Mikrocontroller Boards & Kits (MCU)

Der Speicher eines Mikrocontrollers besteht wenigstens aus einem flüchtigen und einem nichtflüchtigen Speicher. Im flüchtigen Speicher (bspw. RAM) werden die Daten nur temporär abgelegt. Das sind im Regelfall solche, die zur Ausführung von Befehlen benötigt werden. Die Daten bleiben nur so lange bestehen, wie eine Stromversorgung vorhanden ist. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, werden die Daten gelöscht. Im nichtflüchtigen Speicher (Flash, EEPROM etc.) sind Daten dagegen dauerhaft gesichert. Das sind wiederum meist Informationen zu den Befehlen, die der Prozessor ausführen soll.

Ebenfalls zur Ausstattung eines Mikrocontroller-Boards gehört eine Programmier-Schnittstelle, über die das geschriebene Programm in den Prozessor hochgeladen werden kann. Sie ist häufig als USB-Anschluss ausgeführt. Daneben sind Peripherie-Schnittstellen vorhanden, die für die Anbindung von Ein- und Ausgabegeräten (I/O-Geräte) vorgesehen sind. Die I/O-Schnittstellen sind für die eigentliche Kommunikation und die Steuerung der Hardware zuständig. Hinzu kommen je nach Ausführung Schnittstellen für den Anschluss von Analog-Digital-Wandlern bzw. Digital-Analog-Wandlern, LAN-Schnittstellen, serielle Schnittstellen, PWM-Ausgänge, CAN-, LIN- oder SPI-Schnittstellen.

Mikrocontroller mit mehreren Interfaces werden auch als Evaluierungs- oder Entwicklerboards bezeichnet. Durch den Anschluss entsprechender Sensoren und Aktoren kann die Programmierung des Prozessors leicht und schnell am praktischen Modell überprüft und angepasst werden, was eine einfache und anwenderfreundliche Lösung darstellt und kurze Entwicklungszeiten ermöglicht. Viele Boards sind zudem mit Shields, also Modulen für zusätzliche Funktionen, sowie mit Breakout Boards erweiterbar.

Während für den Raspberry Pi und andere Einplatinencomputer ein Betriebssystem eingerichtet werden muss, um eine Programmierung zu ermöglichen, ist das bei Mikrocontrollern nicht der Fall. Hier schreibt man den Code einfach vor und sendet ihn über die entsprechende Schnittstelle in komprimierter Form an die Platine. Im Grunde genommen muss man sich nur um den Anschluss der externen Beschaltung und das Programm kümmern, um die Anwendung zum Laufen zu bringen. Beim Raspberry Pi kostet das Einrichten des Betriebssystems dagegen Zeit. Man muss es nämlich nicht nur auswählen, herunterladen und auf eine SD-Karte transferieren, sondern auch die Systemsoftware installieren und konfigurieren. Für Neulinge sind diese Schritte nicht immer selbsterklärend. 

Ein weiterer Vorteil von Mikrocontrollern wie dem Arduino ist, dass sie sich dank des übersichtlichen und klar strukturierten Befehlssatzes einfach programmieren lassen und gleichzeitig auf vielfältige Weise für spezifische Anwendungen eingesetzt werden können. Dabei reicht ein Prozessor mit mittlerer Leistungsfähigkeit mitunter schon aus, um eine gute Performance zu erzielen. Das liegt nicht zuletzt daran, dass sich Mikrocontroller nur um die wesentlichen Aufgaben kümmern und nicht wie herkömmliche Computer etliche Nebenprozesse abarbeiten und innerhalb eines aufwändigen Betriebssystems agieren müssen. 

Letztlich ist es gerade die „schlanke“ Struktur eines Mikrocontrollers, die viele Vorzüge bietet. Sie ist der Betriebssicherheit und Stabilität des Systems zuträglich, bietet eine gute Übersichtlichkeit und ermöglicht kurze Startzeiten. Es muss weder ein Betriebssystem geladen werden noch sind Zugriffe auf externe, im direkten Vergleich relativ langsame Massenspeicher und periphere Komponenten notwendig. Bedingt durch den geringen Hardware-Aufwand lassen sich mit Mikrocontrollern zudem kompakte Bauformen realisieren; manche Miniatur-Versionen sind in der Grundfläche kaum größer als eine Briefmarke und nur wenige Millimeter hoch. Des Weiteren verbrauchen Mikrocontroller aufgrund ihrer reduzierten Ausstattung wenig Strom, was sich bei akku- oder batteriegestützten Anwendungen und mobilen Systemen als vorteilhaft erweist.