AI8051U学习手记 | 再次感谢STC免费提供的AI8051U最小系统板和冲哥的优质教程

ta***

一、认识AI8051

最近上STC论坛查资料，突然发现主页有学习AI8051送最小核心板的活动，申请了一张学习精进一下自己。

1.AI8051特点

阅读官方文档可以总结如下特点：

1. 双核兼容架构：支持 8 位与 32 位双指令集。
2. 硬件加速能力：内置 TFPU（三角函数浮点运算器），可快速处理 FFT、语音识别等复杂算法，无需额外 DSP。
3. 丰富存储与外设：集成 34KB SRAM、64KB Flash，支持 ISP/IAP；外设含 12 位 ADC、16 位 PWM、USB 2.0、CAN/LIN 总线等，可直接驱动显示屏、音频设备。
4. 开发便捷性：兼容 Keil C51/C251 ，内置 USB 接口，自身就是仿真器。
5. 可靠性：低功耗，抗干扰能力强，性价比突出，仅1.9元一片，最小系统板8元包邮。

2.AI8051擎天柱最小系统板

收到的开发板有两处未焊接元器件，虽然测试后发现并没有什么影响，但是本着打破砂锅问到底的精神去看了原理图发现如下：

补焊后效果如下：

参考资料：

AI8051U 《单片机原理及应用》 《实验指导书》

《8051U深度入门到32位51大型实战视频》

ta***

二、环境配置

AI8051的Keil环境配置十分简单，确保Keil MDK,C51,C251正确安装，通过AICude-ISP一键添加型号、头文件、仿真器驱动到Keil即可。

1.下载Keil

点击Keil Product Downloads进入keil官网下载界面后，逐个点击下载按照指引安装即可。

2.下载AICube-ISP

点击深圳国芯人工智能有限公司-工具软件进入STC官网下载界面后，点击下载按照指引安装即可。

3.一键添加型号、头文件、仿真器驱动到Keil

确保Keil安装正确后，确保Keil关闭后，打开AICube-ISP，进入Keil仿真设置一键导入。

引用官方提示：

1、添加前请先关闭Keil软件，请务必先关闭Keil软件，否则会导致添加失败
2、添加MCU选型数据库文件到 Keil安装路径下的UV2(或UV3\或UV4\取决于Keil的版本)目录中
3、安装仿真器的驱动程序到Keil安装路径下的C51\目录中
4、复制8051头文件到Keil安装路径下的C51\INC\STC\目录中
5、复制80251头文件到Keil安装路径下的C251\INC\STC\目录中
6、请确认Keil的安装目录下有C51目录和C251目录。请确认Keil的安装目录下有且仅有UV2、UV3、UV4目录中的一个存在

神***

要 做到 USB不停电下载；
要 尝试 图形化配置外设；
推荐优先看的 printf_usb("Hello World !\r\n")及usb不停电下载, 演示视频链接
从 www.STCAI.com
下载 最新的 AiCube-ISP-V6.96E 或以上版本软件 ！
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三、LED跑马灯

首先感谢管理员大大提供的USB不停电下载与图形化配置外设教程，学习内容将在后续的打卡中体现~

LED跑马灯、闪光灯是许多开发板的第一个例程，既方便学习者学习搭建程序模板，也便于检测开发板好坏。

1.下载例程

官方的AICube-IDF提供了便捷的资料下载接口，点击跳转浏览器下载即可。

2.打开例程

解压后会获得如下几个文件夹，为充分发挥AI8051的强大性能，直接选择32位例程即可。
![[3.2.1 例程内容.png]]
双击打开\AI8051U-DEMO-CODE-V1.2\Ai8051U-32Bit\01-用P0口做跑马灯\C语言\sample.uvproj即可通过Keil查看、修改、编译工程。

3.修改并编译下载例程

例程中最上部的说明往往格外重要。本例程我们主要可以获取两个信息，例程使用 P0 口驱动LED灯，时钟 24 MHZ。

通过观察开发板或原理图可以发现，原厂的LED是焊接在 P20 - P27 上的，这意味着我们实际需要使用的是 P2 口。

因此，我们需要修改程序，当然在 P00-P07 补焊一排LED灯理论上也是可以的。
主要修改的地方有这两处。

1.修改P2M0为0xff推挽输出，并将P0M0改为0X00准双向口。

2.将驱动LED的端口从 P00-P07 改为 P20-P27

3.确保Keil输出hex文件打开后，点击Rebuild编译。

4.使用AICube-ISP烧录程序

打开编译好的HEX文件

配置时钟为24Mhz

开发板用USB连接电脑后，按住开发板的P32 INTO按键，点击一下POWER按键，串口显示如图即可点击下载烧录。

点击后，等待出现操作成功字样，开发板LED会自动开启跑马灯效果。

也可以试试流水灯效果

while(1)
{
    led_mask = 0x00;  
  
    for(i = 0; i < 8; i++) 
        {
            led_mask |= (1 << i);
            P2 = ~led_mask;
            delay_ms(250);
        }
        delay_ms(500); 
        P2 = 0xFF;
        delay_ms(500);
}

神***

深圳国芯人工智能有限公司-工具软件

ta***

四、USB串口输出

1. 通过AiCube-ISP进入AICube

2. 创建AICube项目

3.配置USB通信串行总线并生成Keil项目

勾选USB，通信串行总线，确保设置如图后，点击绿色按钮或按下F5快捷键，将自动创建并打开Keil项目。

生成项目打开主函数后如图所示

直接编译确保模板被正确创建

4.添加代码到模板并编译

通过注释关闭 USBLIB_OUT_Done(),并在相应位置中添加 printf_usb("Hello_World\r\n");，编译完成后使用AICube-ISP下载即可（建议将IRC频率设置为40Mhz），此处不再赘述。

5.打开串口助手监听串口

设置合适的COM口，波特率使用默认的115200即可，打开串口后显示如下内容。

ta***

五、USB免下电下载

很方便的功能

1.创建工程模板

参照USB串口输出部分使用AICube一键生成工程模板。

2.在生成的工程main.c中添加如下内容

添加如下内容并编译

3.烧录程序

此时打开AICube-ISP仍是如下状态，按照之前的方法进行烧录即可

烧录成功后串口信息如下，此时即可不断电直接烧录。

4.运行程序

此时通过串口助手即可与单片机通讯。
根据代码易得，发送6，7会反馈不同的信息。

神***

USB通信 都搞定了，建议直接申请 AI8051U 实验箱，

尝试 用 AiCube 图形化实现 各外设的 功能实现

ta***

六、嵌入式C语言基础

1、USB-CDC串口printf函数实现

1.1 功能概述

printf函数是开发调试的核心工具，可通过USB-CDC串口快速打印变量值和调试信息，实现"免冷启动下载"调试。

1.2 启用步骤

1. 打开USB库配置文件
2. 找到printf宏定义位置（通常在第6行附近）
3. 移除行首的反斜杠 \ 以启用功能
4. 重新编译工程

常见问题排查：

• 配置文件选项错误
• liba库文件未正确添加
• 误删关键系统文件

1.3 printf重定向原理

工程中printf被重定向为 define宏替换：

// 示例：printf被重定向到USB输出函数
#define printf  USB_Printf_HID

define的作用：在预处理阶段，将代码中所有 printf替换为 USB_Printf_HID。

1.4 格式化字符串语法

1.4.1 基本结构

printf("格式控制字符串", 参数列表);

1.4.2 字符类型

1. 普通字符：原样输出

   printf("Hello World\n");  // 输出：Hello World（并换行）
   

2. 转换说明：以 %开头，用于插入变量值

   • %s：输出字符串
   • %d：以十进制整数形式输出
   • %u：无符号十进制整数

3. 转义字符：

   • \n：换行符（Newline）
   • \t：水平制表符（Tab，通常=4个空格）
   • \\：输出反斜杠本身
   • %%：输出百分号本身（转义）

1.4.3 参数数量规则

N个转换说明符 = N+1个参数（格式字符串本身算第一个参数）

// 正确示例：3个%对应3个额外参数，共4个参数
printf("今天是%d年%d月%d日", 2025, 11, 9);  // 输出：今天是2025年11月9日

1.4.4 实战示例

// 接收到数据后原样返回并打印自定义信息
if (接收标志) {
    USB_SendData(接收缓冲区);  // 原路返回数据
    printf("STC YYDS\n");       // 打印自定义字符串
    清空接收区();
}

1.5 串口调试技巧

1.5.1 文本模式 vs 十六进制模式

• 文本模式：直接显示ASCII字符
• 十六进制模式：将每个字符转换为HEX值显示

示例：

文本模式显示：STC YYDS
十六进制模式：53 54 43 20 59 59 44 53
（53='S', 54='T', 43='C', 20='空格', 59='Y', 44='D'）

应用场景：调试数值变量时，十六进制模式更直观。

1.5.2 免冷启动下载配置

1. 下载软件中勾选三个关键选项（自动下载相关）
2. 选择生成的 .obj文件
3. 选择24MHz主频
4. 识别USB-CDC虚拟串口号（如COM3）
5. 波特率任意设置（USB-CDC不受波特率限制）

警告：printf不宜放在无延时的循环外部，可能导致系统崩溃。

2、数的进制系统

2.1 进制转换方法

通用公式

任意N进制数 → 十进制：

数值 = 每位数字 × N^位权 的总和

2.1.1 二进制 → 十进制

示例：1011b

1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 0 + 2 + 1 = 11

2.1.2 十六进制 → 十进制

示例：0x3A4

3×16² + 10×16¹ + 4×16⁰ = 768 + 160 + 4 = 932

2.2 快捷转换工具

推荐使用程序员计算器：

• 十进制83 → 十六进制0x53
• 十六进制0x53 → 十进制83

2.3 十六进制对照表（必须熟记）

十进制	十六进制	十进制	十六进制
0	0x0	8	0x8
1	0x1	9	0x9
2	0x2	10	0xA
3	0x3	11	0xB
4	0x4	12	0xC
5	0x5	13	0xD
6	0x6	14	0xE
7	0x7	15	0xF

3、C语言基本数据类型

3.1 类型长度与范围（32位编译器）

类型	位数	有符号范围	无符号范围	常用宏定义
char	8	-128 ~ 127	0 ~ 255	int8_t / U8
short	16	-32768 ~ 32767	0 ~ 65535	int16_t / U16
int	16/32	依赖编译器	0 ~ 65535/2³²-1	int / U32
long	32	-2³¹ ~ 2³¹-1	0 ~ 2³²-1	int32_t
float	32	IEEE 754浮点	-	float
double	64	IEEE 754浮点	-	double

关键提示：32位编译器默认不支持64位变量，使用 double需在文件头添加特殊编译指令（如 #pragma pack(8)）。

3.2 变量定义语法

数据类型 变量名;

示例：

unsigned char x;    // 定义无符号字符变量x（0-255）
int y;              // 定义整型变量y

3.3 类型简化技巧（宏定义）

使用 define简化复杂类型声明：

#define U8  unsigned char    // 定义U8代替unsigned char
#define U16 unsigned int     // 定义U16代替unsigned int

// 后续可简洁定义变量
U8 x = 20;    // 等效于 unsigned char x = 20;
U16 y = 1000; // 等效于 unsigned int y = 1000;

3.4 变量作用域规则

// 全局变量：定义在最外层大括号，整个文件可见
U8 global_var = 100;

void function() {
    // 局部变量：仅在本大括号内有效
    U8 local_var = 50;
  
    if (1) {
        U8 inner_var = 10;  // 仅在if块内有效
    }
    // inner_var在此已失效
}

核心原则：大括号 {}界定变量生命周期。

4、C语言常用运算符

4.1 算术运算符

运算符	说明	示例（X=20, Y=10）	结果
+	加法	X + Y	30
-	减法	X - Y	10
*	乘法	X * Y	200
/	整数除法	X / Y	2
%	取模（余数）	X % Y	0
++	自增	X++ → X=21	-
--	自减	X-- → X=19	-

关键特性：

• 除法 /结果只保留整数部分
• 取模 %获取除法余数
• 避免溢出：8位×8位可能溢出，建议强制转换为16位

U8 x = 200, y = 10;
U16 result = (U16)x * y;  // 强制转换防止溢出
// 错误示例：U8 result = x * y; // 结果会错误（2000>255）

4.2 关系运算符

运算符	说明	示例（X=20, Y=10）	结果
==	等于	X == Y	假(0)
!=	不等于	X != Y	真(1)
>	大于	X > Y	真(1)
<	小于	X < Y	假(0)
>=	大于等于	X >= Y	真(1)
<=	小于等于	X <= Y	假(0)

核心原则：结果为真(1)或假(0)，0为假，非0为真。

4.3 逻辑运算符

运算符	说明	示例（A=5, B=10）	结果
&&	逻辑与	(A>0) && (B>0)	真(1)
`		`	逻辑或
!	逻辑非	!A	假(0)

运算规则：

• &&：两边都为真才是真
• ||：一边为真就是真
• !：真变假，假变真

4.4 位运算符

运算符	说明	示例（按位操作）
&	按位与	0101 & 1100 = 0100
`	`	按位或
^	按位异或	0101 ^ 1100 = 1001
~	按位取反	~0101 = 1010
<<	左移	0101 << 1 = 1010（低位补0）
>>	右移	0101 >> 1 = 0010（高位补0）

记忆口诀：

• 按位与 &：全1为1，有0为0
• 按位或 |：有1为1，全0为0
• 按位异或 ^：相同为0，相异为1

4.5 赋值运算符

运算符	等价形式	示例
=	直接赋值	C = A + B
+=	C = C + A	C += A
-=	C = C - A	C -= A
*=	C = C * A	C *= A
/=	C = C / A	C /= A
%=	C = C % A	C %= A

4.6 条件运算符

条件 ? 表达式1 : 表达式2

逻辑：条件为真执行表达式1，否则执行表达式2。

4.7 if-else控制结构

if (条件表达式) {
    // 条件为真(非0)时执行
    printf("条件为真\n");
} else {
    // 条件为假(0)时执行
    printf("条件为假\n");
}

关键要点：

• 条件可以是任意表达式（算术、关系、逻辑运算）
• else必须与if配对使用，不能单独存在
• 代码块需用英文大括号 {}包围
• 遵循缩进原则提高可读性

5、注意事项

5.1 数据溢出陷阱

// 错误示例：8位变量溢出
U8 x = 200;      // 最大值255
U8 y = 10;
U8 result = x * y;  // 200*10=2000 > 255，结果错误为208

// 正确做法：强制类型转换
U16 result = (U16)x * y;  // 使用16位变量存储

溢出特征：当计算结果超过变量类型最大值时，高位数据丢失，无法恢复。

5.2 调试技巧总结

1. printf定位：在关键位置打印变量值
2. 十六进制模式：调试数值变量更直观
3. 格式符组合：%d整数、%u无符号、%s字符串必须掌握
4. 转义字符：\n换行、\t制表符规范输出格式

知识点	核心内容	常见错误
printf	重定向到USB-CDC，格式符%对应参数	中文引号、参数数量不匹配
进制转换	2^位权求和，熟记0-F对照	忘记16的幂次计算
数据类型	U8=8位, U16=16位, 注意范围	溢出导致数据错误
运算符	/取整, %取余, &&||逻辑, &|位运算	混淆逻辑与位运算
if语句	0为假, 非0为真, else配if	使用中文符号, 作用域混乱

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七、GPIO与按键

1、认识GPIO：从点灯开始

GPIO是通用输入输出端口的缩写，说白了就是能控制高低电平的引脚。

1.1 高低电平不是想多高就多高

电压极限参数（划重点！）

• VCC对地电压最大 5.5V（实测我的实验箱是3.3V供电）
• IO口电压不能超过 VCC + 0.3V
  • 3.3V供电时，IO口别超过3.6V
  • 5V供电时，IO口别超过5.3V

1.2 GPIO的四种工作模式

模式	我的理解	应用场景
准双向口	能进能出，但输出电流小（拉电流只有μA级）	最常用，默认就是这个
推挽输出	输出能力贼强，灌电流拉电流都能到20mA	驱动LED、蜂鸣器
高阻输入	只读模式，相当于悬空	读模拟信号
开漏输出	只能输出低电平，高电平靠外部上拉	I2C通信

这里有个坑：准双向口的拉电流很小，想直接驱动LED亮度不够，得用推挽输出或者像实验箱那样用灌电流方式（LED负极接IO口）。

1.3 施密特触发器：电平判定的"缓冲带"

输入电平判定标准（3.3V供电）

• 低电平：必须 < 0.99V （开了施密特触发器的情况下）
• 高电平：必须 > 1.09V

这个"滞后效应"就是施密特触发器的作用，防止电压在阈值附近抖动造成误判。AI8051U上电默认是开启施密特触发器的，所以直接按手册的0.99V/1.09V判断就行。

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2、按键检测：从理论到代码

2.1 按键电路其实很简单

实验箱上的按键电路长这样：

VCC ──[10kΩ上拉电阻]──┬── P32
                      │
                     [按键]
                      │
                     GND

没按下时，P32被上拉电阻拉到高电平（3.3V）；按下后，直接接地变成低电平（0V）。所以检测按键就是判断IO口是不是等于0。

2.2 第一个任务：按下亮，松开灭

照着视频敲的第一版代码：

void main() {
    P40 = 0;  // 打开LED总开关（这个坑后面讲）
  
    while(1) {
        if (P32 == 0) {   // 按键按下
            P00 = 0;      // LED亮
        } else {
            P00 = 1;      // LED灭
        }
    }
}

2.3 第二个任务：按下灭，松开亮

这个简单，把 if-else里的内容互换就行。

// 方式一：直接取反
P00 = !P00;  // 原来是0变1，是1变0

// 方式二：条件判断
if (P32 == 0) {
    P00 = 1;   // 按下灭
} else {
    P00 = 0;   // 松开亮
}

两种方式效果一样，但方式一更简洁。

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4、按键消抖：

4.1 现象：按一下灯闪个不停

写到第三个任务"按一下切换状态"时，问题出现了。我的代码：

U8 state = 0;

void main() {
    while(1) {
        if (P32 == 0) {
            state = !state;  // 状态取反
            P00 = state;
        }
    }
}

结果按一下按钮，灯疯狂闪烁，用串口打印发现 state在0和1之间乱跳。这就是按键抖动！

4.2 消抖方案：延时+二次确认

正确的消抖流程应该是：

1. 检测到按键按下（低电平）
2. 延时20ms（跳过抖动期）
3. 再次检测，如果还是按下，才认为是有效按键
4. 执行操作后，等待按键松开

void main() {
    // 初始化代码...
  
    while(1) {
        if (P32 == 0) {          // 第一次检测
            delay_ms(20);        // 消抖延时
            if (P32 == 0) {      // 第二次确认
                state = !state;
                P00 = state;
            
                while(P32 == 0); // 等待松开（这个最关键！）
            }
        }
    }
}

4.3 延时函数怎么来？

步骤：

1. 打开AICube-ISP → 工具 → 软件延时计算器
2. 系统主频：24MHz（必须和工程一致）
3. 延时时间：20毫秒
4. 指令集：AR32（32位选这个，8位选AR8）
5. 点击生成C代码

生成的函数长这样：

void delay_ms(unsigned int ms) {
    // 一堆汇编指令，反正很准
}

重要提醒：使用前必须在 main()开头加三行配置：

WTST = 0;    // 设置指令延时参数最小
EAXFR = 1;   // 扩展XFR访问使能
CKCON = 0;   // 提高XRAM访问速度

这三行在官方例程里都有，直接复制就行。

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4、三个任务完整代码

任务1：按下亮，松开灭

#include "AI8051U.H"

void main() {
    // 初始化三件套
    WTST = 0;
    EAXFR = 1;
    CKCON = 0;
  
    P40 = 0;  // 打开LED开关
  
    while(1) {
        if (P32 == 0) {   // 按下
            P00 = 0;      // 亮
        } else {          // 松开
            P00 = 1;      // 灭
        }
    }
}

任务2：按下灭，松开亮

// 只改if-else内部
if (P32 == 0) {
    P00 = 1;  // 按下灭
} else {
    P00 = 0;  // 松开亮
}

任务3：按一下切换（带消抖）

#include "AI8051U.H"
#include "intrins.h"  // 包含nop

#define U8 unsigned char

U8 state = 0;

// 延时函数声明
void delay_ms(unsigned int ms);

void main() {
    // 初始化三件套
    WTST = 0;
    EAXFR = 1;
    CKCON = 0;
  
    P40 = 0;  // 打开LED开关
  
    while(1) {
        if (P32 == 0) {          // 检测按下
            delay_ms(20);        // 消抖
            if (P32 == 0) {      // 确认按下
                state = !state;  // 状态翻转
                P00 = state;     // 更新LED
          
                // 等待松开（防止连击）
                while(P32 == 0);
            }
        }
    }
}

// 生成的延时函数
void delay_ms(unsigned int ms) {
    // 自动生成的代码，别手打
}