Vergleich von Mikrocontroller und SPS: Was ist der Unterschied?

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Was ist eine Mikrocontrollereinheit?

Ein Mikrocontroller (MCU) ist ein kleiner Computer, der vollständig auf einem integrierten Schaltkreis aufgebaut ist und zur Steuerung bestimmter Vorgänge in elektronischen Systemen verwendet wird. Auf einem einzigen Chip integriert er die Funktionen einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), eines Speichers und von Eingabe-/Ausgabeschnittstellen. Eingebettete Systeme, darunter solche in Haushaltsgeräten, Autos, medizinischen Geräten und industriellen Steuerungssystemen, verwenden häufig Mikrocontroller. Darüber hinaus werden sie in Unterhaltungselektronikprodukten wie Audioplayern, Digitalkameras und Spielsystemen verwendet.

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Mikrocontrollertypen

Hier sind einige der gängigsten Mikrocontrollertypen:

8-Bit-Mikrocontroller: Mikrocontroller mit einer 8-Bit-Auflösung sind die einfachste Art und werden häufig in Fernbedienungen, Spielzeugen und anderen kleinen Geräten verwendet. Obwohl ihre Verarbeitungs- und Speicherkapazitäten begrenzt sind, sind sie einfach zu bedienen und preisgünstig.

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16-Bit-Mikrocontroller: Sie sind ausgefeilter als 8-Bit-Mikrocontroller und können schwierigere Aufgaben bewältigen. Sie werden häufig in Systemen wie industriellen Steuerungssystemen, Automobilsystemen und medizinischen Geräten eingesetzt.

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32-Bit-Mikrocontroller: Die leistungsstärksten und funktionsreichsten Mikrocontroller, die heute erhältlich sind, sind 32-Bit-Modelle, die enorme Datenmengen schnell verarbeiten können. Sie werden in Systemen für Spiele, Multimediageräte und anspruchsvolle industrielle Automatisierung eingesetzt.

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Dual-Core-Mikrocontroller: Mikrocontroller mit zwei Prozessoren werden als Dual-Core-Mikrocontroller bezeichnet. Dadurch können sie mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen, was die Leistung in bestimmten Anwendungen verbessern kann. Aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile gegenüber Single-Core-Mikrocontrollern werden Dual-Core-Mikrocontroller immer häufiger eingesetzt. Sie sind jedoch teurer und komplizierter.

ARM-Mikrocontroller: In Mobilgeräten, Automobilsystemen und industriellen Steuerungssystemen werden häufig ARM-Mikrocontroller verwendet, die auf der ARM-Architektur basieren.

PIC-Mikrocontroller: Microchip Technology produziert PIC-Mikrocontroller, die in zahlreichen Anwendungen wie Haushaltsgeräten, Automobilsystemen und medizinischer Ausrüstung eingesetzt werden.

AVR-Mikrocontroller: Diese von der Atmel Corporation produzierten Mikrocontroller werden häufig in der Robotik, in industriellen Steuerungssystemen und in der Unterhaltungselektronik verwendet.

FPGA-basierte Mikrocontroller: Diese Mikrocontroller verfügen über Verarbeitungsfunktionen, die dank der Verwendung von feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) unglaublich flexibel und anpassbar sind. Sie werden häufig in Projekten wie Hochgeschwindigkeitsnetzwerken, digitaler Signalverarbeitung und Videoverarbeitung eingesetzt.

Was ist eine SPS?

Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein kleiner Computer mit Eingängen für Daten und Ausgängen zum Senden und Empfangen von Befehlen. Die Hauptaufgabe einer SPS besteht darin, die Vorgänge eines Systems mithilfe der zugrunde liegenden Logik zu regeln, die in sie programmiert wurde. SPS werden von Unternehmen auf der ganzen Welt verwendet, um ihre wichtigsten Verfahren zu automatisieren.

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SPS-Typen

Modulare SPS: Bei modularen SPS können je nach Bedarf einzelne Module hinzugefügt oder entfernt werden. Aufgrund ihrer Flexibilität und Skalierbarkeit sind sie eine hervorragende Option für Anwendungen, die eine Vielzahl von E/A erfordern oder in Zukunft möglicherweise erweitert werden müssen.

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Feste SPS: SPS mit einer festen Anzahl von E/A, die nicht erweitert werden können, werden als feste SPS bezeichnet. Sie sind eine ausgezeichnete Option für Anwendungen mit klaren Anforderungen, die sich in Zukunft nicht ändern werden.

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Kompakte SPS: Aufgrund ihrer Portabilität und ihres geringen Gewichts sind kompakte SPS eine praktikable Option für Anwendungen, die weniger Platz benötigen.

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Rackmontierte SPS: SPS, die in ein typisches 19-Zoll-Rack eingebaut werden können, werden als rackmontierte SPS bezeichnet. Sie sind eine fantastische Option für Anwendungen, die viele E/A benötigen, da sie einfach zu installieren und zu verwalten sind.

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Remote-E/A-SPS: E/A-Module in Remote-E/A-SPS sind durch eine gewisse Distanz vom Controller getrennt. Sie sind daher eine gute Option für Anwendungen, bei denen die E/A an einem riskanten oder schwer zugänglichen Ort platziert werden müssen.

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Drahtlose SPS: Drahtlose SPS verwenden drahtlose Technologie, um eine Verbindung zu ihren E/A-Modulen oder anderen Geräten herzustellen. Dies macht sie zu einer hervorragenden Option für Anwendungen, die Flexibilität bei der drahtlosen Kommunikation erfordern oder keinen Zugriff auf eine kabelgebundene Infrastruktur haben.

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Sicherheits-SPS: Sicherheits-SPS sollen potenziell gefährliche Situationen verhindern. Sie werden in Situationen eingesetzt, in denen Sicherheit von wesentlicher Bedeutung ist, unter anderem in der Industrie und der Automobilbranche.

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Video zum Thema Mikrocontroller vs. SPS

Vergleich von SPS und Mikrocontroller

Hier ist eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen SPS und Mikrocontroller zusammenfasst:

Funktion	SPS	Mikrocontroller
Kosten	Teurer	Weniger teuer
Komplexität	Komplexer	Weniger komplex
Programmierung	Festverdrahtet	Softwarebasiert
Echtzeitleistung	Besser	Schlechter
Fehlertoleranz	Besser	Schlechter
Flexibilität	Schlechter	Besser

Anwendungen von SPS und Mikrocontroller

Anwendungen von SPS

Petrochemie: SPS werden bei der Herstellung von Chemikalien, Polymeren und anderen Gütern in der petrochemischen Industrie verwendet.
Biomedizin: SPS werden zum Betrieb von Beatmungsgeräten und Infusionspumpen sowie anderen medizinischen Geräten verwendet.
Zementherstellung: Die Herstellung von Zement und anderen Baumaterialien wird von SPS verwaltet.
Öl und Gas: Die Produktion und Verarbeitung von Erdöl und Erdgas wird von SPS verwaltet.
Fertigung: Eine breite Palette von Fertigungsvorgängen, einschließlich Fließbändern, Verpackungsanlagen und Materialtransportsystemen, werden durch SPS gesteuert.
Prozesssteuerung: Temperatur, Druck, Durchflussrate und andere Elemente industrieller Prozesse werden durch SPS verwaltet.
Maschinenautomatisierung: Die Automatisierung von Maschinen und Systemen, einschließlich Robotern, Förderbändern und Aufzügen, wird durch den Einsatz von SPS erreicht.
Gebäudeautomatisierung: Die Beleuchtungs-, Sicherheits- und HVAC-Systeme (Heizung, Lüftung und Klimaanlage) in Gebäuden werden alle durch SPS gesteuert.
Transport: SPS werden in Transportsystemen verwendet, um Ampeln, Zug- und U-Bahntüren, Aufzüge und Rolltreppen zu steuern.
Verpackung: In der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie werden SPS verwendet, um die Verpackungsanlagen zu steuern.
Versorgungsunternehmen: Das Stromnetz, die Wasserversorgung und die Abfallbehandlungssysteme werden alle von SPS gesteuert.

Anwendungen von Mikrocontrollern

Mikrocontroller für universelle Bereiche

Haushaltsgeräte: Eine breite Palette von Haushaltsgeräten, darunter Waschmaschinen, Kühlschränke und Mikrowellenherde, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Die Geräte sowie die Anzeige und Benutzeroberfläche werden alle von ihnen gesteuert.
Medizinische Geräte: Eine Vielzahl medizinischer Geräte, darunter Herzschrittmacher, Insulinpumpen und Defibrillatoren, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie werden eingesetzt, um den Gesundheitszustand des Patienten zu überwachen und bei Bedarf eine Therapie zu verabreichen.
Industrielle Automatisierung: Eine Vielzahl industrieller Automatisierungssysteme, darunter Roboter, Förderbänder und Maschinen, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie werden eingesetzt, um die Produktqualität sicherzustellen und den Produktionsprozess zu automatisieren.
Unterhaltungselektronik: Eine Vielzahl von Unterhaltungselektronikgeräten, darunter Smartphones, Tablets und Fernseher, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie verwalten das Display, die Benutzeroberfläche und andere Funktionen und versorgen die Geräte mit Strom.
Telekommunikation: Eine Vielzahl von Telekommunikationsgeräten, darunter Router, Switches und Modems, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie werden eingesetzt, um den Datenverkehr zu verwalten und sicherzustellen, dass das Netzwerk zuverlässig ist.
Militär: Eine Vielzahl von Militärsystemen, darunter Waffen, Fahrzeuge und Flugzeuge, werden von Mikrocontrollern gesteuert. Sie werden verwendet, um die Systeme zu automatisieren und ihre Leistungsfähigkeit unter schwierigen Bedingungen zu gewährleisten.

Mikrocontroller für CubeSats

Kleine Satelliten, sogenannte „CubeSats“, werden häufig zu Forschungs- oder Bildungszwecken eingesetzt. Sie enthalten normalerweise einen Mikroprozessor, ein Stromversorgungssystem und ein Kommunikationssystem sowie einige andere standardisierte Komponenten. Die Aufgaben des CubeSats, einschließlich Lageregelung, Datenerfassung und Kommunikation, werden vom Mikrocontroller verwaltet. Es sollten kleine, leichte und stromsparende Mikrocontroller verwendet werden, da CubeSats all diese Faktoren berücksichtigen müssen. Der Atmel ATmega328P und der STMicroelectronics STM32F103C8 sind zwei beliebte Mikrocontroller für CubeSats. Diese Mikrocontroller verfügen über eine Reihe von Fähigkeiten, die sie für CubeSat-Anwendungen geeignet machen. Sie sind außerdem winzig, leicht und verbrauchen wenig Strom.

Mikrocontroller vs. FPGA

Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) sind Chips, die für die Ausführung verschiedener Aufgaben eingerichtet werden können. Sie bestehen aus einem Raster logischer Bausteine, die miteinander verbunden werden können, um einzigartige Schaltkreise zu bilden. Hardwarebeschreibungssprachen (HDLs) wie Verilog oder VHDL werden häufig zum Programmieren von FPGAs verwendet. Mikrocontroller und FPGAs unterscheiden sich hauptsächlich darin, dass erstere vorprogrammiert sind, während letztere rekonfigurierbar sind. Dies bedeutet, dass FPGAs zwar für zahlreiche Funktionen angepasst werden können, Mikrocontroller jedoch nur für die einzige Aufgabe verwendet werden können, für die sie entwickelt wurden. In eingebetteten Systemen werden Mikrocontroller beispielsweise häufig in Situationen verwendet, in denen Kosten und Einfachheit entscheidend sind. FPGAs werden häufig in der Signalverarbeitung und Bildverarbeitung eingesetzt, zwei Bereichen, in denen Flexibilität und Leistung entscheidend sind.

Mikrocontroller vs. eingebettete Systeme

Ein eingebettetes System ist ein Computersystem, das ausdrücklich für einen bestimmten Zweck erstellt wurde. Normalerweise ist es Teil eines größeren Systems, wie eines Autos, einer Waschmaschine oder eines medizinischen Geräts. Die Funktionsweise des Systems und die Benutzerinteraktion werden häufig von eingebetteten Systemen übernommen. Da Mikrocontroller die grundlegenden Komponenten eingebetteter Systeme sind, unterscheiden sie sich grundlegend von diesen Systemen. In den meisten Fällen enthält ein eingebettetes System neben Speicher, Sensoren, Aktuatoren und anderen Teilen auch einen Mikrocontroller. Mikrocontroller werden normalerweise in preisgünstiger Unterhaltungselektronik und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen Kosten und Einfachheit entscheidend sind. Eingebettete Systeme werden häufig in Umgebungen eingesetzt, in denen Leistung und Zuverlässigkeit entscheidend sind, wie z. B. in industriellen Steuerungssystemen und medizinischen Geräten.

Mikrocontroller vs. Arduino

Arduino ist eine Open-Source-Elektronikplattform, die auf einfacher Hardware und Software basiert. Ziel ist es, die Zugänglichkeit der Verwendung von Elektronik in transdisziplinären Projekten zu erhöhen. In Arduino-Boards sind Mikrocontroller und eine Reihe von Sensoren und Aktoren eingebaut. Der Hauptunterschied zwischen Mikrocontrollern und Arduinos besteht darin, dass letztere eine besondere Art von Mikrocontroller sind, die für die einfache Verwendung und das Erlernen vorgesehen ist. Der vorprogrammierte Bootloader, der mit Arduinos geliefert wird, macht es einfach, neuen Code auf das Board hochzuladen. Sie bieten auch mehrere Bibliotheken, die eine einfache Kommunikation mit Sensoren und Aktoren ermöglichen. Obwohl Arduinos mit Mikrocontrollern gebaut werden können, sind Arduinos keine Mikrocontroller. Der Mikrocontroller, der Bootloader, die Bibliotheken und die Entwicklungsumgebung sind alle Teil der vollständigen Plattform, die ein Arduino ist.

Fazit

Mikrocontroller und SPS sind beide wichtige Komponenten zur Steuerung elektronischer Geräte. Welche verwendet wird, hängt von der jeweiligen Anwendung ab, da es verschiedene Typen und Verwendungszwecke gibt. Eine SPS ist eine ausgezeichnete Option, wenn Sie nach einem Gerät suchen, das langlebig, zuverlässig und in Echtzeit gut funktioniert. Ein Mikrocontroller ist eine fantastische Option, wenn Sie nach einem preisgünstigeren, anpassbaren und einfach zu programmierenden Gerät suchen.