Mikrocontroller - Einchip-Computer mit vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten

Sicher kennen Sie diese Bausteine, die häufig auch als Einchip-Computersysteme bezeichnet werden. In den meisten elektronischen Geräten, beispielsweise der Unterhaltungselektronik, sind sie vorhanden, und das häufig, ohne dass der Benutzer davon weiß. Wenn Sie Ihren DVD-Spieler, ihr Fernsehgerät oder Ihr Faxgerät bedienen, bedienen Sie gewissermaßen auch einen Mikrocontroller.

Was ist eigentlich ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist im Prinzip ein komplettes Computersystem in einem einzigen integrierten Baustein. Prozessor, Ein- und Ausgänge sowie ein Arbeits- bzw. Programmspeicher und eventuell noch Analog-digital-Umsetzer; alles ist in einem einzigen Chip enthalten. Mikrocontroller können über verschiedene Sensoren oder auch Eingabetasten Informationen von außen entgegennehmen. Der eingebaute Prozessorkern verarbeitet diese Informationen und führt ein im Speicher enthaltenes Programm aus. Die Ausgabe kann über unterschiedliche Schnittstellen erfolgen. So kann beispielsweise eine Informationsausgabe über ein Display oder verschiedene Kontrollleuchten erfolgen. Ebenso besitzt ein Mikrocontroller Ausgänge zur Ansteuerung unterschiedlicher Peripherieelemente wie beispielsweise Stellmotoren oder anderen Komponenten.

Vorteile von Mikrocontrollern

Warum werden nun heute so viel Mikrocontroller eingesetzt? Diese Frage ist relativ einfach zu beantworten, beinhalten die Mikrocontroller doch komplette Computer, die nur aufgrund ihres enthaltenen Programms unterschiedlichste Aufgaben übernehmen können. Mit anderen Worten gesagt: Allein das Programm bzw. die Programmierung bestimmt den Anwendungszweck.
Daher lassen sich mit Mikrocontrollern nahezu alle Anwendungsbereiche der Elektronik auf relativ günstige Art und Weise abdecken und die unterschiedlichsten Projekte umsetzen. Einen Mikrocontroller können Sie auf vielfältigste Weise einsetzen. Dabei spielt es keine Rolle, ob Sie eine einfache Ampelsteuerung, eine Uhr oder auch ein Thermometer mit digitaler Anzeige aufbauen möchten. Wollten Sie diese Geräte mit herkömmlichen elektronischen Bausteinen aufbauen, müssen Sie entweder aufwendige Schaltungen mit vielen Einzelbauteilen verwenden oder spezielle Chips für einen ganz bestimmten Einsatzbereich. Bei der Verwendung eines Mikrocontrollers bestimmt ausschließlich der enthaltene Programmcode die Anwendung. Der Chip selber wird also quasi erst durch den programmierten Code für den jeweiligen Zweck spezifiziert.

Mikrocontroller in der Hobbyelektronik

Schon seit einigen Jahren werden Mikrocontroller auch vermehrt in der Hobbyelektronik eingesetzt. Dies liegt vor allem daran, dass die Bauteile inzwischen recht preisgünstig erhältlich sind. Durch gängige Gehäuseformen lassen Sie sich auch ohne Weiteres auf einfachen Lochrasterplatinen oder sogar Steckplatinen (Breadboards) einsetzen. Mit einem relativ geringen Aufwand an externen Bauteilen lassen sich so unterschiedliche Schaltungen einfach und kompakt aufbauen, da der Programmcode, mit dem der Mikrocontroller programmiert wird, einen Großteil an sonst nötigen externen Bauteilen übernimmt.

Unterschiedliche Arten bzw. Hersteller und Typen von Mikrocontrollern

Auf dieser Seite werde ich nach und nach unterschiedliche Projekte mit verschiedenen Herstellern bzw. Typen von Mikrocontrollern vorstellen. Dabei handelt es sich um die äußerst gängigen Bauteile der PICmikro-Familie (hauptsächlich PIC16F84 und PIC16F628) vom Hersteller Microchip-Technology sowie der Atmega 8-Reihe des Herstellers Atmel. Warum nun gerade diese Sorten? Ganz einfach: Die Bauteile sind recht preisgünstig erhältlich (bereits zum Teil unter zwei Euro pro Stück). Außerdem lassen sie sich mit einem recht geringen Aufwand mithilfe eines Computers programmieren. Die notwendigen Programmiergeräte, die erforderlich sind, um den Programmcode auf den Chip zu übertragen, lassen sich relativ einfach selbst herstellen und sind universell einsetzbar für verschiedene Chips. Weiterhin sind im Internet zahlreiche fertige Programme für unterschiedlichste Einsatzzwecke erhältlich. Dadurch lassen sich auch ohne jegliche Programmiererkenntnisse verschiedene Projekte umsetzen. Auch ich habe zunächst unterschiedliche Schaltungen mit Mikrocontrollern aufgebaut, ohne jemals zuvor ein Programm für einen Mikrocontroller geschrieben zu haben (damit habe ich erst später angefangen). Wie ich anfangs schon erwähnte, sind Mikrocontroller sehr vielfältig einsetzbar. Wenn Sie ein neues Projekt aufbauen möchten, können Sie theoretisch auch einen vorhandenen Mikrocontroller, der schon programmiert wurde, mit einem neuen Programmcode versehen und so für ein neues Projekt nutzen. Wegen der relativ geringen Preise allerdings dürfte dies kaum notwendig sein.

Fotos und Texte: Gerd Weichhaus