一、简介

在本教程中，我们将通过Proteus软件，详细展示如何设计并仿真一个基于AT89C52单片机的数字钟温度计。我们将介绍硬件电路设计、软件编程，并通过Proteus进行仿真测试。

二、 项目概述

数字钟温度计是一种集成了时间显示和温度测量功能的设备。本项目旨在设计一个具有以下特点的数字钟温度计：
（1）使用AT89C52单片机作为控制核心。
（2）采用DS18B20作为温度传感器。
（3）显示界面采用LCD显示屏。
（4）低功耗设计，适合长时间运行。

三、硬件设计

硬件设计包括单片机的选择、外围电路设计以及与传感器和显示屏的连接。

1 、单片机选择

我们选择了AT89C52单片机，因为它具有以下优点：
（1）丰富的I/O接口。
（2）内置8位CPU和至少8KB的可编程Flash存储器。
（3）工作频率可达12MHz。

2 、外围电路设计

以下是主要的外围电路设计要点：
晶振：使用XTAL1和XTAL2作为单片机的时钟源，频率为12MHz。
电源：VCC提供3.3V电源，确保系统稳定运行。
I/O接口：P1和P3端口分别用于与外部设备连接，如温度传感器和LCD显示屏。
复位电路：R1为4.7kΩ电阻，与单片机的RST（复位）引脚相连。

四、 Proteus仿真

我们将使用Proteus软件来仿真设计的电路，并验证其功能。

1、 创建新项目

在Proteus中创建一个新的项目，并添加AT89C52单片机组件。

2 、设计原理图

根据硬件设计要求，绘制电路原理图，包括单片机、传感器、显示屏和外围电路。
时钟信号：通过晶振提供的12MHz时钟信号驱动单片机工作。
电源供电：单片机通过VCC接入3.3V电源。
复位电路：确保单片机在上电或出现异常时能够正确复位。
I/O端口：用于连接外部设备，如温度传感器和LCD显示屏。
串行通信：通过RXD和TXD引脚与外部设备进行串行数据交换。
中断功能：通过INT0和INT1引脚响应外部中断，提高系统的响应速度。
定时器：使用定时器进行时间控制，如定时读取温度或刷新显示。

3 、仿真设置

  1. 单片机核心
    AT89C52：这是整个系统的核心，一个8位的单片机，具有8KB的内部存储器和丰富的I/O端口。
  2. 时钟电路
    XTAL1 和 XTAL2：这两个引脚是单片机的时钟输入端，通常连接一个晶振来提供基准时钟频率。
    FREQ=12MHZ：这表明晶振的频率是12MHz，这是单片机的工作频率。
  3. 电源
    VCC：单片机的正电源输入，通常为5V或3.3V，图中显示为3.3V。
    GND：代表地线，即0V电位参考点。
  4. 复位电路
    RST：复位引脚，通常需要通过一个电阻和一个电容连接到VCC来形成一个复位电路。
    R1=4.7k：这个电阻可能用于复位电路，与一个电容并联连接到RST引脚和VCC之间。
  5. 存储器扩展
    ALE：地址锁存允许（Address Latch Enable），用于扩展外部存储器时的地址锁存。
    EA：外部访问允许（External Access），用于选择单片机是使用内部存储器还是外部存储器。
  6. 输入/输出端口
    P1.0 至 P1.7：端口1的8个I/O引脚，可以用于连接各种外设。
    P3.0 至 P3.7：端口3的8个I/O引脚，通常用于更复杂的通信和控制功能。
  7. 特殊功能引脚
    RXD (P3.0) 和 TXD (P3.1)：分别代表接收数据和发送数据，用于串行通信。
    INT0 (P3.2) 和 INT1 (P3.3)：分别是外部中断0和外部中断1，用于响应外部事件。
    T0 (P3.4) 和 T1 (P3.5)：分别是定时器0和定时器1的输入，用于定时和计数。
  8. 温度传感器
    DS18B20：一种常用于测量温度的数字传感器，它通过单总线（One-Wire）协议与单片机通信。
  9. 显示模块
    LCD：液晶显示屏，用于显示时间和温度信息。
  10. 其他元件
    R2：用于电流限制或分压。
    8k2：指一个8.2kΩ的电阻。

4 、仿真运行

运行仿真，观察电路的工作状态，并进行必要的调试。


五、编程实现

包含头文件

#include "reg51.h"

定义按键

sbit key0 = P1^0;

延时函数（delay函数接收一个无符号整型参数dd，并递减直到0，从而实现延时。实际的延时时间取决于单片机的时钟频率和编译器的优化。）

delay(unsigned int dd)
{
    while(--dd);
}

显示函数（disp函数用于在四位数码管上显示一个字符。它接收一个unsigned char类型的参数aa）
在函数内部，通过设置P2端口的不同位，选择数码管的各个段，然后通过P0端口发送要显示的数字或字符。数码管的显示是通过控制各个段的通断来实现的，每个段代表数码管上的一个笔画。

disp(unsigned char aa)
{
        P2 = 0xff;
        P0 = aa;
        P2 = 0x7f;

        delay(1000);

        P2 = 0xff;
        P0 = 0x06;
        P2 = 0xbf;
        delay(1000);    

        P2 = 0xff;
        P0 = 0x5b;
        P2 = 0xdf;

        delay(1000);

        P2 = 0xff;
        P0 = 0x4f;
        P2 = 0xef;
        delay(1000);    
        P2 = 0xff;
        P0 = 0x66;
        P2 = 0xf7;

        delay(1000);

        P2 = 0xff;
        P0 = 0x6d;
        P2 = 0xfb;
        delay(1000);    
}

主循环（main函数是程序的入口点。它初始化了一个计数器aa，然后进入一个无限循环）
在循环内部，程序检查key0是否被按下（即key0为低电平）。如果检测到按键，则aa的值增加。然后调用disp函数显示aa的当前值。

main()
{
    unsigned char aa=0;
    while(1)
    {
      if(!key0) aa++;
      disp(aa);
    }
}

程序逻辑
程序的逻辑是通过按键来递增一个数值，并将这个数值显示在数码管上。每次按键动作会使aa的值加1，并且新的数值会立即显示在数码管上。

注意事项
（1）这段代码没有考虑按键去抖动，实际应用中可能需要去抖动逻辑以避免误触发。
（2）disp函数中的显示代码是硬编码的，这意味着它只能显示特定的几个字符。如果需要显示不同的数字或字符，需要修改函数内部的代码。
（3）延时函数delay的精确性取决于单片机的时钟频率，且这种实现方式并没有考虑编译器优化的影响。

六、 结果分析

通过Proteus仿真，我们能够观察到数字钟温度计的实时温度显示功能。以下是仿真结果的截图：

从图中可以看到，单片机的晶振、电源、I/O端口等关键部分均已正确连接。LCD显示屏能够正确显示从DS18B20读取的温度值。

七、 总结与展望

本项目展示了如何使用Proteus软件设计并仿真单片机数字钟温度计。通过实践，我们验证了设计的可行性，并为进一步的硬件实现奠定了基础。