I2C总线3.3V与5V双向电平转换电路的效果图演示_基础硬件电路图讲解

I2C总线3.3V与5V双向电平转换电路图：

电路功能：

本例电路可实现I2C双向总线系统中3.3V与5V电平的双向转换，且不需要方向选择信号，而且还能将掉电的总线部分和剩下的总线系统隔离开来，保护低压器件防止高电压器件的高电压毛刺。

整个电路的工作过程：

I2C总线有一条串行数据线SDA和一条串行时钟线SCL。I2C总线在连接时，总线设备都是挂在总线上，这样我们就能很好理解本例电路的使用方法了：

从电路中可以看出，SDA和SCL的电平转换电路结构是一样的，每个总线上都串有一个分立的MOSFET，和相应的上拉电阻。

分析这个电路时要分清楚的电路的工作状态：

状态1：总线上没有数据传输时（空闲状态）：

总线上没有数据传输时，I2C器件的SDA和SCL引脚保持高阻态，经上拉电阻R1和R2上拉到3.3V，也就是SDA和SCL在空闲状态都保持高电平。

这样Q1和Q2两个N-MOS的VGS都为0V，两个MOSFET（Q1,Q2）不能导通。那么高电压部分的I2C总线，通过上拉电阻R3和R4上拉到5V。这样MOSFET的两端总线空闲时都为高电平，满足I2C总线的电气特性。

状态2：3.3V的I2C器件下拉总线到低电平：

（SCL和SDA下拉到低电平后的分析方式都一样）

此时，N-MOS管的S极变为低电平，而门极G保持为3.3V的高电平。Vgs高于阀值，N-MOS管开始导通。

然后高电压5V部分的总线线路通过导通的N-MOS管被低电压端的I2C器件下拉到低电平，此时两部分的总线线路都是低电平而且电压电平相同。符合I2C总线要求。

状态3：5V的I2C器件下拉总线线路到低电平。

当有一个5V的器件下拉总线线路到低电平时，通过N-MOS管的体二极管作用，将N-MOS的S极拉低，使Vgs的电压高于导通阀值，N-MOS导通进一步的拉低S极电压，也就是将3.3V系统总线电平进一步下拉到低电平。此时两部分的总线线路都是低电平而且电压电平相同。

从上面分析可以看出这三种状态显示了逻辑电平在总线系统的两个方向上传输，与驱动的部分无关。

上述的3个状态，第一个状态实现了电平转换功能。而第二个和第三个状态的逻辑都是线“与”的功能，只要有一端为低电平，也会使另外一端为低电平。

注意：

可以看出本例中MOS管的GS间最大电压为3.3V，所以选择的MOS管的开启阀值电压要低于3.3V，否则不能使MOS管打开，电平转换就无法工作了。

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6V铅酸蓄电池电量指示电路：

电路功能：

本例电路可实现6V铅酸蓄电池的电量显示电路，当电池电压为满电时（一般7.2V~7.4V），四个发光二极管都被点亮，表示电量满格。随着电池电量慢慢的被消耗，发光二极管会逐渐的熄灭，表示电量越来越少。

整个电路的工作过程：

本例电路主要由四个比较器组成，其中由电阻R1和R12组成的分压电路为电池电压采样电路，给所有比较器提供反相电压。电阻R1和R12阻值相同，所以比较器的反相电压保持为电池电压的50%。

比较器的同相电压也是由分压电路组成的。其中电阻R2为稳压管D5的限流电阻，所以F点电压为5V。然后经电阻R4，R5，R7，R9，R11分压，分别给四个比较器提供反相电压。

经计算可得，在电池满电量时，A点电压为3.6V，B点电压为3.5V，C点电压为3.4V，D点电压为3.3V，而比较器的反相端电压为3.7V，所以四个比较器都输出低电平，发光二极管都被点亮，表示满电量。

当电池电压下降到7.2V以下时，比较器的反相基准电压将低于3.6V，而此时A，B，C，D点电压不变，所以U1A的比较器会反转输出高电平，发光二极管二极管D1熄灭，表示电量只剩下三格了。

同理类推，当电池电压低于7V，6.8V，6.6V时，LED依次熄灭。当所有LED都熄灭时，表示电池应尽快被替换或充电。

注意：

在实际制作这个电路时，LED简易采用高亮的发光二极管，而且装在外面更能直观的表示电量。

调节电路中的参数，也可以适配锂电池等其它电池电量指示。

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