Dasar Penguat Operasional (OP-AMP)

Teori Dasar Penguat Operasional
1. Penguat Diferensial Sebagai Dasar Penguat Operasional
Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana:

Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.
Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.
Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).
Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower).
Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole. Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE.
Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp)). Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut.
2. Penguat Operasional
Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial yang telah dijelaskan di atas. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:

2.1. Karakteristik Ideal Penguat Operasional
Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:
• Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = ¥-
• Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0
• Hambatan masukan (input resistance) RI = ¥
• Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0
• Lebar pita (band width) BW = ¥
• Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp.
2.1.1. Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik (feedback) yang diterapkan padanya seberti yang terlihat pada gambar 2.2. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah:
AVOL = Vo / Vid = - ¥
AVOL = Vo/(V1-V2) = - ¥
Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga tersebut sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar daripada tegangan masukan Vid. Dalam kondisi praktis, harga AVOL adalah antara 5000 (sekitar 74 dB) hingga 100000 (sekitar 100 dB).
Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari tegangan catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan untuk menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil.
2.1.2. Tegangan Ofset Keluaran
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal.
Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup besar untuk menimbulkan saturasi pada keluaran. Untuk mengatasi hal ini, maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan agar pada saat tegangan masukan Vid = 0, tegangan keluaran VO juga = 0. Apabila hal ini tercapai,
2.1.3. Hambatan Masukan
Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan masukan Op Amp adalah antara 5 kW hingga 20 MW, tergantung pada tipe Op Amp. Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik. Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat.
Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar.
2.1.4. Hambatan Keluaran
Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Amp adalah = 0. Apabula hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan.
Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal.
2.1.5. Lebar Pita
Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan.
Sebagian besar Op Amp serba guan memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kiloHertz. Tetapi ada juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada frekuensi beberapa MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung komponen eksternal yang dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat bekerja dengan baik.


2.1.6. Waktu Tanggapan
Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah langsung pada saat masukan berubah.
Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan dari Op Amp memang cepat tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu tanggapan Op Amp umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga slew rate. Perubahan keluaran yang hanya beberapa mikrodetik setelah perubahan masukan tersebut umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini dapat diabaikan.
2.1.7. Karakteristik Terhadap Suhu
Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan.

2.2. Implementasi Penguat Operasional
Rangkaian yang akan dijelaskan dan dianalisa dalam tulisan ini akan menggunakan penguat operasional yang bekerja sebagai komparator dan sekaligus bekerja sebagai penguat. Berikut ini adalah konfigurasi Op Amp yang bekerja sebagai penguat:

Gambar di atas adalah gambar sebuah penguat non inverting. Penguat tersebut dinamakan penguat noninverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan noninverting dari Op Amp. Sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal keluarannya. Adapun besar penguatan dari penguat ini dapat dihitung dengan rumus:
AV = (R1+R2)/R1
AV = 1 + R2/R1
Sehingga :
VO =1+(R2/R1) Vid
Selain penguat noninverting, terdapat pula konfigurasi penguat inverting. Dari penamaannya, maka dapat diketahui bahwa sinyal masukan dari penguat jenis ini diterapkan pada masukan inverting dari Op Amp, yaitu masukan dengan tanda “-“. Sinyal masukan dari pengaut inverting berbeda fasa sebesar 1800 dengan sinyal keluarannya. Jadi jiak ada masukan positif, maka keluarannya adalah negatif. Berikut ini adalah skema dari penguat inverting:

Penguatan dari penguat di atas dapat dihitung dengan rumus:
AV = - R2/R1
Sehingga: VO = - (R2/R1) Vid


Penguatan
Sebagian besar sinyal bioelectric memiliki sebuah besaran yang sangat kecil (dalam besaran milivolt bahkan dalam besaran mikrovolt) dan oleh karena itu membutuhkan tambahan sehingga pengguna dapat melakukan proses. Penambahan tersebut berupa penguatan atau sering disebut op amp.
Dasar Op Amp
Sebuah op amp adalah penguat tinggi dc yang berbeda penguatan (berbeda maksudnya bahwa beberapa sinyal yang tidak sama pada kedua inputannya adalah penguat yang baik). Sebuah op amp tediri dari beberapa transistor dan komponen lainnya yang terintegrasi menjadi sebuah single chip. Yang kita butuhkan tidak hanya mempertimbangkan komponen dalam chip, tetapi bentuk sederhana dari karakteristik terminal. Fokus pada kelakuan dari op amp memberikan kita untuk melihat banyak aplikasi pada rangkaian ini dalam bioinstrumentation. Pada gambar 2.3 dapat dilihat rangkaian ekivalen dari sebuah op amp. Dapat dilihat symbol dari op amp. V1 dan V2 adalah untuk input, Vo adalah output, dan V+ dan V- adalah positip dan negatip sumber tengangan. Gain, yang juga disebut penguatan, adalah definisi sebagai penambahan dari tegangan oleh penguat, yang ditunjukkan dengan perbandingan dari output ke input.


Penguat Operasional
Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut Op-amp memiliki dua sambungan input dan satu sambungan output. Salah satu ditandai dengan ’-’ dan yang lainnya ditandai dengan ’+’, tanda ’+’ mengindikasikan pergeseran fase sebesar nol sedangkan tanda ’-’ mengindikasikan pergeseran fase sebesar 1800. Selain sambungan input dan output, Penguat operasional juga memiliki dua catuan simetris (biasanya ±5 V hingga ±15 V).
Karakteristik Op-amp ideal :
a. Open loop gain sangat besar/tak hingga
b. Vout = 0, jika V1 =V2 , tidak ada offset voltage.
c. Impedansi input sangat besar/tak hingga.
d. Impedansi output sangat kecil (0).
e. Bandwidth tak hingga.
Mode operasi penguat operasional:
a. Penguat Membalik (inverting)
Penguat membalik menghasilkan keluaran yang berbeda fasa 1800 terhadap masukkan (fasa sinyal output berkebalikan dengan fasa sinyal input). Persamaan penguatannya adalah sebagai berikut:

Konfigurasinya adalah sebagai berikut:

b. Penguat Tak Membalik (non-inverting)
Penguat tak membalik menghasilkan sinyal keluaran yang fasanya sama dengan fasa sinyal masukan. Persamaan penguatannya adalah sebagai berikut:

Konfigurasinya adalah sebagai berikut:

c. Penguat Bertingkat (Differential)
Penguat bertingkat merupakan selisih beda potensial antar dua buah masukan V1 dan V2.
Konfigurasinya adalah sebagai berikut:

Persamaan penguatannya adalah sebagai berikut:

d. Integrator
Rangkaian integrator digunakan untuk mencari nilai hasil integrasi dari sinyal input. Berikut adalah gambar 2.13 dari rangkaian integrator.

Gambar 2.13 Rangkaian Integrator
Rangkaian integrator memiliki penguatan tegangan sebesar:

Bentuk 1/RAC harus sesuai dengan masukan frekuensi minimum yang diharapkan:

e. Summing Amplifier
Op-amp sering digunakan sebagai penjumlah berbagai input sinyal. Berikut ini adalah gambar dari summing amplifier.

Gambar 2.14 Rangkaian Summing Amplifier
Rangkaian summing amplifier mempunyai penguatan tegangan sebanyak dua penguatan tegangan. Untuk penguatan tegangan 1 adalah sebagai berikut:

Untuk penguatan tegangan 2 adalah sebagai berikut:

Penguatan tegangan total dari summing amplifier adalah sebagai berikut:

Percobaan op-amp

Pada percobaan op-amp dilakukan percobaan-percobaan sebagai berikut:
• Op-amp sebagai komparator dengan masukan pada kutub inverting dan masukan pada kutub noninverting.
• Op-amp sebagai pengali tegangan dan pengali terbalik. Op-amp sebagai diferensiator dan integrator.
Tujuan dari percobaan tersebut adalah:
• Mengetahui rangkaian-rangkaian dasar op-amp.
• Membandingkan perilaku op-amp antara praktek dengan teori.
• Mengetahui pengaruh catu daya dan frekuensi pada op-amp.
• Melatih mahasiswa merancang rangkaian dengan menggunakan op-amp dan analisanya.
OpAmp umumnya terdiri atas tiga stage atau amplifier yang dirangkai secara cascade. Ketiga stage itu masing-masing:
1. Differensitial amplifier
2. Voltage amplifier
3. Output amplifier
Ada banyak jenis OpAmp, namun yang umum dijual di pasaran adalah OpAmp 741.
OpAmp type 741 dijual dengan dua tampilan, yakni silinder dan DIL (Dial In Line). Yang berbentuk silinder berkaki 8 pin, sedangkan yang berbentuk DIL ada yang berkaki 8 pin, namun ada juga yang berkaki 14 pin.
Suatu amplifier dapat dikatagorikan operasional jika memenuhi tiga karakteristik utama, yakni:
1. Very high gain (200.000 kali)
2. Very high input impedance
3. Very low output impedance

Mikroprosesor, Mikrokomputer dan Mikrokontroler

Mikroprosesor, Mikrokomputer dan Mikrokontroler
Mikroprosesor
Microprosesor, biasa disingkat dengan µP, adalah rangkaian elektronik digital yang dapat diprogram yang sering digunakan sebagai unit pusat pengolah/pemroses informasi digital (central processing unit (CPU) dalam sistem komputer dan embedded system. Mikroprosesor adalah komponen elektronik dari bahan semikonduktor yang dikemas dalam bentuk rangkaian terintegrasi (IC).
Tujuan Instruksi Umun

Mikroprosesor bekerja dengan mengintepretasikan program/instruksi dan memroses data yang diperlukan oleh intruksi tersebut. Untuk mendukung tugas/kerja tersebut, di dalam suatu mikroprosesor dibuat suatu "arsitektur mikroprosesor" yang disusun oleh komponen/rangkaian digital. Rangkaian digital yang diperlukan disusun membentuk rangkaian sekuensial dan beberapa rangkaian kombinatorial.

Selanjutnya perlu dibuat atau diketahui instruksi-instruksi yang dapat dikerjakan oleh mikroprosesor tersebut . Mikroprosesor tidak akan dapat melakukan proses selain instruksi/perintah yang sudah dirancang untuknya. Instruksi tersebut akan dikenali oleh mikroprosesor dan komponen-komponen di dalam mikroprosesor akan melakukan sederetan proses lanjutan untuk mengeksekusi/menjalankan instruksi tersebut. Setiap instruksi yang berbeda akan didukung oleh sederetan proses yang berbeda pula dan semuanya disinkronkan dengan pewaktuan (clock).
Sejarah Mikroprosesor
1971: 4004 Mikroprosesor
Pada tahun 1971 munculah microprocessor pertama Intel , Mikroprosesor 4004 ini digunakan pada mesin kalkulator Busicom. Dengan penemuan ini maka terbukalah jalan untuk memasukkan kecerdasan buatan pada benda mati.
1972: 8008 Mikroprosesor
Pada tahun 1972 munculah microprocessor 8008 yang berkekuatan 2 kali lipat dari pendahulunya yaitu 4004.
1974: 8080 Mikroprosesor
Menjadi otak dari sebuah komputer yang bernama Altair, pada saat itu terjual sekitar sepuluh ribu dalam 1 bulan
1978: 8086-8088 Mikroprosesor
Sebuah penjualan penting dalam divisi komputer terjadi pada produk untuk komputer pribadi buatan IBM yang memakai prosesor 8088 yang berhasil mendongkrak nama intel.
1982: 286 Mikroprosesor
Intel 286 atau yang lebih dikenal dengan nama 80286 adalah sebuah processor yang pertama kali dapat mengenali dan menggunakan software yang digunakan untuk processor sebelumnya.
1985: Intel386™ Mikroprosesor
Intel 386 adalah sebuah prosesor yang memiliki 275.000 transistor yang tertanam diprosessor tersebut yang jika dibandingkan dengan 4004 memiliki 100 kali lipat lebih banyak dibandingkan dengan 4004
1989: Intel486™ DX CPU Mikroprosesor
Processor yang pertama kali memudahkan berbagai aplikasi yang tadinya harus mengetikkan command-command menjadi hanya sebuah klik saja, dan mempunyai fungsi komplek matematika sehingga memperkecil beban kerja pada processor.
Definisi Prosesor
Pada kuliah ini, yang dimaksud mikroprosesor atau prosesor adalah chip atau IC digital yang digunakan untuk mengolah data. Rincian mengenai struktur dan fungsi komponen internalnya akan di bahas pada modul yang akan datang. Karena prosesor merupakan rangkaian digital, maka data yang diumpan padanya juga harus dalam bentuk digital. Setelah diolah, data atau informasi hasil olahannya dikeluarkan dalam bentuk digital juga. Gambar 1.4.a. memperlihatkan skema luar IC AT89C51 disertai label untuk setiap pin.
Untuk memanfaatkan prosesor, dibutuhkan komponen digital lain, yaitu Sistem Memory dan Sistem Input/Output. Prosesor yang sudah dilengkapi dengan memory, Input/Output dan interkoneksinya biasa disebut sistem mikroprosesor. Pada sistem mikroprosesor ini, IC prosesor berperan sebagai pengendali utama. IC ini diprogram dengan instruksi yang dipahaminya. Setiap prosesor memiliki instruction set khusus, yaitu daftar instruksi yang dapat dieksekusi olehnya.

Gambar 1.4. (a). IC Mikroprosesor AT89C51. (b). Diagram Balok Mikroprosesor.

Gambar 1.4.b. memperlihatkan diagram balok sebuah sistem mikroprosesor yang hanya dilengkapi dengan memory. Baik data maupun instruksi disimpan pada memory, prosesor mengambil dan mengeksekusi instruksi satu per satu sesuai urutan letaknya pada memory. Secara umum, pekerjaan yang dilakukan oleh prosesor adalah transfer dan proses. Prosesor mengambil data dari komponen digital lain, memprosesnya, kemudian menyerahkan hasil proses ke komponen lain. Karena data disimpan pada alamat-alamat tertentu, maka operasi transfer data sangat berkaitan erat dengan operasi alamat. Sedangkan operasi proses berkaitan dengan operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika adalah add, substract, multiply dan divide, sedangkan operasi logika adalah shift, rotate, complement, clear dan set. Kemampuan prosesor untuk mengendalikan sistem mikroprosesor dan mengolah data sangat ditentukan oleh program yang disiapkan untuknya, program ini disimpan di dalam memory dan diambil satu per satu secara berurutan oleh prosesor. Meskipun prosesor hanya memahami bahasa biner, dengan interpretasi data yang tepat, seorang programmer dapat memerintahkan prosesor untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan rumit.
Aplikasi Sistem Mikroprosesor
Saat ini, aplikasi sistem mikroprosesor sudah meluas ke hampir seluruh bidang kehidupan manusia, seperti pendidikan, kesehatan, kependudukan, politik, perang dan lain-lain. Terdapat beberapa sistem elektronika yang biasa dipakai dalam peralatan elektronik. Sistem-sistem tersebut antara lain: sistem analog hardwire¸ sistem digital hardwire dan sistem digital berbasis mikroprosesor. Sistem analog hardwire adalah sistem yang menggunakan komponen-komponen analog serta pengkawatan yang rumit antar komponen dasar tersebut. Sementara itu, sistem digital hardwire adalah sistem kombinasional atau sekuensial tanpa pemrograman, setelah selesai dirancang dan dirakit, fungsi kerja alat tersebut tidak bisa diubah. Kedua sistem tersebut memiliki beberapa kekurangan yang signifikan, yaitu tidak bisa diprogram ulang, satu alat hanya untuk satu fungsi.
Berbeda dengan sistem analog maupun sistem digital hardwire, sistem programmable digital atau sistem berbasis mikroprosesor memiliki beberapa keunggulan berikut:
a. Bentuknya kecil dan ringkas; karena dengan sistem ini, banyak komponen yang direduksi keberadaannya dan digantikan dengan sebuah mikroprosesor saja.
b. Portable; karena bentuknya yang kecil, sehingga secara keseluruhan alat tersebut juga mempunyai ukuran yang kecil serta mudah dibawa ke mana-mana
c. Konsumsi daya rendah; sejak digunakannya bahan semikonduktor, komponen IC tidak lagi memerlukan daya yang yang tinggi untuk aktifasi dan tidak lagi membuang panas yang besar.
d. Biaya rendah; selain karena banyak komponen yang dikurangi, biaya produksi IC (integrated circuit) terus menurun, sehingga secara keseluruhan harga peralatan yang berbasis mikroprosesor terus menurun.
e. Programmable; keuntungan utama sistem mikroprosesor adalah kemampuannya yang dapat diprogram ulang jika diperlukan perubahan tertentu, sehingga tidak banyak yang harus dilakukan kecuali perubahan isi memory saja.
Secara umum, penggunaan sistem mikroprosesor dapat dibagi menjadi 3 katagori, yaitu :
a. Sistem Komputer.
b. Sistem Komunikasi.
c. Sistem Kendali dan Instrumentasi.
Hampir seluruh komputer yang ada pada hari ini, merupakan komputer digital yang tentu saja merupakan sistem mikroprosesor. Mulai dari komputer ukuran kecil yaitu PDA, komputer mikro atau Personal Computer, mini komputer, mainframe, sampai super komputer. Sebelum tahun 1970an, komputer hanya mampu dibeli oleh perusahaan besar, tetapi hari ini, hampir setiap rumah mampu membeli komputer PC. Meskipun unjuk kerja dan kapasitasnya meningkat, harga komputer cenderung turun karena kemajuan teknologi berefek pada penghematan ongkos produksi.
Dengan hardware yang sama, sebuah komputer PC dapat dipakai untuk berbagai aplikasi, bahkan berbagai sistem operasi. Ada ribuan program aplikasi untuk beragam keperluan dapat running pada hardware PC dan Sistem Operasi yang sama. Berikut ini adalah contoh aplikasi komputer yang dapat bekerja pada komputer PC dengan Sistem Operasi Windows :
• MS OFFICE, untuk perkerjaan perkantoran seperti mengetik, spreadsheet, presentasi, database, penjadwalan,
• MATLAB, untuk berbagai kalkulasi teknik, ekonomi,
• AUTOCAD, untuk berbagai operasi gambar, 2 atau 3 dimensi,
• PROTEL, EWB, MULTISIM dll untuk keperluan elektronika
• Dan lain-lain
Selain PC, mini komputer, mainframe dan super komputer telah digunakan untuk urusan-urusan publik atau skala besar seperti database kependudukan, rumah sakit, perbankan, pernerbangan komersial, operasi militer dll. Bayangkan, jika sistem pembayaran rekening listrik atau telepon tidak dilakukan dengan bantuan komputer, mungkin tagihan listrik kita hari ini adalah untuk membayar pemakaian 6 bulan yang lalu, apalagi kalau sistem administrasinya buruk sekali. Dengan teknologi database, kita dapat melakukan pembayaran telepon melalui ATM.
Komputer kapasitas besar juga digunakan untuk mengolah gambar seperti komputer untuk MRI (Magnetic Resonance Imagine), komputer untuk ramalan cuaca, komputer unuk pemetaan, pertambangan dll. Seluruh komputer yang disebutkan tadi menggunakan prosesor sebagai pengendali utamanya, baik prosesor tunggal maupun multi prosesor.
Pada sistem komunikasi, hampir semua alat penting menggunakan sistem mikroprosesor. Pada hari ini, sistem komunikasi hampir selalu terkait dengan komputer atau mikroprosesor. Berikut ini adalah beberapa contohnya.
a. Sentral Telepon PSTN atau saluran analog dengan bandwidth 4 kHz. Saat ini, hampir semua sistem switching atau penyambungan telepon dilakukan secara digital, random input sequential ouput atau sebaliknya. Tentu saja semua ini diwujudkan dengan menyertakan sistem mikroprosesor.
b. Provider Telepon Digital seperti ISDN, DSL dll. Selain untuk switching atau penyambungan dan queuing atau antrian, sistem mikroprosesor pada provider telepon digital juga dimanfaatkan untuk banyak hal lain termasuk network management dan optimasi Quality of Service.
c. Provider Telepon Seluler. Meskipun menggunakan saluran radio frekuensi, hampir semua telepon seluler menerapkan komunikasi digital.
d. Handphone. Handphone yang kecil dan murah sekalipun, harus dilengkapi dengan mikroprosesor, karena untuk membaca keypad, menyimpan phonebook, kalkulator, mengirim SMS dll memerlukan sistem instrumentasi digital.
e. Komunikasi Satelit. Selain untuk sistem kendali dan instrumentasi satelit, mikroprosesor juga digunakan untuk switching, muliplexing, queuing, error correction dll.
Penggunaan mikroprosesor pada sistem kendali dan instrumentasi diterapkan di hampir semua instrumen dan alat kendali, mulai dari instrumen kecil seperti barcode reader, sampai instrumen besar seperti panel pesawat terbang. Mulai dari alat kedokteran seperti MRI (Magnetic Resonance Imaging) sampai alat perang seperti stinger missile untuk serangan darat ke udara. Berikut ini adalah bebrapa contoh penerapan sistem mikroprosesor untuk alat kendali dan instrumentasi.
a. Electronic Fuel Injection (EFI) yang diterapkan pada mesin-mesin bakar modern. Alat ini dipakai untuk mengoptimalkan pemakaian bahan bakar untuk torsi dan kecepatan maksimum.
b. Instrumen Lift. Prosesor digunakan untuk membaca tekanan tombol dan mengendalikan gerakan motor listrik, sehingga lift dapat begerak sesuai dengan tekanan tombol dan cukup nyaman bagi pemakai, tidak berhenti atau bergerak mendadak.
c. Sistem pengatur ketepatan cetak dan potong pada mesin pengganda media kertas seperti koran dan majalah. Tanpa koreksi dari sistem mikroprosesor, selain hasil yang kurang rapi, alat pemotong atau pencetak harus sering disetting ulang dan ini sangat tidak realistis. Kita dapat lihat, pada setiap halaman koran atau majalah ada terdapat mark atau tanda, baik tanda untuk warna maupun tanda untuk alat potong.
d. Alat pengolah data pada VCD atau DVD player. Karena data disimpan dalam CD dalam keadaan dikompres, maka untuk mengubahnya menjadi gambar atau suara perlu dilakukan dekompresi data yang jelas memerlukan algoritma tertentu yang diwujudkan dengan program. Tentu saja ini memerlukan sistem mikroprosesor.

Contoh Aplikasi Mikroprosesor
Kuliah ini diarahkan untuk memberikan bekal kemampuan teoritis kepada mahasiswa dalam memanfaatkan mikroprosesor untuk kendali dan instrumentasi. Berikut ini adalah contoh penggunaan prosesor MSP430F413 buatan Texas Instrumen untuk mengendalikan alat ukur jarak yang menggunakan gelombang ultrasonik 40 kHz.
Mikroprosesor pada alat ini berperan sebagai pengendali yang mengaktifkan pengirim sinyal, mengukur waktu propagasi sinyal dengan menunggu aktifnya penerima sinyal atau menunggu kedatangan sinyal pantulan, kemudian menghitung jarak antara alat ini dengan benda yang memantulkan sinyal ultrasonik serta menampilkan hasil perhitungannya dalam bilangan desimal pada display 7-segment.
Secara umum, alat ini terdiri dari 4 komponen utama, yaitu
• Sistem mikroprosesor single chip. Atau Chip tunggal yang mengandung prosesor, memory dan I/O meskipun dengan kapasitas yang sangat kecil
• Rangkaian elektronika penghasil dan penerima gelombang ultrasonik
• Display 7-segment


Gambar 1.5. Aplikasi mikroprosesor untuk alat pengukur jarak.

Program dalam bahasa asembli yang terdiri dari beberapa modul, yaitu inisialisasi, pembaca tombol aktif, pengendali pengirim dan penerima, pengukur durasi propagasi gelombang, penghitung jarak dan penampil ke 7-segment.
DASAR MIKROPROSESOR

Munculnya terminologi komputer sebenarnya berawal dari kebutuhan akan suatu alat yang dapat dijalankan secara otomatis, memiliki kemampuan untuk mengerjakan hal yang diinginkan. Perkembangan teknologi semikonduktor, dengan diawali penemuan transistor, telah membawa kepada kemajuan teknologi elektronika sampai saat ini Komputer
Bagian fungsional utama sebuah komputer adalah Central Processing Unit/Unit Pemroses Utama, Memori dan Sistem Input-Output. Disebut bagian fungsional karena ketiga komponen inilah yang membentuk sebuah komputer dengan fungsinya masing-masing. Lebih jauh mengenai fungsi ketiganya akan diterangkan pada bab berikutnya

Central Processing Unit/Unit Pemroses Utama
Mikroprosesor
Mikroprosesor adalah sebuah CPU yang dibangun dalam sebuah single chip semiconductor. Mikroprosesor terdiri dari kalkulator yang terbagi dalam register dan ALU dan sebuah pengkode serta unit pengontrol.

Dalam hubungan kerja dengan pulsa pembangkit berkala, (yaitu sebagai unit terpisah atau sebagai komponen yang terpadu dalam mikroprosesor) unit pengontrol menjamin urutan yang tepat dan urutan yang logis dari siklus yang berlangsung di dalam mikroprosesor, ditinjau dari sistem keseluruhannya
Dalam tinjauan praktis dan aplikasi yang umum contoh dari sebuah mikroprosesor adalah mikroprosesor 8080, 8086, prosesor intel 386, 486, pentium 100 Mhz, sampai dengan generasi terbaru, AMD, prosesor Motorola, prosesor Texas Instrument
Mikrokomputer
ANTAR-MUKA SERI DAN PARALEL DALAM
SISTEM KOMPUTER
1. Komputer mikro
Komputer adalah sekelompok mesin–mesin elektronis yang canggih, yang
bekerja bersama–sama dan dikendalikan oleh perintah–perintah yang disebut
progaram, sehingga menghasilkan keluaran yang sesuai dengan apa yang diinginkan
oleh pemakai dalam menetapkan keputusan.
Aspek dasar sistem komputerisasi yang menunjangh terselenggaranya
kegiatan komputerisasi terdiri atas 3 bagian, yaitu perangkat-keras (hardware),
perangkat lunak (software), dan orang yang menjalankan komputer (brainware).
Hardware adalah mesin komputer beserta perangkat/peralatannya.Hardware meliputi
monitor, keyboard, CPU (central processing unit), modem, stick, mouse, printer dan
sebagainya. Software adalah sistem pengolahan data yang menunjang terlaksananya
tugas suatu sistem komputer. Software mutlak dibutuhkan pada suatu sistem
komputer karena hardware komputer baru bisa digunakan apabila ada software.
Brainware adalah yang memanfaatkan komputer atau yang mengoperasikan
komputer, yaitu manusia.
Sistem mikro-komputer mempunyai 4 bagian utama, yaitu central
processiang unit (CPU), memory unit, input unit, dan output unit. Operasi yang
dilaksanakan pada data dilakukan oleh logika yang didalam unit pemroses pusat
(CPU). Operasi ini ditetapkan oleh suatu nsuatu urutan instruksi yang secara bersama
membentuk satu program. Program ini disimpan dalam memori. Central processing
unit (CPU) terdiri atas 2 bagian utama, yaitu : control unit, dan arithmetic and logic
unit (ALU). Semua operasi aritmetika seperti penjumlahan, perkalian, pengurangan,
serta pembagian, dan operasi logika AND, OR, XOR dan NOT dikerjaklan oleh
ALU, baik dikerjakan secara langsung ataup[un melalui perangkat lunak. Gambar 2.1
menunjukkan secara fungsional unit logika dan aritmetika. Control unit
menginterpretasikan perintah komputer dan mangubah sinyal – sinyal yang
menyebakan komputer mengerjakan tugas – tugas tertentu yang diperintahkan.
Diagram blok mikro-komputer dapat dilihat pada gambar 2.2. Memory unit berfungsi
untuk menyimpan program dan perhitungan – perhitungan beserta hasilnya, baik
yang tetap maupun sementara. Memori program dapat berupa memori yang hanya
dibaca saja, atau berupa memori yang hanya dibaca saja karena instruksi dikirim dari
program ke unit pemroses sinyal (CPU). Pada banyak aplikasi mikro-komputer
industri, program disimpan dalam memori yang hanya dibaca saja untuk memastikan
abahwa program tersebut tidak akan pernah berubah atau hilang secara tidak sengaja.
Dengan adanya unit I/O, dimungkinkan untuk memasukkan data, misalnya keyboard
(papan tombol). Output unit adalah piranti yang mengeluarkan hasil yang telah
diproses CPU, misalnya printer dan monitor.
Unit Logika dan Aritmetika
Gambar 1 Unit Logika dan Aritmetika
Bendera status
Logika NOT
Logika penggeser
B
u
s
8
s
a
l
u
r
a
n
Logika AND,
OR, XOR
Logika penjumlahan
Untuk menjalankan fungsi mikro-komputer, bagian – bagian diatas
dihubungkan dengan jalur penghubung yang disebut bus. Bus terbagi menjadi tiga,
yaitu data bus, address bus dan control bus. Data bus berfungsi untuk menentukan
lokasi tempat data harus diambil atau diletakkan. Control bus berfungsi untuk
mengatur bagian – bagian mikro-komputer yang harus aktif untuk setiap perintah
yang dikehendaki, seperti perintah menyimpan, membaca atau perintah lainnya.
Logika diluar mikro-komputer digunakan untuk memasukkan informasi,
menerima hasilnya dan menyimpan data dalam jumlah yang besar. Data yang sedang
dalam proses untuk dioperasikan disimpan dalam memori data, yang berupa memori
baca/tulis yang dapat diakses dengan cepat.
IBM PC/XT maupun IBM PC/AT mempunyai dasar kerja yang sama dan
hanya berbeda dalam hal rangkaian perangkat keras dan kemampuannya. IBM PC/XT
,menggunakan mikroprosesor 8088 sebagai CPU. Mikroprosesor adalah produksi
Intel Corporation yang merupakan hasil perkembangan 8086.Perbedaan pokok antara
kedua jenis ini adalah jumlah bit data yang terhubung ke memori. Pada
mikroprosesor 8086 terdapat jalur data internal 16-bit, tetapi hanya mempunyai jalur
data eksternal 8-bit. Meskipun begitu, hampior semua instruksi yang bekerja pada
mikroprosesor 8086 kompatibel dan dapat bekerja pada mikroprosesor 8088. IBM
PC/AT menggunakan mikroprosesor 80286, 80386, dan 80486, yang merupakan
turunan mikroprosesor 8086. Mikroprosesor 80286 mempunyai jalur data internaldan
eksternal masing – masing 16-bit. Mikroprosesor 80386 dan 80486 mempunyai jalur
Unit
pemroses
sinyal
Memori data
Memori
program
data masing – masing 32-bit, dan mikroprosesor 80586 dan pentium mempunyai jalur
data masing – masing 64-bit.
Mikropreosesor 8088, 8086, 80286, 80486 dan 80586 dengan komponen
pendukung unit I/O maupun memori membentuksatu sistem komponen IBM PC/XT
atau IBM PC/AT 80X86,tergantung pada mikroprosesor yang digunakan. Sedangkan
fasilitas – fasilitas tambahan seperti multimedia, sound card, ataupun VGA card
adalah bagian unit I/O.
Data Data Data Data
Masuk Keluar Masuk Keluar
Hasil
Instruksi
Data
yang harus
dioperasikan
Gambar 2 Diagram Blok Komputer- Mikro
Logika diluar komponen-mikro,
Misalnya papan tombol, tampilan, pencetak
dan unit penyimpan data
2 Perangkat Keras
2.1 Dasar Komputer
Struktur dasar dari sistem komputer mikro pada dasarnya terdiri atas tiga
bagian penting. Pertama adalah CPU yang berisi unit logika aritmatika, unit
pengontrol, dan register-register. Kedua adalah piranti memori dan yang ketiga
adalah piranti masukan dan keluaran (I/O). Diagram bloknya ditunjukkan pada
gambar 2.3 berikut ini :
Gambar 3 Blok Diagram Struktur Dasar Sistem Komputer
Antar bagian-bagiannya dihubungkan dengan kabel-kabel penyambungan
sejajar (paralel), dan setiap kelompok disebut dengan bus. CPU merupakan chip
tunggal yang didalamnya terdapat dua bagian penting, yaitu unit kendali (Control
Unit) dan unit logika aritmatika. Unit kendali memerintahkan komputer untuk
Clock
CPU
Memori
RAM
Memori
ROM
Terminal
I/O
OUTPUT
DEVICE
INPUT
DEVICE
menginterprestasikan perintah dan mengubah sinyal sehinggga dapat dimengerti oleh
komputer itu sendiri.

A. Metode Transfer Data
Pada komputer terdapat dua metode transfer data, yaitu ;
1. Metode transfer data paralel
Transfer data antar dua buah sistem komputer dapat berlangsung apabila salah
satu komputer bertindak sebagai pengirim dan ada yang bertindak sebagai penerima
atau masing-masing komputer dapat bertindak sebagai pengirim maupun penerima.
Dalam sebuah transfer data ada beberapa hal yang menjadi perhatian
diantaranya masalah metode transmisi, mode transmisi, karakteristik, bentuk, fisik,
macam saluran dan gangguan-gangguan.
Komputer memerlukan antarmuka (interface) untuk dapat berhubungan
dengan komponen luar. Melalui komponen antarmuka komputer dapat berkomunikasi
dengan sistem lain. Jenis hubungan antara komputer dengan peripheral ada dua
macam, yaitu hubungan serial dan hubungan paralel. Pada hubungan serial, transfer
data dilakukan pada satu saluran data secara serial. Sedangkan pada hubungan
paralel, data ditransfer secara bersamaan melalui beberapa saluran data.
Transmisi secara paralel merupakan transfer data yang relatif lebih cepat
dibandingkan transfer data serial. Walaupun demikian, transfer data ini masih dibagi
lagi menjadi empat tata-cara (protokol) komunikasi, yaitu :
a. Masukan/Keluaran sederhana
Metode ini digunakan untuk menerima/mengirim data logika dengan tingkat
tertentu dari atau ke peralatan luar secara langsung pada port masukan/keluaran,
misalnya switch sebagai masukan atau LED sebagai keluaran. Karena peralatan luar
tersebut selalu dalam keadaan siap mengirim/menerima data, metode ini relatif tidak
dipengaruhi masalah waktu dan sinyal-sinyal lain.

b. Masukan/Keluaran sederhana dengan strobe
Metode ini digunakan untuk peralatan-peralatan luar yang mempunyai data
yang benar (valid data) pada saat tertentu saja. Biasanya peralatan dengan transfer
data yang tidak begitu cepat, misalnya keyboard komputer. Peralatan luar akan
mengirim sinyal strobe (STB) ke komponen pengatur ketika alat tersebut sudah siap
mengirim data, sehingga komponen pengatur dapat segera menerima data tersebut.
Jadi metode ini bergantung pada waktu, karena data hanya dapat diterima atau
dikirim oleh komponen pengatur bila sinyal STB dari peralatan luar.

c. Masukan/Keluaran jabat tangan (handshake) tunggal
Operasi dari metode ini adalah sebagai berikut, misalkan komponen pengatur
akan menerima data, maka dari peralatan luar akan mengirimkan sinyal STB bersama
data ke komponen pengatur. Kemudian komponen pengatur akan membaca data
tersebut dan akan mengirimkan sinyal acknowledge (ACK) ke peralatan luar.
Sebagai contoh lain misalkan komponen pengatur akan mengirimkan data ke
pencetak, komponen pengatur akan mengirimkan sinyal STB serta data pada jalur
data. Bila pencetak telah siap, maka pencetak akan membaca data tersebut dan
mengirim sinyal ACK yang akan menandakan bahwa pencetak telah membaca data
tersebut dan siap menerima data selanjutnya. Jadi pada metode ini, yang menjadi
acuan tingkat logika sinyal STB adan ACK (level sensitive).

d. Input/output jabat tangan (handshake) ganda
Perbedaan utama metode ini dengan metode sebelumnya adalah, setiap ujung
sinyal STB dan ACK masing-masing mempunyai arti (Edge-sensitivity). Misalkan
komponen pengatur akan mengirim data ke peralatan luar. Operasinya adalah sebagai
berikut, komponen pengatur menerima sinyal STB sebagai tanda siap mengirim data.
Sinyal STB berubah dari logika tinggi (high) ke logika rendah (low). Pada saat
perubahan logika tersebut peralatan luar akan menanggapi dengan mengubah sinyal
ACK dari level logika rendah ke level logika tinggi sebagai tanda siap menerima
data. Setelah menerima perubahan sinyal tersebut, komponen pengatur akan
mengirimkan data, sekaligus menaikkan sinyal STB ke logika tinggi. Peralatan luar
kembali menanggapi perubahan sinyal STB dengan membaca data tersebut dan
menurunkan sinyal ACK ke rendah, sebagai tanda bahwa data telah dibaca dan siap
menerima data selanjutnya.
Dalam transmisi data paralel ini, data dikirimkan sekaligus, misalnya delapan
jalur komunikasi. Transmisi paralel digunakan bila dikehendaki kecepatan yang
tinggi.

2. Metode transfer data serial
Pada transmisi data serial, data dikirimkan satu bit demi satu bit melalui kanal
komunikasi yang telah dipilih misalnya data dikirimkan dalam bentuk kode ASCII
dengan 7 bit untuk tiap karakter, atau dalam bentuk data heksa dengan jumlah data 8
bit untuk setiap karakter. Maka penerima juga harus menerima data, bit demi bit
sesuai dengan jumlah bit dalam karakter yang telah ditentukan, sehingga kecepatan
data menjadi lebih lambat dibandingkan dengan transmisi data paralel.
Berdasarkan arahnya, transfer data serial dibagi menjadi tiga, yaitu :
1. simplex, pada sistem ini transfer terjadi satu arah saja dimana salah satu obyek
dalam sistem hanya bisa bertindak sebagai pengirim saja dan yang satu sebagai
penerima saja.
2. Half duplex, transfer terjadi dalam dua arah. Misalkan komputer A dan komputer
B. Pada saat komputer A mengirimkan data maka komputer B hanya dapat
menerima saja, begitu juga sebaliknya.

3. Full duplex, pada sistem ini setiap komputer/obyek yang melakukan transfer data
dapat bertindak sebagai pengirim atau penerima pada saat yang bersamaan.
Dalam pengiriman data secara serial harus ada sinkronisasi atau penyesuaian
antara pengirim dengan penerima agar data yang dikirim dapat diterjemahkan dengan
tepat oleh penerima. Sehingga dapat dikatakan fungsi sinkronisasi adalah agar
penerima mengetahui dengan tepat bahwa sinyal yang diterimanya merupakan bit
dari suatu data (sinkronisasi bit) dan agar penerima mengetahui dengan tepat bit data
yang membentuk sebuah karakter (sinkronisasi karakter).

Berdasarkan cara sinkronisasi dikenal 2 mode transmisi serial, yaitu sinkron
dan tak sinkron.
a. sinkron
Pada pengiriman data sinkron sejumlah blok data dikirimkan secara terusmenerus
tanpa bit awal atau akhir. Transmisi serial sinkron digunakan untuk
transmisi kecepatan tinggi. Dalam sistem ini baik pengirim maupun penerima bekerja
bersama-sama dan sinkronisasi dilakukan setiap sekian ribu data. Sinkronisasi terjadi
dengan jalan mengirimkan pola data tertentu antara pengirim dan penerima. Pola data
tertentu ini disebut karakter sinkronisasi (synchronization character). Pengirim akan
mengirimkan sejumlah besar data. Pengirim yang mengetahui kode yang digunakan,
akan memenggal data tersebut dan meneruskan ke komputer. Transmisi ini lebih
efisien karena untuk sinkronisasi hanya membutuhkan 16 sampai 32 bit. Sementara
data dapat mencapai beberapa ribu bit panjangnya. Bentuk transimisi diperlihatkan
pada gambar 2.3.
Sinkronisasi Data Data Data
Gambar 4 Format Pengiriman Data Sinkron

b. Tak sinkron
Pada mode tak sinkron, setiap byte data diawali oleh bit “start” dan diakhiri
dengan bit “stop”. Jumlah bit stop dapat 1 atau 2. Pada deretan bit data dapat juga
ditambahkan bit “parity”. Karakter dapat dikirimkan sekaligus ataupun beberapa
karakter kemudian berhenti untuk waktu yang tidak tentu, lalu dikirimkan sisanya.
Akibatnya setiap kali penerima harus melakukan sinkronisasi agar bit data yang
dikirimkan diterima dengan benar. Dengan demikian penerima harus mengetahui
mulainya bit pertama dari sinyal data. Caranya dengan memberikan suatu pulsa yang
disebut start pulse pada awal setiap karakter. Pulsa ini memberitahukan penerima
untuk mulai menerima bit data. Umumnya keadaan ini disebut idle, yaitu keadaan
tanpa transmisi sinyal, dalam keadaan tinggi (mark). Sehingga dapat dikatakan bahwa
selama keadaan idle pengirim (transmiter) mengirimkan deretan “1” secara terusmenerus.
Keadaan sebaliknya, yaitu “0” disebut space. Format pengiriman data serial
tak sinkron diperlihatkan pada gambar 2.5.
Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Parity Stop
Gambar 5 Format Pengiriman Data Serial Tak Sinkron
Kondisi bit paritas ditentukan oleh sistem paritas yang digunakan (ganjil atau
genap). Agar tidak terjadi kesalahan interpretasi antar pengirim dan penerima, maka
sistem paritas yang hendak dipakai perlu disetujui bersama, paritas genap atau paritas
ganjil. Bit ini akan dipasang pada 1 atau 0 untuk meyakinkan cacah bit 1 pada setiap
karakter adalah genap untuk paritas genap, ganjil untuk paritas ganjil. Sehingga,
setiap karakter mempunyai panjang 10 bit. Setiap sistem paritas ini memungkinkan
adanya deteksi kesalahan tunggal pada setiap karakter.
Gambar 6 Format Pengiriman Data Serial Tak Sinkron (1100 1010)
Misalkan kita akan mengirim data 01010011, paritas genap dan bit stop 1.
karena menggunakan paritas genap dan jumlah bit 1 yang akan dikirimkan jumlahnya
sudah genap, bit paritasnya menjadi 0, sehingga format data serial yang dikirimkan
dapat dilihat pada gambar 6.

B. Sistem Port Masukan/Keluaran PC
Semua komponen pendukung dan I/O adapter dalam komputer PC dikontrol
dengan menggunakan sinyal port masukan/keluaran (I/O port). Port-port ini
dialamati dengan menggunakan sinyal alamat port masukan/keluaran dari
mikroprosesor. Oleh karena itu mikroprosesor dapat memperlakukan peralatan
masukan/keluaran seperti pada memori yang dibaca dan ditulisi dengan menunjuk
alamat I/O port-nya.
Komputer IBM PC/AT memiliki 20 jalur alamat tetapi biasanya hanya 10
jalur yang dipakai yaitu A0-A9 untuk mendekode alamat port dari komponenkomponen
pendukungnya. Bit kesembilan dari alamat I/O port mempunyai arti
khusus dalam desain PC. Jika bit ini rendah (low), maka data tidak dapat diterima dari
sistem bus pada kartu slot, tetapi hanya dapat menerima data dari peralatan atau
alamat I/O port yang hanya berada pada papan sistem. Bila bit ini tinggi (high), maka
memungkinkan pengambilan data dari kartu slot.
Pada slot-slot ini terdapat alamat-alamat port yang telah digunakan dan alamat
port yang belum digunakan. Pembagian lebih terperinci penempatan chip pendukung
atau I/O dalam papan sistem, ditunjukkan pada tabel 1 Terlihat bahwa kartu-kartu
umum yang dipakai seperti printer card, serial card, display card dan disk drive card
terpasang pada slot yang telah tersedia. Dan kartu-kartu tersebut di atas menempati
lokasi alamat yang sudah pasti.
Tabel 1 menunjukkan pemakaian lokasi untuk port baik yang telah dipakai
maupun yang belum digunakan dalam sistem slot IBM PC. Lokasi yang belum
digunakan nantinya dipakai untuk menempatkan kartu antarmuka yang direncanakan.
Tabel 1 ALAMAT PORT MASUKAN/KELUARAN
Address(Hex) Pemakaian
0200-020F Game Control
0210-0217 Unit ekspansi
0218-02F8 Tidak dipakai
02F8-02FF Asynchrounous Commuication
(sekunder)
0300-031F Prototype Card
0320-032F Fixed Disk
0378-037F Paralel Printer
0380-038F SLDC Communication
0390-03AF Tidak dipakai
03B0-03BF Monochrome Display
03C0-03CF Tidak dipakai
03D0-03DF Colour Graphics
03E0-03EF Tidak dipakai
03F0-03FF Disk Drive
03F8-03FF Asynchronous Communication
(primer)

C. Port Komunikasi Serial Komputer Pribadi
Pada semua komputer pribadi sudah dilengkapi dengan port-port komunikasi
untuk berhubungan dengan dunia luar. Pada komputer IBM PC terdapat dua jenis
port komunikasi yang dapat digunakan yaitu port paralel dan port serial. Port paralel
biasanya digunakan untuk berhubungan dengan pencetak dan peralatan lain yang
mampu melakukan hubungan data secara paralel. Sedangkan port serial, IBM PC
hanya dilengkapi oleh dua port serial, yaitu masing-masing disebut COM1 dan
COM2. Port serial COM1, secara fisik dihubungkan dengan menggunakan konektor
DB9 male atau female Hampir semua komputer pribadi mennggunakan chip
pengontrol data serial western digital 8250, chip pengontrol terbaru 16550A, atau
komponen yang sesuai dari pabrik lain. Chip pengontrol menghubungkan secara
langsung ke bus ekspansi komputer pribadi. Karena chip pengontrol data serial
menghubungkan secara langsung ke bus ekspansi, setiap port serial menggunakan
beberapa alamat dalam ruang alamat masukan/keluaran CPU, dan masing-masing
dihubungkan ke sebuah saluran permintaan interupsi (IRQ). Penataan ini
memungkinkan CPU membaca dan menulis data secara langsung ke dan dari port.
Dan setiap port menempati 8 alamat port yang berdampingan dan satu saluran IRQ.
Port COM komputer pribadi standar dilokasikan pada alamat 3F8 H dan 2F8 H.
COM1 menggunakan saluran IRQ 4, dan COM2 mengunakan saluran IRQ 3.

1. karakteristik Fisik
Secara fisik, adapter serial pada komputer pribadi adalah berupa konektor
DB9 male dan DB25 male. Fungsi dari masing-masing pena pada konektor dapat
dilihat pada tabel 2. Dari fungsi masing-masing pena kedua konektor tersebut, maka
dapat dirancang perkawatannya untuk mentransfer data. Sedangkan bentuk kedua
konektor tersebut ditunjukkan pada gambar 7.
Tabel 2 FUNGSI PENA-PENA PADA DB9 DAN DB25
25 Pin 9 Pin Sinyal
1 - Chasis Ground
2 3 Transmit Data (TxD)
3 2 Receive Data (RxD)
4 7 Request To Send (RTS)
5 8 Clear To Send (CTS)
6 6 Data Set Ready (DSR)
7 5 Signal Ground
8 1 Carrier Detect (CD)
20 4 Data Terminal Ready (DTR)
22 9 Ring indicator (RI)
Gambar 7 Konektor DB 9 dan DB 25 male

2. Karakteristik sinyal listrik
Karena port serial komputer pribadi sesuai dengan standar RS-232, maka
sesuai ketentuannya, port serial komputer pribadi harus mempunyai karakteristik
sinyal listrik sebagai berikut :
a. Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 V.

b. Keadaan logika “1” (mark) ditandai dengan tegangan yang lebih negatif dari 3 V.
Pada logika “1” tegangan harus diantara –3 V dan –25 V.

c. Keadaan logika “0” (space) ditandai dengan tegangan yang positif dari +3 V.
Pada logika “0” tegangan harus diantara +3 V dan +25 V.

d. Hambatan keluaran DC harus lebih kecil dari 7 kH jika diberi tegangan antara 3 -
25 V dan harus lebih dari 3 kH jika tegangan kurang dari 25 V.

e. Slew Rate (perubahan tegangan keluaran per satuan waktu) harus lebih kecil dari
30 V/µS. waktu yang diperlukan untuk melewati daerah peralihan –3 V sampai +3
V tidak boleh lebih dari 1 ms.

3 Alamat Antar-muka dalam Sistem Komputer
Data bus untuk port printer hanya menampung 8 bit data. Untuk dapat
menerima atau mengirim data yang kapasitas lebih dari 8 bit, maka komputer akan
melakukan pembacaan beberapa kali, tergantung jumlah bit. Untuk keperluan ini,
diperlukan sinyal control dari computer untuk memberitahu bahwa data bisa dikirim.
Untuk menghubungkan computer dengan alat lain melalui port printer
diperlukan suatu konektor 25-pin ‘D’ Connector (lihat gb.7). Fungsi pin-pin pada
printer port dapat dilihat pada tabel 3.
Pada tabel 3 huruf n yang mengawali nama sinyal menunjukkan bahwa
keaktifan sinyal adalah efektif rendah. Semua port / register control adalah hardware
inverted. Dengan demikian jika diberikan keluaran ‘1’ ke register control, maka
keluaran register control ini ‘0’.
Dari keempat sinyal yang digunakan, 3 diantaranya sinyal dari reister control
dan satu dari register status. Yang termasuk dalam register control adalah : Strobe,
Auto Line Feed, dan Init, sedangkan yang termasuk register status adalah busy.
Setiap port printer mempunyai 3 register, yaitu register data, register control
dan register status. Register data terdiri dari 8-bit data. Register control dan register
status tidak semuanya terpakai. Oleh karena setiap port mempunyai 3 buah register,
maka setiap register ini harus mempunyai alamat tersendiri.
Tabel 3
ALAMAT MASUKAN / KELUARAN PORT PADA KOMPUTER DAN
FUNGSINYA
ALAMAT (HEKSADESIMAL) FUNGSI
000H – 01FH DMA Controller 1,8237 A
020H – 03FH Interrupt Controller 1,8259 A
1F0H – 1F8H Fixed Disk
200H – 207H Game I / 0
278H – 27FH Parallel Printer Port 2
2F8H – 2FFH Serial Port 2
300H – 31FH Prototype Card
360H – 36FH Reserved
378H – 37FH Parallel Printer Port 1
3D0H – 3DFH Colour / Grafhis Monitor Adapter
3F0H – 3F7H Diskette Controller
3F8H - 3FFH Serial Port 1
Alamat tiap register ini dapat dilihat pada tabel 4. Alamat LPT merupakan
alamat LPT1 atau LPT2 yaitu $378 atau $278. Sebagai contoh, kalau digunakan
LPT1 maka alamat register data register status dan register control adalah $378, $378
dan $37 A.
Gambar 7 Pin konektor pada port printer
Tabel 4 ALAMAT REGISTER PADA PORT PRINTER
JENIS REGISTER ALAMAT
Register data Alamat LPT + $00
Register status Alamat LPT + $01
Register kontrol Alamat LPT + $02
Pin keluaran pada port yang telah diprogram hanya bisa dihubungkan dengan
sumber arus sebesar beberapa puluh miliamper dan tegangan sebesar +5 volt dengan
arus balik ke ground sebesar 1 atau 2 mA. Jika ingin mengontrol peralatan
bertegangan tinggi seperti lampu, pemanas, kumparan antara pin port dengan
peralatan bertegangan tinggi tersebut.
Tabel 5 FUNGSI PIN-PIN PADA PORT PRINTER
DB 2 SINYAL ARAH REGISTER INVERS
Pin 1
Pin 2
Pin 3
Pin 4
Pin 5
Pin 6
Pin 7
Pin 8
Pin 9
Pin 10
Pin 11
Pin 12
Pin 13
Pin 14
Pin 15
Pin 16
Pin 17
N Strobe
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
NACK
Busy
Paper Out / Paper
END
Select
NAuto Line Feed
NError In Fault
Ninitialize
Masuk/keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Keluar
Masuk
Masuk
Masuk
Masuk
Masuk / keluar
Masuk
Masuk / keluar
Masuk / keluar
Kontrol
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Status
Status Status
Status
Kontrol
Status
Control
Status
Ya
Ya
Ya
Ya
Pin 18 - 25 nSelect Printer /
nSelect In
Ground
Grround


Arsitektur Mikrokomputer

Sistem Komputer

Sistem Komputer yang kita ketahui dalam keseharian adalah yang terdapat pada PC. Suatu sistem komputer bekerja dengan ditandai adanya interaksi antara komputer dan peripheral (hadware-nya) dengan program dan sistem operasi (softwarenya).

Komputer (CPU) adalah “otak” dari sistem tersebut sedangkan peripheral menghubungkan “otak” tersebut dengan dunia luar. Kerja suatu sistem komputer dioperasikan oleh sistem operasi dan program.

Suatu sistem komputer terdiri atas tiga bagian utama:
1. CPU (Central Processing Unit)
CPU terdiri atas dua bagian yaitu:

1. CU (Control Unit) :
Ini adalah unit pengendali. Fungsi utama unit pengendali (CU) adalah mengambil, mengkode, dan melaksanakan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit pengendali mengatur urutan operasi seluruh sistem. Unit ini juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali yang diperlukan untuk menyerempakkan operasi, juga aliran dan instruksi program.
ALU (Arithmetic Logic Unit):
Unit ini berfungsi melaksanakan operasi aritmatik serta operasi-operasi logika.

2. Memory Unit (Unit Penyimpan)
Unit-unit ini mengandung program-program yang bersangkutan dan data yang sedang diolah.

3. I/O (Unit Pengontrol Masukan dan Pengeluaran)
Unit ini melakukan hubungan dengan peripheral.

Sistem Mikrokomputer

Bila sebuah komputer dibangun dalam sebuah PCB tunggal maka disebut minikomputer. Dan sebuah CPU yang dipakai dalam sebuah chip semikonduktor disebut mikroprosessor. Mikrokomputer sendiri adalah sebuah komputer yang dikonstruksi dari sebuah mikroprosesor dengan ditambahkan unit memori serta sistem I/O. Sistem mikrokomputer sama dengan yang terdapat pada sistem komputer. Untuk menanggulangi berbagai macam kerja yang harus dilakukan, biasanya diberikan “logika tambahan” atau rangkaian logika lain misalnya tri-state buffer, buffer, decoder, multiplexer.

Ciri utama sistem mikrokomputer : hubungan yang berbentuk “bus”. (Istilah bus diambil dari bahasa latin omnibus yang berarti kepada/untuk semua). Bus menunjukkan hubungan antara komponen-komponen secara elektris. Bus meneruskan data, alamat-alamat (address) atau sinyal pengontrol.

Bagian-Bagian Sistem Mikrokomputer

Di atas telah dijelaskan susunan sistem mikrokomputer. Sistem mikrokomputer terdiri dari bagian-bagian yang berfungsi sama penting.

1. CPU/Mikroprosesor

Mikroprosesor berfungsi sebagai unit pengolah utama (CPU). Unit ini terdiri dari sebuah kalkulator dan unit pengontrol (CU). Unit kalkulator dari mikroprosesor terdiri dari register atau daftar (sebuah memori sementara yang cepat dan kecil), ALU, register status (menunjukkan keadaan sesaat dari perhitungan) dan sebuah pengkode.

2. Memori
a. RAM (Random Access Memory)

RAM adalah unit memori yang dapat dibaca dan/atau ditulisi. Data dalam RAM bersifat volatile (akan hilang bila power mati). RAM hanya digunakan untuk menyimpan data sementara, yaitu data yang tidak begitu penting (tidak masalah bila hilang akibat aliran daya listrik terputus). Ada dua macam RAM yaitu RAM statik dan RAM dinamik. RAM statik adalah flipflop yang terdiri dari komponen seperti resistor, transistor, dioda dan sebagainya. Setiap 1 bit informasi tersimpan hingga sel “dialamatkan” dan “ditulis-hapuskan”. Keuntungan dari RAM statik adalah akses atau jalan masuk yang bebas ke setiap tempat penyimpanan yang diinginkan, dan karena itu kecepatan masuk ke dalam memori terhitung relatif tinggi. RAM dinamik menyimpan bit informasi sebagai muatan. Sel memori elementer dibuat dari kapasistansi gerbang-substrat transistor MOS. Keuntungan RAM dinamik adalah sel-sel memori yang lebih kecil sehingga memerlukan tempat yang sempit, sehingga kapasistas RAM dinamik menjadi lebih besar dibanding RAM statik. Kerugiannya adalah bertambahnya kerumitan pada papan memori, karena diperlukannya rangkaian untuk proses penyegaran (refresh). Proses penyegaran untuk kapasitor ini dilakukan setiap 1 atau 2 mili detik.

b. ROM (Read Only Memory)

ROM merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data tidak akan terhapus meskipun aliran listrik terputus (non-volatile). Karena sifatnya, program-program disimpan dalam ROM. Beberapa tipe ROM:
- ROM Murni : yaitu ROM yang sudah diprogram oleh pabrik atau dapat juga program yang diminta untuk diprogramkan ke ROM oleh pabrik.
- PROM (Programmable Random Access Memory) : ROM jenis ini dapat diprogram sendiri akan tetapi hanya sekali pakai (tidak dapat diprogram ulang).
- EPROM (Erasable Programmable Random Access Memory) : yaitu jenis ROM yang dapat diprogram dan diprogram ulang.


c. Input/Output (I/O)

Piranti Input/Output (I/O interface) dibutuhkan untuk menghubungkan piranti di luar sistem. I/O dapat menerima/memberi data dari/ke mikroprosesor. Untuk menghubungkan antara I/O interface dengan mikroprosesor dibutuhkan piranti address. Dua macam I/O interface yang dipakai yaitu: serial dan paralel. Piranti serial (UART/universal asynchronous receiver-transmitter) merupakan pengirim-penerima tunggal (tak serempak). UART mengubah masukan serial menjadi keluaran paralel dan mengubah masukan paralel menjadi keluaran serial. PIO (paralel input output) merupakan pengirim-penerima serempak. PIO dapat diprogram dan menyediakan perantara masukan dan keluaran dasar untuk data paralel 8 bit.

Sistem Bus

Bus menghubungkan semua komponen dalam unit mikrokomputer. Ada tiga tipe bus yaitu:
- Data Bus (bus-D) : bus dengan delapan penghantar, data dapat diteruskan dalam arah bolak-balik (lebar data 8 bit) yaitu dari mikroprosesor ke unit memori atau modul I/O dan sebaliknya.
- Control Bus (bus-C) : meneruskan sinyal-sinyal yang mengatur masa aktif modul mikrokomputer yang sesuai dengan yang diinginkan menurut kondisi kerja.
- Address Bus (bus-A) : meneruskan data alamat (misal alamat 16 bit), dari penyimpan atau dari saluran masukan/keluaran yang diaktifkan pada saat tertentu.
Hubungan dalam masing-masing bus berupa kabel paralel 8 bit (jalur) maupum 16 bit (jalur).
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

• Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas
• Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
• Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.
Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:
1. sistem minimal mikrokontroler
2. software pemrograman dan kompiler, serta downloader
Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :
1. prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri
2. rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal
3. rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU
4. rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya
Pada mikrokontroler jenis2 tertentu (AVR misalnya), poin2 pada no 2 ,3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz,2MHz,4MHz,8MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.
Perkembangan ?
Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak 1971. Merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Kemudian, pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang kelak menjadi populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan mikrokontroler dari keluarga MCS 48. Sekarang di pasaran banyak sekali ditemui mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis. Masing2 vendor mengeluarkan mikrokontroler dengan dilengkapi fasilitas2 yang cenderung memudahkan user untuk merancang sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit.
Saat ini mikrokontroler yang banyak beredar dipasaran adalah mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51(CISC) yang dikeluarkan oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun varian dari mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan masing2 memiliki fitur yang berbeda2). Dengan mikrokontroler tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat sebuah sistem untuk keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah tangga jarak jauh yang menggunakan remote control televisi, radio frekuensi, maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital, termometer digital dan sebagainya.
Jenis-jenis Mikrokontroller
Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.
• RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
• Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.
Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.
Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis mikrokonktroler yang telah umum digunakan.

1. Keluarga MCS51
Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock.
Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan telah mengizinkan sebuah ROM luar 64KB dan RAM luar 64KB diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data.
Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic Control).
2. AVR
Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi.
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.
3. PIC
Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer.
PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam
PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer.
mikrokontroler sebuah mikroprosesor yang digabungkan dengan I/O dan memori (RAM/ROM) akan membentuk sebuah sistem mikrokomputer. Terilhami dengan CPU yang dapat dikonstruksi dalam sebuah single chip semiconductor, maka sebuah mikroprosesor, I/O dan memori dapat pula dibangun dalam level chip. Konstruksi ini menghasilkan Single Chip Microcomputer (SCM). SCM inilah yang disebut sebagai mikrokontroler

Mungkin akan timbul pertanyaan, apakah perbedaan antara mikrokomputer dengan mikrokontroler? Selain arsitekturnya, mikrokontroler jika dibandingkan dengan mikrokomputer seperti IBM PC adalah penggunaan I/O interface dan media penyimpanan yang berbeda. Dalam IBM PC media penyimpanan biasa menggunakan disket, maka pada mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai media penyimpanan

Sedangkan perbedaan antara mikroprosesor dengan mikrokontroler sudah jelas. Dalam mikrokontroler, RAM serta I/O interface sudah masuk di dalamnya. Ini merupakan satu keuntungan lebih dari mikrokontroler.

Dalam Hal penggunaannya, sistem mikrokontroler lebih banyak dipakai pada aplikasi yang deterministik, artinya sistem ini dipakai untuk keperluan yang tertentu saja misalkan sebagai pengontrol PID pada instrumentasi industri, pengontrol komunikasi data pada sistem kontrol terdistribusi.

tentang mikroelektronika

Sadar atau tidak, informasi merupakan bagian penting yang tidak mungkin dipisahkan bagi sebagian besar umat manusia di muka bumi. Di abad ruang angkasa ini, sistem informasi banyak bertumpu pada perangkat komputer, telepon, dan perangkat FAX. Perangkat-perangkat ini banyak bergantung pada teknologi mikroelektronika yang kita kenal berbentuk "chip" atau IC. Saat ini, teknologi mikroelektronika tidak hanya memonopoli teknologi informasi tapi juga memegang peranan yang penting di berbagai hal dalam kehidupan sehari-hari seperti mobil, peralatan rumah tangga, peralatan "sound-system" dan banyak lagi. Jelas untuk dapat berkompetisi terutama pada tingkat internasional kemampuan untuk membuat sendiri "chip" atau IC mutlak diperlukan. Mungkinkah industri Indonesia melakukan hal ini? siapkah perguruan tinggi Indonesia untuk bidang Mikroelektronika?

Pada saat ini, industri elektronika di Indonesia umumnya lebih banyak melakukan perakitan komponen elektronika. Komponen elektronika tersebut umumnya bersumber dari negara-negara maju seperti Amerika Serikat, Kanada, Jepang, Korea, Taiwan dan negara-negara Eropa. Negara tetanggga kita, Singapura dan Malaysia, ternyata juga mulai diperhitungkan debutnya dalam dunia mikroelektronika untuk membuat komponen elektronika pada tingkat internasional. Tampak disini bahwa negara-negara maju (termasuk Singapura dan Malaysia) justru berlomba-lomba untuk membuat sendiri komponen elektronika yang mereka butuhkan. Hal ini terutama karena nilai ekonomis yang diperoleh akan jauh lebih besar jika kita mengubah seonggok pasir Silika menjadi "chip" (IC) daripada merakit IC-IC ini menjadi sebuah komputer.

Industri elektronika di Indonesia saat ini masih pada taraf merakit IC-IC (yang dibeli dari luar negeri) menjadi peralatan elektronika. Jelas bahwa nilai tambah secara ekonomis tidaklah terlalu tinggi. Di samping itu, industri elektronika Indonesia tergantung akan masukan komponen dari luar negeri. Dengan semakin tingginya taraf kehidupan bangsa Indonesia (selain ditekan oleh inflasi) jelas upah buruh dan ongkos-ongkos produksi lainnya akan naik. Satu-satunya cara untuk tetap dapat berkompetisi adalah menghilangkan ketergantungan pada luar negeri antara lain dengan cara membuat sendiri komponen elektronika yang dibutuhkan industri elektronika di Indonesia.

Bagaimanakah keadaan industri pembuat komponen elektronika di Indonesia? Saat ini Indonesia memiliki beberapa bounded warehouse di pulau Batam untuk mengemas "chip" dalam kemasan keramik untuk kemudian di ekspor. Pabrik ini antara lain dikelola oleh grup Astra. Selain di TEMPO dan surat kabar nasional, berita ini disebarkan secara luas oleh majalah "Solid State Technology" yang banyak dibaca oleh para eksekutif dan peneliti bidang mikroelektronika di Amerika utara. Hasilnya? Indonesia telah menjadi salah satu "tiger" (macan) dalam dunia mikroelektronika di kawasan Pasifik seperti yang dilaporkan dalam majalah IEEE Spectrum yang diterbitkan di Amerika Serikat beberapa bulan yang lewat.

Mengapa pabrik di pulau Batam hanya mengemas (mengepak) "chip"? Proses pengemasan membutuhkan banyak tenaga manusia, oleh karenanya perusahaan-perusahaan raksasa mikroelektronika memilih negara dunia ke tiga (negara berkembang) untuk melakukan hal ini dengan harapan dapat menekan biaya pembuatan dengan menekan upah buruh. Tentunya "chip" itu sendiri dibuat dinegara asalnya; dan Indonesia mengemas / mengepak "chip" tersebut dalam kemasan keramik. Walaupun demikian, hal ini merupakan permulaan yang sangat baik. Apa yang mungkin dilakukan dimasa mendatang? Salah satu alternatif yang tampaknya cukup menarik adalah merancang dan membuat sendiri IC yang dibutuhkan oleh industri elektronika di Indonesia khususnya untuk industri telekomunikasi dan industri elektronika untuk konsumen. Hal yang penting diperhitungkan di samping peralatan pabrik, persiapan sumber daya manusia dan ilmu pengetahuan tentang teknologi mikroelektronika mutlak diperlukan. Hal ini diperlukan waktu yang tidak sebentar.

Istilah mikroelektronika dan komputer sering kita assosasikan dengan hal-hal teknologi tinggi yang sangat sulit dicapai oleh kepandaian kita dari Asia. Sedemikian sulitkah teknologi mikroelektronika? Dengan semakin canggihnya komputer mikro (PC) yang ada dipasaran di Indonesia sebetulnya PC kelas 386 lebih dari cukup untuk merancang sebuah IC. Bahkan perangkat lunak untuk menggambar arsitektur AutoCAD yang banyak dipasaran pernah digunakan oleh Gatot Soemarwoto M.Sc. untuk merancang IC PAU Mikroelektronika ITB yang pertama sekitar tahun 1986-1987. Beberapa perangkat keras maupun lunak untuk merancang dan membuat IC juga telah dibuat dalam beberapa tugas akhir S1 di jurusan teknik elektro ITB. Seperti Ir. Achmad Fuad Mas'ud - program analisa rangkaian elektronika di PC (1987); Ir. drs. Nassarudin Ginting - Silikon kompiler (1987) yang dilanjutkan oleh Ir. Wingky (1989); mahasiswa yang menjalankan tugas akhir dibawah Dr. Adang Suwandi juga telah membuahkan berbagai perangkat mulai dari perancang PCB hingga analisa transistor. Tentunya masih banyak lagi yang tidak mungkin disebutkan disini seperti yang dikembangkan oleh Prof. Dr. Samaun Samadikun, Dr. Soegiardjo Soegijoko, Dr. Richard Mengko. Mungkin perlu dicatat bahwa sebagian besar perangkat yang dikembangkan dirancang untuk dijalankan di PC.

Kebetulan saat ini sebagian besar perintis pengembang perangkat lunak maupun perangkat keras untuk merancang dan membuat IC tergabung di jurusan teknik elektro atau PAU Mikroelektronika ITB. Adanya perangkat-perangkat lunak ini akan sangat membantu proses perancangan dan analisa sebelum IC di buat. Dengan kata lain, perangkat lunak akan membantu kita dalam melokalisasi kesalahan yang mungkin timbul sebelum IC dibuat. Harga komputer mikro yang relatif murah akan memungkinkan berbagai perguruan tinggi maupun industri di Indonesia untuk menyerap perangkat lunak untuk merancang IC yang telah dikembangkan di ITB. Hal ini akan sangat memudahkan proses alih teknologi dari ITB ke perguruan tinggi maupun industri elektronika di Indonesia. Jika hal ini berjalan dengan baik dapat diharapkan proses penyiapan sumber daya manusia maupun pengetahuan mikroelektronika di Indonesia dapat dipercepat.

Tentunya teori tanpa praktek tak akan ada artinya. Bagaimana dengan proses pembuatan IC yang telah dirancang dengan susah payah tadi? Saat ini baru dua lembaga di Indonesia yang mampu membuat IC yaitu PAU Mikroelektronika ITB dan LIPI. Potensi yang ada di lembaga ini tentunya akan sangat membantu dalam membentuk orang-orang yang dibutuhkan untuk membangun industri mikroelektronika di Indonesia. Kerjasama yang cukup erat antara kedua lembaga ini dengan pihak perguruan tinggi dan industri di Indonesia akan sangat membantu perkembangan dunia industri mikroelektronika di Indonesia. Kerjasama ini dapat berupa penyediaan fasilitas pembuatan IC, tukar menukar perangkat lunak yang telah dikembangkan maupun informasi lainnya. Khususnya pada proses pembuatan IC, tujuan utamanya adalah untuk menekan biaya pembuatan IC serendah mungkin. Umumnya di Amerika utara dan Canada digunakan "multi project chip" yang memungkinkan beberapa rancangan dibuat sekaligus pada satu chip.

Sumber daya manusia adalah faktor yang paling menentukan dalam proses pengembangan sebuah teknologi seperti teknologi mikroelektronika. Hal ini disadari oleh negara-negara maju seperti Amerika Serikat dan Kanada. Saat ini ada beberapa lembaga yang bergerak untuk menghubungkan dunia perguruan tinggi dengan industri terutama untuk menyiapkan sumber daya manusia. Sebagai contoh, MOSIS di ISI, California mengirim dan menyunting rancangan-rancangan IC dari perguruan tinggi di Amerika Serikat untuk dikirimkan ke industri elektronika di lembah Silikon. Di Canada, Canadian Microelectronics Corporation (CMC) di Queens University menghubungkan perguruan tinggi di Canada dengan Bell Northern Research (BNR) di Ottawa, Canada.

Peranan lembaga penghubung ini tidaklah mudah karena disini bertumpu ilmu pengetahuan bidang mikroelektronika maupun perangkat yang diperlukan untuk merancang IC. Potensi PAU Mikroelektronika untuk hal ini cukup besar, saat ini tampaknya PAU lebih menitik beratkan pada fungsinya untuk mendukung penelitian bidang mikroelektronika. Tentunya bukan tidak mungkin dimasa mendatang fungsi PAU Mikroelektronika ITB dapat berkembang menjadi jembatan antara dunia perguruan tinggi dan dunia industri mikroelektronika di Indonesia. Dengan semakin terjangkaunya komputer mikro, bukan mustahil pengembangan sumber daya manusia maupun industri mikroelektronika dapat dipercepat dengan adanya jembatan antara perguruan tinggi dan industri bidang mikroelektronika. Mudah-mudahan hal ini dapat membantu jalannya roda pembangunan di Indonesia.