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前 言
目前，在国内高校开设的单片机相关课程中，普遍采用了STC公司的8位8051单片机作为授课平台，范围覆盖了STC89系列、STC15系列和STC8H系列单片机，这显著提高了国内高校单片机人才培养的质量，同时也支持了国内产业界对单片机人才的旺盛需求。但是，随着半导体技术的不断发展，以及工业领域复杂应用需求的持续增加，8位8051单片机已经远远不能满足国内单片机的市场需求，这对8051单片机的可持续应用提出了严重的挑战。此外，基于ARM处理器内核的32位单片机的大量涌入，也显著缩小了传统8051单片机的市场占有份额。 作为全球知名的8051单片机芯片厂商，STC公司于2022年推出了全新的STC32G系列32位8051单片机，使得其单片机产品从传统增强型8位8051单片机升级到了32位8051单片机，这将为8051系列单片机的可持续健康发展提供了强大的保证。将8051单片机从8位升级到32位，也体现了STC公司的与时俱进。与8位8051单片机相比，全新推出的32位8051单片机的主要优势体现在以下几个方面： （1）STC32G系列32位单片机采用了Intel的MCS-251指令集架构，100%兼容Intel（中文称英特尔）的MCS-51指令集架构，这就意味着读者在STC公司8051单片机上编写的程序代码可以不经过任何修改就可以流畅地运行在STC32G系列32位8051单片机上，这样保证了与传统8051单片机的一脉相承，显著降低了学习32位8051单片机的难度，同时又保留了32位8051单片机具有的卓越性能。 （2）与STC以前的8位8051单片机相比，由于STC最新的32位8051单片机采用了Intel MCS-251指令集架构，因此不但保留了对8位数据的直接操作能力，还增加了对16位和32位数据的直接操作能力，并且进一步增强了逻辑位操作能力。此外，STC32G系列单片机进一步增加了片内数据存储器和程序存储器的容量。显然，32位8051单片机的整体性能要远高于8位8051单片机。 （3）由于半导体技术的不断发展以及采用了片上系统的设计理念，32位8051单片机上集成了更多以前8位8051单片机没有的外设（比如，USB、LCM和CAN等），并且在32位8051单片机中首次增加了直接存储器访问（DMA）能力，这使得STC32G系列32位8051单片机能够满足工业领域的不同应用需求。 到目前为止，摩尔定律仍然持续发挥作用，这使得单片机系统的性价比越来越高，产业界必然就会使用新的高性价比单片机来替代以前所使用的单片机，这是抢占单片机应用市场的必然选择。教育界的人才培养和产业界的人才需求是密不可分的，因此就要求国内高校的单片机课程教学内容要与时俱进，这样才能跟上产业界的发展，以培养更多的能够满足产业界需求的高素质单片机设计和开发人员。 教材质量与单片机课程的授课质量密切相关。随着新信息技术的不断涌现，编写能够满足单片机课程教学要求的高质量教材难度越来越大。在教材编写过程中，对于教材内容的选取，既要考虑那些最基本的知识点内容，又要增加与新的信息技术有关的知识点内容。但是，这两方面的需求又是互相制约的。一方面，由于单片机的功能越来越强大，必然需要增加单片机课程所需要讲授的知识点；另一方面，作为单片机授课的配套教材又不能太厚，并且教学课时也非常有限。因此，对教材内容的选取和编排提出了严格的要求。俗话说，鱼和熊掌不可兼得焉，因此就需要进行权衡和内容取舍，使得教材能最大程序满足单片机课程的授课要求。 在本教材的内容选取和编排上，仍然是以“原理”为基本立足点。通过对原理的系统学习，使得读者能够掌握分析单片机处理器和指令集架构的通用方法，并且系统深入的学习汇编语言和C语言程序设计方法，这是开设单片机课程的一个最重要的目标，即读者将来能够独立从事嵌入式系统的设计和开发工作。这里需要强调，对于单片机原理的学习并不是枯燥无味的，这是因为通过STC32G系列单片机提供的硬件在线调试和Keil μVision提供的软件仿真功能，抽象的知识点就能用更加直观的形式展现出来。 单片机课程的学习，一方面是为培养学生分析和解决实际问题打下坚实的基础，另一个方面就是要解决实际的“应用”的问题，而应用也是面向不同的领域和方向。对于单片机来说，主要是通过驱动和控制不同外设来满足应用场景的不同需求。STC32G系列单片机的外设有十几种，而这些外设与不同的应用需求都有密切关系。因此，在编写教材的过程中，对于外设的选取充分考虑了不同专业学生的需求。教材中所选取的外设主要涵盖了信号采集和处理、有线和无限数据通信、电机驱动和控制等方向，基本能够满足不同专业学生的单片机学习需求。 考虑到尽可能减少教材的厚度，又最大限度地保留所有必要的知识点的要求，充分利用出版社提供的数字资源平台，为读者尽可能多的提供各种不同的线上和线下学习资源。为了方便老师的教学和学生的自学，提供了该教材的教学课件和所有设计实例的完整设计文件，以及公开视频教学资源。对于不写在教材中的那些内容，以电子资源的形式提供给教师和学生。 在本书的编写过程中，作者参考了STC公司的STC32G系列单片机技术参考手册，以及STC32G系列单片机硬件开发平台原理图和STC公司提供的参考程序。同时，STC公司的姚永平先生为本书的编写提供了大力的支持和帮助，除了他本人亲自回答作者的提出的问题外，还选派了STC公司的技术人员参与问题的解决和指导，此外STC公司的市场人员及时提供了教材配套的STC32G系列硬件开发平台，在此向STC公司表示诚挚的感谢。正是因为产业界和教育界的高效产学合作，使得作者才能将产业界最新的信息技术融入到单片机课程的教学中，为国内高校培养高质量的嵌入式系统开发人才贡献作者的一份力量。 作者的研究生余晨整理并编写了本书第6章的内容，并整理了USB协议以及分析了STC公司USB模块的底层程序，在此也对他的辛勤工作一并表示感谢。 最后，也要对高等教育出版社各位编辑的辛勤工作表示感谢。正是由于各方的密切配合，才能使教材尽早与各位读者见面。由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，在此恳请各位读者不吝赐教，提出宝贵的意见。 何宾 2023.01于北京
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发表于 2023-9-7 11:17:17
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