• Ein Mikrocontroller ist im Wesentlichen ein kleiner Computer auf einem einzigen Chip, der für die Ausführung spezifischer Aufgaben in einem eingebetteten System verwendet wird.
  • Mikrocontroller sind ideal für batteriebetriebene Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Smartwatches und andere tragbare Geräte.

Die Ingenieure Gary Boone und Michael Cochran von Texas Instruments entwickelten 1971 den ersten Mikrocontroller. Heute bieten Dutzende von Mikrocontroller-Herstellern – wie Intel, NXP und Arm – Hunderte von Varianten an, von generischen Optionen für Hobbyisten über professionelle Techniker bis hin zu hochspezialisierten Lösungen für alle Branchen.

Was ist ein Mikrocontroller?

EinMikrocontrollerist im Wesentlichen ein kleiner Computer auf einem einzigen Chip. Er ist dafür ausgelegt, bestimmte Aufgaben in eingebetteten Systemen auszuführen, ohne ein komplexes Betriebssystem zu benötigen.

Diese kompakten integrierten Schaltungen enthalten einen Prozessorkern,Arbeitsspeicher (RAM)und elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lesespeicher (EEPROM), um die benutzerdefinierten Programme zu speichern, die auf dem Mikrocontroller ausgeführt werden, auch wenn das Gerät von der Stromversorgung getrennt ist.

Im Gegensatz zu Allzweck-Mikroprozessoren integrieren Mikrocontroller die Verarbeitung, den Speicher und die Eingabe-/Ausgabe-Peripherie (E/A), einschließlich Timer, Zähler und Analog-Digital-Wandler (ADC), in einer einzigen effizienten und kostengünstigen Einheit. Durch die Kombination mehrerer Komponenten in einem einzigen System eignen sich Mikrocontroller gut für Anwendungen, die eine Echtzeit-Signalverarbeitung erfordern, wie die Steuerung von Motoren und Servern sowie die Schnittstelle zu verschiedenen Sensoren und Kommunikationsarten.

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Komponenten eines Mikrocontrollers

1. Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU):Allgemein als das „Gehirn“ eines Computers bezeichnet, ist dies die Hauptkomponente, die für die Ausführung von Anweisungen und die Steuerung der Abläufe verantwortlich ist.

2. Speicher:Mikrocontroller enthalten sowohl flüchtigen Arbeitsspeicher (RAM) als auch nichtflüchtigen Flash-Speicher. RAM unterscheidet sich von Programmspeicher dadurch, dass RAM temporäre Daten speichert, die beim Ausschalten des Systems verloren gehen können, während nichtflüchtiger Flash-Speicher verwendet wird, um die Firmware des Mikrocontroller-Programmbefehlssatzes zu speichern.

3. Peripherie:Je nach vorgesehener Anwendung kann der Mikrocontroller verschiedene Hilfskomponenten enthalten, wie z. B. Eingabe-/Ausgabe-Schnittstellen (E/A), einschließlich Timer, Zähler, Analog-Digital-Wandler (ADC) und Digital-Analog-Wandler (DAC) sowie Kommunikationsprotokolle (UART, SPI, I2C). Hilfsgeräte können auch Komponenten wie LCD-Bildschirme, Ethernet-Anschlüsse oder Schnittstellen für solche Module umfassen.

Mikrocontroller sind ideal für batteriebetriebene Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Smartwatches und andere tragbare Geräte, da sie leicht, klein und relativ stromsparend sind.

Arten von Mikrocontrollern

1. 8-Bit-Mikrocontroller:Der grundlegendste Mikrocontroller-Typ mit begrenzter Rechen- und Speicherkapazität, der üblicherweise in kleinen Geräten wie Spielzeugen und Fernbedienungen verwendet wird.

2. 16-Bit-Mikrocontroller:Mit doppelter Leistung im Vergleich zu 8-Bit-Modellen werden 16-Bit-Mikrocontroller für komplexere Anwendungen eingesetzt, darunter medizinische Geräte, Automobilsysteme und industrielle Steuerungssysteme.

3. 32-Bit-Mikrocontroller:Die leistungsfähigsten und funktionsreichsten Mikrocontroller-Typen, die für anspruchsvolle Anwendungen wie Spielkonsolen, Unterhaltungsgeräte und High-End-Industrieautomatisierung verwendet werden.

4. RISC-Mikrocontroller (Reduced Instruction Set Computer):RISC-Mikrocontroller verwenden eine Design-Architektur, die Operationen vereinfacht und verbessert, indem sie weniger Rechenanweisungen schneller ausführen als andere Methoden wie die CISC-Architektur (Complex Instruction Set Computer).

5. ARM-Mikrocontroller:Früher ein Akronym für Advanced RISC Machines, diese Art von Mikrocontrollern integriert die ARM-Architektur, einschließlich des modernen ARM-Cortex-Subsets, das die Leistung und Zuverlässigkeit verbessert. ARM-Mikrocontroller werden häufig in mobilen Geräten, Automobilsystemen und industriellen Steuerungssystemen eingesetzt.

6. FPGA-basierte Mikrocontroller:Sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die digitale Signalverarbeitung, Videoverarbeitung und Hochgeschwindigkeitsnetzwerke erfordern. Diese Mikrocontroller verwenden Field Programmable Gate Arrays (FPGA), die auf Hardwareebene konfiguriert und rekonfiguriert werden können, um sehr vielseitige und anpassbare Verarbeitungsergebnisse zu erzielen.