使用 N-Channel MOSFET 做 I2C 電壓準位轉換電路

網頁最後修改時間：2016/08/03 更新

I²C 電壓準位轉換電路圖 (V0.2)
感謝網友 Tad Chu 的提醒，修正 Q1 和 Q2 的接腳錯位問題

寫這網頁的主要目的：轉換兩個不同電壓之間通訊的準位，且是可雙向溝通的。

在 proteus 的 賣場 裡，販售的大多是 3V3 或是 5V 控制的電子零件，有時候因為控制訊號與微處理器之間電壓準位的關係，必須在兩者之間再加入準位轉換的模組才能正常通訊，但這大多用在單向通訊或是控制比較多。所以若是出現需要在同一支接腳實現收、或發的動作，例如 I²C 的 SDA 接腳，若不是需要很多支情形之下，上面的電壓準位轉換電路就是一個很好的選擇  !

[ 新版本 0.7 釋出 ] WebIOPi - 使用瀏覽器 (或手機) 控制樹莓派的 GPIO

最新版本：Version 0.7 ( 2014-03-01 )
WebIOPi 版本更新發佈網址：Internet of Things framework
WebIOPi 說明、安裝、使用說明網址：WebIOPi

新版本 0.7 增加了很多樣東西的支援，例如 PiFace Digital 擴充卡、溫溼度感測器，還有特別支援用來支援 GertBoard 的 MCP3002 ADC 和 MCP4802 DAC 晶片，和修正一些使用者反應的問題。作者花了很長的一段時間才又推出這增強版，如果覺得 WebIOPi 好用的話，別忘了 Donote 一下以感謝他的貢獻與分享！

下面是一段關於 0.7 版的 WebIOPi 加入支援 PiFace 的展示影片，可以藉由 WebIOPi 的網頁介面控制與設定 PiFace 上的 IO 開啟與關閉的時間

[ 認識與使用 Gertboard ] 第五部曲 - 數位轉類比 ( MCP4802 ) 和類比轉數位 ( MCP3002 ) 轉換器 ( D to A and A to D converters )

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PiGertboard 套件 (A) - Raspberry Pi (樹莓派) Gertboard 嵌入式套件

PiGertboard 套件 (B) - Raspberry Pi (樹莓派) Gertboard 外接式套件

Gertboard - A to D and D to A Converters ( 橙色部分 )，source: Gertboard User Manual (Rev 2.0)

Gertboard - D to A Converter 電路圖，source: Assembled Gertboard Schematics

Gertboard - A to D Converter 電路圖，source: Assembled Gertboard Schematics

Gertboard -  電路圖，source: Assembled Gertboard Schematics

[ 認識與使用 Gertboard ] 第四部曲 - 馬達驅動控制器 ( Motor Controller )

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Gertboard - Motor Controller ( 粉紅色框線 )，source: Gertboard User Manual (Rev 2.0)

GertBoard 使用 ROHM BD6222HFP 做為馬達驅動控制器，可以驅動最大電壓 DC 18V 電流 2A 的直流有刷馬達。晶片 ( 如下圖 ) 有兩支接腳 MOTOR_A 與 MOTOR_B 可以輸入高或低準位控制直流馬達轉動方向，並且可以在單一接腳輸入 PWM 訊號對馬達進行轉速的控制，這兩支接腳位於電路板中間偏右下的位置，標示名稱是 J5，接腳名稱為 MOTA 與 MOTB

Gertboard - Open Collector Driver 電路圖，source: Assembled Gertboard Schematics

[ 認識與使用 Gertboard ] 第三部曲 - ULN2803 開集極驅動 ( Open Collect Driver )

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Gertboard - Open Collector Driver ( 黃色框線 )，source: Gertboard User Manual (Rev 2.0)

GertBoard 的 open collector driver ( 開集極驅動，位置位在 GertBoard 的右上方 ) 使用八通道 ULN2803 達靈頓驅動 IC，電壓輸出最大可達 DC 50V，每一通道最大電流可達 500mA，可以用來驅動 LEDs、直流馬達、步進馬達以及繼電器，但在 GertBoard 只開放六個通道做使用。

Gertboard - Open Collector Driver 電路圖，source: Assembled Gertboard Schematics

[ 認識與使用 Gertboard ] 第二部曲 - 輸出入緩衝線路 ( 開關和 LED )

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PiGertboard 套件 (B) - Raspberry Pi (樹莓派) Gertboard 外接式套件

Gertboard - Buffer I/O ( + switches and LEDs )，source: Gertboard User Manual (Rev 2.0)

緩衝器可以作為輸出的驅動也可以保護內側的電路。也就是將原本的輸出訊號在經過緩衝器之後可以驅動更多的元件；或是當外部輸出短路或是有突波訊號時，會先衝擊到緩衝器，進而保護接收輸出訊號的元件。

另外，在網路上找到這英文的說明可作為參考，若還是存在疑問請自行 Google 一下 !!!

Buffers (in analog circuits) are used when you need to lower the impedance/increase current capability. They're also useful if you want to tap a signal in a circuit and don't want to put a load on that circuit that might cause the voltage to drop. For example, you might have a circuit that generates a signal and you want to bring that signal out to an external connector that you can plug a data logger or whatever into. If you put a buffer in between the original signal and the data logger output, you don't have to worry about the data logger causing a voltage drop on the original signal. Or if you accidentally short out the output, the circuit won't be affected or damaged.

Another use for a buffer is if you have a chip that has a high output impedance (such as an accelerometer) which you want to feed into a ADC that has a lower input impedance. The ADC would load the accelerometer too much and the voltage will drop; the buffer will prevent that.

Digital buffers are used as logic inverters (inverting buffers) or as simple buffers similar to the analog example above (to increase fan-out capabilities or to protect circuits against shorts when going to an external connector).

[ 認識與使用 Gertboard ] 首部曲 - 瞭解 GertBoard 電路板、建置編輯環境與測試程式碼下載與安裝

Gertboard 可說是 Raspberry Pi (樹莓派) 一個理想的添加裝置，特色有：

• 可直接插入到樹莓派上


• 可以檢測與響應外部物理事件


• 檢測與輸出類比電壓


• 驅動 (直流、步進) 馬達 (18V, 2A max)


• 檢測按鍵動作


• 點亮 LED


• 驅動繼電器


• 六大區塊各自獨立，可互相結合使用，更富使用上的彈性 ! (請看下面說明)


• 以上全部都可由樹莓派直接做控制


• 豐富的軟體資源與使用者手冊，讓使用上更加的方便 !

[PIR] 使用人體紅外線感應 (PIR) 模組，製作家中安全防護及警報系統

在這篇文章中，將介紹使用 Python 與 C 語言接收人體紅外線感應 ( PIR) 模組觸發訊號後，發送預警電子郵件給指定的收件人的程式寫作方法。若你是使用智慧型手機的話，開啟收信軟體更能即時的收到預警郵件通知。

最後延伸使用以配合繼電器模組的方式，另外控制照明設備的開或關，若以警報裝置做取代的話，更能達到嚇阻效果！

Raspberry Pi (樹莓派) 驅動兩路繼電器模組

需要繼電器模組的話話請到露天賣場訂購：二通道光耦合隔離繼電器模組

使用繼電器可以實現使用小電壓控制大電壓設備的目的，若是再配合網路通訊便可實現遠端控制，家電自動化的目的。

利用繼電器實現遠端家電控制

你了解 Raspberry Pi 輸出電流的限制嗎?

如果你使用 Raspberry Pi (樹莓派) 與外部設備或裝置做通訊或是控制，多少的輸出電流是單個 GPIO 腳位達到的？而全部的輸出電流限制又是多少 ?

Raspberry Pi GPIO, P1 and P5

Raspberry Pi GPIO, P2, P3

下面這個鏈結告訴你所有關於樹莓派輸出的驅動還有它實際上所意味的東西

"Understanding Outputs"


結論：

接腳最大電流不超過 16 mA，全部接腳輸出總和不超過 51 mA，例如 17 之接腳全部使用，則單支接腳電流不超過 3mA

IO 擴充應用 - 使用 74HC595 (三態輸出八位元移位暫存器 IC)

需要此 IC 的話請到露天賣場訂購：SN74HC595 (IO 擴充 IC) - 三態輸出八位元移位暫存器 IC


SN74HC595N 是 TI 公司生產的 IC，具有三態輸出八位元移位暫存器通常使用在數位 IO 數目的擴充上，一串最多串接到 15顆 (也就是可達 120 個 IO 擴充)，使用的方法就是把 74HC595 當作是 SPI Slave 來做使用。


由於 SPI 週邊的基本運作就是移位暫存器，所以我們可以簡單的使用八位元移位暫存器和輸出鎖存器 (output latch) 來擴充輸出埠，74HC595 家族就是可用來達成這目的晶片。


使用前請先看一下：
規格表說明

驅動 16x2 英文字型 LCD 螢幕

網頁最後修改時間：2016/07/28

英文字型 LCD 螢幕一般都是使用 HD44780 (或是相容) 的晶片做控制，因此參考一下文件選擇要使用的驅動方式 (4-bit / 8-bit)， 4-bit 介面接線方式比較省接腳，故選擇 4-bit 驅動 16x2 LCD 螢幕

相關文件下載：

1. HD44780
2. 輕巧工作室 (06/07/2005)- LCM 液晶顯示模組英文文字型控制命令說明手冊
3. SMC1602A

以 HD44780 為主的 LCM 英文文字型液晶顯示器模組，控制方式都大同小異，主要是在文字顯示或是移動的位置上，相關程式碼要做修改，利用善心人士寫好的函式庫看懂它做修改就好，不需要花太多時間重新撰寫。

相關的範例程式包含有：AVR GCC (Attiny2313)、8051、python

如果程式沒有接線圖，請參照提供的範例程式找出相對應的接腳與晶片做連接。


Raspberry Pi 驅動 LCD (16x2) 螢幕

材料：

• LCD 是使用 SMC1602-H1W4 (5V 驅動、藍底白字、帶 LED 背光、16*2) (賣場連結)
• 10k 可變電阻 (隨貨附送)
• 排針 (隨貨附送  16-pin ，須自行焊接)


• Raspberry Pi (Model B, Revision 2.0, 512MB RAM) (賣場連結)


• Raspberry Pi 特製 GPIO (P1) 專用排線 (賣場連結)
若有購買賣場的壓克力外殼，而且又有使用此條排線與 GPIO (P1)做連接的話，排線附帶的壓線扣 (ㄇ字型)不要裝 (除非你要拆掉上蓋，不然上蓋到排線頭的距離是剛剛好的)；另外若排線選擇不拆掉外殼使用，要由上蓋出線，出線後上蓋就不能隨意翻動，另外這需要拆掉一些壓克力板後再組裝，要有點耐心。

不同的插入方向會影響排線接腳與 GPIO (P1) 的接腳對應，正確的接法如下圖所示。





照這樣插線，排線最下方的那一條所對應的就是 GPIO (P1) 排針上的第一支接腳，再配合 GPIO 卡 (可到 "Raspberry Pi (樹莓派) Model B 各版本之間的差異" 裡，移動到最下面有 Rev1.0 和 Rev2.0 下載的連結)，連接上就比較方便。


• 麵包板 (8.5x5.5cm, 400孔) (賣場連結)


• 麵包板連接測試跳線 (賣場連結)

LCD 螢幕連接線路圖
( 2013/01/03 更正 Vss 與 Vdd 連接線路 [ 網友 TaKa 提出更正訊息] )

LCD (***1602*) 接腳名稱