Apa itu mikrokontroler?

Sirkuit terpadu (IC) yang ringkas ini berisi inti prosesor (atau inti), memori akses acak (RAM), dan memori hanya-baca yang dapat diprogram yang dapat dihapus secara elektrik (EEPROM) untuk menyimpan program khusus yang berjalan pada mikrokontroler, bahkan ketika unit terputus dari catu daya.

Tidak seperti mikroprosesor serba guna, mikrokontroler mengintegrasikan pemrosesan, memori, dan periferal input/output (I/O) - termasuk pengatur waktu, penghitung, dan konverter analog-ke-digital (ADC) - ke dalam satu unit mandiri yang efisien dan hemat biaya. Dengan menggabungkan beberapa komponen menjadi satu sistem, mikrokontroler sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan pemrosesan sinyal dalam real-time, seperti mengontrol motor dan servo serta berkomunikasi dengan berbagai jenis sensor dan komunikasi.

Berikut ini adalah komponen kunci dari pengontrol mikro:

• Unit pemrosesan pusat (CPU): Dalam bahasa sehari-hari disebut sebagai “otak” komputer, CPU berfungsi sebagai komponen inti yang bertanggung jawab untuk menjalankan instruksi dan mengendalikan operasi.

• Memori: Pengontrol mikro memiliki memori volatil (RAM)—yang menyimpan data sementara, yang akan hilang jika sistem kehilangan daya—serta memori flash non-volatil untuk menyimpan set instruksi pemrograman pengontrol mikro (firmware).
  
  
• Periferal: Bergantung pada tujuan aplikasi, pengontrol mikro mungkin memiliki beberapa komponen tambahan, seperti antarmuka input/output (I/O)—termasuk timer, penghitung, konverter sinyal (ADC) analog-ke-digital (ADC) dan digital-ke-analog (DAC)—dan protokol komunikasi (UART, SPI, I2C). Alat bantu mungkin juga menyertakan komponen seperti layar LCD, port konektivitas ethernet, atau antarmuka untuk jenis modul tersebut.

Pengontrol mikro ideal untuk elektronik konsumen yang dioperasikan dengan baterai, seperti ponsel cerdas, jam tangan pintar, dan perangkat wearable lainnya, karena ringan, kecil, dan membutuhkan daya yang relatif rendah.

Favorit di kalangan penggemar sumber terbuka, pengontrol mikro berbiaya rendah dan papan pengembangan pengontrol mikro, seperti yang dibuat oleh Arduino dan Adafruit, dapat dengan mudah dikonfigurasikan dalam lingkungan pengembangan terintegrasi (IDE) menggunakan bahasa pemrograman umum seperti C, C++ dan Python. Meskipun mudah diakses oleh pengembang pemula, mikrokontroler juga sering digunakan untuk mengontrol sistem dalam berbagai aplikasi profesional, termasuk pembuatan prototipe, robotika, sistem otomotif, otomatisasi industri, dan aplikasi Internet of Things (IoT).

Mikrokontroler dan mikroprosesor memiliki banyak kesamaan. Keduanya dapat digambarkan sebagai prosesor chip tunggal yang mampu menjalankan logika komputasi, dan keduanya sangat berharga dalam pengembangan dan proliferasi teknologi komputasi umum. Namun, kedua komponen berbeda dalam arsitektur perangkat keras dan aplikasi.

Karakteristik yang menentukan dari mikrokontroler adalah kombinasi dari semua elemen komputasi yang diperlukan ke dalam satu chip - mikrokontroler tidak memerlukan sirkuit eksternal tambahan untuk beroperasi. Sebaliknya, mikroprosesor terdiri dari CPU dan beberapa chip pendukung yang menyediakan memori, antarmuka serial, I/O dan fitur-fitur lain yang diperlukan.

Selama kata kunci mikroprosesor dan CPU seringkali digunakan secara saling berimpit, lebih akurat untuk mendeskripsikan semikonduktor mikroprosesor sebagai rangkaian terpadu tunggal yang berisi CPU dan dapat dihubungkan ke perangkat tambahan eksternal lainnya, seperti perangkat input/output.

Perbedaan utama antara kedua jenis microchip ini adalah mikrokontroler berdiri sendiri, sedangkan mikroprosesor dirancang untuk berinteraksi dengan alat bantu eksternal.

Hasilnya, tugas-tugas umum dan berat yang mungkin memerlukan perangkat keras khusus dengan daya pemrosesan yang ditingkatkan, lebih cocok untuk mikroprosesor. Tugas khusus dalam sistem tertanam, seperti kontrol sensor atau motor, adalah contoh yang baik dari aplikasi mikrokontroler yang sesuai.

Saat membandingkan mikrokontroler dan mikroprosesor, ada baiknya untuk mempertimbangkan empat fitur utama:

1. Integrasi:
   • Mikrokontroler mengintegrasikan CPU, memori, dan alat bantu I/O ke dalam satu chip.
   • Mikroprosesor membutuhkan memori eksternal dan peralatan tambahan.
2. Aplikasi:
   • Mikrokontroler lebih cocok untuk aplikasi spesifik berdaya rendah atau sangat rendah dalam sistem tertanam, seperti peralatan rumah tangga atau perangkat IoT.
   • Mikroprosesor lebih cocok untuk aplikasi serba guna dan berkinerja tinggi yang membutuhkan daya pemrosesan lebih besar, seperti komputer pribadi atau server pusat data.
3. Kinerja:
   • Mikrokontroler dioptimalkan untuk efisiensi dan pemrosesan waktu nyata serta beroperasi pada kecepatan clock yang lebih rendah hingga 200MHz.
   • Mikroprosesor dibuat untuk komputasi yang lebih menuntut dan rumit dan dapat beroperasi pada kecepatan jam di atas 1 GHz.
4. Biaya operasional:
   • Perangkat keras mikrokontroler tidak mahal, dan karena tidak memerlukan pengetahuan pemrograman khusus, maka tidak banyak menambah anggaran proyek secara keseluruhan.
   • Mikroprosesor lebih mahal dan lebih kompleks. Mengonfigurasi sistem berbasis mikroprosesor canggih mungkin memerlukan keterampilan khusus.

Jenis mikrokontroler pertama tumbuh dari kemajuan yang dibuat dalam pembuatan mikroprosesor saat para peneliti mengembangkan teknik untuk mengintegrasikan CPU, memori dan komponen periferal ke dalam chip tunggal.

Insinyur Texas Instruments, Gary Boone dan Michael Cochran, dikreditkan dengan menciptakan mikrokontroler pertama pada tahun 1971. Produsen seperti Intel dan berbagai vendor elektronik Jepang mengikuti dengan cepat.

Hari ini, beberapa produsen pengontrol mikro yang berbeda—seperti Intel, NXP, dan Arm—menawarkan ratusan varian, mulai dari opsi umum untuk penggemar hingga solusi yang sangat spesifik untuk teknologi profesional dan semua jenis industri.

Berikut adalah beberapa jenis mikrokontroler yang lebih umum: