自制1.8V~3.3V双向电平转换器(适用于SWD下载接口)

文档标识符：Bi_Dir_Volt_Trans_T-D-P25

作者：DLHC

审阅：DLHC

最后修改日期：2023.1.8_PM

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前言

    为了给HC32F002系列国产微控制器编程，需要用到CMSIS-DAP下载/调试器，考虑到笔者目前只有3.3V电平的CMSIS-DAP下载/调试器，而HC32F002系列微控制器工作在1.8V电平下。故需要设计一个电平转换电路，实现1.8V与3.3V电平间的双向转换，为了简化设计，该电平转换电路需要实现自动方向切换，而且还需要足够便宜。鉴于此，本文将简要介绍并测试一种基于TXS0108E的CMSIS-DAP电平转换电路。

 

TXS0108E

    TXS0108E是TI公司生产的一款8位双向电平转换IC，具有以下特点：

  1.双向转换、自动切换方向

  2.适用于开漏或推挽驱动端口

  3.最大数据速率：推挽驱动端口(110Mbps)、开漏驱动端口(1.2Mbps)

  4.可实现任意2个位于1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V逻辑节点间的双向电平转换

  5.电平转换通道：8路

    本文仅使用TXS0108E的2路通道实现SWD调试接口的电平转换，其余6路通过排针引出(备用)，本文仅验证1.8V与3.3V逻辑电平节点间的双向电平转换。

 

原理图

    电平转换电路由以下4部分组成，见图0.0：

  1.SWD接口(1.8V电压侧)：用于HC32F002系列微控制器编程、调试的接口(1.8V逻辑电平)

  2.保留接口(1.8V电压侧)：保留的1.8V电压侧的电平转换通道(6路)

  3.SWD接口(3.3V电压侧)：用于连接CMSIS-DAP下载/调试器的接口(3.3V逻辑电平)

  4.保留接口(3.3V电压侧)：保留的3.3V电压侧的电平转换通道(6路)

图0.0-电路原理图

 

准备材料

    需要准备以下材料，见图1.0：

  1. TXS0108E模块  * 1

  2. RT9193-18GB   * 1

  3. 22nF电容          * 1

  4. 1uF电容            * 2

  5. 拨动开关            * 1

  6. 2.54mm间距、4pin排针 * 1

  7. 2.54mm间距、5pin排针 * 1

  8. 2.54mm间距、7pin排针 * 2

  9. 洞洞板                * 1

图1.0-材料清单

 

完成后

    完成后的电路见图2.0与图2.1。

图2.0-电路(正)

图2.1-电路(反)

 

测试

    测试条件：CMSIS-DAP下载/调试器通过USB端口连接到安装有对应驱动的计算机，CMSIS-DAP另一端连接上述1.8V~3.3V电平转换器的3.3V侧，电平转换器的1.8V侧连接到目标单片机的SWD端口，如图3.0所示。使用KEIL软件自带的CMSIS-DAP驱动进行代码下载与在线仿真，CMSIS-DAP驱动设置方法，见图3.1。

图3.0-硬件连接示意图

图3.1-CMSIS-DAP驱动设置方法

 

结论

    通过实际测试，在通讯速率较低的情况下，此电平转换器可以实现1.8V~3.3V的SWD电平转换，见图4.0，但是具有以下缺点：

  1.通讯速率较高时，会导致下载/调试失败(经过实测，通信速率在20K左右可以很好地工作)。

  2.不稳定(可能是外界干扰所导致)，具体表现为在调试过程中有一定几率报错。

    综上，此电平转换器可以实现预期功能，在要求不高的情况下是一个不错的选择，具有以下优点：

  1.价格便宜(所有器件成本 < 10元)

  2.电平转换范围广(1.5V~5V之间都可以实现转换)

  3.资源充足(8通道)

图4.0-测试结果

 

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