作者：杨暾
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
单片机技术及应用：基于Proteus仿真的C语言程序设计试读：
前言
单片机技术的发展日新月异，单片机技术的应用日益广泛地渗透到生产生活的方方面面。人们对单片机技术的向往日益强烈，但是却仍然有不少人对学习单片机技术心存敬畏，裹足不前。这一方面是由于单片机确实是一门技术含量比较高的学问，学习起来有一定的难度；另一方面也是由于传统的学习方式人为地加大了学习单片机技术的困难。实际上，随着单片机技术的发展，单片机学习工具与科学的学习方式也在相应地发生变化。进入科学的学习轨道，单片机技术的学习就可以达到事半功倍的效果。
学习单片机，实践是基础。不断地取得成功与突破，是学习者前进的强劲动力。成功与突破的成就感来自于实践。单片机技术的实践主要体现在三个方面：亲自动手进行程序设计、通过软件仿真验证与改进程序设计，以及在实际电路中实现单片机技术的现实应用。单片机学习工具的发展使得实践条件已经可以得到很好的满足。近年来日趋流行的由英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件Proteus ISIS是单片机电路仿真的得力工具，它最可贵的优越性在于可以很方便地进行单片机电路仿真，突破了以往电路仿真软件难以进行单片机电路仿真的局限，为人们提供了方便地检验单片机程序设计效果的得力工具，使得在单片机学习的硬件条件有限、难以进行电路实验时，仍不妨碍单片机学习的技术实践。
学习方式的科学性在于提高学习者学习的有效性、持续性与成长性。学习者能学会，能乐此不疲，能通过一段有限的学习积累历程达到一定的单片机技术应用水平，并且具备了进一步提高单片机技术应用水平的知识与技能基础，学习者就算是轻松入门了。
授予学习者学习单片机的得力工具，以循序渐进、科学合理的知识与技能学习进程安排，在“做中学”的系列项目任务实践活动中伴随学习者顺利前行，用科学的学习方式轻松引领学习者入门单片机应用技术，正是本书的编写宗旨。
本书共有7个模块，分为16个项目44个项目工作任务，涉及单片机基础知识、单片机开发工具、单片机基本结构、定时/计数器、中断系统、串口通信、基本的接口技术等学习内容，以及相应的C语言程序设计。在最后一个模块中强化了上述知识与相关技能的综合运用实践。采用易于上手的C语言进行程序设计，可以使学习者迅速高效地投入到有效的单片机技术应用实践中去，有效地降低初学者的学习困难。本书的体例打破了传统教材的章节划分学科体系结构，采用了有利于学习者动手实践的项目模块结构。在项目工作任务中，按照“项目工作目标→项目工作知识链接→硬件电路设计→软件程序设计→项目验证实践→项目工作拓展→思考与练习”的项目任务实践环节展开项目工作任务，理实一体，层层深入，不断落实项目学习目标。
本书由杨暾任主编，张伟任副主编。其中杨暾对本书的编写思路与项目设计进行了总体策划，编写了第1、3、4、5、6、7模块，并对本书进行了统稿与定稿。张伟编写了本书的第2模块，并为本书设计了配套实验板。由于编者水平有限，书中难免有不足与疏漏之处，敬请广大读者指正。
为便于读者学习，本书专门配备了自行设计的单片机实验板供学习者选用。单片机实验板设计的与众不同之处在于充分考虑到了硬件设计的需要，在电路布线时尽可能留下硬件设备的接口而不是将硬件与单片机的连接固定，以提高软件设计的灵活性与多样性，使得实验板增添了难得的硬件设计功能。单片机实验板能进行流水灯控制、数码管显示、键盘控制、音乐播放、定时计数控制、中断控制、串口通信、液晶显示、模/数转换、数/模转换、红外控制、温度控制、功率器件控制等常规的单片机实验项目，具有良好的实用性。为方便教师教学与学生自学，本书还配有教学电子资料包可供免费下载。
最后作者竭诚希望本书能为读者学习单片机应用技术提供帮助，愿为读者的学习提供热忱服务，并希望与广大读者多进行沟通与交流。联系电话：13770727672（手机）；E-mail：yangtun68＠163.com。
编 者
2011年8月
第1模块 了解单片机
项目1 了解单片机的基本结构与应用
任务1-1-1 了解单片机的发展知识
任务1-1-2 了解单片机的常用类型
任务1-1-3 了解单片机基本结构与应用
项目2 了解单片机的数学与逻辑工具
任务1-2-1 了解数制基本知识
任务1-2-2 理解数制间的转换方法
任务1-2-3 理解单片机中数的表示方法
任务1-2-4 理解逻辑数据及其基本运算
项目3 了解单片机学习的软/硬件条件
任务1-3-1 了解单片机学习的软件条件
任务1-3-2 了解单片机学习的硬件条件
项目1 了解单片机的基本结构与应用单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Micro Computer，SCM），又称微控制处理器（Micro Controller Unit，MCU）。单片机是一种采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它作为微型计算机的一个重要分支，以其独特的结构和性能，在国民经济各个领域日益发挥着越来越重要的作用，得到越来越广泛的应用。任务1-1-1 了解单片机的发展知识
1971年Intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。
1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年Intel公司的霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。
1976年Intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。
20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量、I/O口功能，还是系统扩展方面都有了很大的提高。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是Intel的8031，因为简单可靠且性能良好获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到广泛应用。20世纪90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着Intel i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑及鼠标等计算机配件中都配有1～2台单片机。而个人计算机中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多台单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。任务1-1-2 了解单片机的常用类型
在单片机领域，随着日益广泛的应用需求不断扩大，涌现出许多不同的产品品牌与产品系列。许多厂家生产的单片机都与Intel公司的MCS-51兼容。不同的单片机内部资源配置不同，随着技术的不断发展其性能也在不断完善，使用时应根据需要加以选择。表1-1-1中所列单片机产品型号是现今应用领域中的几种典型的单片机产品型号。表1-1-1 几种典型的单片机产品型号
1.Intel公司的8051系列单片机
8051单片机最早由Intel公司推出，以8051为内核的系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。
由于8051单片机应用得早，影响很大，已成为事实上的工业标准。世界各大单片机厂商都在8051单片机上投入了大量的资金和人力，围绕51内核，衍生出许多品种，增强51单片机的各种功能。不同厂商的单片机版本虽然各不相同，都在不断地改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数引脚也兼容，在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
2.Atmel单片机
Atmel公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。Atmel公司的单片机是目前世界上一种独具特色而性能卓越的单片机，AT89C51、AT89S51是Atmel公司的典型产品。它不但和8051指令、引脚完全兼容，而且其片内的4KB程序存储器是Flash工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为Atmel公司AT89系列单片机做的编程器均带有这些功能。这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短，写入单片机内的程序还可以进行加密。
AT89S51相对于AT89C51新增加很多功能，如增加ISP在线编程功能；最高工作频率提高至33MHz；具有双工UART串行通道；内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路；采用全新的加密算法，程序的保密性大大加强等，性能有了较大提升。
ISP在线编程功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是一个强大易用的功能。
3.STC单片机
STC单片机是深圳宏晶科技公司的产品。STC单片机完全兼容51单片机，并有其独到之处，其抗干扰性强，加密性强，超低功耗，可以远程升级，内部有MAX810专用复位电路，价格也较便宜，由于这些特点使得STC系列单片机的应用日趋广泛。
STC89系列单片机是深圳宏晶科技公司的典型产品，是MCS-51系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速，低功耗，在系统/在应用可编程（ISP、IAP），不占用户资源。通过IAP功能不需要编程器就可以将程序载入单片机，很方便在实验板上做各种单片机实验。这对初学单片机的人们，尤其对学校单片机的教学带来极大方便，是一种最低成本的单片机学习与开发手段。
为方便使用，本书在软件编程与仿真时，选用的单片机型号为AT89C51，在实验板上选用的单片机型号为STC89C52RC，以利于简化程序的烧录。由于单片机的兼容性，在单片机的基础应用层面上，STC89C52RC全面兼容AT89C51的性能。任务1-1-3 了解单片机基本结构与应用
1.MCS-51单片机的内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品。8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。如图1-1-1所示的是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。图1-1-1 MCS-51系列单片机的内部结构示意图（1）中央处理器。中央处理器（CPU）是整个MCS-51单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码。CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入/输出功能等操作。（2）数据存储器（RAM）。8051内部有128B 8位用户数据存储单元和128B专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128B，可存放读写的数据、运算的中间结果或用户定义的字型表。（3）程序存储器（ROM）。8051共有4KB的8位掩膜ROM，用于存放用户程序、原始数据或表格。（4）定时/计数器。8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。（5）串行输入/输出（I/O）口。8051共有4个8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。（6）全双工串行口。8051内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送。该串行口既可以用做异步通信收发器，也可以当做同步移位器使用。（7）中断系统。8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。（8）时钟电路。8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
2.MCS-51单片机的引脚说明
MCS-51系列单片机采用40Pin封装的双列直插DIP结构，如图1-1-2所示是它们的引脚分布。40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。下面对这些引脚的功能加以简单说明。图1-1-2 MCS-51单片机的引脚分布（1）Pin20：接地脚。（2）Pin40：正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。（3）Pin19：时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。（4）Pin18：时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，如图1-1-3所示。一种是内部时钟振荡方式，但需在18脚和19脚外接石英晶体（2～12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10～30pF。另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。图1-1-3 8051单片机的时钟电路（5）输入/输出（I/O）引脚：
Pin39～Pin32为P0.0～P0.7输入/输出脚；Pin1～Pin8为P1.0～P1.7输入/输出脚，Pin21～Pin28为P2.0～P2.7输入/输出脚，Pin10～Pin17为P3.0～P3.7输入/输出脚。（6）Pin9：RESET复位信号复用脚。当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0～P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其他专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0～R7）的状态，8051的初始状态如表1-1-2所示。
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，如图1-1-4所示。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，V掉电期间，此脚可CC接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。表1-1-2 8051单片机特殊功能寄存器的初始状态图1-1-4 MCS-51单片机的复位电路（7）Pin30：脚。当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器的，ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。（8）Pin29：脚。当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。（9）Pin31：脚，程序存储器的内外部选通脚。8051和8751单片机，内置有4 KB的程序存储器，当为高电平且程序地址小于4 KB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4 KB地址则读取外部指令数据。如为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。在大多数情况下，单片机从内置的程序存储器开始执行程序，应为高电平，通常接电源V。但对于内部CC无程序存储器的8031，端必须接地。
3.单片机的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴，如图1-1-5所示。图1-1-5 单片机的应用（1）在家用电器中的应用。可以这样说，现在的智能家电基本上都是采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材，再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。（2）在工业控制中的应用。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如，工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。（3）在智能仪器仪表上的应用。单片机广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。（4）在计算机网络和通信领域中的应用。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，到日常生活中随处可见的电话机、手机、集群移动通信、无线电对讲机等，都离不开单片机的应用。（5）在医用设备领域中的应用。单片机在医用设备中的用途也相当广泛，如医用呼吸机，各种分析仪、监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等。（6）在各种大型电器中的模块化应用。某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也便于更换。（7）在汽车设备领域中的应用。单片机在汽车电子中的应用非常广泛，如汽车中的发动机控制器、基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统等。
此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的应用。目前，单片机已渗透到人们生产生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
☞ 思考与练习
1.简述8051单片机的主要性能指标。
2.简述MCS-51单片机的内部组成。
3.试述MCS-51单片机的引脚分布。
4.单片机主要应用于哪些领域?项目2 了解单片机的数学与逻辑工具
单片机只能识别二进制数，二进制是单片机中数制的基础。除了二进制以外，八进制、十六进制也是单片机常用的数制。任务1-2-1 了解数制基本知识
数制是计数的方法，通常采用进位计数制。
在单片机应用领域中常用的数制有十进制（Decimal）、二进制（Binary）、八进制（Octal）和十六进制（Hex-decimal）。
1.十进制
十进制数码：十进制数由0～9共10个数码组成。
进位规则：“逢十进一”（基数为10）。
记数形式：3210（DDDD）=D×10+D×10+D×10+D×103210103210321
式中，D、D、D、D称为数码，10为基数，10、10、10、3210010是各数码的位权。该式称为按位权展开式。3210
例如：（6527）=6×10+5×10+2×10+7×10。10
2.二进制
二进制数码：二进制数由0、1两个数码组成。
进位规则：“逢二进一”（基数为2）。
记数形式：3210
BBBB=B×2+B×2+B×2+B×2321032103210
式中，B、B、B、B称为数码，2为基数，2、2、2、2是3210各数码的位权。3210
例如：（1011）=1×2+0×2+1×2+1×2。2
3.十六进制
十六进制数码：十六进制数由0～9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，其中A、B、C、D、E、F所代表的数分别相当于十进制的10、11、12、13、14、15。
进位规则：“逢十六进一”（基数为16）。
记数形式：3210
HHHH=H×16+H×16+H×16+H×1632103210321
式中，H、H、H、H称为数码，16为基数，16、16、16、3210016是各数码的位权。3210
例如：（7B4F）=7×16+11×16+4×16+15×16。16任务1-2-2 理解数制间的转换方法
将一个数由一种数制转换为另一种数制称为数制间的转换。
1.十进制数转换为二进制数
十进制数转换为二进制数采用“除2取余倒记法”，即将十进制数依次除以2，并记下余数，一直除到商为1。最后把全部余数按相反的顺序排列，就得到二进制数。
例如：把十进制数41转换为二进制数。
即41=（101001）2
2.二进制数转换为十进制数
二进制数转换为十进制数采用“乘权相加法”，即将二进制数依次按权位展开，然后求和，就得到十进制数。
例如：把二进制数（1101）转换为十进制数。23210（1101）=1×2+1×2+0×2+1×2=132
3.二进制数转换为十六进制数
二进制数转换为十六进制数采用“合四为一法”，即从右向左，每4位二进制数转换为1位十六进制数，最高位不足4位用0补齐，就可得到十六进制数。
例如：把二进制数（101 1010 1100 1001 1110）转换为十六进2制数。（101 1010 1100 1001 1110）=（5AC9E）216
4.十六进制数转换为二进制数
十六进制数转换为二进制数采用“一分为四法”，即从左向右，每一位十六进制数转换为4位二进制数。
例如：把十六进制数（6D7B）转换为二进制数。16（6D7B）=（0110 1101 0111 1011）162任务1-2-3 理解单片机中数的表示方法
1.不同数制数据的表示方法
在单片机的应用环境中，为方便区别不同数制的数据，规定在数字后加一个字母来区别数据的数制。二进制数后加B，十六进制数后加H，十进制数后加D。十进制数后的D可以省略。
在C语言编程时，常在十六进制数前加前缀0x，如P1=0x7F。
2.常用数制数码间的对应关系
表1-2-1列出了常用数制数码间的对应关系，在单片机程序设计中经常会用到，需要熟记于心。表1-2-1 常用数制数码间的对应关系表任务1-2-4 理解逻辑数据及其基本运算
1.逻辑常量与变量
逻辑常量只有两个，即0和1，用来表示两个对立的逻辑状态。
逻辑变量与普通代数一样，也可以用字母、符号、数字及其组合来表示，但它们之间有着本质区别，因为逻辑变量的取值只有两个，即0和1，而没有中间值。
2.逻辑运算
在逻辑代数中，有与、或、非3种基本逻辑运算。表示逻辑运算的方法有多种，如语句描述、逻辑代数式、真值表、卡诺图等。
1）与运算
逻辑表达式：
Y=A·B 或 Y=AB
式中小圆点“·”表示A、B 的与运算，又称逻辑乘。在不致引起混淆的前提下，乘号“·”可被省略。
与运算真值表如表1-2-2所示。
逻辑功能：有0出0，全1出1。
基本的逻辑运算关系：
0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1
2）或运算
逻辑表达式：
Y=A+B
式中符号“+”表示A、B或运算，又称逻辑加。
或运算真值表如表1-2-3所示。
逻辑功能：有1出1，全0出0。
基本的逻辑运算关系：
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1
3）非运算
逻辑表达式：
式中，字母A上方的短划“-”表示非运算，又称逻辑非。
非运算真值表如表1-2-4所示。表1-2-2 与运算真值表表1-2-3 或运算真值表表1-2-4 非运算真值表
逻辑功能：有0出1，有1出0。
基本的逻辑运算关系：
☞ 思考与练习
1.将下列十进制数转换为二进制数。
27 49 71 147 278
2.将下列二进制数转换为十六进制数。
101101001011110B 110110110100111011B
3.将下列十六进制数转换为二进制数。
A3H E9H 7C6H 58BFH 2D1BH项目3 了解单片机学习的软/硬件条件
单片机技术应用课程是一门实践性很强的软/硬件结合的技术课程，需要通过大量的实践才能理解和掌握程序设计方法与硬件结构设计。单片机的实践主要包括软件编程与硬件实验。软件编程需要使用相关的开发软件，硬件实验需要准备基本的实验板。任务1-3-1 了解单片机学习的软件条件
单片机软件的开发过程是先设计并编写程序，再进行编译、仿真和调试，然后将程序写入单片机。单片机常用的程序编译软件是Keil C51，常用的仿真软件是Proteus。
1.程序编译软件Keil C51
Keil C51软件是德国Keil Software公司开发的51系列单片机开发软件。Keil μVison系列是该公司推出的51系列兼容单片机软件开发系统。μVison是集成的可视化Windows操作界面，其提供了丰富的库函数和各种编译工具，能够对51系列单片机及和51系列兼容的绝大部分类型的单片机进行设计。Keil μVison系列可以支持单片机C51程序设计语言，也可以直接进行汇编语言的设计与编译。
μVison系列是一个非常优秀的编译器，受到单片机设计者的广泛使用。其主要特点如下：支持汇编语言、C51语言等多种单片机设计语言；可视化的文件管理，界面友好；支持丰富的产品线，除了51系列及其兼容内核的单片机外，还新增加了对ARM内核产品的支持；具有完善的编译连接工具；具备丰富的仿真调试功能，可以仿真串口、并口、A/D、D/A、定时/计数器及中断等资源，同时也可以和外部仿真器联合进行在线调试；内嵌RTX-51实时多任务操作系统；支持在一个工作空间中进行多项目的程序设计；支持多级代码优化。
用户可利用该软件编写汇编语言程序或C语言源程序，并可利用该软件将源程序编译生成单片机能够运行的十六进制HEX文件。为了使初学者易于接受，本书使用了Keil μVison2软件的汉化版，但是从发展的角度来说，随着入门后单片机技术水平的不断提高，必须要能适应纯英文的软件工作界面。学好单片机技术需要一定的英语水平做支撑。如图1-3-1所示为Keil μVison2软件汉化版的工作界面。
2.仿真软件Proteus
为了验证设计程序的正确性，单片机程序设计与开发往往采用软件仿真与硬件仿真相结合的形式。软件仿真只能验证程序的正确性，不能仿真具体的硬件环境。硬件仿真常用的软件是英国Labcenter Electronics公司研发的电路设计与仿真平台Proteus。Proteus具有原理图编辑、印制电路板（PCB）设计及电路仿真功能，该软件由ISIS和ARES两部分构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统原理设计和仿真平台软件，ARES是一款高级的PCB布线编辑软件。
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。该软件的特点如下：（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。它具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、2RS232动态仿真、IC调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。图1-3-1 Keil μVison2软件汉化版的工作界面（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列及各种外围芯片。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51等软件。（4）具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能先进而强大。如图1-3-2所示为Proteus ISIS的工作界面，为了使初学者易于接受，本书使用了Proteus 7软件的汉化版。
3.程序烧录软件STC_ISP
程序经仿真确定无误，通常要用程序烧录器（编程器）借助相关的烧录软件把程序写入单片机。但是选用STC单片机就可省去程序烧录器（编程器）这一环节，直接在用户系统上用STC_ISP程序烧录软件在线下载方式，将用户程序下载到STC单片机。这样无论是从经济上还是从操作程序上都给单片机学习带来了极大的便利，这正是STC单片机的一大优势所在，也是本书所配实验板选用STC单片机的主要原因之一。如图1-3-3所示为STC_ISP的工作界面。图1-3-2 Proteus ISIS的工作界面图1-3-3 STC_ISP的工作界面任务1-3-2 了解单片机学习的硬件条件
为了验证单片机程序的真实运行效果，提高动手能力，必须经常利用单片机实验板进行反复实验。这是学习单片机程序设计和掌握单片机应用技术的必备条件，也是进一步开发单片机高级应用程序的基础。
单片机技术的学习，需要一个长期的、近在身边方便动手的实践条件。在学校实验室中做单片机实验固然很好，但受时间和空间条件的限制性很大，而单片机实验板却可以极大地克服这样的限制性，只要有计算机，几乎可以做到随时随地做单片机实验，对单片机技术的提高有着不可替代的作用。为此本书为单片机学习者配套设计了相应的单片机实验板，供学习者选用。
该实验板在提炼市面上各种单片机实验板设计优点的同时，对实验板进行了创新性的拓展。相关硬件之间的连接尽可能不固定，而是通过接插件根据程序设计需要由设计者自行连接，为程序设计与开发提供了硬件设计的可能性，提高了程序设计的开放性与灵活性，开创性地为单片机学习者提供了单片机项目开发、软硬件设计相结合的真实条件，使学习者能够在学习过程中更接近单片机项目设计与开发的实际。如图1-3-4所示为ZW&YT单片机实验板实物图。图1-3-4 ZW&YT单片机实验板实物图
如图1-3-5所示为ZW&YT单片机实验板注解图，限于篇幅，在此
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