不仅仅是 5V
　正如我们在本课程前面部分所观察到的，在数字系统中，信号只能采用两个值：高或低。这些值通常由两个电压电平表示。下面列出了常用的级别，但没有什么可以阻止系统拥有自己的逻辑状态编码方法：
　5 V 和 0 V：这是数字电路中常用的逻辑电平系统。在该系统中，高逻辑电平由 5 V 电压表示，而低逻辑电平由 0 V 电压表示。
　12 V 和 0 V：这种逻辑电平系统有时用于工业数字电路。高逻辑电平由 12V 电压表示，而低逻辑电平由 0V 电压表示。
　–5 V 和 0 V：这种逻辑电平系统有时用于必须在极端温度条件下运行的数字电路。高逻辑电平由 –5V 电压表示，而低逻辑电平由 0V 电压表示。
　–12 V 和 12 V：在此系统中，高逻辑电平由 12 V 电压表示，而低逻辑电平由 –12 V 电压表示。
　逻辑电平电压的选择取决于数据传输速度、电路的能耗和环境条件。数字系统并不完全相同（见图 1），特别是在两个逻辑电平的工作电压方面。如果设计人员需要将两个数字电路连接在一起，可能会出现两种情况：
　情况1：如果幸运的话，两个电路工作在相同的电压下，因此不需要使用额外的接口。简单的电气连接就足够了。
　情况 2：另一方面，如果两个电路以不同的逻辑电压运行，则必须在它们之间放置一个电平适配器（称为转换器）。　显然，第二种情况更为复杂和关键，因为不仅需要考虑不同的电压电平，还需要考虑信号达到的速度。仅当设备能够相应地解释信号时，它们才能相互通信。如果它们直接相互连接，则只有在相同的电压电平下工作才能正确通信。

　逻辑电路经常使用不同的电压电平。
　图 1：逻辑电路经常使用不同的电压电平。
　通常，数字系统的信号是“TTL 兼容”（5 V 和 0 V），或者在 3.3 V 和 0 V 下工作。它们之间存在操作不兼容性。例如，当将微控制器电子系统（5V和0V）与配备RS-232接口的电路（–12V和12V）连接时，需要插入适配器，因为工作电压差异很大。由于工作电压较高，甚至微控制器电路也可能被串行电路损坏。
　因此，电平转换器的任务是发送或接收电压自适应信号而不修改所传输信号的波形。电压转换器是将一种电压电平转换为另一种电压电平的电子设备。它们用于将使用不同电压电平的设备相互连接。电压转换器可以是有源的（如果它们使用电子电路来转换电压）或无源的（如果它们使用电阻器和电容器等无源元件）。此外，它们可以是单向的（如果它们仅在一个方向上转换电压）或双向的（如果它们在两个方向上转换电压）。
　非常简单的 5V 至 3.3V 转换器
　在许多情况下，需要连接在不同电压下运行的设备。例如，工作电压为 5 V 的设备可以连接到工作电压为 3.3 V 的设备，这是当今非常常见的情况。在这种情况下，有必要使用电压转换器。一个非常简单的解决方案是使用由两个串联电阻组成的分压器。分压器的输出电压降低以达到所需电压。两个电阻的计算非常简单，使用欧姆定律。
　图 2 显示了通用应用程序图。通常，选择电阻器 R2 的值是电阻器 R1 的两倍就足够了。程序如下：
　选择 R1 的值（例如 4.7 kΩ）。由于传输电流较高，该值不能太低，但也不能太高。
　计算电阻器 R1 上必须存在的电压：(5 V – 3.3 V) = 1.7 V。
　计算传输电流：I = V ÷ R = 1.7 V ÷ 4,700 Ω = 361.7 μA。
　计算电阻器 R2 的值：R = V ÷ I = 3.3 V ÷7 μA = 9,123.58 Ω。　该值可以很容易地四舍五入到接近的商业值，即 10 kΩ。刚刚执行的计算是针对无负载的电阻分压器。通常，数字输入具有非常高的输入阻抗，因此后者不会影响终的电压。然而，设计人员必须始终检查负载的阻抗。在图 2 中，左侧有一个空载分频器和一个从逻辑门输出获取信号的转换分频器。在这些情况下，输出电压可能会略有不同。

　将电压从 5 V 降低至 3.3 V 的转换器。
　图 2：将电压从 5V 降低至 3.3V 的转换器　该转换器制作起来非常简单，并且可以使用易于获得的组件来构建。对于不需要很高度的简单应用来说，这是一个很好的解决方案。其巨大优势在于其高线性度，因为输出信号的形状始终忠实于输入信号。事实上，电阻分量不会使信号变形，而只会导致幅度衰减。图 3 显示了对先前电路的改进。电阻移位分压器位于单位增益跟随器之前和之后，为 3.3V 电路提供较低的阻抗。刚刚观察到的示例仅旨在降低电压电平。

　运算放大器的使用可确保良好的信号转换，而不会因阻抗而衰减。
　图 3：使用运算放大器可确保良好的信号转换，而不会因阻抗而衰减。
　3.3V 至 5V 转换器
　在许多情况下，需要将一个工作电压为 3.3V 的设备连接到另一个工作电压为 5V 的设备。在这些情况下，需要使用升压转换器，如图 4 所示。 ，有两个NPN晶体管，Q1和Q2。V(in) 是输入电压，直流或脉动电压，为 3.3 V。当 V(in) 为高电平 (3.3 V) 时，Q1 关闭，Q2 开启。Q2 集电极两端的电压为 5V。当 V(in) 为低电平时，Q1 打开，Q2 关闭。Q1 集电极的电压为 0V。这样，转换器将 3.3V 输入电压转换为 5V 输出电压，并保持信号的相位。该转换器制作简单，并且可以使用易于获得的组件来构建。对于不需要很高度的简单应用来说，这是一个很好的解决方案。
　　图 4：简单的晶体管 3.3V 至 5V 转换器
　集成电路
　简单的电平转换器可以用分立元件制成，例如晶体管、电阻器、电容器甚至运算放大器。然而，还有封装在集成电路中的电平移位器，它们比由不同公司生产的分立电平移位器更强大、更快且更高效。它们可以支持更高的电源电压和开关速度，以及更的逻辑电平。
　此外，IC 转换器比分立转换器更紧凑且更易于使用。它们可以是单向或双向的。单向转换器可以将信号从一种逻辑电平转换为另一种逻辑电平，但不能反向转换。双向转换器可以在两个方向上转换信号。由于市场上有数千种型号，因此在几页内讨论该主题将具有挑战性。我们展示了使用的 MAX232 集成电路执行的示例，如图 5 所示。它将 TTL 逻辑信号 (0–5 V) 转换为 RS-232 信号（从 –15 V 到 15 V），反之亦然，是一个重要组件用于以不同逻辑电平操作的设备之间的串行通信。单个芯片中包含四个电平转换器，每个通信方向两个。MAX232是一款可靠且易于使用的元件，有多种封装可供选择。该图清楚地显示了 0 V 至 5 V 之间的输入信号 V(TTL) 如何转换为 10 V 至 –10 V 之间不同工作电压 V(RS232) 的输出信号。　MAX232 将电压电平从 TTL/CMOS 更改为 RS-232，反之亦然。

　图 5：MAX232 将电压电平从 TTL/CMOS 更改为 RS-232，反之亦然。