Embedded Mikrocontroller

Zur hochintegrierten Mikroprozessor-Architektur gehören außer dem Prozessor (CPU) verschiedene Speichermodule sowie eine E/A-Steuereinheit für die Peripherie. Letztere ermöglicht auf der Basis von Protokollen zum Beispiel die Kommunikation mit anderen elektronischen Steuereinheiten (z.B. ECUs für Motorsteuerungen). Auch das Einlesen von Sensorsignalen z. B. für die Messung von Temperaturen gehört zu den Aufgaben einer Steuer- und Peripherie-Einheit. Damit Mikrorechner bestimmte Anforderungen erfüllen können, müssen sie programmiert werden. Bekannte Programmiersprachen sind z. B. Assembler und C/C++, da sie sich für eine hardwarenahe Programmierung sehr gut eignen.

Der Prozessor eines Mikrocontrollers, der auch MCU (Abkürzung für Microcontroller Unit) genannt wird, verwendet für die operativen Prozesse unterschiedliche Speicher. Zu den häufig vertretenen Speichertypen gehört der RAM- bzw. SRAM-Speicher. Während der Ausführung von Programmen werden die Daten und Variablen für die Rechen- und Verarbeitungsprozesse in diesem flüchtigen Speicher hinterlegt (solange Strom fließt). MCUs haben zudem nicht-flüchtige EEPROM- oder Flash-Speicher, die Programme und/oder Daten dauerhaft speichern (z. B. für vielfach wiederholbare Steuerungs- und Berechnungsroutinen). Reicht der integrierte Speicher nicht aus, nutzen MCUs auch externe Ergänzungs- und Zusatzspeicher.

Bei der Speicherausstattung eines MCUs sollten Sie ebenfalls die speziellen Anforderungen für den Einsatz in einem Embedded System berücksichtigen. Benötigen Sie zum Beispiel eine gute Performance und einen großen internen Programm- und Datenspeicher, sollten Sie 16-Bit oder 32-Bit-Chips mit besserer Speicherausstattung bevorzugen. Für einfache Aufgaben kann aber auch ein stromsparender 8-Bit-Mikrocontroller mit wenig Speicherkapazität ausreichen. Beim Kauf sollten Sie zudem auf den angegebenen Arbeitstakt achten, der auch als Taktfrequenz bezeichnet wird. Für viele Aufgaben reichen schon niedrigere Taktfrequenzen ab 1 MHz aus. Wer sich für einen besonders leistungsfähigen Chip mit hoher Taktfrequenz entscheidet, erhält ein performanteres System. Dieses verbraucht dann aber mehr Strom und ist teurer in der Anschaffung.

Die Verwendbarkeit und Funktionsvielfalt eines MCUs wird wesentlich von der integrierten Onboard-Peripherie bestimmt. Hat der Chip z. B. eine SPI-Schnittstelle, können Sie Mikrocontroller miteinander verbinden und zwischen ihnen eine serielle synchrone Datenübertragung realisieren. Bei vielen Schnittstellen und komplexen Aufgaben im Embedded System ist eine ausreichende Anzahl an I/O-Pins (IO = Input/Output) wichtig. Über diese Pins werden Ein- und Ausgaben von Daten und Werten sowie die Kommunikation zur Peripherie abgewickelt.

Für sich genommen verbraucht ein Mikrocontroller wenig Strom. Allerdings kann auch der Stromverbrauch beim Design und bei der Entwicklung von Embedded Systemen ein wichtiger Faktor sein. Sollen MCUs zum Beispiel möglichst lange via Batterie oder Akku betrieben werden, sind stromsparende Controller die richtige Wahl. 8-Bit-Mikrocontroller ermöglichen meist längere Akkulaufzeiten als vergleichbare 32-Bit-Modelle. Viele Mikrocontroller besitzen zudem Stromsparmodi, die den Embedded-Mikrocontroller teilweise abschalten können.