3.3V 5V

Есть такая микросхема Max 7219, которая представляет собой контроллер семисегментных индикаторов. Она не только позволяет управлять восемью такими индикаторами, но и допускает каскадное соединение с такими же контроллерами, что позволяет произвольно увеличивать разрядность.

Эта микросхема казалась подходящим кандидатом для моего проекта ``Горилла’’, но у неё обнаружились некоторые особенности, в частности она имеет напряжение питания 5V и соответственно TTL логические уровни.

Выходы соединяются с LED и следующей такой же микросхемой, так что они нас не интересуют. Остаются три входа: CLK, LOAD и DIN. Поскольку выходы GPIO Raspberry Pi являются CMOS, то для представления логического нуля используется напряжение $\le 0.8V$, а для представления логической единицы $\ge 2V$.

Казалось бы всё хорошо и мы попадаем в нужный диапазон TTL логики, однако документация на микросхему указывает, что минимально допустимое напряжение для логической единицы равно 3.5V, что полностью исключает возможность управления от Raspberry Pi¹.

Итак нам нужен преобразователь логических уровней.

MOSFET как преобразователь

Рассмотрим следующую простую схему:

Два pull-up резистора обеспечивают логическую единицу с обеих сторон преобразователя. Так что, если на выходе GPIO установлена логическая единица, то падение напряжения на резисторе $V_{R1}=0$, транзистор закрыт и на входе 7219 установлен высокий уровень благодаря pull-up резистору $R2$.

Если же на выходе GPIO установлен логический ноль, тона $R1$ падает 3.3V, транзистор открывается и на входе 7219 получает нулевой потенциал.

Наш преобразователь работает.

Но самое замечательное то, что благодаря встроенному диоду этот преобразователь работает и в обратном направлении!

С логической единицей всё понятно и неинтересно, посмотрим что будет, если 7219 это выход, на котором установлен логический ноль. Тогда начинает течь ток через встроенный диод, на нём падает что-то около $0.7V$, следовательно на резисторе образуется падение напряжения $V_{R1}=2.6V$, транзистор окрывается после чего на $R1$ падает уже все 3.3V эффективно образуя на входе GPIO логический ноль.

Реализация

Транзисторы BSN20 оказались очень маленькими:

Попробуем припаять на макетную плату один транзистор:

И ещё два для оставшихся линий:

Добавляем резисторы:

Всё в сборе:

Проверяем конвертер

Ну заодно и 7219:)

Конвертер работает просто замечательно, а вот 7219 мертва.

1. Следует заметить, что в сети полно описаний успешного подключения этой микросхемы к Raspberry Pi. Не знаю как это выходит, возможно разброс параметров у отдельных экземпляров позволяет им работать при более низком уровне логической единицы. ↩

Также можно почитать

• 09 Apr 2018 » Хранение температуры в базе данных
• 28 Mar 2018 » Raspberry Pi и 1-wire устройства
• 26 Mar 2018 » Raspberry Pi и кнопка

---

Tweet