
Ai8051U测控开发板
简介
基于Ai8051U的测控开发板,具有流水灯,按键,继电器,OLED屏幕,红外接收,温湿度和光敏,模拟量数字量采集,无线测控,SD卡读写,声音采集和放音等硬件功能,更有预留GPIO,供电输出和配套上位机
简介:基于Ai8051U的测控开发板,具有流水灯,按键,继电器,OLED屏幕,红外接收,温湿度和光敏,模拟量数字量采集,无线测控,SD卡读写,声音采集和放音等硬件功能,更有预留GPIO,供电输出和配套上位机开源协议
:GPL 3.0
(未经作者授权,禁止转载)描述
项目简介
本项目是基于Ai8051U芯片的测控开发板,是学习嵌入式单片机测控技术的好工具,包含四个流水灯,四个按键输入,两路继电器输出,0.96寸OLED屏幕,IR红外接收头,DHT011温湿度传感器,光敏电阻,双通道12bitADC模拟量输入,双通道数字量输入,麦克风咪头声音模块,I2S功放声音输出模块,ESP01S无线WIFI传输模块,SD卡读写模块等硬件,更有拓展GPIO输出和5V供电输出,USB直接下载和传输数据功能。
本项目作者还编程开发了配套LABVIEW上位机软件,可以通过CDC功能或WIFI功能实现电脑与本测控开发板的数据通信与监控功能。
项目功能
1.USB直接下载程序至测控开发板;
2.LED流水灯依次显示亮灯,实现点灯快速入门上手;
3.四个按钮和双路继电器实现联动控制继电器开关闭合;
4.OLED屏幕实时显示测控开发板的运行状态;
5.红外接收头接收红外信号并控制继电器开关;
6.DHT011温湿度传感器采集解析并显示在屏幕上;
7.模拟量和数字量各两路采集模拟量和数字电平显示结果;
8.光敏电阻实时分压值采集和实时RTC日期时间显示;
9.ESP01采集测控板数据并通过UDP网络至上位机显示数据和控制继电器开关;
10.通过配置CDC,可实现测控开发板数据通过USB串口传送至上位机显示;
11.咪头MIC声音模块采集声音数据并保存至SD储存卡内,读取SD储存卡内声音文件并通过声音功放模块播放;
12.更多功能可通过预留的GPIO口和供电端口实现...
项目参数
本项目使用到的功能模块如下:
- WIFI无线测控模块使用的是ESP01S,通过TTL接口的TXRX与测控开发板进行测控通信:
- 声音采集模块采用MAX4466声音传感器模块,将麦克风信号前置放大为电压信号:
- 声音音频放大器功放模块采用MAX98357可将I2S信号转为模拟量音频输出:
- MicroSD 模块通过SPI接口将SD卡数据进行读写:
- 红外遥控器,普通的红外发射器,按下相应按钮发送指定的红外信号给红外接收头接收信号。
其余硬件详细信息已在BOM器件清单,可在立创商城直接查看和购买。
原理解析(硬件说明)
整体硬件分区图如下所示:
1.USB下载功能
本块电路按照芯片手册建议的电路所设计,在keil生成HEX文件后,USB连接线一端连接开发板左上角端口,另一端连至电脑USB端口,按住下载按键不放,等待在AIapp-ISP-v6.94上串口识别为(HID1)-USB-Writer后,IRC频率设置为11.0592MHz,点击下载/烧录按钮即可片刻完成烧录至Ai8051U芯片动作。
2.LED流水灯
流水灯采用四个IO口控制LED电平高低,当输出高电平(DO),LED灯灭,当IO口输出低电平灯亮,此外加入延时函数减缓程序执行速度,依次执行高低电平切换,从而实现流水灯效果。
3.四个按键和两个继电器
四个按键通过四个高阻输入的IO口检测电平变化(DI),当按键按下时,对应IO口输入接地从而检测出按键按下;两个继电器通过两个输出IO口控制(DO),IO口输出高电平,通过三极管控制继电器闭合。
4.OLED屏幕
采用0.96寸的OLED单色显示屏,占用芯片两个IO口,通过I2C与测控开发板通信显示当前数据内容以便了解当前测控开发板的状态。接线顺序为VCC GND SCL SDA,注意接线顺序。弄反电源正负可能导致屏幕模块烧毁。
5.红外接收头
红外接收头采用常见的三线(供电和一根信号输出),占用芯片一个IO口,当接收到红外信号,信号输出对应高低电平。通过解析高低电平信号,解析出对应红外信号内容,并将内容显示在OLED屏幕上。这里可以用常见的红外发射遥控器来对准红外接收头发射信号。
6.DHT011温湿度传感器
温湿度传感器采用常见的DHT011型号,单线通信,占用芯片一个IO口,它的价格实惠,适合精度要求和速度要求不高的地方。它解析出的温湿度数据显示在OLED屏幕上。
7.模拟量和数字量各两路采集;
Ai8051U芯片自带12Bit高精度ADC端口,因此模拟量采集占用两个ADC端口,设置为高阻输入和使用下拉电阻端口模式,其中下拉电阻端口模式是为了防止在未接入模拟量测量电路时电压不为零。数字量采集和按键输入IO口一样,监测输入口的电平状态来判定电平高低(DI),可通过接入开关测试效果。
8.光敏电阻和实时RTC日期时间;
光敏电阻占用一个ADC的IO口,通过监测光敏电阻的分压来监测光照强度的变化。RTC时钟采用外置32768Hz晶振,通过配置RTC寄存器来读写实时日期和时间。
9.ESP01S无线测控
WIFI模块采用ESP01S,将测控开发板的温湿度,光敏等数据通过UDP网络传至上位机,首先在ESP01S上提前通过Arduino编程写入连接无线网和数据传输控制逻辑,之后测控板上电通过TTL信号与ESP01s通信实现无线测控功能(占用两路IO口),无线模块所需要的3.3V电压通过AMS1117贴片器件实现。附件已提供LabVIEW上位机实现电脑与测控开发板的测量与控制交互。
10.USB-CDC通讯传输数据和SD卡模块;
Ai8051U可直接模拟USB-CDC串口实现与上位机串口通讯传输数据,SD卡模块通过硬件SPI与测控开发板通信(占用三个IO口)。测控开发板通过Petit FATFs文件系统实现SD读写操作,SD卡文件需要提前建好初始指定文件大小。
11.咪头MIC声音模块,声音功放模块;
咪头麦克风采集模块输出2.5~5V电压信号,可直接使用ADC采集(占用一个ADC采集IO口),之后将采集的声音信号数据保存至SD卡。Ai8051U集成I2S声音输出(占用三个IO口),因此可直接读取SD卡内WAV声音文件并通过I2S输出至声音功放模块来播放声音。
12.GPIO口和供电端口。
本测控板还预留了四个空闲IO口,和七对5V供电端口,后续可拓展更多传感器,执行器,模块等等。
软件代码
下位机KEIL,Arduino和上位机LabVIEW源代码均已全部打包按实现功能附在附件,可由简单到复杂依次下载并烧录至测控开发板的Ai8051U芯片进行测试验证。
软件代码部分参考Ai8051U芯片手册示例代码,其他参考资料也一并打包至对应附件文件内。
注意事项
- 焊接前请先焊接贴片器件,再焊接插件器件;
- 在通电前请先确认器件正负极输入,测量正负电源是否短路;
- 上位机软件为LabVIEW开发,需要LabVIEW版本在2016及以后,且安装NI-VISA模块,才能识别串口;
- 温湿度,模拟量数字量输入数据,光敏数据和RTC数据需要按下红外遥控器按钮发射红外信号触发中断才能跳转至对应数据显示界面在OLED屏幕上查看。
组装流程
首先焊接PCB板正面的贴片元器件,PCB正面图如下:
之后将小插件插入PCB板后,在PCB背面用电烙铁焊接,并用剪线钳减去过长针脚,PCB背面图如下:
实物图
最后,感谢STC免费包邮提供五片PDIP40封装的Ai8051U芯片,感谢嘉立创提供的免费打样券和器件劵,让我能够以很少的费用完成本项目,再次感谢STC和嘉立创。
本项目难免会有不足,欢迎留言评论,一起共同进步!
设计图

BOM


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