Microcontroller

Microcontroller

Mikrokontroler adalah sebuah chip terintegrasi yang biasanya menjadi bagian dari sebuah embedded system (sistem yang didesain untuk melakukan satu atau lebih fungsi khusus yang real time). Mikrokontroler terdiri dari CPU, Memory, I/O port dan timer seperti sebuah komputer standar, tetapi karena didesain hanya untuk menjalankan satu fungsi yang spesifik dalam mengatur sebuah sistem, mikrokontroler ini bentuknya sangat kecil dan sederhana dan mencakup semua fungsi yang diperlukan pada sebuah chip tunggal.

Mikrokontroler berbeda dengan mikroprocesor, yang merupakan sebuah chip untuk tujuan umum yang digunakan untuk membuat sebuah komputer multi fungsi atau perangkat yang membutuhkan beberapa chip untuk menangani berbagai tugas. Mikrokontroler dimaksudkan untuk menjadi mandiri dan independen, dan berfungsi sebagai komputer khusus yang kecil.

Keuntungan besar dari mikrokontroler dibandingkan dengan menggunakan mikroprosesor yang lebih besar, adalah bahwa jumlah komponen dan biaya desain dari item yang dikendalikan dapat ditekan seminimum mungkin. Mikrokontroler biasanya didesain menggunakan teknologi CMOS (Complemantary Metal Oxide Semiconductor), sebuah teknologi pembuatan chip terintegrasi (IC) efisien yang menggunakan daya kecil dan lebih kebal terhadap lonjakan listrik dibandingkan teknik yang lain.

Ada beberapa arsitektur yang digunakan, tetapi yang dominan adalah CISC (Complex Instruction Set Computer), yang memungkinkan mikrokontroler untuk memiliki banyak instruksi pengaturan yang dapat dijalankan dengan sebuah instruksi makro. Beberapa menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer), yang menggunakan sedikit instruksi, tetapi memberikan kesederhanaan yang lebih besar dan konsumsi daya yang rendah.

Kontroler-kontroler awal biasanya dibuat dari komponen-komponen logic dan umumnya memiliki ukuran yang cukup besar. Kemudian, mikroprocesor digunakan, dan kontroler dapat muat dimasukkan ke dalam satu board rangkaian. Mikrokontroler saat ini menempatkan semua komponen yang diperlukan ke dalam satu chip. Karena digunakan untuk mengendalikan sebuah fungsi tunggal, beberapa peralatan yang kompleks biasanya bisa memuat banyak mikrokontroler.

Mikrokontroler sudah menjadi umum untuk digunakan pada berbagai area, dan dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga, perangkat komputer dan peralatan instrumentasi. Mikrokontroler juga banyak digunakan di dalam mobil, banyak industri yang menggunakannya, dan telah menjadi bagian sentral dari robotika industri. Karena biasa digunakan untuk mengendalikan sebuah proses tunggal dan menjalankan instruksi yang sederhana, mikorkontroler tidak memerlukan daya pemrosesan yang besar.

Pasar otomotif telah menjadi pendorong utama perkembangan mikrokontroler, banyak yang telah dikembangkan untuk keperluan aplikasi otomotif. Karena mikrokontroler yang digunakan pada otomotif harus menghadapi kondisi lingkungan yang keras, mereka harus menjadi sangat handal dan tahan banting. Namun demikian, mikrokontroler otomotif, seperti juga mikrokontroler yang lain, merupakan produk yang sangat murah dan dapat memberikan fitur canggih, yang tanpa dorongan dari perkembangan industri mungkin akan menjadi hal yang tidak mungkin atau akan menjadi sangat mahal untuk diimplementasikan.

Menggunakan Sistem Operasi di Microcontroller

Sebuah sistem mikrokontroler / mikrokomputer hanya dapat melakukan satu proses instruksi di setiap siklus mesinnya (machine cycle), hal ini berarti sebuah mikrokontroler hanya dapat melakukan satu operasi saja pada suatu waktu.

Untuk dapat melakukan beberapa operasi sekaligus sebuah mikrokontroler memiliki fitur yang di disebut interupsi, interupsi inilah yang kemudian dapat membuat sebuah mikrokontroler seolah – olah dapat melakukan beberapa operasi sekaligus.

Ada beberapa sumber interupsi dalam mikrokontroler, seperti interupsi external, interupsi timer, interupsi reset (highest priority), ataupun interupsi ADC, dll.

Sebagai contoh, misalkan sebuah sistem yang dapat menampilkan keluaran di seven segmen, dan juga dapat membaca input dari keypad secara bersamaan, maka pengaturan output pada seven segmen ada di program utama, sedangkan input dari keypad ada dalam program interupsi timer, yang misalnya dilakukan setian 1 mS.

Untuk proses yang tidak terlalu banyak cara diatas masih dapat dilakukan dengan mudah, akan tetapi bagaimana jika suatu terebut harus dapat melakukan banya proses, seperti display di lcd, output di seven segmen, input keypad, input dari ADC, mengatur pwm, kontrol motor, dll, dalam waktu yang seolah – olah bersamaan, maka program yang dibuat akan menjadi lebih rumit.

Untuk mengatasi keadaan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan sistem operasi pada mikrokontroler, sistem operasi ini yang akan mengatur proses yang dijalanka. Sehingga mikrokontroler dapat memiliki fitur multasking yang sebenarnya.

Ada banyak sistem operasi yang ada sekarang ini, diantaranya adalah DOS, WINDOWS, LINUX, MACOS, UNIX, dll. Salah satu sistem operasi yang dapat diaplikasikan di mikrokontroler 8bit seperti AVR ATMEGAXX adalah FREERTOS.

Jenis Microcontroller

·         AMCC

Hingga Mei 2004, mikrokontroler ini masih dikembangkan dan dipasarkan oleh IBM, hingga kemudian keluarga 4xx dijual ke Applied Micro Circuits Corporation.

1.    403 PowerPC CPU (PPC 403GCX)

2.    405 PowerPC CPU (PPC 405EP, PPC 405GP/CR, PPC 405GPr, PPC NPe405H/L)

3.    440 PowerPC Book-E CPU (PPC 440GP, PPC 440GX, PPC 440EP/EPx/GRx, PPC 440SP/SPe)

·         Atmel

1.    Atmel AT91 series (ARM THUMB architecture)

2.    Atmel AVR32

3.    AT90, Tiny & Mega series – AVR (Atmel Norway design)- Atmel AT89 series (Intel 8051/MCS51 architecture)

4.    MARC4

·         Cypress MicroSystems

CY8C2xxxx (PSoC)

·         Freescale Semiconductor

Hingga 2004, mikrokontroler ini dikembangkan dan dipasarkan olehMotorola, yang divisi semikonduktornya dilepas untuk mempermudah pengembangan Freescale Semiconductor.

1.    8-bit (68HC05 (CPU05), 68HC08 (CPU08), 68HC11 (CPU11))

2.    16-bit (68HC12 (CPU12), 68HC16 (CPU16), Freescale DSP56800 (DSPcontroller))

3.    32-bit (Freescale 683XX (CPU32), MPC500, MPC 860 (PowerQUICC), MPC 8240/8250 (PowerQUICC II), MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III))

·         Fujitsu

1.    F²MC Family (8/16 bit)

2.    FR Family (32 bit)

3.    FR-V Family (32 bit RISC)

·         Holtek

HT8

·         Intel

1.    8-bit (8XC42, MCS48, MCS51, 8061, 8xC251)

2.    16-bit (80186/88, MCS96, MXS296, 32-bit, 386EX, i960)

·         Microchip

1.    Low End, Mikrokontroler PIC 12-bit

2.    Mid Range, Mikrokontroler PIC 14-bit (PIC16F84, PIC16F877)

3.    16-bit instruction PIC

4.    High End, Mikrokontroler PIC 16-bit

·         National Semiconductor

COP8, CR16

·         NEC
17K, 75X, 78K, V850

·         Philips Semiconductors

LPC2000, LPC900, LPC700

·         Renesas Tech. Corp

(Renesas adalah perusahan patungan Hitachi dan Mitsubishi.)

H8, SH, M16C, M32R

·         STMicroelectronics

ST 62, ST 7

·         Texas Instruments

TMS370, MSP430

·         Western Design Center

1.    8-bit (W65C02-based µCs)

2.    16-bit (W65816-based µCs)

·         Ubicom

1.    SX-28, SX-48, SX-54

Seri Ubicom's SX series adalah jenis mikrokontroler 8 bit yang, tidak seperti biasanya, memiliki kecepatan tinggi, memiliki sumber daya memori yang besar, dan fleksibilitas tinggi. Beberapa pengguna menganjurkan mikrokontroller pemercepat PICs. Meskipun keragaman jenis mikrokontroler Ubicom's SX sebenarnya terbatas, kecepatan dan kelebihan sumber dayanya yang besar membuat programmer bisa membuat perangkat virtual lain yang dibutuhkan. Referensi bisa ditemukan di Parallax's Web site, sebagai penyalur utama.

2.    IP2022

Ubicom's IP2022 adalah mikrokontroler 8 bit berkecepatan tinggi (120 MIPs). Fasilitasnya berupa: 64k FLASH code memory, 16k PRAM (fast code dan packet buffering), 4k data memory, 8-channel A/D, various timers, and on-chip support for Ethernet, USB, UART, SPI and GPSI interfaces.

·         Xilinx

1.    Microblaze softcore 32 bit microcontroller

2.    Picoblaze softcore 8 bit microcontroller

·         ZiLOG

1.    Z8

2.    Z86E02

Pengendali Mikro

Pengendali mikro (Inggris: microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O.

Rancangan embedded

Sistem komputer dewasa ini paling banyak justru terdapat di dalam peralatan lain, seperti telepon, jam, perangkat rumah tangga, kendaraan, dan bangunan. Sistem embedded biasanya mengandung syarat minimal sebuah sistem mikroprosesor yaitu memori untuk data dan program, serta sistem antarmuka input/output yang sederhana. Antarmuka semacam keyboard, tampilan, disket, atau printer yang umumnya ada pada sebuah komputer pribadi justru tidak ada pada sistem mikrokontroler. Sistem mikrokontroler lebih banyak melakukan pekerjaan-pekerjaan sederhana yang penting seperti mengendalikan motor, saklar, resistor variabel, atau perangkat elektronis lain. Seringkali satu-satunya bentuk antarmuka yang ada pada sebuah sistem mikrokontroler hanyalah sebuah LED, bahkan ini pun bisa dihilangkan jika tuntutan konsumsi daya listrik mengharuskan demikian.

Integrasi yang lebih padat

Berbeda dengan CPU serba-guna, mikrokontroler tidak selalu memerlukan memori eksternal, sehingga mikrokontroler dapat dibuat lebih murah dalam kemasan yang lebih kecil dengan jumlah pin yang lebih sedikit.

Sebuah chip mikrokontroler umumnya memiliki fitur:

- central processing unit - mulai dari prosesor 4-bit yang sederhana hingga prosesor kinerja tinggi 64-bit.

- input/output antarmuka jaringan seperti port serial (UART)

- antarmuka komunikasi serial lain seperti I²C, Serial Peripheral Interface and Controller Area Network untuk sambungan sistem

- periferal seperti timer dan watchdog

- RAM untuk penyimpanan data

- ROM, EPROM, EEPROM atau Flash memory untuk menyimpan program komputer

- pembangkit clock - biasanya berupa resonator rangkaian RC

- pengubah analog-ke-digital

Sejarah mikrokontroler

Mikrokontroler populer yang pertama dibuat oleh Intel pada tahun 1976, yaitu mikrokontroler 8-bit Intel 8748. Mikrokontroler tersebut adalah bagian dari keluarga mikrokontroler MCS-48. Sebelumnya, Texas instruments telah memasarkan mikrokontroler 4-bit pertama yaitu TMS 1000 pada tahun 1974. TMS 1000 yang mulai dibuat sejak 1971 adalah mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM.

#Tobe continue