Die Mikrocontrollertechnik ist heute in fast alle Bereiche der Elektrotechnik integriert. Diese sogenannten „embedded“ Systeme übernehmen kostengünstig und flexibel die erforderlichen Steuerungsaufgaben moderner elektronischer Geräte wie beispielsweise:

Kaffeemaschine, Waschmaschine, Kraftfahrzeugen, Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Chipkarten, Smartphones, Armbanduhren, Energiesparlampen, Digitalkameras

aber auch in der Computerperipherie wie:

Tastatur, Maus, Drucker, Monitor, Scanner usw.

Im Gegensatz zu den klassischen Computerprozessoren für PCs benötigen Mikrocontroller kein Mainboard oder gar ein Betriebssystem. Die Chips selbst sind mit Ein- und Ausgabeschnittstellen ausgerüstet. Sie enthalten digitale Speicher für Daten und Programmen und können über entsprechende Befehle die angeschlossenen Sensoren und Aktoren ansprechen.

Verschiedene Hersteller (z.B. Atmel, Mikrochip, Texas Instruments oder Analog Devices) entwickeln unterschiedliche Größen mit abgestuften Leistungsprofilen, um für alle Anforderungen der Kunden das passende Preis- Leistungsverhältnis bereitzustellen.

Die Kosten pro Stück reichen von einigen Cent bis in den zweistelligen Eurobereich.

Im Unterricht werden die Grundlagen zum Einsatz und zur Programmierung dieser Bausteine vermittelt. Zunächst werden einfache Ein- und Ausgabeoperationen geübt und diese dann in ausgewählten Aufgabenstellungen im Rahmen komplexerer Systeme mit Atmel AVR-Mikrocontrollern vertieft. Beispiele sind:

• Lauflicht
• Ampelsteuerung
• Elektronischer Würfel
• Metronom
• „Elektronische Trompete“
• Elektronische Eieruhr

Dabei ist die „Systemnähe“ für die Schülerinnen und Schüler der Elektrotechnik von besonderer Bedeutung, weshalb diese Grundlagen der Mikrocontroller auf der Basis der Assembler-Programmierung erlernt werden.

Ein weit verbreitetes kommerzielles Entwicklungs- und Übungssystem ist mit den zahleichen Arduino-Platinen kostengünstig verfügbar.

Am Ende der Unterrichtsreihe können die Schülerinnen und Schüler die Einsatzgebiete der Mikrocontroller erkennen, die Vor- und Nachteile abschätzen sowie eigenständig Lösungen entwickeln und diese auf verschiedenen Hardwaresystemen testen. Sie können die Grundfunktionen mit ihren eigenen Assembler-Programmen kreativ nutzen und damit Lösungen auch für individuelle Aufgabenstellungen finden.