AI8051U学习心得打卡记录+基于AI8051U开源创意电子设计大赛

YOLO***

缘起

虽然大学读的是自动化专业，嵌入式单片机之类也算是专业课程，但毕业后并未从事相关工作，也就逐渐荒废。读书时记得是从8086开始学习汇编，然后学习C语言，自学了郭天祥老师的8051单片机，STM32学了点灯就毕业没管他了然后就止步于此，实在惭愧。

但对嵌入式一直怀有兴趣，苦于无从事相关工作，学习无从下手。前年开始接触到立创开源平台，接触到开源项目，又了解到嘉立创的免费打样服务，对于我这样的爱好者真是福音，重新对嵌入式软硬件燃起了兴趣。

这次也是参加了嘉立创和国芯一起举办的基于AI8051u开源创意电子设计大赛，跟着实验箱照着画了块开发板，这几天也在加紧焊接，争取尽早结项。

接下来一段时间就跟着冲哥的视频，一起来学习AI8051u这款芯片，体会国芯的强大之处，也希望学有所成。

《8051U深度入门到32位51大型实战教学视频》

第一集

首先感谢国芯的支持，之前也是申请到了五颗Ai8051u的样品，今天还收到了这次申请的擎天柱核心板，配合自己制作的开发板，肯定事半功倍。

进入正题，先来一遍口号：哪怕梦想让我们拼得遍体鳞伤，这一次我们也要勇往直前。

本集内容主要介绍了ai8051u的强悍之处

Ai8051U-LQFP48  比普通 M0/M3，比 32F103C8T6 强太多的地方：
1，Ai8051U有TFPU@120MHz, 算力比他强, uS级硬件三角函数/浮点运算器；
2，Ai8051U的抗干扰比他强；
3,  Ai8051U的内部复位是专业级的复位电路，彻底省外部复位；
4,  Ai8051U的内部时钟完全满足串口通信要求,4组串口；
5，Ai8051U-LQFP48有 QSPI, i8080/M6800-TFT 接口，32F103C8T6没有;
6,  Ai8051U的PWM支持硬件移相@120MHz
7，Ai8051U是 34K SRAM， DMA 支持 外设直接到外设，P2P
8，Ai8051U是 自带硬件USB, 1个芯片就能直接USB连接电脑仿真/下载，全球唯一

价格也是相当亲民。

并通过六个示例视频演示了几个功能，更加直观地展示了这颗芯片的强大：

1、屏幕显示（刷新速度快，8080并口）

2、触摸屏程序，手写屏

3、IIS录放音，需要外接扬声器，音量可调最高80

4、PWM-DMA功能，ws2812点阵显示时钟。最高可支持到1000多颗灯同时控制，牛

5、频谱分析仪，需要用到FFT绘图，可以查看频率数据

6、手写计算器，这个看起来就很厉害，也是这颗芯片强大的体现

7、最后演示了猫和老鼠的视频播放，串行flash编程功能的演示。

Ai8051U，USB 型 1T 8051，支持32位和8位指令集, RMB2.3
管脚兼容天王级别的:  89C52RC,  12C5A60S2
要兼容 8位8051指令集，  可以用 Keil C51/IAR/SDCC 编译器
===就相当于更强大的 8H8K64U要兼容 32位8051指令集，可以用 Keil C251 编译器，双核兼容设计
===就相当于更强大的 32G12K128, 32G8K64
34K SRAM(2K edata, 32K xdata), 64K Flash
TFPU@120MHz, 硬件浮点/硬件三角函数 运算器DMA支持PWM, DMA支持外设直接到外设, P2P
120MHz-PWM支持硬件移相，16位PWM; 真12位ADC
USB, 4组串口，12位ADC, 轨到轨比较器
QSPI, SPI, I2S, I2C,  TFT-i8080/M6800 接口
PDIP40，LQFP44，LQFP48

擎天柱

刚收到擎天柱就迫不及待上电测试，自带流水灯程序，测试正常后把预留的各个IO口led指示灯焊接上，方便后面点灯和测试，点了排灯，插针今晚焊上

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第二集

本集主要介绍了实验箱各部分的名称，作用等

**从图上五花八门的功能就可以看出这个实验箱的强大，堪称百宝箱了，开发利器啊 **

硬件讲完就轮到软件部分，冲哥视频很贴心地给出了具体步骤和操作方法，属于是手把手教了。

第一步：下载安装keil C251编程软件，简单填写信息便可下载

第二步：下载ISP软件，时刻保持最新版，此软件也是包罗万象，功能强大，后面再深入学习。

第三步：添加头文件。有了ISP软件，便可为keil编程软件添加STC单片机的头文件，不然就无法选择芯片和编程了

第四步：下载中断插件拓展，直接双击便可自动安装

第五步：下载代码包和手册。里面有程序源码和实验箱的说明手册，我也快速浏览了下说明书，基本了解了实验的硬件组成和下载仿真方法，ISP下载程序的方法和手头的擎天柱一样，均是按下P32/INT0后按下POWER电源开关（按下断电）等待软件识别到HID后便可松开P32，便可继续下载。当然这只是其中一个下载方式

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第三集

本集主要介绍了如何新建工程，添加头文件，编写代码并编译下载

1、创建新工程，参考芯片手册6.5，打开keil软件，新建工程文件，选择芯片，新建main.c文件并添加进工程

2、配置工程，点击小锤子进入工程配置

配置“CPU mode” 为source(c521 native)模式，勾选4 byte interrupt frame size;

配置“memory model”为XSmall模式；

配置“code rom size”为large或huge模式；

同时设置output选项卡里勾选“create HEX file”，选择“HEX-80”

3 添加头文件

头文件到万能的ISP软件找到头文件选项卡，选择对应芯片型号并下载保存到文件夹目录下，然后程序便可引用头文件，推荐使用“”引用，系统编译时会先从文件目录下查找头文件，方便他人使用程序

添加引用头文件，并写入一个空循环程序，编译正常无报错，代表工程新建完成无错误，接下来就可以愉快地编写程序了

点灯：我们先直接敲入代码，编译并下载观察现象再学习每句程序表示什么意思

实验现象

可以看到擎天柱的P40和P00 引脚的led灯亮起来了。冲哥视频里则是LED00灯亮起来，查看实验箱原理图可知

要点亮实验箱上的led00，首先需要将P40引脚电平拉低，三极管导通，然后拉低P00引脚电平，进而led00形成回路，电流流过点亮。

查看芯片手册，可以看到程序一开始先把p0和p4端口配置为准双向口，然后拉低对应引脚电平。

冲哥视频也展示了ISP软件的io口配置功能，我们可以直接选择各个io口需要配置的模式，然后软件便会生出代码，只需复制即可，有点STM32CUBE MX的意思了，太强大了

YOLO***

自己照开源的实验箱copy的开发板也完成了，可以尝试更多实验了

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第四集 USB不停电下载

本集主要介绍了另外一种下载程序的方法

1、实验对比演示，不停电下载需要有类似引导代码的程序段，主要打开了USB中断和中断处理函数

2、下载所需文件，到官网下载库函数及例程，介绍CDC和HID的区分

3、移植关键部分：添加头文件；lib+h库实现USB初始化函数；命令参数，默认为STCISP，可以自定义修改；

打开P_SW2寄存器和IE2寄存器（只打开一个位，通过位与操作）

这样，我们就拥有了一个自持不断电下载的DMEO程序，以后可以直接复制此工程，然后再添加新代码，这样修改重新编译下载时就可以不停电下载了。

开始实战，视频演示的是轮询模式下STC-CDC的程序移植，尝试一下中断模式下STC-CDC的程序移植

首先还是复制上次的led工程文件到新文件夹中，然后添加lib和h库文件

添加lib文件到工程目录下，并复制相应代码到DEMO工程下，程序简单点亮第1、3、5、7个led灯，第一次依旧用hid模式下载，成功点亮，修改代码，点亮第2，4，6，8个led灯，成功实现不停电下载功能

不停电下载成功

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第五集 C语言基础

主要内容，恶补C语言，编程语言是基础

1、C语言-printf函数的实现；

2、数的进制：二进制，十进制，十六进制；

3、数据的基本类型；

4、C语言的常用运算符。

1、C语言-printf函数的实现；

取消注释，便可打开printf的功能。

#define PRINTF_HID //printf输出直接重定向到USB口（早期命名方式）

printf函数称为格式输出函数，其关键字最末一个字母f即为“格式”(format)之意。其功能是按用户指定的格式，把指定的数据显示到显示器屏幕上。

printf函数调用的一般形式

printf函数是一个标准库函数，它的函数原型在头文件“stdio.h”中。但作为一个特例，不要求在使用 printf 函数之前必须包含stdio.h文件。printf函数调用的一般形式为：
printf(“格式控制字符串”, 输出表列)
其中格式控制字符串用于指定输出格式。格式控制串可由格式字符串和非格式字符串两种组成。格式字符串是以%开头的字符串，在%后面跟有各种格式字符，以说明输出数据的类型、形式、长度、小数位数等。如：

• “%d”表示按十进制整型输出；
• “%ld”表示按十进制长整型输出；
• “%c”表示按字符型输出等。

非格式字符串原样输出，在显示中起提示作用。输出表列中给出了各个输出项，要求格式字符串和各输出项在数量和类型上应该一一对应。

格式字符串

1. 类型
   类型字符用以表示输出数据的类型，其格式符和意义如下表所示：

格式字符	意义
d	以十进制形式输出带符号整数(正数不输出符号)
o	以八进制形式输出无符号整数(不输出前缀0)
x,X	以十六进制形式输出无符号整数(不输出前缀Ox)
u	以十进制形式输出无符号整数
f	以小数形式输出单、双精度实数
e,E	以指数形式输出单、双精度实数
g,G	以%f或%e中较短的输出宽度输出单、双精度实数
c	输出单个字符
s	输出字符串

2. 标志
   标志字符为 -、+、# 和空格四种，其意义下表所示：

标 志	意义
–	结果左对齐，右边填空格
+	输出符号(正号或负号)
空格	输出值为正时冠以空格，为负时冠以负号
#	对c、s、d、u类无影响； 对o类，在输出时加前缀o； 对x类，在输出时加前缀0x； 对e、g、f 类当结果有小数时才给出小数点。

3. 输出最小宽度
   用十进制整数来表示输出的最少位数。若实际位数多于定义的宽度，则按实际位数输出，若实际位数少于定义的宽度则补以空格或0。
4. 精度
   精度格式符以“.”开头，后跟十进制整数。本项的意义是：如果输出数字，则表示小数的位数；如果输出的是字符，则表示输出字符的个数；若实际位数大于所定义的精度数，则截去超过的部分。
5. 长度
   长度格式符为h、l两种，h表示按短整型量输出，l表示按长整型量输出。

2、数的进制：二进制，十进制，十六进制；

3、数据的基本类型；

如果需要使用64位变量，需要在程序文件添加声明#program float64

4、C语言的常用运算符。

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第六集 I/O输入输出

主要内容 讲解什么事GPIO

什么是GPIO？

GPIO是通用输入输出端口的简称，是指计算机或芯片上的一组引脚，可以通过软件来控制其输入和输出电信号。GPIO引脚可以与外部设备连接，实现通讯、控制和数据采集的功能。GPIO引脚有两种输出模式，推挽和开漏，推挽模式是根据P-MOS和N-MOS管的工作方式命名的，可以提高负载能力和开关速度。

ai8051uI/O工作模式共有四种：

准双向口：

灌电流20ma和拉电流270-150ua，内部有三个上拉晶体管，强，极弱，弱。

弱上拉在端口寄存器为1,且引脚本身为1打开提供基本驱动电流。在寄存器为1但被外部拉至低时，弱上拉关闭极弱上拉打开。

当端口锁存为1，极弱打开。当引脚悬空时，极弱上拉产生很弱的电流上拉为高电平。

当端口锁存器由0-1跳变时，这个强上拉用来加快转换速度，打开约2个时钟。

准双向口带有一个施密特触发输入和一个干扰抑制电路，读外部状态前，要先锁存为1，才可读到外部正确状态。

推挽输出

下拉结构和开漏及准双向口相同，但锁存器为1时提高持续的强上拉。一般用于需要更大驱动电流的情况。

高阻输入

既不能流入也不能流出，带有一个施密特及干扰抑制电路

开漏模式

对外设置输出为1，等同于高阻输入。

开漏即可读也可对外输出高低电平，如要读或对外输出高电平，需外加上拉电阻。

当锁存器为0时，开漏模式下关闭所有上拉晶体管。

高于1.09V为高电平

低于0.99V低电平

按键输入检测

按键一端通过一个300R的电阻与引脚连接，一端与地连接，当按键按下时，引脚被拉至低电平，没按下时通过内部上拉晶体管上拉至高电平。

任务一：按下P32按钮灯亮，松开P32按钮灯灭；（判断引脚电平）

任务二：按下P32按钮灯灭，松开P32按钮灯亮；（判断引脚电平）

任务三：按一下P32按钮灯亮，再按一下P32按钮灯灭；（需增加软件消抖//20ms和判断按键是否送开代码//while循环）

练习：

1、按一下P32按钮灯亮，按一下P33按钮灯灭；

2、按一下亮一颗灯，再按一下亮两颗，一直到八颗灯亮，再按下全熄灭循环反复。使用了左移位指令<<

附件：main.c

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第七集 定时器中断

中断

首先之前的延时函数实现方式是CPU卡在延时函数等待，无法及时处理其他任务，中断很好地解决了此问题。开启中断后，会在后台执行定时器地计数，CPU此时可以去处理其他程序，当计数器溢出时会产生中断，cpu便可进入中断处理函数执行相应代码。

如视频例程所示，ISP软件生成相应定时器初始化函数和中断处理函数后，将其粘贴到主函数之前，然后在程序主循环之前调用初始化函数，手敲代码实现任务一功能。

定时器就是计数器！

定时器/计数器核心部件是一个加法计数器，其本质是对脉冲计数，此脉冲可以来自系统时钟，则为定时方式；假如来自外部引脚，则为计数方式。

本集主要讲解定时器/计数器0的模式0的使用方法。从手册重点学习下此模式。

首先，定时器/计数器0有4中工作模式，由模式寄存器（TMOD）中的T0_M1/T0_M0控制

重点关注下定时器0模式0的流程图：

TR0为运行控制位，置位时定时器才能运行计数

C/T=0时，计数器连接到系统时钟的分频输出，工作在定时方式。系统时钟

经过TM0PS（此寄存器可以写入0-255）预分频（系统时钟除以TM0PS+1）后，通过AUXR.7/T0x12置位或复位选择12分配或不分频。

C/T=1时，计数器连接到外部脉冲输入P3.4/T0，工作在计数方式。

当GATE=1时，允许外部输入INT0控制定时器0地启停，从而实现脉宽测量。

定时器0有两个隐藏地寄存器RL_TH0和RH_TH0，与TL0/TH0分别共有一个地址，写入内容会同时写入隐藏寄存器，当定时器溢出时，隐藏寄存器地值会写入TL0/TH0，实现重装载。

TF0为中断标志位，定时器溢出会置位TF0，CPU响应后由硬件复位。

时钟计算公式：

使用ISP软件生成定时器初始化函数

void Timer0_Init(void) //3秒@24.000MHz
{
TM0PS = 0x5B; //设置定时器时钟预分频 ( 注意:并非所有系列都有此寄存器,详情请查看数据手册 )
AUXR &= 0x7F; //定时器时钟12T模式
TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
TL0 = 0x3F; //设置定时初始值
TH0 = 0x01; //设置定时初始值
TF0 = 0; //清除TF0标志
TR0 = 1; //定时器0开始计时
ET0 = 1; //使能定时器0中断
}

本集的另一个内容是讲解函数的定义、声明、调用

一个标准的函数：

返回值类型 函数名 （入口参数）

{

//函数体

//函数执行的代码

return 返回值；

}

在调用之前需要声明，声明格式为返回值类型 函数名 （入口参数）；

调用格式为函数名 （入口参数）；

编程练习

任务一：按下P32点亮led00，延时1s后熄灭

在按键判断中点亮led灯，并打开定时器，然后在定时器中断中熄灭led灯，并关闭定时器。

任务二：按下P32后，led00和led01交替闪烁，再按一下，熄灭。

程序原理：判断按键按下后，判断按键状态为0时打开定时器，在定时器中断处理函数中反转标志位，再将标志位正反分别赋给led。为1时，关闭定时器，熄灭led灯。

课后小练：

1、按下按钮1，串口显示“双倍功德时间”，再按下显示“单倍功德时间”；

2、按下按键2，双倍功德时间下串口显示“功德+2 当前功德：xxx”；

3、按下按键2，单倍功德时间下串口显示“功德+1 当前功德：xxx”；

4、功德+1时，led点亮1秒后熄灭表示功德成功点亮；

5、功德+2时，led点亮2秒后熄灭表示功德成功点亮；

实现效果

附件：main.c

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第八集 定时器周期性调度任务

首先解答了论坛上常见的问题和错误；

1、周期性任务介绍；

任务一：使用一个定时器，led1每300ms取反一次，led2每600ms取反一次，led3每900ms取反一次

第一种实现方式：

初始化一个1ms的定时器，设置三个计数变量对应三个灯，每计数到300次，600次，900次led灯取反一次，并清零计数变量。

然后引入数组的概念：数组是一个固定长度的存储相同数据类型的数据结构，数组中的元素被存储在一段连续的内存空间中。

数组中的每一个数据叫做数组元素 Element，数组中的每个元素都有一个序号，这个序号从 0 开始，称为下标 Index，例如，a[0] 表示第 0个元素，a[3] 表示第 3个元素。数组是一个整体，它的内存是连续的，内存示意图：

通过数组可以方便地将三个计数变量集中在一次操作。

数组给每个元素计数时需要使用到for循环：

u8 i = 0;

for(i=0;i<3;i++)
{
	count_ms [i]++;
}

for 循环语句的一般形式为：

for (表达式1; 表达式2; 表达式3)
{
语句;
}

它的执行过程：

求解表达式1。
求解表达式2。若其值为真，则执行 for 语句中指定的内嵌语句，然后执行第3步；若表达式2值为假，则结束循环，转到第5步。
求解表达式3。
转回上面第2步继续执行。
循环结束，执行 for 语句下面的语句。

实践效果

附件：main.c

任务二 使用数组点亮流水灯

创建一个数组，共8个元素，每个元素代表每次点亮哪个led灯，然后按需将数组赋值给P0端口实现流水灯

附件：main.c

任务二 按一下按钮，led按数组移动一下，为了观察到是否会影响其他程序运行，每隔1s打印一个信息。

按键按下不使用while循环判断按键是否松开（程序会一直等待），而使用计时方式，如按下开始计时50ms后判定为按键按下事件，小于这个时间视为抖动

实验效果

附件：main.c

2、文件的创建（.c和.h）

分三步：1、新建文件并保存；config.c和config.h

2、添加到工程；

3、添加引用路径

3、结构体的介绍；

结构体(struct)是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合，也叫结构。

这个声明描述了一个由两个字符数组和一个float变量组成的结构体。

struct book 
{
char title[MAXTITL];//一个字符串表示的titile 题目 ；
char author[MAXAUTL];//一个字符串表示的author作者 ；
float value;//一个浮点型表示的value价格；
};//注意分号不能少，这也相当于一条语句；

3、接下来就是一个花括号，括起了结构体成员列表，及每个成员变量，使用的都是其自己的声明方式来描述，用分号来结束描述；

1、首先使用关键字struct，它表示接下来是一个结构体。

2、后面是一个可选的标志（book），它是用来引用该结构体的快速标记。

因此我们以后就可以这样创建数据对象

struct book library；

3、接下来就是一个花括号，括起了结构体成员列表，及每个成员变量，使用的都是其自己的声明方式来描述，用分号来结束描述；

4、在结束花括号后的分号表示结构体设计定义的结束。

4、结构体数组的周期性任务调度；