Mikrocontroller

Wie viele Computer hast du zu Hause? Zähl nicht nur Laptop und Handy. In der Waschmaschine steckt einer, im Toaster, in der Fernbedienung, in der Zahnbürste mit Timer. Diese versteckten Computer heißen Mikrocontroller. Sie sind winzig, kosten oft weniger als ein Brötchen und arbeiten jahrelang, ohne dass jemand sie bemerkt.

Ein Computer auf einem Chip

Ein Mikrocontroller vereint alles, was ein Computer braucht, auf einem einzigen Chip: einen Prozessor, der das Programm ausführt, Speicher für Programm und Daten und viele Anschlüsse, die Pins heißen. Ein großer PC hat für all das getrennte Bauteile und braucht ein Betriebssystem. Der Mikrocontroller startet dagegen in Sekundenbruchteilen und führt einfach nur sein einziges Programm aus, immer wieder, solange Strom da ist. Den Rhythmus gibt ein Taktgeber vor: Auf einem typischen Bastelboard tickt er 16 Millionen Mal pro Sekunde, und in jedem Takt erledigt der Prozessor einen winzigen Arbeitsschritt. Trotz dieses Tempos bleibt der Programmspeicher bescheiden, oft sind es nur einige Dutzend Kilobyte, also weniger, als ein einziges Handyfoto belegt.

Lesen, entscheiden, schalten

Fast jeder Mikrocontroller arbeitet nach demselben Muster, tausende Male pro Sekunde. Erstens: Eingänge lesen. Ist die Taste gedrückt? Wie warm ist es am Sensor? Zweitens: Das Programm entscheidet. Wenn das Brot dunkel genug ist, dann ist der Toast fertig. Drittens: Ausgänge schalten. Die Heizdrähte gehen aus, der Toast springt hoch, eine Lampe blinkt. Dieses Muster nennt man auch die Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Schleife.

Vom Toaster bis ins Auto

Ein modernes Auto enthält oft mehr als 80 Mikrocontroller. Einer regelt den Motor, einer die Bremsen, einer die Fensterheber, einer überwacht den Reifendruck. Sie reden über Datenleitungen miteinander, wie ein Team aus Spezialisten. Auch Ampeln, Aufzüge, Herzschrittmacher und Spielzeugdrohnen funktionieren so. Weltweit werden jedes Jahr viele Milliarden Mikrocontroller verbaut, weit mehr als PCs und Handys zusammen.

Selbst ausprobieren mit Arduino

Das Schöne: Du kannst selbst mit Mikrocontrollern bauen. Boards wie der Arduino machen es einfach. Ein Teil ihrer Pins kennt nur an und aus, das sind die digitalen, andere lesen auch Zwischenwerte wie Helligkeit oder Temperatur, das sind die analogen. Du steckst eine LED oder einen Sensor an die Pins, schreibst am Computer ein kleines Programm und lädst es per USB-Kabel auf den Chip. Danach läuft das Programm ganz allein, auch ohne Computer. Das erste Projekt fast aller Anfänger ist eine blinkende LED, sozusagen das Hallo Welt der Hardware.