單片機作為該電路的主要控制器芯片，是整個系統核心部分，主要負責控制LED燈的亮滅變化的速度以及變化效果。89c51單片機共有32個I/O口，能夠滿足32個流水燈的設計需求；另外80c51具有4k字節的FLASH閃存和128字節的RAM，編寫的程序很小，非常能夠滿足設計的需求；除此之外，89c51單片機還具有靈活性高且廉價的特點，綜合考慮，選擇89c51芯片作為設計的方案。

方案一：采用位操作的方式對32個i/o口進行操作

方案二：采用總線的方式對32個i/o口進行操作

由于采用位操作的方式，還需要聲明32個i/o口，另外在寫程序的時候語句較多，過程繁瑣；而采用總線操作的方式，則不需要聲明i/o口，與位操作相比，采用總線的方式在程序編寫時能用很少的語句實現相同的功能效果；所以，選擇方案二，即采用總線操作的方式對32個i/o口操作。

心形流水燈設計所需的系統應該具有：由32個發光二極管組成的顯示電路、由晶振和電容組成的時鐘電路、電源、復位電路即軟件部分。心形流水燈的硬件設計框圖如圖1-3.1所示

單片機內有一個由反相放大器所構成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接石英晶體和微調電容構成并聯振蕩回路。晶振頻率設置為 11.0592MHZ, 作用是產生時鐘信號。 單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率紙上。電容值為 30pF, 可以起到頻率微調作用。時鐘電路如圖2-1.1所示：

當輸入連續兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機的復位初始值操作，復位后程序計數器PC=0000H，即復位后將從程序儲存器的0000H單元讀取第一條指令碼，通俗的講，就是單片機重新開始命令，防止程序走偏。復位電路如圖2-2.1所示：

單片機的 P0 口為 8 位的漏極開路的雙向 I/O 口，當 P0口作為普通的 I/O 口使用時，需要上拉電阻，這時為準雙向口。 P1 、P2、 P3 都為 8位的準雙向口，具有內部上拉電阻。圖 6 為顯示電路，單片機 I/O 口一對一直接控制 LED 燈，顯示電路中的 32 個電阻既為上拉電阻，也起到電路分壓作用，防止燒壞元器件。顯示電路如圖2-3.1所示

本次課程設計，單片機正常工作要求輸出電壓為穩定的 5V，輸出電壓能夠適應所帶負載的啟動項能。并且電路還必須簡單可靠，能夠輸出足夠大的電流，但是不至于會燒壞元器件。我們采用 USB 取電，4.8V 鋰電池供電。電源電路如圖所示， 兩個電阻起到濾波作用， 兩個電阻的作用是平衡電路中的電流，以免在只有 1 個 LED 燈亮時燒壞元器件。電源電路如圖2-4.1所示。

本次課程設計，我們采用Keil軟件進行C語言編程。Keil軟件是美國Keil Software公司開發的，它適合 WindowsXP、Win7 等系統，具有可視化操作界面，使用方便簡單，并且支持 C51 語言、匯編語言以及兩者混合編程等多種方式的單片機設計，KeilC51 在兼容標準 C 語言的基礎上，又增加了很多與 51系列單片機硬件相關的編譯特性，其生成的程序代碼運行的速度快，所需的存儲器空間小。

Keil 軟件已被完全集成到一個功能強大的全新環境中，該開發環境集成了文件編譯處理、編譯鏈接、項目管理、工具引用、和仿真軟件模擬器等多種功能。 Keil 軟件具有豐富的庫函數，同時也帶有功能強大的集成開發調試工具，可以自動識別所編寫程序的語法錯誤，編譯效率也很高， 能將源文件編譯為二進制機器語言代碼，其軟件調試仿真功能也很強大，能通過單步、設置斷點等功能讓編程者了解 CPU 正在進行的程序，并能監控各變量以及各寄存器是否符合編程者的要求。

單片機的應用系統由硬件和軟件組成，在硬件原理圖搭建完成上電之后，暫時還不能看到流水燈循環點亮的現象，還需要編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現 LED 燈的各種亮滅功能。其程序流程圖3-2.1如圖所示：

例如，先將 P0、P1、P2、P3 全部置 1，即通入高電平，用 16 進制表示為 0XFF，則 32個 LED 燈全部處于熄滅狀態。然后給 P0 口賦值0X7F，即只有 P0.0 處于低電平時，LED1 燈點亮。使用延時函數 delay，并設置延時時間為0.2秒，延時時間一到 P0 口的值就變為 0X3F, 即 P0.0和 P0.1都為高電平， LED2 也開始點亮，如此循環 P0口控制的8 個 LED 燈全部點亮，
當高電平變為低電平時， LED 燈熄滅。P1、P2、P3 口控制的 LED燈閃亮和熄滅原理同 P0 口一樣，所以就可以看到 LED 燈的流水效果了。

圖3-2.1程序設計流程圖

在程序編寫好了之后，需要連接工程并編譯，經過反復的檢查、編譯、調試，程序沒有錯誤后，最后獲得目標代碼 Hex文件。將程序代碼文件調入 Proteus軟件，進行電路功能仿真，并根據仿真結果進行程序的修改和完善。所以程序的調試就顯得至關重要。其中，將每個閃爍的部分都寫成一個子函數，直接在主函數中調用即可實現閃爍的花樣和效果，各子函數與主函數的結構框圖如圖3-3.1所示：

在各部分電路設計的基礎上，按照總體電路圖在 Proteus上一一進行器件選擇，并連接。將電路連接好后，為各個器件選擇合適的參數，然后調入已編譯好的目標代碼Hex 文件，啟動仿真。根據 LED 燈是否發亮，判斷所設計的電路是否可以實現 32 個 LED燈依次點亮、依次熄滅、對角閃亮、對角熄滅、間隔閃亮、間隔熄滅等多種功能。電路仿真的結果為 32 個 LED 燈依次發亮、依次熄滅，并可以實現多種亮滅功能。