In diesem Artikel erklären wir Ihnen die verschiedenen Funktionen eines Mikrocontrollers, einschließlich der von ihm gemessenen elektrischen Größen und seiner Rolle in elektronischen Systemen. Dieser Beitrag behandelt die wesentlichen Unterschiede zwischen Mikrocontrollern und Prozessoren sowie Kriterien für die Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers für Ihre Projekte.
Welche elektrische Größe misst ein Mikrocontroller?
Ein Mikrocontroller kann mehrere elektrische Größen messen, vor allem abhängig von seiner Bauform und den angeschlossenen Sensoren. Zu den häufigsten elektrischen Größen, die Mikrocontroller messen können, gehören:
- Spannung: Viele Mikrocontroller verfügen über integrierte Analog-Digital-Wandler (ADCs), die Spannungspegel von verschiedenen Sensoren lesen können. Dies ist entscheidend für Anwendungen wie Temperaturmessung, Lichtintensitätserkennung und andere analoge Eingänge.
- Strom: Während Mikrocontroller den Strom nicht direkt messen, können sie mit Stromsensoren oder Shunt-Widerständen verbunden werden, um den Stromfluss in einem Stromkreis zu überwachen.
- Temperatur: Mithilfe von Temperatursensoren können Mikrocontroller Temperaturschwankungen messen und auf der Grundlage der Messwerte Berechnungen durchführen.
- Frequenz: Einige Mikrocontroller können Frequenzsignale messen, insbesondere in Kommunikationsanwendungen.
- Lichtintensität: Durch den Einsatz von Lichtsensoren können Mikrocontroller die Umgebungslichtstärke messen, was in Anwendungen wie automatischen Beleuchtungssystemen nützlich ist.
Welche Rolle spielt ein Mikrocontroller?
Die Hauptaufgabe eines Mikrocontrollers besteht darin, als „Gehirn“ eingebetteter Systeme zu fungieren. Mikrocontroller sind darauf ausgelegt, bestimmte Aufgaben durch die Ausführung programmierter Anweisungen auszuführen. Zu ihren Aufgaben gehören:
- Datenverarbeitung: Mikrocontroller verarbeiten Eingabedaten von Sensoren und führen spezifische Algorithmen aus, um auf der Grundlage dieser Daten Entscheidungen zu treffen.
- Steueraufgaben: Sie steuern Ausgabegeräte (wie Motoren, LEDs und Displays) basierend auf den verarbeiteten Daten und ermöglichen so die Automatisierung in verschiedenen Anwendungen.
- Kommunikation: Mikrocontroller erleichtern die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten oder Systemen über Protokolle wie UART, I2C oder SPI.
- Echtzeitverarbeitung: Sie sind in der Lage, Echtzeitvorgänge abzuwickeln, was für Anwendungen, die eine sofortige Reaktion erfordern, wie etwa Robotik oder Automobilsysteme, von entscheidender Bedeutung ist.
Was ist der Unterschied zwischen einem Prozessor und einem Mikrocontroller?
Die wesentlichen Unterschiede zwischen einem Prozessor (CPU) und einem Mikrocontroller liegen in ihrer Architektur, Funktionalität und Anwendungsgebieten:
- Architektur:
- Prozessor: Enthält normalerweise nur den CPU-Kern und erfordert zur Funktion externe Komponenten wie Speicher und Eingabe-/Ausgabeschnittstellen. Es wird in Allzweck-Computersystemen verwendet.
- Mikrocontroller: Integriert CPU, Speicher (RAM und ROM) und Peripheriegeräte auf einem einzigen Chip, wodurch er kompakter und für spezifische Steuerungsaufgaben geeignet ist.
- Funktionalität:
- Prozessor: Entwickelt für Hochleistungsrechnen, in der Lage, komplexe Aufgaben auszuführen und mehrere Anwendungen gleichzeitig auszuführen.
- Mikrocontroller: Konzentriert sich auf Steuerungs- und Automatisierungsaufgaben, führt häufig jeweils ein Programm aus und ist für bestimmte Funktionen optimiert.
- Stromverbrauch:
- Prozessor: Verbraucht aufgrund der höheren Leistungsfähigkeit im Allgemeinen mehr Strom.
- Mikrocontroller: Entwickelt für den Betrieb mit geringerem Stromverbrauch, wodurch sie sich ideal für batteriebetriebene Anwendungen eignen.
Was sind die Kriterien für die Auswahl eines Mikrocontrollers?
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Mikrocontrollers für Ihr Projekt die folgenden Kriterien:
Welchen Zweck haben Mikrocontroller in eingebetteten Systemen?
- Verarbeitungsleistung: Bewerten Sie die erforderliche Taktrate und Verarbeitungsfähigkeit basierend auf den Aufgaben, die Sie ausführen möchten.
- Speicher: Bestimmen Sie die erforderliche Menge an RAM und ROM für Ihre Anwendung, einschließlich Speicher für das Programm und die Daten.
- Eingabe-/Ausgabe-Pins: Bewerten Sie, wie viele GPIO-Pins (General Purpose Input/Output) Sie für Ihre Sensoren und Aktoren benötigen.
- Stromverbrauch: Berücksichtigen Sie die Energieeffizienz des Mikrocontrollers, insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten.
- Peripherieschnittstellen: Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller die erforderlichen Kommunikationsprotokolle (wie UART, I2C, SPI) und alle anderen erforderlichen Peripheriegeräte (ADC, PWM, Timer) unterstützt.
- Entwicklungsunterstützung: Suchen Sie nach verfügbaren Entwicklungstools, Bibliotheken und Community-Unterstützung, um das Programmieren und Debuggen zu vereinfachen.
- Kosten: Berücksichtigen Sie abschließend das Budget für Ihr Projekt, da die Preise für Mikrocontroller je nach Merkmalen und Fähigkeiten erheblich variieren können.
Wir hoffen, dass diese Erklärung Ihnen geholfen hat, die verschiedenen Funktionen von Mikrocontrollern zu verstehen, einschließlich der von ihnen gemessenen elektrischen Größen, ihrer Rolle und ihrer Unterschiede zu Prozessoren. Darüber hinaus helfen Ihnen die Kriterien zur Auswahl eines Mikrocontrollers dabei, fundierte Entscheidungen für Ihre Projekte zu treffen.
