Mikrokontroler: Pengertian, Fungsi, Struktur dan Prinsip Kerja
Pengertian Mikrokontroler (Microcontroller) dan Strukturnya - Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil yang dikemas dalam bentuk chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dirancang untuk melakukan tugas atau operasi tertentu seperti menerima sinyal input, melakukan pengolahan data serta memberikan sinyal output. Pada dasarnya, sebuah IC mikrokontroler terdiri dari satu atau lebih inti prosesor (CPU), memori (RAM dan ROM) serta perangkat INPUT dan OUTPUT yang dapat diprogram.
Microcontroller memiliki kegunaan yang hampir sama dengan komputer namun dengan kemampuan komputasi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan komputer atau PC pada umumnya. Pada dasarnya, mikrokontroler merupakan teknologi komputer yang lebih sederhana dan sering digunakan pada aplikasi sistem dan perangkat yang tidak terlalu kompleks dan tidak memerlukan komputasi tinggi.
Dalam pengaplikasiannya, microcontroller ini digunakan dalam produk atau perangkat yang dikendalikan secara otomatis seperti sistem kontrol mesin mobil, perangkat medis, mesin, peralatan listrik, pengendali jarak jauh, mainan dan perangkat-perangkat yang menggunakan sistem tertanam lainnya.
Fungsi Mikrokontroler
Suatu perangkat atau sistem yang menggunakan microcontroller sebagai pengolah data umumnya disebut sebagai Embedded system atau dedicated system. Embedded sytem adalah suatu pengendali yang tertanam pada sistem atau perangkat, sedangkan dedicated system adalah pengendali suatu sistem yang dimaksudkan hanya untuk fungsi tertentu.
Mikrokontroler memiliki beberapa fungsi, diantaranya yaitu:
- Sebagai pembangkit osilasi
- Sebagai timer atau pewaktu
- Sebagai ADC (Analog to Digital Converter)
- Sebagai Flip-flop
- Sebagai conter atau penghitung
- Sebagai encoder atau decoder
Fungsi mikrokontroler ini sering digunakan pada sistem atau perangkat yang dikendalikan secara otomatis. Berikut adalah penggunaan mikrokontroler pada beberapa bidang yaitu :
Industri - Beberapa penggunaan mikrokontroler di bidang industri yaitu untuk aplikasi montoring, aplikasi data logger, aplikasi kontrol dan otomasi
Robotika - Dalam bidang robotika mikrokontroler sangat banyak digunakan karena kemampuan yang dimiliki mikrokontroler itu sendiri. Dengan menggunakan mikrokontroler maka beberapa jenis robot seperti robot pemadam api, robot penendang bola dan robot line follower dapat dibuat dengan mengkombinasikan beberapa sensor dan aktuator.
Otomotif - Penggunaan mikrokontroler dalam bidang otomotif yaitu seperti ECU (Engine Control Unit), antilock braking system, air bag, speedometer, transmisi otomatis, suspensi aktif, navigasi, dan yang lainnya.
Perlengkapan rumah tangga dan perkantoran - Beberapa contoh peralatannya adalah mesin fotokopi, printer, air conditioner, timbangan digital dan yang lainnya.
Struktur dan Diagram Blok Mikrokontroler
Secara sederhana, untuk dapat mengolah data, menerima dan mengirim sinyal mikrokontroler memiliki beberapa atau bagian utama seperti CPU, memori, serta perangkat INPUT dan OUTPUT (I/O) di dalamnya. Selain itu, agar dapat beroperasi secara optimal mikrokontroler juga dilengkapi dengan beberapa komponen atau bagian tambahan. Berikut ini adalah diagram blok dan struktur mikrokontroler beserta penjelasan singkat tentang bagian-bagian utamanya.
![Mikrokontroler: Pengertian, Fungsi, Struktur dan Prinsip Kerja Diagram blok dan struktur mikrokontroler](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjmdZJowB9oJQ8vsYS5fLGSmmnKxNwAYXdgiph7xi7rGOMK7yn5VQyPlBYdJrMpZmJKFA0CsgGKH-oZgY-fyACIsWMLRyOSNZahvIgDGRJwEgGd922d1bBbRtCIYpaSyewNlmuWOSE0-kM/s1600-rw/diagram+blok+mikrokontroler.webp)
1. CPU
CPU (Central Processing Unit) merupakan komponen utama yang bertindak sebagai otak bagi sebuah mikrokontroler. CPU bertanggung jawab untuk mengambil perintah atau instruksi (fetch), menerjemahkannya (decode), kemudian mengeksekusinya (execute). Central Processing Unit saling menghubungkan setiap komponen atau bagian mikrokontroler hingga menjadi suatu sistem. Fungsi utama dari CPU adalah mengambil perintah lalu menerjemahkannya dari memori flash atau memori program.
2. Memori
Secara umum, fungsi memori dalam mikrokontroler sama dengan mikroprosesor yaitu sebagai media penyimpanan. Memori ini digunakan untuk menyimpan data dan program. Biasanya mikrokontroler sejumlah RAM dan ROM (EEPROM, EPROM dan lain-lainnya) atau memori flash untuk menyimpan kode program yang diisikan (source code program).
3. Port
Pada mikrokontroler terdapat perangkat input dan output ataupun yang biasa dikenal dengan port I/O. Perangkat I/O mikrokontroler ini berhubungan secara paralel dengan perangkat I/O yang lainnya. Port Input / Output paralel ini digunakan untuk mendorong atau menghubungkan berbagai perangkat seperti LCD, LED, printer, memori dan perangkat INPUT / OUTPUT lainnya ke mikrokontroler.
4. Port Serial
Port serial pada mikrokontroler digunakan sebagai port yang menyediakan serial interface atau komunikasi serial secara paralel antara mikrokontroler tersebut dengan mikrokontroler atau perangkat pariferal lainnya.
5. Timer / Counter
Timer dan Counter memiliki fungsi yang sangat berguna bagi mikrokontroler yaitu menyediakan semua pengaturan waktu dan operasi perhitungan dalam mikrokontroler terebut. Operasi utama yang dilakukan di bagian ini adalah fungsi jam, modulasi, pembangkitan pulsa, osilasi, pengukuran frekuensi serta dapat juga menghitung jumlah pulsa eksternal.
6. ADC (Analog to Digital Converter)
Analog to Digital Converter (ADC) digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi bentuk sinyal digital. Pada konverter ini sinyal input harus dalam bentuk analog (misal dari sensor) sedangkan outputnya dalam bentuk digital. Output digital dapat digunakan untuk berbagai aplikasi digital seperti layar digital pada perangkat pengukuran.
7. DAC (Digital to Analog Converter)
Digital to Analog Converter (DAC) memiliki fungsi yang berkebalikan dengan ADC (Analog to Digital Converter). DAC mengubah sinyal digital menjadi format analog. Ini biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor DC dan lain sebagainya.
8. Interrupt Control
Interrupt Control atau kendali interupsi digunakan untuk menyediakan penundaan (interupsi) untuk program kerja. Interrupt dapat berupa eksternal (diaktifkan dengan menggunakan pin interrupt) atau internal (dengan menggunakan perintah interupsi selama pemrograman).
9. Special Functioning Block
Beberapa mikrokontroler hanya dapat digunakan untuk beberapa aplikasi khusus (misalnya sistem robotik), pengendali ini memiliki beberapa port tambahan untuk melakukan operasi khusus tersebut yang umumnya dinamakan dengan blok fungsi khusus.
Ciri Khas Mikrokontroler
Suatu peralatan atau perangkat elektronika tentunya memiliki ciri khas yang membedakan perangkat tersebut dengan yang lainnya. Berikut beberapa ciri khas dari mikrokontroler.
Kemampuan komputasi yang tidak terlalu tinggi - Dibandingkan dengan komputer atau PC pada umumnya, kemampuan CPU dari mikrokontroler tidak terlalu tinggi seperti komputasi dari komputer atau PC.
Mikrokontroler dibekali memori non-volatile - Dengan menggunakan memori non-volatile pada mikrokontroler maka perintah yang telah dibuat dapat dihapus ataupun dibuat ulang. selain itu juga memungkinkan data yang telah disimpan dalam mikrokontroler tidak hilang meskipun mikrokontroler tidak dihubungkan dengan sumber listrik.
Kapasitas memori yang relatif lebih kecil - Kapasitas memori mikrokontroler terbilang jauh lebih kecil dari kapasitas memori komputer atau PC yang mencapai orde GBytes, kapasitas memori mikrokontroler hanya berkisar pada orde Bytes dan Kbytes.
Program atau perintah berhubungan langsung dengan port Input / Output - Port Input / Output ini berfungsi sebagai tempat jalannya komunikasi antara mikrokontroler dengan periferal input atau periferal output.
Perintah relatif sederhana - Kemampuan komputai yang tidak terlalu tinggi sehingga mikrokontroler dapat diberikan beberapa perintah yang terbilang sederhana.
Kelebihan dan Kekurangan Mikrokontroler
Berikut beberapa keunggulan dari Mikrokontroler :
- Waktu yang diperlukan untuk operasi rendah
- Penggunaan mikrokontroler sederhana dan mudah untuk memecahkan masalah dan pemeliharaan sistem
- Sebagian besar pin dapat diprogram oleh pengguna untuk melakukan berbagai fungsi
- Mudah menghubungkan port RAM, ROM dan I / O tambahan
- Mikrokontroler bertindak sebagai mikrokomputer tanpa harus ada komponen digital tambahan lainnya
- Dapat mengurangi biaya dan ukuran sistem karena integrasi yang lengkap dalam sebuah mikrokontroler
Berikut beberapa kekurangan dari mikrokontroler :
- Tidak dapat terhubung dengan perangkat yang berdaya tinggi secara langsung
- Hanya melakukan eksekusi dalam jumlah terbatas dalam waktu yang bersamaan
- Kebanyakan hanya digunakan dalam peralatan-peralatan mikro
- Mikrokontroler memiliki arsitektur yang lebih kompleks daripada mikroprosesor
Prinsip Kerja Mikrokontroler
Sebuah mikrokontroler memiliki prinsip kerja tertentu agar fungsi-fungsi di dalamnya dapat beroperasi dengan baik. Masing-masing perangkat sudah saling terintegrasi membentuk sistem kontrol. Lalu, bagaimana cara kerja mikrokontroler?
Mikrokontroler memiliki cara kerja yang berjalan sesuai dengan program yang diisikan di dalamnya. ROM merupakan perangkat yang berfungsi menyimpan program-program tertentu untuk dijalankan nantinya.
Kemudian, program yang telah diisikan tersebut akan diinstruksikan oleh mikrokontroler. Berbagai intruksi yang dimaksudkan seperti membaca, menghitung atau mengubah nilai data tertentu menjadi bentuk lain.
Jenis-Jenis Mikrokontroler
Di awal sudah dijelaskan bahwa mikrokontroler memiliki kemiripan dengan komputer (PC). Hanya saja fungsi dari mikrokontroler ini yaitu untuk menjalankan tugas tertentu yang tidak bisa dijalankan oleh komputer pada umumnya.
Mikrokontroler sendiri terbagi dalam beberapa jenis yang sesuai dengan fungsinya. Jenis-jenis mikrokontroler tersebut antara lain:
1. Mikrokontroler AVR
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard's Risc Processor) adalah jenis mikrokontroler yang umum digunakan pada bidang instrumentasi dan elektronika. AVR sendiri diambil dari nama Alf Egil Bogen dan Vegard Wollan yang merupakan penemu berkebangsaan Norwegia.
Komponen ini dilengkapi dengan arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computing) yang memungkinkan mikrokontroler AVR dapat menjalankan berbagai instruksi hanya dalam 1 siklus, kecuali instruksi percabangan yang memerlukan 2 siklus.
Mikrokontroler AVR diproduksi oleh perusahaan yang bernama Atmel dan sekarang sudah ada 10 kelas, diantaranya sebagai berikut.
- AVR LCD
- AVR CAN
- AVR Otomotif
- AVR USB
- TinyAVR
- Mega AVR
- XMEGA
- AVR Z-Link
- AVR Manajemen Batere
- AVR Pencahayaan
Masing-masing kelas tersebut memiliki arsitektur dan instruksi yang hampir sama. Hal yang membedakan adalah fungsi, kapasitas memori dan peripheral. Seri AVR yang paling banyak digunakan adalah mikrokontroler Atmega8535, Attiny2313, Mikrokontroler Arduino.
2. Mikrokontroler PIC
Mikrokontroler PIC (Programmable Interface Controller, sekarang Programmable Intellegent Computer) merupakan salah satu yang paling banyak digunakan di pasar global selain AVR.
Mikrokontroler ini keluaran dari Microchip Technology dan pertama kali dibuat pada tahun 1975. Pada saat itu, PIC digunakan bersama CPU 1600 guna meringankan beban kerjanya.
Sama seperti AVR, PIC memiliki arsitektur RISC 8 bit. PIC juga memiliki beberapa fungsi yang hampir sama dengan CPU, seperti kalkulasi dan memori, serta sistem kerja menggunakan software (perangkat lunak).
Kita bisa membeli PIC dalam keadaan kosong sehingga bisa diisi oleh program tertentu. Atau kita juga bisa membelinya dengan pra-pemrograman, sehingga dapat langsung melakukan pengunduhan dari kabel komputer. Dengan begitu, akan mengurangi biaya pengadaan alat-alat pemrograman. Salah satu contoh dari seri PIC yaitu PIC 16F88.
3. Mikrokontroler MCS 51
Sama seperti AVR, MCS 51 ini merupakan produk dari ATMEL. MCS-51 dibuat dalam dua versi yaitu 20 kaki dan 40 kaki. Kedua versi tersebut secara umum memiliki arsitektur yang sama. Perbedaan kedua versi tersebut yaitu pada bagian kapasitas memori-data, memori-program dan jumlah pewaktu 16 bit.
4. Mikrokontroler ARM
ARM (Advanced RISC Machine, sebelumnya Acorn RISC Machine) merupakan keluaran ARM Holding sebagai prosesor dengan arsitektur RISC set instruksi 32 bit. Awalnya, ARM ini dikembangkan oleh Acorn Computers. Saat itu, pengembangan ARM difungsikan untuk Personal Computer (PC).
Posting Komentar