Pengenalan Mikrokontroler

Walaupun computer telah bersama kita hanya dalam beberapa dekade terakhir, tapi pengaruhnya sangat besar, menyaingi telepon, mobil, atau televisi. Kehadirannya dirasakan oleh kita semua, baik oleh programmer komputer bahkan penerima rekening bulanan yang dicetak dengan sebuah computer besar dan dikirimkan melalui pos. Pemikiran kita tentang komputer biasanya dikategorikan sebagai “prosesor data”, melaksanakan operasi numerik dengan kemampuan yang tidak terbatas.

Kita menghadapi komputer dengansuatu keturunan yang berbeda dalam suatu konteks yang lebih sulit dipisahkan yang melakukan tugas dengan cara yang tenang, efisien, dan sopan, kehadirannyasering tidak diperhatikan. Sebagai komponen pusat dalam banyak produk konsumsi dan industri, kita menemukan komputer pada supermarket di dalam cash register dan timbangan; di rumah pada oven, mesin cuci, jam alaram, thermostat; pada mainan, video, peralatan stereo, dan alat musik; di kantor pada mesin ketik dan mesin foto kopi; dan pada peralatan industri seperti bor tekan dan phototypesetter. Pada keadaan ini, komputer melaksanakan fungsi ‘kontrol’ dengan mengantarmukakandengan “dunia nyata’ dengan menyalakan dan mematikan piranti dan kondisi monitor. Mikrokontroller (berlawanan dengan mikrokomputer atau mikroprosesor) dapat ditemukan pada aplikasi-aplikasi tersebut.

Sulit untuk membayangkan bagaimana peralatan elektronik dan mainan masa kini tanpa penggunaan mikroprosessor. Walaupun keajaiban single-chip ini belum mencapai usianya yang ke-20 hingga saat ini. Pada 1971 Intel Corporation mengenalkan 8080, mikroprosessor pertama yang sukses. Tidak lama setelah itu, Motorola, RCA, dan kemudian MOS Technology, dan Zilog memperkenalkan komponen yang sama : 6800, 1801, 6502, dan Z80. Bila berdiri sendiri, integrated circuit (IC) ini tidak dapat berfungsi, tetapi bila sebagai bagian dari komputer single-board (SBC), mereka menjadi komponen pusat dalam produk berguna untuk pembelajaran dan desain menggunakan mikroprosessor. SBC ini, dikenal D2 dari Motorola, KI

M-1 dari MOS Technology, dan SDK-85 dari Intel adalah yang paling mudah diingat, cepat menemukan jalannya dalam lab disain pada kampus-kampus, universitas-universitas, dan perusahaan-perusahaan elektronika.

Sebuah piranti yang mirip dengan mikroprosessor adalah mikrokontroller. Pada 1976 Intel memperkenalkan 8748, piranti pertama pada keluarga mikrokontroller MCS-48™. Dengan IC tunggal yang berisi lebih dari 17000 transistor, 8748 mengantarkan sebuah CPU, 1Kb EPROm, 64byte RAM, 27 pin I/O, dan timer 8-bit. IC ini, dan MCS-48™ lainnya yang mengikutinya, kemudian menjadi standar industri pada aplikasi yang berorientasi control. Penggantian komponen elektromekanikal dalam produk sepertimesin cuci dan controller lampu lalu lintas adalah aplikasi yang populer. Produk lainnya dimana mikrokontroller dapat ditemukan adalah pada mobil, peralatan industrial, produk hiburan, dan peralatan komputer. (Pemilik IBM PC hanya perlu melihat kedalam keyboard untuk melihat contoh sebuah mikrokontroller dalam sebuah disain minimum-komponen.

Daya, ukuran, dan kompleksitas mikrokontroller meningkat pada 1980 ketika Intel memperkenalkan 8051, piranti pertama dari keluarga mikrokontroller MCS-51™. Dalam perbandingannya dengan 8048, piranti ini berisi lebih dari 60000 transistor, 4Kb ROM, 128 Byte RAM, 32 jalur I/O, sebuah port serial, dan dua timer 16-bit – sebuah jumlah yang menakjubkan untuk rangkaian sebuah IC (lihat Gambar 1-1). Anggota baru telah ditambahkan pada keluarga MCS-51™, dan variasi yang ada sampai hari ini melipatgandakan spesifikasi ini. Siemens Corporation, sumber kedua untuk komponen MCS-51™, menawarkan SAB80515, seabuh 8051 tingkat tinggi dengan paket 68-pin dengan enam buah 8-bit port I/O, 13 sumber interrupt, dan sebuah konverter A/D 8-bit dengan 8 kanal input. Keluarga 8051 telah diketahui sebagai mikrokontroller 8-bit terkuat dan paling berguna, posisinya sebagai pemimpin mikrokontroller tidak tergoyahkan untuk tahun-tahun ke depan.

TERMINOLOGI

Untuk memulai, sebuah komputer didefinisikan oleh dua karakteristik kunci :

(1) kemampuan untuk deprogram untuk mengoprasikan data tanpa intervensi manusia, dan

(2) kemampuan untuk menyimpan dan mengeluarkan data.

Umumnya, sebuah sistem komputer juga termasuk piranti peripheral untuk komunikasi dengan manusia, seperti program yang memproses data. Peralatan adalah perangkat keras, dan program adalah perangkat lunak. Lihat Gambar 1-2 sebagai acuan perangkat keras.

Kealpaan detil dalam gambar ini adalah disengaja, merupakan perwakilan dari semua ukuran komputer. Seperti yang ditunjukkan, sebuah komputer sistem berisi sebuah central processing unit (CPU) yang dikoneksikan ke random access memory (RAM) dan read-only memory (ROM) melalui bus-bus alamat, bus data, dan bus control. Sirkit antarmuka mengkoneksi bus sistem menuju piranti peralatan.

CENTRAL PROCESSING UNIT

CPU, sebagai “otak” dari sistem komputer, mengatur semua aktivitas di dalam sistem dan melaksanakan semua operasi dalam data. Kebanyakan hal ‘mistik’ CPU tidak di jelaskan, karena hanya merupakan koleksi dari sirkit logika yang berkesinambungan melaksanakan dua operasi: menangkap instruksi dan mengeksekusi instruksi. CPU mempunyai kemampuan untuk mengerti dan mengeksekusi operasi yang didasarkan oleh set kode biner, yang setiapnya mewakili sebuah operasi yang mudah. Instruksi ini biasanya merupakan operasi aritmatika (penjumlahan, pengurangan, pengalian, dan pembagian), logika (AND, OR, NOT, dll), pergerakan data, atau operasi pencabangan, dan diwakilkan oleh set kode biner yang disebut set instruksi.

Gambar 1-3 adalah gambaran mudah isi dari CPU. Gambar itu menunjukkan set dari register untuk penyimpanan informasi sementara, sebuah unit aritmatika dan logika (ALU =aritmathic and logic unit) untuk melaksanakan operasi dalam informasi ini, sebuah instrukci decode dan unit kontrol yang menentukan operasi untuk dilaksanakan dan mengeset dalam pergerakan aksi yang diperlukan untuk melaksanakannya, dan dua register tambahan. Instruksi Register (IR) menyimpan kode biner untuk setiap instruksi ketika dieksekusi, dan pencacah program (PC = program counter) menyimpan alamat memori dari instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

Penangkapan instruksi dari RAM sistem adalah salah satu operasi dasar dan penting yang dilaksanakan oleh CPU. Hal ini melibatkan langkah-langkah berikut:

(a) isi dari pencacah program ditempatkan pada bus alamat,

(b) sebuah sinyal kontrol READ diaktifkan,

(c) data (opcode instruksi) dibaca dari RAM dan ditempatkan pada bus data,

(d) opkode di-latch pada instruksi register internal CPU, dan

(e) pencacah program ditambah untuk mempersiapkan tangkapan berikutnya dari memori.

Tingkat eksekusi melibatkan decoding (atau menerjemahkan) opcode dan menghasilkan sinyal kontrol ke register gerbang internal kedalam dan keluar dari LAU dan untuk memberi sinyal ALU untuk melaksanakan operasi tertentu. Kerana adanya variasi yang luas dari operasi yang memungkinkan, penjelasan ini hanya dalam cakupan tertentu. Hal ini diaplikasikan ke sebuah operasi mudah seperti “increment register” (“penambahan register”). Semakin rumit instruksi, lebih banyak langkah-langkah diperlukan, seperti pembacaan byte kedua dan ketiga sebagai data untuk operasi.

Sebuah seri instruksi dikombinasikan untuk melaksanakan tugas yang berarti disebut program, atau perangkat lunak, dan disinilah mistik sebenarnya. Derajat dari tugas yang efisien dan dibawa dengan benar ditetapkan oleh sebagian besar dari kualitas perangkat lunak, tidak oleh kecanggihan CPU. Program mengendalikan CPU, dengan melakukan itu, berarti dapat melakukan kesalahan, mengimitasi kelemahan pembuatnya. Frase seperti “Komputer melakukan kesalahan” disalah artikan. Walaupun kegagalan peralatan tidak dapat dihindari, kesalahan biasanya merupakan tanda dari program yang buruk atau kesalahan operator.