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Microcontroller und Einplatinencomputer

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Ein Computer in der Größe einer Kreditkarte – Microcontroller

Microcontroller bieten vielseitige Möglichkeiten der Nutzung. Sie sind perfekt geeignet, um eigene Projekte umzusetzen, können aber auch von Unternehmen genutzt werden. Individualität steht immer im Vordergrund.

Microcontroller – perfekt nicht nur für Individualisten

Sie sind ein passionierter Bastler, am liebsten schrauben Sie an Rechnern herum. Aber Sie haben auch viele Ideen, wissen aber nicht, wie Sie diese verwirklichen sollen. Ein kleiner Computer, mit dem Sie herumexperimentieren können und der sich so modifizieren lässt, wie Sie es sich wünschen, das ist genau das, was Sie suchen. Entscheiden Sie sich für einen Microcontroller, und all Ihre Wünsche werden erfüllt. Was genau Microcontroller sind und wie sie genutzt werden können, erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Was genau ist ein Microcontroller?

Was sich zunächst vielleicht nach einem Steuergerät für eine Spielekonsole anhört, ist in Wirklichkeit aber ein Ein-Chip-Computersystem. Es ist ein bestimmter Mikrorechner, auf dessen Chip neben einem Prozessor noch weitere wichtige Elemente und Komponenten zusammengestellt werden. Daraus ergibt sich dann dieses Ein-Chip-Computersystem. Eine weitere Bezeichnung für Microcontroller ist Einplatinencomputer oder Single Board Computer. In einem Microcontroller werden alle Komponenten, die für den Betrieb des Systems erforderlich sind, auf einer einzigen Leiterplatte vereint. Dazu zählen neben dem Mikroprozessor auch ein Arbeitsspeicher, Chipsätze und Caches. Erweiterungen können ganz einfach durch Aufsteckmodule konfiguriert werden. So ist es möglich, die komplette Kommunikationssteuerung, die Grafikdarstellungen und zudem auch die peripheren Funktionen für die Eingabe und Ausgabe im modularen System hinzuzufügen. Diese Art von Computer-Architektur ist sehr effizient. Sie bietet Entwicklern die Möglichkeit, optimal auf die Kundenwünsche einzugehen. Das wohl bekannteste Beispiel für einen Microcontroller ist der Raspberry Pi.

Die Möglichkeiten und Einsatzbereiche von Microcontrollern

Ein Einplatinencomputer ist perfekt geeignet für jeden, der sich mehr Individualität für die Zusammenstellung wünscht. Selbstverständlich kann ein so kleiner Computer nicht alle Aufgaben eines riesigen Servers übernehmen, dennoch gibt es einige Einsatzbereiche, in denen sich Microcontroller bewähren. Ein Spezialgebiet der Single Board Computer ist die Implementierung und das Testen von kleinen Systemen. Er fungiert in diesem Fall als kleiner Behelfsserver, der ein System hochladen kann. Egal, ob er als Mini-Server für daheim genutzt wird oder im professionellen Umfeld eingesetzt wird, er erleichtert immer das Anschließen der üblichen Peripherie. Es handelt sich praktisch um eine Basis, die als Programmierungsplattform genutzt werden kann. Es ist auch möglich, diesen Microcontroller von verschiedenen Anwendungen nutzen zu lassen, beispielsweise von VPN-Servern, Webservern oder auch privaten Clouds.

Die Einsatzzwecke können sehr individuell und auch vielfältig sein. Für Einsteiger in den PC-Bereich, deren Wunsch die Realisierung von eigenen Projekten ist, sind Microcontroller optimal geeignet. Größere Unternehmen können Einplatinencomputer nutzen, um verschiedene Projekte zu verwirklichen, beispielsweise eine hauseigene Cloud. Fortgeschrittene Nutzer zählen oft zu den passionierten Bastlern. Sie sind auf der Suche nach individuellen Lösungen und wünschen sich, diese auch so effizient wie möglich umsetzen zu können. Auch dafür sind Microcontroller genau die richtige Wahl. Bisher ist der Raspberry Pi oft der Controller der Wahl, da er in der Lage ist, sehr komplexe Steuerungsaufgaben zu erledigen. Dazu kann er sehr flexibel modifiziert werden. Er kann beispielsweise im Smart Home Bereich zum Einsatz kommen. Ein einfaches Sendemodul mit gut im Haus verteilten Funksteckdosen kann absolut ausreichend sein, um ganz einfach vom Smartphone aus beispielsweise die Alarmanlage, die Heizung oder auch die Beleuchtung kontrollieren zu können. Microcontroller werden sehr oft für die Installation von Komponenten genutzt, dazu gehören:

  • Clouds
  • Überwachungskameras
  • Datei-Server
  • Datenbanksysteme
  • Media-Center
  • Sensoren für Temperaturen usw.
  • Entwicklungsumgebungen

So ist ein Microcontroller technisch aufgebaut

Wer sich einen Einplatinencomputer kaufen möchte, sollte zunächst einmal wissen, wie dieses kleine Gerät technisch aufgebaut ist. Von der Größe her erreichen diese Microcontroller gerade einmal die Maße einer Kreditkarte, wenn überhaupt. Es gibt allerdings auch Modelle, die besonders leistungsstark sind und daher ein etwas größeres Format aufweisen. Sie verfügen für gewöhnlich nicht über ein eigenes Gehäuse, da sie meistens in ein bestehendes System integriert werden. Ein Microcontroller besteht für gewöhnlich aus dem eigentlichen Prozessor, der Reset-Logik, einem Taktgenerator, einem ROM-Festspeicher sowie auch Ein- und Ausbaugruppen. Mit dieser Grundausstattung ist es bereits möglich, kleinere Ablaufsteuerungen zu erstellen. Sollen aber schwierigere Aufgaben verwirklicht werden, sind noch weitere Komponenten erforderlich, beispielsweise RAM-Speicher, um die Zwischenergebnisse und Unterprogramme abzulegen. Auch Flash- und EEPROM-Speicher sind sinnvoll für die variablen Parameter, die auch dann noch arbeiten müssen, wenn es beispielsweise zu einem Stromausfall gekommen ist.

Viele dieser Single Board Computer sind auch mit Überwachungsschaltungen ausgestattet. Diese sind in der Lage, den Rechner in einen zuvor bestimmten Ausgangszustand zurückzusetzen, wenn es beispielsweise ein Problem mit dem Strom gibt oder ein Programmfehler auftaucht. So wird verhindert, dass der Microcontroller in einen undefinierten Betriebszustand gerät. Kommt es zu einem Stromausfall oder bleibt die zyklisch erwartete „OK“-Meldung aus, wird ein Neustart ausgelöst. Eine Anpassung des Rechners an bestimmte Anwendungen kann durch spezielle Schaltungen erfolgen, beispielsweise Zählerbausteine, Analog-Digital-Wandler und Kommunikationsschnittstellen. Auch eine spezielle Hardware kann dafür genutzt werden.

Zubehör Microcontroller – Gehäuse, Netzteile und Co.

So klein Microcontroller auch sind, es gibt dennoch einiges an Zubehör, mit dem sie ausgestattet werden können. Es ist möglich, mit passendem Zubehör Microcontroller auszubauen. Die meisten Microcontroller werden ohne Gehäuse geliefert. Wer den Einplatinencomputer aber außerhalb eines Systems nutzen möchte, braucht dafür ein passendes Gehäuse. Diese stehen in unterschiedlichen Varianten zur Verfügung, ebenso wie passende Netzteile. Sogar Tastaturen, Kameras, Kühlkörper, Touchdisplays und vieles mehr ist für diese kleinen Computer erhältlich.

Microcontroller kaufen – darauf sollten Sie achten

Wer den Entschluss gefasst hat, einen Microcontroller kaufen zu wollen, sollte dabei auf ein paar Punkte achten. Microcontroller sollten, ganz wie die herkömmlichen Rechner auch, mit ausreichend Arbeitsspeicher ausgestattet sein. Auch die Rechenleistung muss ausreichend sein. Es ist ratsam, vor dem Kauf genau zu überlegen, welche Funktionserweiterungen später vielleicht einmal vorgenommen werden sollen. Wichtig ist, dass die gängigsten Schnittstellen bereits vorhanden sind. Für ein Display sind hier LVDS, HDMI und MIPI-DSI zu nennen. Für den Anschluss einer Kamera sollte ebenfalls bereits ein passender Anschluss bereitstehen. Für gewöhnlich ist es so, dass der Microcontroller von Hause aus bereits mit allen Bauteilen ausgestattet ist, über die ein herkömmlicher PC auch verfügt. Prozessor, Taktgeber, Audioausgabe, Grafikprozessor, USB, Ethernet, WLAN und SD-Kartenslot sind für gewöhnlich bereits vorhanden. Wer genau weiß, was er will, kann seine Zusammenstellung sehr spezifisch wählen.

Microcontroller und Mikroprozessor – was ist der Unterschied?

Es gibt einen sehr großen Unterschied zwischen einem Microcontroller und einem Mikroprozessor. Jeder Microcontroller enthält für gewöhnlich mindestens einen Mikroprozessor. Das bedeutet, dass ein Mikroprozessor lediglich eine Recheneinheit ist, ein reiner Prozessor. Er ist das Herzstück des Microcontrollers, kann aber nicht alleine genutzt werden.

Wer profitiert von einem Single Board Computer?

Es gibt viele Menschen, die mit einem Single Board Computer so einiges anfangen können. Sie sind eine Errungenschaft für jeden Bastler, Techniker oder Nerd. Aber auch Kleinunternehmer können von diesen Microcontrollern profitieren. Der Vorteil dieser kleinen Allrounder ist, dass sie unglaublich vielseitig eingesetzt werden können. Sie können individuell zusammengestellt werden und bieten unzählige Einsatzmöglichkeiten. Ein weiterer Vorteil ist der Preis dieser kleinen Geräte. Wer einen Single Board Computer kaufen möchte, muss dafür nicht tief in die Tasche greifen. Ein großer Vorteil für alle, die gerade erst mit dem Basteln und Ausprobieren beginnen möchten. Einplatinencomputer bieten vielseitige Möglichkeiten. Auf keinen Fall sollten Sie sich von der Größe in die Irre leiten lassen. Nur weil Microcontroller sehr klein sind bedeutet das nicht, dass sie keine gute Leistung bringen können, ganz im Gegenteil. Microcontroller überzeugen immer mehr Nutzer und kommen immer öfter zum Einsatz. Bisher war der Raspberry Pi der beliebteste Einplatinencomputer, aber mittlerweile gibt es noch viele weitere Modelle, die ihm knapp auf den Fersen sind. Microcontroller sind eine gute Wahl für jeden, der sich mehr Individualität wünscht.