Apa Itu Mikrokontroler?

Mikrokontroler adalah sirkuit terpadu / Integrated Circuit (IC) ringkas yang dirancang untuk mengatur operasi tertentu dalam sistem tertanam (embedded system). Secara umum, mikrokontroler terdiri dari prosesor, memori, dan input/output (I/O) periferal pada satu chip. Mikrokontroler kadang-kadang disebut sebagai pengendali tertanam (embedded controller) atau unit mikrokontroler. Mikrokontroler dapat ditemukan pada kendaraan, robot, mesin kantor, perangkat medis, pemancar radio bergerak, mesin penjual otomatis dan peralatan rumah tangga. Saat ini sudah terdapat mikrokontroler yang sudah terintegrasi dengan komponen-komponen elektronik lainnya sehingga siap digunakan untuk berbagai kebutuhan, salah satu contohnya adalah mikrokontroler Arduino.

Mikrokontroler dapat dianggap sebagai “otak” dari sebuah sistem elektronik. Sama seperti komputer yang kita gunakan sehari-hari, mikrokontroler memiliki kemampuan untuk menjalankan program, tetapi dengan ruang lingkup aplikasi yang lebih spesifik. Dalam banyak kasus, mikrokontroler digunakan untuk tugas-tugas yang membutuhkan kontrol otomatis, pengolahan data input, serta pengendalian output dalam waktu yang sangat cepat.

Fitur Mikrokontroler

Sebuah mikrokontroler akan memiliki prosesor sebagai otaknya. Prosesor mikrokontroler memiliki beberapa ukuran berbeda dalam satuat bit. Ukuran bit prosesor mikrokontroler berkisar dari 4-bit, 8-bit, atau 16-bit, ini merupakan ukuran yang sederhana. Prosesor mikrokontroler 32-bit atau 64-bit disebut dengan ukuran yang kompleks. Dalam hal memori, mikrokontroler dapat memiliki Random Access Memory (RAM), memori flash, EPROM atau EEPROM. Secara umum, mikrokontroler dirancang agar mudah digunakan tanpa komponen komputasi tambahan karena dirancang dengan memori onboard yang memadai serta menawarkan pin untuk operasi I/O, sehingga mereka dapat langsung berinteraksi dengan sensor dan komponen lainnya.

Arsitektur mikrokontroler dapat didasarkan pada arsitektur Harvard atau arsitektur von Neumann. Kedua arsitektur tersebut memiliki teknik tertentu pada metode pertukaran data antara prosesor dan memori. Pada arsitektur Harvard, bus dan instruksi data terpisah, memungkinkan untuk transfer simultan. Pada arsitektur Von Neumann, satu bus digunakan untuk data dan instruksi.

Prosesor mikrokontroler dapat didasarkan pada komputasi Complex Instruction Set Computing (CISC) atau Reduced Instruction Set Computing (RISC). CISC umumnya memiliki sekitar 80 instruksi sementara RISC memiliki sekitar 30. CISC memiliki lebih banyak mode pengalamatan yaitu 12-24 lebih banyak dibandingkan dengan RISC yang hanya 3-5. CISC dapat lebih mudah diimplementasikan dan memiliki penggunaan memori yang lebih efisien, tapi akan mengalami penurunan kinerja karena semakin banyak jumlah siklus clock yang diperlukan untuk menjalankan instruksi. RISC yang lebih menekankan pada perangkat lunak, seringkali memberikan kinerja yang lebih baik daripada prosesor CISC, yang lebih menekankan pada perangkat keras, karena set instruksi yang disederhanakan, tetapi karena penekanannya pada perangkat lunak, perangkat lunak dapat menjadi lebih kompleks. Pilihan ISC mana yang digunakan bervariasi tergantung pada aplikasi yang akan diterapkan.

Ketika pertama kali tersedia, mikrokontroler hanya menggunakan bahasa khusus yaitu assembly. Saat ini sudah banyak bahasa pemrograman yang dapat diterapkan pada mikrokontroler diantaranya adalah bahasa pemrograman C dan Python. Contoh fisik dari mikrokontroler yang ada adalah Raspberry Pi dan Arduino. Mikrokontroler saat ini digunakan sebagai komponen utama pada Internet of Things (IoT) Environments.

Komponen Utama Mikrokontroler

Mikrokontroler terdiri dari beberapa komponen dasar yang mendukung kinerjanya. Berikut adalah komponen utama dalam mikrokontroler:

  1. Unit Pemrosesan Sentral (CPU)
    CPU adalah bagian yang bertanggung jawab untuk menjalankan instruksi program dan memproses data. CPU dalam mikrokontroler biasanya berfungsi untuk mengontrol semua operasi, seperti pengolahan data dari sensor dan pengendalian perangkat output.
  2. Memori
    Memori pada mikrokontroler terdiri dari dua jenis utama: memori baca-tulis (RAM) dan memori baca-saja (ROM). RAM digunakan untuk menyimpan data sementara yang sedang diproses oleh CPU, sementara ROM menyimpan program atau kode yang dijalankan oleh mikrokontroler.
  3. Input/Output (I/O)
    Mikrokontroler dilengkapi dengan port I/O untuk berkomunikasi dengan perangkat eksternal, seperti sensor, motor, atau layar. Port ini dapat berupa input digital atau analog yang digunakan untuk menerima data dari dunia luar atau output yang digunakan untuk mengendalikan perangkat lain.
  4. Timer dan Counter
    Mikrokontroler dilengkapi dengan timer dan counter yang memungkinkan pemrogram untuk mengukur waktu atau menghitung kejadian tertentu. Timer ini berguna dalam aplikasi seperti pengaturan waktu, penghitungan jumlah pulsa, atau pengaturan durasi.
  5. Periferal
    Beberapa mikrokontroler memiliki periferal tambahan seperti pengontrol komunikasi serial (UART, SPI, I2C), pengontrol analog-to-digital (ADC), dan pengontrol digital-to-analog (DAC) yang memperluas fungsionalitas mikrokontroler dalam berbagai aplikasi.

Cara Kerja Mikrokontroler

Pada dasarnya, mikrokontroler bekerja dengan cara mengeksekusi program yang telah diprogram ke dalam memori ROM-nya. Program tersebut berisi serangkaian instruksi yang memberitahu mikrokontroler bagaimana cara memproses data input dan mengendalikan output. Berikut adalah langkah-langkah umum cara kerja mikrokontroler:

  1. Program Memulai Eksekusi
    Setelah mikrokontroler diberi daya, program yang ada di dalam memori ROM akan dijalankan oleh CPU. Program ini biasanya sudah diprogram oleh pengembang untuk melaksanakan tugas tertentu, seperti membaca sensor atau mengendalikan motor.
  2. Pengolahan Data Input
    Mikrokontroler menerima data dari perangkat input melalui port I/O. Misalnya, sensor suhu dapat mengirimkan data yang dibaca oleh mikrokontroler, yang kemudian diproses oleh CPU.
  3. Pengolahan dan Pengendalian Output
    Setelah data diproses, mikrokontroler kemudian memutuskan tindakan apa yang harus diambil berdasarkan data yang diterima. Sebagai contoh, jika sensor suhu mendeteksi suhu yang sangat tinggi, mikrokontroler bisa mengaktifkan kipas atau sistem pendingin.
  4. Ulangan Siklus Program
    Proses ini berulang terus-menerus selama mikrokontroler diberi daya, yang memungkinkan pengendalian perangkat secara otomatis dan berkelanjutan.

Jenis Mikrokontroler

Mikrokontroler hadir dalam berbagai jenis dan keluarga yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi. Beberapa jenis mikrokontroler yang populer antara lain:

  1. Mikrokontroler 8-bit
    Mikrokontroler 8-bit adalah tipe mikrokontroler yang paling dasar dan sering digunakan dalam aplikasi sederhana. Mikrokontroler ini mampu memproses data 8 bit dalam satu siklus instruksi. Salah satu contoh mikrokontroler 8-bit yang terkenal adalah keluarga PIC (Peripheral Interface Controller) dan Atmel AVR.
  2. Mikrokontroler 16-bit
    Mikrokontroler 16-bit memiliki kapasitas pemrosesan yang lebih besar dibandingkan dengan mikrokontroler 8-bit. Mikrokontroler 16-bit digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pengolahan data yang lebih cepat dan lebih kompleks. Contoh mikrokontroler 16-bit adalah keluarga PIC16 dan MSP430.
  3. Mikrokontroler 32-bit
    Mikrokontroler 32-bit menawarkan kapasitas pemrosesan yang jauh lebih besar, serta kemampuan untuk menjalankan aplikasi yang lebih kompleks dan membutuhkan daya komputasi tinggi. Mikrokontroler 32-bit sering digunakan dalam perangkat IoT, otomotif, dan perangkat elektronik konsumen canggih. Contohnya adalah ARM Cortex-M dan keluarga STM32.

Aplikasi Mikrokontroler

Mikrokontroler digunakan dalam berbagai aplikasi di banyak sektor, termasuk elektronik konsumen, industri, otomotif, medis, dan banyak lagi. Beberapa contoh aplikasi mikrokontroler dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

  1. Perangkat Rumah Tangga
    Mikrokontroler digunakan dalam berbagai perangkat rumah tangga seperti mesin cuci, microwave, kulkas pintar, dan pemanas air. Mikrokontroler mengontrol fungsi-fungsi tersebut dengan mengatur waktu, suhu, atau mode operasi.
  2. Elektronik Konsumen
    Mikrokontroler dapat ditemukan di perangkat elektronik seperti ponsel, remote kontrol, kamera digital, dan jam tangan pintar. Mikrokontroler ini mengendalikan berbagai fitur, mulai dari tampilan layar hingga pengolahan sinyal.
  3. Otomotif
    Mikrokontroler memainkan peran penting dalam kendaraan modern, seperti dalam pengaturan sistem rem anti-lock (ABS), kontrol mesin, dan pengendalian sistem infotainment. Mikrokontroler memastikan berbagai sistem dalam kendaraan berjalan dengan efisien dan aman.
  4. Robotika
    Mikrokontroler digunakan dalam aplikasi robotika untuk mengendalikan motor, sensor, dan aktuator dalam robot. Robot yang digunakan dalam berbagai industri, seperti manufaktur dan kesehatan, sering kali dilengkapi dengan mikrokontroler untuk memastikan pengoperasian yang tepat.
  5. Internet of Things (IoT)
    Mikrokontroler juga sangat penting dalam dunia IoT, di mana perangkat-perangkat pintar saling terhubung dan berkomunikasi melalui internet. Mikrokontroler dalam perangkat IoT seperti smart thermostat, lampu pintar, atau sensor keamanan mengumpulkan dan mengirimkan data untuk pengendalian otomatis.

Wassalam-Bobsis2019