Sejarah dan Perkembangan Mikrokontroler

Mikroprosesor dalam elektronika sering disebut sebagai Central Prosessing Unit ( CPU ) atau Microprocessor Unit ( MPU ). CPU atau MPU berfungsi sebagai pusat pemroses dan pengendali kerja sistem komputer. Perkembangan mikroprosesor intel sampai saat ini yaitu Core 1-9 generasi ke 10 dengan kecepatan 5.30 GHz.

Konstruksi mikroprosesor terdiri dari :

1. Arithmetic Logic Unit ( ALU )

    Arithmetic Logic Unit ( ALU ) berfungsi melaksankan operasi aritmatika dan operasi logika. Operasi artimatika meliputi operasi penjumlahan (ADD), pengurangan (SUB), perkalian (MUL) dan pembagian (DIV). Sedangkan operasi logika meliputi operasi logika AND, OR, XOR, COMPEMEN, NEGATE, dll.

2. Register Unit ( RU )

    Register Unit (RU) berfungsi sebagai tempat menyimpan data dan tempat menyimpan hasil operasi. Hasil operasi pengolahan pada ALU disimpan dalam register khusus yang disebut Akumulator.

3. Control Unit ( CU )

    Control Unit (CU) berfungsi untuk mengendalikan aliran data (data bus) dan saluran alamat (address bus) yang kemudian menafsirkan dan mengatur sinyal yang terdapat pada saluran pengendali (control bus).

    Mikroprosesor memerlukan unit lain untuk bekerja, meliputi unit memori dan unit I/O yang membentuk sistem mikroprosesor. CPU bekerja mengatur pengendalian dan proses alih data yang terjadi dalam sistem mikroprosesor. Alih data, I/O unit dan memory unit berlangsung melalui saluran yang disebut dengan data bus. Alih data, memory unit dan I/O unit ke CPU dikenal sebagai proses baca data (READ). Alih data dan CPU ke memori unit atau alih data dan CPU ke I/O unit dikenal sebagai proses tulis (WRITE). Proses read atau proses write dikendalikan oleh control bus. Bus alamat bekerja mengatur alamat memori atau I/O darimana atau kemana data diambil atau dikirim.

    Jadi, mikrokontroler merupakan computer kecil yang tertanam pada chip. Berbeda dengan mikroprosesor, mikroprosesor hanya berisi inti prosesornya saja. Sedangkan di dalam sebuah mikrokontroler terdapat sebuah inti prosesor, memori dan I/O interface. Mikrokontroler pertama kali dikenalkan pada tahun 1974 oleh Texas Instrument Incorporated dengan seri TMS-1000. TMS-1000 adalah computer 4-bit yang tertanam dalam sebuah chip di dalamnya sudah dilengkapi dengan RAM dan ROM. Mikrokomputer pertama ini berukuran hanya sebesar penghapus. Tetapi, ternyata ukuran ini adalah ukuran yang paling besar untuk sebuah mikrontroler. Seiring berjalannya waktu, ilmu pengetahuan juga berkembang mikrokontroler mengalami evolusi. Saat ini mikrokontroler dengan ukuran terkecil hanya memiliki volume sebesar 1,05 mm atau tidak lebih besar dari satu butir beras.

 

    Pada dasarnya sebuah mikrokontroler tidak dapat bekerja dengan baik tanpa sistem minimum. Sistem minimum terdiri dari rangkaian daya, clock, rangkaian reset, chip programmer dan IC mikrokontroler itu sendiri. Rangkaian daya digunakan untuk memberikan suplai listrik. Clock digunakan sebagai jantungnya yang memberikan pulsa digital. Rangkaian reset digunakan untuk melakukan riset program apabila mikrokontroler mengalami malfunction saat program dijalankan. Sedangkan chip pemrograman digunakan untuk menuliskan program pada IC mikrokontroler. Mikrokontroler bisa dipropgram dengan bahasa basic C dan assembler sebagai bahasa pemrogramannya. Keseluruhan program yang dibuat akan diterjemahkan menjadi bahasa mesin berupa bilangan-bilangan hexadecimal dan akan diterjemahkan kembali menjadi rentetan bilangan digital 1 dan 0 yang ditulis di dalam memori di IC mikrokontroler.

    Proses konversi bahasa sampai menuliskan program ke memori mikrokontroler ini dilakukan oleh software yang kita gunakan dan chip programming. Saat ini banyak mikrokontroler yang tidak hanya dilengkapi dengan sistem minimum saja. Tetapi juga dilengkapi dengan pin input, output dan pheriperal lainnya. Mulai dari port ethernet, port serial, slot external memori dan masih banyak lagi. Rata-rata mikrokontroler memiliki instruksi manipluasi bit, akses ke I/O secara langsung dan mudah, dan proses interupt yang cepat dan efisien.

    Mikrokontroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis.

    Mikrokontroler pada suatu perangkat atau sistem yang menggunakan mikrokontroler umumnya digunakan sebagai pengolah data yang disebut embedded system atau dedicated system. Embedded system yaitu suatu pengendali yang tertanam pada sistem atau perangkat. Sedangkan dedicated system yaitu pengendali suatu sistem yang digunakan pada saat tertentu.

Ciri Khas Mikrokontroler

1. Kemampuan CPU yang cukup rendah.

2. Mikrokontroler memilik memori internal yang kecil.

3. Mikrokontroler memiliki memori non – volatile.

4. Perintah lebih sederhana.

5. Program atau perintah berhubungan langsung dengan I/O.

Mikrokontroler berdasarkan jumlah bit data terdiri dari :

1. Mikrokontroler 4 bit

    Mikrokontroler 4 bit hanya mampu memproses data maksimal 4 bit dalam satu waktu.

2. Mikrokontroler 8 bit

    ATmega328 adalah mikrokontroler RISC 8 bit dibuat oleh Atmel yang termasuk dalam keluarga megaAVR. Fitur mikrokontroler Atmel 8 bit AVR RISC menggabungkan memori flash ISP 32 KB dengan kemampuan baca-tulis, 1 KB EEPROM, 2 KB SRAM, 23 jalur I/O, 32 register, tiga timer / counter, interupsi internal dan eksternal, USART yang dapat diprogram serial dan ADC 10 bit.

3. Mikrokontroler 16 bit

    Intel 8096 adalah mikrokontroler 16 bit  dibuat oleh Intel. Fitur utama dari keluarga MCS-96 termasuk memori on-chip yang besar, arsitektur register to register, tiga instruksi operan, pengontrol bus untuk memungkinakn lebar bus 8 atau 16 bit, dan addressability flat langsung dari blok besar (256 atau lebih ) dari register.

4. Mikrokontroler 32 bit

    PIC32MZ2064 adalah mikrokontroler 32 bit yang dibuat oleh Microchip. Fitur dari PIC32MZ2064 :
1. 200 MHz speed

2. 45 channel ADC module

3. Memory Management Unit untuk embedded OS

4. UART, 12C dan Analog Comparators

Jenis Mikrokontroler

    Secara teknis, ada 2 macam mikrokontroler. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian tersebut yaitu RISC dan CISC.

1. RISC (Reduced Instruction Set Computer) merupakan mikrokontroler yang memiliki instruksi terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.

2. CISC (Complex Instruction Set Computer) merupakan mikrokontroler yang memiliki instruksi lebih lengka, tetapi dengan fasilitas secukupnya.

Jenis-jenis mikrokontroler yang umum digunakan :

1. Keluarga MCS51

    Mikrokontroler ini termasuk dalam keluarga mikrokontroler CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock. Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijikan 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).

2. AVR

    Mikrokontroler Alv and Vegand’s Risc merupakan mikrokontroler dengan arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi di kemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi di eksekusi dalam 1 (satu) siklus clock.

3. PIC

    PIC (Programmable Interface Computer) termasuk mikrokontroler keluarga berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer.    

Kelebihan Mikrokontroler

1. Bentuknya kecil dan praktis

2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi

3. Kemudahan dalam mengubah fungsi dan alur logika program mikrokontroler

4. Hemat penggunaan daya listrik

5. Proses pencarian kerusakan atau gangguan fungsi rangkaian menjadi lebih mudah.

Alat Bantu Pengembangan

1. Simulator

    Simulator berfungsi untuk mensimulasikan atau menirukan kerja mikrokontroler pada PC. Langkah-langkah yang dikerjakan serta apa yang terjadi ketika program dijalankan dapat diamati dilayar PC.

2. Debugger Residen

    Debugger residen berfungsi untuk menjalankan program di mikrokontroler itu sendiri dan pada saat yang bersamaan menampilkan hasilnya pada komputer induknya.

3. Emulator

    Emulator adalah peralatan yang bekerja dengan berpura-pura sebagai mikrokontroler dan pada saat bersamaan dia mengambil informasi untuk ditampilkan.