單片機是最小的計算機，它具有結構簡潔、應用方便的優點，是嵌入式系統中普遍使用的核心器件。單片機課程是自動化、機電工程、儀器儀表、電子工程、信息工程、通信工程、光電工程和計算機應用等許多專業學生的必修課程。我們在長期從事單片機應用系統開發工作的基礎上，結合多年的單片機課程教學實踐，編寫了本教材，2004年以來作為內部講義在本科教學中試用，取得了良好效果。這次在對講義進行修訂的基礎上，作為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材公開出版，希望得到同行的認可和批評指正。

本教材以最普及的MCS-51單片機為基本內容，同時還介紹PIC系列和ARM系列單片機。單片機品種繁多，其中MCS-51單片機硬件結構清晰，匯編指令可讀性強，是目前應用最廣泛的單片機，常用作初學的首選，因此本教材以之為基礎，介紹單片機的基本概念、內部結構、指令系統、主要資源及開發方法。PIC單片機是采用精簡指令集計算機（RISC）技術的單片機的代表，具有指令效率高、抗干擾強、簡單實用等優點，是應用十分廣泛的另一種8位單片機。而ARM系列單片機則是一種更高級的精簡指令集單片機（Advanced RISC Machines）的代表，具有速度快、功耗低、功能強、價格低廉等顯著特點，是目前應用極廣的32位嵌入式微控制器，在單片機市場上，實際上它已扮演著類似于8位單片機市場上MCS-51的角色。通過這幾種單片機的學習，可以讓讀者了解單片機的全貌。

本教材共分10章。第1章介紹單片機的基本知識以及單片機應用系統的軟件開發過程，第2章介紹MCS-51單片機的系統結構，第3章介紹MCS-51單片機的指令系統及編程技術，第4章主要介紹MCS-51單片機的定時器、異步串口和中斷系統的工作方式及其配置與控制方法，第5章介紹MCS-51單片機的并行擴展技術，第6章介紹MCS-51單片機的串行擴展技術，第7章介紹PIC系列單片機的基本原理與應用，第8章介紹ARM系列單片機的基本原理與應用，第9章給出三個具有工程應用背景的單片機應用系統的詳細設計實例，第10章給出單片機應用系統設計選題10例，作為單片機應用系統開發的練習實踐和設計參考。

本教材的特點可歸納如下：

（1）用6章的篇幅重點介紹MCS-51單片機，其資源、開發方法、擴展方法及應用都介紹得非常詳細，分別用一章的篇幅介紹PIC單片機和ARM單片機，以拓展知識面。重點突出，內容豐富。

（2）在講解單片機原理和資源的同時，還介紹了單片機應用程序的開發方法。介紹了WAVE6000、Keil uVision、MPLAB、IAR EWARM和Qt/Embedded等多種集成開發環境，介紹了單片機的匯編語言和C語言程序的開發，以做到學習和實踐的緊密結合。

（3）結合工程實踐，給出了三個具有代表意義的單片機應用系統的開發全過程。在實際系統中，單片機往往只是一小部分，單片機要在其他的背景知識和平臺中發生作用。通過這三個實例，可以引導讀者在學習中既要注重電路設計和程序設計，還要重視系統設計。

（4）面向單片機在信號檢測、通信、自動控制等領域的應用，給出了大量的實用系統設計選題，可作為單片機應用系統開發的練習實踐和設計參考的課題。

本教材是在整理多年教學講義的基礎上，參考有關公司的技術手冊和近年來出版的同類教材著作而寫成的，第1、2、3、4、7、10章由李云鋼編寫，第5、6章由龍志強編寫，第8章由鄒逢興編寫，第9章由李云鋼和鄒逢興共同編寫。鄒逢興對全書進行了統稿、修改和最后審查。程虎、張曉、張鼎、陳慧星、柯朝雄、楊祚唐、閆宇壯、張穎、吳志添、王強、王成春等同志在編寫過程中付出了大量辛勤勞動，在此深表謝意。

在我們開展單片機教學和本書編寫過程中，北京勝創特電子科技有限公司作為PHILIPS公司在中國的代理商，為我們提供了有關PHILIPS公司單片機產品特別是ARM芯片產品的資料；IAR System 公司為我們提供了多套他們的J-Link ARM 仿真器及參考資料。對于這兩個公司的支持和幫助，在此我們也表示衷心感謝。

由于時間倉促及作者水平有限，書中錯誤和疏漏之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

編者

2007年10月

總序
前言
第1章 單片機及其應用系統設計概述 1
1.1 單片機基本知識 2
1.1.1 單片機概述 2
1.1.2 單片機應用系統概述 2
1.1.3 單片機的分類 3
1.1.4 單片機系統設計的常用術語 4
1.2 單片機應用系統開發入門 6
1.2.1 單片機應用系統的開發方法概述 6
1.2.2 單片機的集成開發環境 7
1.2.3 仿真與仿真器 8
1.2.4 單片機應用程序開發快速入門 11
思考題與習題 18
第2章 MCS-51單片機系統結構 19
2.1 MCS-51系列單片機概述 20
2.2 MCS-51單片機的總體結構 20
2.3 MCS-51單片機的中央處理器 22
2.3.1 概述 22
2.3.2 時鐘電路 23
2.3.3 復位電路 24
2.3.4 MCS-51單片機的指令長度與指令周期 26
2.4 MCS-51單片機的存儲器組織 27
2.4.1 程序存儲器 28
2.4.2 片內RAM數據存儲器 29
2.4.3 特殊功能寄存器 31
2.4.4 擴展存儲器 33
2.5 MCS-51單片機的端口結構與功能 33
2.5.1 P1口的結構與功能 35
2.5.2 P3口的結構與功能 35
2.5.3 P2口的結構與功能 35
2.5.4 P0口的結構與功能 36
2.5.5 端口實驗舉例 36
思考題與習題 38
第3章 MCS-51單片機指令系統及編程技術 39
3.1 MCS-51匯編指令概述 40
3.1.1 匯編指令格式及常用符號說明 40
3.1.2 尋址方式 41
3.1.3 指令類型 42
3.2 數據傳送指令 42
3.2.1 內部數據傳送指令 42
3.2.2 外部數據傳送指令 44
3.2.3 查表指令 44
3.3 算術運算指令 45
3.3.1 加法指令 45
3.3.2 減法指令 47
3.3.3 乘法指令 47
3.3.4 除法指令 48
3.4 邏輯運算指令 48
3.4.1 累加器A的邏輯運算指令 48
3.4.2 兩個操作數的邏輯運算指令 49
3.5 位操作指令 50
3.5.1 位變量傳送指令 50
3.5.2 位變量修改指令 50
3.5.3 位變量邏輯操作指令 50
3.6 控制轉移指令 51
3.6.1 無條件轉移指令 51
3.6.2 條件轉移指令 52
3.6.3 調用和返回指令 53
3.7 匯編程序設計舉例 53
3.7.1 查表程序舉例 53
3.7.2 子程序及調用舉例 53
3.7.3 控制轉移程序舉例 54
3.7.4 算術運算程序舉例 55
3.7.5 邏輯運算程序舉例 56
3.8 單片機C語言程序開發及設計舉例 56
3.8.1 單片機C語言程序設計概述 56
3.8.2 基于WAVE6000開發單片機的C語言程序 56
3.8.3 基于Keil uVision開發單片機C語言程序 57
3.8.4 MCS-51單片機的C語言編程舉例 65
思考題與習題 70
第4章 MCS-51單片機的定時器、串口和中斷系統 73
4.1 MCS-51單片機的定時器 74
4.1.1 定時器T0和T1 74
4.1.2 定時器T2 77
4.2 MCS-51單片機的串口 81
4.2.1 串口的一般概念 81
4.2.2 MCS-51單片機串口的結構 82
4.2.3 MCS-51單片機串口的工作方式 83
4.2.4 多機通信原理 84
4.2.5 MCS-51單片機串口的波特率 85
4.2.6 MCS-51單片機串口應用編程實例 86
4.3 MCS-51單片機的中斷系統 87
4.3.1 MCS-51單片機的中斷源 88
4.3.2 MCS-51單片機的中斷控制 88
4.3.3 MCS-51單片機的中斷響應過程 89
4.3.4 MCS-51單片機的中斷編程舉例 90
思考題與習題 93
第5章 MCS-51單片機系統的并行擴展技術 95
5.1 單片機并行擴展概述 96
5.1.1 單片機的外部擴展總線 96
5.1.2 系統擴展常用芯片 97
5.1.3 系統擴展的尋址方法 100
5.2 外部存儲器的擴展 101
5.2.1 程序存儲器擴展 101
5.2.2 數據存儲器擴展 103
5.3 并行I/O接口的擴展 104
5.3.1 簡單的I/O擴展 105
5.3.2 可編程I/O接口電路的擴展 106
5.4 鍵盤與顯示器的接口技術 111
5.4.1 鍵盤接口技術 111
5.4.2 顯示器接口技術 114
5.4.3 典型鍵盤/顯示器接口實例 118
5.4.4 可編程鍵盤/顯示器接口8279 118
5.5 并行A/D和D/A轉換器接口 127
5.5.1 8位A/D轉換器及其與單片機的接口 127
5.5.2 12位A/D轉換器及其與單片機的接口 131
5.5.3 8位D/A轉換器及其與單片機的接口 133
5.5.4 12位D/A轉換器及其與單片機的接口 136
思考題與習題 138
第6章 單片機系統串行擴展技術 139
6.1 單片機串行擴展概述 140
6.2 I2C總線 140
6.2.1 I2C總線的基本原理 140
6.2.2 I2C總線數據傳輸格式 141
6.2.3 AT24系列串行E2PROM 143
6.3 SPI串行外設接口 146
6.3.1 SPI的基本原理 146
6.3.2 SPI數據傳輸格式 147
6.4 單總線（1-Wire Bus） 148
6.4.1 單總線的基本原理 148
6.4.2 單總線的數據傳輸格式 149
6.5 串行A/D和D/A轉換接口 151
6.5.1 8位串行A/D轉換器TLC0834 151
6.5.2 12位串行A/D轉換器MAX1247 153
6.5.3 8位串行D/A轉換器TLC5620C 156
6.5.4 12位串行D/A轉換器MAX531 158
思考題與習題 160
第7章 PIC系列單片機原理與應用 161
7.1 PIC系列單片機簡介 162
7.1.1 PIC系列單片機的主要特點 162
7.1.2 PIC系列單片機選型指南 162
7.2 PIC16C54單片機的硬件結構 166
7.2.1 PIC16C54單片機的主要資源及引腳功能 166
7.2.2 中央處理器 168
7.2.3 存儲器結構 171
7.2.4 特殊功能寄存器 172
7.2.5 系統配置字 175
7.2.6 看門狗 175
7.3 PIC16C5X系列單片機的指令系統 175
7.3.1 指令格式 176
7.3.2 尋址方式 177
7.3.3 PIC16C5X的指令集 177
7.3.4 PIC16C5X指令詳解 179
7.4 PIC單片機的開發環境 190
7.4.1 MPLAB簡介 190
7.4.2 MPLAB IDE快速入門 191
7.5 PIC16C73單片機簡介 200
7.5.1 PIC16C73單片機的內部結構和引腳功能 200
7.5.2 定時器 204
7.5.3 CCP模塊 206
7.5.4 A/D轉換器 207
7.5.5 中斷系統 209
思考題與習題 211
第8章 ARM系列單片機原理與應用 213
8.1 ARM系列單片機概述 214
8.1.1 ARM核的結構特性 214
8.1.2 ARM7系列處理器核簡介 215
8.1.3 常用ARM系列單片機選型指南 215
8.2 ARM處理器的編程模型 217
8.2.1 ARM的工作狀態與運行模式 217
8.2.2 ARM的數據類型與存儲器格式 217
8.2.3 內部寄存器組織 218
8.2.4 異常中斷及響應機理 221
8.3 ARM系列單片機的硬件結構 222
8.3.1 LPC2212/2214單片機簡介 222
8.3.2 S3C44BOX單片機簡介 237
8.4 ARM系列單片機指令系統及編程 238
8.4.1 ARM的指令尋址方式 239
8.4.2 ARM指令集 241
8.4.3 Thumb指令集及其與ARM指令集的區別 255
8.4.4 ARM的編程 256
8.5 ARM系列單片機集成開發環境 259
8.5.1 IAR EWARM簡介 259
8.5.2 Qt/Embedded簡介 272
思考題與習題 276
第9章 單片機應用系統設計實例 279
9.1 基于AT89C52控制的磁懸浮球演示系統 280
9.1.1 磁懸浮球演示系統的組成與工作原理 280
9.1.2 磁懸浮球演示系統的硬件電路設計 282
9.1.3 磁懸浮球演示系統的軟件程序設計 284
9.2 基于PIC16C54的光柵式定位系統 296
9.2.1 光柵式定位系統的組成及工作原理 296
9.2.2 光柵式定位系統的硬件電路設計 297
9.2.3 光柵式定位系統的軟件程序設計 298
9.3 基于LPC2212的三關節機器人控制系統 306
9.3.1 三關節機器人控制系統的結構與功能 306
9.3.2 三關節機器人控制系統的硬件電路設計 307
9.3.3 三關節機器人控制系統的軟件設計 315
第10章 單片機應用系統設計選題 329
10.1 基于單片機的溫度檢測系統設計 330
10.2 基于單片機控制的智能充電器設計 331
10.3 基于單片機的紅外通信系統設計 333
10.4 基于MCS-51單片機的主從式多機通信系統設計 335
10.5 CAN總線站點設計與通信實驗 337
10.6 利用單片機和GSM模塊實現短消息通信 338
10.7 基于單片機的安全計算機結構設計與實驗 340
10.8 基于單片機的步進電機控制系統設計 341
10.9 基于單片機的無刷直流電機調速器設計 342
10.10 簡易MP3播放器設計 345

1. 單片機原理及應用技術（C語言版） [周國運 魯慶賓 趙天翔 編著]
2. 單片機原理及應用項目化教程（C語言版） [主編 謝四連　王善偉　李石林]
3. 單片機原理及應用設計（第二版） [主編 胡輝 ]
4. 單片機原理及典型應用接口技術 [劉甫 陳健美 編著]
5. 單片機原理及應用教程（C語言版） [主編 周國運]
6. 單片機原理及應用 [主 編 李英順]
7. 單片機原理及應用（C語言版） [周國運 主編]
8. 單片機原理及應用設計 [胡輝 主編]
9. 單片機原理與應用 [金龍國 主編]
10. 單片機原理與應用技術 [秦實宏 周龍 肖忠 等編著]
11. 單片機原理及基于單片機的嵌入式系統設計 [蔡方凱 主編]
12. 單片機原理與應用 [胡輝 主編]
13. 計算機硬件技術實驗教程 [張志勇 戴金波 主編]