学习《Ai8051U教学视频》笔记心得打卡|实验箱已发出

Ostri***

随着时代的发展，8051系列单片机不仅没有过时，反而由于其稳定、可靠的性能，以及宏晶科技等厂商的不断创新与优化，在追求高效、智能、低功耗的当下，焕发出了新的生机与活力。

宏晶对8051系列单片机的持续优化与创新，更是让这一经典系列焕发了新生。不仅保留了8051系列易于编程、指令集丰富的优点，还加入了现代微控制器的低功耗、高性能、强大的外设集成等特性，使得8051系列单片机在物联网、智能家居、工业自动化、汽车相关领域展现出了前所未有的竞争力。

从早期的89/90系列，到内存、EEPROM、IO的扩展，到1T指令，到12、15系列，USB支持，免晶振，以及强大STC8和STC32系列，可谓代代经典。

而今年STC居然推出了包含人工智能的AI系列，不仅如名称中看到的支持AI能力，还拥有超高的运行速度、32位运算能力、1uA以下的低功耗模式，同时一如既往的极大简化外围晶振、复位等电路，这已经够震撼的了，并且根据介绍还支持音频播放，可以用来实现USB声卡，这种牛B产品，值得学习。

接下来我会把学习心得更新到这个帖子里，大家一起交流，共同进步。

Ostri***

【第一集 序言】笔记


1: AI系列单片机存在很多提升点


2：优化了Flash读写功能，对视频播放起到了质的提升
3：实现了IIS录放音
4：支持AI功能，比如通过ai实现手写字母识别，教程的示例中是做一个手写计算器


5：演示中AI单片机实现的UI刷新率很高，可以顺畅反馈手写的内容，也能流畅的实现一些GUI界面，甚至能播放动画。


6：直接通过单片机(加上喇叭、麦克风)就能实现录放音功能，无需专门的录放音模块
7：PWM与DMA做到了兼容，通过PWM+DMA可以驱动1000多个LED进行显示


8：芯片支持硬件浮点乘除，结合单片机的IIS录音，与强大的快速FFT运算能力，以及很高的屏幕刷新，能实现一个频谱分析仪



最后还发现这个单片机的另一个强大功能，它同时兼容8位和32位指令，既可以支持C51，也可以支持C251，
兼容80C52、12C5A和32G等单片机，可以与原先的芯片做到硬件和软件级别的无缝替换，这是以往单片机没有的。

Ostri***

[第二集 硬件及工具介绍]笔记

STC在推出AI系列单片机的同时，就推出了AI单片机的实验箱，供学习和快速开发验证。
试验箱的尺寸与原先的类似，但布局上有一些变化，正面几乎都是接口器件，大部分外围元件挪到了板子背面。
另外增加了TF卡插口，音频输入输出，以及流行的TypeC插口等。



实验箱正面分布接近30种外设接口，能满足功能验证和开发的大部分需求。

AI单片机的软件开发与以往型号类似，也是ISP和Keil为核心，进行程序的编写，编译，下载和调试。由于STC对51的改进，中断数量突破了传统常规最大值，因此还需要下载中断插件，来使Keil支持STC的更多中断。


开发Ai8051U，规格书必不可少，开发的第一步就是下载最新版的规格书，并且随时注意更新规格书和ISP到最新版本



实验箱支持USB下载代码，按住P3.2的状态下按一下电源ON/OFF键，即可让单片机进入到USB-Writer模式。



这时ISP会自动识别出USB-Writer，并支持烧录程序。


烧录的程序可以选择8位和32位，这意味着AI8051U有着强大的兼容能力。
由于单片机内置晶振，因此可以在烧录时自由调节晶振的频率。


烧录完成后即可试验经典的第一个程序：流水灯。

Ostri***

[第三集 点亮第一颗LED]笔记

进行开发的第一步是新建工程，从main.c主文件进行编辑，当然如果工程比较大，可以把它拆分成多个文件，一部分文件提供函数调用，一部分文件实现功能。

在工程中需要进行相应的设置，比如CPU Mode设置为高效的C 251，以及选择对应的内存寻址方式和中断种类等。

如果程序超过64K，还需要选择扩展内存的地址范围，这里的第一个程序很短，因此不要考虑超过64K的问题。

另外如果程序超过64K，虚啊哦选择HEX文件的格式到HEX-386，以使编译出的程序支持超过64K的代码。

不过Create HEX file一定要勾上，才能生成HEX文件，用于下载到单片机。

为指定型号的单片机开发，需要添加该类型单片机对应的头文件，STC ISP可以生成每种单片机对应的头文件，并保存到工程目录中。

这个或许是AI 8051U的最简单的程序了，整个程序就是个死循环，什么事都不做，

但不可否认它确实是个正常的程序。

点亮信号灯，本质上就是控制单片机引脚的状态，单片机通过引脚的电位状态与寄存器一致，

因此只要向寄存器中写入合适的值，就能设置引脚的电位状态，从而点亮信号灯。

从上面的电路图中可以看出，第一个信号灯收P4.0和P0.0控制，因此需要在程序中设置这两个寄存器。

设置IO口的数据之前还需要配置IO口的模式，开机时IO口处于高阻状态，我们需要把它配置到准双向口。

完整的程序是这样，先设置P0和P4的配置寄存器，把它们置为准双向口，然后向P40和P00写入0让它们输出低电平，即可点亮LED。

Ostri***

[第四集 USB不停电下载]笔记





STC为USB提供了预先写好的库文件，根据功能分为几类，
一种把USB作为CDC设备，另一种把USB作为HID设备。
另外，每种设备的操作方式分为中断和轮询，其中中断可以在任何语句位置响应，
而轮询需要程序在循环中主动去进行探测。
如果没有特殊需求，可以选择相应比较简单的CDC + 中断方式。




每个库里面又分为8H和32G模式，这是因为STC AI8051u支持多种MCU的仿真，
这里选择比较高效的32G指令集。




使用USB库时，需要定义一些变量，其中USER_STCISPCMD用于与STC ISP软件进行握手，
两者必须一致才能正常通信。




同时需要打开EAXFR寄存器，以允许扩展RAM曲特殊寄存器XFR的访问，
因为控制USB时，需要这个功能。




同时，需要打开中断使能寄存器，以允许全系统中的中断响应。




以及IE2寄存器的EUSB位，以允许响应来自USB的中断。


不过这里有个问题，上述寄存器对USB来说是必须的，
那么如果把这些操作写道USB设备的初始化函数usb_init()里面，
就可以让程序更方便，不知道为什么没有这样设计。




使用USB库函数时，会在编译时产生大量L57报警，
原因是库中提供了很多函数，而我们并没有使用全部的函数，
当编译器发现有函数没有使用时，会产生上述报警，这类报警其实是没有问题的，
因此可以通过工程设置，让它们不用报出来。






这是控制USB不停电下载的全部代码，代码执行时会检测STC ISP是否发送了数据过来，
如果发送了数据，则将数据发送回去，这就完成了一轮握手，之后MCU进入下载模式，
即可进行程序的下载动作，全程不需要开关或重置单片机。

Ostri***

[第五集 C语言基础]笔记



这一章主要讲解C语言的一些语法，内容更倾向单片机开发中的调试与IO控制。




如果要通过USB口在STCIAP上打印调试信息，首先进行进行定义。
一种是直接定向到USB HID接口，另一种是定向到ISP下载软件中的7段数码管。




其实在原理上，就是通过define，把printf这个函数定义成不同的打印功能的函数。




比如通过USB HID打印时，就能在STCISP中打印上述内容。




程序中可以使用64位浮点数，但需要在程序中进行#pragma float64声明。




需要注意的是，在程序中进行计算时，要留心结果溢出情况，
在可能溢出的时候，通过声明，把变量转换为更大长度的变量进行计算。




另外对于%的打印，需要用两个百分号进行转义，才能正确打印出来




对常用的C语言编程中，加减乘除并不陌生，但比较少用移位运算，
但单片机控制IO口和设置寄存器时，却经常使用到这些，需要重点关注。




然后是比特运算，在常见的C语言编程中不常使用，
在单片机的C语言中也是经常存在，并且不可缺少的操作。


进行单片机编程，务必把移位和比特操作速记于心，才能顺利编出想要的程序。

Ostri***

[第六集 IO输入输出]笔记



单片机通过GPIO进行引脚的输入和输出的控制，将GPIO设置成不同的模式，
可以控制它的引脚功能和状态，以及输出的电流大小。




例如最常见的准双向口，以及推挽输出，高阻输入以及开漏模式。
本课使用准双向口模式，以检测按键的输入。

单片机在默认设置中，打开了施密特触发器，施密特触发器主要为了避免输入的抖动，

原理上，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；

当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，

因此在打开施密特触发器后，输入的高低电平判断标准会有所变化。

本课中把GPIO设置成准双向口，这种模式既可以用于输出，也可以用于输入，在用于输入时的典型电路如上图所示，

弹起开关时，准双向口的电压为高电平，按下开关时，电流经过电阻流到地，拉低了双向口的电压，因此读出的数字为0，

电阻的作用可能是防止程序的错误造成电流过大损坏单片机。

本课的第一个和第二个亮灯任务都很容易，判断P32的状态，然后通过P00控制灯的亮灭就可以了。

但第三个任务要复杂一些,第三个任务的代码不仅需要等待按键松开，还要考虑消抖处理，否则工作的就不正常。

消抖的含义是，我们按下或放开按键后，其实真实的电压会有一些抖动，

如果程序不考虑这一情况，就会认为按键被连续按了多次，从而产生灯瞬间亮灭多次的情况。

消抖的原理是在检测到按键按下后，等待一段时间后再次检测，如果这时按键还是同一状态，则认为按键是进入了平稳状态。

延时函数可以通过STCISP生成，对于STC32系列，需要把WTST设置成0才能使延时函数正常。AI系列单片机看起来也需要。

最终的程序是这样的，为了调试方便，还添加了printf语句输出state的变化情况。

Ostri***

[第七章] [定时器中断]笔记

在原先的程序中，我们希望灯每3秒闪烁一下，并且对按键有反应。

但实际运行时，按键显得非常不灵敏，原因在于程序中的延时函数，

在延时过程中，程序不会进行其他任何工作，因此也就无法检测按键的情况了。

只有在退出延时函数的一瞬间，才会检测按键，这就造成了按键不灵敏的表现。

上述问题可以使用定时器解决，使用定时器控制灯的亮灭时，主程序不用停下来等待，

而是可以再进行其他工作，提高了程序的响应，以及CPU的利用率。

STC ISP可以自动生成定时器代码，这不仅方便，而且不容易出错，

简化了编程的复杂度。

AI8051u的T0、T1、T2、T3、T4和T11都支持24位模式(8位预分频+16位自动重载)。

在主程序中执行STC ISP生成的定时器初始化函数后，单片机会定时产生中断，然后跳转到上面的中断函数中，我们可以在这个中断函数中写我们希望执行的动作。

比如这里改变灯的亮灭状态。

教程中还遇到一个0xfd问题，原因是Keil 8051编译器导致，它把0Xfd到0xff用于保留字，与到这略过，而中文中却会出现这个字符，从而导致问题。

详细的说明在STC的这个文档中:

定时器在单片机内部的实现比较复杂，因为定时器的定制模式较多，比如分频、1T和12T模式，以及到期自动恢复数字，以及溢出中断等，并且定时器的后半部还能作为计数器和中断使用，所以需要设置一系列寄存器，才能把定时器初始化到我们需要的状态。

定时器寄存器的设置可以使用这个公式计算出来。

在实践中，我们完成了2个定时器实践，并且讲师留了一个思考题，如可实现多个定时任务。

我的想法如下：

1：最简单的，我们的单片机上有多个定时器，可以使用这些定时器实现多个定时任务。

2：使用一个周期性触发的定时器，在定时器触发时，判断哪些任务到期，去执行到期的任务，当最后一个任务执行完成后，删除这个定时器。

3：把定时器的时间设置成最近任务的时间，到这个时间执行第一个任务，然后计算剩余任务中的最近任务，把定时器的时间设置为下一个任务，依次反复直到最后一个任务执行完成。