spwr

5/11/2018 spwr - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/spwr 1/17

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pada prakteknya semua sistem kontrol yang diimplementasikan hari ini pada

dasarnya dikontrol oleh komputer. Oleh karena itu penting untuk memahami

sistem yang dikontrol komputer (computer-controlled system) dengan baik.

Beberapa sistem bisa dilihat sebagai pendekatan dari sistem kontrol analog,

namun ini merupakan cara yang buruk karena tidak semua potensi dari sistem

kontrol komputer dapat digunakan.

Sistem kontrol komputer bisa dideskripsikan pada gambar 1.1.

Pada tahun 1950 an saat muncul ide menggunakan komputer dalam proses

kontrol, terbentur dengan fakta bahwa tidak ada keuntungan yang bisa didapat

dari mengontrol dengan menggunakan komputer yang ada pada saat itu.

Komputer saat itu terlalu besar, mengonsumsi energi yang besar, dan tidak terlalu

reliable. Sampai pada 1990an muncul mikroprocessors yang harganya hanya

beberapa dolar. Hal ini memberikan dampak yang besar pada dunia industri saat

itu.

Pada perkembangannya muncul special-purpose computers, yang disebut

mikrokontroler (gambar1.2), dimana chip komputer standard telah dintegrasikan

Gambar1.1 : Skema kontrol komputer



2

dengan A-D dan D-A converter, register dan fitur lainnya yang memudahkan

interface dengan peralatan fisik seperti terlihat dalam gambar 1.3. Perbedaannya

dengan mikroprocessor adalah jka mikroprocessor bersifat general purpose (jika

ingin digunakan masih membutuhkan tambahan komponen: memori, dll) sedang

mikrokontroller bersifat special purpose seperti dijelaskan diatas. Kecil, relatif

murah, dan handal adalah alasan utama penggunaan mikrokontroler.

Saat ini mikrokontroler tersembunyi dalam banyak peralatan elektronik. HP, oven,

kulkas tidak dapat lepas dari kerja mikrokontroler di dalamnya. Mikrokontroler

juga dapat melakukan algoritma fungsi kontrol seperti PID. Dengan

karakteristiknya sebagai komponen digital dan berbagai fitur kontrol yang bisa

dilakukan serta luasnya range pemakaian, mempelajari mikrokontroler adalah

penting dan contoh yang tepat untuk dipelajari dalam pengenalan teori kontrol

komputer (bagian dari mata kuliah sistem pengaturan waktu ril).

Di makalah ini akan dibahas mengenai pengenalan mikrokontroler, mulai sejarah

perkembangan, komponen, fungsi kontrol, dan aplikasinya dalam masa kini.

B. Tujuan Penulisan

Gambar1.3 : Diagram block mikrokontroler

Gambar1.2 : Salah satu jenis mikrokontroler, Atmega 8535



3

Tujuan dari penulisan ini adalah agar pembaca memiliki pamahaman yang lebuh

baik mengeanai mikrokontroler dari sisi seajarah singkat perkembangannya dan

komponen komponen yang terdapat di dalamnya.



4

BAB II

PEMBAHASAN

A. Sejarah Perkembangan Mikrokontroler

Perkembangan mikrokontroler tidak dapat dilepaskan dari kemunculan

mikroprosesor. Mikroprosesor pertama dibuat oleh sebuah perusahaan kecil (pada

waktu itu) yaitu Intel (integrated electronics) pada awal 1970 an. Chipset ini

dipasarkat sebagai “general -pur pose” yang ditujukan untuk aplikasi dimana chips

logika digital dibutuhkan. Chipset ini sukses dan dalam rentang waktu yang tidak

lama Intel mengembangkan general purpose mikroprosesor 4 bit yang disebut

4004.

Pada 1974 sebuah single chip mikroprosesor generasi kedua yang lebih powerful

dibuat. Tidak lama kemudian disusul oleh Intel 8080. Keduanya 8008 dan 8080

beroperasi dengan supply +5V. Pada waktu yang sama, Motorola meluncurkan

mikroprosesor pertamanya, 6800, yang juga merupakan prosesor 8 bit. Arsitektur

yang digunakan pada Intel 8080 dan Motorola 6800 sangat berbeda. Intel 8080

menggunakan arsitektur berbasis regist r dengan register AX, BX, CX, DX dan

HL, semua 16 bit tapi dapat digunakan sebagai 8 bit pasangan register

sehinggaregister AX bisa digunakan sebgai 2 register yang terpisah AH dan AL.

AH adalah register byte lebih tinggi dan AL byte lebihy rendah. Dengan cara ini

register AX, BX, CX, DX dan HL bisa digunakan sebagai AH, AL, BH, BL, CH,

CL, DH, DL, H dan L. Hal lain tentang 8080 adalah I/) map terpisahnya. Ini

berarti untuk melakukan byte-wide input/output ke hardware, instruksi khusus

digunakan: IN untuk input dari byte-wide input ports, OUT untuk output ke byte-

wide output ports. Akses ke memori termasuk akses ke memori yang berbeda

menggunakan instruksi MOV.

Mikroprosesor Motorola 6800 menggunakan apa yang disebut “Memory mapped

I/O” yang berarti keduanya memori dan byte-wide input/output berbagi map

memory yang sama. Register dari mikroprosesor ini lebih kecil, terdiri dari dua 8

bit akumulator (A dan B) dan 16 bit index register yang disebut X. Untuk meng



5

input data dari memory atau dari I/O membutuhkan penggunaan instruksi LDAA,

untuk menulis data ke memori atau I/O membutuhkan penggunaan instruksi

STAA. Akses ke register X adalah via LDX dan STX.

Intel dan motorola telah membuat perbedaan fundamental dalam arsitektur selama

pengembangan mikroprosesor selanjutnya. Selanjutnya mikroprosesor Intel 8080

berkembang menjadi 8085 (tetap 8 bit), kemudian generasi ketiga mikroprosesor

16 bit 8086 lahir dan digunakan pada PC pertama IBM. Kemudian diikuti oleh

80186, 80286, 800386 (prosesor 32 bit) dan 80486, dan kemudian Pentium (64 bit

prosesor). Prosesor 80x86 dan Pentium didesain untuk digunakan dalam PC dan

mempunyai memory maps yang besar.

Mikroprosesor Motorola 6800 digantikan oleh 6809 (8 bit), kemudian 68000 (16

bit), 68010, 68020, dan 68030 digunakan pada banyak aplikasi dan PC AppleMAC. Prosesor Intel 8080 kemudian digunakan untuk banyak jenis

mikrokontroler termasuk 8048 dan 8051. Mikrokontroler 8051 tetap eksis hari ini

tetapi diproduksi oleh Philips. Mikroprosesor Intel 8048 pertama dikomersialkan

pada 1977. Dan digunakan terutama pada keyboard PC. Motorola sendiri

memproduksi mikrokontroler dengan berbasis 6800 (6805, 6808, 6811 yang tetap

eksis sampai hari ini). Jadi banyak mikrokontroler yang populer hari ini berbasis

pada dua arsitektur yaitu mikroprosesor 8080 dan 6800

Gambar2.1 : Mikroprosesor Intel 8080

Gambar2.2 : Mikroprosesor Motorola 6800



6

Namun mikrokontroler pertama di dunia , berdasar pengakuan dari Smithsonian

Institute, dibuat oleh insinyur Texas Instrument Gary Boone and Michael Cochran

pada tahun 1971. Mikrokontroler ini berhasil mengkombinasikan read-only

memory, read/write memory, processor and clock on one chip and was targeted at

embedded systems. Mikroprosesor ini disebut TMS 1000 dan pertama kali

dikomersialkan tahun 1974.

Hari ini mikrokontroler 8-bit termurah tersedia dalam harga dibawah 0.25 dolardan mikrokontroler 32-bit sekitar 1 dolar.

Gambar2.3 : Mikrokontroler TMS1000 buatan Texas Instrument

Gambar2.4 : Mikrokontroler INTEL 8051

Gambar2.5: Mikrokontroler ATmega 89S51 yang kompatibel dengan intel 8051 yang banyak

terdapat dipasaran



7

B.Sekilas tentang Mikroprosesor

Sebleum mengenal lebih jauh mengenai mikrokontroler ada baiknya lebih dulu

mengenal mikroprosesor dan komponen yang mendukung penggunaannya.

Mikroprosesor adalah sebuah IC yang berfungsi untuk melakukan berbagai

instruksi logika , semacam otak, dan untuk mengoperasikannya dibutuhkan

integrasi dengan chip memory untuk membaca dan menulis data.

Memory sendiri berfungsi menyimpan data. Memori memiliki beberapa tipe:

1. Read Only Memory (ROM). Memori ini hanya bisa membaca, data

disimpan di dalam device memori selama proses pembuatan memorinya.

2. Erasable Programable Read only Memory (EPROM). Sama dengan ROM

tetapi pengguna dapat memprogramnya. Isi dari memori dapat dihapus

dengan meletakkan memori dibawah pengaruh radiasi ultraviolet sealma

beberapa saat. Sehingga memori ini bisa dipakai berulang kali.

3. Electrically Erasable Programable Read Only Memory (EEPROM). Sama

dengan EPROM tetapi sebagian atau seluruh isi memori dihapus

menggunakan mikroprosesor.

Keduanya ROM dan EPROM digunakan untuk kode program dari mikroprosesor

yang digunakan pada embedded syste, contohnya mikroprosesor yang digunakan

pada aplikasi dimana kode program selalu sama dan didesain untuk mengeksekusi

setiap sistem dinyalakan. Kebanyakan pengembangan program dikerjakan dengan

EPROM atau EEPROM, ROM digunakan pada hasil final (ketika semua kode

program telah selesai dites).

Ketika memory digunakan dengan kebutuhan utama untuk menyimpan data, maka

dibutuhkan jenis memori lain untuk keperluan membaca dan menulis data ,

disebut data dinamik, yang akan berubah selama pengoperasian program. Untuk

keperluan ini digunakan RAM (Random Acces Memory). Jadi sistem

mikroprosesor pada umumnya akan mengandung keduanya ROM (bisa EPROM,



8

EEPROM, atau ROM) untuk menyimpan data dan RAM untuk menimpan data

dinamik.

C. Komponen Mikrokontroler

Jika mikroprosesor adalah general-purpose maka mikrokontroler adalah special

purpose karena telah ditentukan kegunaannya. Mikrokontroler dapat diibaratkan

seperti mikroprosesor, memory, input-output yang semuanya diletakkan dalam

satu buah chip.

Gambar2.6:Hubungan antara mikroprosesor dan memori eksternal

Gambar2.7:Komponen utama sebuah mikrokontroler



9

Dari gambar2.7 diatas, mikrokontroler minimal memiliki CPU, Memory, dan, I/O

ports dan bus yang memungkinkan semua bagian dalam mikrokontroler

berhubungan

Kebanyakan mikrokontroler juga mengombinasikan perangkat lain untuk

memudahkan interface dengan hardware yang dikontrol seperti:

1. Timer: Memungkinkan kontroler untuk melakukan fungsi untuk periode

waktu yang ditentukan oleh pengguna.

2. Port serial I/O: Memungkinkan lalu lintas data antara microcontroler dan

perangkat lain seperti PC atau mikrokontroler lainnya

3. ADC memungkinkan mikrokontroler untuk menerima input data analog

dalam melakukan pengontrolan. Contoh : sinyal dari sensor.

Gambar di atas mengilustrasikan mikrokontroler dan berbgai sub units yang

diintegrasikan di dalamnya. Jantung dari mikrokontroler adalah pusat CPU. Pada

Gambar2.8:Komponen dalam sebuah Mikrokontroler



10

masa lalu secara tradisional berbasis pada unit mikroprosesor 8-bit. Sebgai

contoh, Motorola menggunakan basic mikroprosesor 6800 pada perangkat

mikrokontroler 6805/6808.

a. komponen utama mikrokontroler

Memori

Jumlah dari memori yang terkandung dalam mikrokontroler bervariasi tergantung

jenis mikrokontroler. Beberapa bahakan tidak ada memori yang terintegrasi di

dalamnya (contohnya Hitachi 6503, sekarang berhenti diproduksi). Namun,

kebanyakan mikrokontroler modern mempunya memori terintegrasi di dalamnya.

Memori ini akan dibagi ke dalam ROM dan RAM, dimana biasanya kapasitas

ROM lebih besar dibanding dengan RAM.

Biasanya jumlah memori tipe ROM akan bervariasi antara 512 bytes dan 4096

bytes, meskipun begitu beberapa mikrokontroler 16bit seperti Hitachi H8/3048

bisa mempunya memori tipe ROM sebanyak 128 Kbytes.

Memori tipe ROM, seperti yang telah disebutkan, digunakan untuk menyimpan

kode program. ROM bisa berupa ROM, EPROM, atau EEPROM. Kapasitas dari

RAM biasanya lebih kecil dengan range antara 25 bytes sampai 4kbytes.

I/O ports

I/O ports digital mendefinisikan bagaimana microcontroler berhubungan dengan

luar (secara digital). I/O digital bisa dikelompokkan kedalam port byte wide (8 8

bit digital) yang bisa dikonfigurasi sebagai input bit atau output bit. Ada beberapa

pengecualian, seperti microchip PIC 16C54 dengan satu 6-bit RA port dan sebuah

byte wide RB port.Jumlah dari port I/O bervariasi, tergantung dari ukuran mikrokontroler.

Mikrokontroler 8 bit yang sangat sederhana mempunya paling sedikit 4 bits I/O,

untuk kegunaan high-end dapat mempunyai 33 bit I/O port (beberapa

mikrokontroler 16 bit bisa mempunyai sekitar 78 bit I/O).

Antrmuka naya secara umum seperti yang diilustrasikan di bawah:



11

Mikrokntroler bisa digunakan untuk mengoperasikan LED dan relay. Tidak semua

port output mikrokontroler bisa mengendalikan LED secara lengsung; beberapa

membutuhkan antarmuka melalui sebuah buffer. Pada contoh di atas, relay

dikendalikan dengan sebuah buffer.

CPU

Adalah bagian yang mempunyai kemampuan untuk melakukan operasi

matematika seperti mengali, membagi, menambah, dan mengurang dan memindah

isinya dari satu alamat memori ke alamat lainnya. Baik memori maupun

mikrokontroleer tersusun dari register

BUS

Bagian yang memungkinkan memori, I/O port, dan CPU berkomunikasi. Secara

fisik merepresentasikan sekelompok 8,16, atau lebih kabel. Ada dua tipe bus; bus

alamat dan data. Bus alamat terdiri dari garis sejumlah memory yang akan

Gambar2.9:Typical interface



12

dialamati dan bus data sejumlah (selebar) data. Bus alamat berfungsi untuk

mengirimkan alamat dari memory CPU dan bus data menghubungkan semua blok

dalam mikrokontroler.

b. komponen tambahan pada mikrokontroler

Kebanyakn mikrokontroler mengandung sejumlah modul hardware. Pada masa

lalu kebanyakan dari modul ini didesain terpisah pada sistem mikroprosesor

konvensional. Mengintegrasikan modul modul ini dalam sebuah chip

microcontroler memungkinkan kegunanaan yang lebih besar dalam sebuah chip

dan menghemat tempat.

Modul yang biasanya juga terdapat dalam sebuah mikrokontroler:

1. Timer

2. Serial I/O

3. A-D converter

Timer

Kemampuan mikrokontroler yang biasanya dibutuhkan adalah kemapuan untuk

menghidupkan output (contohnya LED aatau relay) dalam periode tertentu. Ini

bisa dilakukan dengan menghidupkan device, yang kemudian menyebabkan

mikrokontroler untuk mengurangi angka tertentu hingga nol (proses yang akan

menyebabkan mikrokontroler melakukan fungsinya dalam waktu tertentu),

kemudain mematikan lagi device tersebut.

Metode ini, menghidupkan device dalam periode tertentu adalah membuang

waktu karena mikrokontroler tidak dapat melakukan apapun selama prosesmenunggu. Kebanyakan mikrokontroler mempunyai paling tidak satu modul

timer.

Input yang memungkinkan timer digunakan untuk meghitung durasi lama input

yang akan dimasukkan diilustrasikan oleh gambar 2.11



13

Pada contoh ini batang mototr yang berputar akan memproduksi sebuah pulsa

untuk tiap rotasi , mikrokontroler akan menhitung waktu yang dibutuhkan unutk

melakukan satu rotasi dan kemudian menentukan kecepatan sudut dari motor.

Gambar2.10:Timer input

Gambar2.11:Timer output



14

Gambar diatas mengilustrasikan bagaimana timer output bisa digunakan untuk

memproduksi output berupa pulse train, yang mungkin bisa digunakan untuk

mendrive perangkat berupa motor stepper misalnya. Timer diatur sehingga

mempunya waktu on dan off tertentu.

Unit timer juga bisa digunakan untuk menghasilkan delay. Timer diprogram

dengan nilai tertentu yang akan dihitung mundur sampai bernilai 0. Ketika timer

mencapi 0 flag akan diset. Flag bisa dideteksi oleh software sehingga

mikrokontroler akan mengetahui ketika timer telah mencapai 0. Karena waktu

yang dibutuhkan timer untuk mencapai 0 dari nilai tertentu merupakan hasil kali

nilai itu dengan periode pengurangan maka waktu delay dapat dihasilkan. Periode

pengurangan itu sendiri diihasilkan oleh frekuensi clock crystal sehingga waktu

delay sangat akurat.

Serial Port

Beberapa mikrokontroler memiliki serial port yang memungkinkan

mikrokontroler untuk berkomunikasi dengan PC atau mikrokontroler lain melalui

2 pasang kabel. Kekurangan dari serial port adalah berkurang kecepatan transfer

data. Serial port ini biasanya berupa Serial Communication Interface (SCI).

Gambar2.12: Serial Port



15

Diagram diatas menunjukkan bagaimana mikrokontroler dengan SCI

dikoneksikan dengan perangkat lain (bisa berupa PC) melalui sepasang kabel

(untuk mengirim dan menerima). Perlu dicatat bahwa logic level dari SCI adalah

TTL. Oleh karena itu dibutuhkan antarmuka TTL ke RS232 jika mikrokontroler

akan dihubungkan ke PC untuk mengonversi level sinyal dari TTl ke Rs232.

Analog – Digital Converter

Pada dunia nyata sinyal biasanya berupa sinyal analog. Contohnya sensor yang

mengonversi suhu ke dalam bentuk sinyal listrik analog. Sehingga dibutuhkan

sebuah ADC agar mikrokontroler untuk membaca hasil pengukuran sensor karena

mikrokontroler mengoleh data secara digital.

Kebanyakan kontroler saat ini adalah 8bit yang artinya mepunyai range256

(2^8=256). Kaitannya dengan ADC adalah jika sensor membaca 0V pada 8bit

ADC maka digital outputnya adalah 0. Jika 5 Volt maka output digitalnya 255.

Jika sensor membaca 2,9 V maka dengan perhitungan

2.9V/5V = X/255

X = 2.9*255/5 = 148

Gambar2.13:Konversi sinyal analog-digital



16

Semakin tinggi bitnya semakin akurat hasil pembacaan dari sinyal analog, namun

juga berarti membutuhkan waktu yang lebih lama untuk memprosesnya atau

dibutuhkan CPU dengan kecepatan lebih tinggi agar waktu yang dibuthkan tetap.

Setelah semua komponen ada maka hal yang terakhir dibuthkan adalah program

karena mikrokontroler tidak dapat beroperasi sendiri tanpa program di dalamnya,

Bahasa pemrograman yang digunakan dapat berupa bahasa assembly ataupun C.

Gambar2.14: Diagram lengkap dari mikrokontroler



17

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Mikrokontroler adalah suatu perangkat terintegrasi yang di dalamnya terdapat

komponen utama berupa CPU, memori, I/O port dan komponen pendukung yang

dapat berupa timer, Analog-Digital Converter, dan serial I/O. Mikrokontroler

pertama kali diperkenalkan pada tahun 1971 yaitu TMS1000 buatan Texas

Instrument. Untuk mengoperasikan sebuah mikrokontroler dibutuhkan program

yang biasanya berupa bahasa assembly ataupun bahas C.

Perbedaan utama antara mikroprosesor dan mikrokontroler terutama terletak pada

fungsinya, jika mikroprosesor membuthkan tambahan memori ataupun I/O port

maka mikrokontroler telah memiliki semuanya dalam sebuah chip. Jadi bisa

diumpamakan bahwa mikroprosesor benar beenar jantung dai komputer sedang

mikroprsesor merupakan komputer dalam bentuk mini.

B. Saran

Saran dan kritik dari pembaca sangat dibutuhkan oleh penulis dalam penyusunan

makalah selanjutnya agar dapat dihasilkan karya yang lebih baik.

spwr

Documents

Transcript of spwr