BAHAN AJAR
ARSITEKTURE
MIKROPROSESOR & MIKROKONTROL
TEKNIK MEKATRONIKA
KELAS X
SEMESTER GENAP
SMK IPTKARANGPANAS
TAHUN PELAJARAN 2023
A. Kompetensi Dasar Dan Indikator Pencapaian Kompetensi
3.4 Memahami bahasa Pemrograman Mikroprosesor.
Indikator:
3.4.1. Memahami instruksi bahasa assembly.
3.4.2 Menerapkan instruksi bahasa assembly
4.4 Mengoperasikan Bahasa pemrograman mikroprosesor.
Indikator:
4.4.1 Membuat program menggunakan bahasa assembly
4.4.2. Menganalisa program transfer data dan aritmatika menggunakan instruksi
bahasa assembly
B. Tujuan Pembelajaran
Setelah menyelesaikan materi ini, peserta didik diharapkan dapat :
1. Menjelaskan instruksi transfer data dan aritmatika bahasa assembly Z-80 dengan
benar.
2. Menggunakan perintah-perintah transfer data dan aritmatika pada simulator Z-80
setelah membaca modul dengan benar.
3. Membuat program aplikasi transfer data dan aritmatika menggunakan simulator Z-80
dengan benar.
4. Menganalisa jalanya program transfer data dan aritmatika menggunakan simulator
Z80 dengan benar
C. Dasar Teori
1.1 Mikrokontroler
Dengan berkembangnya teknologi mikroprosesor 8 bit dan 16 bit, muncul pula kebutuhan agar
perangkat elektronika dapat dikemas sekecil mungkin seperti peralatan game Atari, Nintendo,
Sega dan peralatan rumah tangga AC, Audio, Video. Untuk mendukung hal tersebut, tidak dapat
dilakukan oleh mikroprosesor standar. Hal ini dikarenakan mikroprosesor membutuhkan
komponen eksternal tambahan seperti memori,
pengolah analog ke digital dan perangkat
komunikasi serial. Oleh karena itu dikembangkanlah chip yang didalam kemasan tersebut sudah
Modul arsitekture mikrokontroler
2
terdapat CPU, port I/O , memori, yang kemudian dikenal dengan istilah mikrokontroler.
Mikrokontroler dapat disebut sebagai “one chip solution” karena terdiri dari :

CPU (Central Processing Unit) CPU ialah bagian yang paling penting dari suatu
mikroprosesor dalam melakukan pemrosesan data.

RAM ( Random Access Memory ) RAM digunakan Untuk menyimpan data sementara

EPROM / PROM / ROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ) ROM
digunakan untuk menyimpan program yang bersifat permanen.

I/O ( Input /Output ) serial and parallel, unit ini berfungsi agar mikrokontroler dapat
berkomunikasi dalam format serial atau parallel, sehingga dapat berkomunikasi dengan
mudah dengan PC dan devais standar digital lainnya.

Timer berguna untuk mengatur pewaktuan pada system berbasis mikrokontroler, misal
untuk delay atau pencacah.

Interrupt Controller berfungsi menangani suatu permintaan pada saat mikrokontroler
sedang running.
Blok diagaram dari suatu mikrokontroler ditunjukkan pada gamabar 3 berikut:
Modul arsitekture mikrokontroler
3
Dari pengertian mikrokontroler diatas dapat disimpulkan perbedaan antara mikoroprosesor
dengan mikrokontroler yaitu :

Mikroprosesor adalah single chip CPU.

Mikrokontroler merupakan single chip yang berisi CPU, ROM, RAM, Timer, I/O,
Interrupt.

Mikroprosesor banyak digunakan sebagai CPU dalam komputer

Mikrokontroler banyak digunakan sebagai pengendali

Mikroprosesor menggunakan instruksi untuk pemrosesan data dimana instruksi
beroperasi dengan nible atau byte

Mikrokontroler menggunakan instruksi untuk mengendalikan masukan dan keluaran, dan
instruksi beroperasi dengan bit
Melihat kelebihan dari mikrokontroler dibandingkan mikroprosesor banyak perusahaan besar
mengembangkan dan memproduksi beberapa macam mikrokontroler. Mikrokontroler pertama
kali dikembangkan oleh perusahaan Texas Instrument pada tahun 1974, mikrokontroler pertama
yang diproduksi tipe TM1000. Perusahaan lain yang ikut berperan mengembangkan teknologi
mikrokontroler yaitu Intel. Pada tahun 1976 Intel pertama kali memperkenalkan 8 bit
mikrokontroler dengan tipe 8048, yang memiliki 1Kb memori ROM dan 64 byte memori RAM,
8 register, 4 port I/O termasuk 1 timer dan external interrupt. Mikrontroler 8048 kemudian
dikenal dengan MCS-48 family. Perkembangan selanjutnya diteruskan mikrokontroler tipe 8049
dengan 2Kb ROM dan 128 byte RAM, mikrokontroler tipe 8050 memiliki 4Kb ROM dan 256
byte RAM. Pada tahun 1980 hadir MCS-51 family yang memiliki 4Kb ROM, 128 RAM, 2
Timer, 32 I/O, Kecepatan OSC 12 Mhz. Mikrokontroler MCS – 51 sukses dipasaran, beberapa
perusahaan seperti Philips menggunakan 8051 sebagai teletext controler dan ada yang digunakan
sebagai perangkat antarmuka USB webcamera. Intel terus mengembangkan mikrokontroler
bersama ASIC lisensi memproduksi generasi tipe 80C51FA
yang memperkenalkan
Programable Control Array ( PCA ). Tipe tersebut diaplikasi untuk industri outomotif sebagai
brake control,
menyusul tipe baru berikutnya 80C51RA, 80C51RB, 8051RC. Selain
mengembangkan mikrokontroler 8 bit Intel juga memproduksi mikrokontroler 16 bit yaitu tipe
80C96. Keberhasilan Intel diadopsi oleh perusahaan elektronik seperti Philips, Atmel ( As ex –
Temic ), Winbond . Pada tahun 1990an Atmel memperkenalkan 8 bit mikrokontroler tipe 80C51
dengan flash code memory, yaitu memori dapat dihapus dan diisiulang dengan kecepatan tinggi.
Modul arsitekture mikrokontroler
4
Disamping itu Atmel memperkenalkan mikrokontroler tipe AT89C2051 dengan mengurangi
jumlah pin I/O mengakibatkan harga Chip lebih murah dan terjangkau. Dalam penerapannya
mikrokontroler digunakan untuk orientasi pengontrolan, seperti pengontrol temperature,
penampil display LCD, pemroses sinyal digital, pemroses dan pengontrol mesin-mesin industri
dan sebagainya.
1.2 Arsitekture Mikrokontroler
1.2.1 Mikrokontroler Von – Neumann
Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur Von – Neumann hanya memiliki satu blok memori
dan satu blok bus data 8 bit, Blok diagram mikrokontroler Von - Neumann di tunjukkan gambar
1.1. Mikrokontroler dengan arsitektur ini dalam pertukaran data semuanya menggunakan 8 jalur
bus yang mengakibatkan overload dan komunikasi menjadi lambat, tidak efesien. CPU dalam
membaca instruksi yaitu baca dan tulis data dari atau ke memori RAM dan ROM tidak dapat
dilakukan secara bersamaan dikarenakan data dan instruksi menggunakan jalur bus yang sama.
Gambar berikut menunjukan blok arsitektur Von Neumann :
Modul arsitekture mikrokontroler
5
1.2.1 Mikrokontroler Harvard
Mikrokontroler arsitektur Harvard memiliki dua bus yang berbeda yaitu : bus 8 bit yang
menghubungkan CPU ke RAM dan bus lain terdiri dari beberapa jalur ( 12 bit, 14 bit atau 16 bit
) yang menghubungkan CPU dengan ROM. Dengan arsitektur harvard CPU dapat membaca
instruksi dan mengakses memori di dalam ROM secara bersamaan. Blok diagram mikrokntroler
arsitektur Harvard ditunjukkan gambar 2.1.2. Kelebihan – kelebihan arsitektur harvard:

Semua data di dalam program selebar 8 bit. Bus data memiliki beberapa jalur ( 12, 14
atau 16 ), instruksi dan data dapat dibaca sekaligus. Dengan demikian semua instruksi
dapat dieksekusi hanya memakai satu siklus instruksi, kecuali instruksi lompat ( jump
)yang dieksekusi dalam dua siklus.

Memori program ROM dan data sementara RAM terpisah, CPU dapat mengeksekusi dua
instruksi sekaligus.
Banyak desain mikrokontroler mengunakan arsitekture Harvard seperti produksi Atmel, PIC.
Modul arsitekture mikrokontroler
6
1.2.3 Mikrokontroler arsitekture CISC dan RISC
Mikrokontroler yang beredar saat ini dibedakan menjadi dua macam berdasarkan arsitektur
instruksi pemrograman yaitu;

Mikrokontroler tipe CISC ( Complex Instruction Set Computing ) artinya mikrokontroler
yang kaya akan instruksi tetapi fasilitas internal yang dimiliki secukupnya. Contoh
mikrokontroler tipe CISC yaitu seri AT89SXX yang memiliki 255 instruksi. Dengan
banyaknya instruksi diharapakan membantu programer dalam penulisan program bisa
efektif dan menghasilkan program pendek.

Mikrokontroler tipe RISC ( Reduced Instruction Set Computing ) artinya mikrokontroler
yang kaya akan fasilitas internal tetapi jumlah instruksi secukupnya. Contoh
mikrokontroler menggunakan arsitektur tipe RISC yaitu seri PIC16FXX yang memiliki
hanya 30 - an instruksi.
Yang dimaksud dengan fasilitas internal adalah jumlah dan macam register internal,
pewaktu ( Timer ) / pencacah ( Counter ), unit ADC / DAC , unit comparator, interruptsi
internal maupun eksternal dan fasilitas lainnya.
2. Pengetahuan Dasar Mikrokontroler AVR
2.1. Keluarga AVR
Keluarga Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur modern (emang selama
ini ada yang kuno kali??). Perhatikan Gambar 3, Atmel membuat 5 (lima) macam atau jenis
mikrokontroler AVR, yaitu:
 TinyAVR (tidak ada kaitannya ama mbak Tini yang jualan gudeg…) Mikrokontroler (mungil,
hanya 8 sampai 32 pin) serbaguna dengan Memori Flash untuk menyimpan program hingga 16K
Bytes, dilengkapi SRAM dan EEPROM 512 Bytes.
 MegaAVR (nah yang ini sudah mulai banyak yang nulis bukunya…) Mikrokontroler dengan
unjuk-kerja tinggi, dilengkapi Pengali Perangkat keras (Hardware Multiplier), mampu menyimpan
program hingga 256 KBytes, dilengkapi EEPROM 4K Bytes dan SRAM 8K Bytes.
Modul arsitekture mikrokontroler
7
 AVR XMEGA Mikrokontroler AVR 8/16-bit XMEGA memiliki periferal baru dan canggih
dengan unjuk-kerja, sistem Event dan DMA yang ditingkatkan, serta merupakan pengembangan
keluarga AVR untuk pasar low power dan high performance (daya rendah dan unjuk-kerja tinggi).
 AVR32 UC3 Unjuk-kerja tinggi, mikrokontroler flash AVR32 32-bit daya rendah. Memiliki flash
hingga 512 KByte dan SRAM 128 KByte.
 AVR32 AP7 Unjuk-kerja tinggi, prosesor aplikasi AVR32 32-bit daya rendah, memiliki SRAM
hingga 32 KByte.
Untuk lebih jelasnya perhatikan keterangan singkat yang saya berikan berikut ini, berdasar informasi
resmi dari Atmel (http://www.atmel.com)
Modul arsitekture mikrokontroler
8
Modul arsitekture mikrokontroler
9
Daftar Pustaka
1.
Sistem Mikroprosesor dan Mikrokontroler. Dr. Putu Sudira, M.P. 2014 FT UNY.
2.
Modul Teknik Mikroprosessor Z-80. Sudi Rahardja. ST. 2016.
3.
BSE Sistem Kontrol Terprogram , Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Republik Indonesia, 2013 Jakarta
Modul arsitekture mikrokontroler
10