CN111427825A - 一种串口电平转换电路 - Google Patents

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叶靖仪
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Abstract

本发明公开了一种串口电平转换电路，包括：第一串口模块、第二串口模块、降压模块和升压模块；所述升压模块一端连接所述第一串口模块的接收端，另一端连接所述第二串口模块的发射端；所述升压模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、MOS管和三极管；所述降压模块一端连接所述第一串口模块的发射端，另一端连接所述第二串口模块的接收端；所述降压模块包括第四电阻、第五电阻；本发明公开的一种串口电平转换电路通过减少对滤波元件的使用，简化了电路，提高了串口通讯的稳定性和响应效率。

Description

一种串口电平转换电路
技术领域
本发明涉及串口通讯技术领域，特别涉及一种串口电平转换电路。
背景技术
目前，在电路设计中，由于存在用不同电压供电的单元，因此各单元之间会使用串口进行数据传输，现有的串口电平转换电路往往过于复杂，需要增加一些电子元件甚至专用芯片作电平转换，例如采用一些晶体管、电容等滤波元件，但这样做不仅电路成本高、且容易引起相移和影响时序，使得串口通讯不稳定、响应效率低下。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种串口电平转换电路，提高了串口通讯的稳定性和响应效率。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种串口电平转换电路，包括：第一串口模块、第二串口模块、降压模块和升压模块；
所述升压模块一端连接所述第一串口模块的接收端，另一端连接所述第二串口模块的发射端；其中，所述升压模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、MOS管和三极管；
所述第一电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述三极管的基极；所述三极管的发射极接地、集电极同时与所述第二电阻和所述第三电阻的一端相连接；所述MOS管的源极与所述第二电阻的另一端连接，栅极与所述第三电阻的另一端连接，漏极与所述第一串口模块的接收端连接；
所述降压模块一端连接所述第一串口模块的发射端，另一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述降压模块包括第四电阻、第五电阻；
所述第五电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述第二串口模块的接收端连接；所述第四电阻一端接地，一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述第四电阻的阻值大于或等于所述第二串口模块的接收端的阻抗的五倍。
进一步地，所述第四电阻与所述第五电阻满足如下关系：R5＝R4/((VCC1/VCC2)-1)；其中，R4为第四电阻、R5为第五电阻、VCC1为第一串口模块接入电压为、VCC2为第二串口模块接入电压。
进一步地，所述的串口电平转换电路还包括第六电阻，所述第六电阻一端接地，另一端连接所述MOS管的漏极。
进一步地，所述第一串口模块接入电压大于所述第二串口模块接入电压。
进一步地，所述第二电阻接入电压和第一串口模块接入电压相同。
进一步地，所述MOS管为PMOS管，所述三极管为NPN型三极管。
进一步地，所述第二串口模块为MCU模块、NB-IOT模块和ZIGBEE模块中的一种。
进一步地，所述第二串口模块接入电压小于等于3.3V。
进一步地，所述第一串口模块为MCU模块，传感器模块，RS232模块，RS485模块中的一种。
进一步地，所述第一串口模块接入电压大于等于5V。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种串口电平转换电路，通过减少对晶体管、电容等滤波元件的使用，简化了电路，降低了生产成本，提高了串口模块通讯的稳定性和响应效率。
附图说明
图1是本发明提供的串口电平转换电路的电路图。
图2是本发明提供的串口电平转换电路的模块连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的所获得所有其他是实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种串口电平转换电路的电路图包括：第一串口模块、第二串口模块、降压模块和升压模块；
所述升压模块一端连接所述第一串口模块的接收端，另一端连接所述第二串口模块的发射端；其中，所述升压模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、MOS管和三极管；
所述第一电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述三极管的基极；所述三极管的发射极接地、集电极同时与所述第二电阻和所述第三电阻的一端相连接；所述MOS管的源极与所述第二电阻的另一端连接，栅极与所述第三电阻的另一端连接，漏极与所述第一串口模块的接收端连接；
所述降压模块一端连接所述第一串口模块的发射端，另一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述降压模块包括第四电阻、第五电阻；
所述第五电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述第二串口模块的接收端连接；所述第四电阻一端接地，一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述第四电阻的阻值大于或等于所述第二串口模块的接收端的阻抗的五倍。
在本实施例中，提供了一种串口电平转换电路，其中第一串口模块接入电压和第二串口模接入电压分别为VCC1和VCC2，并且VCC1大于VCC2；由于VCC1与VCC2不相等，所以两个串口单元的发射与接收端无法直接连接，因此需要如图1所示的电平转换电路转接，其中R4和R5组成一组降压电路，实现高压供电的串口模块向低压供电的串口模块发射数据，具体上由高电压供电单元的发射脚，经过电阻R4和R5降压，直接转成适合低电压单元接收脚的电压，其中R4与R5的选择是R4必须大于低电压单元接收端阻抗5倍以上。
R1，R2，R3和Q1，Q2组成一组升压电路和脉冲控制电路，实现低压供电的串口模块向高压供电的串口模块发射数据，当低电压供电的串口发射端为高电平时，该高电平大小为VCC2经过R1使NPN型三极管Q2导通，此时PMOS管Q1栅极因Q2导通而被拉低，使Q1也导通，即VCC1直接接到了高电压供电单元的串口接收端，即此时该接收端也为高电平VCC1，而当低电压供电的串口发射端为低电平时，该低电平经过R1使NPN型三极管Q2截止，这样高电压供电单元的串口接收端直接被R6拉成低电平。由于Q1，Q2导通和截止时间非常快，这样就能将低电压的串口发射的信号无延时地转换成高电压的串口接收信号。在该升压模块中，可带入具体数值实现低压供电的串口模块向高压供电的串口模块发射数据；例如采用：R1＝1K，R2＝10K，R3＝470Ω，型号为AO3401的PMOS管Q1，型号为SS8050的三极管Q2，可实现3.3V的串口向5V以上的串口发送数据。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第四电阻与所述第五电阻满足如下关系：R5＝R4/((VCC1/VCC2)-1)；其中，R4为第四电阻、R5为第五电阻、VCC1为第一串口模块接入电压为、VCC2为第二串口模块接入电压。
在本实施例中，R4阻值定好后，R5＝R4/((VCC1/VCC2)-1)；例如采用R4＝10K，R5＝5.1K的电阻，能实现5V供电的串口电路向3.3V供电的串口发射数据，可以简单稳定地将高电压的串口发射的信号无延时地转换成低电压的串口接收信号。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路还包括第六电阻，所述第六电阻一端接地，另一端连接所述MOS管的漏极。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第一串口模块接入电压大于所述第二串口模块接入电压。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第二电阻接入电压和第一串口模块接入电压相同。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述MOS管为PMOS管，所述三极管为NPN型三极管。
在本实施例中，采用MOS管为PMOS管，MOS管可分为N沟道与P沟道两大类，P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管—晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低。采用三极管为NPN型三极管，其最主要的功能是电流放大和开关作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，即三极管的放大作用。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第二串口模块为MCU模块、NB-IOT模块和ZIGBEE模块中的一种。
在本实施例中，MCU模块即微控制单元，又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC***、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第二串口模块接入电压小于等于3.3V。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第一串口模块为MCU，传感器模块，RS232模块，RS485模块中的一种。
在本实施例中，RS232/RS485转以太网模块是用来将网络数据包RS232或RS485接口数据实现透明传输的设备，传感器模块能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。该传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、***化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等。
本发明的某一实施例中提供的一种串口电平转换电路，所述第一串口模块接入电压大于等于5V。
以上所揭露的仅为本发明优选的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种串口电平转换电路，其特征在于，包括：第一串口模块、第二串口模块、降压模块和升压模块；
所述升压模块一端连接所述第一串口模块的接收端，另一端连接所述第二串口模块的发射端；其中，所述升压模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、MOS管和三极管；
所述第一电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述三极管的基极；所述三极管的发射极接地、集电极同时与所述第二电阻和所述第三电阻的一端相连接；所述MOS管的源极与所述第二电阻的另一端连接，栅极与所述第三电阻的另一端连接，漏极与所述第一串口模块的接收端连接；
所述降压模块一端连接所述第一串口模块的发射端，另一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述降压模块包括第四电阻、第五电阻；
所述第五电阻一端与所述第一串口模块的发射端连接，另一端与所述第二串口模块的接收端连接；所述第四电阻一端接地，一端连接所述第二串口模块的接收端；其中，所述第四电阻的阻值大于或等于所述第二串口模块的接收端的阻抗的五倍。
2.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第四电阻与所述第五电阻满足如下关系：R5＝R4/((VCC1/VCC2)-1)；其中，R4为第四电阻、R5为第五电阻、VCC1为第一串口模块接入电压为、VCC2为第二串口模块接入电压。
3.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，还包括第六电阻，所述第六电阻一端接地，另一端连接所述MOS管的漏极。
4.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第一串口模块接入电压大于所述第二串口模块接入电压。
5.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第二电阻接入电压和第一串口模块接入电压相同。
6.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管，所述三极管为NPN型三极管。
7.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第二串口模块为MCU模块、NB-IOT模块和ZIGBEE模块中的一种。
8.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第二串口模块接入电压小于等于3.3V。
9.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第一串口模块为MCU模块，传感器模块，RS232模块，RS485模块中的一种。
10.根据权利要求1所述的串口电平转换电路，其特征在于，所述第一串口模块接入电压大于等于5V。
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