SISTEM BINER

Modul 1. Pendahuluan

MODUL 1

PENDAHULUAN

1.1. Sistem BinerSistem digital atau sistem biner adalah sistem elektronika

yang hanya mengenal dua harga saja, yaitu “1” dan “0”. Sistem

biner ini dapat mewakili semua informasi elektronik yang

sebelumnya diwakili oleh besaran analog. Informasi tersebut

antara lain berupa sinyal audio/suara, sinyal gambar diam,

sinyal video, angka, tulisan atau besaran-besaran listrik yang

ada pada sistem instrumentasi dan kendali. Gambar 1.1.a.

memperlihatkan perbedaan utama antara sinyal analog (kiri)

dengan sinyal digital (kanan). Sinyal analog memiliki harga

yang kontinyu, baik terhadap sumbu mendatar (sumbu waktu)

maupun sumbu tegak (sumbu tegangan). Sedangkan sinyal digital

hanya memiliki 2 nilai saja pada sumbu tegaknya, yaitu “1” dan

“0” atau HIGH dan LOW. Variasi sinyal digital hanya berkisar

pada 2 harga sumbu tegak beserta variasi durasi waktu atau

lebar nilai HIGH atau LOW tersebut.

(a) (b)

Gambar 1.1. (a). Perbandingan sinyal analog dengan sinyal

digital. (b) Pemulihan kualitas sinyal digital

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. AndiAdriansyah, M.Eng

MICROPROSESOR 1

1


Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a. Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan

kualitasnya, seperti tampak pada Gambar 1.1.b.

b. Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem

pengolahan data.


MICROPROSESOR 2


Sedangkan kelemahannya antara lain :

a. Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan pada

aplikasi tertentu. Misalnya filter analog lebih sedikit

menggunakan transistor dari pada filter digital. Tetapi

kelemahan ini tertutupi dengan berkembangnya teknologi

semikonduktor. Dengan teknologi VLSI atau ULSI, puluhan juta

transistor dapat dikemas dalam wafer yang ukurannya tidak

lebih dari 1 cm2.

b. Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat dari

respon sistem analog yang setara dengannya. Tetapi kelemahan

inipun dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal

dan paralel processing. Meskipun lambat, tetapi karena

ukuran sinyal diperkecil sedemikian rupa atau prosesnya

dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak

prosesor), maka kecepatan proses atau transmisinya dapat

menjadi setara atau lebih baik dari sistem analog yang

setara dengannya.

Berikut ini adalah beberapa contoh representasi biner

(binary representation) atau hal-hal yang berkaitan dengan teknik

mewakili informasi analog dengan informasi digital.

a. Tulisan.

Setiap huruf atau angka pada tulisan latin dan arab dapat

diwakili dengan kode biner tertentu. Untuk tulisan latin

kita mengenal istilah kode ASCII yaitu kode 7-bit bilangan

biner untuk mewakili huruf atau angka tertentu, misalnya

huruf a kecil dapat diwakili dengan kode biner 011 1010.

b. Bilangan.

Saat ini terdapat 2 jenis bilangan, yaitu bilangan bulat

(integer) dan bilangan riil (floating point). Bilangan integer

dapat diwakili dengan 8-bit unsigned integer, yaitu 8-bit kode


MICROPROSESOR 3


biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai 0 sampai

255. Atau 8-bit signed integer, yaitu 8-bit kode biner yang

mewakili bilangan bulat desimal mulai –127 sampai 127.

Misalnya angka 63 dapat diwakili oleh 8-bit unsigned integer

dengan kode 00111001.

Sedangkan bilangan riil biasa diwakili dengan 32-bit kode

biner, sebagian bit untuk besaran (magnitude) dan sebagian

lagi untuk pangkat sepuluh (mantissa). Misalnya angka 2,287

dapat diwakili dengan 24-bit kode biner magnitude dan 8-bit

kode biner mantissa, sehingga kode biner tersebut mewakili

angka 2287.10-3. Untuk jangkauan yang lebih besar atau

resolusi yang lebih teliti, jumlah bit pada kode binernya

dapat ditambah menjadi 64-bit, 128-bit dan seterusnya

tergantung kebutuhan.

c. Sinyal 1 Dimensi.

Gambar 1.2. memperlihatkan teknik mengubah sinyal analog 2

Dimensi (a) menjadi deretan kode biner serial (c) atau

paralel (d) melalui diskritisasi atau kuantisasi (b).

Diskritisasi membatasi kehalusan sinyal analog pada kisi-kisi

dengan ukuran tertentu. Makin kecil ukuran kisi, makin

teliti upaya mewakili sinyal analog, tetapi makin banyak

kode biner yang dibutuhkan untuk mewakilinya.

V (mV) V (mV)


MICROPROSESOR 4


0 1 2 3 4 5 6 7 t(ms) 0 1 2 3 4 5 6 7

t(ms)

(a) (b)

1 2 3 4 5 6 7 t(ms)

(c)

D2

D1

D0

0 1 2 3 4 5 6 7 t(ms)

(d)

Gambar 1.2. Representasi sinyal digital untuk sinyal analog 2

dimensi

d. Sinyal 2 Dimensi.

Gambar 1.3. memperlihatkan sebuah gambar diam yang dipecah

menjadi kotak-kotak kecil. Jika ukuran kotak diperkecil

hingga mencapai ukuran 1 titik, kotak kecil tersebut disebut

pixel atau picture element, setiap pixel memiliki warna tertentu.

Jika gambar yang ingin diwakili hanya berupa gambar hitam

putih, maka setiap pixel cukup diwakili dengan 1-bit data.

Makin halus ukuran pixel dan makin banyak jumlah warna yang

harus diwakilinya, maka makin besar pula jumlah bit yang

harus mewakilinya. Sebagai contoh, gambar pada desktop window

operating system biasanya dipecah menjadi 800 x 600 pixel dengan


MICROPROSESOR 5


32-bit atau 232 kemungkinan variasi warna untuk setiap pixel.

Artinya untuk mewakili sebuah gambar pada desktop diperlukan

800 x 600 x 4 byte data digital.

Gambar 1.3. Sebuah gambar diam yang dipecah menjadi 256 kotak.

1.2. Definisi ProsesorPada kuliah ini, yang dimaksud mikroprosesor atau prosesor

adalah chip atau IC digital yang digunakan untuk mengolah data.

Rincian mengenai struktur dan fungsi komponen internalnya akan

di bahas pada modul yang akan datang. Karena prosesor merupakan

rangkaian digital, maka data yang diumpan padanya juga harus

dalam bentuk digital. Setelah diolah, data atau informasi hasil

olahannya dikeluarkan dalam bentuk digital juga. Gambar 1.4.a.

memperlihatkan skema luar IC AT89C51 disertai label untuk

setiap pin.

Untuk memanfaatkan prosesor, dibutuhkan komponen digital

lain, yaitu Sistem Memory dan Sistem Input/Output. Prosesor

yang sudah dilengkapi dengan memory, Input/Output dan

interkoneksinya biasa disebut sistem mikroprosesor. Pada sistem

mikroprosesor ini, IC prosesor berperan sebagai pengendali

utama. IC ini diprogram dengan instruksi yang dipahaminya.


MICROPROSESOR 6


Setiap prosesor memiliki instruction set khusus, yaitu daftar

instruksi yang dapat dieksekusi olehnya.

Gambar 1.4. (a). IC Mikroprosesor AT89C51. (b). Diagram Balok

Mikroprosesor.

Gambar 1.4.b. memperlihatkan diagram balok sebuah sistem

mikroprosesor yang hanya dilengkapi dengan memory. Baik data

maupun instruksi disimpan pada memory, prosesor mengambil dan

mengeksekusi instruksi satu per satu sesuai urutan letaknya

pada memory. Secara umum, pekerjaan yang dilakukan oleh

prosesor adalah transfer dan proses. Prosesor mengambil data

dari komponen digital lain, memprosesnya, kemudian menyerahkan

hasil proses ke komponen lain. Karena data disimpan pada

alamat-alamat tertentu, maka operasi transfer data sangat

berkaitan erat dengan operasi alamat. Sedangkan operasi proses

berkaitan dengan operasi aritmetika dan logika. Operasi

aritmetika adalah add, substract, multiply dan divide,

sedangkan operasi logika adalah shift, rotate, complement,

clear dan set. Kemampuan prosesor untuk mengendalikan sistem


MICROPROSESOR 7


mikroprosesor dan mengolah data sangat ditentukan oleh program

yang disiapkan untuknya, program ini disimpan di dalam memory

dan diambil satu per satu secara berurutan oleh prosesor.

Meskipun prosesor hanya memahami bahasa biner, dengan

interpretasi data yang tepat, seorang programmer dapat

memerintahkan prosesor untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan

rumit.

1.3. Aplikasi Sistem MikroprosesorSaat ini, aplikasi sistem mikroprosesor sudah meluas ke

hampir seluruh bidang kehidupan manusia, seperti pendidikan,

kesehatan, kependudukan, politik, perang dan lain-lain.

Terdapat beberapa sistem elektronika yang biasa dipakai dalam

peralatan elektronik. Sistem-sistem tersebut antara lain:

sistem analog hardwire¸ sistem digital hardwire dan sistem digital

berbasis mikroprosesor. Sistem analog hardwire adalah sistem yang

menggunakan komponen-komponen analog serta pengkawatan yang

rumit antar komponen dasar tersebut. Sementara itu, sistem

digital hardwire adalah sistem kombinasional atau sekuensial

tanpa pemrograman, setelah selesai dirancang dan dirakit,

fungsi kerja alat tersebut tidak bisa diubah. Kedua sistem

tersebut memiliki beberapa kekurangan yang signifikan, yaitu

tidak bisa diprogram ulang, satu alat hanya untuk satu fungsi.

Berbeda dengan sistem analog maupun sistem digital

hardwire, sistem programmable digital atau sistem berbasis

mikroprosesor memiliki beberapa keunggulan berikut:

a. Bentuknya kecil dan ringkas; karena dengan sistem ini,

banyak komponen yang direduksi keberadaannya dan digantikan

dengan sebuah mikroprosesor saja.


MICROPROSESOR 8


b. Portable; karena bentuknya yang kecil, sehingga secara

keseluruhan alat tersebut juga mempunyai ukuran yang kecil

serta mudah dibawa ke mana-mana

c. Konsumsi daya rendah; sejak digunakannya bahan

semikonduktor, komponen IC tidak lagi memerlukan daya yang

yang tinggi untuk aktifasi dan tidak lagi membuang panas

yang besar.

d. Biaya rendah; selain karena banyak komponen yang dikurangi,

biaya produksi IC (integrated circuit) terus menurun,

sehingga secara keseluruhan harga peralatan yang berbasis

mikroprosesor terus menurun.

e. Programmable; keuntungan utama sistem mikroprosesor adalah

kemampuannya yang dapat diprogram ulang jika diperlukan

perubahan tertentu, sehingga tidak banyak yang harus

dilakukan kecuali perubahan isi memory saja.

Secara umum, penggunaan sistem mikroprosesor dapat dibagi

menjadi 3 katagori, yaitu :

a. Sistem Komputer.

b. Sistem Komunikasi.

c. Sistem Kendali dan Instrumentasi.

Hampir seluruh komputer yang ada pada hari ini, merupakan

komputer digital yang tentu saja merupakan sistem

mikroprosesor. Mulai dari komputer ukuran kecil yaitu PDA,

komputer mikro atau Personal Computer, mini komputer, mainframe,

sampai super komputer. Sebelum tahun 1970an, komputer hanya

mampu dibeli oleh perusahaan besar, tetapi hari ini, hampir

setiap rumah mampu membeli komputer PC. Meskipun unjuk kerja

dan kapasitasnya meningkat, harga komputer cenderung turun

karena kemajuan teknologi berefek pada penghematan ongkos

produksi.


MICROPROSESOR 9


Dengan hardware yang sama, sebuah komputer PC dapat

dipakai untuk berbagai aplikasi, bahkan berbagai sistem

operasi. Ada ribuan program aplikasi untuk beragam keperluan

dapat running pada hardware PC dan Sistem Operasi yang sama.

Berikut ini adalah contoh aplikasi komputer yang dapat bekerja

pada komputer PC dengan Sistem Operasi Windows :

MS OFFICE, untuk perkerjaan perkantoran seperti mengetik,

spreadsheet, presentasi, database, penjadwalan,

MATLAB, untuk berbagai kalkulasi teknik, ekonomi,

AUTOCAD, untuk berbagai operasi gambar, 2 atau 3 dimensi,

PROTEL, EWB, MULTISIM dll untuk keperluan elektronika

Dan lain-lain

Selain PC, mini komputer, mainframe dan super komputer

telah digunakan untuk urusan-urusan publik atau skala besar

seperti database kependudukan, rumah sakit, perbankan,

pernerbangan komersial, operasi militer dll. Bayangkan, jika

sistem pembayaran rekening listrik atau telepon tidak dilakukan

dengan bantuan komputer, mungkin tagihan listrik kita hari ini

adalah untuk membayar pemakaian 6 bulan yang lalu, apalagi

kalau sistem administrasinya buruk sekali. Dengan teknologi

database, kita dapat melakukan pembayaran telepon melalui ATM.

Komputer kapasitas besar juga digunakan untuk mengolah

gambar seperti komputer untuk MRI (Magnetic Resonance Imagine),

komputer untuk ramalan cuaca, komputer unuk pemetaan,

pertambangan dll. Seluruh komputer yang disebutkan tadi

menggunakan prosesor sebagai pengendali utamanya, baik prosesor

tunggal maupun multi prosesor.

Pada sistem komunikasi, hampir semua alat penting

menggunakan sistem mikroprosesor. Pada hari ini, sistem


MICROPROSESOR 10


komunikasi hampir selalu terkait dengan komputer atau

mikroprosesor. Berikut ini adalah beberapa contohnya.

a. Sentral Telepon PSTN atau saluran analog dengan bandwidth 4

kHz. Saat ini, hampir semua sistem switching atau

penyambungan telepon dilakukan secara digital, random input

sequential ouput atau sebaliknya. Tentu saja semua ini

diwujudkan dengan menyertakan sistem mikroprosesor.

b. Provider Telepon Digital seperti ISDN, DSL dll. Selain untuk

switching atau penyambungan dan queuing atau antrian, sistem

mikroprosesor pada provider telepon digital juga

dimanfaatkan untuk banyak hal lain termasuk network

management dan optimasi Quality of Service.

c. Provider Telepon Seluler. Meskipun menggunakan saluran radio

frekuensi, hampir semua telepon seluler menerapkan

komunikasi digital.

d. Handphone. Handphone yang kecil dan murah sekalipun, harus

dilengkapi dengan mikroprosesor, karena untuk membaca

keypad, menyimpan phonebook, kalkulator, mengirim SMS dll

memerlukan sistem instrumentasi digital.

e. Komunikasi Satelit. Selain untuk sistem kendali dan

instrumentasi satelit, mikroprosesor juga digunakan untuk

switching, muliplexing, queuing, error correction dll.

Penggunaan mikroprosesor pada sistem kendali dan

instrumentasi diterapkan di hampir semua instrumen dan alat

kendali, mulai dari instrumen kecil seperti barcode reader,

sampai instrumen besar seperti panel pesawat terbang. Mulai

dari alat kedokteran seperti MRI (Magnetic Resonance Imaging)

sampai alat perang seperti stinger missile untuk serangan darat ke

udara. Berikut ini adalah bebrapa contoh penerapan sistem

mikroprosesor untuk alat kendali dan instrumentasi.


MICROPROSESOR 11


a. Electronic Fuel Injection (EFI) yang diterapkan pada mesin-mesin

bakar modern. Alat ini dipakai untuk mengoptimalkan

pemakaian bahan bakar untuk torsi dan kecepatan maksimum.

b. Instrumen Lift. Prosesor digunakan untuk membaca tekanan

tombol dan mengendalikan gerakan motor listrik, sehingga

lift dapat begerak sesuai dengan tekanan tombol dan cukup

nyaman bagi pemakai, tidak berhenti atau bergerak mendadak.

c. Sistem pengatur ketepatan cetak dan potong pada mesin

pengganda media kertas seperti koran dan majalah. Tanpa

koreksi dari sistem mikroprosesor, selain hasil yang kurang

rapi, alat pemotong atau pencetak harus sering disetting

ulang dan ini sangat tidak realistis. Kita dapat lihat, pada

setiap halaman koran atau majalah ada terdapat mark atau

tanda, baik tanda untuk warna maupun tanda untuk alat

potong.

d. Alat pengolah data pada VCD atau DVD player. Karena data

disimpan dalam CD dalam keadaan dikompres, maka untuk

mengubahnya menjadi gambar atau suara perlu dilakukan

dekompresi data yang jelas memerlukan algoritma tertentu

yang diwujudkan dengan program. Tentu saja ini memerlukan

sistem mikroprosesor.

1.4. Contoh Aplikasi MikroprosesorKuliah ini diarahkan untuk memberikan bekal kemampuan

teoritis kepada mahasiswa dalam memanfaatkan mikroprosesor

untuk kendali dan instrumentasi. Berikut ini adalah contoh

penggunaan prosesor MSP430F413 buatan Texas Instrumen untuk


MICROPROSESOR 12


mengendalikan alat ukur jarak yang menggunakan gelombang

ultrasonik 40 kHz.

Mikroprosesor pada alat ini berperan sebagai pengendali

yang mengaktifkan pengirim sinyal, mengukur waktu propagasi

sinyal dengan menunggu aktifnya penerima sinyal atau menunggu

kedatangan sinyal pantulan, kemudian menghitung jarak antara

alat ini dengan benda yang memantulkan sinyal ultrasonik serta

menampilkan hasil perhitungannya dalam bilangan desimal pada

display 7-segment.

Secara umum, alat ini terdiri dari 4 komponen utama, yaitu

Sistem mikroprosesor single chip. Atau Chip tunggal yang

mengandung prosesor, memory dan I/O meskipun dengan

kapasitas yang sangat kecil

Rangkaian elektronika penghasil dan penerima gelombang

ultrasonik

Display 7-segment

Program dalam bahasa asembli yang terdiri dari beberapa

modul, yaitu inisialisasi, pembaca tombol aktif, pengendali

pengirim dan penerima, pengukur durasi propagasi gelombang,

penghitung jarak dan penampil ke 7-segment.


MICROPROSESOR 13


Gambar 1.5. Aplikasi mikroprosesor untuk alat pengukur

jarak.


MICROPROSESOR 14

SISTEM BINER

Documents

Transcript of SISTEM BINER