单片机原理与接口实用教程：硬件电路设计

硬件设计采用protel电路设计软件进行，通过层次化设计原理，可以将原理图分成五个模块：89c51最小系统、tlc5510工作电路、数码管驱动电路、信号处理放大电路、电源等。其中电源电路提供系统工作所需的电源，本系统电源为5v。主要模块间的连接关系如图8-9所示。下面主要介绍89c51最小系统、tlc5510工作电路和数码管驱动电路。

1.89c51最小系统

和上一个应用实例一样，单片机的最简系统（89c51＿minisystem）在任何应用中都是一样的，不同的是所使用的单片机接口及接口信号不一样。本应用的最小系统如图8-10所示。

除了最小电路外，单片机主要引出了与数码管的连接线，与ad转化器的连接线等。

2.tlc5510a-d转换电路设计

tlc5510是美国德州仪器（ti）公司的8位半闪速架构a-d转换器，采用cmos工艺，大大减少了比较器的个数。tlc5510最大可提供20ms／s（兆点／秒）的采样率，可广泛应用于高速数据转换、数字tv、医学图像、视频会议及qam解调器等领域。tlc5510的工作电源为5v，功耗为100mw（典型值）内置采样保持电路，可简化外围电路设计。tlc5510具有高阻抗并行接口和内部基准电阻，模拟输入范围为0.6～2.6v。

图8-9 主要模块间的连接关系

图8-10 89c51最小系统

（1）引脚功能描述tlc5510采用24引脚的贴片封装，其引脚配置如图8-11所示。各引脚功能描述如下：

1）agnd：模拟信号地。

2）anglogin：模拟信号输入端。

3）clk：时钟输入端。

4）dgnd：数字信号地。

5）d1～d8：数据输出端d1为数据低位，d8为数据高位。

6）oe：输出使能端oe为低电平时数据端有效，否则数据端为高阻态。

7）vdda：模拟电路工作电压。

8）vddd：数字电路工作电压。

9）refts：内部参考电压当内部分压器输出额定2v基准电压时，该端短路至reft。

10）reft：参考电压（t代表top，为26v）。

11）refb：参考电压（b代表bottom，为06v）。

12）refbs：参考电压当内部分压器产生2v的额定基准电压时该端短路至refb。

（2）硬件电路tlc5510的硬件电路设计主要基于其官方说明书进行，说明书中对tlc5510各个端口的处理有详细的说明。按照说明书设计的tlc5510外围电路如图8-12所示。

图8-11 引脚配置图

图8-12 按照说明书设计的tlc5510外围电路

从图8-12可见，ain0为信号调理电路送过来的模拟信号，其范围为0～5v，d［0-7］为tlc5510与单片机的8位数据连接口，与为芯片的是读使能控制信号，clk为与单片机通信的时序信号，其他引脚完全按照芯片使用说明书处理。

信号调理电路（signalprocess模块）主要进行传感器信号的滤波、放大。本应用采用tc1047精密温度-电压转换器作为温度传感器，其主要特点如下：(www.xing528.com)

1）电压范围宽：2.7～4.4v。

2）温度测量范围宽：-40～125°c。

3）温度转换精度高：在25°c时为±2°c（最大值）。

4）线性温度斜率：10mv／°c（典型值）。

5）提供3引脚sot-23b封装。

6）低工作电流：-35μa（典型值）。

tc1047的典型应用有：

1）移动电话。

2）电源过热关断控制。

3）由温度控制的风扇。

4）温度测量／仪表。

5）温度调节。

6）消费电子产品。

7）电池供电的便携式设备。

这类温度传感器的输出电压典型值为：-40°c时为100mv，0°c时为500mv，25°c时为750mv，125°c时为175v。10mv／°c的输出电压斜率可以对宽温度范围内的温度进行准确测量。tc1047和tc1047a提供3引脚sot-23b封装，适合空间要求严格的温度测量应用。tc1047芯片的封装如图8-13所示，详细参数参见tc1047使用说明书。

信号调理电路的作用是将tc1047传感器输出的电压信号进行滤波和放大处理，并输出适合tlc1055a-d转换器接收的电压信号。信号调理电路如图8-14所示。

图8-13 tc1047芯片的封装

图8-14 信号调理电路

从图8-14中可以看出，电路采用了lm158信号放大器，并进行了两级处理：第一级主要为信号跟随，增加输出阻抗，减少传感器因输出电路导致的信号衰减；第二级进行了信号放大。放大倍数根据传感器输出的最大信号与tlc5510所能接收的最大电压值之间的关系来进行设定，以保证ain0不超出tlc5510的最大工作量程为宜。

3.数码管驱动电路

本实例使用了3位共阳极8段数码管作为温度显示之用，8段数码管的显示原理已经在第6章进行了讲解。为了节省i／o口资源，本实例采用动态显示方案，其显示码表为

数码管驱动电路如图8-15所示。

图8-15 数码管驱动电路

3位数码管共用8路数据信号，公共端则分别由一路i／o信号控制pnp晶体管驱动，为典型的动态扫描驱动电路。至此，主要电路模块原理图设计完毕，可以进行pcb文件设计以及电路板制作。