本书从单片机入门学习者的视角出发，避开了枯燥繁杂的理论介绍，，以实验过程和实验现象为主导，循序渐进地讲述51单片机C语言编程方法以及51单片机的硬件结构和功能应用。全书共分5篇，分别为入门篇、内外部资源操作篇、提高篇、实战篇和拓展篇。 本书内容丰富，实用性强，书中大部分内容均来自科研工作及教学实践，许多C语言代码可以直接应用到工程项目中。本书配有13讲近30学时的教学视频和实例代码（通过扫描二维码下载或者网站下载），可使读者更快、更好地掌握单片机知识和应用技能。本书作者还可提供与本书配套的单片机实验板。 本书可作为大学本、专科单片机课程教材，适合于51单片机的初学者和使用51单片机从事项目开发的技术人员，也可供从事自动控制、智能仪器仪表、电力电子、机电一体化等专业的技术人员参考。

① 本书从实际工程应用入手，以实验过程和实验现象为主导，由浅入深、循序渐进地讲述使用C语言进行51单片机编程的方法、51单片机的硬件结构和各种功能应用。
② 不同于传统的讲述单片机的书籍，本书中的大部分例程以实际硬件实验板实验现象为依据，通过C语言程序来分析单片机工作原理。读者既能知其然，又能知其所以然，从实际应用中彻底理解和掌握单片机。
③ 本书中的大部分内容来自作者及其团队的科研及教学工作实践，内容涵盖多年来项目经验总结的精华，并且贯穿一些学习方法的建议。
④ 本书内容丰富，实用性强，许多C语言代码可以直接应用到工程项目中。本书为读者提供近30小时的单片机教学视频（可以扫描下文列表中的二维码进行在线观看，也可以登录到http://www.hxedu.com.cn，注册后下载）。
⑤ 本书适用范围广，可以作为高校电子信息类和机电类各专业的本科、专科相关课程的教材或者大学生创新基地培训教材，也可供51单片机的初学者和使用51单片机从事项目开发的技术人员学习和参考，还满足从事自动控制、智能仪器仪表、电力电子、机电一体化等专业的技术人员的选用需求。

序一
STC（宏晶科技）创始人 姚永平

郭天祥老师的这本书是单片机界的第一奇书：因为厚，从未被看好；因为广，被称为单片机应用龙书；拥有者最多，配套学习板最疯狂时月销量超过1万套，连续8年各大网站排名单片机类书籍销量第一名。加上大量未经允许的盗版，数量应在正版5倍以上。配套视频更是全民皆盗（学单片机的学生），可谓功德无量。
郭靖行走江湖用了降龙十八掌，郭老师没有十八般武艺，但行走江湖只用了一掌。
一本STC89C52笑傲江湖，将STC领先全球的ISP程序在线下载技术发挥到极致，虽是学生时代开始创业，却立即有省长上门指导工作，成为黑龙江省自主创业标兵，产值迅速做到500万元/年以上，总部也迁到首都北京，成立北京海克智动，开拓新的领域！
学生写单片机教材，有部分老师反对，说太简单了，不够深度，大杂烩，虽然全，但不够专业，还厚，不适合当教材。中国单片机教育界的元老，哈工大教授（教育部单片机精品课程负责教师）说：我跟我的学生讲，如果身体不好，或没时间听我的课，或听不懂我的课，就去看郭老师的视频，看郭老师的书，他讲得通俗易懂，书也由浅入深，全面详实，最后只要通过我张老师的考试就可以了。
河南省一高校老师语：我们学校每年采购郭老师的书1000本以上，全校单片机教材都改用郭天祥的书了，学生说用他的书看他的视频，一看就透，其他很多书和视频把简单的讲复杂了，不容易懂，还是郭老师讲的简单到位。
河北省一高校老师语：我们学校每年大学生电子设计竞赛都是指定用郭老师的书来陪训，全面详实，一本书、一部视频中，不但有STC89系列单片机从入门到提高、C语言从入门到提高，还有单片机外围基础电路知识介绍甚至较复杂的拓展电路知识，是全国大学生电子设计竞赛的降龙十八掌啊！
民间最高业绩：连续8年各大网站排名单片机类书籍销量第一名，淘宝上连续8年配套学习板销量第一名。
很多企业，新入职单片机工程师培训，人手一本郭老师的书，统一集中强化。
广东省的一高校老师讲：我的机器人方向的研究生，入学后，发现他们都人手一本郭天祥的书，很厚，但也确实全面详实，真是单片机入门的龙书啊！
电子工业出版社对本书的肯定：多次请郭老师百忙之中将多年畅销第一的书再丰富一下，补充更多更实用的新知识点进来，让传奇成为经典。
STC对本书的肯定：创始人连夜通宵为第2版作序，指定本书为STC单片机全国大学计划教材，STC推荐的全国大学生电子设计竞赛指导用书，采用本书作为教材的高校，可优先建立STC高性能单片机联合实验室，优先获得免费的8051仿真器赞助，并指定本书为STC内部新员工培训教材。

序二
上海庆科信息技术有限公司CEO 王永虹


目前，各种8位、16位、32位单片机型号众多，应用适应性各不相同，但51系列单片机从20世纪80年代流行的80C31 至今，从外置EPROM（80C31）、内置EPROM（87C51）、内置Flash（89C51），到如今众多厂商、上千种型号，始终保持着高速发展，体现出勃勃生机，堪称单片机领域的常青树、不倒翁。这充分说明了51单片机的经典性。
单片机技术和应用在物联网时代得到了前所未有的发展，对单片机开发应用人才的数量和要求也越来越高。有人觉得单片机技术难学，是因为其内部结构复杂、编程语言抽象，而且实际应用中与其他元器件知识、电子通信技术相互关联，而一个设计通常需要把很多软硬件技术结合起来，一开始往往难以下手。如何循序渐进学习单片机、从菜鸟变为高手，郭天祥编著的《新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略（第2版）》一书提供了一条很好的进阶学习之路。
学习单片机第一阶段只需要了解单片机的基本结构、简单的C语言编程和开发工具。本书第1篇介绍单片机引脚功能、数字逻辑和C51基础、Keil开发环境等，既是单片机学习的基础，也非常容易入门。特别是用软件点亮一个发光二极管，是学习单片机的第一个里程碑成就。
第二阶段要了解单片机的具体内部结构、外设接口、经常用到电子技术和元器件知识。本书第2篇介绍定时器、中断、串行接口、键盘和显示、ADC、DAC、运算放大器基础等，都是单片机应用系统的常用外设接口和组件，学习原理、编程使用这些外设何组件，可为后续应用开发做好准备。
单片机学习的第三阶段是学习单片机各种外设接口的多种工作模式、如何与其他设备进行有效对接和通信，还要学习掌握更多的数据结构和编程技巧，并进行实践锻炼。本书的第3篇（提高篇）和第4篇（实战篇）介绍了不同定时器和串口的多种工作模式，以及指针的用法，并进行了实时钟、温度传感器、PC机串口通信等应用系统常见模块的实战演练。
经过以上三个阶段的学习进阶，一般能进行一些单片机简单应用的开发。其他不同应用开发一般需要学习相关的专业知识，如电机控制类应用，需要学习各种电机的原理、控制算法；仪器仪表类应用，需要学习各种传感器原理和编程，数据处理以及人机界面GUI等。本书第5篇介绍了电源、常用元器件、PCB设计、物联网应用方面的知识，可作为具体项目设计开发参考。希望此书能帮助读者进行基于单片机的物联网应用系统开发。
感谢郭天祥编写了这本好书。相信此书的出版，不仅会给广大单片机学习者、开发者提供很好的帮助，也会进一步推动单片机技术的普及、应用和发展。

前 言


本书第1版在2009年1月出版，至今已印刷近40次，由于采用全新的教学理念和方法，本书深受广大读者尤其是在校大学生朋友的喜爱。随着科学工程技术日新月异的发展以及高校大学生科技创新活动的蓬勃兴起，本书读者的需求与时俱进，作者一些当年的思路和想法难免略显陈旧，因此有必要推出第2版，以飨广大读者。
第2版主要修订内容
① 虽然单片机应用日趋广泛和灵活，但51系列单片机内核硬件架构和基本开发方法变化不大，因此本书关于单片机C语言教学部分变化不大，仅对第1版中出现的文字错误进行修改，同时补充和细化了基础运放电路专题。
② 在实战篇中新增应用单片机做电容感应触摸按键的内容，以适应消费类电子产品开发的需要。
③ 为了适应单片机技术的发展潮流，拓展篇的内容修改较大：新增PCB设计软件Altium Designer 14、基于Wi-Fi的物联网应用、STC8系列单片机的内容；在运放扩展专题中加入运算放大器的高阶应用内容，如程控增益放大器、自动增益放大器等，供读者选用。
本书特色
① 本书从实际工程应用入手，以实验过程和实验现象为主导，由浅入深、循序渐进地讲述使用C语言进行51单片机编程的方法、51单片机的硬件结构和各种功能应用。
② 不同于传统的讲述单片机的书籍，本书中的大部分例程以实际硬件实验板实验现象为依据，通过C语言程序来分析单片机工作原理。读者既能知其然，又能知其所以然，从实际应用中彻底理解和掌握单片机。
③ 本书中的大部分内容来自作者及其团队的科研及教学工作实践，内容涵盖多年来项目经验总结的精华，并且贯穿一些学习方法的建议。
④ 本书内容丰富，实用性强，许多C语言代码可以直接应用到工程项目中。本书为读者提供近30小时的单片机教学视频（可以扫描下文列表中的二维码进行在线观看，也可以登录到http://www.hxedu.com.cn，注册后下载）。
同时，作者开发了与本书配套的TX-1C单片机实验板，可帮助读者边学边练，达到学以致用的目的。读者在学习过程中可以将视频和图书互为参考，配合学习，并用单片机实验板进行实践，这样有助于更快更好地掌握单片机应用知识和技能。
⑤ 本书适用范围广，可以作为高校电子信息类和机电类各专业的本科、专科相关课程的教材或者大学生创新基地培训教材，也可供51单片机的初学者和使用51单片机从事项目开发的技术人员学习和参考，还满足从事自动控制、智能仪器仪表、电力电子、机电一体化等专业的技术人员的选用需求。
本书内容组织
本书内容共分5篇，分别为入门篇、内外部资源操作篇、提高篇、实战篇和拓展篇。
第1篇主要讲解单片机相关基本知识及C语言编程基础，为初学者入门奠定基础。相关概念介绍简捷、易懂，避免长篇累牍的堆积专业术语，力求好学、好用。
第2篇讲解单片机基本操作及其应用。针对每个应用都设计一个具体的实验项目，通过实验项目的实现，教授单片机的C语言编程使用方法。内容组织上循序渐进，由浅入深；教学方法上从原理到实践，再由实验现象进一步分析原理；做到理论与实践互相交融，有助于读者上手学习。
在前2篇的基础上，通过实验，第3篇进一步扩展讲解了51单片机的高级功能应用，包括定时器/计数器以及串口应用，每个应用都设计针对性的实验项目和编程实例，使读者看得着，想得到，同时介绍C语言精髓指针的相关应用。
第4篇是作者教学和实际工作中精选出的具有代表性的真实项目，知识涉及面广，内容丰富，是作者开发经验的精华总结，以期引导读者综合运用前面所学知识，搭建51单片机系统，建立系统概念。
第5篇为拓展部分，详细讲解了使用Altium Designer 14软件绘制原理图、PCB图、元件库和元件封装的过程；详细介绍了基于Wi-Fi的物联网应用；分别讲解了直流电机、步进电机和舵机的原理及驱动方法；介绍了STC8系列单片机以及运放的高级应用方法。本篇主要面向具有一定单片机开发经验的读者，主要目的拓宽读者思路，为学习者提供必要参考。
本书学习建议
随书提供的视频与本书前3篇基本对应，建议读者在学习本书之前，最好有一块与本书中相同的实验板。学习时先看视频，对单片机有一个初步的印象，视频中的互动部分，读者可亲自做实验；在学习过程中，读者要多动脑，多动手；边学边做，边做边学，在不断实践中领悟单片机工作原理。
在对实验原理理解的前提下，读者要尝试独立编写出书中每章的实例程序，有困惑时再查看书中代码，反思自己的失误在哪里，进而积累更多的经验。
在掌握基本单片机使用后，针对具体开发和应用，读者可选读本书其他章节，有目的地阅读和参考可提高学习和工作效率。
本书教学资

郭天祥 ，单片机教育者，毕业于哈尔滨工程大学，单片机领域的知名人士，名下有天祥电子网站，其最大成就之一是开设了十天学会单片机系列课程并录制出来，该课程在网络上广泛流传至今，同时著有《十天学会51单片机视频教程》、《十天学会PIC单片机视频教程》、《十天学会AVR单片机视频教程》三本教程。

目 录

第1篇 入门篇
第1章 基础知识必备2
1.1 单片机概述2
1.1.1 什么是单片机2
1.1.2 单片机标号信息及封装类型2
1.1.3 单片机能做什么5
1.1.4 如何开始学习单片机6
1.2 51单片机外部引脚介绍8
1.3 电平特性11
1.4 二进制和十六进制12
1.4.1 二进制12
1.4.2 十六进制13
1.5 二进制的逻辑运算13
1.6 单片机的C51基础知识介绍15
1.6.1 利用C语言开发单片机的优点15
1.6.2 C51中的基本数据类型15
1.6.3 C51数据类型扩充定义16
1.6.4 C51中常用的头文件17
1.6.5 C51中的运算符17
1.6.6 C51中的基础语句18
1.6.7 学习单片机应该掌握的主要内容18
第2章 Keil软件使用及流水灯设计19
2.1 Keil工程建立及常用按钮介绍19
2.1.1 Keil工程的建立19
2.1.2 常用按钮23
2.2 点亮第一个发光二极管24
2.3 while语句35
2.4 for语句及简单延时语句37
2.5 Keil仿真及延时语句的精确计算38
2.6 不带参数函数的写法及调用42
2.7 带参数函数的写法及调用44
2.8 利用C51库函数实现流水灯45

第2篇 内外部资源操作篇
第3章 数码管显示原理及应用实现50
3.1 数码管显示原理50
3.2 数码管静态显示51
3.3 数码管动态显示55
3.4 中断概念57
3.5 单片机的定时器中断61
第4章 键盘检测原理及应用实现70
4.1 独立键盘检测70
4.2 矩阵键盘检测76
第5章 A/D和D/A工作原理84
5.1 模拟量与数字量概述84
5.2 A/D转换原理及参数指标85
5.3 ADC0804工作原理及其实现方法92
5.4 D/A转换原理及其参数指标98
5.5 DAC0832工作原理及实现方法104
5.6 DAC0832输出电流转换成电压的方法109
第6章 串行口通信原理及操作流程110
6.1 并行与串行基本通信方式110
6.2 RS-232电平与TTL电平的转换113
6.3 波特率与定时器初值的关系115
6.4 51单片机串行口结构描述118
6.5 串行口方式1编程与实现120
6.6 串行口打印在调试程序中的应用123
第7章 通用型1602、12232、12864液晶操作方法131
7.1 液晶概述131
7.2 常用1602液晶操作实例132
7.3 常用12232液晶操作实例139
7.4 常用12864液晶操作实例148
第8章 I2C总线AT24C02芯片应用157
8.1 I2C总线概述157
8.2 单片机模拟I2C总线通信159
8.3 E2PROM AT24C02与单片机的通信实例162
第9章 基础运放电路专题170
9.1 运放概述及参数介绍170
9.2 反相放大器171
9.3 同相放大器172
9.4 电压跟随器173
9.5 加法器173
9.6 差分放大器174
9.7 微分器174
9.8 积分器175
9.9 比较器176
第3篇 提高篇
第10章 定时器/计数器应用提高180
10.1 方式0应用180
10.2 方式2应用181
10.3 方式3应用183
10.4 52单片机定时器2介绍185
10.5 计数器应用191
第11章 串行口应用提高195
11.1 方式0应用195
11.2 方式2和方式3应用197
11.3 单片机双机通信199
11.4 单片机多机通信206
第12章 指针215
12.1 指针和指针变量215
12.1.1 内存单元、地址和指针215
12.1.2 指针变量的定义、赋值与引用217
12.2 指针变量的运算218
12.3 指针与数组219
12.3.1 指针与一维数组219
12.3.2 指针与多维数组221
12.4 指针与函数223
12.4.1 指针作为函数的参数223
12.4.2 指向函数的指针224
12.4.3 指针型函数226
12.5 指针与字符串227
12.5.1 字符串的表达形式227
12.5.2 字符指针作为函数参数227
12.5.3 使用字符指针与字符数组的区别228
12.6 指针数组与命令行参数229
12.6.1 指针数组的定义和使用229
12.6.2 指向指针的指针231
12.6.3 指针数组作为main()函数的命令行参数232
12.7 指针小结233
12.7.1 指针概念综述233
12.7.2 指针运算小结234
12.7.3 等价表达式235
12.8 C51中指针的使用236
12.8.1 指针变量的定义236
12.8.2 指针应用237
第4篇 实战篇
第13章 利用51单片机的定时器设计一个时钟240
13.1 如何从矩阵键盘中分解出独立按键240
13.2 原理图分析241
13.3 实例讲解242
第14章 使用DS12C887时钟芯片设计高精度时钟250
14.1 时钟芯片概述250
14.2 DS12C887时钟芯片介绍250
14.3 如何用TX-1C实验板扩展本实验256
14.4 原理图分析257
14.5 实例讲解257
第15章 使用DS18B20温度传感器设计温控系统268
15.1 温度传感器概述268
15.2 DS18B20温度传感器介绍269
15.3 实例讲解275
第16章 太阳能充/放电控制器280
16.1 控制器原理图分析281
16.2 控制器板上元件介绍284
16.3 实例讲解286
第17章 VC、VB（MSCOMM控件）与单片机通信实现温度显示303
17.1 VC MSCOMM控件与单片机通信实现温度显示303
17.2 VB MSCOMM控件与单片机通信实现温度显示309
第18章 应用单片机内部ADC做电容感应触摸按键313
第5篇 拓展篇
第19章 使用Altium Designer 14绘制电路图320
19.1 绘制电路板概述320
19.2 建立工程322
19.3 制作元件库325
19.4 添加封装及制作PCB封装库328
19.5 项目编译及生成PCB331
19.6 布线电气特性设置334
19.7 自动布线和手动布线338
第20章 基于Wi-Fi的物联网应用341
20.1 物联网系统架构341
20.2 常用的物联网无线传输技术342
20.3 IoT云平台343
20.4 基于Wi-Fi的嵌入式设备入网方式347
20.5 微软Azure系列IoT物联网开发板352
第21章 电机专题353
21.1 直流电机原理及应用353
21.2 步进电机原理及应用360
21.3 舵机原理及其应用370
第22章 STC8系列单片机介绍377
22.1 STC8单片机的优势377
22.2 ADC数模转换377
22.3 PCA/CCP/PWM应用379
22.4 同步串行外设接口SPI382
22.5 I2C总线386
第23章 常用元器件介绍391
23.1 二极管391
23.2 电容395
23.3 场效应管399
23.4 光耦403
23.5 蜂鸣器405
23.6 继电器405
23.7 自恢复保险410
23.8 瞬态电压抑制器411
23.9 晶闸管（可控硅）414
23.10 电荷泵416
第24章 直流稳压电源专题417
23.1 整流电路417
24.2 滤波电路419
24.3 稳压电路421
24.4 集成稳压模块的使用423
24.5 串联开关型稳压电源428
第25章 运放扩展专题431
25.1 简单低通滤波器431
25.2 电流-电压转换电路431
25.3 光电放大器432
25.4 精密电流源432
25.5 可调参考电压源433
25.6 复位稳定放大器434
25.7 模拟乘法器435
25.8 全波整流器和平均值滤波器436
25.9 正弦波振荡器437
25.10 三角波发生器437
25.11 自动跟踪对称电源438
25.12 可调实验电源439
25.13 运放相关术语441
附录A 天祥电子开发实验板简介442
A.1 TX-1C 51单片机开发板442
A.2 AVR单片机开发板443
A.3 PIC单片机开发板444
A.4 TX-3A ARM7入门级嵌入式系统开发板445
A.5 TX-3C ARM7提高级嵌入式系统开发板446
A.6 TX-2440A ARM9嵌入式系统开发板447
A.7 TX-51STAR单片机综合实验箱448
A.8 TX-2A CPLD开发板449
参考文献451