微控制器的定义、构成及分类

CAN总线的关键技术包括两方面，硬件和软件。硬件包括：微控制器、CAN控制器和CAN收发器。软件包括节点控制程序和CAN总线网络应用层协议。

微控制器作为CAN总线重要的硬件组成，这篇文章中，我们详细讲解不同分类的微控制器。

1微控制器定义

MCU英文名为Microcontroller Unit，简写为MCU，中文称为微控制器单元或微控制器。由于微控制器是将算术逻辑单元(Arithmetic Loaic Unit.ALU)、存储器、定时器/计算器及各种/O威廉希尔官方网站 等集成到一个芯片上，构成了一个基本完整的计算系统，故而又称为单片机(Single-ChipMicrocomputer)。

在微控制器存储器中的程序，与微控制器硬件和外围硬件威廉希尔官方网站 紧密配合使用，区别于PC的软件，称微控制器的程序为固件(Firmware)。一般地，微处理器是指CPU在单个集成威廉希尔官方网站 上，而微控制器是指CPU、ROM、RAM、VO、定时器等都在单个集成威廉希尔官方网站 上。与CPU相比，微控制器没有那么强大的计算能力，也不具备内存管理单元(MemoryManaaement Unit，MMU)，这使得微控制器只能处理一些相对单一和简单的控制、逻辑等任务，其广泛应用于设备控制、传感器信号处理等领域，如一些家电产品、工业设备、电动工具等。

2微控制器的构成

微控制器由中央处理器、存储器、输入/输出几个部分组成：

·中央处理器：

中央处理器是MCU的核心部件，包括运算器和控制器两个主要部分。

运算器

运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic & Logical Unit，简称ALU)、累加器和寄存器等几部分组成。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。

运算器有两个功能：

(1) 执行各种算术运算。

(2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。

运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。

控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。其主要功能有：

(1) 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

(2) 对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。

(3) 指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口威廉希尔官方网站 联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口威廉希尔官方网站 ，实现与各种外围设备连接。

·存储器

存储器可以分为数据存储器和程序存储器两大类。

数据存储器用于保存数据，程序储存器用于存储程序和参数。

·输入/输出-链接或驱动不同的设备

串行通信端口-MCU和不同外设之间进行数据交换，如UART、SPI、12C等。

3微控制器分类

从位数上分，可以将微控制器分为：4位、8位、16位、32位。在实际应用中，32位占比55%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%

可以看出32位和8位微控制器是如今使用最广泛的微控制器。

位数的区别，不可以代表微处理器的好坏，并不是位数越高的微处理器就越好，也并不是位数越低的微处理器就越差。

8位MCU是多功能的;它们提供简单的编程、能源效率和小型封装尺寸(有些只有六个引脚)。但是这些微控制器通常不是用来实现网络和通信功能的。

最常见的网络协议和通信软件堆栈是16位或32位。通信外围设备可用于一些8位设备，但16位和32位MCU 往往是更有效的选择。尽管如此，8位MCU通常用于各种控制、传感和接口应用程序。

从架构上分，可以把微控制器分为：RISC(Reduced Instruction Set Computers，精简指令集计算机)和CISC(Complex Instruction Set Computers，复杂指令集计算机)这两类。

RISC是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机(即RISC机)，RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令，即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和威廉希尔官方网站 元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

CISC包括一个丰富的微指令集，这些微指令简化了在处理器上运行的程序的创建。指令由汇编语言所组成，把一些原来由软件实现的常用的功能改用硬件的指令系统实现，编程者的工作因而减少许多，在每个指令期同时处理一些低阶的操作或运算，以提高计算机的执行速度，这种系统就被称为复杂指令系统。

4总结

当今汽车电子工程师面临的一大严峻挑战就是构建一个低成本、无故障，甚至在发生故障时也能工作的汽车系统，在汽车性能逐渐提升的当下，微控制器有望提升汽车电子控制单元的性能。

审核编辑：汤梓红