Mikrocontroller - Eine Einführung

Was haben Fernsteuerungen, Router und Roboter gemeinsam? Mikrocontroller! Heutzutage sind Anfänger-freundliche Mikrocontroller einfach zu bedienen und zu programmieren. Man benötigt lediglich einem Laptop, ein USB-Kabel und eine (freie) Open-Source-Software.

Das Problem besteht jedoch darin, dass es über 400000 verschiedene Mikrocontroller gibt und die richtige Wahl am Anfang häufig sehr schwerfällt.

Egal, ob Sie ein paar coole elektronische Projekte erstellen wollen oder den Einstige in die Programmierung und Technik erlernen oder andere in der Elektronik unterrichten möchten, dieses Tutorial hilft Ihnen herauszufinden, welcher Mikrocontroller für Ihre Bedürfnisse, Ziele und Budgets geeignet ist.

Was ist ein Mikrocontroller?

Als Mikrocontroller werden häufig "einfache Platinen" bezeichnet, die ein Programm in einer Schleife ausführen. Sie sind so konzipiert, dass sie eine einzelne, spezifische Aufgabe ausführen können.

Genaugenommen handelt es sich bei einem Mikrocontroller aber nur um einen Chip (z.B. Atmel). Der Rest des Boards und seine Komponenten sollen dem Endanwender lediglich die Nutzung des Mikrocontrollers erleichtern.

In diesem Zusammenhang spricht man auch häufig von einem Breakout-Board. Auf einer Breakout-Platine werden die Mikrocontroller-Pins an eine gedruckte Leiterplatte ("PCB") gelötet, Header oder andere Verbinder werden zu der PCB hinzugefügt und einige grundlegende Firmware oder Software wird geladen, um den Mikrocontroller zum Empfangen von Signalen vorzubereiten.

Was ist der Unterschied zwischen dem Raspberry Pi und einem Mikrocontroller?

Der Raspberry Pi  ist im Gegensatz zum einem Microcontroller-Board ein vollwertiger Computer mit Betriebssystem!

Computer verfügen über Mikroprozessoren und Mikrocontroller, die zusammenarbeiten, um viele Aufgaben gleichzeitig auszuführen zu können. Der Mikroprozessor führt die Anweisungen und Berechnungen aus, die den Computer arbeiten lassen.

Mikroprozessoren sind viel schneller als Mikrocontroller, aber sie benötigen externe Ressourcen wie RAM, Eingangs- / Ausgangsports usw., während ein Mikrocontroller typischerweise in sich geschlossen ist.

Computer (mit Ein- und Ausgängen, Speichern und Verarbeiten) können mehrere Programme gleichzeitig ausführen - Sie können im Internet surfen, Fotos speichern und anschauen, ein Text-Dokument schreiben usw.!

Wie zu Anfang erwähnt, führen Mikrocontroller-Boards hingegen immer nur ein Programm in Schleife aus.

Die Mutter aller Mikrocontroller-Boards: Die Arduino-Plattform

Arduino bezeichnet sowohl eine Microcontroller-Hardware als auch die Software (Arduino IDE) für die Programmierung. Arduino ist wohl die bekannteste und für Anfänger geeignetste Plattform, um mit dem Einstieg in die Welt der Mikrocontroller zu beginnen.

Es gibt viele verschiedene Arten von Arduino-Boards. Der Arduino Uno ist die beste Wahl für Anfänger. Im Internet und auf der offiziellen Arduino-Website gibt es unzählige Foren, Wikis und Tutorials, die sich mit der Programmierung des Arduino Unos beschäftigen.Auch auf unseren Produktseiten finden Sie entsprechende Links.

Hardware-Funktionen des Arduino Uno:

Der Arduino Uno verfügt über 14 digitale Ein- und Ausgänge ("I / O"), 6 analoge I / O-Pins, 2 Power-Out-Pins (3,3 V und 5 V) und 3 Masse-Pins (GND).
Die Stromaufnahme kann zwischen 5 und 12 VDC liegen
Mit den ICSP-Headern können Sie eine Vielzahl von verschiedenen Zusatzkarten anschließen, die "Shields" genannt werden.

Eines der bekanntesten Erweiterungssystem für die Arduino-Plattform ist das Grove-System von SeeedStudio. Das Grove-System besteht aus über 150 Sensoren und Aktoren mit denen unzählige Projekte realisiert werden können.

Neben den "original" Arduino-Boards führen wir auch viele Arduino-kompatible Mikrocontroller, die über die Arduino IDE programmiert werden können.

Mikrokontroller für die Ausbildung: BBC Micro:Bit

Der BBC Micro:Bit ist ein Mikrocontroller, der praktisch für Kinder und Leute ist, die gerade mit der Programmierung und Hardware-Interaktion beginnen. Der Micro: Bit ist aus einer Zusammenarbeit zwischen Microsoft und der BBC entstanden, um Lerncomputer in die Klassenzimmer auf der ganzen Welt zu bringen.

Die Programmierungumgebung ist JavaScript und MicroPython und unterstützt teilweise eine blockbasierte visuelle Softwareentwicklung.

Hardware-Eigenschaften des Micro:Bit:

  • 3 digital und analog I / O-Pins, 1 Power-Out-Pin (3,3 V) und 1 Ground (GND) -Pin
  • Die Stromversorgung über ein Micro-USB-Kabel oder einen Akkupack
  • 5x5 (25) LED-Matrix
  • Zwei (2) Drucktasten (A, B)
  • Funksender und Empfänger
  • Beschleunigungsmesser
  • Kompass
  • Licht- und Temperatursensoren

Da das Board über verschiedene Sensoren und Aktoren verfügt, lassen sich bereits diverse Projekte, ohne weiteres Zubehör, durchführen. Für komplexere Themen bieten wir auch entsprechende Erweiterungen an.

Prototyping für Anfänger und Experten: Circuit Playground Express

Ein vielseitiger Mikrocontroller von Adafruit, ideal für Kinder und Leute, die gerade mit der Programmierung und Hardware-Interaktion beginnen möchten.

Der Circuit Playground Express, oder CPX, ist ein hilfreiches Tool, um zu lernen, wie man programmiert, anderen das Programmieren beibringt und schnelle Prototypen für Anfänger und Experten erstellt.

Das Board kann über Microsoft MakeCode blockbasierter oder per Javascript prgrammiert werden. Sie können die selbe Platine zum Testen von CircuitPython verwenden, wobei der Python-Interpreter direkt auf dem Express ausgeführt wird. Sie können auch zur Verwendung der Arduino IDE übergehen, die die gesamte Hardware unterstützt, so dass Sie leistungsstarke Projekte erstellen können.

Hinweis: Es gibt auch die Circuit Playground Classic - die Hardware ist fast identisch, aber diese Platine wird nur mit der Arduino IDE programmiert.

Hardware-Eigenschaften des CPX

Der CPX verfügt über 7 digitale / analoge Ein- und Ausgänge ("I / O"), die ebenfalls kapazitiv sind!

1 "echter" analoger E / A-Ring
2 Power-Out-Ring (3,3 V)
3 Erdungsstifte (GND)
Die Stromversorgung sollte über ein Micro-USB-Kabel oder einen Akkupack-Anschluss zwischen 3 und 5 VDC liegen.

Es gibt auch Onboard-Eingänge, -Ausgänge und -Sensoren!

10 Mini Neopixel (können alle Farben sein)
2 Drucktasten (A, B)
1 Schiebeschalter
Infrarot Sender und Empfänger
Beschleunigungsmesser
Soundsensor und Mini-Lautsprecher
Licht- und Temperatursensoren

Wearable Mikrocontroller für E-Textilien und tragbare Projekte

Es gibt auch eine Handvoll Mikrocontroller für tragbare Projekte! Wearable Microcontroller haben spezielle I / O-Pins, die das Einnähen in Kleidung erleichtern. Die Schaltungen können mit leitfähigem Faden angenäht werden. Die Mikrocontroller halten in den meisten Fällen auch einer Wäsche stand.

Bekannte Plattformen sind unter anderem:

  • Adafruit FLORA - Ein kreisförmiger Mikrocontroller mit 14 Ein- und Ausgängen. Kann gewaschen werden (aber bitte entfernen Sie die Batterie). Für die Flora-Plattform stehen viele Erweiterungen zur Verfügung.
  • Adafruit Gemma - Ein winzig kleiner nährbarer Mikrocontroller mit 3 Eingängen und Ausgängen. Perfekt zum Verstecken, Verbinden mit kleinen Objekten und zum Erstellen von Schmuck.
  • Sparkfun Lilypad - Ein kreisförmiger programmierbarer Mikrocontroller mit 14 verfügbaren Ein- und Ausgängen. Für die Lilypad-Plattform stehen viele Erweiterungen zur Verfügung.

Mikrocontroller und das Internet der Dinge (IoT)

Ein aktuelles Thema im Bereich der Mikrocontroller ist die Vernetzung verschiedener Geräte untereinander. Das Internet der Dinge bezeichnet diesbezüglich die Technologien und Infrastrukturen, die dies ermöglichen. In diesem Zusammenhang gibt es eine Reihe von Mikrocontrollern, die bereits mit den entsprechenden Komponenten ausgestattet sind, um in einem Netzwerk als Smart Object mit anderen Geräten (M2M) kommunizieren zu können bzw. über das Internet vom Menschen direkt angesprochen werden können.

In unserer Kategorie "Internet of Things" finden Sie eine große Auswahl solcher Mikrocontroller.

Hardware

Passend dazu

arduino-uno-1_600x600.jpgarduino-uno-2_600x600.jpg
Arduino Arduino Uno R3
Sonderpreis22,00 €
Auf Lager
Arduino Nano ESP32 with headersArduino Nano ESP32 with headers
Arduino Arduino Nano ESP32 with headers
Sonderpreis19,00 €
Auf Lager

Passend zu diesem Artikel

View all
arduino-uno-1_600x600.jpgarduino-uno-2_600x600.jpg
Arduino Arduino Uno R3
Sonderpreis22,00 €
Auf Lager
a000067-arduino-mega-2560-1front_600x600.jpga000067-arduino-mega-2560-2back_600x600.jpg
Arduino Arduino Mega 2560 R3
Sonderpreis29,90 €
Auf Lager
arduinounosmd-flat-org_600x600.jpgarduinounosmd-tri-org_600x600.jpg
Arduino Arduino Uno SMD R3
Sonderpreis19,80 €
Auf Lager
arduinonano-flat-org_600x600.jpgarduinonano-tri-org_600x600.jpg
Arduino Arduino Nano
Sonderpreis19,50 €
Auf Lager
a000062-arduino-due-1front_600x600.jpga000062-arduino-due-2tri_600x600.jpg
Arduino Arduino Due
Sonderpreis38,50 €
Auf Lager
abx00028_iso_2_600x600.jpgabx00028_back_2_600x600.jpg
Arduino Arduino Nano Every
Sonderpreis9,95 €
Auf Lager
abx00023_iso_1_600x600.jpgabx00023_back_1_600x600.jpg
Arduino Arduino MKR WiFi 1010
Sonderpreis25,13 €
Auf Lager
a000053-arduino-micro-1front_600x600.jpga000053-arduino-micro-2tri_600x600.jpg
Arduino Arduino Micro with Headers
Sonderpreis18,90 €
Auf Lager
1_a000057-arduino-leonardo-1front_600x600.jpg1_a000057-arduino-leonardo-3tri_600x600.jpg
Arduino Arduino Leonardo (with headers)
Sonderpreis20,00 €
Auf Lager
abx00027_iso_600x600.jpgabx00027_front_2_600x600.jpg
Arduino Arduino Nano 33 IoT
Sonderpreis19,80 €
Nicht auf Lager, mit Lieferzeit bestellbar
abx00021_front_2_600x600.jpgabx00021_back_600x600.jpg
Arduino Arduino Uno WiFi Rev2
Sonderpreis38,50 €
Auf Lager
ABX00069_Arduino_Nano_33_BLE_Sense_01.jpgABX00069_Arduino_Nano_33_BLE_Sense_02.jpg
Arduino Arduino Nano 33 BLE Sense REV2
Sonderpreis38,00 €
Auf Lager