Hardware-Grundlagen: Was genau ist ein Mikrocontroller?

Grundsätzlich ist ein Mikrocontroller ein winziger Computer.

Ein „winziger Computer“ zu sein, sagt uns jedoch nicht viel. Gehen wir also tiefer. Viele Menschen assoziieren Mikrocontroller mit Arduino. Es ist jedoch wichtig darauf hinzuweisen, dass Arduino kein Mikrocontroller ist . Arduino ist eine komplette Plattform, die sich über Software und Hardware erstreckt.

Arduino stellt Geräte wie das Arduino Uno her:

Der Arduino Uno ist auch kein Mikrocontroller. Es ist ein Breakout-Board, das auf dem Atmel ATmega328P-Mikrocontroller basiert.

So sieht der Atmel-Mikrocontroller aus:

Wenn Sie als Anfänger nur den Atmel-Mikrocontroller in der Hand hätten, wäre dies nicht sehr nützlich. Hier kommt das Breakout Board ins Spiel.

Das Breakout-Board „bricht“ die Stifte des Mikrocontrollers in ein größeres Gerät (wie das Arduino Uno) aus. Dieses größere Gerät erleichtert die Verwendung des Mikrocontrollers.

Beim Arduino Uno können Sie über das Breakout-Board ein USB-Kabel anschließen, es mit Strom versorgen, das Gerät programmieren und vieles mehr.

Ohne das Breakout Board wäre dies für einen Anfänger eine entmutigende Aufgabe. Dieses Problem ist genau der Grund, warum Arduino existiert - damit Sie sich ganz einfach mit Hardware vertraut machen können.

Ah, also ist es wie beim Raspberry Pi?

Nun, nicht ganz. Sowohl der Arduino als auch der Raspberry Pi sind per Definition immer noch Computer. Der Raspberry Pi gilt jedoch als Einplatinencomputer. Ein Einplatinencomputer ist ein Vollcomputer, der auf einer Einzelplatine aufgebaut ist.

Ihr Laptop ist auch technisch gesehen ein Einplatinencomputer - nur ein leistungsstarker. Der Raspberry Pi ist eine einfache Version derselben Hardware in Ihrem Laptop. So wie auf Ihrem Laptop ein Betriebssystem (Windows, Mac oder Linux) ausgeführt wird, wird auf dem Raspberry Pi ein Linux-Betriebssystem ausgeführt.

Nun zurück zu den Mikrocontrollern. Mikrocontroller können kein Betriebssystem ausführen. Mikrocontroller verfügen auch nicht über die gleiche Rechenleistung oder Ressourcen wie die meisten Einplatinencomputer.

Ein Mikrocontroller führt nur ein Programm wiederholt aus - kein vollständiges Betriebssystem. Wir können dies in Arduino-Programmen sehen, weil sie nur zwei Funktionen benötigen: Setupund loop. Setupwird einmal ausgeführt und loopwird auf unbestimmte Zeit ausgeführt.

Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer mit wenig Speicher und programmierbaren Eingangs- / Ausgangsperipheriegeräten.

Eingänge Ausgänge

Wie Sie wahrscheinlich wissen, beginnt alles mit einem Computer schließlich mit binär (0 oder 1).

Ein Eingang bedeutet, dass der Mikrocontroller binär liest. Ein Beispieleingang wäre ein Sensor.

Ein Ausgang bedeutet, dass der Mikrocontroller Binärdaten sendet. Ein Beispiel für eine Ausgabe wäre die Steuerung eines Motors oder einer LED.

Warum brauchen wir Mikrocontroller?

Nun, dies waren „Computer“, bevor wir zu der Idee der Computer kamen, die Sie heute kennen. Mikrocontroller blieben hängen, weil einige Computeraufgaben unglaublich trivial sind und einfache Logik erfordern. Zum Beispiel erfordert das Umlegen eines Schalters oder das Steuern kleiner Komponenten - wie eines LED-Lichts - nicht die gleichen Ressourcen, die wir für alltägliche Aufgaben wie das Senden einer E-Mail benötigen.

Wir verwenden sie heute, weil sie aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs und ihres geringen Speichers kostengünstig sind. Mikrocontroller sind Teil des Grundes, warum das Internet der Dinge heute möglich und erfolgreich ist.

Wie bekomme ich einen?

Welchen Mikrocontroller Sie erhalten möchten, hängt davon ab, welches Problem Sie lösen möchten. Wenn Sie etwas Einfaches tun - Dinge ein- und ausschalten oder einen Sensor lesen -, kann so ziemlich jeder Mikrocontroller.

Wenn Sie Spiele spielen oder komplexere Ideen haben möchten, benötigen Sie mehr Rechenleistung. Sie müssen also auf Single-Board-Computer wie den Raspberry Pi umsteigen.

Adafruit und Sparkfun haben beide Tonnen von Kits und Hardware, die alle erstaunlich sind. Sie können auch ihre Tutorials nutzen.

Losant hat auch einige coole Kits zur Verfügung. Sie können Ihren eigenen Türsensor bauen - um benachrichtigt zu werden, wenn eine Tür zu lange offen bleibt.

Wenn Sie kein bestimmtes Problem haben, das Sie lösen möchten, nehmen Sie einfach Hardware und spielen Sie damit herum.

Hier sind einige Dinge, die Sie kaufen können, um loszulegen:

1. Eine Karte namens NodeMCU.

Die NodeMCU ist eine Karte, die auf dem Mikrocontroller ESP8266 basiert. Dieses Board ist etwas Besonderes, weil es billig und WiFi-fähig ist. Bei Amazon kostet es nur etwa 8,79 US-Dollar, bei Ebay sogar noch weniger.

Nicht alle Mikrocontroller sind WiFi-fähig. Die Tatsache, dass dies der Fall ist, öffnet die Tür zu einer Reihe von Projekten, die Sie mit diesem Gerät erstellen können. Sie können beispielsweise Daten sammeln und an die Cloud senden ☁️.

2. Sie benötigen einige Sensoren

Ohne Sensoren kann es keine Hardware geben. Sensoren geben Ihnen die Möglichkeit, die Umgebung und die Welt um Sie herum zu erfassen. Sie sind auch ein großartiges Werkzeug zum Lernen.

3. Sie benötigen ein Steckbrett und Überbrückungskabel:

Um einen Sensor und den Mikrocontroller miteinander zu verbinden, müssen Sie sie an das Breadboard anschließen und mit den Überbrückungskabeln verbinden.

Denken Sie daran: Bei eBay und AliExpress ist alles billiger. Sie müssen nur ein paar Wochen auf den Versand warten

Was soll ich bauen?

Auch hier - und das kann ich nicht genug betonen - ist es viel einfacher, mit einem Projekt zu beginnen. Nachdem Sie nun verstanden haben, was ein Mikrocontroller ist und wie Sie einen erhalten, sehen Sie sich die Welt um Sie herum anders an. Was kannst du kontrollieren? Was können Sie automatisieren? Sobald Sie diese Fragen beantworten, finden Sie ein Projekt.

Wenn Sie an Projekte denken, ist Hackster Ihr bester Freund. Hackster hat eine Menge ESP8266-Projekte und einige coole Arduino-Projekte:

Zum Beispiel können Sie einen Kindheitstraum ausleben.

Sie können sogar Roboter bauen.

Der Punkt ist, Sie brauchen nur eine Idee.

Manchmal macht das Programmieren der realen Welt mehr Spaß als das Programmieren virtueller.

Was kommt als nächstes?

Mikrocontroller sind nur der Anfang. Sie müssen eine Welt voller Hardware erkunden. Happy Hacking?

Weiterführende Literatur:

Der absolute Anfängerleitfaden für Arduino

In der Weihnachtspause wollte ich etwas Neues lernen. Ich habe Arduino schon seit einiger Zeit im Auge und… forefront.io

Taron Foxworth ist Hardware-Hacker und Entwickler-Evangelist bei Losant. Sein Ziel ist es, Technologie zu übersetzen, damit Menschen lernen, lieben und sich inspirieren lassen können.