4_Pengantar-Mikrokontroller_Embedded-System.ppt
- 2. Pengantar Mikrokontroller Pada Embedded System Oleh: Rudi Hidayat, S.Pd., MT Program Studi Teknik Elektromedik Fakultas Kesehatan Universitas Mohammad Husni Thamrin w Jakarta 2024
- 4. 1. Mampu menjelaskan sejarah Mikrokontroler 2. Mampu membedakan Mikrokontroler dan Mikroprosesor 3. Mampu menganalisis jenis-jenis dan arsitektur mikrokontroler 4. Mampu menganalisis penulisan Bahasa pemprograman dan mikrokontroler ATMega 328 (Arduino) 1. Tahun 1617 = John Napier menemukan sistem untuk perkalian dan pembagian
- 5. berdasarkan logaritma 2. Tahun 1694 = Gottfriend Wilhelm L membuat mesin mekanik
- 6. untuk operasi jumlah, kurang, bagi dan kali serta akar kuadrat 3. Tahun 1835 = Charles Babbage mengusulkan computer digital 4. Tahun 1850 = George Boole mengembangkan symbol logic (operasi biner) 5. Tahun 1946 = Von Neuman menyarankan intruksi menjadi kode numerik 6. Tahun 1948 = Penemuan transistor 7. Tahun 1959 = Pertama kali dibuat IC (integrated Circuit) 8. Tahun 1971 = Intel pertama kali membuat mikroprosesor intel 4004 dengan 4 bit
- 8. 9. Tahun 1974 = Intel membuat generasi kedua intel 8008 dengan 8 bit 10. Tahun 1972 = Mikrokontroler yang dibuat TMS 1000 dengan 4 bit 11. Tahun 1974 = Pabrikan IC menawarkan mikroprosesor dan pengendali menggunakan mikroprosesor (Intel 8080, 8085, Motorola 6800, Signetics 6502, Zilog Z80, TI 9900 (16 bit) 12. Tahun 1975 = Mikrokontroler PIC dikembangkan dan dibuat pertama di Universitas Harvard 13. Tahun 1976 = Dibuat Intel 8048 14. Tahun 1978 = Mikroprosesor 16 bit (Intel 8086, Motorla 68000 dan Zilog Z8000 dengan 32 bit 15. Tahun 1980 = Intel 8051 (Philips, Siemens, Atmel AT89S51 dan AT89S52) Mikroprosesor merupakan sebuah chip atau IC yang hanya memiliki Central Processing Unit (CPU) di dalamnya. Mikroprosesor dalam perkembangan komputer digital disebut sebagai
- 9. Arithmetic L (ALI .ogic Unit J). Reqister Unit <R U), Control U r (CU). ut 1 Central Processing Unit (CPU) yang bekerja sebagai pusat pengolah dan pengendalian pada sistem komputer mikro. Gambar 3.3: Blok Diagram Mikroprosesor »4 Sebuah mikroprosesor tersusun dari tiga bagian penting yaitu : Arithmetic Logic Unit (ALU), Register Unit (RU), dan Control Unit (CU) Pokok dari penggunaan mikroprosesor adalah untuk
- 10. mengambil data, membentuk kalkulasi, perhitungan atau manipulasi data, dan menyimpan hasil perhitungan pada peralatan penyimpan atau menampilkan hasilnya pada sebuah monitor atau cetak keras. 1. ALU (Arithmetic Logic Unit), ALU fungsinya untuk melakukan proses operasi matematika dan logika. Operasi matematika sederhana tersebut meliputi penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Sedangkan operasi logika meliputi AND, OR, NOT, XOR, XNOR dan lain-lain. 2. CU (Control Unit), CU berfungsi untuk mengambil intruksi dari memori dan melakukan eksekusi intruksi tersebut. Sementara memori DATA Bt S Gambar 3.5: Arsitektur Mikroprosesor
- 11. merupakan bagian tersendiri tidak termasuk dalam bagian mikroprosesor. 3. Register, merupakan tempat menampung data sementara yang berasal dari memori. Sebelum diproses oleh ALU Ketiga bagian diatas dikemas dalam satu buah chip. Untuk menghubungkan mikroprosesor dengan perangkat lain seperti memori, input, output, timer, dll digunakan sebuah jalur data (bus). Pada mikroprosesor jalur data (bus) dibagi menjadi 3 bagian : 1. Control Bus, jalur data ini hubungannya langsung ke Control
- 12. Unit, digunakan untuk mengatur intruksi yang akan dilakukan oleh CU. 2. Address Bus, jalur data ini hubungannya ke memori dan periperal lain, digunakan untuk memilih alamat dari data yang akan diakses. 3. Data Bus, jalur data ini hubungannya juga ke momori dan periperal lain, digunakan untuk mengambil atau menyimpan data dari atau ke momori. Mikrokontroler merupakan sebuah chip atau IC yang didalamnya sudah terdapat prosesor (ALU, CU & Register), memori dan periperal tambahan lain. Semua bagian tersebut dipadatkan dalam satu buah chip. Banyaknya periperal yang ada dalam mikrokontroler tergantung dari masing-masing tipe dan
- 14. spesifikasi pabrik. Tidak bisa disamakan isi dari mikrokontroler A dengan mikrokontroler B. Karena mikrokontroler sendiri dirancang untuk spesifikasi kebutuhan yang bermacam macam.
- 16. Mikrokontroler AVR RISC (Reduced instruction set computing atau Komputasi set instruksi yang disederhanakan pertama kali digagas oleh John Cocke) adalah perangkat yang di desain untuk berjalan dengan cepat, dengan menggunakan instruksi mesin yang disederhanakan sehingga dapat meningkatkan kinerja dari mikrokontroler. (sebelum ada RISC, namanya CISC (Complex Instruction Set Computers). Berdasarkan arsitekturnya, mikrokontroler dibagi menjadi : CISC dan RISC • CISC (Complex Instruction Set Computer) Mikroprosesor CISC merupakan jenis mikrokontroler yang memiliki jumlah instruksi yang kompleks dan lengkap. Contoh: Mikrokontroler CISC: Intel 80C51 (MCS51) dan Motorola 68HC11 mengikuti arsitektur CISC.
- 18. • RISC (Reduce Instruction Set Computer) Mikroprosesor RISC merupakan jenis mikrokontroler yang memiliki jumlah instruksi yang terbatas dan sedikit. Pada arsitektur RISC jumlah instruksi lebih sedikit, tetapi memiliki banyak register dibandingkan dengan CISC. Selain itu pada arsitektur RISC kebanyakan instruksi dieksekusi hanya dalam satu clock cycle dan mode addressing memory yang sederhana. Contoh mikrokontroler RISC: ATMELAVR, Microchip PIC2/16CXX dan National Semiconductor COP8 Prosesor, merupakan bagian utama yang fungsinya sudah saya jelaskan diatas. 2. Memori, terdiri dari beberapa jenis antara lain memori program (Flash Memori) dan memori data (Data Memori). Data memori terdiri dari dua macam :
- 19. 1. SRAM (sifatnya sementara) 2. EEPROM (sifatnya permanen) 3. Input Output, merupakan bagian yang terhubung langsung ke perangkat luar. Input output dapat berupa jalur data digital, data analog, ataupun bus komunikasi data (RS232, I2C, SPI) 4. Timer/Counter, merupakan bagian yang berfungsi untuk melakukan penjadwalan waktu (timer). Selain itu timer/counter bisa digunakan untuk menggenerate sinyal dengan frekuensi dan periode tertentu. Empat bagian diatas biasanya terdapat pada semua jenis mikrokontroler. Namun spesifikasinya berbeda-beda, terutama untuk ukuran memori. Program assembly dengan prosesor RISC menjadi lebih kompleks dibandingkan dengan program assembly prosesor CISC. Hal ini . .. hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi disebabkan
- 20. dasar, instruksi „ ... instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokotroler AVR. AVR adalah mikrokontroler RSIC (reduce instruction set compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard , yang dibuat oleh Atmel pada tahun 1996. AVR mempunyai kepanjangan Advnced versatile RSIC atau Alf and Vegards Risc processor yang berasal dari nama dua mahasiswa Norwegian institute of technologi (NTH), yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan.
- 21. AVR memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroller lain, keunggulan mikrokontroller AVR yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler MCS51 yang memiliki arsitektur CISC (complex insruction set computer ) di mana mikrokontroller MSC51 membutuhkan 12 siklus clock untuk mengeksekusi 1 instruksi . Selain itu, mikrokontroller AVR memiliki fitur yang lengkap ( ADC internal, EEPROM internal, Timer/counter,Watchdog Timer, PWM ,Port I/O, Komunikasi serial, komparator, I2C,dll.), sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat menggunakan untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti robot, otomatis instruksi, peralatan telekomuniksi,dan berbagai keperluan lain. Secara umum mikrokontroller AVR dapat dikelompokkan menjadi 5
- 22. kelompok yaitu keluarga Attiny, AT90SXX,Atmega,AVRXMega, dan AVR32 UC3. 1. Mikrokontroler TinyAVR (ATTiny) adalah mikrokontroler 8 bit. ATTiny merupakan mikrokontroller avr kecil dan memiliki peripheral yang terbatas. 2. Mikrokontroler AT90S adalah mikrokontroler 8 bit jenis lama,merupakan mikrokontroller avr klasik. 3. Mikrokontroler Atmega adalah mikrokontroler 8 bit. Atmega memiliki peripheral lebih banyak dibandingkan dengan seri ATTiny.
- 23. periphelal baru dan canggih dengan untuk kerja, sistem monitoring event dan DMA yang ditingkatkan,serta merupakan pengembangan keluarga AVR untuk pasar low power dan high performance. Dengan adanya fitur DMA(direct memory access) dapat mengurangi kemungkinan terjadinya kemacetan pada saat transfer data. Xmega mendukung kriptografi AES dan DES. 5. Mikrokontroler AVR32 adalah mikrokontroler 32 bit, mikrokontroller ini pertama kali dibuat oleh atmel pada tahun 2006. AVR32 menggunakan arsitektur RISC 32 bit, mikrokontroler ini ditujukan untuk bersaing dengan mikrokontroler yang berbasis prosesor ARM mikrokontroler AVR32 tidak memiliki EEPROM internal, sebagai pengganti EEPROM , AVR32 dapat menggunakan SD Card dan MMC.
- 24. 1. BAHASA MESIN Bahasa mesin (machine language/machine code) adalah bahasa yang dipahami oleh komputer. Kode yang terdapat pada bahasa ini berupa kode bilangan biner yang dapat diproses oleh mikroprosesor. File bahasa mesin memiliki ekstensi .hex, karena untuk kepentingan manusia yangmemprogram kode biner dikonversikan menjadi kode bilangan heksadesimal. 2. BAHASA ASSEMBLY Bahasa Assembly terdiri dari instruksi berupa representasi mnemonic dari instruksi berupa kode bilangan biner dari bahasa mesin. Umumnya mnemonic berupa singkatan tiga atau empat huruf dari kata yang mewakili suatu instruksi. Contohnya : • SUB adalah kode Assembly untuk instruksi substract, yaitu mengurangkan suatu angka dari angka lain. • CBI adalah kode Assembly untuk instruksi Clear Bit I/O, yaitu memberi logika nol pada suatu pinI/O digital
- 25. 3. BAHASA TINGKAT TINGGI Bahasa pemrograman tingkat tinggi (high level programming language) memiliki sintaks yang lebih mendekati bahasa manusia. Hal ini menyebabkan bahasa tingkat tinggi lebih mudah untuk dipelajari. Meski demikian bahasa tingkat tinggi umumnya menghasilkan ukuran kode yang lebih besar dibandingkan bahasa Assembly. Bahasa tingkat tinggi memerlukan perangkat lunak kompiler (compiler) untuk menerjemahkan kode menjadi bahasa mesin. Contoh compiler atau bahsa pemprograman yang berada pada tingkat tinggi Bahasa C dan Bahasa Basic
- 26. 4. OPERATOR Operator adalah source code yang digunakan dalam mengelolah data baik itu membandingkan, menyamakan, menjumlahkan, dl.
- 27. 2.1. Arduino UNO Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno
- 28. ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor- DC atau baterai untuk menjalankannya. 2.1. Arduino UNO
- 29. Setiap 14 pin digital pada arduino uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalwrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 volt, Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm.
- 32. 2.3.1. Input dan Output Setiap 14 pin digital pada ArduinoUno dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor 20-50 Kohms 2.3.2. Catu Daya ArduinoUno dapat beroperasi melalui koneksi USB atau power supply. Dalam penggunaan power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan dengan jack adaptor pada koneksi port inputsupply.
- 33. 2.3.3. Memory Arduino memiliki 32 KB flash memory4 untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader.Arduino memiliki 2 KB untuk SRAM AM dan 1 KB untuk EEPROM 2.3.4. Komunikasi Serial Komunikasi serial merupakan komunikasi data dengan pengiriman data satu persatu pada satuan waktu. Transmisi data pada komunikasi serial dilakukan per bit.
- 34. 2.3.5. Perangkat Lunak (Arduino Software) Lingkungan open-source Arduino atau Arduino IDE5 memudahkan untuk menulis kode dengan meng-upload ke I/O board. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak open-source lainnya 2.3.6. Pemrograman Arduino Uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pilih ArduinoUno dari Tool lalu sesuaikan denganMicrocontroller yang digunakan. 2.3.7. Automatic Software Reset Tombol reset Arduino Uno dirancang dengan cara yang memungkinkan
- 35. untuk mengatur ulang oleh perangkat lunak yang berjalan pada computer yang terhubung. IDE (Ingrated Development Environment) yang diperuntukan untuk membuat perintah atau
- 36. source code, melakukan pengecekan
- 37. kesalahan,kompilasi,upload program, dan menguji hasil kerja arduino melalui serial monitor Pada Gambar, Arduino IDE memiliki toolbars IDE yang memberikan akses instan ke fungsi fungsi yang penting, yaitu : 1. Tombol Verify, untuk mengkompilasi program yang saat ini dikerjakan 2. Tombol Upload, untuk mengkompilasi program dan mengupload ke papan Arduino 3. Tombol News, menciptakan lembar kerja baru 4. Tombol Open, untuk membuka program yang ada di file system 5. Tombol Save, untuk menyimpan program yang dikerjakan 6. Tombol Stop, untuk menghentikan serial number yang sedang dijalankan 1. Jelaskan sejarah perkembangan mikrokontroler
- 38. 2. Jelaskan perbedaan mikroprosesor dan mikrokontroller ! 3. Jelaskan bagian-bagian dari mikrokontroller 4. Jelaskan Jenis-jenis mikrokontroller yang saat ini digunakan ! 5. Tuliskan Bahasa yang digunakan pada mikrokontroler jenis ATMega 328 ! 6. Jelaskan komunikasi yang diterapkan oleh ATMega 328 ! 7. Jelaskan aplikasi mikrokontroler dalam bidang Medis yang anda ketahui !