本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，本书与“中国大学慕课”网站已上线的哈尔滨工业大学“单片机原理及应用”MOOC课程相配套。本书详细介绍了美国ATMEL公司的基本型/增强型AT89S51/AT89S52单片机的硬件结构与工作原理，8051汇编语言指令系统，并从应用设计的角度介绍AT89S51/AT89S52单片机的各种硬件扩展接口设计、接口驱动程序设计以及应用系统设计，同时给出了较多的典型设计案例。本书还对AT89S51/AT89S52单片机应用系统设计中的各种流行器件也作以介绍。
本书为新形态教材，全书一体化设计，将课程重点内容授课视频制作成二维码，扫描即可实现在线同步学习。配套数字资源网站针对全书内容，制作了与主教材配套的电子教案(PPT文件)，各章习题与参考答案，考试试卷与参考答案，以及Proteus总体功能介绍的视频文件和Proteus ISIS与ARES演示的视频文件，以方便教师授课，学生自学。此外，读者也可以登录“中国大学慕课”网站或“爱课程”网站，自主学习哈尔滨工业大学开设的“单片机原理及应用”MOOC课程。目前张毅刚主编《单片机原理及应用（第4版）》已与《单片机原理及应用——C51编程+Proteus仿真（第3版）》、《单片机原理及应用——基于C51编程的Proteus仿真案例（第2版）》形成较完整的系列教材。
本书可作为各类工科院校、职业技术学院电气类、电子信息类、自动化类、计算机类、仪器类及机械电子工程专业单片机课程教材，也可供从事单片机应用设计的工程技术人员参考。