实际硬件设计中非常经典巧妙的20个电路合集，带分析，收藏起来慢慢看！

1、双向电平转换（MOS管）

电路板上的不同模块之间的通信，在很多情况下主控，传感器，其他外设等，电压是不一样的，3.3V，5V，12V，各种电平都有，所以对电压进行转换是家常便饭，简单的一般有两种方法：

1、高压到低压，用电阻分压；低压到高压，用三极管，这种只能是单向通讯，比如用在串口上，成本也最便宜。

2、用MOS管进行电平转换，电路也简单，可以实现双向通讯，用于I2C等开漏总线上是肯定没问题的，但是大家思考一下，此电路能用于串口、SPI或者其它推挽输出形式的电平转换吗？

关于速率，如果太快信号也会失真，一般100K以内问题都不大，超出了就要实际观察下波形失真情况了，看下能否接受，另外注意低端电压一定要低于等于高端电压。

1、当SDA1输出高电平时：MOS管Q1的Vgs = 0，MOS管关闭，SDA2被电阻R3上拉到5V。

2、当SDA1输出低电平时：MOS管Q1的Vgs = 3.3V，大于导通电压，MOS管导通，SDA2通过MOS管被拉到低电平。

3、当SDA2输出高电平时：MOS管Q1的Vgs不变，MOS维持关闭状态，SDA1被电阻R2上拉到3.3V。

4、当SDA2输出低电平时：MOS管不导通，但是它有体二极管！MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平，此时Vgs约等于3.3V，MOS管导通，进一步拉低了SDA1的电压。

2、RS485方向自动控制

我们都知道RS485是半双工通信，所以在传输的时候需要有使能信号，标明是发送还是接收信号，很多时候就简单的用一个IO口控制就好了，但是有一些低成本紧凑型的MCU上，一个IO口也是很珍贵的，因此，如果能实现硬件自动控制方向，像串口那样两条线通信了，也不需要程序控制，可以释放一个IO。

原理分析：

通信之前，TXD为高电平，当通信一开始，TXD立马变为低电平的时候，因为有二极管的存在，电容器快速通过二极管放电，所以非门输入端这里也会“马上”变低电平。

通信过程中，TXD在高电平与低电平之间切换，但是非门输入端电压通过电容与电阻缓慢充电，DE/RE 保持高电平的状态，直到充电电压达到非门的阈值电压，从而可以做到自动方向控制。

接收信号的时候，TXD为高电平，非门输入为高，DE/RE 保持低电平，从而可以自动接收信号。

保持该高电平的时间，由电阻与电容决定，跟通信速率也有一定的影响，常规使用都是没问题的，具体可以根据自己的电路以及速率进行适当的调整。

如果遇到一些特殊的情况，或者IO口充足的情况，还是用一个IO进行控制，这里只是给大家一个思路。

3、ESP32自动下载电路

下面是一个ESP32系列或者ESP8266等电路的一个自动下载电路

在ESP32等模块需要烧写程序的时候，需要通过将EN引脚更改为低电平并将IO0引脚设置为低电平来切换到烧写模式。

老宇哥有时候也会采用先将IO接到一个按键上，按住按键拉低IO0的同时重新上电的方式进入烧写模式，都是一个道理。

使用按键，重新插拔等方式还是太麻烦了，下面这个电路可以用逻辑IC试下能自动下载，使用带DTR和RTS引脚的USB转UART芯片即可。芯片会自动帮我们发出进入烧写模式的信号，非常方便。

真值表:

DTR

RST

EN

IO0

0	0	1	1
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	1	1

简单总结：当DTR和RTS同时为0或者同时为1时，三极管Q1和Q2均为截止状态，此时EN和IO0的状态由其他电路决定（内部/外部上拉电阻）。

4、简易Type-C拉取5V/3A电流电路

今天介绍一种在Type-C 5V电压下获取3A电流的简易办法，如果是Type-A接口的USB，则不符合。

我们都知道，USB里面的D+ D-用来传输数据，其实Type-C接口里面还有一组CC引脚，先科普一些概念。

DFP，下行端口，可以理解为Host，数据下行以及对外提供电源，典型代表就是电源适配器。

UFP，上行端口，可以理解为Device，可以向上提供数据，典型代表就是U盘，移动硬盘啥的。

DRP，双向端口，既可以做DFP，也可以做UFP，典型的就是笔记本电脑，手机等设备。

DFP与UFP在未连接之前，Vbus是没输出的，连接后，两者的CC引脚连接，DFP上的CC引脚会检测到UFP上的下拉电阻，之后，根据具体的电压等信号做对应的电压功率输出。

下表展示了不同USB标准对应的电流，可以看到纯Type-C下最大能提供5V/3A的驱动能力，PD模式下，还能输出更高的功率。

通过上面你可以看出，有1.5A 跟 3A两种电流模式，那DFP是怎么知道改输出哪一种功率模式呢？

答案就在CC引脚,DFP 通过CC引脚上的电压得知UFP需要的供电需求，UFP上加下拉电阻，DFP上CC引脚有上拉电阻，通过电阻分压得到一个电压来控制输出不同的功率。

看下图就明白了：

关于CC引脚上多大电阻对应多少电流，这里官方也有要求：

方法有两种，一种是DFP会在CC引脚上产生330uA的电流，比如我们电阻用5.1K的，那CC引脚上的电压就是1.683V；或者DFP上的上拉电阻是10K，分压下来CC引脚上的电压也是5/(10K + 5.1k )* 5.1k = 1.688V，都可以认为是5V/3A的需求。

USB Type-C很多内容，PD协议的就更复杂了，就不展开说了，这是给大家提供一个设计电路的思路。

5、二极管钳位（I/O的过压/浪涌保护等）

如果我们的电路环境接收外部输入信号容易受到噪声影响，那我们必须采取过压和浪涌保护措施，其中一个方式就是二极管钳位保护。

像上图，从INPUT输入的电压被钳位在-Vf与VCC+Vf之间，右边输出信号IC-IN并不会有过大的电压，Vf越小，加在输入端的电压就越低，所以可以使用Vf较小的二极管，比如肖特基二极管。

当INPUT的电压超过 VCC+Vf 的时候，二极管D4导通，IC-IN电压被钳在VCC+Vf，多余的电压由电阻R21承担。

当INPUT的负压小于 -Vf的时候，二极管D5导通，IC-IN电压被钳在-Vf，多余的电压由电阻R21承担。

这里有一个输入电阻，电压超过设定值时,通过此电阻经过二极管到VCC，GND方向同理，起电流限制作用，因此电阻要大一点才比较好。

电阻小了可能随着电流增大无法吸收电流，但是太大的话，此电阻与二极管的结电容就会组成一个低通滤波器，所以大家要根据自己的使用场景，综合VCC，信号频率等实际调整。

钳位二极管选择肖特基二极管或者小信号二极管，正向压降低，结电容小。

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