MIKROPROSESOR,MIKROKOMPUTER dan MIKROKONTROLER

MIKROPROSESOR,MIKROKOMPUTER dan MIKROKONTROLER

1.Mikroprosesor

Mikroprosesor adalah serpih tunggal yang memiliki rangkaian aritmatika,logika dan pengendalian (Arithmetic Logic Unit/ALU dan control Unit/CU),dari suatu pemerosesan bertujuan umum,sistem pengendalian dan sistem penghitungan.

kombinasi demikian kadang-kadang meliputi sejumlah pengingat (memory) dalam serpih(chip)yang sama,yaitu unit pemerosesan pusat(central processing unit)dari system,yang di sebut prosesor.serpih CPU tersebut dapat di peroleh dari berbagai pabrik dalam berbagai panjang kata :4,8,12,16,32atau 64bit.

Teknologi yang di gunakan adalah

· CCD, PMOS, NMOS, CMOS, Bipolar, IIL, DMOS, VMOS

2. CENTRAL PROCESSING UNIT(CPU)

CPU merupakan tempat pemerosesan instruksi-instruksi program.pada mikrokomputer,prosesor ini disebut mikroprosesor.

CPU terdiri dari dua bagian utama,yaitu unit kendali(control unit)dan unit aritmatika dan logika (arithmetic and logic unit).di samping itu ada juga beberapa simpangan yang berukuran kecilyang disebut dengan register.

3. CONTROL UNIT

Tugas control unit adalah :

1. mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output

2. Mengatur Instruksi-instruksi dari main memory.

3. Mengmbil data dari main memory kalau di perlukan oleh proses.

4. Mengirim Instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika , serta mengawasi kerja ALU.

5. Menyimpan hasil proses ke main memory.

4. ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

· Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua penghitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Selain itu ALU juga melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program.

5. REGISTER

Register merupakan simpanan kecil yang mempunyai kecepatan tinggi,lebih cepat sekitar 5 sampai 10 kali di bandingkan dengan kecepatan perekam atau pengembalian data dari main memory.Register di gunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang di proses olrh CPU,sedang instruksi-instruksi dan data lainya yang menunggu giliran untuk di proses masih di simpan di main memory.

6. ARRAY PROCESSOR

Bila sejumlah besar dari perhitungan harus dilakukan, untuk mempercepat waktu proses, dapat digunakan array processor. Suatu array processor atau co processor adalah prosesor terpisah yang dapat ditambahkan pada prosesor utamanya. Dengan array processor, perhitungan arithmatika yang besar dan sulit dapat dilakukan dengan memecah aiau membagi perhitungan tersebut dan dilakukan bersama-sama antara central processor dan array processor. Karena fungsi utama dari co-processor atau array processor adalah untuk perhitungan matematika yang rumit, maka disebut juga math-processor atau numeric data processor.

7. MENGUBAH MIKROPROSESOR MENJADI MIKROKOMPUTER

Untuk membentuk semua tugas yang diperlukan komputer, CPU harus dilengkapi dengan pengingat (memori) tambahan, jam(clock), adaptor pengantara keliling (PIA) untuk alat masukan dan keluaran (I/O).

Jumlah serpih Chip) pelengkap di sekeliling mikroprosesor pada gambar di atas berkisar dari 10 sampai 80 buah, dan dipasang pada suatu papan rangkaian cetak (Printed Circuit Board/PCB). Jumlah ekivalen transistor pada papan tersebut bisa lebih dari 100.000, bahkan sampai puluhan juta

8. MAIN MEMORY

CPU hanya dapat menyimpan data dan instruksi di register yang ukurannya kecil, sehingga tidak dapat menyimpan semua informasi yang dibutuhkan untuk keseluruhan proses dari program. Untuk mengatasi hal ini, maka di alat pemroses dilengkapi dengan simpanan yang kapasitasnya lebih besar, yaitu main storage atau disebut juga primary storage. Main memory terdiri dari RAM dan ROM

a. ROM

ROM : hanya dapat dibaca saja, tidak bisa mengisi sesuatu ke dalam ROM. Isi ROM sudah diisi oleh pabrik pembuatnya, berupa sistem operas! (Operating System) yang terdiri dari program-program pokok yang diperlukan oleh sistem komputer, seperti misalnya program untuk mengatur penampilan karakter di layar, pengisian tombol kunci di keyboard unutk keperluan kontrol tertentu dan bootstrap program.

Bootstrap program diperlukan pada waktu pertama kali sistem komputer diaktifkan – booting (cold booting/warm booting)Instruksi-instruksi yang tersimpan di ROM disebut dengan microinstructions atau microcode. Disebut juga firmware, karena hardware dan software dijadikan satu oleh pabrik.

b. RAM

RAM : semua data dan program yang dimasukkan lewat alat input, disimpan dulu di main memory knususnya di RAM (Random Access Memory). RAM merupakan memori yang dapat diakses (diisi/diambil isinya) oleh programmer.

Struktur RAM dibagi menjadi 4 bagian :

1. Input storage – menampung input yang dimasukkan lewat alat input.

2. Program storage -menyimpan semua instruksi-instruksi program yang akan diproses.

3. Working storage -menyimpan data yang akan diolah dan hasil pengolahan

4. Output storage -menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.

Input yang dimasukkan lewat alat input, pertama kali ditampung terlebih dahulu di input storage, bila input tersebut berbentuk program, maka dipindahkan ke program storage dan bila berbentuk data, akan dipindahkan ke working storage. Hasil dari pengolahan juga ditampung di working storage dan hasil yang akan ditampilkan ke alat output dipindahkan ke output storage.

9. CACHE MEMORY

Beberapa CPU menggunakan suatu cache memory atau buffer memory dengan maksud supaya kerja dari CPU lebih efisien dan mengurangi waktu yang terbuang. Tanpa cache memory, CPU akan menunggu sampai data atau instruksi diterima dari main menrory atau menunggu hasil pengolahan selesai dikirim ke main memory, baru proses selanjutnya bisa dilakukan. Padanal proses dari main memory lebih lambat dibandingkan dengan kecepatan register.

Cache memory diletakkan di antara CPU dan main memory.

Cache memory harus lebih cepat dari main memory dan mempunyai ukuran yang cukup besar, tetapi tidak sebesar main memory.Sebenarnya cache memory tidak diperlukan bila main memory secepat cache memory, tetapi cara itu tidak ekonomis.

10. MIKROKONTROLLER

Dalam Mikrokontroler terdapat mikroprosesor, BUS, clock/osilator, RAM, EPROM, timer dan port I/O seperti halnya mikrokomputer. Yang membedakan adalah fungsi mikroprosesor pada mikrokontroler sangat sederhana dan terbatas sebagai pengontrol. Selain itu mikrokontroler bekerjanya menempel (embedded) pada suatu alat.

Seperti halnya mikrokomputer, mikrokontroler untuk beroperasi memerlukan program. Bahasa pemrograman yang dipakai adalah bahasa rakitan (assembly) yang sintaksis dan kompilasinya tergantung pabrik pembuat, misalnya MCS51 untuk 8051.

Mikrokontroler yang ada di pasaran adalah AT89C51 dari Atmel, PIC16F84 dari Microchip Technology Inc., 8051 dari Intel, 68HC11 dari motorola dan sebagainya.

8051 buatan Intel sejak lama sudah dikena! tetapi membutuhkan memori eksternal sehingga saat ini mikrokontroler buatan Atmel yang sudan memiliki internal memori banyak digunakan terutama seri yang murah yaitu AT89S51. Keunggulan PIC16F84 buatan Microchip Technplogy Inc. adalah jumlah opcode-nya yang sedikit (nanya tiga puluhan) dengan 18 pin karena tipe prosesor RISC. Untuk mengisi program ke dalam cip, program assembly yang berekstensi .ASM harus dikompilasi sehingga dihasilkan file berekstensi .HEX.

Cache memory diletakkan di antara CPU dan main memory.

Cache memory harus lebih cepat dari main memory danmempunyai ukuran yang cukup besar, tetapi tidak sebesarmain memory.Sebenarnya cache memory tidak diperlukan bila mainmemory secepat cache memory, tetapi cara itu tidakekonomis

CCD (Charge Coupled Device)

CCD (Charge Coupled Device)

Sejarah

Tahun, 1969 F.Sangster dan K. Teer dari Philips Research Lab menemukan Bucket-Brigade Device (BBD). Alat ini pada dasarnya mentransfer paket muatan dari satu transistor ke transistor lain.

Pengembangan dari konsep ini akhirnya dilakukan oleh Willard Boyle dan George Smith dari Bell Laboratories. Bedanya kali ini merupakan transfer muatan dari satu kapasitor ke kapasitor lain, dan diberi nama CCD.

Awalnya didesain untuk memori, tetapi akhirnya ditemukan bahwa CCD sensitif terhadap cahaya, sehingga akhirnya dikembangkan sebagai sensor visual.

Definisi :

Integrated Circuit (IC) yang sensitif terhadap cahaya dan mampu menyimpan dan menampilkan data dari sebuah gambar dengan cara tiap pixel dari gambar dikonversi ke dalam bentuk muatan elektrik dengan intensitas yang sesuai dengan spektrum warna. CCD mempunyai sejumlah besar (mungkin 1000) gerbang/gate yang berjarak dekat, di antara sumber dan drain, sehingga susunan demikian dapat dibuat komponen yang berfungsi sebagai register geser. CCD merupakan peralatan unipolar.

Operasi arus searah (dc) dari CCD tidak mungkin dilakukan. Pembawa-pembawa yang ditimbulkan secara teknis terperangkap dalam kanal energi potensial yang kosong dan pada saat yang sama merubah keadaan logika dari 0 ke 1. gejala perubahan ini dinamakan pengaruh arus gelap yang dapat menentukan batas bawah frekuensi clock (50 Khz – 1 Mhz). Sel CCD tidak memerlukan daya yang stationer, karena daya didisipasikan hanya untuk pengisian kapasitansi sel aktif. Akibatnya batas atas dari frekuensi clock (1 sampai 10 Mhz) mungkin dapat ditentukan oleh disipasi daya maksimum yang diperkenankan.

Struktur CCD

Peralatan kopel muatan tidak dapat dirakit dari komponen-komponen diskrit, karena suatu kanal kontinu tunggal diperlukan untuk mengkopel antara daerah di bawah elektroda-elektroda. Gerbang-gerbang arus dipisahkan oleh jarak yang sangat sempit (sekitar 1 μm). Celah yang sangat sempit ini sangat sulit sekali dietsa secara handal karena adanya ketidaksempurnaan kedok (mask), cacat pada fotoemulsi, partikel debu dan sebagainya.

Organisasi Memori CCD

Pengingat CCD menjembatani pebedaan antara RAM dan pengingat piringan magnetik berkala tetap (disk). Pengingat CCD lebih murah dibandingkan dengan RAM, tetapi waktu aksesnya lebih lambat karena operasinya secara seri.

Tiga (3) Organisasi yang Umum dipergunakan :

a. Operasi yang berliku-liku (Serpentive)

Suatu organisasi sinkron di mana data digeserkan dari sel satu ke sel berikutnya, yang panjang pada konfigurasi register geser resirkulasi. Perpindahan sel satu ke sel berikutnya sangat efisien.

b. LARAM (Line-Adressable Random Acces Memory)

LARAM adalah organisasi yang dioptimasikan untuk memberikan waktu akses yang singkat. Organisasi ini terdiri dari sejumlah pengingat resirkulasi CCD singkat yang bekerja secara paralel, yang meliputi baris-baris masukan dan keluaran yang umum.

c. Organisasi SPS (Seri-Paralel-Seri)

Konfigurasi ini menggambarkan suatu bentuk masukan bit yang di susun secara paralel lalu disimpan ke dalam register vertikal dan dipindahkan ke register keluar horisontal lalu keluarannya digeser secara seri dan kemudian masuk ke dalam sistem. Beberapa keuntungan dari SPS adalah daya yang rendah, hilangnya penguat geser di dalam, kapasitansi clock yang rendah, dan kecepatan yang sangat tinggi.

Cara Kerja CCD

· Lensa menerima cahaya dan meneruskan ke CCD

· Fotodioda pada CCD merespon cahaya yang mengenainya. Cahaya ini direspon fotodioda dengan menghasilkan muatan sesuai dengan spektrum warna yang diterimanya.

· Muatan tersebut akhirnya ditransfer ke kapasitor. Dan tiap kapasitor dapat mentransfer muatan listrik dari satu kapasitor ke kapasitor lain.

· Muatan listrik tersebut masuk ke analog signal chain untuk diolah di ADC. Semua proses ini dikontrol oleh sebuah clock signal.

Contoh Aplikasi

· Kamera digital

· Scanner

· Barcode reader

· Sensor Visual untuk Robot

Teknologi Rangkaian Logika Digital

Integrated Injection Logic (IIL)

Teknologi Bipolar

è TRL (Transistor Resistor Logic)

· Jumlah resistor dimaksimalkan (resistordevais termurah)

è DRL (Dioda Transistor Logic)

· Kinerja ditingkatkan dgn mengganti kebanyakan resistor dgn dioda semikonduktor

è RTL (Resistor Transistor Logic)

· Teknologi mikroelektornika pertama

· Menggunakan banyak transistor dan hanya sedikit resistor

è TTL (Transistor Transistor Logic)

· transistors berjumlah banyak dan terkait laungsung satu sama lain; Sampai sekarang tetap menjadi teknologi bipolar paling populer

è I2L (Integrated-injection logic)

· Technology mereduksi kerapatan packing dari devais bipolar devices ke suatu ukuran mendekati ukuran devais MOSmelalui “compressing” suatu rangkaian logika yang terdiri dari dua transistor menjadi suatu satuan tunggal (a single unit).

· I2L dibuat dengan menggunakan teknologi bipolar dan menggabungkan (merger) beberapa komponen semikonduktor.

· I2L terdiri dari transistor pnp yang berperan sebagai injektor arus untuk mengumpan arus basis untuk inverter transistor npn multi kolektor.

· Fabrikasinya hanya memerlukan proses kedok (mask) yang lebih sedikit dibandingkan BJT standar. Kerapatan kemasan lebih tinggi dari BJT (300 gerbang/mm2), sebanding dengan MOSFET.

· Sistem I2L bisa dipergunakan dalam pembuatan gerbang inverter, gerbang NAND, NOR, AND OR INVERTER (AOI) dan flip-flop.

· Sistem I2L dapat diterapkan pada jam tangan digital, konverter A/D dan D/A, RAM dan mikroprosesor.

è ECL (emmitter-coupled logic)

· Devais dikembangkan untuk aplikasi-2 yg membutuhkan kecepatan yang sangat tinggi (extremely high speed).

· Mengkonsumi lebih banyak energi/power,

· digunakan secara ekslusif pada komputer-2 Cray

Mikrokontroler

Pendahuluan
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.

Sistem Input Komputer
Piranti input menyediakan informasi kepada sistem komputer dari dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi, piranti input yang paling umum adalah keyboard. Komputer mainframe menggunakan keyboard dan pembaca kartu berlubang sebagai piranti inputnya. Sistem dengan mikrokontroler umumnya menggunakan piranti input yang jauh lebih kecil seperti saklar atau keypad kecil.
Hampir semua input mikrokontroler hanya dapat memproses sinyal input digital dengan tegangan yang sama dengan tegangan logika dari sumber. Level nol disebut dengan VSS dan tegangan positif sumber (VDD) umumnya adalah 5 volt. Padahal dalam dunia nyata terdapat banyak sinyal analog atau sinyal dengan tegangan level yang bervariasi. Karena itu ada piranti input yang mengkonversikan sinyal analog menjadi sinyal digital sehingga komputer bisa mengerti dan menggunakannya. Ada beberapa mikrokontroler yang dilengkapi dengan piranti konversi ini, yang disebut dengan ADC, dalam satu rangkaian terpadu.

Sistem Output Komputer
Piranti output digunakan untuk berkomunikasi informasi maupun aksi dari sistem komputer dengan dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi (PC), piranti output yang umum adalah monitor CRT. Sedangkan sistem mikrokontroler mempunyai output yang jauh lebih sederhana seperti lampu indikator atau beeper. Frasa kontroler dari kata mikrokontroler memberikan penegasan bahwa alat ini mengontrol sesuatu.
Mikrokontroler atau komputer mengolah sinyal secara digital, sehingga untuk dapat memberikan output analog diperlukan proses konversi dari sinyal digital menjadi analog. Piranti yang dapat melakukan konversi ini disebut dengan DAC (Digital to Analog Converter).

CPU (Central Processing Unit)
CPU adalah otak dari sistem komputer. Pekerjaan utama dari CPU adalah mengerjakan program yang terdiri atas instruksi-instruksi yang diprogram oleh programmer. Suatu program komputer akan menginstruksikan CPU untuk membaca informasi dari piranti input, membaca informasi dari dan menulis informasi ke memori, dan untuk menulis informasi ke output.
Dalam mikrokontroler umumnya hanya ada satu program yang bekerja dalam suatu aplikasi. CPU M68HC05 mengenali hanya 60 instruksi yang berbeda. Karena itu sistem komputer ini sangat cocok dijadikan model untuk mempelajari dasar dari operasi komputer karena dimungkinkan untuk menelaah setiap operasi yang dikerjakan.

Clock dan Memori Komputer
Sistem komputer menggunakan osilator clock untuk memicu CPU mengerjakan satu instruksi ke instruksi berikutnya dalam alur yang berurutan. Setiap langkah kecil dari operasi mikrokontroler memakan waktu satu atau beberapa clock untuk melakukannya.
Ada beberapa macam tipe dari memori komputer yang digunakan untuk beberapa tujuan yang berbeda dalam sistem komputer. Tipe dasar yang sering ditemui dalam mikrokontroler adalah ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Access Memory). ROM digunakan sebagai media penyimpan program dandata permanen yang tidak boleh berubah meskipun tidak ada tegangan yang diberikan pada mikrokontroler. RAM digunakan sebagai tempat penyimpan data sementara dan hasil kalkulasi selama proses operasi. Beberapa mikrokontroler mengikutsertakan tipe lain dari memori seperti EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).

Program Komputer
Program digambarkan sebagai awan karena sebenarnya program adalah hasil imajinasi seorang programmer. Komponen utama dari program adalah instruksi-instruksi dari instruksi set CPU. Program disimpan dalam memori dalam sistem komputer di mana mereka dapat secara berurutan dikerjakan oleh CPU.

Sistem Mikrokontroler
Setelah dipaparkan bagian-bagian dari suatu sistem komputer, sekarang akan dibahas mengenai mikrokontroler. Digambarkan sistem komputer dengan bagian yang dikelilingi oleh garis putus-putus. Bagian inilah yang menyusun mikrokontroler. Bagian yang dilingkupi kotak bagian bawah adalah gambar lebih detail dari susunan bagian yang dilingkupi garis putus-putus. Kristal tidak termasuk dalam sistem mikrokontroler tetapi diperlukan dalam sirkuit osilator clock.
Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang lengkap termasuk sebuah CPU, memori, osilator clock, dan I/O dalam satu rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor.

Program Mikrokontroler AVR Untuk Sensor SRF04 Menggunakan CVAVR

SRF04 adalah sensor non-kontak pengukur jarak menggunakan ultrasonik. Prinsip kerja sensor ini adalah transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu diukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek. Lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor dengan obyek, sehingga jarak sensor dengan obyek dapat ditentukan persamaan
jarak = kecepatan_suara × waktu_pantul/2
SRF04 dapat mengukur jarak dalam rentang antara 3 cm – 3 m dengan output panjang pulsa yang sebanding dengan jarak obyek. Sensor ini hanya memerlukan 2 pin I/O untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, yaitu TRIGGER dan ECHO. Untuk mengaktifkan SRF04 mikrokontroler mengirimkan pulsa positif melalui pin TRIGGER minimal 10 us, selanjutnya SRF04 akan mengirimkan pulsa positif melalui pin ECHO selama 100 us hingga 18 ms, yang sebanding dengan jarak obyek.

Dibandingkan dengan sensor ultrasonik lain, seperti PING, SRF04 mempunyai kemampuan yang setara, yaitu rentang pengukuran antara 3 cm – 3 m, dan output yang sama, yaitu panjang pulsa. Meski cara pengoperasiannya juga mirip, namun kedua sensor tersebut berbeda jumlah pin I/O-nya, yaitu 2 untuk SRF04 dan 1 untuk PING. Jika boleh memilih di antara keduanya, penulis cenderung untuk memilih PING dengan pertimbangan harga dan juga adanya lampu indikator yang menunjukkan kondisi PING sedang aktif, selain juga jumlah pin I/O yang lebih sedikit.
Selain SRF04 Devantech juga mengeluarkan beberapa macam sensor ultrasonik lain. Tidak seperti kebanyakan saudaranya yang mempunyai 2 transduser ultrasonik sebagai transmitter dan receiver, SRF02 hanya mempunyai 1 transduser ultrasonik yang berfungsi sekaligus sebagai transduser dan receiver dengan output I2C dan serial UART. SRF05 mirip dengan SRF04, hanya jangkauan maksimumnya 4 m dan terdapat 2 mode operasi menggunakan 1 atau 2 pin I/O. SRF08 mampu mengukur jarak dalam rentang 3 cm – 6 m dengan antarmuka I2C.
Inti program yang dibuat adalah fungsi baca_srf04 yang disesuaikan dengan timing diagram dari datasheet.

unsigned char baca_srf04(){
count=0;
//pemberian pemicu berupa pulsa positif minimal 10us utk aktivasi sensor
PORTA.1=1;
delay_us(15);
PORTA.1=0;
//menunggu hingga ECHO = 1
while(PINA.0==0){};
//mencacah untuk mengukur waktu lamanya pulsa 1 dari ECHO
while(PINA.0==1)
{count++;
};
//mengkonversikan hasil cacahan menjadi jarak dalam cm
jrk=count*10/232;
return jrk;
}

Berikut adalah program selengkapnya untuk membaca data dari SRF04 dan menampilkannya pada LCD menggunakan ATMEGA8535 dan kristal 4 MHz dengan penggunaan pin mikrokontroler sebagai beikut :

• Echo – PINA.0 (sebagai input bagi mikrokontroler)
• Trigger – PINA.1 (sebagai output bagi mikrokontroler)
• LCD – PORTC (susunan pin disesuaikan dengan wizard LCD pada CVAVR)

Semoga bermanfaat.

Artikel

WELCOME!!!!!!