【Arduino】108种传感器系列实验（92）---8位双向电平转换模块

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37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

实验九十二：8位 5V-3V IIC UART SPI TTL双向电平转换模块

电平转换器
是一个电压转换装置，电平转换分为单向转换和双向转换，还有单电源和双电源转换，双电源转换采用双轨方案具有满足各方面性能的要求。在新一代电子电路设计中, 随着低电压逻辑的引入,系统内部常常出现输入/ 输出逻辑不协调的问题, 从而提高了系统设计的复杂性。例如, 当1. 8V的数字电路与工作在3. 3V 的模拟电路进行通信时,需要首先解决两种电平的转换问题,这时就需要电平转换器。随着不同工作电压的数字IC 的不断涌现,逻辑电平转换的必要性更加突出, 电平转换方式也将随逻辑电压、数据总线的形式(例如4 线SPI、32 位并行数据总线等) 以及数据传输速率的不同而改变。现在虽然许多逻辑芯片都能实现较高的逻辑电平至较低逻辑电平的转换(如将5V 电平转换至3V 电平) ,但极少有逻辑电路芯片能够将较低的逻辑电平转换成较高的逻辑电平(如将3V逻辑转换至5V逻辑) 。另外,电平转换器虽然也可以用晶体管甚至电阻———二极管的组合来实现, 但因受寄生电容的影响,这些方法大大限制了数据的传输速率。尽管宽字节的电平转换器已经商用化, 但这些产品不是针对数据速率低于20Mbps 的串行总线(SPITM、I2CTM、USB 等) 优化的, 这些器件具有较大的封装尺寸、较多的引脚数和I/ O 方向控制引脚,因而不适合小型串行或外设接口和更高速率的总线(如以太网、LVDS、SCSI等) 。

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Arduino 系列传感器和模块实验目录清单：
一块扩展板完成Arduino的9类18项实验（代码+图形+仿真）
https://www.arduino.cn/thread-88696-1-1.html
实验一：干簧管传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-86350-1-1.html
实验二：光敏电阻传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-86393-1-1.html
实验三：微波雷达感应开关模块
https://www.arduino.cn/thread-86397-1-1.html
实验四：振动传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-86512-1-1.html
实验五：热敏电阻温度传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-86520-1-1.html
实验六：KY-038高感度声音传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-86576-1-1.html
实验七：旋转电位器模块
https://www.arduino.cn/thread-86866-1-1.html
实验八：湿度传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-87993-1-1.html
实验九：火焰（红外线）传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-88283-1-1.html
实验十：敲击传感器模块KY-031
https://www.arduino.cn/thread-88401-1-1.html
实验十一：金属触摸传感器模块KY-36
https://www.arduino.cn/thread-88422-1-1.html
实验十二：开关霍尔磁力传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-88461-1-1.html
实验十三：触摸传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-88523-1-1.html
实验十四：倾斜传感器模块（角度开关）
https://www.arduino.cn/thread-88530-1-1.html
实验十五：手指侦测心跳传感器模块KY-039
https://www.arduino.cn/thread-88557-1-1.html
实验十六：电容式数字触摸传感器模块（TTP223 ）
https://www.arduino.cn/thread-88567-1-1.html
实验十七：HC-SR312微型热释电传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-88578-1-1.html
实验十八：0.25W太阳能滴胶板传感器模块（45X45毫米）
https://www.arduino.cn/thread-88669-1-1.html
实验十九：常闭型SW-420震动开关传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-88672-1-1.html
实验二十：水银开关传感器模块（KY-017）
https://www.arduino.cn/thread-88787-1-1.html
实验二十一：激光头传感器模块（KY-008）
https://www.arduino.cn/thread-88842-1-1.html
实验二十二：MAX7219点阵显示模块（8X8 LED共阴）
https://www.arduino.cn/thread-88851-1-1.html
实验二十三：NE555频率可调脉冲发生器模块（方波简版）
https://www.arduino.cn/thread-88867-1-1.html
实验二十四：水位水滴传感器模块（Water Sensor）
https://www.arduino.cn/thread-88886-1-1.html
实验二十五：MQ-2气敏式烟雾传感器模块（甲烷等）
https://www.arduino.cn/thread-88906-1-1.html
实验二十六：4X4矩阵键盘模块（轻触式按键）
https://www.arduino.cn/thread-88966-1-1.html
实验二十七：GY-BMP280-3.3 高精度大气压强传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-89010-1-1.html
实验二十八：三色5050 RGB全彩LED模块 KY-009
https://www.arduino.cn/thread-89022-1-1.html
实验二十九：DS1302实时时钟模块（带电池  掉电走时）
https://www.arduino.cn/thread-89070-1-1.html
实验三十：光敏二极管传感器模块（英语photodiode ）
https://www.arduino.cn/thread-89129-1-1.html
实验三十一：ISD1820录音语音模块（8-20秒）
https://www.arduino.cn/thread-89154-1-1.html
实验三十二：雨滴传感器模块（雨水/雨量/叶面湿度）
https://www.arduino.cn/thread-89184-1-1.html
实验三十三：ESP8266串口WIFI收发无线模块 （ESP-01S）
https://www.arduino.cn/thread-89245-1-1.html
实验三十四：三色LED交通灯模块（红绿黄灯）
https://www.arduino.cn/thread-89273-1-1.html
实验三十五：模拟量声音传感器模块（4线制）
https://www.arduino.cn/thread-89289-1-1.html
实验三十六：WS2812B智能外控集成LED四位彩灯模块
https://www.arduino.cn/thread-89297-1-1.html
实验三十七：MQ-3酒精乙醇传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-89300-1-1.html
实验三十八：joystick双轴XY按键摇杆模块（游戏控制杆)
https://www.arduino.cn/thread-89365-1-1.html
实验三十九：DS18B20单总线数字温度传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-89368-1-1.html
实验四十：360度旋转增量编码器模块（KY-040）
https://www.arduino.cn/thread-89427-1-1.html
实验四十一：IS0203激光接收管传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-89428-1-1.html
实验四十二：DSM501A韩国PM2.5灰尘粉尘传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-89441-1-1.html
实验四十三：5V低电平触发单路继电器模块
https://www.arduino.cn/thread-89445-1-1.html
实验四十四：类比霍尔磁性传感器 KY-035（模拟量）
https://www.arduino.cn/thread-89464-1-1.html
实验四十五：红外避障传感器模块（光电接近开关）
https://www.arduino.cn/thread-89473-1-1.html
实验四十六：350Ω高精度电阻式应变片传感器 (BF350)
https://www.arduino.cn/thread-89474-1-1.html
实验四十七：七段LED数码管模块（共阴/共阳）
https://www.arduino.cn/thread-89475-1-1.html
实验四十八：GY-291三轴重力加速度模块 （IIC/SPI传输）
https://www.arduino.cn/thread-89567-1-2.html
实验四十九：有源蜂鸣器报警器发声模块（低电平触发）
https://www.arduino.cn/thread-89568-1-2.html
实验五十：W25Q64 FLASH外扩存储模块 （SPI接口 ）
https://www.arduino.cn/thread-89570-1-2.html
实验五十一：自锁点动触摸按键传感器模块（TTP223芯片）
https://www.arduino.cn/thread-89721-1-1.html
实验五十二：SPI接口Micro SD卡模块（带电平转换芯片)
https://www.arduino.cn/thread-89729-1-1.html
实验五十三： 土壤湿度水分传感器模块（电阻式）
https://www.arduino.cn/thread-89734-1-1.html
实验五十四： 大按键点动轻触开关模块（高电平输出）
https://www.arduino.cn/thread-89785-1-1.html
实验五十五：DHT11 温湿度传感器（数字型单总线通信）
https://www.arduino.cn/thread-89786-1-1.html
实验五十六： 8路LED流水的灯跑马灯模块SUNLEPHANT
https://www.arduino.cn/thread-89832-1-1.html
实验五十七： 四档频率占空比可调矩形波信号发生器（NE555）
https://www.arduino.cn/thread-89868-1-1.html
实验五十八： HC-SR04超声波测距传感器模块（通用款）
https://www.arduino.cn/thread-89869-1-1.html
实验五十九： RS232转TTL2代串口模块刷机板（MAX3232）
https://www.arduino.cn/thread-89895-1-1.html
实验六十：ATTINY85 Digispark kickstarter 微型usb开发板
https://www.arduino.cn/thread-89898-1-1.html
实验六十一： 直条8位 WS2812B 5050 RGB LED全彩模块
https://www.arduino.cn/thread-90147-1-1.html
实验六十二：电压检测模块 Voltage Sensor 电压传感器
https://www.arduino.cn/thread-90149-1-1.html
实验六十三： 1排4键薄膜开关 Arduino扩展键盘模块控制面板
https://www.arduino.cn/thread-90150-1-1.html
实验六十四： TCS3200D颜色识别传感器（可编程彩色光频模块）
https://www.arduino.cn/thread-90168-1-1.html
实验六十五： 5MM三色RGB全彩LED模块颜色传感器KY-016
https://www.arduino.cn/thread-90400-1-1.html
实验六十六： TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-90402-1-1.html
实验六十七：HC-SR501 热释电人体红外感应传感器模块
https://www.arduino.cn/thread-90404-1-1.html
实验六十八： GY-68 BMP180 新款 BOSCH温度模块气压传感器
https://www.arduino.cn/thread-90411-1-1.html
实验六十九： AT24C256 I2C接口 EEPROM 存储模块 IIC
https://www.arduino.cn/thread-90412-1-1.html
实验七十： GY-30 数字光强度传感器模块（BH1750FVI芯片）
https://www.arduino.cn/thread-90413-1-1.html
实验七十一：电容式土壤湿度传感器模块（TL555I）
https://www.arduino.cn/thread-90471-1-1.html
实验七十二：HX1838红外无线遥控套件红外扩展模块(遥控器+接收板)
https://www.arduino.cn/thread-90473-1-1.html
实验七十三：人体秤50kg称重传感器模块（电阻应变半桥式）
https://www.arduino.cn/thread-90545-1-1.html
实验七十四：4位LED数码管显示模块0.36英寸亮度可调带时钟点（ TM1637）
https://www.arduino.cn/thread-90546-1-1.html
实验七十五： GY-NEO-6MV2新款飞控GPS模块 （带大天线）
https://www.arduino.cn/thread-90547-1-1.html
实验七十六：TTL转RS-485模块 MAX485 RS485模块
https://www.arduino.cn/thread-90549-1-1.html
实验七十七： 2路继电器模块 带光耦保护Arduino扩展板
https://www.arduino.cn/thread-90557-1-1.html
实验七十八： LGT8F328P LQFP32 MiniEVB开发板（替代NANO V3.0 ）
https://www.arduino.cn/thread-90724-1-1.html
实验七十九： 模拟灰度传感器 （反射式光电模块）
https://www.arduino.cn/thread-90725-1-1.html
实验八十： ov7670摄像头模块30W采集拍照模组（替OV7725）
https://www.arduino.cn/thread-90726-1-1.html
实验八十一：槽型光耦对射光电开关模块（红外计数测速传感器）
https://www.arduino.cn/thread-90833-1-1.html
实验八十二： MQ135空气质量检测传感器模块（有害物体 氨气 硫化物检测)
https://www.arduino.cn/thread-90834-1-1.html
实验八十三： 4路TTP224电容式触摸模块 人体数字触摸传感器
https://www.arduino.cn/thread-90835-1-1.html
实验八十四： 8位LED数码管MAX7219模块（支持级联八位串行3个IO口控制）
https://www.arduino.cn/thread-90864-1-1.html
实验八十五：开源 Mini MP3 Player SD卡播放器模块（YX5200-24SS）
https://www.arduino.cn/thread-90865-1-1.html
实验八十六： 180度SG90舵机模块（模拟9G）
https://www.arduino.cn/thread-91033-1-1.html
实验八十七： DS1307时钟模块 Tiny RTC I2C模块 24C32存储器 时钟(带电池）
https://www.arduino.cn/thread-91034-1-1.html
实验八十八： LCD1602液晶屏5V显示模块
https://www.arduino.cn/thread-91047-1-1.html
实验八十九： WS2812B-4*4位 RGB LED 全彩驱动16位彩灯开发板模块
https://www.arduino.cn/thread-91048-1-1.html
实验九十：步进电机+ULN2003驱动板 4相 5线 5V步进电机模组
https://www.arduino.cn/thread-91049-1-1.html
实验九十一： 1号霍尔水流量传感器咖啡机直饮机流量监控模块
https://www.arduino.cn/thread-91241-1-1.html
实验九十二：8位 5V-3V IIC UART SPI TTL双向电平转换模块
https://www.arduino.cn/thread-91242-1-1.html
实验九十三： CSR8350 蓝牙V4.1立体声音乐模块（带功放）
https://www.arduino.cn/thread-91243-1-1.html
实验九十四： 4X4矩阵形薄膜键盘模块轻触开关模组
https://www.arduino.cn/thread-91244-1-1.html
实验九十五：XD-58C pulsesensor光学心率脉搏生物模拟传感器
https://www.arduino.cn/thread-91245-1-1.html
实验九十六： 433M无线发射接收模块 超再生防盗报警无线模组
https://www.arduino.cn/thread-91247-1-1.html

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逻辑电平
所谓电平，是指两功率或电压之比的对数，有时也可用来表示两电流之比的对数。电平的单位分贝用dB表示。常用的电平有功率电平和电压电平两类，它们各自又可分为绝对电平和相对电平两种。逻辑电平是指一种可以产生信号的状态，通常由信号与地线之间的电位差来体现。逻辑电平的浮动范围由逻辑家族中不同器件的特性所决定。

关于逻辑高低电平
1) 5V CMOS、 HC、 AHC、 AC中， 输入大于3.5V算高电平 | | 输入小于1.5V算低电平；
2) 5V TTL 、ABT 、AHCT、 HCT、 ACT中 ， 输入大于2V算高电平 | | 输入小于0.8V算低电平；
3) 3.3V LVTTL 、LVT、 LVC 、ALVC、LV 、ALVT中 ，输入大于2V算高电平　| | 输入小于0.8V算低电平；
4) 2.5V CMOS、 ALVC 、LV 、ALVT中 ， 输入大于1.7V算高电平 | |　输入小于0.7V算低电平。

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场效应管
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写（FET））简称场效应管。主要有两种类型（juncTIon FET—JFET）和金属 - 氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管（FET）是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。

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场效应管干什么用的
工作原理：场效应管工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的ID，用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次，VGS向负的方向变化，让VGS=VGS（off），此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。

作用：
　　1.场效应管可应用于放大。
　　2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
　　3.场效应管可以用作可变电阻。
　　4.场效应管可以方便地用作恒流源。
　　5.场效应管可以用作电子开关。

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八MOS管电平模块实现八路3V和5V电平的双向转换

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如果你曾经试图将3.3V设备连接到5V系统，你知道什么是一个挑战。双向逻辑电平转换器是一种小型器件，可以将5V信号安全地降低到3.3V，同时将3.3V升压到5V。此电平转换器也适用于2.8V和1.8V器件。这个逻辑电平转换器与我们之前的版本真正的区别在于，您可以成功地设置高低电压，并在同一通道上安全地升降它们。每个电平转换器具有将高侧上的4个引脚转换为低侧上的4个引脚的能力，其中为每侧提供两个输入和两个输出。

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电平转换器非常容易使用。电路板需要由系统使用的两个电压源（高电压和低电压）供电。高电压（例如5V）到“HV”引脚，低电压（例如3.3V）到“LV”，接地从系统到“GND”引脚
    兼容5-3V系统
    VIN连接5V系统电源
    5A连接5V系统
    5B连接5V系统
    GND连接5V系统GND
    3V3连接3V系统电源
    3A连接3V系统
    3B连接3V系统
    GND连接3V系统GND
    尺寸：28×19mm / 1.1×0.74英寸

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双向传输原理：
为了方便讲述，定义 3.3V 为 A 端，5.0V 为 B 端。

A端输出低电平时（0V）  ，MOS管导通，B端输出是低电平（0V）
A端输出高电平时（3.3V），MOS管截至，B端输出是高电平（5V）
A端输出高阻时（OC）    ，MOS管截至，B端输出是高电平（5V）

B端输出低电平时（0V）  ，MOS管内的二极管导通，从而使MOS管导通，A端输出是低电平（0V）
B端输出高电平时（5V）  ，MOS管截至，A端输出是高电平（3.3V）
B端输出高阻时（OC）    ，MOS管截至，A端输出是高电平（3.3V）

优点：
1、适用于低频信号电平转换，价格低廉。
2、导通后，压降比三极管小。
3、正反向双向导通，相当于机械开关。
4、电压型驱动，当然也需要一定的驱动电流，而且有的应用也许比三极管大。

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模块特性
1、八MOS管电平模块实现八路3V和5V电平的双向转换
2、电源输入带防反接保护，集成3.3VLDO，并可对外提供不大于150mA的电流
3、带电源指示灯，工作与否一目了然
4、可实现UART、IIC、1-wire，SPI等总线信号3V-5V电平的双向转换
5、8通道的高电压逻辑与低电压逻辑双向转换，实现HV与LV双向互转。

LV接3.3V电源
HV接5V电源
GND接电源负极，两个电源共地
LV1-4输入3.3V TTL电平，HV1-4将输出5V TTL电平
HV1-4输入5V TTL 电平，LV1-4将输出3.3V TTL电平