的驱动电流对应一个驱动范围，为驱动电流位于驱动电流最小值和驱动电流最大值之间，该驱动电流用于实现对三极管基极的驱动，使三极管处于工作状态，因此，电阻R1的阻值小于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最小值，电阻R1的阻值大于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最大值。
电阻R2的阻值与第一电压输入端输入的第一电压值、第二串口的灌电流有关，每个串口的I/O口均有个灌电流，且该灌电流对应一个范围，该灌电流位于灌电流最小值和灌电流最大值之间，以保证能够向串口输入数据，其中，所述第二电阻R2的阻值小于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最小值，所述第二电阻R2的阻值大于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最大值。
电阻R3的阻值与第二电压输入端的输入的第二电压值、三极管集电极c和发射极e之间的导通电流、第一串口的灌电流有关，其中，三极管集电极与发射极之间的导通电流对应一个范围，导通电流位于导通电流最小值和导通电流最大值之间，第一串口的灌电流也对应一个范围，该灌电流位于灌电流最小值和灌电流最大值之间。
所述第三电阻R3的阻值小于等于所述第二电压值除以最大目标电流；所述第三电阻R3的阻值大于等于所述第二电压值除以最小目标电流；
其中，在所述第一串口的灌电流最大值小于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述第一串口的灌电流最大值，所述最小目标电流为所述第一串口的灌电流最小值；在所述第一串口的灌电流最大值大于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值，所述最小目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最小值。
在本发明一个实施例中，电路板上的各个器件对数据传输内容会造成干扰，且两个串口之间数据连接线越长，干扰越大，因此，为了消除干扰，该电平转换电路可以进一步包括：第一滤波电容；所述第一滤波电容的一端连接到所述第一串口与所述二极管的连接点上，另一端接地。
相应地，进一步包括：第二滤波电容；所述第二滤波电容的一端连接到所述第二串口与所述三极管的集电极之间的连接点上，另一端接地。
请参考图2，为本发明实施例一个优选电平转换电路图，滤波电容C1的一端连接到第一串口输入端RX1与二极管VD的连接点上，滤波电容C2的一端连接到第二串口输入端RX2与三极管Q的集电极c的连接点上。
在本发明一个实施例中，所述三极管为NPN三极管。
本发明实施例中，该电平转换电路可以实现两个串口之间的通信，其中，所述第一串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种；所述第二串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种。
需要说明的是，该电平转换电路还可以实现除串口以外的其他器件之间的电平转换。
综上，本发明各个实施例至少可以实现如下有益效果：
1、在本发明实施例中，由于第一电压值小于第二电压值，第一串口向第二串口发送数据时，根据第一串口发射端输出的电平状态，可控制三极管的导通状态，从而实现第一串口发射端与第二串口接收端的电平转换，在第二串口向第一串口发送数据时，根据第二串口发射端输出的电平状态，可控制二极管的导通状态，从而实现第二串口发射端与第一串口接收端的电平转换。本方案的电平转换电路，不仅设计简单、成本低，而且串口之间通信可快速响应。
2、在本发明实施例中，通过将第一滤波电容的一端连接到所述第一串口与二极管的连接点上，另一端接地，将第二滤波电容的一端连接到所述第二串口与三极管的集电极之间的连接点上，另一端接地，可以对串口之间传输数据的干扰进行滤波，从而降低数据干扰。
上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电平转换电路，其特征在于，用于实现第一串口和第二串口之间的电平转换，所述电平转换电路包括：三极管、二极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述三极管的发射极与所述第一串口的发射端连接，所述三极管的基极与第一电阻的第二端连接，所述三极管的集电极与第三电阻的第二端连接，且所述三极管与所述第三电阻的连接点与所述第二串口的接收端连接；
所述二极管的正极与所述第二电阻的第二端连接，所述二极管与所述第二电阻的连接点与所述第一串口的接收端连接，所述二极管的负极与所述第二串口的发射端连接；
所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，且连接点与第一电压输入端连接；
所述第三电阻的第一端与第二电压输入端连接；
所述第一电压输入端输入的第一电压值小于所述第二电压输入端输入的第二电压值。
2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，
所述第一电阻的阻值小于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最小值；
所述第一电阻的阻值大于等于所述第一电压值除以所述三极管基极的驱动电流最大值。
3.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，
所述第二电阻的阻值小于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最小值；
所述第二电阻的阻值大于等于所述第一电压值除以所述第二串口的灌电流最大值。
4.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，
所述第三电阻的阻值小于等于所述第二电压值除以最大目标电流；
所述第三电阻的阻值大于等于所述第二电压值除以最小目标电流；
在所述第一串口的灌电流最大值小于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述第一串口的灌电流最大值，所述最小目标电流为所述第一串口的灌电流最小值；
在所述第一串口的灌电流最大值大于所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值时，所述最大目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最大值，所述最小目标电流为所述三极管的集电极和发射极之间的导通电流最小值。
5.根据权利要求1-4中任一所述的电平转换电路，其特征在于，进一步包括：第一滤波电容；所述第一滤波电容的一端连接到所述第一串口与所述二极管的连接点上，另一端接地。
6.根据权利要求1-4中任一所述的电平转换电路，其特征在于，进一步包括：第二滤波电容；所述第二滤波电容的一端连接到所述第二串口与所述三极管的集电极之间的连接点上，另一端接地。
7.根据权利要求1-4中任一所述的电平转换电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。
8.根据权利要求1-4中任一所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种；所述第二串口为微处理器、片上系统、上位机和通信芯片中的一种。
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