Arduino 电平转换 升压 OUTPUT与9V/12V元件通信

原因

网络上有不少怎么让Arduino的5V电平转换成3.3V电平，从而和工作在3.3V下的芯片相互沟通的教程。但是如果想驱动高于5V电压的芯片，就找不到教程了。因此今天我来介绍一种方式，能让Arduino的OUTPUT口和需要5～12V的电子元件进行通信。下文以12V为例。

效果

能够达到单向（从Arduino到12V芯片）通信的目的

Arduino引脚输出的电平会被取反，即Arduino输出HIGH，芯片却收到LOW，反之亦然。

硬件准备

Arduino一个

开关型NPN三极管（8050即可）一个

4.7K，10K电阻各一个（貌似不是这个阻值也可以，只要不要太小即可）

电路连接

面包板图：



（假设右边那个nano是我们需要驱动的12V的东西）

原理图：

软件开发

一定要记住：Arduino引脚输出的电平会被取反，即Arduino输出HIGH，芯片却收到LOW，反之亦然！只要知道这一点，剩下的事情和开发普通OUTPUT引脚都差不多了。

我们先弄一个测试工程试试看。

在测试工程中，我们用万用表的电压表（20V挡位）来模拟12V芯片，即万用表红线接图中蓝线，万用表黑线接地（图中黑线）。因为芯片的INPUT模式相当于一个电压表，所以可以这么替代来看效果。当12V芯片应当收到HIGH时，我们的万用表上就会出现接近12V的电压；收到LOW则出现0V。

建立一个ino工程，代码如下：

#define TEST_PIN 7

void setup(){
pinMode(13,OUTPUT);
pinMode(TEST_PIN,OUTPUT);
}

void loop(){
digitalWrite(13,!digitalRead(13));
digitalWrite(TEST_PIN,!digitalRead(TEST_PIN));
delay(2000);
}

连接电路，查看效果。如果一切正常，你将会看到，当ino上的小灯亮起的时候，万用表显示0V；熄灭时显示12V。

原理说明（针对没基础的人）

三极管这东西高中物理居然不教...因此我自学研究了半天才勉强搞懂一点点。感觉很多书/教程讲的都太复杂了，像什么阿尔法值，贝塔值，放大倍数什么的，真正应用的时候不一定用得上，因此我这里简单讲一讲三极管用得上的部分。



三极管有两种类型，NPN和PNP，我这里讲一讲NPN，即这篇文章中用到的那种。首先，我们要记住这张图和它的三个引脚对应的说法：C（集电极），B（基极），E（发射极）（想搞懂名称的自己看原理去）。

我们首先来看有箭头的那一条路径（B->E）：这条路最简单，完全不用考虑C端发生了什么，而是几乎可以看成一个B->E的二极管。B电压大于E一定程度（即B到E有足够大的电势差，一般是0.3V之类），就会有电流，反之则没有。我们的电路中，B接的是Arduino引脚。因此，当Arduino HIGH时，BE有5V电位差，但是有一个限流电阻，因此有微小的电流；反之没有。

然后再看另一条路径，C->E：这一条就悲催的多了，完全被B->E那一条管着。如果BE没有电流，不管发生什么，CE都不会有电流，这是可以看成C、E之间断开了。如果BE有电流，才会允许CE产生电流。在我们的电路中，BE有电流则CE连通，即C点接地，于是12V芯片收到LOW；反之，收到HIGH。其实这一部分单独看，就是一个上拉电阻。图见下。



顺便说一下“电流倒灌”的问题：如果现在三极管的部分换成一块导体，那么很明显，C电压高于B，因此会有灌入B的电流，从而造成Arduino出各种各样的问题。但是我们的电路中没有这个问题（确实实践测试过了），这是因为三极管可以帮助B不被倒灌。但是据传说，如果C电压高于B太多，那么倒灌照样会发生。如果真的发生倒灌，一个（可能）可行的策略是在B处安装一个整流二极管，不让电流倒着流动。

鸣谢

感谢阿古（古作坊坊主）在在电路方面的指导！