Was ist ein Mikrocontroller?: Typen, Unternehmen und Mikrocontroller vs. FPGA

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Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner, in sich geschlossener Computer, der zur Steuerung eines bestimmten elektronischen Systems konzipiert ist. Mikrocontroller verfügen normalerweise über eine CPU, Speicher und Eingabe-/Ausgabe-Ports (I/O). Sie werden häufig in eingebetteten Systemen verwendet, also Systemen, die keine Allzweckcomputer sind. Sie enthalten alle Komponenten eines Computers, einschließlich Prozessor, Speicher und Eingabe-/Ausgabe-Ports (I/O). Mikrocontroller werden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet, darunter Haushaltsgeräte, Spielzeuge, Industriesteuerungen und medizinische Geräte.

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Mikrocontrollertypen

Es gibt viele unterschiedliche Mikrocontrollertypen, jeder mit seinen eigenen Stärken und Schwächen. Zu den gängigsten Mikrocontrollertypen zählen:

8-Bit-Mikrocontroller

Der einfachste und kostengünstigste Mikrocontrollertyp. Sie werden häufig in kostengünstigen Geräten wie Spielzeugen und Haushaltsgeräten verwendet. Zwei Beispiele für 8-Bit-Mikrocontroller: 8051-Mikrocontroller

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Der 8051 ist der beliebteste Mikrocontroller. Es handelt sich um einen 8-Bit-Mikrocontroller, der 1981 von Intel eingeführt wurde. Er ist eine beliebte Wahl für eingebettete Systeme, da er relativ kostengünstig und einfach zu verwenden ist. Der 8051 verfügt über eine Reihe von Funktionen, die ihn für eingebettete Anwendungen gut geeignet machen, darunter:

Eine Harvard-Architektur mit separatem Programm- und Datenspeicher
Eine große Vielfalt an E/A-Ports
Ein integrierter Timer/Zähler
Ein serieller Port

ATtiny85-Mikrocontroller

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Der ATtiny85 ist ein 8-Bit-Mikrocontroller, der 2008 von Microchip eingeführt wurde. Es handelt sich um einen kostengünstigen Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch, der sich gut für kleine, batteriebetriebene Anwendungen eignet. Der ATtiny85 verfügt über eine Reihe von Funktionen, die ihn zu einer guten Wahl für diese Art von Anwendungen machen, darunter:

Geringe Stellfläche (4 x 4 mm)
Geringe Stromaufnahme (< 5 mA)
Eine Vielzahl von I/O-Ports
Ein integrierter Timer/Zähler
Ein serieller Port

16-Bit-Mikrocontroller

Bieten mehr Rechenleistung und Speicher als 8-Bit-Mikrocontroller. Sie werden häufig in komplexeren Geräten verwendet, wie Industriesteuerungen und medizinischen Geräten.

32-Bit-Mikrocontroller

Bieten von allen drei Typen die meiste Rechenleistung und den meisten Speicher. Sie werden häufig in Hochleistungsgeräten verwendet, wie Netzwerkgeräten und Automobilelektronik.

Anwendungen von Mikrocontrollern

Mikrocontroller werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:

Haushaltsgeräte: Waschmaschinen, Kühlschränke und Mikrowellenherde. Sie steuern die Grundfunktionen dieser Geräte, wie das Ein- und Ausschalten, das Anpassen der Einstellungen und die Überwachung des Status.
Automobilsysteme: Motorsteuerung, Getriebesteuerung und Airbag-Auslösung. Sie steuern den Betrieb dieser Systeme und stellen sicher, dass sie ordnungsgemäß und sicher funktionieren.
Industrielle Steuerungssysteme: Fabrikautomatisierung und Prozesssteuerung. Sie steuern den Betrieb dieser Systeme und stellen sicher, dass sie effizient und zuverlässig funktionieren.
Medizinische Geräte: Herzschrittmacher, Insulinpumpen und Defibrillatoren. Sie steuern den Betrieb dieser Geräte und stellen sicher, dass sie eine sichere und wirksame Behandlung ermöglichen.
Unterhaltungselektronik: Fernseher, Radios und Kameras. Sie steuern die Grundfunktionen dieser Geräte, wie das Ein- und Ausschalten, das Anpassen der Einstellungen und die Anzeige von Bildern.
Netzwerkgeräte: Router, Switches und Firewalls. Sie steuern den Betrieb dieser Geräte und stellen sicher, dass sie ordnungsgemäß und sicher funktionieren.
Robotik: Industrieroboter, medizinische Roboter und persönliche Roboter. Sie steuern den Betrieb dieser Roboter und stellen sicher, dass sie ihre Aufgaben genau und sicher ausführen können.
Wissenschaftliche Instrumente: Oszilloskope, Spektrometer und Mikroskope. Sie steuern den Betrieb dieser Instrumente und stellen sicher, dass sie Daten genau erfassen und analysieren können.

Darüber hinaus können Sie sich über Mikrocontroller-Anwendungen im Weltraum informieren in Mikrocontroller: Der Schlüssel zur Weltraumforschung und darüber hinaus.

Beliebte Mikrocontroller-Unternehmen

Zu den beliebtesten Mikrocontroller-Unternehmen zählen:

Atmel
Microchip
Texas Instruments
STMicroelectronics
NXP

Mikrocontroller vs. FPGA

Mikrocontroller und FPGAs sind beide integrierte Schaltkreise (ICs), die für die Ausführung einer Vielzahl von Aufgaben programmiert werden können. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Technologien. Mikrocontroller sind vorprogrammierte Geräte, die für eine bestimmte Anwendung entwickelt wurden. Sie haben normalerweise eine feste Architektur, was bedeutet, dass sie nach der Herstellung nicht mehr geändert werden können. Mikrocontroller sind relativ einfach und kostengünstig, weshalb sie sich gut für kostengünstige Geräte eignen. FPGAs sind programmierbare Logikgeräte, die für die Ausführung verschiedener Aufgaben konfiguriert werden können. Sie verfügen über eine rekonfigurierbare Architektur, was bedeutet, dass sie nach der Herstellung geändert werden können. FPGAs sind komplexer und teurer als Mikrocontroller, aber auch leistungsfähiger. Hier ist eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen Mikrocontrollern und FPGAs zusammenfasst:

Funktion	Mikrocontroller	FPGA
Architektur	Fest	Rekonfigurierbar
Komplexität	Einfach	Komplex
Kosten	Preiswert	Teuer
Stromverbrauch	Niedrig	Hoch
Anwendungen	Kostengünstige Geräte, eingebettete Systeme	Hochleistungsanwendungen, kundenspezifische Designs
Mögliche Verwendung der Technologie	Haushaltsgeräte, Spielzeug, Taschenrechner, Fernbedienungen	Netzwerkrouter, Telekommunikationsgeräte, medizinische Geräte, Automobilelektronik

Fazit

Mikrocontroller sind kleine, leistungsstarke Computer, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Sie werden in der Welt um uns herum immer wichtiger und werden in Zukunft sicherlich eine noch wichtigere Rolle spielen.

Häufig gestellte Fragen zu Mikrocontrollern

Was ist ein Mikrocontroller? Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer auf einem einzelnen integrierten Schaltkreis (IC). Er enthält eine oder mehrere CPUs sowie Speicher und programmierbare Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegeräte (E/A). Programmspeicher in Form von ferroelektrischem RAM, NOR-Flash oder OTP-ROM ist oft ebenfalls auf dem Chip enthalten, ebenso wie eine kleine Menge RAM. Mikrocontroller sind für eingebettete Anwendungen konzipiert, im Gegensatz zu den Mikroprozessoren, die in Personalcomputern oder anderen allgemeinen Anwendungen verwendet werden und aus verschiedenen diskreten Chips bestehen. Was sind die Unterschiede zwischen Mikrocontrollern und Mikroprozessoren? Die Hauptunterschiede zwischen Mikrocontrollern und Mikroprozessoren sind:

Mikrocontroller haben Speicher und E/A-Peripheriegeräte auf dem Chip, Mikroprozessoren hingegen nicht. Dadurch sind Mikrocontroller einfacher zu verwenden und kompakter, aber ihre Flexibilität wird dadurch auch eingeschränkt.
Mikrocontroller werden normalerweise für eingebettete Anwendungen entwickelt, während Mikroprozessoren normalerweise für allgemeine Anwendungen entwickelt werden. Dies bedeutet, dass Mikrocontroller häufig auf geringen Stromverbrauch und Echtzeitleistung optimiert sind, während Mikroprozessoren häufig auf hohe Leistung und Erweiterbarkeit optimiert sind.

Was sind Beispiele für Mikrocontroller?

8-Bit-Mikrocontroller wie der Intel 8031 und 8051 werden häufig in einfachen Anwendungen verwendet, die keine große Rechenleistung erfordern. Sie haben eine Datenbreite von 8 Bit, was bedeutet, dass sie nur 8 Bit Daten gleichzeitig verarbeiten können. Dies begrenzt ihre Leistung und Genauigkeit in einigen Anwendungen.
16-Bit-Mikrocontroller wie der Intel 8096 werden in komplexeren Anwendungen eingesetzt, die eine höhere Verarbeitungsleistung und Genauigkeit erfordern. Sie haben eine Datenbreite von 16 Bit, was bedeutet, dass sie 16 Bit Daten gleichzeitig verarbeiten können. Dadurch können sie komplexere Berechnungen durchführen und genauere Ergebnisse liefern.