Mikrokontroler (Microcontroller) #2

 Mikrokontroler (Microcontroller) #2

1.1.2        Struktur Mikrokontroler

Struktur sistem mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian yang dipaketkan kedalam satu chip, bagian–bagian tersebut antara lain (Afriansyah, 2012):

a.    CPU (Control Process Unit) merupakan bagian unit pengolah pusat keseluruhan sistem yaitu menjalankan perangkat lunak yang disimpan pada memori program, mengatur jalur pengiriman data dari atau ke piranti – piranti (memori, I/O, dan sebagainya), mengolah data-data yang ada pada perangkat lunak, dan sebagainya.

b.    ROM (Read Only Memory) berguna untuk menyimpan perangkat lunak yang akan dijalankan oleh mikroprosesor.

c.    RAM (Read Access Memory) berguna untuk menyimpan data sementara data yang mungkin diperlukan oleh mikroprosesor sewaktu menjalankan perangkat lunak, misalnya nilai-nilai pada variabel.

d.   Piranti I/O (Input/Output) berguna untuk menghubungkan sistem dengan piranti lainnya. Sehingga mempunyai peran penting untuk mengirimkan dan menerima data dari piranti yang terhubung dengan mikrokontroler. Contoh piranti I/O yaitu inputan push button yang berfungsi sebagai menginputkan data.

e.    Clock atau denyut  berguna untuk menyinkronkan kerja piranti – piranti dalam sistem elektronis. Pembangkitnya dapat berupa osilator Kristal, RC-network, resonator keramik, ic timer 555, atau juga VCO (osilator terkendali tegangan).

1.1.3        Karakteristik Mikrokontroler

Terdapat beberapa karakter mikrokontroler mengenai teknik pembuatannya, arsitektur, dan instruksinya. Dari segi pembuatannya yaitu dengan teknik fabrikasi. Teknik fabrikasi yaitu teknik yang biasa dilakukan untuk memproduksi hampir semua mikrokontroler terbaru dengan penyusun CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Sedangkan dari segi arsitektur dibedakan menjadi 2 macam yaitu:

a.    Von-Neuman : Mikrokontroler yang didesain berdasarkan arsitektur ini memiliki sebuah data bus yang dipergunakan untuk fetch instruksi dan data. Program (instruksi) dan data disimpan pada memori utama secara bersama – sama. Ketika kontroler mengalamati suatu alamat di memori utama, hal pertama yang dilakukan adalah mengambil instruksi untuk dilaksanakan kemudian mengambil data pendukung dari instruksi tersebut sehingga memperlambat operasi mikrokontroler.

b.    Harvard : Arsitektur ini memiliki data bus dan instruksi yang terpisah sehingga memungkinkan eksekusi dilakukan secara bersamaan. Secara teoritis, hal ini memungkinkan eksekusi lebih cepat, tetapi di lain pihak memerlukan desain perangkat keras yang lebih kompleks.

Untuk segi instruksi mikrokontroler terbagi menjadi 2 macam. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.

a.    CISC kependekan dari (Complex Instruction Set Computer). Biasanya memiliki lebih dari 100 instruksi, Keunggulan dari CISC adalah adanya instruksi yang bekerja seperti sebuah makro sehingga memungkinkan programmer untuk menggunakan sebuah instruksi menggantikan beberapa instruksi sederhana lainnya.

b.    RISC merupakan kependekan dari (Reduced Instruction Set Computer). Saat ini industri yang memproduksi mikrokontroler cenderung menggunakan desain RISC ini. Dengan menggunakan jumlah instruksi yang lebih sedikit, memungkinkan lahan pada chip digunakan untuk meningkatkan kemampuan chip. Keuntungan dari RISC adalah kesederhanaan sistem, chip yang lebih kecil, jumlah pin sedikit dan sangat sedikit mengonsumsi daya. Contoh beberapa tipe AVR hanya memiliki 130 instruksi dan PIC microchip hanyaa memiliki 32 instruksi.

1.1.4        Memori

Memori yang tersedia pada mikrokontroler biasanya beberapa macam dan mempunyai kegunaan yang khusus, antara lain:

a.    EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Beberapa mikrokontroler memiliki EEPROM yang terintegrasi pada chipnya. Fungsi dari EEPROM yaitu digunakan untuk menyimpan sejumlah kecil parameter yang dapat berubah dari waktu ke waktu. Jenis memori ini bekerja relative pelan dan kemampuan untuk dihapus / tulisnya juga terbatas.

b.    FLASH (EPROM). FLASH memberikan pemecahan yang lebih baik dari EEPROM ketika dibutuhkan sejumlah besar memori non-volatile untuk program. FLASH ini bekerja lebih cepat dan dapat dihapus/tulis lebih sering disbanding EEPROM.

c.    Battery backed-up static RAM. Memori ini sangat berguna ketika dibutuhkan memori yang besar untuk menyimpan data dan program. Keunggulan utama dari RAM statis adalah sangat cepat disbanding memori non-volatile, dan juga tidak terdapat keterbatasan kemampuan hapus/tulis sehingga sangat cocok untuk aplikasi dalam penyimpanan dan manipulasi data secara lokal.

d.   OTP (One Time Programmable), mikrokontroler OTP adalah mikrokontroler yang hanya dapat deprogram satu kali dan tidak dapat dihapus atau dimodifikasi. Proteksi perangkat lunak yaitu dengan “encryption” atau proteksi fuse sehingga perangkat lunak yang telah diprogamkan akan terlindungi dari pembajakan, modifikasi atau rekayasa ulang.

1.1.5        Perangkat I/O

Perangkat masukan dan keluaran mikrokontroler adalah suatu perangkat yang menghubungkan proses di dalam mikrokontroler dengan piranti lainnya. Perangkat ini bervariasi dan kemungkinan ada mikrokontroler yang cukup lengkap. Ada fitur perangkat I/O yang sangat lengkap, antara lain:

a.    USART (Universal Synchrounous / Asynchronous Receiver Transmitter) merupakan adapter serial port untuk komunikasi serial sinkron dan asinkron. Komunikasi serial sinkron tidak memerlukan start/stop bit dan dapat beroperasi pada clock yang lebih tinggi dibanding asinkron.

b.    SPI (Serial Peripheral Interface) merupakan port komunikasi serial sinkron.

c.    I2C bus (Inter-Intergrated Circuit Bus) merupakan antarmuka serial 2 kawat yang dikembangkan oleh Philips. Selain itu, perangkat ini dikembangkan untuk aplikasi 8 bit dan banyak digunakan pada consumer electronics, otomotif, dan industri. I2C bus ini berfungsi sebagai antar muka jaringan multi-master, multi-slave dengan deteksi tabrakan data. Jaringan dapat dipasangkan dapat mengirim dan menerima data serta harus memiliki alamat tertentu.

d.   ADC (Analog to Digital Converter) fungsi ADC adalah mengubah besaran analog (biasanya tegangan) ke bentuk digital atau bilangan bit. Mikrokontroler dengan fasilitas ini dapat digunakan untuk aplikasi – aplikasi yang memerlukan informasi analog (misalnya voltmeter, pengukur suhu, merekam perubahan elektrik untuk sistem pengendalian close loop, dan lain-lain.

e.    DAC (Digital to Analog Converter) merupakan kebalikan dari ADC mengubah bilangan bit ke bentuk informasi analog.

f.     Analog Comparator. Mikrokontroler tertentu memiliki sebuah atau lebih komparator. Komparator ini bekerja seperti IC komparator biasa yang umumnya dapat kita bangun dengan penguat operasional, tetapi sinyal input/outputnya terpasang pada bus mikrokontroler.

g.    USB Converter. Mikrokontroler tertentu memiliki fitur ini sehingga memungkinkan komunikasi serial dengan karakteristik USB.

1.1.6        Jenis Mikrokontroler

Masing-masing mikrokontroler mempunyai turunan atau seri sendiri-sendiri. Contoh jenis-jenis mikrokontroler yang telah umum digunakan  antara lain:

a.    Keluarga MCS51

Mikrokontroler ini termasuk dalam keluarga mikrokontroler 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 64KB dan RAM luar 64KB 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).

b.    AVR

Mikrokontroler AVR 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, periperal dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.

Gambar 1. 2 ATmega8 Keluarga AVR (Afriansyah, 2012)

c.    PIC

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

d.   Z8 (Zilog)

Merupakan turunan dari Zilog Z80, Z8 memiliki arsitektur unik, arsitektur gabungan dengan tiga daerah 3 memori yaitu program memori, data memori, dan CPU register file. Mikrokontroler ini memiliki UART, timer, DMA, I/O hingga 40 buah pada chipnya.

Terima Kasih,
Salam Otomatisasi

Fungky King