来源：电子技术应用 作者：广东工业大学自动化学院 王少卿 汪仁煌

摘要：低功耗msp430单片机与传统的lsttl、hcmos和cmos接口技术，特别阐述了3v器件具有5v容限的特点，介绍两种电平移位器。

关键词：单片机 接口电路 微机硬件msp430超低功耗微处理器是ti公司推出的一种新型单片机。它具有16位精简指令结构，内含12位快速adc/slope adc,内含60k字节flash rom，2k字节ram，片内资源丰富，有adc、pwm、若干time、串行口、watchdog、比较器、模拟信号，有多种省电模式，功耗特别小，一颗电池可工作10年。开发简单，仿真器价格低廉，不需昂贵的编程器。

msp430其特点有：1.8v～3.6v低电压供电；高效16位risc cpu可以确保任务的快速执行，缩短了工作时间，大多数指令可以在一个时钟周期里完成；6微秒的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。msp430产品系列可以提供多种存储器选择，简化了各类应用中msp430的设计；esd保护，抗干扰力特强。与其它微控制器相比，带flash的微控制器可以将功耗降低为原来1/5，既缩小了线路板空间又降低了系统成本。

msp430具有如此多的优点，可以预测在今后会有广泛的应用。但是目前仍有许多5v电池的逻辑器件和数字器件在使用，因此在许多设计中3v（含3.3v）逻辑系统和5v逻辑系统共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压标准的引进，不同电源电压逻辑器件间的接口问题会在很长一段时间内存在。本文讨论msp430与单片机中最常用的lsttl电路、cmos电路及计算机hcmos电路的3v和5v系统中逻辑器件间的接口方法。理解这些方法可避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，保证所设计的电路数据传输的可靠性。

1 逻辑电平不同，接口时出现的问题

在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在三个主要问题：第一是加到输入和输出引脚上的最大允许电压的限制问题；第二是两个电源间电流的互串问题；第三是必须满足的输入转换门限电平问题。器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或分离元件接到vcc。如果接入的电压过高，电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如3v器件的输入端接上5v信号，则5v电源将会向3v电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。在等待或掉电方式时，3v电源降落到0v，大电流将流到地，这使总线上的高电平电压被下拉到地。这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的：不管是在3v的工作状态或是0v的等状态都不允许电流直接流向vcc。另外用5v的器件来驱动3v的器件有很多不同情况，各种电路间的转换电平也存在不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并要有足够的容限保证不损坏电路元件。

2 可用5v容限输入的3v逻辑器件3v的逻辑器件可以有5v输入容限的器件有lvc、lvt、alvt、lcx、lvx、lpt和fct3等系列。此外，还有不带总线保持输入的飞利浦alvc也是5v容限。

2.1 esd保护电路

3v器件可以有5v的输入容限。一般数字电路的输入端都有一个静电放电（esd）保护电路。如图1（a）所示，传统的cmos电路通过接地的二极管d1、d2对负向高电压限幅实现保护，正向高是则由二极管d3箝位。这种电路为了防止电流流向vcc电源，最大输入电压被限制在vcc+0.5v。对vcc为3v的器件来说，当输入端直接与大多数5v器件输出端接口时允许的输入电压太低大多数3v系统加到输入端的电压可达3.6v以上。有些3v系统可以使用两个mos场效应管或晶体管t1、t2代替二极管d1、d2，如图1（b）所示。t1、t2的作用相当于快速剂纳二极管对高电压限幅。由于去掉了接到vcc的二极管d3，因此最大输入电压不受vcc的限制。典型情况下，这种电路的击穿电压在7～10v之间，因此可以适合任何5v系统的输入电压。

由上述分析可知，改进后具有esd保护电路的3v系统的输入端可以与5v系统的输出端接口。

2.2 总线保护电路

总线保护电路就是有一个mos场效应管用作上拉或下拉器件，在输入端浮空（高阻）的情况下保护输入端处于最后有效的逻辑电平。图2（a）中的电路为一lvc器件总线保护电路，采取改进措施而使其输入端具有5v的容限。其基本原理如下：p沟道mos场效应管具有一个内在的寄生二极管，它连接在漏极和衬底之间，通常源极与衬底是连在一起的，这就限制了输入电压不能高于vcc+0.5v。现在的措施是用常闭接点s1将源极与衬底相连，当输入端电压比vcc高0.5v时，比较器使s2闭合，s1断开，输入端电流不会通过二极管流向vcc而使输