Home >Documents >Bab 6. Mikrokontroler

Bab 6. Mikrokontroler

Date post:10-Sep-2015
Category:
View:18 times
Download:3 times
Share this document with a friend
Description:
mikroprosesor
Transcript:
  • 1

    BAB 6

    MIKROKONTROLER

    A. Pengertian Mikrokontroler

    Mikrokontroler adalah sebuah system computer fungsional dalam suatu chip yang di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor memori (sejumlah kecil RAM, memori program atau duanya), dan perlengkapan input output.

    Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut pengendali kecil dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMO dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks. Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.

    Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan

    perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu: 1. Sistem minimal mikrokontroler

    Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

    a. prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri b) rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal c) rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU d) rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumber daya

  • 2

    2. Software pemrograman dan kompiler, serta downloader.

    Mikrokontroler Design

    Ada dua kelas utama dari arsitektur komputer, yaitu arsitektur Havard dan arsitektur Von Neumann (atau Princeton). Banyak desain khusus mikrokontroler dan DSP (Digital Signal Processor) menggunakan arsitektur Havard.

    Arsitektur Havard menggunakan memori terpisah untuk program dan data dengan alamat dan bus data yang berdiri sendiri. Karena dua perbedaan aliran data dan alamat, maka tidak diperlukan multiplexing alamat dan bus data. Arsitektur ini tidak hanya didukung dengan bus paralel untuk alamat dan data, tetapi juga menyediakan organisasi internal yang berbeda sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan ketika berbagai data sedang diambil dan dioperasikan. Lebih lanjut lagi, bus data bisa saja memiliki ukuran yang berbeda dari bus alamat. Hal ini memungkinkan pengoptimalan bus data dan bus alamat dalam pengeksekusian instruksi yang cepat. Sebagai contoh, mikrokontroler Intel keluarga MCS-51 menggunakan arsitektur Havard karena ada perbedaan kapasitas memori untuk program dan data, bus terpisah (internal) untuk alamat dan data. Begitu juga dengan keluarga PIC dari Microchip yang menggunakan arsitektur Havard.

    Gambar. Design mikrokontroler [1]

    Gambar. Intel MSC-51 [2]

  • 3

    Pada arsitektur Von Neumann, program dan data dibagi pada ruang memori yang sama. Arsitektur Von Neumann menyediakan fitur penyimpanan dan modifikasi program secara mudah. Bagaimanapun, penyimpanan program tidak mungkin optimal dan membutuhkan berbagai pengumpulan program dan data untuk membentuk instruksi. Pengumpulan program dan data diselesaikan menggunakan time division multiplexing yang akan berpengaruh pada performa mikrokontroler itu sendiri. Salah satu contoh mikrokontroler yang menggunakan arsitektur Von Neumann (princeton) adalah Motorola 68HC11.

    Arsitektur MCS-51

    Diagram blok mikrokontroler 8051 ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

    Gambar Jenis-jenis mikrokontroler [3]

    Gambar Block Diagram [4]

  • 4

    Istilah 8051 disini mengacu kepada anggota keluarga MCS-51. Blok fungsional mikrokontoler 8051 terdiri dari ALU, unit kendali dan pewaktu, RAM/EPROM/ROM, register, latch dan driver untuk port P0, P1, P2 dan P3. Setiap blok fungsional tersebut didiskusikan berikut ini

    ALU ALU 8051 menampilkan operasi aritmatik dan logika pada operand 8-bit. Latch adalah register yang mendapatkan keluaran dari ALU. Selain memiliki operasi penambahan (ADD) dan pengurangan (SUB) 8051 juga memiliki operasi perkalian (MUL) dan pembagian (DIV). Tiap operasi logika bersangkutan dengan gerbang-gerbang digital didalamnya yang memungkinkan operasi NOT, OR, NOT dan XOR.

    Prosesor Boolean

    Mikrokontroler 8051 memiliki sebuah Prosesor Boolean terpisah yang terintegrasi langsung dengan mikrokontoler tersebut. Prosesor boolean ini memiliki set instruksi sendiri, latch, dan bit RAM yang dapat dialamati. Flag carry tersedia sebagai akumulator. Intruksi pemanipulasian bit menampilkan operasi-operasi seperti bit komplemen, set bit, dan penghapusan bit. Terdapat juga instruksi pengkondisian, seperti JUMP, IF, BIT, SET, dsb. Selain itu pula mikrokontroler ini juga mendukung operasi logika AND, OR. Hasil dari operasi logika tersimpan pada bit carry yang mana bekerja sebagai akumulator.

    Memori data dan program Mikrokontroler 8051 memiliki memori program dan memori data yang terpisah. Code program biasanya tersimpan pada ROM/EPROM. Storage program adalah salah satu faktor yang membedakan antara anggota keluarga 8051 yang satu dengan yang lainnya. Memori program dari 80C51 adalah 4K ROM, sedangkan memori program 80C52 adalah 8K ROM. 87C51 memiliki program memori EPROM sebesar 4K.

    Memori data bisa berupa RAM internal dan RAM eksternal. Contoh yang memiliki RAM internal adalah 80C51 yang berkapasitas 128 byte. Beberapa lokasi internal RAM yang juga digunakan untuk pengendalian operasi periperal seperti pewaktu/pencacah, port serial, interupsi, dsb disebut sebagai SFR (Spesial Function Register). Ruang RAM eksternal dapat terakses dalam hampir semua anggota 8051. Untuk mengakses RAM eksternal digunakan alamat 16-bit. Bus alamat (Port 0) dan bus alamat-data (Port2) yang menahan alamat ini. Orde byte yang lebih rendah dari bus alamat-data merupakan waktu termultipleksi. Sedangkan multipleksi mengurangi jumlah pin, dan juga mengurangi kecepatan dari akses memori. Hal ini yang mennjadi alasan mengapa akses memori data eksternal selalu lebih lambat dibanding dengan pengaksesan RAM internal. Selanjutnya untuk mengakses memori eksternal kita memerlukan load pointer data yang mana membutuhkan instruksi ekstra.

  • 5

    Osilator Semua anggota keluarga 8051 menggunakan kristal eksternal sebagai fungsi osilator. Frekuensi operasi bisa tergantung kepada device itu sendiri. Data sheet device bisa dijadikan rujukan untuk melihat frekuensi operasi yang sesuai dan mendukung device-device yang akan digunakan. Sebagai contoh 80C51 beroperasi pada frekuensi 12 MHz. Tetapi itu tidak menjadi suatu patokan yang tetap karena pada kenyataannya banyak juga user menggunakan kristal 11,059 MHz. Selain itu masih banyak lagi device yang berjalan pada frekuensi dibawah atau diatas 12 MHz. Frekuensi ringan yang lebih rendah memperkenankan pewaktu membangkitkan frekuensi klok untuk pengoperasian serial port.

    Kendali dan pewaktuan Keseluruhan operasi mikrokontroler 8051 singkron dengan klok. Segala yang terjadi didalam mikrokontroler tersebut selangkah dengan klok. Terlepas dari pewaktuan internal, untuk mengakses device diluar chip terdapat pula fitur seperti pengendali sinyal ALE, PSEN dan RD, WR yang dibangkitkan oleh unit pewatuan dan kendali. [1]

    B. Jenis-jenis Mikrokontroller

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

    RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.

    Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya. Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri. Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis mikrokonktroler yang telah umum digunakan.

    1. Keluarga MCS51

    Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler 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 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).

Embed Size (px)
Recommended