Microcontroller

Pengendali mikro (bahasa Inggris: microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena di dalam sebuah mikrokontroler umumnya juga telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O, sedangkan di dalam mikroprosesor umumnya hanya berisi CPU saja.

Sistem komputer dewasa ini paling banyak justru terdapat di dalam peralatan lain, seperti telepon, jam, perangkat rumah tangga, kendaraan, dan bangunan. Sistem embedded biasanya mengandung syarat minimal sebuah sistem mikroprosesor yaitu memori untuk data dan program, serta sistem antarmuka input/output yang sederhana. Antarmuka semacam keyboard, tampilan, disket, atau printer yang umumnya ada pada sebuah komputer pribadi justru tidak ada pada sistem mikrokontroler. Sistem mikrokontroler lebih banyak melakukan pekerjaan-pekerjaan sederhana yang penting seperti mengendalikan motor, saklar, resistor variabel, atau perangkat elektronis lain. Seringkali satu-satunya bentuk antarmuka yang ada pada sebuah sistem mikrokontroler hanyalah sebuah LED, bahkan ini pun bisa dihilangkan jika tuntutan konsumsi daya listrik mengharuskan demikian.

Berbeda dengan CPU serba-guna, mikrokontroler tidak selalu memerlukan memori eksternal, sehingga mikrokontroler dapat dibuat lebih murah dalam kemasan yang lebih kecil dengan jumlah pin yang lebih sedikit.

Sebuah chip mikrokontroler umumnya memiliki fitur:

• central processing unit - mulai dari prosesor 4-bit yang sederhana hingga prosesor kinerja tinggi 64-bit.
• input/output antarmuka jaringan seperti port serial (UART)
• antarmuka komunikasi serial lain seperti I²C, Serial Peripheral Interface and Controller Area Network untuk sambungan sistem
• periferal seperti timer dan watchdog
• RAM untuk penyimpanan data
• ROM, EPROM, EEPROM atau Flash memory untuk menyimpan program komputer
• pembangkit clock - biasanya berupa resonator rangkaian RC
• pengubah analog-ke-digital 

• v Contoh Aplikasi Mikrokontroler dan Programnya
  
  Tahap pertama adalah merancang perangkat keras (hardware), yang meliputi rangkaian – rangkaian
  elektronika dan alat putar keramik. Tahap kedua adalah perancangan algoritma, listing program pada software Code Vision AVR dan penanaman listing program pada mikrokontroler AVR ATMega16 dengan menggunakan software ISP Programmer.
  
  Perancangan Perangkat Keras
  Seluruh perangkat atau komponen yang digunakan dalam perancangan pengaturan
  kecepatan pada alat putar keramik menggunakan motor AC ini, tersusun seperti pada
  blok diagram di bawah ini.
  
  
  
                                                Gambar Blok Diagram Pengaturan Kecepatan Motor AC
                                                                        Pada Alat Putar Keramik.
  
  
  Blok diagram diatas, secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut.
  
  1. Keypad digunakan sebagai alat untuk memasukkan nilai kecepatan putaran yang diinginkan (nilai setpoint). Keypad dihubungkan ke PORTB mikrokontroler AVR ATMega16. Nilai dari keypad tersebut mewakili nilai kecepatan putaran dengan satuan rotation per minute (rpm). Nilai yang diijinkan sebesar antara 60–150rpm.
  
  2. Nilai setpoint akan diolah sedemikian rupa dengan menggunakan suatu program yang ditanamkan pada mikrokontroler AVR ATMega16, sehingga nilai tersebut dapat ditampilkan pada LCD dan digunakan pada register OCR1A yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal PWM.
  
  3. Sinyal PWM dibangkitkan setelah nilai pada register OCR1A terisi (OCR1A ≠ 0) dan sinyal PWM dikeluarkan melalui Pin 19 PORTD.5 (OC1A) pada mikrokontroler AVR ATMega16.
  
  4. Sinyal PWM tersebut akan memicu TRIAC Optoisilator pada rangkaian driver motor AC. Rangkaian zero crossing detector telah tersedia dalam satu paket (Onpackage) IC TRIAC Optoisolators MOC3041, sehingga titik acuan sinyal PWM pada saat mengatur sinyal sinusoidal (tegangan AC) dimulai pada saat perpotongan titik nol (zero crossing). Keluaran dari TRIAC Optoisolators tersebut (pin 6) akan memicu gate TRIAC (Q4004LT) sehingga memberikan arus pada motor AC.
  
  5. Motor AC akan menggerakkan alat putar keramik dan alat putar tersebut akan dideteksi putarannya setiap 1 detik (Timer 0) oleh sensor putaran (phototransistor). Pendeteksian putaran alat putar ini bertujuan untuk mengetahui apakah kecepatan putaran alat putar sama dengan nilai setpoint yang diberikan. Kecepatan alat putar akan dipengaruhi oleh beban (tanah liat) yang bervariasi. Kecepatan akan berkurang apabila beban semakin berat, oleh karena itu sensor pun berfungsi untuk mengetahui kecepatan alat putar terhadap beban.
  fitur interupsi eksternal mikrokontroler akan mengetahui setiap kali sensor memberikan respon (logika 0).
  
  6. Program pengaturan alat putar pada mikrokontroler ATMega16 akan mengatur dan membandingkan antara kecepatan setpoint dan kecepatan yang sesungguhnya (real time). Jika sensor mendeteksi kecepatan alat putar setpoint-nya, maka program akan mengatur (mengurangi) nilai pada OCR1A dan jika sensor mendeteksi kecepatan alat putar lebih lambat dari pada kecepatan setpointnya, maka program akan mengatur (menambahi) nilai pada register OCR1A.
  
  
  Perancangan Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16
  
  
  Mikrokontroler AVR ATMega16 dapat dioperasikan dengan cara menambahkan beberapa komponen elektronika yang berfungsi sebagai komponen pendukungnya.
  
  
  Mikrokontroler AVR ATMega16 dapat dioperasikan dengan cara menambahkan beberapa komponen elektronika yang berfungsi sebagai komponen pendukungnya.
  Mikrokontroler dan komponen komponen pendukung tersebut tergabung dalam satu rangkaian yang disebut sebagai rangkaian sistem minimum.
  
  
  
  
  
  Gambar Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16
  
  
  
  
  Kristal yang digunakan pada rangkaian sistem minimum di atas, mengunakan frekuensi 4 MHz. Kristal tersebut digunakan untuk pembangkit clock (osilator), dimana setiap 1 intruksi/perintah dalam program dieksekusi dalam 1 siklus clock. Pin RESET dihubungkan dengan rangkaian kombinasi RC dan push button, yang bertujuan agar mikrokontroler dapat di-reset. Fungsi dari port - port lainnya adalah sebagai berikut.
  1. PORTA, digunakan sebagai pin masukkan untuk Keypad 3X4
  2. PORTB, digunakan sebagai pin keluaran untuk LCD
  3. PORTD.0 dan PORTD.1, digunakan sebagai pin masukan untuk tombol START
  dan tombol STOP
  4. PORTD.3, digunakan sebagai pin masukkan untuk sensor putaran (Ext. Interrupt)
  5. PORTD.5 dan PORTD.6, digunakan sebagai pin keluaran untuk sinyal PWM.
  
  
  Perancangan Rangkaian Downloader
  
  Rangkaian downloader merupakan rangkaian penghubung antara komputer dan mikrokontroler yang berfungsi untuk memasukan listing program (berupa bit – bit logika) ke dalam mikrokontroler. Listing program yang dikirim oleh software dari komputer ke dalam mikrokontroler biasanya berbentuk file *.hex (heksadesimal). Pada umumnya rangkaian downloader terdiri dari kabel penghubung jenis DB25 atau jenis
  DB9. Sinkronisasi tegangan antara tegangan dari komputer dan tegangan mikrokontroler menggunakan sebuah buffer. Rangkaian downloader ditunjukkan seperti gambar di bawah ini :
  
  
  
  
  
              Gambar Rangkaian downloader DB 25
  
  
  
  
  
                                                              Gambar. Rangkaian downloader mikrokontroler
  
  
  Rangkaian di atas menggunakan port DB 25 sebagai alat penghubung antara komputer dan alat downloader, sedangkan IC 74HCT244 digunakan sebagai buffer. Software yang digunakan untuk mendownload program
   (file: *.hex) ke dalam mikrokontroler ini adalahISP Programmer (Adam Dybkowsky).
  
  
  
                                              Gambar.Tampilan Software ISP Programmer (Adam Dybkowsky)