Wozu werden Mikrocontroller gebraucht?

Was wären wir bloß ohne diese winzigen vielseitigen Chips? Mindestens einen hat so gut wie jeder in seiner Hosentasche. Alles, was irgendwie klein und ach so unglaublich „smart“ (Phone, Watch, Küchenmaschinen, etc…) sein soll, wäre ohne einen Mikrocontroller (oder einfach MCU für Micro Controller Unit) nicht denkbar. Ohne sie ließe­ sich die mittlerweile zur Selbstverständlichkeit gewordene, scheinbar grenzenlose mobile Kommunikation überhaupt nicht realisieren. Sie können meist mehr als einfach nur simpel rechnen und weisen im Vergleich zu ihren Verwandten, den CPUs (Central Processing Unit) einige Raffinessen auf. Vereinfacht dargestellt beschreibt ein Mikrocontroller eine CPU, die um zusätzliche Elektronik erweitert wurde, um einen speziellen Einsatzzweck zu dienen.

Ein auseinandergebautes Smartphone – die MCU ist orange markiert.

Ein auseinandergebautes Smartphone – die MCU ist orange markiert.

Was ist der Unterschied zwischen einem Mikrocontroller und einem Prozessor?

Der gewöhnliche Prozessor (CPU), wie er in eurem Desktop-Computer bzw. Notebook steckt, hat eine Menge mit einem Mikrocontroller gemeinsam – streng genommen macht er das gleiche 😉 Bloß warum gibt’s denn verschiedene Typen, Bauformen oder Ausbaustufen?

Ein erster Ansatzpunkt ist die Anwendung. In welchem Gerät soll er stecken, soll er fest verlötet oder modular sein, wie viel Leistung wird abverlangt und wie versorge ich das Gefüge überhaupt mit Strom? Macht es zum Beispiel Sinn in einem Blutdruckmessgerät einen Desktop-Prozessoren zu verbauen? Eben nicht! Er ist viel zu groß und erzeugt eine Menge Abwärme (warum müssen die wohl so aufwendig gekühlt werden?!).

Die Kühlung einer Desktop-CPU, ganz schön aufwendig…

Die Kühlung einer Desktop-CPU, ganz schön aufwendig…

Universell oder spezialisiert, die Qual der Wahl.

Je nach Ausbaustufe bringen diese kleinen Wunderwerke u.a. Arbeitsspeicher, Ein- und Ausgänge, mehrere Rechenkerne und Wandler (z.B. Anschluss von Temperatursensoren) in einem Gehäuse unter. Ihre Leistungsfähigkeit reicht mittlerweile sogar für gehobene Anwendungen, die man sonst nur von einem ausgewachsenen PC erwarten würde. Wie gut das geht, zeigt ein RasberryPI. Von der Wetterstation bis hin zum kleinen Mediaplayer kann man mit dieser kleinen Platine schon eine Menge anfangen.

Desktop-Prozessor und Mikrocontroller im Größenvergleich

Desktop-Prozessor und Mikrocontroller im Größenvergleich

Die Rolle der Programmierung

Hardware ist ja gut und schön, nur ohne Programmierung bleibt eine MCU auch nichts weiter als ein Stück dummes Silizium 😛 Zugegeben, auf den ersten Blick mag die Komplexität erdrückend wirken, wie also den Einstieg finden? Zum Glück bieten alle namenhaften Hersteller Starter-Kits an. Sehr zu empfehlen sind hier die Launch-Pads von Texas Instruments, vor allem diejenigen, die auf dem MSP430 basieren. Diese Mikrocontroller-Familie existiert schon sehr lange und ihr könnt euch von einer großen Community helfen lassen. Auch andere Firmen haben entsprechende Bausätze im Portfolio. Zu nennen seien hier z.B. Fischertechnik und – für Freunde der kleinen Steine – Lego. Und ohne übertreiben zu wollen, hierbei handelt es sich wirklich um mehr als nur Spielzeug. Es ist erstaunlich, was sich mit ein wenig Kreativität und Zeit so alles realisieren lässt.