单片机原理与应用技术(第2版) 清华大学出版社第1章
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单片机也称为微控制器(MiCrocontroller Unit, MCU)、嵌入 式控制器(Embedded MiCrocontroller Unit, EMCU)。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
14
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
1.1.1 单片机的发展过程
256B
64K 6×8 位
128/256B
64B/112 B
64K 2K/8K
3×8 位 1×5 位 2×8 位 1×4 位
串行 口 /
URAT URAT 2URA
T
UART
/
256B
64K
22-38 位
1SCI 1SPI
124B 64K
64K 4K
8×1 位 4×4 位 1×8 位
2×8 位
UART /
Enbedded Microprocesser
嵌入式微控制器
Enbedded Microcontroller，时髦，准确，正在流行
13
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
➢ 单片机的概念：
• 单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和 多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。
4KB 256K
15 异/同步
无
借用通用 计数器
3×16 无 无
16 位单片 机性 能表
Intel MCS-96
8KB 232B
8 异步 8×10 位 有
NS BPC16040
4KB 256B
8 异步 无 有
有
有
2×16 HSIO
无
8×16 有 无
NEC 783XX
8KB 256B
15 异步 4×8 位
1/2×13 位
/
3×16 位
中 断 2 5/6 7 15 2
1/4
20
6
/
3
2/6 /
24
15
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
表 1-2
公司 型号 片内 ROM 片内 RAM 中断源 串行口
A/D PWM 输出 Watchdog
定时器 计数器 高速 I/O DMA
Thmson 682000
有
有
2×16 有
8 个宏通道
25
1.3
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
单片机的应用领域
由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了 无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：
1） 智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化
控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣 机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各 种视听设备等。
22
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.2 单片机的特点及分类
2、单片机的分类
◆ 按CPU处理字的长度分 就CPU处理字的长度而言，有4位、8位、16位、32位单 片机 ◆ 按使用范围分 可分为通用单片机和专用单片机两大类
通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户，内部资源丰富、 性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制 作，是MCU发展的一个趋势。
片上系统(SOC)
正在发展之中的片上完整系统。
12
单片机
单片机的不同称谓
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
单片机(SCM)
Single Chip Microcomputer，常用，但不够准确
MCU
Microcontroller Unit，比单片机更准确一些，但不够流行
嵌入式微处理器
4） 商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、
收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安 全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都 采用了单片机控制。
5） 工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控
制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC 等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。
23
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
3. 主要产品系列
表 1-1
公司 Intel
系列
MCS-48 MCS-51 8XC51FX
8XC51GB
片内 ROM IK/4K 4K/8K 8/32K
8K
6801
2K/4K
Motorola
6805
1K/4K
68HC11A
8K
Zilog
Z8
Baidu Nhomakorabea
2K/4K
微处理器的集成度每 隔18个月就会翻一番，芯 片的性能也随之提高一倍
------摩尔定律 Gordon E. Moore Intel公司的创始人之一
10
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
微处理器发展过程
微型机家族：
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
微处理器(CPU)
Centre Porcess Unit，是小型或微型计算机的核心，负责数据的运算与控制。
接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比 拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在 同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送 时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响， 所以单片机的可靠性非常高。
21
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
◆体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大 的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹 配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能 与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装 方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简 单方便。
2、提升性能(CMOS化、提高运行频率、RISC结构运行、低功耗、宽电压、程序 串行下载ISP、增大寻址空间)
3、降低成本(紧凑型)、低价格
代表：ATMEL公司的 89c51、89c2051……
Philips公司的8Xc51
19
WENBOND公司的W78c51
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
单片机的发展，主要经历了四个阶段： 第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。 第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。 第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。 第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。 1990年，Intel公司公开了8051内核。
特点：8051兼容型单片机，形成了百花齐放的局面，成为单 片机的发展方向。
1、增加片内功能(如存储容量与方式、WDT、程序保密系统、A/D、D/A、电压 比较器、LED/LCD/VFD显示器驱动、I2C/CAN/USB总线)
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛参赛选手
5
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
超声波发射和接收一体化机
6
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
能汉字显示的显示屏和实时时钟板
第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。 1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。
特点：外部总线规范化(16位地址总线，寻址空间 64KB；8位数据总线；增加串行总线；控制总线)，8 位CPU、并行I/O口、16位定时器、片内RAM、ROM 容量增大、多级中断处理机制、位操作功能、片内特殊 功能寄存器SFR(建立了外围功能电路的SFR集中管理 模式)
1.1 单片机的发展概述
1.1.2 单片机的发展趋势
• CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 • 高性能化——精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得
到广泛应用 。 • 高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力 。 • 大容量化——扩大片内存储器容量。 • 多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内，
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。 1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。
特点：16位CPU、增加8路10位A/D、PWM型 D/A等
同期间，不同厂家同步推出了相应的单片机机型： Motorola公司的M6800系列 Zilog公司的Z8系列 Rockwell公司的6500系列
微型计算机
除微处理器外，还需有存储器、输入输出接口(如键盘、显示器、打印机)等外围 电路与之协同工作的一个完整的系统。
微型计算机系统
统称系统机，以功能的通用性与完整性，及应用的开放性为突出特征。
PC机：典型的系统机。(Personal Computer)
单片微型计算机
简称单片机，以满足一定要求的基本功能或少量的特殊功能部件，包括CPU、 RAM、ROM、定时/计数器、及各种I/O接口电路集成于一片芯片上为突出特征。
Fairchil d
NEC
TI
NS
Philips
F8 UPD78XX TMS7000
8070 8XC552
/
4K/6K
2K/12 K
2K/2.5 K
8K
常用 8 位单片机性能表
片内 RAM
64/256B 128/256B
256B
寻址 范围 4KB 64KB 64K
并行口
3×8 位 4×8 位 4×8 位
7
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
电子万年历
8
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
第1章 单片机基础知识
• 1.1 单片机的发展概述 • 1.2 单片机的特点及分类 • 1.3 单片机的应用领域 • 小结
9
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
2
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
• 全国电子设计竞赛
2009年全国大学生电子设计竞赛辽宁赛区一等奖
3
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
• 全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛
2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛创意组一等奖、二等奖 4
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
清华大学出版社
1
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
《单片机原理与接口技术》课程介绍
体积小 功能全 性价比高
单片机
工业控制 家用电器 通信设备 信息处理 尖端武器
单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等 专业的学生，以及相关专业技术人员必须掌握的技术。
如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。 • 串行扩展技术—— SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串
行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片 机系统结构更加简化。
20
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.2 单片机的特点及分类
1、单片机的特点 ◆控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直
128/256B 64K 6×8 位 UART
128B
64B/128 B
256B
64K
64/128 K
64K
4×8 位 5×8 位 6×8 位
UART UART UART
定时器/ 计数器
1×8 2×16 3×16 3×16 3×16
位
1×8 位
16 位 3IC5-
OC，RTI
2×8 位
/
1×12 位
2） 办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设
备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、 考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。
3） 汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控
制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等26 都离不开单片机。
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。
1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。 特点：8位CPU、并行I/O口、8位定时器、片内小
容量的RAM、ROM、寻址空间小于4KB、简单的中断处 理机制、无串行口
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
6） 智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表
的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控 等。
7） 智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片
属专用型单片机。 27
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
8） 航空航天系统：飞机、飞船、空间站，及其跟踪、监测、
生命保障系统等，无一不是人类科技高度集中的产品，大量采用 的智能传感器、控制装置中，单片机扮演着重要的角色。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
14
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
1.1.1 单片机的发展过程
256B
64K 6×8 位
128/256B
64B/112 B
64K 2K/8K
3×8 位 1×5 位 2×8 位 1×4 位
串行 口 /
URAT URAT 2URA
T
UART
/
256B
64K
22-38 位
1SCI 1SPI
124B 64K
64K 4K
8×1 位 4×4 位 1×8 位
2×8 位
UART /
Enbedded Microprocesser
嵌入式微控制器
Enbedded Microcontroller，时髦，准确，正在流行
13
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
➢ 单片机的概念：
• 单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和 多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。
4KB 256K
15 异/同步
无
借用通用 计数器
3×16 无 无
16 位单片 机性 能表
Intel MCS-96
8KB 232B
8 异步 8×10 位 有
NS BPC16040
4KB 256B
8 异步 无 有
有
有
2×16 HSIO
无
8×16 有 无
NEC 783XX
8KB 256B
15 异步 4×8 位
1/2×13 位
/
3×16 位
中 断 2 5/6 7 15 2
1/4
20
6
/
3
2/6 /
24
15
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
表 1-2
公司 型号 片内 ROM 片内 RAM 中断源 串行口
A/D PWM 输出 Watchdog
定时器 计数器 高速 I/O DMA
Thmson 682000
有
有
2×16 有
8 个宏通道
25
1.3
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
单片机的应用领域
由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了 无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：
1） 智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化
控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣 机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各 种视听设备等。
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单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.2 单片机的特点及分类
2、单片机的分类
◆ 按CPU处理字的长度分 就CPU处理字的长度而言，有4位、8位、16位、32位单 片机 ◆ 按使用范围分 可分为通用单片机和专用单片机两大类
通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户，内部资源丰富、 性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制 作，是MCU发展的一个趋势。
片上系统(SOC)
正在发展之中的片上完整系统。
12
单片机
单片机的不同称谓
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
单片机(SCM)
Single Chip Microcomputer，常用，但不够准确
MCU
Microcontroller Unit，比单片机更准确一些，但不够流行
嵌入式微处理器
4） 商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、
收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安 全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都 采用了单片机控制。
5） 工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控
制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC 等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。
23
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
3. 主要产品系列
表 1-1
公司 Intel
系列
MCS-48 MCS-51 8XC51FX
8XC51GB
片内 ROM IK/4K 4K/8K 8/32K
8K
6801
2K/4K
Motorola
6805
1K/4K
68HC11A
8K
Zilog
Z8
Baidu Nhomakorabea
2K/4K
微处理器的集成度每 隔18个月就会翻一番，芯 片的性能也随之提高一倍
------摩尔定律 Gordon E. Moore Intel公司的创始人之一
10
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
微处理器发展过程
微型机家族：
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
微处理器(CPU)
Centre Porcess Unit，是小型或微型计算机的核心，负责数据的运算与控制。
接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比 拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在 同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送 时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响， 所以单片机的可靠性非常高。
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◆体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大 的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹 配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能 与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装 方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简 单方便。
2、提升性能(CMOS化、提高运行频率、RISC结构运行、低功耗、宽电压、程序 串行下载ISP、增大寻址空间)
3、降低成本(紧凑型)、低价格
代表：ATMEL公司的 89c51、89c2051……
Philips公司的8Xc51
19
WENBOND公司的W78c51
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单片机的发展，主要经历了四个阶段： 第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。 第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。 第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。 第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。 1990年，Intel公司公开了8051内核。
特点：8051兼容型单片机，形成了百花齐放的局面，成为单 片机的发展方向。
1、增加片内功能(如存储容量与方式、WDT、程序保密系统、A/D、D/A、电压 比较器、LED/LCD/VFD显示器驱动、I2C/CAN/USB总线)
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛参赛选手
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单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
超声波发射和接收一体化机
6
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
培养学生创新思维和实践能力
能汉字显示的显示屏和实时时钟板
第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。 1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。
特点：外部总线规范化(16位地址总线，寻址空间 64KB；8位数据总线；增加串行总线；控制总线)，8 位CPU、并行I/O口、16位定时器、片内RAM、ROM 容量增大、多级中断处理机制、位操作功能、片内特殊 功能寄存器SFR(建立了外围功能电路的SFR集中管理 模式)
1.1 单片机的发展概述
1.1.2 单片机的发展趋势
• CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 • 高性能化——精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得
到广泛应用 。 • 高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力 。 • 大容量化——扩大片内存储器容量。 • 多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内，
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。 1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。
特点：16位CPU、增加8路10位A/D、PWM型 D/A等
同期间，不同厂家同步推出了相应的单片机机型： Motorola公司的M6800系列 Zilog公司的Z8系列 Rockwell公司的6500系列
微型计算机
除微处理器外，还需有存储器、输入输出接口(如键盘、显示器、打印机)等外围 电路与之协同工作的一个完整的系统。
微型计算机系统
统称系统机，以功能的通用性与完整性，及应用的开放性为突出特征。
PC机：典型的系统机。(Personal Computer)
单片微型计算机
简称单片机，以满足一定要求的基本功能或少量的特殊功能部件，包括CPU、 RAM、ROM、定时/计数器、及各种I/O接口电路集成于一片芯片上为突出特征。
Fairchil d
NEC
TI
NS
Philips
F8 UPD78XX TMS7000
8070 8XC552
/
4K/6K
2K/12 K
2K/2.5 K
8K
常用 8 位单片机性能表
片内 RAM
64/256B 128/256B
256B
寻址 范围 4KB 64KB 64K
并行口
3×8 位 4×8 位 4×8 位
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培养学生创新思维和实践能力
电子万年历
8
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第1章 单片机基础知识
• 1.1 单片机的发展概述 • 1.2 单片机的特点及分类 • 1.3 单片机的应用领域 • 小结
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2
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培养学生创新思维和实践能力
• 全国电子设计竞赛
2009年全国大学生电子设计竞赛辽宁赛区一等奖
3
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培养学生创新思维和实践能力
• 全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛
2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛创意组一等奖、二等奖 4
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
清华大学出版社
1
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
《单片机原理与接口技术》课程介绍
体积小 功能全 性价比高
单片机
工业控制 家用电器 通信设备 信息处理 尖端武器
单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等 专业的学生，以及相关专业技术人员必须掌握的技术。
如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。 • 串行扩展技术—— SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串
行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片 机系统结构更加简化。
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单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.2 单片机的特点及分类
1、单片机的特点 ◆控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直
128/256B 64K 6×8 位 UART
128B
64B/128 B
256B
64K
64/128 K
64K
4×8 位 5×8 位 6×8 位
UART UART UART
定时器/ 计数器
1×8 2×16 3×16 3×16 3×16
位
1×8 位
16 位 3IC5-
OC，RTI
2×8 位
/
1×12 位
2） 办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设
备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、 考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。
3） 汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控
制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等26 都离不开单片机。
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。
1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。 特点：8位CPU、并行I/O口、8位定时器、片内小
容量的RAM、ROM、寻址空间小于4KB、简单的中断处 理机制、无串行口
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
1.1 单片机的发展概述
6） 智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表
的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控 等。
7） 智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片
属专用型单片机。 27
单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社
8） 航空航天系统：飞机、飞船、空间站，及其跟踪、监测、
生命保障系统等，无一不是人类科技高度集中的产品，大量采用 的智能传感器、控制装置中，单片机扮演着重要的角色。