Преобразователь уровней: Преобразователь логических уровней (двунаправленный, четырехканальный)

ПРОсенсор — решения автоматизации, АСУТП

Данный сайт использует файлы cookie. Продолжая использовать сайт, Вы соглашаетесь на их использование. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности

Нажимая кнопку «Принять», я даю свое согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных»

Наверх

Мы являемся официальным торгово-сервисным партнером компании Baumueller Nurnberg GmbH в России.

---

Наша компания занимается комплектацией предприятий запасными частями к технологическому оборудованию, системам АСУ ТП, системам энергообеспечения, а также специализируется на ремонте, модернизации и обслуживании поставляемого оборудования. Мы предлагаем продукцию ведущих мировых производителей: Baumueller, Fraba Posital, Pepperl+Fuchs, Balluff , Honsberg, HL-Planar, Seika, Wachendorff, Reichelt Chemietechnik, Datasensor, Roland, Schorch, Klaschka, Bolender и др. Полный перечень производителей, с которыми мы имеем опыт работы, представлен в разделе «Поставщики».

В результате целенаправленной работы в настоящее время мы предлагаем своим клиентам широкий ассортимент продукции ведущих зарубежных производителей, в области промышленной автоматизации.

Гарантом успеха нашей деятельности являются надёжность компании в партнёрских взаимоотношениях, регулярное обновление ассортимента, эффективный менеджмент, а также плодотворное сотрудничество с нашим немецким партнером — компаниейMegaSensor GmbH.

Одной из главных задач, стоящих перед специалистами нашей компании, всегда являлось тщательное изучение всех насущных потребностей наших заказчиков и удовлетворение их с учетом современного уровня развития техники и производства.

Наша фирма уделяет большое внимание работе со своими клиентами и партнерами, поэтому если у Вас есть какие-либо вопросы или предложения, мы всегда будем рады общению с вами.

Если Вы не нашли необходимую информацию, то Вы можете связаться с нашими техническими специалистами по телефону, электронной почте или через форму обратной связи.

С 26 по 28 сентября 2007 года компания ООО «ПРОСЕНСОР» совместно с немецким партнером компанией «MegaSensor OHG» приняла участие в VII международной специализированной выставке «Передовые Технологии Автоматизации-2007». ««По сравнению с предыдущей выставкой увеличилось количество компаний – участников «ПТА-2007». 153 фирмы приняли участие в показе своих достижений, было заслушано 48 докладов. Около 6 тысяч посетителей. Состоялась «Ярмарка вакансий». И это еще не все итоги. Выполнено основное предназначение выставки — на «ПТА» снова смогли встретиться потребители и разработчики, авторы научных книг и читатели, специалисты и новички.» (источник: www. pta-expo.ru).

Преобразователи уровней напряжений и токов

Данные преобразователи применяются для согласования входных и выходных сигналов по напряжению и току при использовании в одном устройстве ИЦМ, выполненных по различным технологиям и, следовательно, имеющих различные напряжения питания и уровни логических единиц и нулей. Преобразование уровней напряжения требуется также в устройствах, построенных на КМОП микросхемах, если различные части устройства имеют разное напряжение питания.

Согласование уровней напряжений при управлении КМОП микросхемами от ТТЛ микросхем осуществляется с использованием логических элементов ТТЛ с открытым коллектором, выходные каскады которых выполнены на высоковольтных транзисторах при напряжении питания КМОП U > +5 В.

Если ТТЛ и КМОП микросхемы имеют одинаковое напряжение питания (5 В), то можно использовать логические элементы ТТЛ со стандартным выходом, но для надежности переключения логических элементов КМОП рекомендуется подключать резистор R, как показано на рис.

3.11 (уровень логической единицы на выходе ТТЛ приближается к + 5 В). Если напряжение питания логических элементов КМОП U = +15 В, то все входы КМОП должны быть согласованы с ТТЛ уровнями с помощью логических элементов с открытыми коллекторами.

Рис. 3.11. Согласование ИЦМ ТТЛ и КМОП

Большинство КМОП ИЦМ имеют малые выходные токи (выходы не могут быть нагружены даже на один вход ТТЛ серии 155). Поэтому в КМОП сериях выпускаются специальные ИЦМ, позволяющие согласовывать КМОП с ТТЛ по уровням напряжений и токов.

Для такого согласования можно использовать ИЦМ К176ПУ1, К176ПУ2, К176ПУЗ, условные обозначения и номера выводов которых приведены на рис. 3.12.

Рис. 3.12. ИЦМ для согласования от КМОП к ТТЛ

Стандартное напряжение питания (для серии 176) 9 В подается на вывод 14 для К176ПУ1 и на вывод 16 для К176ПУ2 и К176ПУЗ,

а дополнительное напряжение (стандартное для ТТЛ) 5 В на вывод

1 для всех микросхем. При таких напряжениях питания выходные сигналы имеют уровни, соответствующие микросхемам ТТЛ серий. Паспортная нагрузочная способность один логический элемент серии 155. Реальная нагрузочная способность существенно выше в состоянии логического нуля при напряжении на выходе 0,5 В втекающий ток может составлять 6…10 мА, в состоянии логической единицы при напряжении на выходе 2,4 В вытекающий ток 3…6 мА. Для обоих источников питания техническими условиями допускаются напряжения от 5 до 10 В, реально микросхемы работоспособны при напряжениях питания от 4 до 15В, однако необходимо, чтобы напряжение питания КМОП уровня было не менее, чем напряжение ТТЛ уровня. Максимальные выходные токи в первом приближении пропорциональны напряжениям питания.

Микросхемы К561ПУ4 и КР1561ПУ4 аналогичны по своему функционированию микросхеме К176ПУЗ, но требуют лишь одного источника питания, который подключается к выводу 1 микросхемы, вывод 16 свободен. При напряжении питания 10 В микросхема К561ПУ4 может обеспечить выходной ток 8 мА в состоянии логического нуля и 1,25 мА в состоянии логической единицы. Эта микросхема имеет входную цепь, отличающуюся от входных цепей всех остальных логических элементов КМОП серий, поскольку отсутствуют диоды защиты от статического электричества, подключенные к Uи.п. Благодаря этому, на их входы можно подавать Uвх>5 В при Uи.п = 5 В (что недопустимо для других типов микросхем), обеспечивая согласование уровней напряжений при управлении ТТЛ от КМОП. В этом случае на микросхему К561ПУ4 (КР1561ПУ4) подают напряжение питания 5 В, входы подключают к выходам КМОП микросхем, выходы к входам ТТЛ микросхем. Нагрузочная способность микросхемы К561ПУ4 для такого включения 3 мА в состоянии логического нуля, что практически позволяет подключать два входа микросхем серии 155.

Нагрузочная способность микросхемы КР1561ПУ4 больше, она позволяет при питании от напряжения 5 В нагружать выходы на два входа микросхем серии 155 или восемь входов микросхем серии

555.

В сериях КМОП ИЦМ выпускаются микросхемы для управления КМОП от ТТЛ (рис. 3.13).

Микросхема К176ПУ5 предназначена для согласования выходов микросхем ТТЛ с входами микросхем КМОП. При напряжении питания 5 В на выводе 15 и 9…10 В на выводе 16 на входы микросхемы можно подавать сигналы с выходов микросхем ТТЛ, выходные сигналы будут соответствовать уровням микросхем КМОП.

Микросхема 564ПУ6 четыре преобразователя уровней ТТЛ в уровни КМОП с индивидуальной возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Микросхема имеет два вывода для подачи питания вывод 1 для подачи напряжения 5 В (питание микросхем ТТЛ) и вывод 16 для подачи напряжения питания микросхем КМОП, оно должно находиться в пределах 5…15 В, вывод 8 общий провод.

Рис. 3.13. Согласователи от ТТЛ к КМОП

Каждый преобразователь уровня имеет вход ОЕ для управления выходом. При логической единице на этом входе выход преобразователя активен и повторяет входной сигнал, увеличенный по амплитуде до напряжения питания, поданного на вывод 16, при логическом нуле на входе ОЕ выход переходит в высокоимпедансное состояние.

Микросхемы К561ПУ7 (К564ПУ7) и К561ПУ8 (К564ПУ8) соответственно шесть инвертирующих и шесть неинвертирующих преобразователей уровней ТТЛ ИЦМ в уровни КМОП ИЦМ.

Принципиальное отличие этих микросхем от микросхем К176ПУ5 и 564ПУ6, выполняющих ту же функцию, использование одного источника питания. При напряжении питания 10…15 В порог переключения элементов микросхем составляет 1,5…1,8 В, что хорошо согласуется с выходными уровнями микросхем серий ТТЛ. Выходные сигналы микросхем имеют уровни, близкие к напряжению питания и потенциалу общего провода.

Гарантированная величина выходного тока микросхем при напряжении питания 12В составляет не менее 1,3 мА в состоянии логического нуля и напряжении на выходе 0,5 В или в состоянии логической единицы и напряжении на выходе 11,5 В, реально выходные токи больше.

Из-за того, что микросхемы К561ПУ7 и К561ПУ8 используют один источник питания, при их управлении от микросхем ТТЛ теряется одно из наиболее интересных и полезных свойств микросхем КМОП крайне малое потребление тока от источника питания в статическом режиме.  Естественно, что  микросхемы К561ПУ7  и К561ПУ8 можно использовать и в устройствах, целиком выполненных на микросхемах КМОП в качестве инверторов и буферных повторителей соответственно, но при напряжении питания менее 9 В это нецелесообразно из-за снижения помехоустойчивости.

Некоторые микросхемы, входящие в КМОП серии и не являющиеся специализированными преобразователями уровней, также могут быть использованы для согласования ИЦМ КМОП и ТТЛ (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Микросхемы, которые можно использовать для согласования

ТТЛ и КМОП

Микросхема К561ЛН1 имеет повышенную по сравнению с другими микросхемами этой серии нагрузочную способность при напряжении питания 10 В ее выходной ток может достигать 5,3 мА в состоянии логического нуля и 0,5 мА в состоянии логической единицы, что позволяет нагружать на её выход до трёх входов серии К155.

ИЦМ К561ЛН1 шесть инверторов со стробированием и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Микросхема имеет шесть информационных входов D1 … D6, вход стробирования С, вход переключения в высокоимпедансное состояние ОЕ и шесть выходов. Вход ОЕ является приоритетным при подаче на него логической единицы все выходы переходят в высокоимпедансное состояние независимо от  других входных сигналов.

При логическом нуле на входе ОЕ и логической единице на входе С на всех выходах устанавливается уровень логического нуля. При логическом нуле на обоих управляющих входах ОЕ и С на выходах инверсия сигналов с информационных входов.

Микросхема К561ЛН2 шесть инверторов с повышенной нагрузочной способностью. Ее электрические параметры аналогичны параметрам микросхемы К561ПУ4, она также позволяет подавать на входы напряжение, большее напряжения питания, и может применяться для согласования КМОП ИЦМ с ТТЛ ИЦМ.

Микросхема К561ЛНЗ шесть повторителей сигнала с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Повторители разделены на две группы четыре и два элемента, в каждой группе управляющие входы ОЕ элементов объединены. При подаче на входы ОЕ соответствующей группы логического нуля выходы элементов этой группы активны и повторяют входные сигналы. Если на входы ОЕ подать логическую единицу, выходы элементов переходят в высокоимпедансное состояние.

Нагрузочная способность элементов микросхемы К561ЛНЗ в активном состоянии весьма высока. При напряжении питания 5 В в состоянии логического нуля выходной втекающий ток может достигать 16 мА при выходном напряжении 0,5 В, в состоянии логической единицы вытекающий ток не менее 3 мА при выходном напряжении

4 В, что позволяет при необходимости нагружать на каждый выход микросхемы К561ЛНЗ до 10 входов микросхем серии К155.

Основное назначение микросхем К561ЛНЗ поочередная подача на одну магистраль сигналов от различных источников, причем благодаря большой нагрузочной способности микросхемы магистраль может иметь большую емкость и большое количество подключенных клемм нагрузок и источников сигналов. Эти микросхемы могут найти также широкое применение в качестве буферных элементов, в особенности в микропроцессорных системах.

Как уже отмечалось, с помощью логических элементов с открытыми выходами можно осуществлять согласование ИЦМ различных технологий.

ИЦМ 564ЛА10 (рис. 3.15) имеет выходной каскад с открытым стоком, обеспечивающий выходной ток достаточный для подключения десяти входов интегральных микросхем серии 155 при подключении к выходам резисторов, сопротивлением 3,3 кОм.

В КМОП сериях интегральных микросхем отсутствуют элементы для согласования с логическими элементами ЭСЛ – серий, поскольку в реальных разработках логические элементы этих технологий вместе практически никогда не используются из-за слишком больших различий в быстродействии и потребляемой энергии.

Рис. 3.15. Использование ИЦМ 564ЛА10 для согласования КМОП с ТТЛ

Чаще всего осуществляют согласование интегральных микросхем ЭСЛ логики с микросхемами ТТЛ логики, однако уровни напряжения, используемые в ЭСЛ, заметно отличаются от соответствующих уровней в ТТЛ, поэтому эти два логических семейства непосредственно не совместимы. Логические элементы согласователи входят в состав ЭСЛ серий ИЦМ и имеют достаточно сложное построение, поскольку ЭСЛ логика является отрицательной, т.е. напряжения уровней логического нуля и единицы находятся в области отрицательных напряжений по отношению к общему проводу.

Для согласования ИЦМ ТТЛ и ЭСЛ используются микросхемы

ПУ124 и ПУ125, входящие в состав серий 100, 500, 1500 (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Согласователи ТТЛ и ЭСЛ

Для преобразования ТТЛ уровней в ЭСЛ уровни служит микросхема ПУ124. Микросхема представляет собой четырёхканальный преобразователь ТТЛ уровней в ЭСЛ уровни с входом стробирования ОЕ, общим для всех четырёх каналов.

При Е=0 (ТТЛ уровня) на всех прямых выходах микросхемы

появятся напряжения низкого логического уровня ЭСЛ (логический нуль), а на всех инверсных выходах появятся напряжения высокого логического уровня ЭСЛ (логическая единица), независимо от ТТЛ – уровней, находящихся на входах микросхемы.

При Е=1 (ТТЛ уровня) на ЭСЛ выходах появятся логические уровни, соответствующие логическим уровням ТТЛ, поданным на входы микросхемы с учётом инверсии на инверсных ЭСЛ выходах.

Для преобразования ЭСЛ уровней в ТТЛ уровни служит микросхема ПУ125.

Заканчивая описание ИЦМ различных технологий, способов их включения и особенностей эксплуатации, сделаем ещё несколько замечаний.

Необходимо стремиться к тому, чтобы как можно меньше использовать в одной схеме элементы, относящиеся к разным технологиям, поскольку это приводит к уменьшению быстродействия схем из-за задержек сигналов в микросхемах преобразователей уровней и усложнению блоков питания.

Несмотря на меры защиты, логические элементы КМОП серий могут быть выведены из строя статическим электричеством, поэтому микросхемы поступают с завода с закороченными выводами через фольгу или специальные пластины, а паять микросхемы необходимо паяльником с заземлённым жалом. На руки монтажника нужно надевать заземляющие браслеты.

Материал взят из книги Логические автоматы Типовые комбинационные схемы (Илюхин А.В.)

Руководство по подключению двунаправленного преобразователя логических уровней

• Главная
• Учебники
• Руководство по подключению двунаправленного преобразователя логических уровней

≡ Страниц

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 23

Введение

У вас есть датчик 3,3 В I ² C или SPI, который может загореться при подключении к 5 В Arduino? Или 5-вольтовое устройство, для которого требуется обходной путь для совместимости с 3,3-вольтовым Raspberry Pi 4, Raspberry Pi Zero, RedBoard Turbo, RedBoard Turbo или Arduino Due?

Чтобы преодолеть это препятствие, вам нужно устройство, которое может сдвигать 3,3 В до 5 В или 5 В до 3,3 В. Это называется сдвигом логического уровня. Сдвиг уровня — дилемма, настолько распространенная, что мы разработали простую сборку печатной платы, чтобы немного упростить сопряжение устройств: двунаправленный логический преобразователь уровня.

Преобразователь логических уровней SparkFun — двунаправленный

В наличии ЛПП-12009

119

Избранное Любимый 147

Список желаний

Хотя они имеют одинаковую форму и размер, этот двунаправленный преобразователь логического уровня не следует путать с более «однонаправленной» версией. Этот преобразователь может передавать данные от высокого уровня к низкому и/или от низкого уровня к высокому на всех каналах . Это идеально подходит для переключения уровней между устройствами, которые используют общий провод данных, например I 9.0019 2 C или однопроводной интерфейс.

Описано в этом руководстве

В этом руководстве мы подробно рассмотрим двунаправленный логический преобразователь уровней. Мы рассмотрим схему и макет платы, объясняя, что делает каждый контакт на плате. В конце мы рассмотрим несколько примеров подключения, чтобы показать, как можно подключить плату к различным интерфейсам.

Рекомендуемая литература

Если вы не знакомы со следующими понятиями, мы рекомендуем ознакомиться с этими учебными пособиями, прежде чем продолжить.

Работа с проводом

Как зачищать, обжимать и работать с проводом.

Избранное Любимый 51

Как пользоваться макетной платой

Добро пожаловать в удивительный мир макетов. Здесь мы узнаем, что такое макетная плата и как с ее помощью построить свою самую первую схему.

Избранное Любимый 82

Что такое Ардуино?

Что это вообще за «Ардуино»? В этом руководстве рассказывается о том, что такое Arduino, а также о проектах и ​​виджетах Arduino.

Избранное Любимый 53

Логические уровни

Узнайте разницу между устройствами 3,3 В и 5 В и логическими уровнями.

Избранное Любимый 83

Обзор платы

Если вы взглянете на схему платы, то обнаружите, что двунаправленный преобразователь логических уровней (сокращенно BD-LLC) на самом деле очень простое устройство. В основном на плате имеется одна схема сдвига уровня, которая повторяется четыре раза для создания четырех каналов сдвига уровня. В схеме используется один N-канальный полевой МОП-транзистор и пара подтягивающих резисторов для реализации двунаправленного смещения уровня.

Двунаправленная схема сдвига уровня, используемая на всех четырех каналах BD-LLC.

С помощью полупроводниковой магии эта схема может сдвигать низковольтный сигнал к высокому и/или сдвигать высоковольтный сигнал к низкому. Сигнал 0 В на одном конце остается сигналом 0 В на другом. Для полного анализа этой схемы ознакомьтесь с отличными рекомендациями по применению Philips AN97055.

Распиновка

Всего на BD-LLC 12 контактов — два параллельных ряда по шесть разъемов. Одна строка содержит все высоковольтные (например, 5 В) входы и выходы, другая строка содержит все низковольтные (например, 3,3 В).

Контакты помечены как на нижней, так и на верхней стороне платы и объединены в группы. Давайте рассмотрим некоторые группы контактов:

Входы напряжения

Контакты с маркировкой HV , LV и два GND обеспечивают высокое и низкое опорное напряжение для доска. Подача постоянного регулируемого напряжения на оба этих входа требуется .

Напряжение, подаваемое на 9Входы 0037 HV и GND должны быть выше, чем на стороне LV . Например, если вы взаимодействуете с 5 В на 3,3 В, напряжение на выводе HV должно быть 5 В, а напряжение на LV должно быть 3,3 В.

Каналы данных

В BD-LLC имеется четыре отдельных канала данных, каждый из которых может передавать данные между высоким и низким напряжением. Эти контакты имеют маркировку HV1 , LV1 , ХВ2 , ЛВ2 , ХВ3 , ЛВ3 , HV4 и LV4 . Число в конце каждой этикетки обозначает канал контакта, а префикс HV или LV определяет, находится ли он на стороне высокого или низкого уровня канала.

Сигнал низкого напряжения, отправленный, например, на LV1 , будет сдвинут к более высокому напряжению и отправлен ХВ1 . Что-то, отправленное в HV3 , будет сдвинуто вниз и отправлено из LV3 . Используйте столько каналов, сколько требуется вашему проекту. Вам не обязательно использовать каждый из них.

Имейте в виду, что эти переключатели уровней чисто цифровые . Они не могут преобразовать аналоговое напряжение из одного максимального напряжения в другое.

Примеры подключения

Сборка

Прежде чем вы сможете подключить преобразователь к вашей системе, вам нужно что-то впаять в него. Здесь есть много вариантов. Вы можете припаять прямые штекерные разъемы и подключить их прямо к макетной плате. Или, возможно, вы хотите припаять провода прямо к нему. Выберите метод сборки, который сочетается с тем, как вы собираетесь использовать доску.

После того, как ваш BD-LLC спаян, пришло время его подключить. Ваше соединение, вероятно, будет зависеть от того, какой коммуникационный интерфейс вы используете. Ниже мы покажем, как подключить преобразователь уровней к трем наиболее распространенным протоколам связи.

Использование платы BD-LLC для последовательной передачи данных

Хотя вы не воспользуетесь двунаправленными возможностями платы BD-LCC, вполне можно использовать плату для переключения последовательной связи. Последовательный обычно требует двух сигнальных проводов — RX (прием) и TX (передача) — оба имеют определенное направление. Эти сигналы могут передаваться по любому из четырех каналов BD-LLC.

Допустим, вы хотите подключить плату Electric Imp Breakout Board (с максимальным входным напряжением 3,6 В) к Arduino Uno через их UART. Вот одно из возможных подключений:

Обратите внимание, что в этом примере Arduino и Electric имеют свои собственные источники питания.

Убедитесь LV питается от 3,3В, а HV от 5В. Дважды проверьте, совпадают ли каналы, и вперед! У вас даже есть два дополнительных канала, которые вы можете переключать по своему усмотрению.

Использование BD-LLC для SPI

Четыре канала BD-LLC идеально подходят для большинства коммуникаций SPI. SPI обычно требует четырех проводов: MOSI (выход ведущего, вход ведомого), MISO (вход ведущего, выход ведомого), SCLK (последовательные часы) и CS (выбор микросхемы). Каждый из этих четырех проводов может быть проложен через канал на BD-LLC.

Например, если вы хотите подключить Arduino к коммутационной плате ADXL345, которая имеет рабочий диапазон 2,0–3,6 В, вот как можно соединить BD-LLC:

Поскольку каждый из каналов на BD -LLC являются двунаправленными, любая из четырех линий SPI может проходить через любой из четырех каналов BD-LLC.

Использование BD-LLC для I

² C

I ² C — это стандарт связи, в котором BD-LLC действительно сияет, потому что он требует, чтобы и данные, и тактовые сигналы — SDA и SCL — были двунаправленными. -направленный. Каждая из этих линий может быть пропущена через любой из каналов изменения уровня BD-LLC.

В этом примере давайте продолжим использовать прорыв ADXL345, но вместо этого переключимся на интерфейс I ² C. Мы даже можем добавить еще одно устройство I ² C… как насчет разрыва гироскопа L3G4200D. Так как I ² C является только двухпроводным интерфейсом, у нас есть место на BD-LLC для пары дополнительных сигналов, таких как выходы прерывания с каждой платы

. Два устройства 3,3 В I ² C могут оба имеют одинаковые сдвинутые по уровню линии SDA и SCL. Тем более я ² Можно добавить устройство C, если оно имеет уникальные адреса.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вот некоторые ресурсы, связанные с LLC и изменением уровня в целом:

• Схема (PDF)
• Файлы Eagle (ZIP)
• • Philips AN97055 (PDF) — замечательная заметка по применению, описывающая схемы двунаправленного переключения уровней.