Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Mikrokontroler Arduino : Pengertian, Struktur, dan Contohnya

mikrokontroler arduino

Pada artikel kali ini, saya akan membahas tentang mikrokontroler. Yah, termasuk didalamnya penjelasan seputar mikrokontroler Arduino maupun segala hal yang berkaitan dengan dasar teorinya.

Alasan mengapa artikel ini dibuat adalah untuk memudahkan kamu, teman baik saya, dalam menemukan referensi tentang dasar-dasar mikrokontroler.

Entah itu menerapkan dasar-dasar mikrokontroler untuk kebutuhan penelitian maupun hanya ingin sekedar tahu saja.

Baiklah langsung saja, berikut adalah daftar materi mikrokontroler yang akan kita bahas dalam artikel ini.


Apa itu Mikrokontroler?

Mikrokontroler adalah sebuah chip yang dapat mengontrol suatu rangkaian elektronik berdasarkan program yang tersimpan di dalamnya. Dimana program ini hanya bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus.

Singkatnya, mikrokontroler adalah chip yang harus diprogram lebih dulu sebelum dapat digunakan untuk mengontrol rangkaian elektronik.

Perlu kamu tahu bahwa yang merupakan komponen mikrokontroler adalah CPU(Central Processing Unit), memori, I/O tertentu, serta unit pendukung seperti ADC (Analog to Digital Converter) yang telah terintegrasi didalamnya.

Karena memiliki input dan output, mikrokontroler sering kali disebut sebagai komputer mini atau komputer berbentuk chip. Yah, karena memang mikrokontroler memiliki ukuran layaknya chip.

Pengertian Mikrokontroler Menurut Para Ahli

  • Ardiansyah (2016): mikrokontroler adalah komputer mikro dalam bentuk satu chip tunggal.
  • Amrulloh dkk (2015): mikrokontroler merupakan suatu sistem komputer fungsional dalam bentuk chip yang di dalamnya ada inti prosesor, memori, serta perlengkapan input/output.
  • Chamim (2012): mikrokontroler ialah sistem komputer yang seluruh elemennya dikemas dalam suatu chip IC, sehingga kadang sering disebut chip microcomputer.
  • Setiawan (2011): mikrokontroler adalah IC yang tingkat kepadatannya tinggi. Dimana semua bagian yang diperlukan untuk suatu kontroler telah dikemas dalam satu keping chip.
  • Fauzi (2011): mikrokontroler adalah sebuah chip pengontrol rangkaian elektronik yang umumnya dapat menyimpan program.

Sejarah Mikrokontroler

Sejarah mikrokontroler bermula dari dibuatnya mikrokontroler seri TMS 1000. Yaitu mikrokontroler  pertama yang dibuat pada tahun 1972 oleh Gaary Boone dari Texas Instrument.

Jadi kalau ada yang bertanya sejak kapankah mikrokontroler diproduksi? Jawabannya adalah tahun 1972. Perlu kamu tahu juga bahwa mikrokontroler baru mulai diperkenalkan ke publik pada tahun 1974.

Tak lama berselang, di tahun 1976 Intel juga mengeluarkan seri mikrokontroler pertamanya yaitu 8748. Ini adalah seri mikrokontroler 8 bit pertama dan merupakan keluarga dari MCS-48.

Jenis mikrokontroler yang terpopuler dari Intel adalah 8051, atau yang biasa dikenal juga dengan MCS-51.

Bahkan karena kepopulerannya, arsitektur dari mikrokontroler 8051 diadopsi langsung oleh vendor lain seperti Philips, Siemens, Atmel, dan beberapa vendor mikrokontroler lainnya.

Selain 8051, ada juga beberapa jenis mikrokontroler populer lainnya seperti Basic Stamps, PIC dari Microchip, MSP-430, dan masih banyak lagi.

Saat ini, masing-masing vendor terus bersaing menciptakan mikrokontroler terbaiknya. Yaitu mikrokontroler yang dapat memudahkan user dalam membuat suatu sistem meskipun dengan komponen yang relatif sedikit.

Dengan menggunakan mikrokontroler tersebut, bahkan para pemula pun sudah bisa membuat sistem sederhana untuk keperluan sehari-hari.

Mulai dari pembuatan jam dan termometer digital, hingga alat pengendali alat elektronik jarak jauh dengan koneksi bluetooth maupun jaringan internet.

Beberapa jenis mikrokontroler yang kini banyak beredar di pasaran adalah mikrokontroler varian 8 bit. Yakni keluarga MCS51(CISC) dari Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang merupakan mikrokontroler RISC dengan seri Atmega8535.

Pokoknya ada banyak sekali varian mikrokontroler yang beredar di pasaran. Mulai dari yang 8 bit, bahkan sampai yang 64 bit pun juga ada.

Jadi, tak heran kalau kini perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sudah sangat tipis.

Baca Juga :

Bagian-Bagian Mikrokontroler

Untuk lebih mengetahui bagian-bagiannya, perhatikan blok diagram mikrokontroler dan fungsinya berikut ini.

bagian bagian mikrokontroler, pengertian mikrokontroler, sejarah mikrokontroler, kelebihan mikrokontroler, kekurangan mikrokontroler

Berdasarkan struktur mikrokontroler pada blok diagram di atas, mari kita simak fungsi tiap bagian tersebut.

  1. CPU (Central Processing Unit)
  2. Dalam hal ini, CPU berperan sebagai otak mikrokontroler yang didalamnya sudah ada prosesor. Kecepatan proses pada CPU ditentukan oleh prosesor. Jadi, semakin cepat prosesornya maka semakin cepat pula lah kinerja mikrokontroler tersebut.

    Adapun tugas dari CPU yaitu mengambil instruksi (fetch), menerjemahkan (decode), lalu mengeksekusinya (execute).

  3. Memori
  4. Fungsi utama memori adalah untuk menyimpan data register dan program. Memori pada mikrokontroler terbagi menjadi dua, yaitu RAM dan ROM.

    RAM berfungsi untuk menyimpan data register, dan ROM berfungsi menyimpan kode program yang akan dijalankan.

  5. Port Input/Output Paralel
  6. Port ini berfungsi untuk menghubungkan mikrokontroler dengan berbagai perangkat input/output eksternal lainnya. Contohnya seperti relay, lampu LED, buzzer, dan berbagai jenis sensor.

  7. Port Serial
  8. Port serial berfungsi sebagai media penghubung antara mikrokontroler dengan berbagai antarmuka serial lainnya. Kira-kira hampir mirip dengan port paralel.

  9. Timer dan Counter
  10. Timer dan counter memiliki peranan penting dalam mikrokontroler terkait pengaturan waktu dan perhitungan.

    Misalnya seperti fungsi jam, modulasi, pembangkit pulsa, pengukur frekuensi, osilasi, dan untuk perhitungan pulsa eksternal.

  11. ADC (Analog to Digital Converter)
  12. Fungsi utama ADC adalah mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Jadi kamu tetap dapat menggunakan sensor yang menghasilkan sinyal analog ke perangkat output yang menggunakan sinyal digital.

  13. DAC (Digital to Analog Converter)
  14. Fungsi DAC adalah kebalikan dari ADC. Yakni mengonversi sinyal digital menjadi sinyal analog. Umumnya digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor DC dan sejenisnya.

  15. Kontrol Interupsi (Interrupt Control)
  16. Kontrol interupsi biasa digunakan untuk menyediakan interupsi/penundaan dalam suatu program yang dieksekusi.

    Interupsi dapat secara eksternal dengan menggunakan pin interrupt, maupun secara internal melalui perintah interupsi langsung selama pemrograman.

  17. Blok Fungsi Khusus (Special Functioning Block)
  18. Sebagian mikrokontroler hanya dapat digunakan pada beberapa aplikasi khusus saja, misalnya sistem robotik.

    Tetapi untuk mikrokontroler lainnya telah dilengkapi port tambahan yang berfungsi untuk melakukan operasi khusus. Itulah yang dimaksud blok fungsi khusus.


Fungsi Mikrokontroler

Secara umum, fungsi mikrokontroler adalah sebagai pengendali komponen elektronika. Namun secara spesifiknya, fungsi mikrokontroler bisa diuraikan sebagai berikut:

  1. Sebagai Counter
  2. Fungsi mikrokontroler sebagai counter maksudnya adalah mikrokontroler memiliki fitur sebagai pencacah atau penghitung. Dimana nilai hitungnya didasarkan atas nilai clock eksternal.

    Jadi, mikrokontroler dapat menghitung bilangan secara berurutan. Baik dari bawah ke atas (counter up) maupun dari atas ke bawah (counter down).

  3. Sebagai Encoder dan Decoder
  4. Salah satu fungsi dari mikrokontroler adalah sebagai encoder dan decoder. Encoder maksudnya adalah mengubah suatu data input menjadi data bilangan dalam format tertentu.

    Sedangkan decoder berfungsi mengembalikan data bilangan dalam format tertentu menjadi data yang dapat dibaca, sehingga kita dapat menerima informasi aslinya. Intinya, fungsi decoder berbalikan dengan encoder.

  5. Sebagai Flip-flop
  6. Flip-flop adalah rangkaian dari gerbang logika yang fungsinya untuk menyimpan suatu keadaan secara semi permanen atau sementara.

    Nah, dalam mikrokontroler kita menggunakan logika HIGH dan LOW atau biasa juga 1 dan 0. Ini termasuk kondisi flip-flop.

    Apabila mikrokontroler diberi perintah HIGH, maka kondisinya tak bersifat permanen.
    Saat sumber arus mikrokontroler dimatikan, data flip-flop akan hilang.

    Dan ketika dihubungkan lagi, kondisi flip-flop akan kembali ke kondisi terakhir saat ia dimatikan, yaitu HIGH.

    Sehingga dapat disimpulkan bahwa flip-flop adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menyimpan data yang sifatnya sementara.

  7. Sebagai pembangkit osilasi
  8. Dalam hal ini, mikrokontroler berfungsi sebagai pembangkit osilasi. Maksudnya menghasilkan sejumlah getaran atau sinyal listrik secara periodik dengan amplitudo yang konstan.

    Beberapa orang bahkan ada yang menyebutnya sebagai detak jantung pada mikrokontroler.

  9. Sebagai timer/pewaktu
  10. Fungsi timer pada mikrokontroler yakni menciptakan suatu pewaktu yang berperan dalam penentuan kapan suatu program dijalankan. Selain itu, timer juga sangat dibutuhkan dalam PWM (Pulse Width Modulation), ADC, dan osilator.

  11. Sebagai ADC (Analog to Digital Converter)
  12. Salah satu fungsi yang dimiliki oleh mikrokontroler adalah sebagai konverter. Yakni dapat mengonversi sinyal analog menjadi sinyal digital maupun sebaliknya.

Cara Kerja Mikrokontroler

Prinsip atau cara kerja mikrokontroler terbagi dalam 3 tahapan, yaitu:

  • Tahap 1 Cara Kerja Mikrokontroler
  • Unit pengendali pada CPU mengambil data dari ROM sesuai alamat yang ditujukan oleh data pada register program counter.

    Tiap satu kali melakukan pengambilan data, maka program counter akan ditambahkan nilainya sebanyak 1 (increment).

    Dalam hal ini, data yang diambil adalah urutan instruksi program pengendali mikrokontroler yang sebelumnya dituliskan oleh pembuatnya.

  • Tahap 2 Cara Kerja Mikrokontroler
  • Instruksi yang ada akan diolah dan dijalankan oleh unit aritmetika dan logika atau ALU (Arithmetic Logic Unit) pada CPU.

    Proses yang dilakukan pun bermacam-macam, tergantung instruksi apa yang diberikan.

    Apakah itu membaca, mengubah nilai dalam register, RAM, isi port, atau melakukan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.

    Setelah melalui tahap kedua ini, nilai program counter juga akan ditambahkan 1 (increment) layaknya tahap pertama.

  • Tahap 3 Cara Kerja Mikrokontroler
  • Tahap selanjutnya adalah pengulangan. Jadi, sebenarnya tahap yang diulang terus-menerus adalah tahap pertama dan tahap kedua hingga catu daya dimatikan.

Ciri-Ciri Mikrokontroler

  • Kapasitas CPU yang tak terlalu tinggi
  • Perintah yang cukup sederhana
  • Berkaitan dengan input/output
  • Sudah terintegrasi port input/output
  • Pemrosesan bit selain byte
  • Memori internal relatif sedikit
  • Memiliki memori volatile, yaitu memori yang isinya akan hilang ketika catu dayanya dimatikan

Karakteristik Mikrokontroler

  • Murah
  • Konsumsi daya rendah
  • Rangkaiannya sederhana dan kompleks
  • Tahan terhadap kondisi lingkungan ekstrem
  • Ada program khusus yang disimpan di dalam memori
  • Unit input/output eksternal yang sederhana, contohnya LCD, LED, dan keypad.

Jenis Mikrokontroler

Pada dasarnya, mikrokontroler hanya ada dua jenis dan merupakan induk atau nenek moyang dari semua jenis mikrokontroler. Kedua jenis tersebut antara lain:

  1. RISC (Reduced Instruction Set Computer)
  2. Tipe mikrokontroler ini memiliki instruksi yang terbatas dan fasilitas yang lebih banyak. Contoh mikrokontroler yang berasal dari keluarga RISC yaitu AVR (Alv and Vegard’s RISC Processor), ARM (Acorn RISC Machine), dan PIC (Programmable Interface Controller).

    Mikrokontroler AVR terbagi lagi dalam 6 kelas, yaitu:
    • ATtiny
    • AT90Sxx
    • Atmega
    • AT90CAN
    • AT90PWM
    • AT86RFxx.

    Mikrokontroler ARM terbagi dalam 7 kelas, yakni :
    • ARM Cortex-M0
    • Versi ARM Cortex-M4F
    • ARM Cortex-M1
    • Versi ARM Cortex-M7F
    • ARM Cortex-M3
    • Versi ARM Cortex-M33F
    • ARM Cortex-M23

    Mikrokontroler PIC juga terbagi dalam 11 kelas, yaitu:
    • PIC-10
    • PIC32MX
    • PIC-12
    • PIC32MZ
    • PIC-16
    • PIC32MM
    • PIC-17
    • PIC32MK
    • PIC-18
    • PIC-24
    • dsPIC

  3. CISC (Complex Instruction Set Computer)
  4. Tipe mikrokontroler yang satu ini berbalikan dengan RISC. Instruksinya lengkap namun fasilitasnya sedikit. Contohnya seperti MCS51.

    Mikrokontroler MCS51 terbagi dalam 7 kelas, antara lain:
    • AT89C1051
    • AT89C2051
    • AT89C4051
    • AT89C51
    • AT89C52
    • AT89C53
    • AT89C55

Contoh Mikrokontroler dalam Kehidupan Sehari-hari

Bila sebelumnya kita membahas tentang contoh chip mikrokontroler, maka kali ini yang akan dibahas adalah board mikrokontroler yang siap pakai. berikut contoh-contoh board mikrokontroler siap pakai:

  1. Arduino
  2. Arduino adalah salah satu papan mikrokontroler paling populer di dunia. Berbekalkan chip mikrokontroler dari keluarga AVR, Arduino menjadi pilihan terbaik bagi para pemula yang ingin belajar elektronika.

    Tak hanya itu, Arduino juga digunakan hampir semua kalangan. Mulai dari anak-anak sampai orang dewasa sekalipun.  Bahkan para hobbyst dan profesional pun menggunakan Arduino untuk membuat prototipe suatu sistem.

    Untuk memprogram Arduino pun mudah, yaitu melalui software Arduino IDE yang didalamnya menggunakan bahasa C yang disederhanakan dan dilengkapi library.

  3. Raspberry Pi
  4. Raspberry Pi termasuk papan mikrokontroler yang cukup populer dan menggunakan chip mikrokontroler ARM Cortex versi terbaru.

    Untuk memprogram Raspberry Pi, kamu harus menggunakan Linux Debian khusus yang disebut Raspbian.

    Adapun untuk bahasa pemrogramannya, bisa menggunakan Node.js, LAMP, Python, Java, dan sebagainya. Sangat berbeda dengan Arduino yang hanya menggunakan satu bahasa pemrograman.

    Karena cara penggunaannya sedikit lebih sulit dibandingkan Arduino, maka Raspberry Pi kurang direkomendasikan untuk pemula.

    Untuk itu, kebanyakan pengguna Raspberry Pi adalah mereka yang memang ahli dalam elektronika dan bahasa pemrograman.

  5. Intel Edison
  6. Intel Edison adalah papan mikrokontroler dual core 32-bit berkinerja tinggi yang menggunakan mikrokontroler single core dan mendukung pengumpulan data yang kompleks.

    Untuk pemrogramannya, Intel Edison mendukung Yocto Linux, Python, Node.js, dan Wolfram. Intel Edison adalah salah satu papan yang telah disertifikasi oleh Microsoft, AWS, dan IBM untuk konektivitas cloud.

  7. Adafruit Flora
  8. Adafruit Flora adalah mikrokontroler berbentuk bundar yang dapat dijahit dan kompatibel dengan Arduino Uno.

    Pada dasarnya, mikrokontroler jenis ini memang dirancang khusus untuk membuat pakaian yang di dalamnya ada sistem elektronik.

    Ketika membeli Adafruit Flora, maka biasanya kamu akan mendapat bonus kelengkapannya berupa:
    • Benang
    • Sensor
    • Modul GPS
    • Stainles steel LED NeoPixels

Contoh Penerapan Mikrokontroler

Beberapa barang yang menggunakan mikrokontroler di dalamnya antara lain:
  • Mesin Cuci
  • Microwave
  • Magic com
  • Lampu lalu lintas
  • Alat pengendali suhu air
  • Sistem pemantau cuaca dengan balon udara
  • Jam digital
  • Smartphone
  • Alat pengaman dengan sidik jari
  • Alat monitoring suhu, debit air, dan sejenisnya
  • Sistem Keamanan dengan sensor PIR
  • Keran air otomatis
  • Mesin Pencuci beras otomatis
  • Jam digital running text masjid
  • Alat pemberi pakan ikan otomatis
  • Absensi fingerprint sekolah
  • Pengendali alat rumah tangga dengan SMS
  • Alat pendeteksi kebocoran gas
  • Pintu air otomatis

Keunggulan Peralatan Berbasis Mikrokontroler

Keunggulan yang paling menonjol dari peralatan yang menggunakan mikrokontroler adalah bekerja secara otomatis.

Artinya, semua peralatan berbasis mikrokontroler dapat bekerja tanpa harus selalu dikontrol. Ini jelas sangat bermanfaat untuk memudahkan pekerjaan manusia.

Umumnya peralatan yang menggunakan mikrokontroler berupa sistem kontrol, sistem monitoring, maupun sistem otomatisasi.

Kelebihan Mikrokontroler

  • Berukuran kecil
  • Mudah dalam mengubah fungsi dan alur logikanya
  • Sistem rangkaian yang dibangun lebih efisien
  • Mudah dalam pencarian kerusakan
  • Sistem dapat berjalan tanpa bergantung terus-menerus pada komputer
  • Harga yang tergolong murah
  • Menggunakan bahasa pemrograman assembly sehingga operasi sistem jadi ringan dan cepat.
  • Tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan Input/output yang telah disesuaikan dengan kebutuhan sistem.

Kekurangan Mikrokontroler

  • Hanya dapat menjalankan satu perintah saja dalam satu waktu.
  • Tak efisien dari segi waktu eksekusi program.
  • Kebanyakan hanya digunakan pada peralatan-peralatan mikro.
  • Tak dapat dihubungkan secara langsung pada perangkat berdaya tinggi.

Perbedaan Mikrokontroler dan Mikroprosesor

Bila sebelumnya kita hanya membahas mikrokontroler saja, maka kali ini kita akan coba membandingkan perbedaan mikrokontroler dan mikroprosesor.

Mulai dari apa pengertian mikrokontroler dan mikroprosesor dan beberapa hal lainnya.

Intinya, semua perbedaan yang ada pada mikrokontroler dan mikroprosesor akan disajikan dalam tabel berikut ini.

Aspek Mikrokontroler Mikroprosesor
Pengertian Komputer chip tunggal yang didalamnya sudah ada prosesor, memori, dan peripheral tambahan. Alat yang bekerja sebagai pusat pengendali dan pengolahan data pada sistem komputer mikro yang hanya terdiri atas prosesor dan beberapa IC pendukung.
Kelengkapan CPU, memori, input/output, dan kelengkapan pendukung. CPU dan beberapa IC pendukung.
Fungsi Mengontrol kerja sistem. Memproses data.
Bagian Utama Prosesor, memori, input/output, dan timer/counter. ALU (Arithmetic Logic Unit), CU (Control Unit), dan register.
Contoh Arduino, Raspbery Pi, Intel Edison, dan Adafruit Flora. Intel Pentium, Intel Core, I3, I5, I7, dan Amd A7.
Penempatan Perangkat untuk tugas khusus. Misalnya di kamera, mesin cuci, dan sejenisnya. Perangkat untuk tugas umum. Contohnya di komputer.
Kemampuan Olah Data Rendah Tinggi
Harga Murah Mahal
Arsitektur 8-bit, 16-bit, dan 32-bit. 32-bit dan 64-bit.
Upgradeable Tidak Ya
Penggunaan Daya Sedikit Banyak
Maintenance Tidak Ya

Penutup

Demikianlah penjelasan dari saya tentang mikrokontroler Arduino, semoga bisa berguna bagi teman-teman sekalian.

Andai kata ada yang kurang jelas atau ingin dikoreksi, tak usah sungkan untuk berkomentar di kolom yang telah disediakan di bawah postingan. Terima kasih.

Posting Komentar untuk "Mikrokontroler Arduino : Pengertian, Struktur, dan Contohnya"