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)結構簡單、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、家用電器等許多領域得到了廣泛的應用，并對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。同時，單片機的學習、開發(fā)和應用，也造就了一大批計算機應用與智能化控制的人才。目前，單片機技術已經(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。在工科院校，單片機原理與應用已成為非常重要的專業(yè)基礎課，單片機的應用能力成為當代工科大學生一種不可或缺的技能。單片機原理與應用課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，如何使學生在有限的時間內(nèi)（課程教學一般為32～56學時）較好地掌握單片機的基本原理和應用技術，對單片機應用系統(tǒng)進行初步的設計和開發(fā)是一個非常重要的教學研究課題。傳統(tǒng)的單片機原理與應用課程教學模式中的教學順序一般為單片機的指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、C語言程序設計、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。在這種教學模式中，實驗往往放在教學課程的中期，甚至是教學課程結束后。由于課程開始的時候，大多數(shù)學生學習目標不明確，有的甚至不知道單片機是用來做什么的，再加上學習內(nèi)容枯燥乏味，所以學習興趣不大，學習積極性不高，導致幾周教學過后，學生的學習興趣全無。這時即便是開始實驗，許多學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用系統(tǒng)設計開發(fā)在過程上有很大的差異，致使學生完全沒有掌握單片機的硬件系統(tǒng)設計，不熟悉軟件的編程、匯編及寫入單片機的整個過程，當遇到實際的開發(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)不能滿足當前的教學需要。近幾年來，為了提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)更多的高級應用型人才，課題組以單片機原理與應用課程為核心開展了以設計為主線、面向?qū)W生實踐能力培養(yǎng)的課程教學改革探索與實踐，建設了精品資源共享課《單片機原理與應用》，參與了教育部以設計為主線、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、課堂教學的內(nèi)容和方式方法、實驗教學的內(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、課程教學質(zhì)量保障體系等一系列涉及教與學的各個方面，進行了大膽的探索與實踐，并取得了較好的成效。學生的設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)的課程學習和順利走上工作崗位奠定了堅實的基礎。目前高等院校單片機原理與應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，對于沒有單片機應用系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的初學者很難快速理解、消化和吸收，以至于最后許多學生對單片機原理和應用技術只是概略的了解，根本不能夠進行單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)。與此相反，許多應用于企業(yè)員工培訓、以設計為主的培訓教材，往往是針對具有一定單片機應用系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的人員所編著的，主要強調(diào)單片機應用系統(tǒng)的設計方法和技巧，對單片機的原理和應用技術很少提及。初學者只能是被動地掌握單片機應用系統(tǒng)的設計方法，對單片機原理和應用技術不能夠系統(tǒng)地掌握，在單片機應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)過程中，不能與單片機原理和應用技術較好地聯(lián)系起來，因此影響了單片機應用系統(tǒng)綜合開發(fā)能力的后期培養(yǎng)。為使單片機原理與應用系統(tǒng)設計的初學者，能夠快速提高對單片機應用系統(tǒng)設計與開發(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用技術，順利進行單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)，為后續(xù)的學習和工作奠定堅實的基礎，特編著此書。本書的主要特點如下。（1） 為學生提供一種強調(diào)工程基礎，建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構思設計實現(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，讓初學者快速掌握單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)工具，提高初學者對單片機應用系統(tǒng)設計與開發(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用技術進行簡要論述的基礎上，均以較完整的單片機應用系統(tǒng)設計為實例，把單片機理論和應用技術與單片機應用系統(tǒng)設計實踐有機地結合起來，進一步對單片機原理和應用技術進行深入的論述，使學生在系統(tǒng)地掌握單片機原理和應用技術理論的同時，完整地掌握構思設計實現(xiàn)運行全過程的工程設計，切實提高學生的單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)能力。（2） 以完整的單片機應用系統(tǒng)設計為主，為初學者提供一種得心應手的學習工具。在本書中，單片機應用系統(tǒng)設計實例均包含系統(tǒng)設計要求、系統(tǒng)設計分析、系統(tǒng)原理圖設計、系統(tǒng)程序流程圖設計、系統(tǒng)匯編語言源程序設計或C語言源程序設計、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，使初學者在沒有教師指導的情況下，按照系統(tǒng)設計實例的操作步驟，也能夠很好地進行單片機應用系統(tǒng)的設計，切實提高學習興趣、學習積極性和學習成效。（3） 以單片機原理的學習和應用系統(tǒng)設計為主，以編程語言的學習為輔。本書按照工程設計的思想，在每一個具體的單片機應用系統(tǒng)設計的過程中，讓學生根據(jù)系統(tǒng)設計的需要，進行單片機原理的學習和應用系統(tǒng)設計，在系統(tǒng)設計過程中，較好地掌握編程語言的使用和程序設計的方法，切實培養(yǎng)工程設計能力。（4） 在單片機原理的學習和應用系統(tǒng)設計的過程中，以匯編語言程序設計為主，同時兼顧C語言程序設計，使學生在快速掌握單片機的原理和應用技術的同時，把匯編語言程序設計與C語言程序設計有效地結合起來，較好地進行單片機應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)。（5） 課外作業(yè)以設計性作業(yè)為主。在課程教學實例的基礎上，合理地設計一系列綜合性的課外設計作業(yè)，進一步提高學生單片機應用系統(tǒng)的設計能力，激發(fā)其興趣，培養(yǎng)其愛好，提高其自信心和成就感，讓學生在反反復復的設計過程中較好地掌握單片機應用系統(tǒng)的設計思路和方法。（6） 以仿真設計為主，以實物設計為輔，使初學者在快速掌握單片機原理及應用系統(tǒng)設計的基礎上，通過大量的單片機應用系統(tǒng)的仿真設計，積累一定的單片機應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)經(jīng)驗，同時能夠基本掌握單片機應用系統(tǒng)實物設計的方法，通過后續(xù)的以單片機應用系統(tǒng)實物設計為主的綜合設計訓練后，可以較好地進行單片機應用系統(tǒng)實物的設計。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系，單片機的結構與組成，單片機的分類和指標，常用單片機系列及其特點，單片機應用系統(tǒng)和應用領域等。第2章，單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)環(huán)境。簡要論述單片機應用系統(tǒng)設計與開發(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構及其功能。主要內(nèi)容包括51系列單片機的內(nèi)部結構，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構與工作原理等。第4章，51系列單片機匯編語言及其應用程序設計。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構及匯編語言程序設計。第5章，51系列單片機基本內(nèi)部資源及其應用系統(tǒng)設計。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用系統(tǒng)設計。第6章，51系列單片機常用接口及其應用系統(tǒng)設計。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用系統(tǒng)設計。第7章，51系列單片機測控技術及其應用系統(tǒng)設計。主要內(nèi)容包括智能傳感器探（檢）測原理及其應用系統(tǒng)設計，直流電動機和步進電動機的控制原理及其應用系統(tǒng)設計，RS��485多機遠程通信原理及其應用系統(tǒng)設計。第8章，51系列單片機應用系統(tǒng)實物設計。主要內(nèi)容包括單片機應用系統(tǒng)的一般硬件構成，單片機應用系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容和設計過程，并以紅外探測系統(tǒng)和超聲波測距系統(tǒng)作為設計實例，講述單片機應用系統(tǒng)實物設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，得到了編者所在學校各級領導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生的實際產(chǎn)品設計開發(fā)能力，本課題組推出了單片機原理與應用系統(tǒng)設計實例實物開發(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)多屆學生先后提出了許多有利于初學者學習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