前言單片機是單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）的簡稱，自20世紀70年代問世以來，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度快、功耗低、價格低廉等特點，在武器裝備、航空航天、機器人、智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化、家用電器等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。同時，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)和應(yīng)用，也造就了一大批計算機應(yīng)用與智能化控制的人才。目前，單片機技術(shù)已經(jīng)成為從事智能化產(chǎn)品開發(fā)工作的工程人員必備的技術(shù)。在工科院校，單片機原理與應(yīng)用已成為非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，單片機的應(yīng)用能力成為當(dāng)代工科大學(xué)生一種不可或缺的技能。單片機原理與應(yīng)用課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，如何使學(xué)生在有限的時間內(nèi)（課程教學(xué)一般為32～56學(xué)時）較好地掌握單片機的基本原理和應(yīng)用技術(shù)，對單片機應(yīng)用系統(tǒng)進行初步的設(shè)計和開發(fā)是一個非常重要的教學(xué)研究課題。傳統(tǒng)的單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)模式中的教學(xué)順序一般為單片機的指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、C語言程序設(shè)計、I/O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信、I/O擴展、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等。在這種教學(xué)模式中，實驗往往放在教學(xué)課程的中期，甚至是教學(xué)課程結(jié)束后。由于課程開始的時候，大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，有的甚至不知道單片機是用來做什么的，再加上學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味，所以學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致幾周教學(xué)過后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣全無。這時即便是開始實驗，許多學(xué)生也有了厭倦的感覺，有的干脆就放棄了。同時，目前的實驗大多使用單片機實驗箱，這種實驗與實際的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)在過程上有很大的差異，致使學(xué)生完全沒有掌握單片機的硬件系統(tǒng)設(shè)計，不熟悉軟件的編程、匯編及寫入單片機的整個過程，當(dāng)遇到實際的開發(fā)項目時，總是感到無從下手。這種課程教學(xué)模式與高校的現(xiàn)代實用型人才培養(yǎng)模式是完全相悖的，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的教學(xué)需要。近幾年來，為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更多的高級應(yīng)用型人才，課題組以單片機原理與應(yīng)用課程為核心開展了以設(shè)計為主線、面向?qū)W生實踐能力培養(yǎng)的課程教學(xué)改革探索與實踐，建設(shè)了精品資源共享課《單片機原理與應(yīng)用》，參與了教育部以設(shè)計為主線、面向?qū)W生能力培養(yǎng)的人才培養(yǎng)模式課題的實施工作，在課程教材編寫的內(nèi)容和方式方法、課堂教學(xué)的內(nèi)容和方式方法、實驗教學(xué)的內(nèi)容和方式方法、考試考核的內(nèi)容和方式方法、綜合成績評定的內(nèi)容和方式方法、課程教學(xué)質(zhì)量保障體系等一系列涉及教與學(xué)的各個方面，進行了大膽的探索與實踐，并取得了較好的成效。學(xué)生的設(shè)計能力得到了大幅度提高，自信心顯著增強，精神面貌煥然一新，為他們后續(xù)的課程學(xué)習(xí)和順利走上工作崗位奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前高等院校單片機原理與應(yīng)用課程所使用的教材，大多偏重于單片機原理和編程語言的論述，對于沒有單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的初學(xué)者很難快速理解、消化和吸收，以至于最后許多學(xué)生對單片機原理和應(yīng)用技術(shù)只是概略的了解，根本不能夠進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。與此相反，許多應(yīng)用于企業(yè)員工培訓(xùn)、以設(shè)計為主的培訓(xùn)教材，往往是針對具有一定單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的人員所編著的，主要強調(diào)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法和技巧，對單片機的原理和應(yīng)用技術(shù)很少提及。初學(xué)者只能是被動地掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法，對單片機原理和應(yīng)用技術(shù)不能夠系統(tǒng)地掌握，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，不能與單片機原理和應(yīng)用技術(shù)較好地聯(lián)系起來，因此影響了單片機應(yīng)用系統(tǒng)綜合開發(fā)能力的后期培養(yǎng)。為使單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的初學(xué)者，能夠快速提高對單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的興趣和愛好，在較短的時間內(nèi)系統(tǒng)地掌握單片機原理和應(yīng)用技術(shù)，順利進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作奠定堅實的基礎(chǔ)，特編著此書。本書的主要特點如下。（1） 為學(xué)生提供一種強調(diào)工程基礎(chǔ)，建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思設(shè)計實現(xiàn)運行全過程的工程教育。本書首先以用單片機點亮一盞燈為實例，讓初學(xué)者快速掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具，提高初學(xué)者對單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的認知和興趣。在后續(xù)的每一個知識點的介紹過程中，在對單片機原理和應(yīng)用技術(shù)進行簡要論述的基礎(chǔ)上，均以較完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計為實例，把單片機理論和應(yīng)用技術(shù)與單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實踐有機地結(jié)合起來，進一步對單片機原理和應(yīng)用技術(shù)進行深入的論述，使學(xué)生在系統(tǒng)地掌握單片機原理和應(yīng)用技術(shù)理論的同時，完整地掌握構(gòu)思設(shè)計實現(xiàn)運行全過程的工程設(shè)計，切實提高學(xué)生的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)能力。（2） 以完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計為主，為初學(xué)者提供一種得心應(yīng)手的學(xué)習(xí)工具。在本書中，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例均包含系統(tǒng)設(shè)計要求、系統(tǒng)設(shè)計分析、系統(tǒng)原理圖設(shè)計、系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計、系統(tǒng)匯編語言源程序設(shè)計或C語言源程序設(shè)計、在Keil中對程序進行仿真調(diào)試、在Proteus中進行系統(tǒng)仿真調(diào)試，或在Keil和Proteus中進行系統(tǒng)聯(lián)合仿真調(diào)試等，使初學(xué)者在沒有教師指導(dǎo)的情況下，按照系統(tǒng)設(shè)計實例的操作步驟，也能夠很好地進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，切實提高學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)成效。（3） 以單片機原理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計為主，以編程語言的學(xué)習(xí)為輔。本書按照工程設(shè)計的思想，在每一個具體的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的過程中，讓學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要，進行單片機原理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，較好地掌握編程語言的使用和程序設(shè)計的方法，切實培養(yǎng)工程設(shè)計能力。（4） 在單片機原理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的過程中，以匯編語言程序設(shè)計為主，同時兼顧C語言程序設(shè)計，使學(xué)生在快速掌握單片機的原理和應(yīng)用技術(shù)的同時，把匯編語言程序設(shè)計與C語言程序設(shè)計有效地結(jié)合起來，較好地進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。（5） 課外作業(yè)以設(shè)計性作業(yè)為主。在課程教學(xué)實例的基礎(chǔ)上，合理地設(shè)計一系列綜合性的課外設(shè)計作業(yè)，進一步提高學(xué)生單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計能力，激發(fā)其興趣，培養(yǎng)其愛好，提高其自信心和成就感，讓學(xué)生在反反復(fù)復(fù)的設(shè)計過程中較好地掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計思路和方法。（6） 以仿真設(shè)計為主，以實物設(shè)計為輔，使初學(xué)者在快速掌握單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過大量的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的仿真設(shè)計，積累一定的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗，同時能夠基本掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物設(shè)計的方法，通過后續(xù)的以單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物設(shè)計為主的綜合設(shè)計訓(xùn)練后，可以較好地進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物的設(shè)計。本書共分8章，各章主要內(nèi)容如下。第1章，概述。主要論述計算機、微型計算機與單片機相互之間的關(guān)系，單片機的結(jié)構(gòu)與組成，單片機的分類和指標(biāo)，常用單片機系列及其特點，單片機應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用領(lǐng)域等。第2章，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)環(huán)境。簡要論述單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的硬件和軟件環(huán)境等，并以用單片機點亮一盞燈為應(yīng)用實例，重點介紹Proteus和Keil C51開發(fā)平臺的基本使用方法。第3章，51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu)及其功能。主要內(nèi)容包括51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引腳信號和微處理器。重點介紹微處理器中的運算部件、控制部件、振蕩器、CPU時序和存儲器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理等。第4章，51系列單片機匯編語言及其應(yīng)用程序設(shè)計。主要內(nèi)容包括51系列單片機指令系統(tǒng)與尋址方式，51系列單片機匯編語言程序結(jié)構(gòu)及匯編語言程序設(shè)計。第5章，51系列單片機基本內(nèi)部資源及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。主要內(nèi)容包括51系列單片機最基本的并行輸入/輸出端口、定時/計數(shù)器、中斷及串行輸入/輸出的基本原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。第6章，51系列單片機常用接口及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。主要內(nèi)容包括LED數(shù)碼管、LCD液晶顯示器、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器等51系列單片機的主要接口及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。第7章，51系列單片機測控技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。主要內(nèi)容包括智能傳感器探（檢）測原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，直流電動機和步進電動機的控制原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，RS��485多機遠程通信原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。第8章，51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物設(shè)計。主要內(nèi)容包括單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般硬件構(gòu)成，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容和設(shè)計過程，并以紅外探測系統(tǒng)和超聲波測距系統(tǒng)作為設(shè)計實例，講述單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物設(shè)計的具體過程和方法。在本書的編著過程中，除了參考文獻所列出的書籍、文獻和資料外，編者還參閱了其他書籍、文獻和網(wǎng)上資料，在此向所有作者表示衷心的感謝。在本書的編著過程中，得到了編者所在學(xué)校各級領(lǐng)導(dǎo)及教研室各位教師的大力支持和幫助，在此向他們表示衷心的感謝。本書給出了所有實例的電路原理圖及匯編語言源程序或C語言源程序，且所有實例均在Proteus 7.8和Keil Vision4軟件平臺上仿真通過，可直接運行。為了快速高效地提高學(xué)生的實際產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力，本課題組推出了單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例實物開發(fā)平臺，本教材所有實例均可通過該平臺快速設(shè)計出實物。在本書的編著過程中，段代峰、徐雷霆、張敏、顧佳杰、郭振、謝法威、侯良偉、柴建宇、張超群、蘇永超、鄧昭偉、蔣志舉、翁盤江、楊子亮等本專業(yè)多屆學(xué)生先后提出了許多有利于初學(xué)者學(xué)習(xí)和使用的意見和建議，在此也向他們表示衷心的感謝。感謝清華大學(xué)出版社的編輯為本書的編寫提供許多寶貴建議和大力支持。由于編者知識水平和經(jīng)驗的局限性，書中難免存在不足之處，敬請廣大讀者批評指正。Email： dongyangz@163.com。編者2016年10月