AI8051U实验箱原理图精解——实验箱硬件入门到精通

VCC 发表于 2024-12-8 16:28:35

AI8051U实验箱使用LQFP-48封装的AI8051U芯片
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125237szppp5mg29jspg7b.png" alt="160430sfzdss1ad50k5adk.png" title="160430sfzdss1ad50k5adk.png" />
其引脚排布如下：
<details>
<summary>引脚排布（点击展开）</summary>
<pre><code>单片机系列AI8051U 系列
封装类型LQFP48
1 P5.3/TxD4_2/PWM8_4/QSPIIO3_2
2 P1.5/ADC5/MOSI/SCL_2/PWM3N/PWM7_2/QSPIIO0/I2SSD_2
3 P1.6/ADC6/RxD_3/MISO/PWM4P/QSPIIO1/I2SMCLK_2/I2SMCLK_4
4 P1.7/ADC7/TxD_3/SCLK/PWM4N/PWM8_2/QSPICLK/I2SCK_2
5 P4.7/RST/MCLKO/ADC_ETR/QSPINCS_3
6 P3.0/INT4/RxD/D-
7 P4.3/RxD_4/TxD2_2/SCLK_3/CCP1_2/QSPICLK_2/I2SCK_4
8 P3.1/TxD/D+
9 P3.2/INT0/SCLK_4/SCL_4/PWM_ETI1/PWM_ETI2/I2SCK
10P3.3/INT1/MISO_4/SDA_4/I2SMCLK
11P3.4/T0/T1CLKO/MOSI_4/I2SSD
12P3.5/T1/T0CLKO/SS_4/PWMFLT/I2SWS
13P3.6/INT2/WR_2/RxD_2
14P3.7/INT3/RD_2/TxD_2
15P5.6/XTALO/MCLKO_2
16P5.7/XTALI
17ADC_Vref-/ADC_AGnd/Gnd
18P4.0/SS_3/ADCETR_2/QSPINCS_2/I2SWS_4
19P2.0/A8/T11/CCP0_3/PWM1P_3/ADCETR_3/I2SWS_3
20P2.1/A9/T11CLKO/CCP1_3/PWM1N_3/PWM5_3/I2SSD_3
21P2.2/A10/CCP2_3/PWM2P_3/I2SMCLK_3
22P2.3/A11/SDA/ECI_3/PWM2N_3/PWM6_3/PWM_ETI1_3/PWM_ETI2_3/I2SCK_3
23P2.4/A12/SS_2/SCL/PWM3P_3
24P5.0/RxD3_2/PWM5_4
25P5.1/TxD3_2/PWM6_4
26P2.5/A13/MOSI_2/PWM3N_3/PWM7_3/ QSPIIO0_3
27P2.6/A14/MISO_2/PWM4P_3/QSPIIO1_3
28P2.7/A15/SCLK_2/PWM4N_3/PWM8_3/QSPICLK_3
29UCAP
30P4.5/ALE/CMPO/QSPIIO3_3
31P4.1/CMPO_2/ECI_2/MOSI_3/PWMETI1_2/PWMETI2_2/QSPIIO0_2/I2SSD_4
32P4.6/CMP+/QSPIIO2_3
33P0.7/AD7/T4CLKO/CMP+_2/PWM4N_2/PWM8/PWMFLT_3
34P0.6/ADC14/AD6/T4/CMP+_3/PWM4P_2/PWMFLT_2
35P0.5/ADC13/AD5/T3CLKO/CMP-/PWM3N_2/PWM7
36P0.4/ADC12/AD4/T3/PWM3P_2
37P0.3/ADC11/AD3/TxD4/PWM2N_2/PWM6
38P0.2/ADC10/AD2/RxD4/PWM2P_2
39P0.1/ADC9/AD1/TxD3/PWM1N_2/PWM5
40P0.0/ADC8/AD0/RxD3/PWM1P_2
41Vcc/ADC_AVcc/ADC_VRef+
42P4.2/WR/RxD2_2/MISO_3/CCP0_2/QSPIIO1_2
43P1.0/ADC0/T2/PWM1P
44P1.1/ADC1/T2CLKO/CCP2/PWM1N/PWM5_2
45P1.2/ADC2/RxD2/ECI/PWM2P/PWMETI1_4/PWMETI2_4/QSPIIO3
46P1.3/ADC3/TxD2/CCP0/PWM2N/PWM6_2/QSPIIO2
47P1.4/ADC4/SS/SDA_2/CCP1/PWM3P/QSPINCS/I2SWS_2
48P5.2/RxD4_2/PWM7_4/QSPIIO2_2
</code></pre>
</details>
<h2>实验箱引脚分配表</h2>
<table>
<thead>
<tr>
<th align="center">引脚序号</th>
<th align="center">引脚名称</th>
<th align="center">功能</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="center">40</td>
<td align="center">P0.0/ADC8/AD0/RxD3/PWM1P_2</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键/示波器增益控制</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">39</td>
<td align="center">P0.1/ADC9/AD1/TxD3/PWM1N_2/PWM5</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键/示波器增益控制</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">38</td>
<td align="center">P0.2/ADC10/AD2/RxD4/PWM2P_2</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键/示波器增益控制</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">37</td>
<td align="center">P0.3/ADC11/AD3/TxD4/PWM2N_2/PWM6</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">36</td>
<td align="center">P0.4/ADC12/AD4/T3/PWM3P_2</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">35</td>
<td align="center">P0.5/ADC13/AD5/T3CLKO/CMP-/PWM3N_2/PWM7</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">34</td>
<td align="center">P0.6/ADC14/AD6/T4/CMP+_3/PWM4P_2/PWMFLT_2</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">33</td>
<td align="center">P0.7/AD7/T4CLKO/CMP+_2/PWM4N_2/PWM8/PWMFLT_3</td>
<td align="center">扩展RAM/流水灯/矩阵按键/方波输出</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">43</td>
<td align="center">P1.0/ADC0/T2/PWM1P</td>
<td align="center">ADC按键</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">44</td>
<td align="center">P1.1/ADC1/T2CLKO/CCP2/PWM1N/PWM5_2</td>
<td align="center">OLED插座/示波器偏置控制</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">45</td>
<td align="center">P1.2/ADC2/RxD2/ECI/PWM2P/PWMETI1_4/PWMETI2_4/QSPIIO3</td>
<td align="center">话筒输入</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">46</td>
<td align="center">P1.3/ADC3/TxD2/CCP0/PWM2N/PWM6_2/QSPIIO2</td>
<td align="center">NTC测温/示波器输入</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">47</td>
<td align="center">P1.4/ADC4/SS/SDA_2/CCP1/PWM3P/QSPINCS/I2SWS_2</td>
<td align="center">TFT彩屏/I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="center">P1.5/ADC5/MOSI/SCL_2/PWM3N/PWM7_2/QSPIIO0/I2SSD_2</td>
<td align="center">TFT彩屏/I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">3</td>
<td align="center">P1.6/ADC6/RxD_3/MISO/PWM4P/QSPIIO1/I2SMCLK_2/I2SMCLK_4</td>
<td align="center">I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">4</td>
<td align="center">P1.7/ADC7/TxD_3/SCLK/PWM4N/PWM8_2/QSPICLK/I2SCK_2</td>
<td align="center">I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">19</td>
<td align="center">P2.0/A8/T11/CCP0_3/PWM1P_3/ADCETR_3/I2SWS_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">20</td>
<td align="center">P2.1/A9/T11CLKO/CCP1_3/PWM1N_3/PWM5_3/I2SSD_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">21</td>
<td align="center">P2.2/A10/CCP2_3/PWM2P_3/I2SMCLK_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">22</td>
<td align="center">P2.3/A11/SDA/ECI_3/PWM2N_3/PWM6_3/PWM_ETI1_3/PWM_ETI2_3/I2SCK_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/正弦波输出</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">23</td>
<td align="center">P2.4/A12/SS_2/SCL/PWM3P_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/microSD卡</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">26</td>
<td align="center">P2.5/A13/MOSI_2/PWM3N_3/PWM7_3/QSPIIO0_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/microSD卡</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">27</td>
<td align="center">P2.6/A14/MISO_2/PWM4P_3/QSPIIO1_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/microSD卡</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">28</td>
<td align="center">P2.7/A15/SCLK_2/PWM4N_3/PWM8_3/QSPICLK_3</td>
<td align="center">红外发射/12864显示屏/TFT彩屏/microSD卡</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">P3.0/INT4/RxD/D-</td>
<td align="center">USB通讯口/Link1D调试口/ISP串口</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">8</td>
<td align="center">P3.1/TxD/D+</td>
<td align="center">USB通讯口/Link1D调试口/ISP串口</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">9</td>
<td align="center">P3.2/INT0/SCLK_4/SCL_4/PWM_ETI1/PWM_ETI2/I2SCK</td>
<td align="center">独立按键/数码管/EEPROM/TFT彩屏/OLED插座</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">10</td>
<td align="center">P3.3/INT1/MISO_4/SDA_4/I2SMCLK</td>
<td align="center">独立按键/单线温度传感器/EEPROM/TFT彩屏/OLED插座</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">11</td>
<td align="center">P3.4/T0/T1CLKO/MOSI_4/I2SSD</td>
<td align="center">独立按键/数码管/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">P3.5/T1/T0CLKO/SS_4/PWMFLT/I2SWS</td>
<td align="center">独立按键/数码管/红外接收/OLED插座</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">13</td>
<td align="center">P3.6/INT2/WR_2/RxD_2</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/UART串口</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">14</td>
<td align="center">P3.7/INT3/RD_2/TxD_2</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏/UART串口</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">18</td>
<td align="center">P4.0/SS_3/ADCETR_2/QSPINCS_2/I2SWS_4</td>
<td align="center">Flash存储器/流水灯</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">31</td>
<td align="center">P4.1/CMPO_2/ECI_2/MOSI_3/PWMETI1_2/PWMETI2_2/QSPIIO0_2/I2SSD_4</td>
<td align="center">扩展RAM/Flash存储器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">42</td>
<td align="center">P4.2/WR/RxD2_2/MISO_3/CCP0_2/QSPIIO1_2</td>
<td align="center">UART串口/RS-485串口/Flash存储器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">7</td>
<td align="center">P4.3/RxD_4/TxD2_2/SCLK_3/CCP1_2/QSPICLK_2/I2SCK_4</td>
<td align="center">UART串口/RS-485串口/Flash存储器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">30</td>
<td align="center">P4.5/ALE/CMPO/QSPIIO3_3</td>
<td align="center">扩展RAM/12864显示屏/TFT彩屏</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">32</td>
<td align="center">P4.6/CMP+/QSPIIO2_3</td>
<td align="center">掉电检测比较器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">5</td>
<td align="center">P4.7/RST/MCLKO/ADC_ETR/QSPINCS_3</td>
<td align="center">复位按钮/12864显示屏/TFT彩屏/OLED插座</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">24</td>
<td align="center">P5.0/RxD3_2/PWM5_4</td>
<td align="center">无源蜂鸣器/I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">25</td>
<td align="center">P5.1/TxD3_2/PWM6_4</td>
<td align="center">NTC测温/I2S音频</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">48</td>
<td align="center">P5.2/RxD4_2/PWM7_4/QSPIIO2_2</td>
<td align="center">Flash存储器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1</td>
<td align="center">P5.3/TxD4_2/PWM8_4/QSPIIO3_2</td>
<td align="center">TFT彩屏/Flash存储器</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">15</td>
<td align="center">P5.6/XTALO/MCLKO_2</td>
<td align="center">无源晶振</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">16</td>
<td align="center">P5.7/XTALI</td>
<td align="center">无源晶振</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">41</td>
<td align="center">Vcc/ADC_AVcc/ADC_VRef+</td>
<td align="center"></td>
</tr>
<tr>
<td align="center">29</td>
<td align="center">UCAP</td>
<td align="center"></td>
</tr>
<tr>
<td align="center">17</td>
<td align="center">ADC_Vref-/ADC_AGnd/Gnd</td>
<td align="center"></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<h1>实验箱外观</h1>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125302q2ioo2t05aw15225.png" alt="image.png" title="163622oegh2jkhkbbg9eb7.png" />
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125316n0xkii907r6x1w5z.png" alt="image.png" title="163603pokvako1k1lg1we0.png" />
<h1>实验箱各功能模块</h1>
<h2>系统模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>AI8051U-34K64-LQFP48单片机</summary>
这款单片机是AI公司最新推出的划时代的8051单片机，具有无数先进的功能。
其具备完整的P0，P1，P2，P3端口，此外还有大部分P4和P5端口（缺P4.4，P5.4，P5.5），共计45个IO端口。其余3个端口分别是VCC,GND，以及供USB模块内部使用的UCAP电容脚
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125403chtwaw4w29hh9hzx.png" alt="image.png" title="025352shs9dspwda19wclh.png" />
</details>
<details>
<summary>扩展32KB RAM电路P0,P2,P3.6,P3.7,P4.1,P4.5</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125433o2ohwbevwhzsvusl.png" alt="image.png" title="025052c0by0t11gz2by1w6.png" />
这是8051单片机的传统扩展RAM电路，SRAM的访问也是通过硬件自动完成的（当然也可以在程序中手动操作这些引脚）
由于AI8051U已经集成了32KB的片内External SRAM，SRAM容量充足，因此用于扩展的SRAM芯片IS62C256和搭配使用的573锁存器芯片仅预留焊盘，实际未焊接。
<img src="data/attachment/forum/202412/08/112209nryqrsg3uy3pig3n.jpg" alt="image.png" />
<pre><code>#define ExternalRAM_enable() AUXR |=2 //允许外部XRAM，禁止使用内部1024RAM
#define InternalRAM_enable() AUXR &= ~2 //禁止外部XRAM，允许使用内部1024RAM
</code></pre>
具体用到的是这些复用功能（虽然8051允许最大64K RAM，但因为这个板子外置的是32K RAM，所以只需要15根地址线，第16根地址线P2.7 A15未连接）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/122350ilvl9zqs59lbjxhw.jpg" alt="image.png" />
另附一张考古图，来自英特尔1994年的 MCS@51 MICROCONTROLLER FAMILY USER'S MANUAL.pdf ，用当年的手绘示意图清晰地描述了这种接法
<img src="data/attachment/forum/202412/08/122621ygmb7cgeb1bm65g8.jpg" alt="image.png" />
</details>
<details>
<summary>复位按钮电路P4.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125814vv64z9yu2evuz39o.png" alt="104159vrialw66qalx807h.png" title="104159vrialw66qalx807h.png" />
与STC89C52RC等传统51单片机最直观的区别就是，复位引脚变成了低电平复位。这也是和欧美其他单片机公司的新产品一致的做法。
需要在ISP软件或寄存器中配置为复位脚，该引脚方可用做复位脚，否则用做普通IO
<img src="data/attachment/forum/202412/08/123129rs9nzps0g5zpi9sb.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202412/08/123013i8nkkyeo4hyqyeee.png" alt="image.png" title="image.png" />
</details>
<details>
<summary>32.768kHz晶振电路P5.6,P5.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125523eokk1v7qtbxf1svr.png" alt="023228owx0299doex40oi4.png" title="023228owx0299doex40oi4.png" />
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125533ku0udifiwguiwzdp.png" alt="112734m04a0a2zaa0um2zx.png" title="112734m04a0a2zaa0um2zx.png" />
同时还可用于“自动追频”功能，进一步校准内部IRC高速时钟，同时确保了低功耗
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125547xya7h7vpznaymqcm.png" alt="113404cal9842h9v7zkepv.png" title="113404cal9842h9v7zkepv.png" />
晶振引脚不仅支持32.768kHz晶振，还支持连接高速晶振（支持12MHz以下无源晶振晶振，同时最高支持48MHz无源晶振）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/115451wli8xnu7uzx6inkz.png" alt="image.png" title="image.png" />
接高速晶振时，功耗稍大，软件配置方法不同。走的是内部不同的时钟通路
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125606cwqqtw821c08eqbe.png" alt="124309eaen1l1wwndridir.png" title="124309eaen1l1wwndridir.png" />
</details>
<h2>传统模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>8灯流水灯电路P0,P4.0</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125627afdvmsh1oovsvm3o.png" alt="023357ot6k8t6unr6t11bg.png" title="023357ot6k8t6unr6t11bg.png" />
流水灯为共阳极接法，P0端口输出低电平可以点亮对应的LED灯，阳极电源由P4.0连接的一个PNP三极管控制，P4.0输出低电平时，流水灯模块可以点亮。
</details>
<details>
<summary>独立按键电路（低电平有效）P3.2,P3.3,P3.4,P3.5</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125644j6p1lvl9xl61plo1.png" alt="104347eocenj96e7474g68.png" title="104347eocenj96e7474g68.png" />
这四个独立按键均为低电平有效，且为外置上拉电阻。因此要求在程序中对这些端口启用上拉电阻，或使用带有弱上拉的准双向输入模式。
P3.2在USB HID的ISP下载过程中需要用到
P3.3可以在ISP下载时要求置低电平
</details>
<details>
<summary>8键2x4矩阵按键电路P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.6,P0.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125706arzfya1ahww1n44c.png" alt="022727bnt00xn8xbhab0t8.png" title="022727bnt00xn8xbhab0t8.png" />
这是一个2x4的矩阵按键，有2行，4列。扫描时可以分2行进行，分别检查是否有按下的按钮。
矩阵按键与流水灯共用P0端口
每个IO的连线均有一个300Ω电阻，可以避免按钮影响流水灯的正常工作，还可以为避免矩阵扫描过程中，推挽输出的高低电平IO冲突，造成IO口的大电流
电路中不可避免地对P0.6和P0.7进行了10.3kΩ的上拉，在使用中需注意
</details>
<details>
<summary>16键ADC按钮电路P1.0</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125722p1rbfpjrrsckpk3k.png" alt="022542xfvxyf8pfncnxfq8.png" title="022542xfvxyf8pfncnxfq8.png" />
这16个按键位于16个电阻串的每个节点上，电阻串连接至SYS-VCC（VREF+)和GND。因此各节点可以均分ADC的整个量程。
按下某个按钮时，对应节点的电压将经过R50和C24的低通滤波，送至P1.0口进行ADC采集。
原理图中给出了每个按钮按下时的理论ADC读数值。
</details>
<details>
<summary>74HC595驱动的8位数码管P3.2,P3.4,P3.5</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/022358e4c1znmqqmbmn18d.png" alt="image.png" title="image.png" />
74HC595是一款非常简单易用的串入并出移位锁存寄存器芯片，可以在只使用3个单片机IO的条件下，方便地实现较多数量的IO输出扩展。（74HC164其实更简单，只需要2个单片机IO，它不带锁存功能）
在数码管电路中，使用了2片74HC595级联，实现了16个输出IO的扩展，分别连接至数码管的8条位线（控制哪一个数字位点亮）和8条段线（控制数字位中的哪些笔画点亮）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/131459av53x3yvf61qzl33.png" alt="image.png" title="image.png" />
使用该移位寄存器芯片时，在11脚SCK的上升沿前，在14脚DATA送出一位数据。循环16次后，可以送出16位数据，该数据将会暂存在移位寄存器芯片内（8-bit storage register）。随后给12脚RCK一个上升沿，暂存的数据就会进入3-state outputs，输出到Q0~Q7端口上
数据手册如下： 
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=70396" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：74HC_HCT595.pdf</a>
</details>
<details>
<summary>红外接收电路P3.5</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125839bh6p3ak0zkskh0f6.png" alt="104059cj3vmajmmmj5zjv3.png" title="104059cj3vmajmmmj5zjv3.png" />
这是家电和单片机开发板上非常常见的一体式红外接收头。
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125851s1tt1lcjt5tv3ta1.png" alt="132422vilqkcqacklhh1qv.png" title="132422vilqkcqacklhh1qv.png" />
内置了38kHz带通滤波电路、AGC自动增益电路、ASK解调电路等信号处理电路，单片机需要使用外部中断或轮询的方式，接收并处理输出波形。
</details>
<details>
<summary>红外发射电路P2.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125906tf4juukk4ke4kekj.png" alt="023441mi5w9wuwq9mby574.png" title="023441mi5w9wuwq9mby574.png" />
可以与红外接收头搭配使用，实现无线数据传输功能（
由于红外发射需要使用38kHz的载波频率进行ASK调制，因此P2.7使用38kHz的PWM进行驱动为宜（传统51单片机只能使用定时器中断或轮询方式产生38kHz的频率）
说来也巧，P2.7确实支持PWM
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125916kpdr5iu9eeoq1o15.png" alt="132737j3gw1r3vwsrrypxx.png" title="132737j3gw1r3vwsrrypxx.png" />
P2.7经过J17跳线帽（位于实验箱右上角，红外发射LED旁）连接至NPN三极管Q4，因此P2.7高电平对应红外发射LED工作。不发射时，P2.7应当处于低电平。
</details>
<details>
<summary>DS18B20单线数字温度传感器P3.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125936i85qymgmzmtjtgtt.png" alt="104258pttezxiwxyt5zwv8.png" title="104258pttezxiwxyt5zwv8.png" />
DS18B20是一款51单片机常用的单线数字温度传感器。
信号线通过J10跳线与P3.3连接，跳线位于实验箱左下方
数据手册如下： 
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=70393" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：DS18B20.pdf</a>
</details>
<details>
<summary>NTC测温电路P1.3,P5.1</summary>
<img src="data/attachment/forum/202501/06/125951hkr0636ikkk643kk.png" alt="104430uq1uqyuqrvfbqf6u.png" title="104430uq1uqyuqrvfbqf6u.png" />
NTC测温电路是一种模拟温度传感器，与示波器输入共用P1.3口，通过跳线JUP2的位置选择。
NTC电路的供电由P5.1提供，而并非始终通电，应当是为低功耗实验做的处理
这里似乎有一处排版问题，NTC的规格应为10k@25℃，而图中出现了乱码
</details>
<details>
<summary>24C02 2Kbit EEPROM芯片电路P3.2,P3.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/104225fxrrzrrrs22xrsi2.png" alt="image.png" title="image.png" />
这是一款常见的I2C芯片，是一颗可存储2Kbit=256字节数据的EEPROM芯片。由于其3个外部地址脚均接地，因此它的I2C 7位地址为1010000。写入时，其地址为10100000，即0xA0；读取时，其地址为10100001，即0xA1
这里24C02的第3脚名字写错了哦，应当为A2。
数据手册如下：
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=70394" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：AT24C01D-AT24C02D-I2C-Compatible-Two-Wire-Serial-EEPROM-1Kbit-2Kbit-20006100A.pdf</a>
</details>
<details>
<summary>无源蜂鸣器P5.0</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/014435ty74c9c4yyq4a4qr.png" alt="image.png" title="image.png" /> 
无源蜂鸣器使用一个NPN型三极管驱动，三极管受P5.0口控制，高电平动作。 
由于是无源蜂鸣器，需要使用PWM信号输出方波，才可以使无源蜂鸣器鸣叫
无独有偶，P5.0真的支持PWM输出
<img src="data/attachment/forum/202412/08/015335oa6sa16hk1s7rm8u.png" alt="image.png" title="image.png" />
由于P5.0同时用作I2S芯片，因此为避免I2S工作时，蜂鸣器乱叫，因此蜂鸣器与P5.0采用跳线帽隔开。使用无源蜂鸣器需要插好J1的第三排跳线帽
</details>
<h2>高级显示模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>12864显示屏插座P2,P3.6,P3.7,P4.5,P4.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/015813lzdf0m4vdrvhnvuh.png" alt="image.png" title="image.png" />
用于连接市面上常见的这款12864并口单色液晶屏
<img src="data/attachment/forum/202412/08/135938ilx8i8tubn83l5gu.png" alt="image.png" title="image.png" />
引脚说明：
<img src="data/attachment/forum/202412/08/140028hnlweqppyrrqdqqf.png" alt="image.png" title="image.png" />
</details>
<details>
<summary>4/7/8针I2C/SPI OLED插座P1.1,P3.2,P3.3,P3.5,P4.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/104453b8htajtt33o60j5y.png" alt="image.png" title="image.png" />
用于连接市面上常见的4针I2C或7针SPI接口的单色OLED屏幕模块
<img src="data/attachment/forum/202412/08/140115ltfqjw37h3uutzu7.png" alt="image.png" title="image.png" />
P3.2和P3.3恰好连接至片内硬件I2C模块
<img src="data/attachment/forum/202412/08/140428tawtozoi0mfh10hd.png" alt="image.png" title="image.png" />
同时，P3.2，P3.3和P3.5恰好连接至片内硬件SPI模块（OLED模块只需要MOSI，不需要MISO）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/140719ppu5we8e26ocscpj.png" alt="image.png" title="image.png" />
而P3.3是MISO，并不是MOSI，因此使用时需要配置交换MISO和MOSI。这样就可以享受先进的硬件SPI技术了
<img src="data/attachment/forum/202412/08/140940mzv3lz3g788552dv.png" alt="image.png" title="image.png" />
</details>
<details>
<summary>TFT彩屏接口P2,P0.4,P0.5,P1.4,P1.5,P3.2,P3.3,P3.4,P3.6,P3.7,P4.5,P4.7,P5.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/021833gojod2doedrjkdwe.png" alt="image.png" title="image.png" />
这是一个Arduino Uno兼容的排母。 
首选用于连接冲哥2.4寸电阻触摸屏，有触摸处理芯片，触摸更精准，更省资源
<img src="data/attachment/forum/202412/08/144435qww3er48rar6w84s.png" alt="image.png" title="image.png" />
也支持原版Arduino Uno 2.4寸电阻触摸扩展板，无触摸处理芯片，需要ADC采集触摸状态。但是屏幕价格更低
<img src="data/attachment/forum/202412/08/141717m8my8yz9ydyx8ai8.png" alt="image.png" title="image.png" />
原版屏引脚定义如下（其中WR和RS复用作电阻触控ADC检测端口，D7和D6复用做电阻触控偏置输出端口，且使用5V供电，需要微调实验箱预留的电阻R84和R99）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/141935xi7e766kskxo7wzn.png" alt="image.png" title="image.png" />
冲哥屏将microSD卡座移除，相应引脚改为了触摸处理芯片的通讯引脚
</details>
<h2>音频处理模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>TLV320AIC3204 I2S立体声音频芯片P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,P5.0,P5.1</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/020256a7c4q99rg9rycyy9.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202412/08/020539wadg4gy1ly4ma1yz.png" alt="image.png" title="image.png" /> 
(似乎是笔记没有删？）
P1.4,P1.5,P1.6,P1.7恰好对应了单片机的I2S硬件模块
<img src="data/attachment/forum/202412/08/144703m988e8922xeepxe3.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202412/08/144833c32qzhciiuiq0uue.png" alt="image.png" title="image.png" />
这款芯片支持最高48kHz采样率的音频输出。也支持音频采样，但实验箱未实现该功能。
芯片数据手册：
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=70426" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：tlv320aic3204.pdf</a>
</details>
<details>
<summary>话筒输入电路P1.2</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/015836hvdttqrz5612zutz.png" alt="image.png" title="image.png" />
音频信号经过运算放大器放大、滤波后，直接输入给P1.2口，使用片内ADC进行音频采集
</details>
<h2>高性能示波器模块</h2>
<details>
<summary>示波器电路P0.0,P0.1,P0.2,P1.1,P1.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/150151d888tnj8gbhcy48r.png" alt="image.png" title="image.png" />
图中讲解已经非常详细了
这个示波器电路支持如下特性：
<ol>
<li>直流耦合与交流耦合（通过J1跳线的第一行选择）</li>
<li>可调增益（1~200倍，通过模拟开关选择）</li>
<li>垂直平移调整（垂直基线0~1V）</li>
</ol>
由于使用了BNC接口，因此示波器探头或BNC转接线需自备
</details>
<details>
<summary>正弦波/方波信号源P2.3,P0.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/020954ik3ot2piai42t672.png" alt="image.png" title="image.png" />
P2.3输出1000Hz正弦的PWM信号，处理得到纯净的1000Hz正弦波
P0.7输出1000Hz方波的PWM信号，直接引出得到1000Hz方波
</details>
<h2>串口通讯模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>USB及Link1D电路P3.0,P3.1</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/024214xdmrexu6ewswtd6w.png" alt="image.png" title="image.png" />
P3.0和P3.1既是UART串口、也是SWD调试口、也是USB口
因此可以直接连接电脑USB口，也可以连接USB Link1D进行SWD实时调试，还可以用传统方式连接USB串口模块
</details>
<details>
<summary>板载AI8H USB转双串口芯片P3.6,P3.7,P4.2,P4.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/023821t866nngn4rny42vr.png" alt="image.png" title="image.png" />
板载AI8H MCU，用做USB转双串口芯片，提供了2个USB串口。引出的P3.2按钮可实现该MCU通过USB进行ISP固件更新
</details>
<details>
<summary>一箭双雕串口板连接器电路P3.6,P3.7,P4.2,P4.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/024603jxn7zwx3iinwx14q.png" alt="image.png" title="image.png" />
与一箭双雕串口板线序一致，可以认为板上集成了一箭双雕串口板，或认为可以外接一箭双雕串口板
</details>
<details>
<summary>双串口互传 P3.6,P3.7,P4.2,P4.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/024952he73x2199jr3x1az.png" alt="image.png" title="image.png" />
用于将MCU的两路串口交叉相连，实现数据左右互搏？
</details>
<details>
<summary>RS-485收发器电路P4.2,P4.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/023119j1t97zy19e9i7ht6.png" alt="image.png" title="image.png" />
采用了自动流向控制电路的RS-485方案，集成了120Ω终端电阻，RS-485信号线通过XH2.54端子引出
</details>
<h2>存储模块（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>W25Q128JV 128Mbit SPI/QSPI Flash存储器电路P4.0,P4.1,P4.2,P4.3,P5.2,P5.3</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/024811ukjttrfphjs5tkrt.png" alt="image.png" title="image.png" /> 
虽然原理图写的是W25Q80这款容量仅为8Mbit的SPI Flash芯片（人民币1元），但板子实际焊接的是容量高达128Mbit的W25Q128JV存储器芯片（人民币2元）。赞美AI公司
P4.0,P4.1,P4.2,P4.3,P5.2,P5.3恰好为MCU的硬件QSPI接口位置，可直接使用硬件功能
<img src="data/attachment/forum/202412/08/152215zmtxtqmiqqam5irn.png" alt="image.png" title="image.png" />
数据手册如下： 
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=70395" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：W25Q128JV RevJ 04252024 Plus.pdf</a>
</details>
<details>
<summary>microSD卡座P2.4,P2.5,P2.6,P2.7</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/104516hh5pps5yhe6hs5kc.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202412/08/152348umm5eggyh6xlx3ei.png" alt="image.png" title="image.png" />
AI8051U不支持SDIO硬件功能。但P2.4,P2.5,P2.6,P2.7恰好为MCU的硬件SPI接口位置，可直接使用SPI硬件功能与microSD卡通讯
</details>
<h2>电源部分（点击展开详情）</h2>
<details>
<summary>板载3.3V主LDO、RTC后备电池及按键断电电路</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/024651xh0utssg0g0kgqtz.png" alt="image.png" title="image.png" />
来自三个USB的5V供电经过自恢复保险丝R19（为什么是R呢？），得到USB+5V电源，该电源为3.3V LDO ME6231C33提供输入。
ME6231C33默认状态下CE脚被上拉，LDO处于工作状态。按下Power_SW按钮后，CE脚被拉低，LDO切断输出。
输出防反流的P-MOS管Q3的栅极连接到了USB端的NPN三极管Q13的集电极。具体原理如下（感谢 @梁工的耐心答复，答疑帖 <a href="https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=12528&pid=127943">https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=12528&pid=127943</a>）
<blockquote>
三极管做比较器，MSOFET做开关。 
当USB输入电压为5V时，三极管导通，从而MOSFET也导通，压降非常小，小于10mV。 
当USB端口，电压下降到低于3.5V左右，三极管截止，从而MOSFET也截止，备用电池电流不会倒流到稳压电源电路。 
以上电路实现功能：USB-5V供电时，稳压为3.3V给系统供电，USB断开供电时，备用电池供电，电源电路不耗电。
</blockquote>
</details>
<details>
<summary>-3.3V负电源电荷泵电路</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/021200wft4g4f3kvstk4w6.png" alt="image.png" title="image.png" />
为正弦波信号发生器、示波器等电路中的精密运算放大器提供-3.3V的负电源。
</details>
<details>
<summary>掉电检测比较器P4.6</summary>
<img src="data/attachment/forum/202412/08/015257gy6qzu6b7zgt6yug.png" alt="image.png" title="image.png" />
电位器W1（位于数码管右下方）+R2分压电阻得到一个与USB+5V电源成正比的电压值，输入至P4.6口 
详见AI8051U数据手册
<img src="data/attachment/forum/202412/08/014055saao6o8k5t8aiji1.png" alt="image.png" title="image.png" />
</details>

VCC 发表于 2024-12-8 18:58:06

更新补充了一处疑点：（感谢 @梁工）
<img src="data/attachment/forum/202412/08/185736osvsg6slips0ivsl.png" alt="image.png" title="image.png" />

VCC 发表于 2024-12-9 19:32:35

草？

为什么我的帖子里面的很多图片都过期破掉了？？？

ercircle 发表于 2024-12-9 20:18:44

前排，向元老学习~

VCC 发表于 2024-12-9 20:25:42

ercircle 发表于 2024-12-9 20:18
前排，向元老学习~

感谢荣誉版主的捧场

jwd 发表于 2024-12-9 20:58:54

666

jackfangxq 发表于 2025-5-11 16:38:09

{:4_174:}{:4_174:}{:4_174:}

页: [1]

国芯技术交流网站's Archiver

AI8051U实验箱原理图精解——实验箱硬件入门到精通