KATA
PENGANTAR
Dengan
mengucapkan puji syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah melimpahkan
segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga saya dapat mengerjakan makalah “Perkembangan
MIkrokontroller” ini dengan baik dan lancar. Pembuatan makalah ini di susun
berdasarkan berbagai sumber bacaan sebagai referensi yang di peroleh dari
Internet .saya berharap makalah ini dapat memberikan motivasi kepada para
mahasiswa-mahasiswi STIMIK CATUR SAKTI untuk lebih giat mempelajari
hakekat yang terkandung dalam Perkembangan Mikrokontroller ini.
Saya
juga meminta maaf yang sebesar-besarnya apabila ada kekurangan, kesalahan
bahkan kata-kata yang tidak berkenan di hati dan disisi lain saya sangat
mengharapkan ada masukan baik kritik maupun saran dari saudara. Sehingga
penyusun dapat memperbaiki apa yang jadi kekurangan saya..
Akhir
kata saya mengharapkan makalah ini banyak manfaatnya bagi kami sendiri
khususnya maupun semua pihak pada umumnya.
Daftar Isi
KATA PENGANTAR
DAFTAR
ISI
BAB I PENDAHULUAN
1.
Latar Belakang
2.
Tujuan
BaB II PEMBAHASAN
2.2.
Perkembangan Mikrokontroller
2.2.1.
Dasar2 uP
2.2.1.1
Data &
Address Bus
2.2.1.2
Memory Access
2.2.1.3
Memory MAP
2.2.1.4
16Bit Address
2.2.1.5
Decoder IC
2.2.2
Konfigurasi
2.2.3
Memori/IO
KESIMPULAN
PENUTUP
BAB I PENDAHULUAN
1. Latar belakang
Peranan elektronika disegala bidang menjadi semakin
besar diabad ini. Bermula dari penerapan rangkaian elektronika analog, kemudian
digital dan kini hampir semua peralatan menggunakan sistem mikroprosesor ,
misalnya; perangkat yang dekat dengan kita, seperti handphone, televisi, ,
mesin cuci sampai ke instrumen ruang angkasa.
Begitu Banyak jenis mikroprosesor yang telah dibuat
dengan kemampuan dan fungsi yang berbeda, tetapi secara prinsip cara kerjanya
sama. Perangkat keras dibuat menjadi semakin canggih, jutaan transistor
dijejalkan didalamnya, miniatur dimensi semakin ditingkatkan dengan kemampuan
mengolah program yang lebih komplek sehingga memungkinkan kita untuk mengaplikasi
di segala bidang.
Perkembangan perangkat lunak juga berkembang tak
terbatas dan seakan-seakan hanya dibatasi oleh kemampuan imajinasi manusia
saja. Oleh karena itu saya membuat makalah ini yang berjudul “PERKEMBANGAN MIKROKONTROLLER”
1. Tujuan
ü Dengan
makalah ini, KITA dapat meningkatkan pemahaman tentang teori perkembangan
mikrokontroller
ü Kita
dapat mengetahui dasar-dasar UP, Konfigurasi,Memori/IO
mikrokontroller
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Dunia Mikroprosesor dan Mikrokontroler
1. Mikroprosesor
Peranan elektronika disegala bidang
menjadi semakin besar diabad ke dua satu ini. Bermula dari penerapan rangkaian
elektronika analog, kemudian digital dan kini hampir semua peralatan
menggunakan sistem mikroprosesor , misalnya; perangkat yang dekat dengan kita,
seperti handphone, televisi, radiocassete, mesin cuci sampai ke instrumen ruang
angkasa.
Banyak jenis mikroprosesor telah
dibuat dengan kemampuan dan fungsi yang berbeda, tetapi secara prinsip cara
kerjanya sama. Perangkat keras dibuat menjadi semakin canggih, jutaan
transistor dijejalkan didalamnya, miniaturisasi dimensi semakin ditingkatkan
dengan kemampuan mengolah program yang lebih komplek sehingga memungkinkan
untuk aplikasi di segala bidang. Perkembangan perangkat lunak juga berkembang
tak terbatas, seakan hanya dibatasi oleh kemampuan imajinasi manusia saja.
Pada mulanya mikroprosesor terdiri
dari beberapa komponen chip digital yang satu sama lainnya digabungkan dalam
suatu PCB dan dikoneksikan satu dengan yang lain sesuai dengan fungsi rangkaiannya.
Ide pertama membangun suatu mikroprosesor dalam suatu IC dikemukakan oleh Intel
Corporation pada tahun 1969. Tahun 1971 adalah tahun pertama kali mikroprosesor
dalam satu IC dipasarkan yaitu Intel 4004, mikroprosesor yang menggunakan
teknologi PMOS 4 bit, tahun 1976 Intel meluncurkan mikrokontroler pertama yang
disebut seri MCS-48 yang berisi lebih dari 17.000 transistor, hingga saat ini
seri ini masih digunakan untuk aplikasi khusus. Saat ini, tahun 2005, prosesor
canggih dari Intel adalah Pentium IV yang berisi jutaan transitor didalamnya
dan dengan kecepatan orde gigahertz, disamping itu banyak yang membuat
kompatibelnya, seperti prosesor AMD. Dunia mikrokontroler juga berkembang pesat
dengan hadirnya ratusan jenis mikrokontroler dan kompatibelnya, seperti turunan
dari MCS-51, 68HC11, PIC microcontroller, Fujitsu dan sebagainya.
Dalam perkembangannya, mikroprosesor
dibuat menurut kebutuhan aplikasinya yang lebih spesifik, dalam hal ini
menjadi beberapa jenis, yaitu;
·
Mikoprosesor RISC (Reduced Instruction Set of
Computing) dan CISC (Complex Instruction Set of Computing). Jenis
ini yang digunakan untuk pengolahan informasi dengan software yang rumit dan
digunakan untuk kebanyakan PC saat ini.
·
Pengolah Sinyal Digital – DSP (Digital Signal
Processor). Memiliki software dan hardware yang ditujukan untuk mempermudah
memproses sinyal-sinyal digital. Digunakan pada perangkat audio – video modern
seperti VCD, DVD, home teatre dan juga pada card-card multimedia di komputer.
·
Mikrokontroler, adalah mikroprosesor yang dikhususkan
untuk instrumentasi dan kendali. Contoh aplikasi pada kendali motor, berperan
seperti PLC (Programmable Logic Controller), pengaturan pengapian dan
injeksi bahan bakar pada kendaraan bermotor atau alat mengukur suatu besaran,
seprti suhu, tekanan, kelembaban dan lain-lain.
I2. Isi dari sebuah IC
Dalam perkembangannya yang begitu
cepat, batasan-batasan tersebut menjadi kabur, seperti definisi mini, mikro dan
mainframe komputer beberapa saat lalu. Beberapa mikrokontroler disebut embedded
processor, atau embedded processor adalah mikrokontroler, artinya
prosesor yang diberikan program khusus yang selanjutnya diaplikasikan untuk
akusisi data dan kendali khusus, dan bisa diprogram ulang. Sementara itu
prosesor ‘kuno’ Intel 486 juga telah digunakan untuk kendali instrumentasi dalam
bentuk kemasan motherboard yang tahan terhadap lingkungan industri dan
diprogram khusus untuk aplikasi kendali industri. Aplikasi DCS (Distributed
Control System) yang digunakan di industri besar, juga menggunakan prosesor
canggih untuk instrumentasinya., bahkan monitor dan kendali bisa dilakukan
lewat internet. Beberapa mikrokontroller modern juga sudah dilengkapi dengan
DSP atau mikrokontroller yang tergolong RISC.
Mempelajari mikroprosesor semacam
pentium atau seri 80XXX sangat sulit, terutama bagi yang baru mempelajari
mikroprosesor, karena begitu banyak fungsi dan bagian-bagian yang cukup rumit,
belum lagi perkembangannya yang begitu cepat, sehingga sebelum selesai belajar
produk lama, produk baru sudah muncul dengan konfigurasi yang berbeda, meskipun
demikian pengetahuan dasar mikroprosesor dapat dimengerti dengan mudah dan
dapat diterapkan untuk aplikasi sederhana.
Mikroprosesor adalah piranti keras
yang tidak akan bisa bekerja kalau tidak ada perangkat lunak. Inilah yang
membedakan mikroprosesor dengan rangkaian digital diskrit. Kemampuannya untuk
diprogram, dan diprogram ulang adalah suatu kelebihan didalam sistem
mikroprosesor. Contohnya dalam suatu sistem pengendali lampu lalu lintas dengan
rangkaian diskrit perlu menambahkan atau merubah rangkaian bila diperlukan
perubahan sistem, tetapi dengan sistem mikroprosesor, bisa dilakukan dengan
hanya merubah program. Perhatikan juga bahwa PC saat ini bisa multi fungsi
dengan hanya mengganti programnya saja.
Hampir semua fungsi rangkaian
digital dapat diambil alih oleh suatu sistem mikroprosesor atau mikrokontroler,
tetapi tidak perlu semua rangkaian digital harus dengan sistem mikroprosesor.
Rangkaian yang sederhana cukup direalisasikan dengan komponen diskrit akan
lebih menghemat dana, waktu dan justru bisa lebih handal. Disamping itu untuk
rangkaian digital yang memerlukan kecepatan sangat tinggi, masih diperlukan
rangkaian digital diskrit, sebagai contoh sederhana suatu fungsi AND gate dapat
diemulasikan dengan suatu mikroprosesor dengan program tertentu, fungsi AND
dengan AND gate dieksekusi dalam orde nanodetik, sedangkan dengan mikroprosesor
memerlukan waktu dalam orde mikro atau milli detik. Meskipun demikian dengan
makin majunya teknologi, kendala kecepatan tersebut menjadi hilang, sebagai
contoh rangkaian dekoder MPEG, tadinya memerlukan card khusus dalam suatu PC
(hardware), kini dapat dilakukan dengan hanya mengisntall program saja asalkan
komputernya memiliki kecepatan tinggi.
Secara umum suatu sistem
mikroprosesor akan memiliki kelebihan dibanding sistem diskrit atau dengan
digital IC sebagai berikut;
·
Reprogrammable, artinya dapat diprogram ulang untuk
mendapatkan fungsi yang berbeda
·
Rangkaian lebih terintegrasi, lebih kompak, sederhana
dan tidak rumit, memudahkan membuat PCB.
·
Fleksibel dalam pengembangannya
Selain itu perlu diperhatikan
kekurangannya sebagai berikut;
·
Banyak jenis mikroprosesor dengan bahasa yang berbeda,
yang mana satu sama lain kadang tidak kompatibel, sehingga menyulitkan pemakai
dalam pengembangannya.
·
Kerusakan software berakibat sistem macet dan tidak
dapat diperbaiki jika tidak diketahui kode-kodenya.
·
Ketergantungan pada pembuat software
·
Sistem mikroprosesor lebih sensitif terhadap ganguan
derau dari luar.
·
Kecepatan relatif rendah.
·
Cepat usang (obsolete)
33. Mikrokontroler
Sebagaimana dijelaskan diatas, mikrokontroler adalah
pengembangan dari mikroprosesor untuk keperluan instrumentasi ‘sederhana’,
misalnya untuk pengaturan motor, pengaturan permukaan cairan, pengukuran suhu,
pH, konduktifitas, aplikasi PLC sederhana dan semacamnya. Mikrokontroler adalah
suatu chip yang dibuat dengan ciri-ciri kekhasannya, biasanya adalah ;
·
Memiliki memory internal relatif sedikit.
·
Memiliki unit I/O langsung
·
Pemroses bit, selain byte
·
Memiliki perintah / program yang langsung berhubungan
dengan I/O
·
Program relatif sederhana.
·
Beberapa varian memiliki memori yang tidak hilang bila
catu padam didalamnya untuk menyimpan program
Sedangkan dalam hal aplikasi, sistem
mikokontroler memiliki karakteristik sebagai berikut;
·
Memiliki program khusus yang disimpan dalam memori
untuk aplikasi tertentu, tidak seperti PC yang multifungsi karena mudahnya
memasukan program. Program mikrokontroler relatif lebih kecil daripada
program-program pada PC.
·
Konsumsi daya kecil.
·
Rangkaian sederhana dan kompak
·
Murah, karena komponen sedikit
·
Unit I/O yang sederhana, misalnya keypad, LCD, LED,
Latch.Lebih tahan terhadap kondisi lingkungan ekstrem misalnya temperatur,
tekanan, kelembaban dan sebagainya.
Untuk mempelajari mikrokontroler
perlu praktek, atau minimal dengan suatu simulatornya, tanpa praktek tidak akan
didapat apa-apa. Untuk mempelajari suatu mikrokontroler atau ingin
mengaplikasikan mikrokontroler untuk kendali atau kontrol harus diperhatikan
hal-hal sebagai berikut;
·
Layaklah digunakan suatu sistem mikrokontroler ?. Jika
rangkaian terlalu sederhana cobalah dengan rangkaian diskrit saja. Sebagai
contoh, jika ingin membuat flasher (lampu kedap-kedip), tidaklah perlu
dengan rangkaian mikrokontroler, tetapi jika durasi kedap-kedip diinginkan
sangat presisi dan mudah diubah, maka dengan mikrokontroler adalah solusi yang
baik.
·
Apakah mikrokontroler mudah didapat dipasaran ?.
Faktor keberadaan barang sangat mendukung untuk berekperimen.
·
Apakah harganya terjangkau ?. Berekperimen dengan
mikrokontroler kemungkinan membuat chip menjadi gampang rusak, jadi sebaiknya
gunakan yang harganya relatif murah. Kecuali bagi kalangan industri, dimana
harga tidak menjadi masalah.
·
Adakah tersedia perangkat pengembangannya ?. Belajar
mikrokontroler tidak hanya belajar hardware, tetapi juga software. Data
Hardware bisa didapat dari internet, sebab setiap pabrik pembuat chip
mikrokontroler, pasti memberikan data sheet di website nya, ini tidak menjadi
masalah. Daftar perintah software biasanya juga disediakan di website , tetapi
ini belum menjamin bisa membuat program, karena diperlukan latihan dan
pengalaman untuk menyusun perintah-perintah menjadi suatu program yang berhasil
guna.
·
Adakah, atau seberapa banyak kah forum-forum atau
situs di internet yang membahas atau mendiskusikan tentang mikrokontroler
tersebut ?. Tukar menukar pengalaman, berdiskusi, bertanya melalui forum di
internet adalah sarana efektif saat ini untuk mempercepat mempelajari
mikrokontroler.
4. Perangkat pengembang
Perangkat pengembangan suatu sistem
mikrokontroler adalah sangat penting untuk melatih dan berekperimen dengan
mikrokontroler yang dipilih, adapun yang disebut perangkat pengembangan atau
dalam bahasa Inggris disebut development tools, bisa terdiri dari;
·
Compiler atau penterjemah (Software).
Mikrokontroler bekerja dalam bahasa mesin, sedangkan manusia sulit untuk
mengerti bahasa mesin, untuk mudahnya dibuat program dengan bahasa yang lebih
tinggi tingkatnya, yaitu C, BASIC, atau ASSEMBLER, selanjutnya dengan bantuan
Compiler, program akan diterjemahkan dalam bahasa mesin, tentu saja butuh PC (Personal
Computer)
·
Simulator (Software), adalah program
komputer yang mensimulasikan kerja dari mikrokontroler. Dengan memasukan
program dan dijalankan, maka register, memori dan input-output (I/O) yang
nampak dilayar PC akan menunjukan isi, sesuai dengan program yang dijalankan.
·
Emulator (Software dan Hardware),
suatu alat yang berhubungan dengan PC yang dapat mengemulasikan kerja
mikrokontroler, artinya program-program dibuat dan di compile di PC setelah
itu di download ke emulator (istilahnya target), dan emulator akan
bekerja secara sendiri (stand alone), hubungan dengan PC bisa dilepas.
Jika ada kesalahkan program, maka cukup melakukan koreksi di PC, dan didownload
ulang. Dengan demikian menghemat waktu reprogramming.
·
In Circuit Emulator (ICE), adalah pengembangan dari
emulator, hubungan dengan PC tetap ada, karena PC dianggap sebagai chip
mikrokontroler bayangan, artinya bila kita membuat suatu rangkaian yang
menggunakan suatu chip mikrokontroler sebagai komponen utamanya, chip tersebut
dapat kita cabut dari soketnya, dan digantikan oleh konektor berbentuk chip
yang terhubung kabel-kabel ke PC (emulator card), sekarang PC menggantikan chip
tersebut. Selama program dijalankan, isi register-register dalam mikrokontroler
ditampilkan dilayar, program juga dapat diperlambat, sehingga mempermudah
penyelusuran kesalahan (bug).
·
Programmer, adalah alat yang digunakan untuk
mengisi program dalam suatu mikrokontroler, biasanya alat ini menggunakan PC
sebagai terminal pintarnya, selanjutnya melalui serial port, paralel port, USB
atau card khusus antarmuka ke programmer, kode-kode mesin dimasukkan dalam
memory ROM, EPROM yang berada diluar MCU atau Flash memory yang jadi satu
kemasan dengan MCU.
4. perangkat pengembang
Dari perangkat-perangkat tersebut,
compiler merupakan software yang mutlak diperlukan, apabila tidak ingin
dipusingkan dengan bahasa mesin. Sedangkan programmer (downloader) adalah
hardware dan software/firmware yang mutlak diperlukan untuk dapat men’download’
kode-kode perintah ke mikrokontroler. Compiler, simulator mudah didapat disitus
internet sesuai dengan jenis produknya. Cara membuat programmer juga banyak
tersedia di situs internet, tetapi ini diperlukan pengetahuan elektronika
praktis. Emulator harus membuat hardware dan juga diisi software yang bisa
didapatkan dari internet. ICE agak susah membuatnya, beberapa perusahaan
membuat dan menjual dengan harga yang cukup mahal.
Jadi dapat disimpulkan bahwa suatu
mikrokontrontroler adalah suatu chip (rangkaian terintegrasi – IC) VLSI (Very
Large Scale IC) mikroprosesor yang dikhususkan untuk instrumentasi dan
kendali dan bersifat reprogrammable. Mikrokontroler memiliki unit memory
sendiri (meskipun sangat terbatas), unit I/O (Input/Output) yang bisa
dikoneksikan langsung dengan sensor atau aktuator. Program disimpan dalam
memori yang tidak hilang bila catu daya padam, biasanya dalam bentuk ROM, PROM
atau EPROM diluar mikrokontroler, atau beberapa seri atau varian memiliki ROM
didalam mikrokontroler itu sendiri. Cara mengisi program dengan suatu alat
pemrogram, yang biasanya berhubungan dengan PC. Untuk mempelajari dan
mengaplikasikan mikrokontroler diperlukan perangkat pengembang, literatur dan
forum-forum diskusi.
2.2 Perkembangan
Mikrokontroller
intel 4004
intel 8048
Intel 4004 adalah mikropprosesor
pertama yang dibuat tahun 1971, sedangkan Intel 8048 adalah single chip
microprosesor yang pertama, dilempar kepasaran ditahun 1976 dan ini yang
merupakan cikal bakal dari mikrokontroler. Keluarga dari 8048 adalah 8021,
8022, 8048, 8049 yang hingga saat ini masih digunakan pada alat-alat kedokteran
modern dan digunakan pada keyboard IBM PC untuk scanning tombol-tombolnya..
Versi 8748 memiliki EPROM 1 Kbyte untuk menyimpan programnya. Keluarga
mikrokontroler pertama ini dikenal dengan nama MCS-48.
Generasi kedua mikrokontroler 8 bit
adalah keluarga mikrokontroler 8051 di tahun 1980, dengan nama MCS-51 dan
diklaim sebagai standart mikrokontroler untuk industri yang menguasai lebih
dari 60% pasar mikrokontroler dan menjadi inti bagi terciptanya mikrokontroler
produk lainnya. Generasi ketiga adalah mikrokontroler 16 bit, seri MCS-96 yang
dapat melakukan operasi 16 bit serta penambahan kemampuan dan kecepatan proses
yang ditingkatkan. Kini jutaan chip telah digunakan diseluruh dunia untuk
pengendalian proses-proses dan instrumentasi.
Seri MCS-51 sederhana, murah dan mudah didapat
dipasaran, cukup untuk aplikasi sederhana bagi para pecinta elektronik maupun
aplikasi di industri. Chip ini kemudian dikembangkan menjadi beberapa seri
dengan berbagai kemampuan (fitur), seperti pada 8031, 80C31, 8051AH dan 8751.Beberapa
perusahaan membuat varian nya yaitu suatu chip yang kompatibel dengan bahasa
dan fitur 8051 ditambah dengan kemampuan dan kemudahan khusus. Perusahaan
tersebut antara lain; AMD, Atmel, Dallas, Matra, OKI, Philips, Siemens, ISS.
Produk Philips memberikan tambahan adanya ADC dan generator PWM, sedangkan
Dallas mempercepat detak (clock) dan siklus mesin, Atmel membuat mikrokontroler
yang menggunakan memory Flash didalamnya dan harganya relatif murah, Atmel juga
membuat mikrokontroler kecil, 20 pin yaitu AT89C2051.
at89s205
.
Saat ini ada banyak mikrokontroler
didunia, tetapi di Indonesia yang banyak digunakan untuk ekperimental
(diantaranya digunakan untuk lomba robot) adalah produk Atmel Seri MCS51
seperti AT89S51, AT89S2051, seri AVR seperti ATMega8, ATMega16, AT902313,
AT8535 dan seterusnya. Pilih mana?, ini harus melihat kebutuhan. Misalnya
digunakan untuk pengajaran - sekolah, maka lebih baik diberikan seri MCS51
saja, sebab dapat berlaku seperti mikroprosesor atau mikrokontroler serta masih
mengandung filosopi dasar mikroprosesor, sedangkan seri AVR dengan banyak
kemudahannya bisa dipilih untuk aplikasi - cepat. Untuk harga yang paling murah
dan mudah didapat, saat ini adalah AT89S2051, sekitar 15rb/buah, jumlah pin 20,
mudah memprogramnya, sangat cocok untuk pemula.
2.2.1 Dasar up
2.2.1.1 Data & Address Bus
Untuk menyingkat kata mikroprosesor
digunakan istilah uP, meminjam bahasa asingnya yaitu singkatan Microprocessor,
itu sebenarnya mu (µ) - micro, bukan (u), tetapi untuk gampang
nulisnya, daripada harus insert ‘custom character’, sedangkan untuk mikrokontroler
digunakan istilah uC (Microcontroller). Ada beberapa buku yang
menggunakan istilah MPU (Microprocessor Unit) dan MCU untuk mikrokontroler.
Suatu uP dan uC pada dasarnya cara
kerjanya sama, untuk memahaminya secara umum akan dibahas tentang dasar-dasar
tentang uP terlebih dahulu. Suatu proses pengolahan data adalah hal yang umum
dijumpai pada proses-proses yang menggunakan komputer, juga berlaku untuk suatu
sistem uP, karena uP merupakan otak dari Personal Komputer (PC).
Parameter input, misalnya suatu data temperatur yang
dibaca oleh uP, kemudian diolah dengan suatu kriteria tertentu, misalnya , jika
temperatur diatas 100o C, maka sebagai output adanya pengaktifan
alarm, jika kurang dari 100o C, alarm dimatikan dan seterusnya.Suatu
uP mempunyai m input dan k output, data pada saluran input dan output berupa
logika 1 atau 0 yang disebut sebagai bit, selanjutnya m dan k adalah sejumlah /
sekelompok bit yang biasa disebut sebagai bus.
Suatu proses memerlukan program yang merupakan
serentetan set instruksi yang memerintahkan uP mengambil data, mengolah dan
mengeluarkan hasilnya melalui saluran output. Pada kebanyakan uP memiliki m=k
dan saluran input juga merupakan saluran output, atau dikatakan bus data adalah
dua arah (bidirectional) . Jumlah saluran input/output pada
awalnya 4 bit (disebut nibble), kemudian dikembangkan menjadi 8 (byte),
16 (word), 32, 64 bit, dan mungkin masih terus dikembangkan lebih
lanjut. Satu informasi diwakili oleh satu kombinasi bit-bit yang membentuk
suatu nibble, byte atau word tersebut, misalnya warna hijau diwakili 0000,
merah 0001 dan seterusnya, jika hanya 4 bit, maka hanya bisa membawa informasi
warna sebanyak 16 saja, karena kombinasinya maksimum sejumlah 16. Secara umum
jika dimiliki m buah saluran data, berarti informasi yang dapat diolah jenisnya
terdapat 2m . Perlu diketahui bahwa makin besar jumlah bit berarti
makin banyak informasi yang bisa diolah, memudahkan dan mempercepat proses
(terutama aritmatika), tetapi juga perlu diingat, makin besar jumlah bit dalam
bus data berarti semakin banyak pin (kaki) IC yang diperlukan dan relatif lebih
rumit.
uP mengambil dan mengirimkan data
dari dan ke suatu memori, lokasi memori dapat didalam suatu uP itu sendiri atau
diluar. Perhatikan bahwa PC saat ini memerlukan memori yang sangat besar dengan
orde megabyte, memori tersebut ada diluar uP. Untuk suatu uP, juga kadang
memerlukan memori luar jika program atau data yang akan diolah cukup besar,
artinya memori didalam suatu uP biasanya terbatas. uP harus dapat mengakses,
artinya mencapainya untuk keperluan pembacaan atau penulisan data, oleh karena
itu diperlukan alamat atau address dari memori tersebut. Setiap lokasi memori
harus memiliki alamat yang unik, artinya tidak boleh sama dengan lokasi
lainnya. Untuk keperluan pengaksesan tersebut, suatu uP memiliki bus alamat
yang terdiri dari beberapa jalur, makin banyak jalurnya berarti makin banyak
juga lokasi memori yang dapat diakses, jika terdapat a buah jalur alamat,
berarti uP tersebut dapat mengakses 2a lokasi alamat, contohnya untuk
16 bit address line, sistem dapat mengakses 216 = 65536
lokasi memori, dari lokasi 0 hingga 65535, atau dari 0000 hingga FFFF dalam
sistem bilangan Hexadesimal. Untuk ukuran 1 Kilo dalam sistem digital = 1024,
sehingga untuk lokasi sebanyak 65536 tersebut disebut juga 64K.Karena yang
memberi informasi alamat ini adalah uP, maka arah jalur bukan bidirectional
melainkan satu arah, yaitu keluar dari uP.
2.2.1.2 Memory Access
Access artinya membaca atau menulis,
memory dalam pengertian memory chip (penyimpan data) atau IO - Input Output,
chip yang merupakan gerbang keluar sistem uP, tetapi sebelum diuraikan mengenai
sistem pembacaan dan penulisan dari/ke memori perlu dijelaskan lebih dahulu
bangaimana sinyal-sinyal data dan alamat berlalu didalam bus. Jika dalam sistem
digital dasar dikenal adanya status dari data, yang mana dapat ‘0’ atau ‘1’
yang berhubungan dengan tegangan 0 dan 5 Volt – untuk level TTL, maka dalam
sistem MPU dikenal adanya status-status sebagai berikut;
·
‘0’ atau LO state stabil data nol – LOW state
(untuk level TTL=0 Volt)
·
‘1’ atau HI state stabil data satu – HIGH state
(untuk level TTL=5 Volt)
·
Hi-z saluran terputus, atau impedansi tinggi (High
impedance)
·
Tidak stabil kadang nol, satu, hi-z, tidak tahu kapan
terjadinya.- sinyal sampah / Unstable / Intermediate state
2.2.1.3 Memory MAP
Pengetahuan tentang ruang memori (memory
space), peta memori (memori map) dan dekoding alamat (address
decoding) adalah sangat penting untuk memahami kerja dari suatu sistem uP,
karena hal ini diperlukan dalam pembuatan rangkaian (hardware) dan
penyusunan program (software). Dalam bahasan ini akan diberikan contoh
dari yang paling sederhana, hingga konfigurasi yang komplek atau konfigurasi
dasar sistem uP pada umumnya.
Rangkaian dekoder alamat juga
disebut sebagai demultiplexer atau biner to decimal decoder yang dapat
berupa chip demultiplexer seperti 74138, rangkaian kombinasional dengan
gerbang dasar atau PAL (Programmable Array Logic). Rangkaian dekoder 4
ke 16 artinya 4 bit biner dikonversikan ke 16 bit desimal, contohnya bila masukannya
0000 maka outputnya yang aktif (dalam hal ini yang ”0′) adalah Y0, bila
masukannya 0001, maka yang aktif adalah Y1 dan seterusnya hingga Y15 untuk
masukan 1111. Dengan konfigurasi semacam ini, memori-memori diletakkan pada
suatu peta memori dan hanya satu lokasi memori yang diakses pada suatu waktu
oleh uP. Perhatikah bahwa semua tempat di peta memori dipenuhi oleh memori yang
jumlahnya 16 buah.
Akibat input masukan dekoder adalah
A2 dan A3, maka output Y bukan merupakan satu lokasi memori saja melainkan
suatu jangkauan memori yang dapat dituliskan pada tabel 2.1. ;
|
Tabel 2. 1 Seleksi alamat 4 bit
|
|
|
Selektor
|
Alamat
|
|
Y0
|
0 sd 3
|
|
Y1
|
4 sd 7
|
|
Y2
|
8 sd B
|
|
Y3
|
C sd F
|
2.2.1.4
16Bit Address
·
Pada kebanyakan uP dan uC yang digunakan oleh para
eksperimenter saat ini memiliki 16 bit bus alamat atau lebih, lebar jalur data
adalah 8 bit atau lebih. Untuk ilustrasi aplikasi, digunakan lebar data 8 bit
dan 16 bit bus alamat, sehingga ruang memori berisi 64K (216 =
65535, atau 64K). Untuk chip-chip memorinya memiliki lebar jalur data 8 bit dan
berkapastitas lebih dari 8K atau lebih, sedangkan chip I/O biasanya hanya
memiliki beberapa alamat port.Lokasi memori 16 bit ditulis dengan sistem
bilangan hexa, dari 0000 hingga FFFF. Bisa digambarkan dari atas kebawah atau dari
bawah keatas, yang penting ada keterangannya alamat.
·
Mirip dengan halamaman sebuah buku, ruang sebesar 256
byte, misalnya dari 0000 sd 00FF, disebut satu paragraph, ruang 1024 (1K),
misalnya dari 0000 sd 0FFF, disebut satu halaman dan ruang sebesar 65536
disebut sebagai satu segment.
2.2.1.5 Decoder IC
Kebanyakan dekoder alamat yang
digunakan oleh para perancang sistem uP adalah chip Digital 74138 (74S138,
74LS138, 74HCT138) yaitu sebuah 3 bit binary decoder. Penggunaan HCT
adalah terbaik, tetapi type LS sudah cukup memenuhi syarat. Tabel kebenaran
dari chip ini diperlihatkan pada Tabel 2. 3, input A, B dan C adalah 3
bit masukan biner dan keluarannya adalah aktif LO pada Y0 sd Y7. Kendali FE2a
dan FE2b harus LO sedangkan FE1 harus HI untuk mengaktifkan chip, pin kendali
ini juga dapat dimanfaatkan untuk memperkecil jumlah alamat bayangan atau
mespesifikkan alamat-alamat akses dari chip-chip dalam suatu sistem MPU dengan
mengkoneksikan ke jalur alamat tertentu atau jalur kendali MPU, tetapi apabila
tidak dikehendaki hal tersebut, pin dapat di ‘0′ kan dan di ‘1′ kan, dengan
mengkoneksikan ke ground dan Us.
2.2.2 Konfigurasi Dasar uP
Sebuah uP tidak dapat bekerja
sendirian, diperlukan komponen lain, baik itu suatu dekoder alamat, memori atau
unit Input-Output. Sistem uP adalah sebutan untuk suatu konfigurasi rangkaian
dengan uP sebagai komponen utamanya ditambah memori, I/O dan dekoder alamat.
Sistem minimum uP adalah rangkaian dengan komponen minimum agar sistem uP
dapat bekerja. Blok diagram Gb. 3. 1 memperlihatkan suatu sistem
uP. Perhatikan bahwa sebagian alamat digunakan untuk dekoder alamat untuk
menseleksi chip mana yang diaktifkan.
Pada mulanya komponen yang turut membangun suatu
sistem uP (disebut sebagai ‘keluarga uP’ yang bersangkutan) dibuat oleh pabrik
pembuat uP, tetapi saat ini komponen penunjang bisa dibuat oleh pabrik yang
lain. Selain dekoder, memori dan I/O komponen penunjang dapat berupa DMA
Controller, Interupt Controller, Expasion Port, Communication
chip dan sebagainya.
(Dual-In-line Package) IC 40
pin, seperti yang diperlihatkan pada Gb. 3. 3 , pada gambar tersebut, sebelah
kiri adalah kemasan plastik (PDIP - Plastic DIP) dan sebelah kanan adalah
kemasan keramik (CDIP - Ceramic DIP). Bentuk kemasan lain yang banyak
dijumpai pada peralatan yang mengharuskan miniaturisasi komponen adalah PLCC (Plastic
Leaded Chip Carrier), yang mana bentuknya sangat kecil, disolder langsung
dipermukaan jalur-jalur PCB, kaki-kakinya ada di empat sisi. Konstruksi dalam
PCB hanya dapat dikerjakan dengan mesin. uP dalam kemasan PLCC dijumpai di PC,
handphone, harddisk dan sebagainya.
2.2.3 Memori
Memori (inggrisnya - memory) yang
digunakan untuk menyimpan data atau program dan dijaman komputer ini
perkembangan sangat pesat sekali, baik dalam segi kapasitas yang diperbesar,
kecepatan akses yang ditingkatkan dan kebutuhan daya yang diturunkan. Karena
perkembangannya yang begitu cepat, suatu teknologi bisa cepat usang dalam
hitungan bulan, akibatnya harga memori bisa turun drastis apabila tercipta
teknologi baru, sama halnya dengan mikroprosesor.
Ada dua tipe dasar dari memori yang
berdasarkan apakah data hilang atau tidak, bila catu daya dipandamkan, istilah
asingnya adalah volatile dan non-volatile, dalam istilah
indonesia ada yang menterjemahkan sumirna dan tak sumirna. Kedua tipe memori
tersebut dijelaskan berikut ini.
Volatile memory
ROM (Read Only Memory) - Memori
yang datanya sudah diisi oleh pembuat chip memori, artinya user meminta
kepada pabrik pembuat memori agar diisi sesuai dengan keinginannya, tentu saja
pesanan dalam jumlah yang besar.
PROM (Programmable ROM) - Data hanya
sekali saja diisi dengan alat yang dinamakan programmer ROM, setelah itu data
tidak dapat diganti atau dihapus lagi.
1. UV EPROM
EPROM (Erasable Programmable ROM)
- Memori yang datanya dapat diisi (dengan programmer) kemudian dihapus
kembali dengan bantuan sinar ultraviolet intensitas tinggi melalui jendela kaca
pada chip memori - lihat Gb. 3. 4. Penghapusan dan pengisian dapat dilakukan
berkali-kali tetapi ada batasnya. Setelah diisi sebaiknya jendela kaca ditutup
dengan label kedap cahaya untuk menjaga kemungkinan data tidak hilang oleh
sinar dari luar. Contoh chip dari SGS Thompson 27256. Pengisian dengan bantuan
programmer, memerlukan tegangan bakar (programming voltage) 12V atau 21V.
EEPROM (Electricaly Erasable Programmable ROM) - Data pada
EEPROM dapat diisi, dihapus atau dirubah secara random dan individual
dirangkaian, seperti halnya RAM, tetapi data tetap tersimpan meskipun catu
padam. Jadi mengisinya dengan cara prosedur kombinasi sekuen beberapa sinyal
saja. Digunakan pada piranti yang datanya sering dirubah, misalnya pada kartu
telpon, TV, Video, timbangan elektronik. Contoh ATMEL 93C46, Catalys 28C64.
2. . Flash EPROM
Flash EPROM - Suatu
teknologi yang relatif baru, dimana pengisian dan penghapusan data dengan suatu
prosedur tertentu, yaitu dengan kombinasi sinyal kontrol dan tegangan bakar /
tegangan tinggi (tegangan yang dimaksud tegangan tinggi disini lebih
besar dari 5Volt, biasanya 12 Volt). Pengisian dan penghapusan dijaman
sekarang ini digunakan PC dengan bantuan suatu programmer. Penghapusan data
harus secara keseluruhan (data diseluruh alamat), tidak dapat secara
individual (per lokasi alamat). Proses penghapusan lebih cepat dibanding pada
EPROM dengan sinar uv, mungkin karena cepatnya itulah dinamakan ‘FLASH’. Contoh
Intel 28F010, ATMEL 29C64.
3. EEPROM
NVRAM (Non-Volatile Random Access
Memory) -NVRAM memiliki battere terintegrasi didalamnya yang
menjaga data tetap. NVRAM memiliki kecepatan akses yang relatif lebih tinggi
dibanding dengan ROM biasa. Beberapa tipe NVRAM tidak Memiliki batere, seperti RAM biasa
yang digunakan untuk menduplikasi data dari EEPROM kemudian akses dari NVRAM
akan lebih cepat. Contoh NVRAM yang berbasis batere adalah DS1220,
DS1225 (Dallas Semiconductor), yang berbasis EEPROM adalah X22C10, X22C12
(Xicor).
Bipolar PROM - Suatu
BIPOLAR PROM adalah chip memori dengan teknologi transistor BIPOLAR dan
digunakan untuk menyimpan data yang relatif kecil. Sekali diprogram, data
didalamnya tidak dapat dirubah lagi. Pemrograman dipergunakan tegangan tinggi
dan arus yang relatif besar. Bipolar PROM memiliki imunitas yang tinggi
terhadap derau lingkungan dan juga terhadap radiasi gelombang elektromaknetik,
oleh karena itu chip tersebut banyak digunakan untuk teknologi militer dan
ruang angkasa.
ROM, PROM dan EPROM pada saat operasi hanya dapat
dibaca, tidak dapat ditulisi, oleh karena itu tidak terdapat kontrol W (write)
pada chip ini, sedangkan pada EEPROM atau Flash EPROM pada saat operasi juga
hanya dapat dibaca saja, tetapi dimungkinkan pada dalam konfigurasi
rangkaiannya untuk membuat data yang ada didalamnya dirubah atau dihapus.
Contoh riil adalah BIOS pada PC yang saat ini menggunakan memori Flash, pada
operasinya memori tersebut hanya bisa dibaca saja, tetapi dengan utilitas
software tertentu (tidak perlu hardware), isi data BIOS dapat diubah, yaitu
bila user menghendaki upgrade BIOS, dengan mendownload dari internet data BIOS
dan utilitasnya, upgrade BIOS bisa dilakukan dengan mudah. Karena mudahnya
mengubah BIOS ini, juga dimanfaatkan virus komputer untuk melumpuhkan PC, karena
BIOS yang rusak menyebabkan PC macet. Flash juga banyak digunakan diperalatan
yang perlu menyimpan data seperti pada handphone, digital diary, kartu telepon
dan sebagainya.
Kali pengisian atau penghapusan
EPROM, EEPROM atau Flash terbatas, contoh dari datasheet EEPROM CAT93C46
ditulis; 1.000.000 Program/Erase Cycle dan 100 Year data Retention,
artinya chip dapat ditulis dan dihapus sebanyak 1 juta kali dan jika chip diisi
dan digunakan atau dibiarkan akan tahan hingga 100 Tahun. Untuk EPROM dan Flash
berkisar 1000 kali. Pada kenyataannya kemungkinan bisa lebih kecil atau data
rusak karena adanya derau-derau listrik atau gelombang elektromagnet.
Suatu hal yang penting dalam
perencanaan adalah adanya waktu akses, yaitu waktu yang diperlukan oleh chip
memori untuk membaca atau menulis data. EPROM, EEPROM dan Flash berkisar
100-400 ns (1 nano second = 10-9 second). Sulit menuliskan berapa
kecepatan akses memori di jaman kini, karena perubahan cepat, makin ditemukan
memori dengan waktu akses yang semakin kecil (cepat) , untuk tepatnya harus
dilihat di data sheet nya yang saat ini begitu mudah didapat dari
internet. Waktu akses kadang-kadang tercantum dalam label kemasan, seperti
contoh EPROM dari Texas Instrument 27C256-10, angka 10 menunjukkan waktu akses
100 ns.
PENUTUP
11.
Kesimpulan
Dari pembahasan di atas dapat
disimpulkan bahwa suatu mikrokontrontroler adalah suatu chip (rangkaian
terintegrasi – IC) VLSI (Very Large Scale IC) mikroprosesor yang
dikhususkan untuk instrumentasi dan kendali dan bersifat reprogrammable.
Intel 4004 adalah mikropprosesor pertama yang dibuat
tahun 1971, sedangkan Intel 8048 adalah single chip microprosesor yang pertama,
dilempar kepasaran ditahun 1976 dan ini yang merupakan cikal bakal dari
mikrokontroler. Keluarga dari 8048 adalah 8021, 8022, 8048, 8049 yang hingga
saat ini masih digunakan pada alat-alat kedokteran modern dan digunakan pada
keyboard IBM PC untuk scanning tombol-tombolnya.. Versi 8748 memiliki EPROM 1
Kbyte untuk menyimpan programnya. Keluarga mikrokontroler pertama ini dikenal
dengan nama MCS-48.
Generasi kedua mikrokontroler 8 bit
adalah keluarga mikrokontroler 8051 di tahun 1980, dengan nama MCS-51 dan
diklaim sebagai standart mikrokontroler untuk industri yang menguasai lebih
dari 60% pasar mikrokontroler dan menjadi inti bagi terciptanya mikrokontroler
produk lainnya. Generasi ketiga adalah mikrokontroler 16 bit, seri MCS-96 yang
dapat melakukan operasi 16 bit serta penambahan kemampuan dan kecepatan proses
yang ditingkatkan. Kini jutaan chip telah digunakan diseluruh dunia untuk
pengendalian proses-proses dan instrumentasi.
Seri MCS-51 sederhana, murah dan
mudah didapat dipasaran, cukup untuk aplikasi sederhana bagi para pecinta
elektronik maupun aplikasi di industri. Chip ini kemudian dikembangkan menjadi
beberapa seri dengan berbagai kemampuan (fitur), seperti pada 8031, 80C31,
8051AH dan 8751.
Mikrokontroler memiliki unit memory
sendiri (meskipun sangat terbatas), unit I/O (Input/Output) yang bisa
dikoneksikan langsung dengan sensor atau aktuator. Program disimpan dalam
memori yang tidak hilang bila catu daya padam, biasanya dalam bentuk ROM, PROM
atau EPROM diluar mikrokontroler, atau beberapa seri atau varian memiliki ROM
didalam mikrokontroler itu sendiri. Cara mengisi program dengan suatu alat
pemrogram, yang biasanya berhubungan dengan PC. Untuk mempelajari dan
mengaplikasikan mikrokontroler diperlukan perangkat pengembang, literatur dan
forum-forum diskusi
2. Saran
Dalam penulisan makalah ini mungkin masih banyak
kesalahan oleh sebab itu saya meminta saran dan kritiknya demi pembangunan
makalah ini. Sebelumya saya ucapkan maaf dan trimakasih
DAFTAR PUSTAKA
http://www.datasheetcatalog.com/
Comments
Post a Comment