使用C++实现I2C总线电平转换：连接不同电压设备

本文主要介绍了如何使用C++实现有向图的邻接表，并结合实际应用，即通过双向电平转换器连接逻辑电平不同的I2C总线器件。 在电子工程中，经常遇到的问题是不同电压逻辑级别的设备之间的通信。例如，一些设备可能工作在3.3V逻辑电平，而另一些则工作在5V逻辑电平。为了解决这个问题，可以采用双向电平转换器。文中以I2C总线为例，说明了如何通过这样的转换器将3.3V和5V电压等级的设备连接在同一总线上。这种转换器通常包含N通道增强型MOS-FET，用于在两条总线线路（SDA和SCL）之间转换电平。MOS-FET的门极连接到较高电压的电源，源极连接到低电压总线，漏极连接到高电压总线。通过这种方式，电平转换器可以在不同电平之间有效地开关，使得总线在任何时刻都能保持正确的逻辑状态。 电平转换器的工作原理包括三种状态：1) 当无设备拉低总线时，转换器保持非导通，允许各自电压水平的上拉电阻拉高总线；2) 3.3V设备拉低总线时，转换器导通，使得5V总线也被拉低；3) 5V设备拉低总线时，转换器同样导通，使得3.3V总线被拉低。这些状态确保了总线在两个方向上的逻辑信号都能正确传输，同时也满足I2C总线的线与功能要求。 此外，文章还提及了I2C总线规范，这是一个广泛使用的两线接口标准，适用于微控制器和其他设备之间的通信。规范涵盖了起始和停止条件、数据传输格式、地址定义、仲裁机制、时钟同步以及不同速度模式（如标准模式、快速模式和Hs模式）的详细规定。对于设计人员和厂商来说，I2C总线具有诸多优点，如简化硬件设计、减少线缆数量和降低成本。 在实现上，本文并未具体阐述C++代码细节，但暗示了使用邻接表数据结构来表示有向图是一种有效的方法。邻接表是图的一种常见表示形式，其中每个顶点对应一个列表，记录了所有与其相连的其他顶点。在I2C总线的例子中，设备可以被视为顶点，而连接关系则表示为边。通过邻接表，可以方便地处理节点之间的连接和通信逻辑。 这篇文章结合了硬件电路设计和软件数据结构的知识，阐述了如何在C++编程环境中实现对逻辑电平不匹配的I2C总线设备的连接，并提供了关于I2C总线协议的基础信息。