Microcontroller – The Brief Introduction

On March 13, 2010, in Microcontroller, by Herlambang

Microcontroller adalah salah satu hasil dari perkembangan komponen elektronika yang lahir dari teknologi semiconductor. Microcontroller merupakan jantung dan otak dari sebagian besar peralatan elektronik masa kini. Sebuah laporan resmi dari Sun Microsystem, perusahaan pendesain microprocessor dari Pico Java menyatakan bahwa rata-rata rumah pada akhir dasawarsa ini, di dalamnya terdapat sekitar 50 sampai 100 microprocessor dan microcontroller yang mengontrol handphone, PDA, digital camera, computer, microwave oven, VCR, Televisi, Remote, Kulkas, Mesin cuci, AC, Sistem pengaman rumah dll. Meskipun fasilitas tersebut mencerminkan keadaan rumah di Negara-Negara maju, tetapi tidak bisa di pungkiri bahwa jumlah pemakaian microcontroller dan microprocessor dalam aplikasi kebutuhan sehari-hari meningkat dengan sangat cepat.

Disamping pemakaian dalam peralatan rumah tangga, sektor lain yang mendapatkan pengaruh sangat besar dari perkembangan microcontroller adalah sektor industri elektronik. Sebagai contoh, dengan munculnya teknologi “Flash” yang mempunyai kapasitas yang jauh lebih besar di bandingkan dengan teknologi penyimpanan data convensional seperti diskette serta di dukung oleh perkembangan sistem kontroler yang canggih, bisa mengubah gaya hidup seseorang di dalam kebiasaan pemanfaatan penyimpanan data elektronik. Pada era 90-an, diskette hanya di gunakan untuk media penyimpanan document teks atau data-data tertulis karena keterbatasan kemampuan storage capacity-nya. Saat ini portable device yang menggantikan peran diskette, seperti flash disk, mmc dll memberikan fasilitas lebih dalam hal penyimpanan data, portabilitas, dan daya tahan sehingga pemakaian portable device memungkinkan pengguna untuk melakukan penyimpanan data dengan jumlah yang besar, misalnya untuk kebutuhan multimedia bahkan untuk sistem operasi portable. Hal tersebut mempengaruhi motivasi, tujuan dan strategi pasar dari developer produk elektronik. Microcontroller dan microprocessor sudah menyebar di sekitar kita dan ada hampir di semua sektor kecuali (mudah-mudahan) tidak sampai di temukan di dalam tubuh kita. :)

Microcontroller dan microprocessor sangat handal dan menjadi pilihan untuk di gunakan dalam rangkaian elektronika digital secara mass product karena alasan efisiensi, portabilitas, dan dimensi atau ukuran. Coba kita bayangkan untuk mendesain sebuah sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisitions) untuk aplikasi industri menggunakan rangkaian logika diskrit sebagai processor-nya. Bila hal itu di lakukan, maka kita akan melihat sebuah perusahaan dengan separuh ruangan kerjanya terisi dengan rangkaian elektronik dengan kombinasi logika yang sangat rumit bahkan untuk proses maintenance saja membutuhkan waktu berhari-hari seperti pertama kali munculnya istilah “debug” yang mencari serangga betulan yang masuk ke mainframe (komputer generasi pertama).

Microcontroller, Microcomputer atau Microprocessor?

Sangat sering dan sudah menjadi hal yang biasa pengertian dari microcontroller,microcomputer dan microprocessor sering bertukar dan di salah artikan. Bagaimanapun, ketiga istilah tersebut sangat berbeda dan sangat penting untuk mengerti tentang pengertian yang sesungguhnya.

Microprocessor adalah CPU atau Central Processing Unit yang terdapat dalam satu chip. CPU di desain dengan (MSI/LSI) chips yang terintegrasi dengan jumlah medium ataupun besar. Intel dengan processor 4004 meletakkan semua komponen dari CPU aritmetic logic unit (ALU), instructions decoder, registers, bus control circuits dll menjadi satu, maka lahirlah microprocessor. 4004 adalah processor 4 bit pertama dari Intel.

Jika sebuah microprocessor dengan peralatan peripheral pendukungnya seperti circuit board, I/O peripheral, Memory (program ataupun data) di letakkan bersama dalam suatu tempat seperti komputer kecil yang di khusus di gunakan untuk akuisisi dan aplikasi process control, maka yang seperti itu di sebut sebagai microcomputer. Jadi bila kita mendesain rangkaian dengan microprocessor yang terkenal seperti 8088 ataupun bahkan dengan 8085 di tambah dengan EEPROM sebagai tempat penyimpanan sumber data program, RAM sebagai tempat penyimpanan variabel dan sedikit antarmuka chips I/O (sebagai perantara untuk berkomunikasi dengan dunia luar) berarti kita termasuk dalam golongan microcomputer desainer, karena sistem tersebut termasuk dalam golongan sistem microcomputer.

Di dalam pemikiran yang lain, bila semua komponen penyusun microcomputer di kumpulkan menjadi satu, dan di masukkan di dalam satu chip silicon, maka chip tersebut di sebut dengan microcontroller. Texas Instruments adalah perusahaan semiconductor pertama yang membuat microcontroller dengan TMS 1000 series. TMS 1000 series microcontroller, sudah mempunyai RAM, ROM dan I/O yang cukup dan di gunakan untuk aplikasi microwave oven controller, industrial timer dan calculator. Sekarang banyak beredar jenis-jenis microcontroller yang di produksi oleh berbagai macam perusahaan sebagai contoh : Intel dengan 8084 dan 8051, Motorola dengan 68HC11, Zilog dengan Z8, Microchips dengan PIC, Hitachi dengan H8 dan ATMEL dengan MCS-51 yang mengadopsi 8051 dan yang terbaru adalah AVR dengan sistem RISC (Reduced Instruction Set Computer). Keluarga microcontroller mengindikasikan keberadaan beberapa jenis microcontroller dengan dasar arsitektur processor yang sama, tetapi mempunyai karakteristik yang berbeda dalam peripheral penyusunnya. Misalnya adalah jumlah I/O port kapasitas RAM dan memori flash, kemasan, fasilitas SFR (Special Function Register) dll. Kini pengertian microkontroller, microcomputer dan microprocessor telah kita ketahui dengan jelas dan tidak membingungkan, meskipun masih akan tetap ada orang-orang di sekitar kita yang mengartikannya dengan terputar balik ataupun salah pengertian. Tetapi dalam dunia microcontroller, microcontroller adalah sebuah chip yang di dalamnya sudah terdapat CPU dan peripheral pendukungnya (RAM,ROM,I/O ports, Timers, Serial port dll.).

Apakah Kita Memerlukan Microcontroller?

Berdasarkan analisis kebutuhan, putuskan apakah sistem yang kita desain cukup di selesaikan dengan komponen / biaya yang lebih sedikit di bandingkan dengan menggunakan microcontroller?. Apakah sistem kita membutuhkan fasilitas microcontroller?, fasilitas apa saja?. Kadang suatu sistem elektronika bisa di selesaikan hanya dengan sedikit kombinasional logika yang murah, dan kadang harus membutuhkan kemampuan processor seperti pada pengolahan operasi aritmatika. Untuk aplikasi elektronik digital, ada beberapa pilihan sebagai alternatif selain aplikasi microprocessor (microcontroller) :

1. TTL Logic circuits
2. PLD (Programmable Logic Devices)
3. ASIC (Applications Spesific Integration Circuits)

Ketiga pilihan di atas adalah pilihan alternatif yang bisa di gunakan untuk menggantikan sistem microprocessor (microcontroller). TTL logic circuits adalah IC gerbang logika dasar yang di sebut dengan jenis IC TTL (Transistor-Transistor Logic) misalnya sebuah IC TTL AND, OR, XOR, NOT dll. Sedangkan PLD (Programmable Logic Devices) adalah sistem kontrol logika yang terprogram. PLD berisi susunan dari bermacam-macam blok dengan fungsi khusus. Hubungan antara blok di lakukan pada waktu proses desain pemrograman. Dengan sistem tersebut, PLD lebih terintegrasi dan menjadi compact solutions di bandingkan dengan sistem digital diskrit. PLD terdiri dari berbagai bagian penting, tetapi hanya beberapa bagian saja yang sering di manfaatkan di beberapa aplikasi. Sedangkan ASIC hampir mempunyai fungsi yang sama, tetapi ASIC digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan optimalisasi yang lebih baik.

Persamaan sirkuit digital dengan IC TTL

Gambar 1.1 Persamaan sirkuit digital dengan IC TTL

Pada gambar 1.1 di perlihtkan gambar untaian rangkaian logika dengan IC TTL untuk menyelesaikan persamaan :

X= ((/A*B)+(/B*A))*(C*/D) pers 1.1

Untuk memecahkan persamaan logika ini, kita memerlukan tiga IC TTL yaitu dengan gerbang NOT, AND, dan OR atau IC 7404, 7408, 7432 yang masing-masing digunakan 3 gerbang dalam IC 7404, 4 gerbang dalam IC 7408 dan 1 gerbang untuk IC 7432. IC tersebut mempunyai total gerbang sebanyak 14 buah dan hanya di gunakan 8 buah, dari hal tersebut berarti kita hanya menggunakan pemanfaatan 57% pada sistem. Pada gambar 1.2 memperlihatkan implementasi PLD untuk menyelesaikan persamaan 1.1. Semua persilangan di dalam susunan AND menunjukkan gerbang AND, sedangkan semua persilangan di dalam susunan OR menunjukkan gerbang OR. Untuk solusi ini, kita hanya membutuhkan satu IC. PLD dalam aplikasi ini mempunyai 150 gerbang dan kita hanya menggunakan 12 diantaranya. Dalam sistem ini, berarti kita hanya menggunakan pemanfaatan 8%. Dari IC 16L8 yang di gunakan di dalam contoh rangkaian PLD ini mempunyai susunan hardware yang lebih kompleks di banding yang terlihat pada gambar 1.2. Pemakaian sistem PLD juga membutuhkan daya yang lebih besar di bandingkan dengan ASIC yang di sebabkan oleh rangkaian hardware yang berlebih lebihan di dalam PLD. Di bandingkan dengan pemanfaatan microcontroller terutama dari jenis AVR, untuk solusi untai logika pada persamaan 1.1, rangkaian TTL dan PLD jelas lebih memiliki kelemahan, dari segi dimensi rangkaian, konsumsi daya dan efektivitas meskipun rangkaian PLD mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan eksekusi microcontroller. Tetapi, tidak semua permasalahan rangkaian logika bisa di selesaikan dengan microcontroller. Mungkin suatu saat pada aplikasi tertentu kita lebih membutuhkan PLD atau TTL sebagai rangkaian induknya atau integrasi dari microcontroller, PLD dan TTL. Pada gambar 1.3 menunjukkan rangkaian microcontroller untuk pemecahan persamaan 1.1.

Persamaan sirkuit digital dengan PLD

Gambar 1.2 Persamaan sirkuit digital dengan PLD

Persamaan sirkuit digital dengan microcontoller

Gambar 1.3 Persamaan sirkuit digital dengan microcontoller

To be Continued..
Ditulis oleh : Herlambang Aribowo
Daftar Pustaka :
V. Gadre Dhananjay, 2001. Programming and Cuztomizing The AVR Microcontroller. McGraw-Hill, United States of America.
Mitescu M, Susnea I, 2005. Microcontrollers in Practice. Springer, Berlin Heidelberg. Germany

Tagged with:  

2 Responses to Microcontroller – The Brief Introduction

  1. Hey, I think your very on target with this, I can’t say I totally agree , but its not really that big of a deal .

  2. here says:

    Just to let you know your site appears a little bit different on Safari on my notebook using Linux .

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

[+] kaskus emoticons