Mikrokontroler

Apa Itu Mikrokontroler ?

            Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.

            Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatis menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. 
  Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.

            Mikrokontroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara otomatis, seperti sistem kontrol mesin, remot kontrol, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat masukkan dan keluaran yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

• Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
• Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
• Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimum paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi dengan baik.

Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:

1. sistem minimal mikrokontroler.
2. software pemrograman dan kompiler, serta downloader.

Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

1. prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri.
2. rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal.
3.  rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU.
4. rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumber daya.

Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin pada no 2 dan nomor 3 sudah tersedia di dalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diatur dari vendornya (biasanya 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11.0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.

2.1    Perkembangan Mikrokontroler

Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak 1971. Merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Kemudian, pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang kelak menjadi populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan mikrokontroler dari keluarga MCS 48. Sekarang di pasaran banyak sekali ditemui mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis. Masing-masing vendor mengeluarkan mikrokontroler dengan dilengkapi fasilitas-fasilitas yang cenderung memudahkan pengguna untuk merancang sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit.

Saat ini mikrokontroler yang banyak beredar dipasaran adalah mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51 (CISC) yang dikeluarkan oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun varian dari mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan masing2 memiliki fitur yang berbeda-beda). Dengan mikrokontroler tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat sebuah sistem untuk keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah tangga jarak jauh yang menggunakan remot kontrol televisi, radio frekuensi, maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital, termometer digital dan sebagainya.

2.1.2    Jenis-Jenis Mikrokontroler

Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.

• RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
• Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.

Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis mikrokontroler yang telah umum digunakan.

1. Keluarga MCS51

Mikrokontroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock.Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan telah mengizinkan sebuah ROM luar 64 KB dan RAM luar 64 KB diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data.Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijinkan operasi logika boolean tingkatan bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (Programmable Logic Control).

2. AVR

Mikrokontroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokontroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi.Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, periferal dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.

3. PIC

Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer.PIC termasuk keluarga mikrokontroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microchip telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam. PIC cukup popular digunakan oleh para developer karena biayanya yang rendah, ketersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer.

sumber : modul prasimax

Sistem Mikroprosesor

Mikroprosesor :

• secara fisik adalah sebuah Chip rangkaian terintegrasi (IC) mikroelektronika dalam paduan skala yang sangat besar.

• secara fungsi mikroprosesor didisain bekerja sebagai pelaksana instruksi atau program, pengendali sistim serta sebagai pusat pengolah data digital called: Central Processing Unit (CPU)

Sebuah sistim yang dibangun dari beberapa komponen/elemen dalam hal ini Central Processing Unit (CPU)~Memory Unit~Input Output Unit, dan yang bekerja sebagai pengolah data elektronik digital.

Komponen Utama

• Unit mikroprosesor atau Microprocessor Unit (MPU) atau Central Processing Unit (CPU)
• Unit memori baca atau Read Only Memory (ROM)
• Unit memori baca tulis atau Read Write Memory (RWM)
• Unit masukan keluaran terprogram atau Programmable Input Output (PlO)
• Unit detak/pewaktu (Clock)

MPU tersusun dari tiga bagian pokok yaitu :

• Control Unit (CU)
• Arithmetic Logic Unit (ALU)
• Register Unit (RU)

Mikroprosesor Unit

Sebagai CPU, MPU bekerja dan melakukan fungsi dasar yaitu fungsi logika dan aritmetika.

• Fungsi logika: AND, OR, XOR, CPL,dan NEG.

• Fungsi Aritmetika : ADD, SUB, ADC, SBC,INC, dan DEC.

 MPU juga melakukan fungsi pengalihan data dengan menggunakan perintah MOV, atau LOAD,

EXCHANGE, PUSH, dan POP.

Sistem Bus

Mikroprosesor berkomunikasi dengan unit memori, unit I/O menggunakan saluran yang disebut denganBUS.

Setiap mikroprosesor dilengkapi dengan tiga bus sebagai berikut:

Bus Data

CPU membaca/menulis data → lokasi memori,Port. (melalui saluran Bus Data)

• Banyak piranti akan terhubung pada data bus namun hanya ada satu piranti yang aktif dalam satu waktu akses.
• Setiap piranti yang terhubung ke data bus harus menggunakan tri state buffer sehingga dapat berkeadaan floating/berimpedansi tinggi jika tidak sedang digunakan.
•  Mikroprosesor standar memiliki saluran bus data 8 bit dua arah artinya alih data atau informasi
• berlangsung pada 8 saluran paralel dari MPU ke unit lain diluar MPU atau dari unit lain di luar ke MPU.

Addres Bus

Pada saluran CPU mengirim alamat lokasi memori yang akan ditulisi atau lokasi memori yang akan dibaca.

Jumlah lokasi memori yang dapat dialamati oleh sebuah CPU ditentukan oleh jumlah bit address bus.

Jika jumlah bit address bus adalah N maka jumlah lokasi memori yang dapat dialamati =2N.

Bus Control

• Bus Kendali (Control bus) terdiri dari 4 -10 saluran paralel.
• CPU mengirim keluar atau menerima sinyal kendali melalui saluran bus kendali.
• Bentuk-bentuk bus kendali adalah: Pembacaan memori, Penulisan ke memori, Pembacaan Port I/O, Penulisan Port I/O, Reset, Interrupt, Memori Request, I/O Request, dan sebagainya tergantung jenis CPU-nya.

 Bus Kendali adalah seperangkat bit pengendali yang berfungsi mengatur:

• Penyerempakan memori,
• Penyerempakan I/O,
• Penjadwalan MPU, Interupsi, DMA,
• Pembentuk clock dan reset.

Memori

• Bagian memori merupakan gabungan dari memori elektronik RWM dan ROM.
•  Disamping juga magnetik floppy disk, magnetik hard disk, atau laser optical disk/CD/DVD/BlueRay, dll.
• Pemakaian memori memiliki dua tujuan :
• Menyimpan kode biner untuk urutan instruksi yang disebut dengan program,
• Menyimpan kode biner data selama komputer bekerja.

Input/Output

• merupakan bagian yang memungkinkan komputer untuk mengambil data dari luar atau mengirim data ke luar.
•  peripheral semacam keyboard, terminal: video/ monitor, printer dan modem dihubungkan ke bagian I/O.
• piranti yang digunakan untuk interface bus komputer ke peralatan luar disebut Port.

CPU

• CPU bekerja mengendalikan operasi komputer.  

• CPU mengambil kode biner instruksi dari memori, kemudian mendekode instruksi tersebut dalam urutan aksi yang sangat sederhana.

• Sebuah CPU terdiri dari Aritmetic Logic Unit (ALU) yang dapat membangun fungsi penjumlahan (Add), Pengurangan (Subtract), Logika OR, AND, Invert, atau XOR.

• CPU juga memiliki register-register. Salah satu register dari CPU berfungsi sebagai pencacahalamat (Program Counter= PCI yang digunakan untuk memegang alamat sebuah instruksi ataudata berikutnya yang akan diambil dari memori, register umum, atau alamat I/O.

•  CPU juga memiliki bagian penting yang disebut dengan Control Unit yang bekerja membangkitkan sinyal kendali.

Sumber : https://docs.google.com/viewera=v&q=cache:3ybwqbKR2loJ:staff.uny.ac.id/sites/default/files/Sistem%2520Mikroprosesor%2520I%2520BAB%2520I_0.pptx+&hl=id&pid=bl&srcid=ADGEEShSD_j5hz9EYNylY_A3Sv8sdEv0K5jrP5GBgvAtC-R2dYUKUV4RI8LDE7tsWIp_DlbpZHB_bK9Ne7eHV5cUT4TBt0pMDb2-AI3WPF7Sj7ig64o0Qdn-pHrkcLY3DCa9DITwQUhN&sig=AHIEtbSOInWeaReL27udvO0GXc9Q_fqxfg