前言

自1972年Intel公司推出第一款微处理器以来，计算机技术遵循着摩尔定律，以每18个月为一个周期微处理器性能提高一倍、价格降低一半的速度快步向前发展。以微处理器为核心的微型计算机在最近20年中发生了巨大的变化，经历了从8088/8086到286、386、486、586、PⅡ、PⅢ等系列众多CPU的飞跃。计算机对整个社会进步的影响有目共睹，其应用面的迅速拓宽，对个人与社会多方面的渗透表明，计算机技术已不再是深踞于高层次科技领域里的宠儿，它已经深入到社会活动的一切领域之中，闯进了平常百姓的生活里，使人们跨入信息时代、数字时代。

随着电子技术的发展和近代超大规模集成电路的出现，通过对计算机的功能部件进行剪裁及优化，将CPU、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、并行I/O口（PIO）、串行I/O口（SIO）、定时/计数器（CTC）及中断控制器（ICU）等基本部件集成在一块芯片中，制成了单芯片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机，又称为微控制器（Micro Controller Unit，MCU）。由于它能嵌入到某个电路或电子产品设备中，也称为嵌入式控制器（Embedded Controller）。要把前面提到的众多功能集合在一起，在过去需要具备专门的知识，采用很多电路组建成一个电子系统来实现。而今却简化成只需选择一片合适的单片机，并对其已有的功能、指标、参数及引脚进行合理的使用即可完成。单片机与可编程逻辑器件相结合，构成了新一代电子工程应用技术。

20世纪90年代，单片机在我国迅速普及。在电子技术日新月异的今天，在人们的生活里，到处都可以看到单片机的具体应用。单片机可以嵌入到各种电子产品之中，成为机电产品的核心部件，控制着各种产品的工作。随着大规模集成电路的发展，单片机已从过去的单一品种，发展成为多品种、多系列机型，内部结构从过去的基本部件发展到集成有A/D、D/A、监控定时器（WDT）、通信控制器（CCU）、脉宽调制器（PWM）、浮点运算器（FPU）、模糊控制器（FCU）、数字信号处理器（DSP），以及具有I2C、SPI、ISP等众多特殊功能部件，成为功能越来越强的增强型、高档型单片机。由于单片机具有功能强、体积小、功耗低、成本低、裸机编程、软件代码少、工作可靠、自动化程度高、实时响应速度快、使用方便等特点，因此被广泛应用于工业制造、过程控制、数据采集、通信、智能化仪器仪表、汽车、船舶、航空航天、军工及消费类电子产品中。

由单片机作为主控制器的全自动洗衣机、高档电风扇、电子厨具、变频空调、遥控彩电、摄像机、VCD/DVD机、组合音响、电子琴等产品早已进入了人们的生活。从家用消费类电器到复印机、打印机、扫描仪、传真机等办公自动化产品；从智能仪表、工业测控装置到CT、MRI、γ刀等医疗设备；从数码相机、摄录一体机到航天技术、导航设备、现代军事装备；从形形色色的电子货币（如电话卡、水电气卡）到身份识别卡、门禁控制卡、档案管理卡以及相关读/写卡终端机等，都有单片机在其中扮演重要角色。因此有人说单片机“无处不在，无所不能”。

现今，炙手可热的“三网”（即电信网、有线电视网、国际互联网）融合产品、物联科技已开始兴起；在汽车中普遍都需要有30多个单片机被用于其中的空调、音响、仪表盘、自动窗、遥控门、自控前后盖、空气质量监测、反射镜角度调整、自动灭火、防盗报警等的控制，协调控制着发动机、传动器、制动器、安全气囊、车载全球定位系统（GPS）等有条不紊地工作；此外，还有工业自动化控制和军事科技等。这些领域的应用开发都还存在很多技术问题尚要解决，这正是电子技术人员可以大展拳脚的领域。

从学习的角度，单片机作为一个完整的数字处理系统，具备了构成计算机的主要单元部件，在这个意义上称为单片微机并不过分。通过学习和应用单片机进入计算机硬件设计之门，可达到事半功倍的效果。

从应用的角度，单片机是一片大规模集成电路，可自成一体，对于其他微处理器所需的大量外部器件的连接都在单片机内部完成，各种信息传递的时序关系变得非常简单，易于理解和接受。用单片机实现某个特定的控制功能十分方便。

从设计思想的角度，单片机的应用意味着“从以硬件电路设计为主的传统设计方法向以软件设计为主、对单片机内部资源及外部引脚功能加以利用的设计方法的转变”，从而使硬件成本大大降低，设计工作灵活多样。往往只需改动部分程序，就可以增加产品功能，提高产品性能。

单片机技术的功效神奇，有时也给人一种神秘莫测、难于驾驭之感。究其原因，很多初学者不太重视实践，缺乏行之有效的经验总结，缺乏将分散的实践经验上升到知识的理解层面。其实，如果从应用的角度来看，单片机既不神秘，也不难驾驭。单片机课程是一门实践性、综合性、应用性很强的课程，初学者应树立在学中“做”，在做中“学”的思想。先学习单片机硬件结构、存储结构、指令系统及中断系统，然后不断地进行编程练习，通过实验提升技能，加深理解，结合单片机最小系统板或开发板等实物进行硬件编程控制，提高动手能力。如此循序渐进、举一反三，才会有“登堂入室”之感，才能逐步将单片机应用于各种场合中以解决实际问题。

总之，单片机不同于通用微型计算机，它能够灵活嵌入到各类电子产品中，使电子产品具备智能化和“傻瓜”化操作，已经成为电子自动化技术的核心基础。因此，学习单片机非常有必要。

由于目前的单片机教材大多是沿用20世纪80年代的内容，使用的芯片（如8031）过于陈旧，很多学生学完单片机课程后，到工作单位从事实际的单片机系统设计时总感觉学无所用，而且脱离实际。现在，单片机的应用已真正步入“单片”时代。单片机内部集成的功能部件越来越多，功能越来越强，对单片机应用系统的设计已很少采用外部的并行总线扩展RAM和ROM，而是采用选择包含不同存储容量的单片机。即使是需要扩展外部RAM存储器，也往往会选用串行I2C、SPI总线扩展技术。对I/O口的扩展也不再使用8255或8155这样的芯片，而是选择具有不同引脚封装的单片机。当需要的I/O口少时，可以选择封装引脚少的单片机（最少的只有8个引脚，含6个I/O口引脚）；若需要的I/O口较多时，可以选择引脚封装多的单片机（最多的有上百个引脚）。很多单片机内部都集成有8位或10位的中低精度的A/D、D/A转换器。因此，在精度要求不高的场合，完全可以选用片内带有A/D、D/A转换器的单片机。只有在要求高精度（12位以上）、高速采样的场合，才需要选用扩展外部串行或并行接口的A/D、D/A转换器，这样可以大大降低成本，减小产品体积。基于上述原因，本书在编写过程中，对原有的单片机教材做了较大的改良，尽量将那些在实际应用中很少见的，或已经淘汰的芯片不写入教材，而将实际应用中比较流行的技术吸收进来，形成具有特色的教材，力求做到与市场接轨，与现实同步。为了帮助读者更快地进入单片机应用领域，本书附有实验和课程设计实例。

全书共15章。第1章是单片机概述，介绍单片机的发展历程、应用领域和各种常用的低功耗单片机、增强型单片机的性能特点，介绍STC系列单片机的选型；第2章介绍8051单片机的体系结构、内部主要部件的功能，以及存储器结构与编址范围；第3章介绍8051单片机指令系统和指令的使用方法；第4章介绍8051单片机程序结构和设计方法；第5～7章介绍8051单片机中断系统结构、中断控制、编程和串行口使用方法；第8章以STC15Fxx系列单片机为例，介绍增强型单片机新增功能部件的使用方法；第9章介绍单片机系统的扩展，重点介绍串行总线扩展技术，精简了并行总线扩展内容；第10章介绍单片机与键盘、数码显示、液晶显示、打印机的接口形式和编程方法；第11章介绍A/D、D/A转换器性能指标、芯片选型，着重介绍了串行A/D、D/A转换器的接口使用方法；第12章介绍C51在单片机中的编程方法，以及混合编程的具体运用；第13章介绍如何根据需求进行系统设计，并设计了一个单片机开发板；第14～15章以单片机应用实验为主，介绍了使用Proteus进行单片机仿真，精选了9个单片机编程实验项目，这些实验项目可在第13章设计的开发板的基础上完成。

本书可作为高等院校相关专业单片机课程的教材，也可供电子技术、计算机应用方面的工程技术人员阅读、参考。本书涉及的内容较多，参考教学学时为60～80学时，授课教师可参照下表并使用本书配套资源完成教学任务。

由于各学校教学计划和生源素质有所不同，授课教师可以根据具体情况适当调整教学内容、学时分配。为配合教学，各章配有练习与思考题。

本书配有PPT、程序源代码、课程设计指导书（带温度计的电子钟设计、可控波形发生器设计、LED点阵显示设计、可控流动灯设计等4个设计实例）等教学资源，可登录电子工业出版社华信教育资源网（www.hxedu.com.cn），免费注册、下载。

本书也可为任课教师提供单片机实验开发板（第13章设计的开发板），相关事宜可与本书编著者联系（Email：you2006cn@sina.com）。

全书主要由朱兆优负责编写，陈坚参与了第5～7章的编写，邓文娟参与了第4章的编写，王海涛参与了第12章的编写。参加本书编写工作的还有赵永科、胡文龙，洪俊雄、洪恩华、周更新、王娟、范淑娜和涂晓红对书稿的编写、插图、校对和程序调试做了很多工作。朱兆优负责全书的策划、内容安排、文稿编写修改和审定。

本书在编写过程中得到周航慈教授的大力支持，周航慈教授对本书初稿进行了审阅，还得到STC公司创始人、总经理姚永平先生的大力支持和帮助，在此对他们付出的辛勤工作表示衷心感谢！

由于本书涉及的知识点较多，尽管在编写中做了很多努力，但由于时间仓促，难免有不足和疏漏之处，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议，以便进一步改进和提高，使之满足实际教学的需要。

编著者