Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist ein Mikroprozessor plus Zusätzen, wie Speicher, Ein- und Ausgänge, Timer, ... , die alle auf einem Chip verbaut sind. 

Anwendungsgebiete für Mikrocontroller sind:

  • Motorsteuerungen
  • Ladegeräte
  • Roboter
  • Messwerterfassung
  • elektronische Geräte ( MP3, DVD- Player)
  • Schaltuhren

Bestandteile eines Mikrocontrollers

Microprozessor

Der Mikroprozessor (CPU) ist das Gehirn des Arduinos. Er führt Berechnungen und logische Operationen durch. Unterschiede gibt es in der Datenbreite (4,8, 16 und 32 Bit) und in der Taktzahl (z.B. 1 MHz = 1 Million Befehle pro Sekunde). Beim Arduino handelt es sich um einen Atmel ATmega328 mit einen Systemtakt von 16 Megahertz und 8 Bit Datenbreite.  Er kann also  Daten der Länge 8 Bit (maximal mögliche Zahl ist 255) in einem einzigen Befehl verarbeitet werden. Zur Bearbeitung längerer Daten müssen mehrere Befehle hintereinander angewandt werden. Er kann allerdings 16 MHz (16 Millionen) Befehle pro Sekunde verarbeiten.

Speicher
Er hat 32 Kilobyte Flash-Speicher (sozusagen die Festplatte für die Programme), 2 Kilobyte SRAM (den Arbeitsspeicher (flüchtiger Speicher)) und 1 KB EEPROM (nicht flüchtiger Speicher), hier können Daten langfristig gespeichert werden, damit sie beim nächsten Start des Programms wieder verfügbar sind.

14 digitale Ein– oder Ausgänge
6 Ausgänge (gekennzeichnet mit einem ~ ) können mit Hilfe der „PWM“ (pulse width modulation) dennoch "analog" genutzt werden, um z.B. die Helligkeit von Leuchtdioden oder die Geschwindigkeit eines Motors zu regeln.

An den Pins 0 (RX) und 1 (TX) können serielle Daten empfangen (RX) oder übertragen (TX) werden.


6 analoge Eingänge
A0 bis A5. Hier können nicht nur „ein“ oder „aus“ Werte gemessen werden. An den analogen Eingängen A0 - A5 können Spannungen gemessen werden. Es wird die anliegende Spannung mit einer Referenzspannung verglichen. Im Normalfall ist dies die Versorgungsspannung, die theoretisch bei 5 V liegt. Die tatsächlich anliegende Spannung variiert je nach Versorgung und liegt bei einer Versorgung über den USB - Port bei ca. 4,5 V.

Analoge Signale müssen mit einem Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal in bestimmten Abtastzeitpunkten umgewandelt werden. Da der Arduino einen 10 Bit - Analog-Digital-Wandler besitzt, wird die gemessene Spannung, die zwischen 0 und der Referenzspannung (theoretisch  5V) auf einen Wert zwischen 0  und 1023 (= 2^10 Werte) umgesetzt. Die Messgenauigkeit liegt also bei 5 V/1023 = 0,00489 V.

Die Power Pins:
Hier sind für uns nur die 5V und GND wichtig.<br> Am 5V Pin liegen die regulierten 5V vom Spannungsregler des Boards an. GND ist die Erdung.

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Das Arduinoboard ermöglicht einen einfache Zugriff auf die Pins, sowie eine stabile Spannungsversorgung und einen leichten Programmierzugang.

USB - Buchse
Über USB - Buchse kann man neue Software auf das Board laden, den Arduino mit Strom versorgen und außerdem dient zur Kommunikation über die serielle Schnittstelle mit dem Computer. Hier können Messwerte bzw. Steuerbefehle ausgetauscht werden.

 

Stromversorgung

Die Stromversorgung des Boards erfolgt entweder über den USB-Port oder über eine 9V - Batterie (bzw. Netzteil), die einen 2,1 mm Hohlstecker mit Pluspol am Innenstift enthält. (Lötanleitung) Die Stromversorgung kann auch mit Hilfe einer Powerbank erfolgen. Bei der Versorgung über USB wird allerdings nicht die volle Referenzspannung von 5 V erreicht. 


Resetknopf
Drückt man den Button, so wird das Programm neu gestartet.



 

Vergleich des Arduinos mit einem Computer

 

 

PC

Mikrocontroller

Geschwindigkeit

GHz

kHz - MHz

Hauptspeicher (RAM)

Mehrere GigaByte

Wenige kByte

Platzbedarf

viel

wenig

Stromverbrauch

Ca. 400 Watt

Ca. 0,05 Watt

Kosten

Von 200€- 1000€

Wenige Cent

Anwendung

Vielfältige Anwendungen

Nur für spezielle Aufgabe