Подключение Arduino к устройствам 5В и 3,3В

При процессе создания электронных устройств, с увеличением их быстродействия и снижением энергопотребления, менялись стандарты питания, в которых эти схемы работали.

В настоящее время в любительской электронике (в частности в Arduino) преобладает стандарт 5В. Это означает, что питание микросхем и их логические состояния соотносятся с этим уровнем напряжения. Известно, что низкое логическое состояние “LOW” — это GND (земля), а высокое состояние “HIGH” — это напряжение в районе 5В.

Все чаще и чаще встречаются микросхемы, работающие в стандарте 3,3 В. Это значит, что их напряжения питания и логических состояний не подходят для нынешних решений. В этой статье вы узнаете, как сделать сопряжение устройств обоих стандартов (5В и 3,3В).

В плате Arduino в группе контактов “POWER” есть выход с напряжением 3,3 В. В более поздних версиях Arduino появился дополнительный вывод под названием “IOREF”. На нем находиться напряжение, на котором работает данная плата Arduino. Это шаг вперед создателей Arduino для будущих версий, которые могут работать уже в стандарте 3,3 В.

Конечно же есть есть микросхемы, например PCF8574 и TLC5940, которые могут работать в обоих стандартах. Если использовать их с напряжением 5В, то они работают в стандарте 5В. Если использовать с напряжение 3,3 В, то они будут работать в стандарте 3,3 В.

Но сегодня все чаще встречаются микросхемы, использующие только стандарта 3,3 В. Подключение их к другому питанию логики может привести к повреждению

Питание микросхем с напряжением 3,3В

Вывод Arduino 3V3 имеет ограниченную нагрузку до 40 мА. И зачастую бывает так, что подключаемые модули потребляют гораздо больший ток. Если это так, то следует собрать подходящую схему питания.

podklyuchenie-arduino-k-ustrojstvam-5v-i-33v-3

Эта схема довольно проста. Она состоит из линейного стабилизатора (MCP1700-3302E) и двух керамических конденсаторов емкостью по 1 мкФ. Стабилизатор представляет собой интегральную микросхему, выходное напряжение которого всегда постоянно независимо от входного напряжения. Микросхему MCP1700-3302E можно питать напряжением с контакта 5В Arduino.

Данный стабилизатор выдерживает ток до 250 мА. Он имеет корпус ТО-92 как у большинства распространенных транзисторов. Стабилизатор MCP1700-3302E имеет три вывода. Его распиновка указана ниже.

podklyuchenie-arduino-k-ustrojstvam-5v-i-33v-4

Если смотреть на срез то: с левой стороны GND (общиы вывод), посередине вывод входного напряжения (до 6В), а с правой стороны вывод выходного стабилизированного напряжения 3,3 В. Конденсаторы на входе и выходе должны быть соединены так, как показано на рисунке.

Так же есть и другие стабилизаторы, выдерживающие ток величиной до 3А. Подключение их похоже, но будет лучше если вы проверите схему подключения по datasheet.

Так же одним из простых вариантов, для устройств с низким потреблением тока, является использование делителя напряжения на двух резисторах

podklyuchenie-arduino-k-ustrojstvam-5v-i-33v-1

 

Выходное напряжение определяется по формуле:

Uвых = Uвх*R2/(R1+R2)

Uвых = 5В*13кОм /(6,8кОм+13кОм) = 3,28В

Другой способ согласования выхода 5В с входом 3,3В, является применение различного рода согласующих цепей (буферов). Одним из таких является микросхема 74AHC125, который имеет 4 буфера. Микросхема питается напряжением от 2 до 5В.

Подключение выходов микросхемы с 3,3В к входам микросхемы 5В

Здесь все просто. Выхода стандарта 3,3В можно подключать непосредственно к входам стандарта 5В. Толерантность входов этого стандарта совпадает с диапазоном напряжений выхода 3,3В.

Как сделать двунаправленное подключение 3,3В и 5В?

К примеру, сигналы шины I2C могут передаваться в обоих направлениях. Это затрудняет дело с согласованием сигнала для обоих стандартов и требует более сложной схемы.

podklyuchenie-arduino-k-ustrojstvam-5v-i-33v-2

Схема состоит из MOSFET транзистора (BSS138) N-типа со встроенным диодом и 2 резисторов сопротивлением по 10 кОм.

D2 — это устройство с сигналом стандарта 3,3В, а D1 — это устройство с сигналом стандарта 5В.

Рассмотрим работу схемы:

Первый вариант – D2 отправляет сигнал, D1 принимает его. Когда на выходе D2 есть лог. 1, MOSFET закрыт, и вход D1 с помощью сопротивления R1 подтянут к плюсу источника питания. Когда на выходе D2 есть лог. 0, MOSFET открыт, и вход D1 соединяется с минусом питания.

Второй вариант – D1 отправляет сигнал, D2 принимает его. Когда на выходе D1 есть лог. 1, MOSFET закрыт, и вход D2 с помощью сопротивления R2 подтянут к плюсу источника питания. Когда на выходе D1 есть лог. 0, через имеющийся в MOSFET транзисторе диод начинает протекать ток и напряжение истока уменьшается относительно затвора. MOSFET открывается, и вход D2 соединяется с минусом питания.


Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.

*