Verständnis der 5-V- bis 1,8-V-UART-Pegelverschiebungsschaltung

Hoffentlich ist es in Ordnung, hier sehr grundlegende Fragen zur Elektronik zu stellen.

Ich hatte ein TTL-5-V-UART-Kabel, aber die Platine, die ich hatte, akzeptiert nur maximal 1,8 V. Also habe ich einige Online-Schaltpläne gefunden, die Widerstände und einen Transistor verwenden, und ich habe sie auf einem Steckbrett gebaut. Es hat tatsächlich funktioniert.

Ich möchte nur verstehen, wie es tief gewirkt hat. Warum hat es funktioniert?

Wie berechnen Sie außerdem die GENAUEN Werte der Widerstände, um den 5-V-Eingang auf 1,8 V zu senken? Was ist die Formel dafür?

Entschuldigung für die Frage zur Elektronik 101, aber bitte ELI5 die Antwort. Danke.

schematische Darstellung

Es ist völlig in Ordnung, grundlegende Fragen zur Elektronik zu stellen. Sie werden in der Regel sehr gut angenommen. Es ist jedoch unmöglich zu beantworten, wie Ihre "einigen Online-Schaltpläne" angeschlossen sind.
Ich suche keine Schaltplananalyse, möchte nur wissen, wie die von mir verwendeten Widerstände die Spannung von 5 V auf 3,3 V gesenkt haben, Widerstände fallen I (Ampere), nein? Wie berechnet man auch die genau benötigten Ohm, um 5 V in 3,3 V oder ein anderes V umzuwandeln? Schließlich, wenn möglich, warum sollten diese 5 V -> 3,3 V überhaupt einen Transistor benötigen?
Wie sie die Spannung fallen lassen, hängt davon ab, wie sie angeschlossen sind. Wenn Sie also den Schaltplan teilen können, können wir es Ihnen wahrscheinlich sagen. Wenn Sie den Schaltplan nicht teilen können, können wir nur raten.
Verlinken Sie nicht darauf, setzen Sie dieses Circuitlab in Ihre Frage. Verwenden Sie die Schaltplan-Schaltfläche in der Bearbeitungsfeld-Symbolleiste, es ist Circuitlab!
Fügen Sie den Schaltplan über die Schaltfläche zum Hochladen von Bildern zu Ihrer Frage hinzu. Auf diese Weise sehen wir es im Kontext der Frage, müssen Links nicht folgen und die Frage macht immer noch Sinn, wenn der Link stirbt. Wenn es sich um CircuitLab handelt, können Sie mit der CircuitLab-Schaltfläche in der Editor-Symbolleiste kopieren und einfügen.
Alles erledigt, Frage aktualisiert. Danke für die Anleitung
An alle, die zu diesem Thread kommen, indem sie bei Google nach einer 1,8- bis 5-V-Wandlerschaltung suchen ... Bitte, dies dient dem Verständnis und Lernen, aber es ist nicht der beste Weg zum Schalten. Ich habe es gestern versucht und bin mit schrecklichen Ergebnissen konfrontiert. Möglicherweise passt diese Schaltung nur für Odroid-Geräte ... Ich empfehle, diesen Link zu lesen und zu überprüfen, um weitere Details zu erhalten und Circuitcellar.com/research-design-hub/design-solutions/… zu verstehen

Antworten (1)

Es gibt zwei Teile dazu. Im TTL-zu-Odroid-Abschnitt (Stifte 3 und 4 beider Anschlüsse) bilden R2 und R3 einen einfachen Spannungsteiler (Sie können im Internet nach „Spannungsteiler“ nach vielen Informationen suchen, daher werde ich hier nicht in die Tiefe gehen ). Es funktioniert, weil der TTL-Ausgang entweder 0 V oder 5 V beträgt und weil der Odroid-Eingang keinen echten Antrieb benötigt.

Auf der Odroid-zu-TTL-Sektion haben sie einen Transistorverstärker implementiert. Geduld mit mir, denn es ist kompliziert.

Pin 1 auf der Odroid-Seite ist die 1,8-V-Stromversorgung des Odroid. Es ist mit der Basis des Transistors verbunden. Pin 2 auf der Odroid-Seite ist der Ausgang des Odroid und ist mit dem Emitter des Transistors verbunden. Der Transistorkollektor wird von einem R1 auf 5 V hochgezogen und ist mit dem UART-Empfang verbunden.

Wenn Pin 2 auf der Odroid-Seite auf 1,8 V liegt, liegen sowohl die Basis als auch der Emitter auf 1,8 V: Es gibt keine Spannungsdifferenz zwischen ihnen. Da es keine Spannungsdifferenz gibt, fließt kein Strom. Da kein Strom fließt, kann R1 die Übertragungsleitung zum 5-V-UART sauber auf 5 V ziehen (im Grunde verhält sich die Schaltung so, als wäre der Transistor nicht vorhanden, sodass R1 die Spannung frei hochziehen kann).

Wenn Pin 2 auf der Odroid-Seite niedrig ist, ist es eine andere Geschichte. Der Emitter wird auf Masse gezogen. Das zieht die Basis des Transistors auf etwa 0,6 V (oder 0,7 V) herunter. Das macht etwa 1,2 mA Fluss in der Basis ((1,8 V - 0,6 V) / 1 k Ω ). Der Transistor leitet Strom vom Kollektor zum Emitter. Es versucht, etwa 120 mA zu leiten (weil Transistoren eine Stromverstärkung haben), aber es kann den Kollektor nicht viel niedriger als etwa 0,2 V über den Emitter ziehen (dies wird als "Sättigung" bezeichnet). Da der Emitter auf Masse liegt, liegt der Kollektor (und die Leitung zum UART) bei etwa 0,2 V. Das ist bei 0 V nicht richtig, aber es ist so niedrig, dass es vom UART als Null angesehen wird.

Die Transistorschaltung ist eine sogenannte "gemeinsame Basis" -Schaltung, wenn Sie danach suchen möchten. Es wird hier anstelle der häufiger verwendeten gemeinsamen Emitterschaltung verwendet, da eine gemeinsame Basisschaltung die Spannungen, die sie verstärkt, nicht invertiert (eine gemeinsame Emitterschaltung würde die Kommunikation vermasseln).

Das war's. Ein einfacher (für etwas erfahrenere Hände) resistiver Spannungsteiler und ein einfacher (für etwas erfahrenere Hände) Verstärker mit gemeinsamer Basis.

Danke schön. Können Sie die Auswahl der Widerstandswerte 1k, 18k, 10k und die Art und Weise, wie sie verbunden sind, näher erläutern? Woher kommen diese Werte?
Die 10K- und 18K-Widerstände sind etwas willkürlich - etwas insofern, als das Verhältnis etwa 1,8 betragen muss, damit der Spannungsteiler funktioniert (machen Sie eine Websuche nach Spannungsteilern ), aber die 10K könnten alles von etwa 470 sein Ω auf 470K und es würde immer noch funktionieren. Ich werde die Antwort im Transistorabschnitt bearbeiten, obwohl 1K auch etwas willkürlich ist - Sie können alles von 1K bis 100K verwenden, solange der Kollektorwiderstand (R1) nicht geringer ist als der Basiswiderstand (R4).
Vielen Dank, ich werde auf die Bearbeitung der Antwort warten und ich lese bereits über Spannungsteiler. Eine andere Frage, in diesem Szenario, wenn mein TTL-UART-Kabel 5 V anzeigt, gehe ich davon aus, dass es 5 V von meinem USB-Anschluss in den Stromkreis drückt, dann sehe ich auch, dass ODroid 1,8 V VCC- und GND-Anschlüsse hat. Welcher ist hier eigentlich die Spannungsquelle?
Die UART-Seite liefert 5 V an den Kollektor des Transistors; Der Odroid liefert 1,8 V an die Basis. Also beides.
Eine weitere Frage, TTL_USART Pin 3 wird 5 V sein, wenn es Bit 1 sendet, und es wird 0 V sein, wenn es 0 sendet. Wenn wir also 18k und 10k Widerstände wie diese (R2 und R3) haben, sagen wir Vo = Vi x (R3 / R2 +R3). Der Ausgang beträgt also 1,78 ~ = 1,8 V. Mache ich das richtig?
Ja, das ist richtig.
Also für den oberen Teil, wenn ODROID Bit 1 sendet, ist es auf 1,8 V gesetzt und da es auch 1,8 V in der Basis gibt, gibt es keine Spannungsdifferenz, also keinen Fluss von der Transistorseite, also gehen 5 V VCC von UART zu RX von UART, der Bit 1 sendet. Wenn ODROID Bit 0 in RX sendet, ist Emitter 0, Basis ist 1,8 V und der Transistor sendet 0,2 V, was zu niedrig ist, und anstelle von 5 V von VC von UART senden wir 0,2 V vom Transistor an Rx von UART und UART zählen 0,2 V als 0. Mache ich es richtig?
Ich würde das in "0,2 V umformulieren, was * viel niedrig genug ist", damit die 5-V-Seite es als 0 sieht.
Verständnis der 5-V- bis 1,8-V-UART-Pegelverschiebungsschaltung
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