Teknologi di bidang komputer saat ini berkembang dengan sangat cepat. Dimulai dari awal ditemukannya komputer yang berukuran sangat besar, hingga perkembangannya menciptakan komputer dengan ukuran yang lebih kecil dan ramping sehingga dapat dibawa ke mana-mana. Selain itu, untuk keperluan tertentu, diciptakan juga sebuah komputer dengan ukuran yang minimalis dan lebih portabel, yaitu mikrokontroler.
Mikrokontroler adalah chip berbentuk IC (Integrated Circuit) yang mampu menerima sinyal masukan, melakukan pengolahan data, dan memberikan sinyal keluaran. Mikrokontroler memiliki fungsi yang hampir serupa dengan komputer, namun dengan kemampuan komputasi yang lebih rendah dibandingkan dengan komputer atau PC pada umumnya. Pada dasarnya, mikrokontroler adalah teknologi komputer yang lebih sederhana dan biasanya digunakan pada aplikasi yang tidak terlalu kompleks dan memerlukan komputasi yang tinggi.
Pengertian Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah entitas komputasi yang terkondensasi dalam sebuah chip berbentuk IC (Integrated Circuit), yang dirancang dengan tujuan untuk menjalankan operasi-operasi khusus. Fungsi dasar mikrokontroler meliputi penerimaan sinyal input, pengolahan data yang diterima, serta penghasilan sinyal output sesuai dengan program yang terprogram di dalamnya.
Umumnya, sinyal input pada mikrokontroler diperoleh dari sensor-sensor yang mengambil informasi dari lingkungan sekitarnya, sementara sinyal output ditujukan kepada aktuator-aktuator yang mampu melakukan aksi atau tindakan tertentu terhadap lingkungan tersebut. Dengan analogi sederhana, mikrokontroler dapat dianggap sebagai otak yang tersemat dalam sebuah perangkat, memungkinkannya untuk berinteraksi secara aktif dengan lingkungannya.
Secara esensial, mikrokontroler, yang disebut sebagai Microcontroller dalam bahasa Inggris, terdiri dari satu atau lebih inti prosesor (CPU), memori (RAM dan ROM), serta perangkat INPUT dan OUTPUT (I/O) yang dapat diprogram. Meskipun memiliki kemiripan dengan komputer, namun kecepatan pengolahan data pada mikrokontroler jauh lebih rendah dibandingkan dengan komputer atau PC.
Umumnya, kecepatan pengolahan data mikrokontroler berkisar antara 1 hingga 16 MHz, yang jauh lebih rendah dari kecepatan pengolahan data komputer atau PC saat ini yang telah mencapai orde GHz. Demikian juga, kapasitas memori (RAM dan ROM) pada mikrokontroler hanya berkisar pada orde Kbytes.
Meskipun memiliki kecepatan pengolahan data dan kapasitas memori yang jauh lebih rendah daripada komputer atau PC, namun kemampuan mikrokontroler sudah cukup untuk digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama karena ukurannya yang lebih kecil dan sederhana.
Mikrokontroler sering digunakan dalam aplikasi sistem dan perangkat yang tidak terlalu kompleks serta tidak memerlukan komputasi yang sangat tinggi. Beberapa contoh mikrokontroler yang populer antara lain mikrokontroler avr, mikrokontroler arduino, mikrokontroler atmega328, dan masih banyak lagi.
Fungsi Mikrokontroler
Pada umumnya, perangkat atau sistem yang menggunakan mikrokontroler sebagai pengolah data disebut sebagai sistem tertanam atau sistem dedikasi. Sistem tertanam adalah pengendali yang tertanam pada sistem atau perangkat, sedangkan sistem dedikasi adalah pengendali suatu sistem yang ditujukan hanya untuk fungsi tertentu. Sebagai contoh, printer adalah sistem tertanam karena terdapat mikrokontroler di dalamnya sebagai pengendali, dan juga sistem dedikasi karena pengendali tersebut hanya untuk menerima dan mencetak data.
Mikrokontroler memiliki beberapa fungsi, antara lain sebagai timer atau pewaktu, pembangkit osilasi, flip-flop, ADC (Analog to Digital Converter), counter atau penghitung, serta decoder dan encoder. Fungsi-fungsi ini sering digunakan pada sistem atau perangkat yang dikendalikan secara otomatis. Penggunaan mikrokontroler dalam berbagai bidang antara lain sebagai berikut:
1. Otomotif
Mikrokontroler digunakan dalam berbagai sistem otomotif seperti Engine Control Unit, air bag, antilock braking system, transmisi otomatis, speedometer, navigasi, suspensi aktif, dan lain-lain.
2. Industri
Di bidang industri, mikrokontroler digunakan untuk aplikasi monitoring, data logger, kontrol, dan otomasi.
3. Perlengkapan Rumah Tangga dan Perkantoran
Mikrokontroler digunakan dalam peralatan rumah tangga dan perkantoran seperti printer, mesin fotokopi, timbangan digital, AC, dan lain-lain.
4. Robotika
Dalam robotika, mikrokontroler banyak digunakan karena kemampuannya. Dengan mikrokontroler, beberapa jenis robot seperti robot pemadam api, line follower, dan robot penendang bola dapat dibuat dengan mengkombinasikan sensor dan aktuator.
Struktur Mikrokontroler
Secara sederhana, untuk mengolah data, menerima, dan mengirim sinyal, mikrokontroler memiliki beberapa komponen atau bagian utama seperti CPU, memori, serta perangkat INPUT dan OUTPUT (I/O) di dalamnya. Untuk beroperasi secara optimal, mikrokontroler juga dilengkapi dengan beberapa komponen tambahan. Berikut adalah penjelasan singkat tentang komponen-komponen atau bagian-bagian dari mikrokontroler secara umum:
1. CPU (Central Processing Unit)
CPU adalah komponen utama yang bertindak sebagai otak bagi sebuah mikrokontroler. CPU melakukan operasi-operasi penting seperti mengambil perintah, menerjemahkannya, dan mengeksekusinya. CPU menghubungkan setiap komponen mikrokontroler hingga menjadi suatu sistem. Fungsi utama CPU adalah mengambil perintah dari memori program.
2. Memori
Memori pada mikrokontroler digunakan untuk menyimpan data dan program. Biasanya mikrokontroler dilengkapi dengan beberapa jenis memori seperti RAM, ROM (EPROM dan EEPROM), atau memori flash untuk menyimpan kode program.
3. Perangkat I/O
Perangkat I/O pada mikrokontroler digunakan untuk menghubungkan perangkat eksternal seperti sensor, LCD, atau memori ke mikrokontroler. Perangkat I/O ini berhubungan secara paralel dengan perangkat I/O lainnya.
4. Timer dan Counter
Timer dan Counter digunakan untuk pengaturan waktu dan penghitungan dalam mikrokontroler. Mikrokontroler biasanya memiliki lebih dari satu Timer dan Counter, yang berguna untuk fungsi jam, pembangkitan pulsa, modulasi, pengukuran frekuensi, dan lain-lain.
5. Interrupt Control
Interrupt Control digunakan untuk menyediakan penundaan (interupsi) dalam program kerja mikrokontroler. Interupsi dapat berupa eksternal (dengan menggunakan pin tertentu) atau internal (dengan instruksi penundaan melalui program).
6. Port Serial
Port serial pada mikrokontroler digunakan sebagai interface atau komunikasi serial antara mikrokontroler dengan perangkat lainnya.
7. Analog to Digital Converter (ADC)
ADC digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi bentuk sinyal digital, yang biasanya digunakan dalam aplikasi pengukuran.
8. Digital to Analog Converter (DAC)
DAC mengubah sinyal input digital menjadi sinyal output analog, yang biasanya digunakan dalam sistem pengaturan perangkat analog.
9. Special Function Block
Beberapa mikrokontroler memiliki port tambahan untuk operasi khusus, seperti sistem robotik. Port tambahan ini disebut sebagai blok fungsi khusus.
Ciri Khas Mikrokontroler
Suatu peralatan atau perangkat elektronik tentunya memiliki ciri khas tertentu yang membedakannya dengan peralatan lainnya. Berikut adalah beberapa ciri khas dari mikrokontroler:
- Kemampuan Komputasi CPU yang Tidak Terlalu Tinggi: Dibandingkan dengan komputer atau PC, kemampuan CPU mikrokontroler tidak terlalu tinggi.
- Kapasitas Memori yang Relatif Lebih Kecil: Kapasitas memori mikrokontroler jauh lebih kecil dari kapasitas memori komputer atau PC, biasanya berkisar pada orde Bytes dan Kbytes.
- Mikrokontroler Dibekali Memori Non-Volatile: Dengan menggunakan memori non-volatile, perintah yang telah dibuat dapat dihapus atau dibuat ulang. Data yang disimpan dalam mikrokontroler tidak hilang meskipun tidak dihubungkan dengan sumber listrik.
- Perintah Relatif Sederhana: Kemampuan komputasi yang tidak terlalu tinggi membuat mikrokontroler dapat diberikan perintah atau instruksi yang terbilang sederhana.
- Program atau Perintah Berhubungan Langsung dengan Port I/O: Port I/O digunakan sebagai tempatnya jalannya komunikasi antara mikrokontroler dengan periferal masukan atau keluaran.
Prinsip Kerja Mikrokontroler
Mikrokontroler, seperti namanya, digunakan sebagai pengendali atau pengontrol sistem. Dalam menjalankan fungsi tersebut, komponen ini memerlukan dukungan dari bagian lain yang tergabung dalam IC mikrokontroler. Oleh karena itu, penting untuk memahami pengertian IC.
Tergantung pada tujuan fungsinya, setiap data atau perintah yang masuk kemudian diolah di dalam bagian CPU. Pengolahan ini dibantu oleh komponen lain seperti Timer, RAM, ADC, atau CDA.
Perbedaan antara Mikrokontroler dan Mikroprosesor
Mikrokontroler merupakan komponen IC yang menjalankan fungsi pengendali. Didalamnya terdapat komponen-komponen lain, seperti RAM, ADC, CDA, dan lain-lain. Pusat pemrosesan data dari mikrokontroler disebut sebagai CPU.
Sementara itu, mikroprosesor merupakan Control Processing Unit atau CPU itu sendiri, sehingga sejarah mikroprosesor bisa dianggap sebagai bagian dari mikrokontroler.
Mikroprosesor juga memiliki komponen seperti ALU (Aritmatic Logic Unit), Control Unit, Register, dan CPU Interconnected. Untuk memahami cara kerjanya lebih lanjut, berikut adalah blok diagram mikroprosesor.
Keunggulan dan Kelemahan Mikrokontroler
Keunggulan:
- Bisa digunakan tanpa komponen digital lainnya.
- Ukurannya kecil dan hemat tempat.
- Penggunaannya sederhana.
- Mudah dihubungkan dengan komponen lainnya.
- Waktu pengoperasiannya singkat.
Kelemahan:
- Arsitekturnya kompleks.
- Jumlah eksekusi perintah terbatas.
- Hanya cocok untuk perangkat berdaya rendah.
Kegunaan Mikrokontroler dalam Kehidupan Sehari-hari
Beberapa contoh penggunaan mikrokontroler dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
- Running Text LED.
- Sensor suhu.
- Lengan robot.
- Digital Timer.
Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa mikrokontroler memiliki fungsi dan cara kerja yang kompleks, serta sangat berguna untuk perangkat otomatis berukuran kecil.