Bab 15: Pengantar Mikrokontroler

15.1 Mengapa Perlu Belajar Mikrokontroler?

Sepanjang semester ini kita fokus pada mikroprosesor 8086 yang mewakili komputer generasi awal. Namun di dunia nyata, prosesor modern seperti Intel Core dan AMD Ryzen hanyalah evolusi dari arsitektur x86 yang dimulai dari 8086. Di sisi lain, ada kelas perangkat yang jauh lebih banyak jumlahnya tetapi jarang terlihat secara langsung: mikrokontroler yang tertanam di mana-mana — dari remote TV hingga kamera ke mobil.

Bab ini mempersiapkan Anda untuk memahami dunia embedded system — domain di mana mikrokontroler adalah raja. Pemahaman 8086 yang telah Anda pelajari memberikan fondasi kuat untuk memahami bagaimana CPU bekerja. Sekarang kita melihat bagaimana seluruh sistem (CPU + memori + I/O) bisa muat dalam satu chip kecil.

15.2 Apa Itu Mikrokontroler?

Mikrokontroler (Microcontroller Unit / MCU) adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu chip yang mencakup CPU, memori, dan peripheral I/O. Berbeda dengan mikroprosesor yang membutuhkan komponen eksternal, mikrokontroler bisa berdiri sendiri — cukup diberi tegangan dan clock.

15.3 Mikroprosesor vs Mikrokontroler

Perbandingan ini penting untuk memahami posisi mikrokontroler dalam dunia komputasi. Meskipun batas antara keduanya semakin blur di era modern (SoC modern bisa dilihat sebagai "mikroprosesor dengan I/O terintegrasi"), secara konseptual perbedaannya tetap fundamental.

15.4 Pengenalan 8051

Intel 8051 (dibuat oleh Intel pada tahun 1980) adalah salah satu mikrokontroler 8-bit yang paling bersejarah dan banyak dijadikan referensi dalam pendidikan. Meskipun sudah sangat lawas, arsitekturnya menjadi fondasi bagi hampir semua mikrokontroler modern.

15.5 Arsitektur Internal 8051

Gambar 15.1: Diagram blok arsitektur internal 8051 menunjukkan CPU, memori (ROM, RAM, SFR), dan peripheral (Port, Timer, Serial) yang terintegrasi dalam satu chip.

15.6 Memori pada 8051

Berbeda dengan 8086 yang memiliki megabytes RAM dan storage eksternal, 8051 hanya memiliki memori internal yang sangat terbatas. Namun untuk aplikasi embedded, ukuran ini sering sudah mencukupi.

15.7 Komunikasi Serial (UART) pada 8051

8051 memiliki UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) internal yang memungkinkannya berkomunikasi serial secara asinkron. Ini adalah fitur yang sangat penting karena memungkinkan mikrokontroler berkomunikasi dengan PC, mikroprosesor lain, modul wireless, dan sensor.

; Kirim karakter 'A' via serial (Port 0, SBUF)
    ; Pastikan baud rate sudah dikonfigurasi via Timer 1 terlebih dahulu
    ; Untuk Arduino, cukup gunakan Serial.print('A');

    ; Versi 8051 murni (dalam emulator EMU8051):
    ; Pastikan SCON = 0x50 (Mode 1: 8-bit UART, baud rate menyesuaikan TH1, TR1, TMOD)

    ; Kirim data ke SBUF (alamat SBUF = 0x99)
    MOV  SBUF, #0A9h           ; SBUF = SFR alamat 99h
    ; Tunggu transmit selesai (bit TI di SCON menjadi 1, lalu 0)
wait_tx:
    JNB  TI           ; jika TI=0, ulangi
    SJMP  wait_tx           ; ulangi sampai selesai

; --- Terima data dari serial port ---
    ; Pastikan RI=1 (Receive Enable) di SCON

; Tunggu data masuk (bit RI di SCON menjadi 1)
wait_rx:
    JNB  RI           ; jika RI=0, ulangi
    SJMP  wait_rx

    ; Baca dari SBUF
    MOV  A, SBUF           ; baca data ke register A

    ; Kirim balik via serial
    ; Pastikan TXE=1 (Transmit Enable) di SCON
    MOV  SBUF, A           
wait_tx2:
    JNB  TI           
    SJMP  wait_tx2

Kode 15.1: Komunikasi serial sederhana pada 8051 — kirim data, lalu terima balikannya.

15.8 Port I/O pada 8051

8051 memiliki 4 port I/O 8-bit yang terhubung langsung ke pin fisik chip. Port 0 dan Port 1 adalah bit-addressable — setiap pin dapat dikonfigurasi sebagai input ATAU output secara individual. Port 2 (P2) dan Port 3 (P3) memiliki karakteristik khusus.

15.9 Timer/Counter pada 8051

8051 memiliki dua timer 8-bit (Timer 0 dan Timer 1) yang dapat dikonfigurasi secara independen. Timer 1 secara default dikonfigurasi sebagai baud rate generator untuk komunikasi serial. Timer 0 bebas digunakan untuk delay, event counting, atau mode lainnya.

15.10 Pengenalan Arduino (ATmega328P)

Arduino Uno menggunakan chip ATmega328P dari Microchip (sebelumnya Atmel). Ini adalah mikrokontroler AVR 8-bit RISC yang menjadi platform pembelajaran mikrokontroler paling populer di dunia berkatang karena kemudahan dan ekosistem yang sangat matang.

15.11 Contoh: Program Assembly 8051 Sederhana

Berikut contoh program Assembly 8051 untuk mengedipkan LED yang terhubung ke Port 1 sebanyak 3 kali. Program ini menulis nilai #0FFh ke Port 1 (LED nyala semua), lalu #00h (LED mati semua) secara bergantian. Berbeda dengan 8086 yang memerlukan instruksi OUT untuk menulis ke port, pada 8051 port I/O dipetakan sebagai SFR sehingga bisa ditulis langsung dengan MOV.

ORG  0000h            ; Mulai dari alamat reset

mulai:
    ; === Inisialisasi Stack Pointer ===
    MOV  SP, #30h        ; SP = 30h (di atas area bit-addressable)

    ; === Ulangi kedipan 3 kali ===
    MOV  R2, #03h        ; R2 = counter kedipan

loop_kedip:
    ; --- Hidupkan LED ---
    MOV  P1, #0FFh       ; Port 1 = FFh (semua bit = 1, LED nyala)
    ACALL delay           ; panggil rutin delay

    ; --- Matikan LED ---
    MOV  P1, #00h        ; Port 1 = 00h (semua bit = 0, LED mati)
    ACALL delay           ; panggil rutin delay

    ; --- Decrement counter, ulangi jika belum nol ---
    DJNZ R2, loop_kedip  ; R2--; jika R2 ≠ 0, lompat ke loop_kedip

selesai:
    SJMP selesai           ; loop tak terhingga (program berhenti di sini)

; ============================================
; Rutin delay sederhana (nested loop)
; ============================================
delay:
    MOV  R0, #0FFh       ; loop luar: R0 = 255
delay_luar:
    MOV  R1, #0FFh       ; loop dalam: R1 = 255
delay_dalam:
    DJNZ R1, delay_dalam ; R1--; ulangi jika R1 ≠ 0
    DJNZ R0, delay_luar  ; R0--; ulangi jika R0 ≠ 0
    RET                    ; kembali ke pemanggil (ACALL)

END                      ; akhir program

Kode 15.1: Program 8051 sederhana — menghidup-matikan LED berkedip 3 kali menggunakan DJNZ (setara LOOP pada 8086) dan rutin delay bersarang.

15.12 Soal Latihan

Kerjakan soal-soal berikut untuk menguji pemahaman Anda. Klik "Lihat jawaban" setelah mencoba menjawab sendiri.

15.13 Kuis Bab 15

Uji pemahaman Anda. Pilih satu jawaban yang paling tepat. Setelah memilih, jawaban benar akan ditandai dan penjelasan muncul.