Wat is een microcontroller?

Een microcontroller, of kortweg MCU, is een computer die op een geïntegreerde circuitchip is geplaatst. Microcontrollers zijn geen computers in de zin dat ze werken zoals een laptop of gaming-pc. Ze bevatten een of meer CPU's, hun geheugen en invoer-/uitvoerconnectoren, maar er gaat niets boven een besturingssysteem of gebruikersinterface.

Hun belangrijkste interface-elementen zijn schakelaars, LED's of sensoren. Ze zijn beperkt in welke programma's ze kunnen uitvoeren door wat er in hun ingebouwde geheugen past - het is kostbaar en inefficiënt om extra geheugen aan te sluiten, dus wat ze ook moeten doen, moet passen in het beschikbare geheugen van de chip. Microcontrollers worden gebruikt voor embedded toepassingen in plaats van voor pc-gebruik. Dat betekent dat ze een specifiek, toegewijd doel dienen binnen een uitgebreider elektronicasysteem.

Tip: Vergelijk de functie van een microcontroller met die van een radertje in een machine. In plaats van direct toegankelijk te zijn voor de gebruiker, vervult het stilletjes zijn doel om het systeem waarin het zich bevindt soepel te laten werken.

Microcontrollers zijn vergelijkbaar met SoC's of System-on-a-chips. SoC's zijn iets geavanceerder, maar ze kunnen samen verschijnen - een SoC kan bijvoorbeeld externe microcontrollers aansturen die via een moederbord zijn aangesloten. In tegenstelling tot microcontrollers hebben SoC's meestal een vorm van GPU en netwerkconnectiviteitstools ( zoals een Wi-Fi-interface ).

Microcontrollers in de echte wereld

Een van hun bepalende kenmerken is dat ze niet direct toegankelijk zijn, maar automatisch worden beheerd in grotere systemen. Ze kunnen worden gevonden in de boordcomputer van een auto, elektrisch gereedschap of zelfs medische apparaten. Microcontrollers kunnen in grootte variëren, maar zijn klein, waardoor ze in kleine apparaten kunnen worden geplaatst.

Ze kunnen ook zo worden gebouwd dat ze ongelooflijk weinig stroom verbruiken - terwijl ze inactief zijn of wachten op input; het is mogelijk om microcontrollers te bouwen die slechts een nanowatt per minuut verbruiken - dat is een miljardste van een watt. Hoewel niet alle apparaten zo efficiënt kunnen zijn, stellen velen zich tevreden met fracties van een watt voor stroomverbruik. Dit maakt ze bij uitstek geschikt voor apparaten die op een beperkte batterijlading werken.

De geschiedenis van de microcontroller

De eerste microcontroller werd gemaakt in 1971, hoewel het tot 1974 duurde voordat de eerste microcontroller commercieel verkrijgbaar was. Het had een eenvoudigere opzet dan moderne en was speciaal gebouwd voor ingebedde systemen. Vooral Japanse fabrikanten pikten de technologie op en begonnen ze voor auto's te maken. Ze vonden toepassing in entertainment in de auto, geautomatiseerde of sensorgestuurde ruitenwissers, elektronische sloten, dashboards en motorbedieningen.

Tip: een moderne auto uit het middensegment heeft waarschijnlijk zo'n 30 verschillende microcontrollers. Je kunt er ook een aantal vinden in wasmachines, ovens, telefoons en intercomsystemen.

Vroege modellen waren sterk beperkt in hoe gemakkelijk ze konden worden gewist en herschreven en waren ook niet gemakkelijk te vervaardigen. Dit is sindsdien geen probleem meer - sinds 1993, toen een nieuw type geheugen in microcontrollers werd opgenomen, zijn ze aanzienlijk goedkoper geworden om te maken. De meeste modellen kosten slechts een paar cent om te produceren - en verkopen voor ongeveer een dollar, afhankelijk van de details.

Tegenwoordig worden microcontrollers ook gebruikt buiten toegewijde ingebedde systemen - ze zijn populair bij hobby-ingenieurs die er graag aan sleutelen. Sommige specifieke modellen hebben zelfs hele online communities die aan hen zijn gewijd en hun mogelijke toepassingen.

Conclusie

Een microcontroller is een kleine processor. Ze worden meestal gebruikt om iets specifieks te regelen, zoals het inschakelen van de ruitenwissers wanneer er water wordt gedetecteerd. Ze zijn doorgaans volledig automatisch en hebben geen afstandsbediening van een algemene CPU nodig, hoewel ze wat eenvoudige telemetrie kunnen terugkoppelen. Zoals de naam al doet vermoeden, zijn microcontrollers meestal fysiek klein.

Ze hebben ook een klein stroomverbruik en een laag prijskaartje. Hoewel vroege modellen de neiging hadden om vast te zitten aan hun specifieke functie, kunnen moderne microcontrollers over het algemeen opnieuw worden geprogrammeerd, hoewel vaak specifieke hardware vereist is. Deze programmeerbaarheid stelt een gemeenschap in staat om eraan te sleutelen en ze op ongebruikelijke manieren te gebruiken.