AI8051U单片机学用打卡 | 到这步可直接要 【免费+包邮送】的AI8051U实验箱

垂柳***

新学期伊始，不忘助力国产替代初心，手头没有试验箱，先用“擎天柱”带领大一同学，跟随冲哥视频，学用STC AI8051U芯片讲义。

第六节 学用调试仿真接口7段数码管，温习浮点数存储

本节课主要任务是用擎天柱配合烧录工具cdc/hid串口助手，调用7段数码管接口，温习IEEE754标准。

一、准备验证工作。

拷贝上节课代码，连接擎天柱到电脑上，打开烧录工具，鼠标点击菜单“调试仿真接口”找到并鼠标左键点击打开“接口协议及帮助”，再鼠标左键点击“调试仿真接口”菜单“接口协议及帮助”，鼠标左键点击打开“7段数码管接口”，学习功能3和功能4。

二、学用7段数码管接口功能4指令。

在数码管上直接显示所给的段码命令格式：

STC工程师封装函数名SEG7_ShowCode，可直接调用,函数只有一个参数，是装载数码管8个段状态值的数组。本节课直接调用，配合擎天柱让虚拟数码管显示流动数字。

1. 定义变量。在task.c文件中定义一个变量和一个数组：

u8 NixieTube_index = 0;

u8 NixieTube_code[8];

2. 在task.c文件中定义一个任务回调函数：

void Show_NixieTube(void)

    {

     NixieTube_code[0] = t_display[NixieTube_index];

      if(NixieTube_index + 1 > 9)

         {

             NixieTube_code[1] = t_display[NixieTube_index-9];

         }

          else

          {

                NixieTube_code[1] = t_display[NixieTube_index+1];

            }

           if(NixieTube_index + 2 > 9)

           {

               NixieTube_code[2] = t_display[NixieTube_index-8];

           }

            else

          {

                NixieTube_code[2] = t_display[NixieTube_index+2];

             }

           if(NixieTube_index + 3 > 9)

            {

                NixieTube_code[3] = t_display[NixieTube_index-7];

            }

           else

            {

               NixieTube_code[3] = t_display[NixieTube_index+3];

           }

           if(NixieTube_index + 4 > 9)

          {

             NixieTube_code[4] = t_display[NixieTube_index-6];

            }

            else

            {

                 NixieTube_code[4] = t_display[NixieTube_index+4];

            }

           if(NixieTube_index + 5 > 9)

          {

              NixieTube_code[5] = t_display[NixieTube_index-5];

            }

             else

             {

                   NixieTube_code[5] = t_display[NixieTube_index+5];

             }

             if(NixieTube_index + 6 > 9)

            {

                NixieTube_code[6] = t_display[NixieTube_index-4];

           }

          else

          {

              NixieTube_code[6] = t_display[NixieTube_index+6];

            }

          if(NixieTube_index + 7 > 9)

          {

           NixieTube_code[7] = t_display[NixieTube_index-3];

           }

         else

        {

            NixieTube_code[7] = t_display[NixieTube_index+7];

         }

           SEG7_ShowCode(NixieTube_code);

            if(++NixieTube_index >9)  NixieTube_index = 0;

}

3. 在task.c文件中TASK_COMPONENTS Task_Comps函数内添加一行任务代码：{0, 5000, 5000, Show_NixieTube}

4. 在task.h文件中申明一下任务回调函数

void Show_NixieTube(void);

5. 编译烧录到擎天柱，打开烧录工具CDC/HID串口助手和虚拟数码管，欣赏流水数字。

三、温习浮点数存储

虚拟数码管功能3使用说明提到了IEEE754格式，有同学问为何3.14159存储数据是40H  49H  0FH  D0H

1.单精度浮点数IEEE 754标准存储概述。

单精度浮点数在计算机内存中的表示遵循 IEEE 754标准，使用 32位（4字节） 来表示，这32位被划分为三个部分：

A、符号位 (Sign)： 最高位（第31位），1位。0表示正数，1表示负数。

B、指数位 (Exponent)： 中间8位（第30位到第23位）。为了能表示负指数，引入了偏移码，其实际值 =无符号整数值-127。

C、尾数位 (Fraction/Significand)： 最低23位（第22位到第0位）。存储的是小数部分，整数部分的1被隐含，称为“隐含的1”。

2.转换计算

40H  49H  0FH  D0H

第一步：用计算器程序员模式将上述十六进制转换为完整的32位二进制：

0100 0000 0100 1001 0000 1111 1101 0000

第二步：划分IEEE 754的三个部分

符号位 S (第31位): 0 (正数)

指数位 Exp (第30-23位): 1000 0000

尾数位 Frac (第22-0位): 1001 0010 0001 1111 1010 000

第三步：计算指数

将指数位Exp： 1000 0000 转换为十进制：128

减去偏移量 127：128 - 127 = 1

实际指数 E = 1

第四步：还原完整的尾数

规范化形式的二进制科学计数法有一个隐含的1，将隐含的1和23位尾数位组合起来，完整的尾数

M =1.10010010000111111010000

第五步：计算十进制数值

计算原理： 数值 = (符号) * (完整尾数M的十进制值) * (2 ^ 指数E)

计算完整尾数 M 的十进制值：

整数部分: 1 = 1

小数部分:

1st digit: 1 * (1/2) = 0.5

2nd digit: 0 * (1/4) = 0

3rd digit: 0 * (1/8) = 0

4th digit: 1 * (1/16) = 0.0625

5th digit: 0 * (1/32) = 0

6th digit: 0 * (1/64) = 0

7th digit: 1 * (1/128) = 0.0078125

8th digit: 0 * (1/256) = 0

9th digit: 0 * (1/512) = 0

10th digit: 0 * (1/1024) = 0

11th digit: 0 * (1/2048) = 0

12th digit: 1 * (1/4096) = 0.000244140625

13th digit: 1 * (1/8192) = 0.0001220703125

14th digit: 1 * (1/16384) = 0.00006103515625

15th digit: 1 * (1/32768) = 0.000030517578125

16th digit: 1 * (1/65536) = 0.0000152587890625

17th digit: 0 * (1/131072) =0.00000762939453125

18th digit: 1 * (1/262144) = 0

19th digit: 1 * (1/524288) =0.0000019073486328125

20th digit: 0 * (1/1048576) = 0

21th digit: 1 * (1/2097152) = 0

22th digit: 0 * (1/4194304) = 0

22th digit: 0 * (1/8388608) = 0

将上述所有值相加

1+0.5+0.0625+0.0078125+0.000244140625+0.0001220703125+0.00006103515625+0.000030517578125+0.0000152587890625+0.00000762939453125+0.0000019073486328125=1.5707950592041015625

1.5707950592041015625×2=3.141590118408203125

同学们好学可赞，不过了解一下即可，没必要花太多时间研究。

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第七节 学用PWM驱动擎天柱LED

本节课主要任务是学习PWM相关寄存器及配置产生PWM方波，动态改变方波占空比，驱动擎天柱P2端口LED，展示呼吸效果。

一、学习了解PWM相关寄存器

芯片手册第二十九章介绍PWM，STC AI8051U内部集成了8通道16位高级PWM定时器，分PWMA和PWMB两组，其中PWMA可配置4组互补/对称STC AI8051U芯片/死区控制的PWM或者捕捉外部信号。PWMB与PWMA唯一区别是PWMA可带死区的互补对称PWM，其他功能一样，所以我们只学习好PWMA即可。

PWMA时钟频率可以用系统时钟或外部计时，PWMA时基单元包含，16位计数器、16位自动重载寄存器、重复计数器、预分频器。

其时钟频率是经过设置PWMA_PSCRH和PWMA_PSCRL，进行分频（值1-65535）；配置输入输出的引脚寄存器PWMA_ENO；配置PWMA_CCMR1、PWMA_CCER1、PWMA_BKR，打开PWMA_CR1计数，产生PWM信号输出。

二、配置PWM相关寄存器

1.时钟源选择， 这里选用系统时钟，默认40Mhz

2.时基单元选择

PWMA_PSCR

//设置周期时间

PWMA_ARR

//设置捕获比较寄存器

PWMA_CCR//设置占空比时间

3.输入输出的引脚配置

//使能PWM1n通道输出

PWMA_ENO

//选择PWM从P2引脚输出

PWMA_PS

擎天柱LED灯接P2端口，所以要配置PWM从P2端口输出

4.输入输出模式设置

//配置通道输出使能和极性

PWMA_CCER

//通道PWM模式配置

PWMA_CCMR

//使能主输出

PWMA_BKR = 0X80;

//使能ARR预装载,启动计数器

PWMA_CR1

三、定义相关变量和任务函数

1. 定义9个变量，4个变量记录占空比，4个记录状态翻转LED灯亮度，1个编辑记录周期。

占空比：PWM1_Duty、PWM2_Duty、PWM3_Duty、PWM4_Duty

翻转状态：PWM1_Flag、 PWM2_Flag、 PWM3_Flag、PWM4_Flag

计数周期：PWM_PERIOD

2. 定义一个动态改变占空比函数。

void ChangePWM (void)

{

if(!PWM1_Flag)

    {

        PWM1_Duty++;

        if(PWM1_Duty > PWM_PERIOD) PWM1_Flag = 1;

    }

    else

    {

        PWM1_Duty--;

        if(PWM1_Duty <= 0) PWM1_Flag = 0;

    }

    if(!PWM2_Flag)

    {

        PWM2_Duty++;

        if(PWM2_Duty > PWM_PERIOD) PWM2_Flag = 1;

    }

    else

    {

        PWM2_Duty--;

        if(PWM2_Duty <= 0) PWM2_Flag = 0;

    }

    if(!PWM3_Flag)

    {

        PWM3_Duty++;

        if(PWM3_Duty > PWM_PERIOD) PWM3_Flag = 1;

    }

    else

    {

        PWM3_Duty--;

        if(PWM3_Duty <= 0) PWM3_Flag = 0;

    }

    if(!PWM4_Flag)

    {

        PWM4_Duty++;

        if(PWM4_Duty > PWM_PERIOD) PWM4_Flag = 1;

    }

    else

    {

        PWM4_Duty--;

        if(PWM4_Duty <= 0) PWM4_Flag = 0;

    }   

   

    PWMA_CCR1H = (u8)(PWM1_Duty >> 8); //设置占空比时间

    PWMA_CCR1L = (u8)(PWM1_Duty);

    PWMA_CCR2H = (u8)(PWM2_Duty >> 8); //设置占空比时间

    PWMA_CCR2L = (u8)(PWM2_Duty);

    PWMA_CCR3H = (u8)(PWM3_Duty >> 8); //设置占空比时间

    PWMA_CCR3L = (u8)(PWM3_Duty);

    PWMA_CCR4H = (u8)(PWM4_Duty >> 8); //设置占空比时间

    PWMA_CCR4L = (u8)(PWM4_Duty);

}

3. 编译烧录

拷贝上一节课代码，在task.c文件任务计划函数添加一行：{0,5,5,ChangePWM}，为了避免LED亮灯冲突，要注释掉test_Demo中P2=t_display[display_index]这一行代码。

新建一个pwm.c文件和pwm.h文件，并添加到项目中，创建PWM_config初始化函数和ChangePWM任务回调函数。

编译烧录，在欣赏过程中，建议捋清楚pwm配置过程，最好按手册中流程图记忆，这样方便日后配置。

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第八节、学用实验箱内芯片74HC595

本节课主要任务是学习芯片74HC595，点亮实验箱数码管。

一、学习了解移位寄存器74HC595

1.芯片概述：74HC595是一款8位CMOS移位寄存器。8位并行输出端口为可控的三态输出，一个串行输出端口，可以实现多级芯片串行控制，组成 8n 位（n 为芯片数量）并行输出。

2.芯片管脚定义：管脚1-7和15共8引脚为QA～QH八位数据并行输出端；第八脚GND电源地；第九脚Q′H是串行数据输出管脚；第十脚RESET移位寄存器清零端；第十一脚SCK数据输入时钟端；第十二脚RCK输出存储器锁存时钟端；第十三脚EN输出使能端；第十四脚DATA数据输入端；第十六脚VCC电源端。

3.芯片真值表

输入管脚					输出管脚
14	12	11	10	13
SER	RCK	SCK	RESET	EN
X	X	X	X	H	QA～QH 输出端高阻态
X	X	X	X	L	QA～QH 输出端输出有效值 L 或 H
X	X	X	L	L	移位寄存器清零, Q'H=0
L	X	↑	H	L	移位寄存器存储 L 值, Q'H输出 Qn-1
H	X	↑	H	L	移位寄存器存储 H 值, Q'H输出 Qn-1
X	X	↓	H	L	移位寄存器状态保持不变
X	↑	X	H	L	8 位锁存移位寄存器中的状态值并行输出
X	↓	X	H	L	存储器输出状态保持不变

二、实验箱数码管接法

1. 数码管电气连接：实验箱使用两块74HC595芯片，A块74HC595芯片输出接数码管位码，B块74HC595芯片输出接数码管段码（每个数码管abcdefgh合称段码），数据是从A级联到B；所以数据是要先传数码管段码再传位码。

三、实验箱代码学习

void Send_595(u8 dat)    //向74HC595芯片发送数据函数

{

    u8  i;

    for(i=0; i<8; i++)

    {

        dat <<= 1;

        P_HC595_SER   = CY;  //P_HC595_SER = P3^4;  芯片第14引脚

        P_HC595_SRCLK = 1;  //P_HC595_SRCLK = P3^2; 芯片第11引脚

        P_HC595_SRCLK = 0;

    }

}

dat <<= 1 左移1位后，被移出去数存在CY寄存器中，P_HC595_SER = CY即数据从14脚输入，根据上面的真值表，可以知道，芯片第11引脚SCK电平上升沿即移位寄存器存储输入数据，超出8位数据从芯片第九引脚输出，级联到下一块74HC595芯片。

void DisplayScan(void)  //从74HC595芯片读取数据函数

{

    Send_595(t_display[LED8[display_index]]);     //输出段码

    Send_595(~T_COM[display_index]);             //输出位码

    P_HC595_RCLK = 1;  //P_HC595_RCLK  = P3^5;芯片第12引脚

    P_HC595_RCLK = 0;

    if(++display_index >= 8)    display_index = 0;    //8位结束回0

}

实验箱的74HC595芯片A、B第12引脚接在一起，由P3^5统一控制，根据上面的真值表，可以知道，单片机P3^5引脚输出高电平，74HC595芯片A、B输出数码管段码和位码。