Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller oder kurz MCU ist ein Computer, der auf einem Chip mit integrierter Schaltung platziert ist. Mikrocontroller sind keine Computer in dem Sinne, dass sie wie ein Laptop oder Gaming-PC funktionieren. Sie enthalten eine oder mehrere CPUs, ihren Speicher und Ein-/Ausgabeanschlüsse, aber nichts wie ein Betriebssystem oder eine Benutzeroberfläche.

Ihre wichtigsten Schnittstellenelemente sind Schalter, LEDs oder Sensoren. Sie sind hinsichtlich der Programme, die sie ausführen können, durch das, was in ihren Onboard-Speicher passt, begrenzt – es ist kostspielig und ineffizient, zusätzlichen Speicher hinzuzufügen, also muss alles, was sie tun sollen, in den verfügbaren Speicher des Chips passen. Mikrocontroller werden eher für eingebettete Anwendungen als für die Verwendung von Personalcomputern verwendet. Das bedeutet, dass sie innerhalb eines umfangreicheren Elektroniksystems einem bestimmten, dedizierten Zweck dienen.

Tipp: Vergleichen Sie die Funktion eines Mikrocontrollers mit der eines Zahnrads in einer Maschine. Anstatt für den Benutzer direkt zugänglich zu sein, erfüllt es stillschweigend seinen Zweck, das System, in dem es sich befindet, reibungslos zum Laufen zu bringen.

Mikrocontroller ähneln SoCs oder System-on-a-Chips. SoCs sind etwas ausgefeilter, aber sie können zusammen auftreten – ein SoC könnte beispielsweise externe Mikrocontroller steuern, die über ein Motherboard angeschlossen sind. Im Gegensatz zu Mikrocontrollern sind SoCs normalerweise mit einer Form von GPU- und Netzwerkkonnektivitätstools ( z. B. einer Wi-Fi-Schnittstelle ) verbunden.

Mikrocontroller in der realen Welt

Eines ihrer charakteristischen Merkmale ist, dass sie nicht direkt aufgerufen, sondern in größeren Systemen automatisch gesteuert werden. Sie können im Bordcomputer eines Autos, in Elektrowerkzeugen oder sogar in medizinischen Geräten gefunden werden. Mikrocontroller können unterschiedlich groß, aber klein sein, sodass sie in winzigen Geräten untergebracht werden können.

Sie können auch so gebaut werden, dass sie unglaublich wenig Strom verbrauchen – im Leerlauf oder beim Warten auf Eingaben; Es ist möglich, Mikrocontroller zu bauen, die nur ein Nanowatt pro Minute verbrauchen – das ist ein Milliardstel Watt. Obwohl nicht alle so effizient sein können, begnügen sich viele mit Bruchteilen von einem Watt für den Stromverbrauch. Dadurch eignen sie sich ideal für Geräte, die mit begrenzten Akkuladungen betrieben werden.

Die Geschichte des Mikrocontrollers

Der erste Mikrocontroller wurde 1971 entwickelt, obwohl es bis 1974 dauerte, bis der erste Mikrocontroller im Handel erhältlich war. Es war einfacher aufgebaut als moderne und wurde speziell für eingebettete Systeme entwickelt. Vor allem japanische Hersteller haben die Technologie aufgegriffen und begonnen, sie für Autos herzustellen. Sie fanden Verwendung in der Unterhaltung im Auto, automatisierten oder sensorgesteuerten Scheibenwischern, elektronischen Schlössern, Armaturenbrettern und Motorsteuerungen.

Tipp: Ein modernes Mittelklasseauto wird wahrscheinlich etwa 30 verschiedene Mikrocontroller haben. Sie finden einige auch in Waschmaschinen, Öfen, Telefonen und Gegensprechanlagen.

Frühe Modelle waren stark eingeschränkt, wie leicht sie gelöscht und neu beschrieben werden konnten, und waren auch nicht einfach herzustellen. Seitdem ist dies kein Problem mehr – seit 1993, als ein neuer Speichertyp in Mikrocontroller eingebaut wurde, sind sie deutlich billiger in der Herstellung geworden. Die meisten Modelle kosten nur wenige Cent in der Herstellung – und werden je nach Ausstattung für etwa einen Dollar verkauft.

Heutzutage werden Mikrocontroller auch außerhalb dedizierter Embedded-Systeme eingesetzt – sie sind beliebt bei Hobby-Ingenieuren, die gerne daran basteln. Einige spezifische Modelle haben sogar ganze Online-Communities, die ihnen und ihren möglichen Verwendungen gewidmet sind.

Abschluss

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Prozessor. Sie werden normalerweise verwendet, um etwas Bestimmtes zu verwalten, z. B. das Aktivieren der Scheibenwischer, wenn Wasser erkannt wird. Sie sind in der Regel vollständig automatisch und benötigen keine Fernsteuerung von einer Allzweck-CPU, obwohl sie einige einfache Telemetriedaten zurückmelden können. Wie der Name schon sagt, neigen Mikrocontroller dazu, physisch klein zu sein.

Sie haben auch eine geringe Leistungsaufnahme und einen niedrigen Preis. Während frühe Modelle in der Regel an ihre spezifische Funktion gebunden waren, können moderne Mikrocontroller im Allgemeinen neu programmiert werden, obwohl häufig spezielle Hardware erforderlich ist. Diese Programmierbarkeit ermöglicht einer Community, die gerne daran bastelt und sie auf ungewöhnliche Weise verwendet.