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Der Artikel Mikrocontroller gehört zur Kategorie: Automatisierungstechnik, Digitaltechnik, Elektronik
Mikrocontroller (auch µController, MCU) sind Ein-Chip-Computersysteme, bei welchen nahezu sämtliche Komponenten (wie z.B.: CPU, Programmspeicher (meist auf ROM- oder Flash-Basis), Arbeitsspeicher (auf SRAM-Basis), -Schnittstellen) auf einem einzigen Chip (Integrierter Schaltkreis) untergebracht sind. Auf modernen Mikrocontrollern finden sich häufig auch speziellere Peripherieblöcke wie z.B. Taktgeneratoren, EEPROM-Speicher, CAN-, LIN, USB-, I²C-, SPI, serielle oder Ethernet-Schnittstellen, LCD-Controller und -treiber, hochauflösende Analog-Digital-Wandler (mit 8 bis 24 Bit Auflösung und bis zu 16 Kanälen) uvm.
Einsatzbereiche
Diese Form eines Computers treten in Gestalt von eingebetteten Systemen im Alltag oft unbemerkt in technischen Gebrauchsartikeln auf, zum Beispiel in Waschmaschinen, Chipkarten (Geld-, Telefonkarten), Unterhaltungselektronik (Videorekordern, CD/DVD-Playern, Radios, Fernsehgeräten, Fernbedienungen), Büroelektronik, Kraftfahrzeugen (ABS, Airbag, Motorsteuerung, ESP usw.), Mobiltelefonen und sogar in Uhren und Armbanduhren.
Darüber hinaus sind sie in vielen Computer-Peripheriegeräten enthalten (Tastatur, Maus, Drucker, Monitore, Scanner uvm.).
Die Anwendungszwecke sind nahezu grenzenlos. Mikrocontroller sind meist anspruchslos im Energiebedarf und in der Serienfertigung äußerst preiswert herzustellen. Dieses ist auf die hohen Stückzahlen, meist geringen Taktfrequenzen von weniger als 100 Megahertz und auf die im Vergleich zu leistungsstarken Mikroprozessoren geringere Komplexität zurückzuführen.
Architekturen
Die Anzahl der verbauten Mikrocontroller überschreitet bei weitem die Geräte, die man sich unter einem Computer eigentlich vorstellt. Die überwiegende Mehrzahl der verwendeten Mikrocontroller basiert auf 8-Bit-Prozessoren, deren grundlegende Architektur teilweise noch aus der ersten Hälfte der 1970er Jahre stammt. Es gibt jedoch auch 4-, 16- und 32-Bit-Mikrocontroller, wobei die 16-Bitter mittlerweile mengenmäßig zu den 8-Bittern aufholen.
Praktisch gibt es zu jedem Mikroprozessor mehr als ein Pendant bei den Mikrocontrollern. Deshalb an der Stelle „nur“ der Verweis auf die Liste der Mikroprozessoren, wobei diese 1. nicht vollständig ist und 2. es außerdem Mikrocontroller gibt, die keinem Mikroprozessor nachgefolgt sind, wie Atmel AVR, PIC-Mikrocontroller oder TI MSP430 (auch eine äußerst unvollständige Liste!).
Benutzte Programm-Speicher
Für Hobbyanwendungen, bei Stückzahlen bis zu einigen tausend pro Jahr und bei Anforderungen nach hoher Flexibilität (z.B. wegen geplanter nachträglicher Programmupdates) werden Mikrocontroller mit Programmspeicher in Flash- oder EEPROM-Technologie eingesetzt. Für größere Stückzahlen, d.h. im Bereich von mehr als einigen tausend pro Jahr, werden dagegen zumeist maskenprogrammierte Mikrocontroller eingesetzt. Der einzelne Mikrocontroller ist hierbei preisgünstiger, jedoch entstehen Initialkosten für die Herstellung einer Maske mit dem jeweiligen Programmcode (siehe Integrierter Schaltkreis). Des weiteren gibt es Mikrocontroller, deren Programm in einem EPROM abgelegt wird. Das erforderliche Quarzglas-Fenster verteuert das Gehäuse und verlangt zum Löschen etwa 20 Minuten lang stark ozonbildende UV-C-Strahlung. EPROM-Typen sind daher fast vollständig durch funktionsgleiche Flash-basierte Mikrocontroller ersetzt worden.
Typische Speichergrößen heutiger Mikrocontroller liegen zwischen 1 KB und 1 MB für das Programm und zwischen 32 Bytes und 48 KB für die Daten. Viele Modelle können aber auch wesentlich größeren externen Speicher ansprechen.
Programmierung
Mikrocontroller werden meist in Assembler oder auch in C programmiert. Andere Programmiersprachen wie BASIC, FORTH, Pascal oder C++ werden ebenfalls eingesetzt. Assembler bietet hierbei unter bestimmten Umständen den Vorzug, dass die Programme schnell sind und wenig Programmspeicher benötigen. Dies ist deshalb von so großer Bedeutung, da einerseits der Speicherplatz auf einem Mikrocontroller meist sehr eingeschränkt ist und andererseits die CPU nicht so schnell ist wie beispielsweise die in einem PC. Ein Vorteil von C liegt hingegen in der Übersichtlichkeit und Wiederverwendbarkeit des Programmcodes. Funktionen, die immer wieder benutzt werden, wie z.B. die Übertragung von Daten über eine serielle Schnittstelle, müssen so nicht für jedes Projekt neu geschrieben werden sondern lassen sich einfach anpassen (siehe auch Programmiersprachen). Zur Funktionsüberwachung von Mikrocontrollersteuerungen werden in der Regel so genannte Watchdog-Schaltungen eingesetzt, die teilweise aber auch schon in den Mikrocontroller integriert sind.
Weblinks
- Mikrocontroller-Wiki für diverse Hersteller und Typen
- Einstieg in die Atmel AVR Welt
- Umfangreiche Einführung zu PIC-Mikrocontrollern
Siehe auch
- Atmel AVR
- BASIC Stamp
- C-Control
- PIC-Mikrocontroller
- Siemens 80C517
- TI MSP430
- In-System Programmer
- In-Circuit Emulator
Diskussion der Autoren über den Artikel: Mikrocontroller
- Die im deutschen Sprachraum weiter verbreitete Schreibweise ist "Mikrocontroller", siehe Google und Amazon.
Stimmt das wirklich, daß eine CPU in einer Chipkarte (Geldkarte, Telefonkarte) eingebaut ist??--RolfM 12:33, 3. Mär 2004 (CET)
- Ja. Bei der Telefonkarte bin ich mir nicht ganz sicher, es müsste aber auch so sein. Kann man sich ja schon aus folgendem Grund vorstellen: Niemand soll unberechtigt Geld aufladen können. Da bringt eine einfache Speicherkarte nix, da kann man ja beliebiges reinschreiben. Passwortschutz hilft auch nix (solche Chips gibts auch), da jeder Händler das Passwort zum Schreiben kennen muss, um abheben zu können (und somit den Wert beliebig manipulieren kann). Also muss mit einer intelligenten Einheit kommuniziert werden, die Kommandos ("hebe 3€ ab") auf Gültigkeit überprüft und ausführt und spezielle Kommandos wie Aufladen nur durch kryptographisch authentifizierten Gegenstellen erlaubt.
- Mal ein bisschen gegoogelt und man findet heraus, dass GeldKarten hauptsächlich einen SLECX160S Kryptocontroller haben. Mit 32 kB ROM, 8 bzw. 16 kB EEPROM und 512 Byte RAM. Genaueres wird geheimgehalten, der Prozessor soll aber ähnlich der -Familie sein. -- Andreas B. 15:37, 3. Mär 2004 (CET)
- Cool, Danke!--RolfM 16:06, 3. Mär 2004 (CET)
Also bei den aktuellen telefonkarten bin ich mir nicht ganz sicher, aber bis vor ein paar jahren waren die Telefonkarten der Telekomiker strohdumm und desshalb auch so leicht nachzubauen. Desshalb haben die sich dann ja immer mehr Mühe gegeben andere Echtheitsmerkmale auf die Karten zu bringen, die Dicke zu testen und eine Luke hinter der Karte zu schließen um ein raushängendes Kabbel unmöglich zu machen. Da war jedefalls keine CPU drin, nur ein etwas besserer Speicher.
Übersicht über Mikrocontroller
Eine meines Erachtens hervorragende Zusammenstellung über Mikrocontroller findet sich unter
http://www3.sk.sympatico.ca...
mit dem Titel "Great microprocessors in the past and presence".
Vielleicht ließe sich diese Zusammenstellung mit an die Wikipedia angliedern.
Anzumerken ist, dass auf dem Bereich der 8 Bit Mikrocontroller die 8031 Familie als Weltstandard sich herauskristallisiert hat. Auch in heutiger Zeit wird dieser Controller noch intensiv verwendet, z.B. 8031 mit USB2.0 Anschluss.
Auf dem Gebiet der 16 Bit Controller gibt es überwiegend nur lokale Lösungen.
Erst auf dem Gebiet der 32 Bit Controller sind mit der ARM und der MIPS Struktur wieder Standards entstanden, die eine weite Verbreitung haben.
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Ziemlich falsche Sicht der Dinge...
Die 8051 Kerne haben zwar eine erhebliche Typenvielfalt, werden aber wegen ihres schlechteren Preis/Leistungsverhältnisses (über die völlig unbrauchbare Prozessorarchitektur wollen wir mal lieber nicht erst reden...) meist in den Produktionen mit kleineren Stückzahlen eingesetzt. Die 8 Bit Controller werden zu etwa gleichen Teilen von den Microchip PIC und den Freescale (vormals Motorola) 68HC05/08 beherrscht, jede dieser Familien hat über 1/4 des Weltmarktes, die anderen Architekturen teilen sich den Rest. Auch die 6502 Kerne spielen noch eine ordentliche Rolle.
Im 16 Bit Bereich tummeln sich Derivate der 80286 und MC68000.
Bei 32 Bit sind Coldfire (MC68040 Derivat), PowerPC, H32 und 80x86 Ableger neben ARM weit verbreitet, MIPS spielt nur eine kleine Geige.
TheBug 23:45, 1. November 2004
- Öhm, MC68000 ist schon seit den Siebzigern 32bit, oder etwa nicht? 16 bit von Motorola ist z.B. 68HC12. Aber dass die 8051 eine Krankheit sind, kann ich nur bestätigen. --Ariser 11:38, 17. Jul 2005 (CEST)
Der 68000 hat zwar 32 Bit Architekturmerkmale, ist aber nur mit einer 16 Bit ALU ausgerüstet. Rechenoperationen mit 32 Bit brauchen beim 68000 mehrere Durchläufe durch die ALU. Abgesehen davon kann man sich beim 68000, wie bei vielen anderen Prozessoren, über die tatsächliche Architekturbreite streiten. HC12 ist eine wesentlch neuere Familie und basiert teilweise auf dem 6809. TheBug 17:15, 18. Juli 2005
- Ich denk, ab 68020 war der 68k 32 bittig. Ein 68341 ists auf jedenfall. Auch die ALU. --Harald wehner 19:32, 28. Sep 2005 (CEST)
Der Link oben http://www3.sk.sympatico.ca... führt irgendwo ins Nirwana. Höchstwahrscheinlich ist das, was dort vorzufinden sein sollte, hierhergewandert: http://www.microprocessor.s... --Harald wehner 16:51, 29. Sep 2005 (CEST)
Deutsche Sprache
Ja hm, in Google und Amazon ist Mikrocontroller weit verbreitet. Aber das ist ein unheiliger Wust aus Deutsch und English, bekannt als Denglish. Entweder Microcontroller oder Mikrokontroller. --Harald wehner 19:28, 28. Sep 2005 (CEST)
