Ringkasan tentang Teknologi IC Untuk Mikrokontroler dan Sistem Tertanam

Setiap perangkat elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari dirancang dengan rangkaian proyek listrik dan elektronik. Rangkaian listrik dan elektronika ini dapat dirancang dengan menggunakan berbagai teknologi seperti teknologi tabung hampa udara, teknologi transistor, teknologi sirkuit terpadu atau IC, teknologi mikroprosesor, dan teknologi mikrokontroler. Teknologi ini dapat diimplementasikan menggunakan komponen listrik dan elektronik diskrit, sirkuit terpadu, mikroprosesor, dan mikrokontroler. Pada artikel ini, kita akan membahas tentang teknologi terbaik untuk sistem tertanam di antara teknologi IC dan teknologi IC canggih seperti teknologi IC mikrokontroler. Namun, terlebih dahulu sebelum melangkah lebih jauh, kita harus mengetahui apa itu teknologi IC dan teknologi IC mikrokontroler.

Teknologi IC

Pada hari-hari sebelumnya, perangkat sistem tertanam yang dirancang menggunakan tabung vakum akan berukuran sangat besar dan lebih mahal. Transistor kontak titik pertama dikembangkan oleh John Bardeen dan Walter Brattain di Bell Labs pada tahun 1947. Kemudian, penemuan transistor telah mengurangi dan menggantikan tabung vakum besar yang mahal dalam desain komputer. Selanjutnya, penggunaan transistor mengurangi ukuran sirkuit, karena transistor ini berukuran lebih kecil, ekonomis, kinerjanya lebih cepat, andal, dan mengkonsumsi daya yang sangat sedikit. Sirkuit yang dibangun menggunakan transistor dan komponen elektronik diskrit lainnya disebut sebagai sirkuit diskrit.

Perubahan revolusioner dibuat dalam merancang sirkuit listrik dan elektronik dan komputer dengan penemuan sirkuit terpadu atau teknologi IC. Sirkuit terpadu berukuran sangat kecil, sangat andal, paling ekonomis, dan sangat mudah digunakan. Konsep teknologi IC ini diperkenalkan pada tahun 1958, dan teknologi IC ini membuat miniatur banyak gadget listrik dan elektronik seperti ponsel, laptop, komputer, dan banyak perangkat lainnya. Sirkuit terpadu dapat didefinisikan sebagai seperangkat sirkuit elektronik yang terintegrasi pada pelat bahan semikonduktor kecil, biasanya disebut chip silikon. Setiap IC bisa sangat kompak, mengandung miliaran transistor dan komponen lain di area yang sangat kecil.

Generasi Teknologi IC

Ada generasi yang berbeda dari sirkuit terintegrasi, diklasifikasikan berdasarkan jumlah transistor yang digunakan pada chip sirkuit terintegrasi. Mereka adalah:Integrasi skala kecil (SSI), sirkuit terpadu yang berisi beberapa nomor puluhan transistor. 1960-an menyaksikan integrasi skala menengah (MSI), chip sirkuit terintegrasi yang berisi ratusan transistor. Pada tahun 1970-an ada integrasi skala besar (LSI), di mana puluhan ribu transistor terintegrasi pada setiap chip. Pada tahun 1980-an terjadi very large scale integration (VLSI), dimana ratusan ribu transistor terintegrasi pada setiap chip. Selanjutnya, integrasi skala besar ultra (ULSI), terintegrasi lebih dari satu juta transistor per chip, integrasi skala wafer (WSI), system-on-chip (SOC), dan sirkuit terpadu tiga dimensi (3D-IC) sedang dikembangkan. Sirkuit terpadu seperti IC 555timer, penguat operasional 741, CMOS, NMOS, teknologi BICMOS, dan sebagainya dianggap sebagai contoh praktis dari teknologi IC.

Ada berbagai jenis sirkuit terintegrasi seperti ADC, DAC, amplifier, IC manajemen daya, IC jam dan timer, dan IC antarmuka yang digunakan untuk berbagai aplikasi sistem tertanam.

Penerapan teknologi IC

Proyek pengontrol muatan surya berbasis non-mikrokontroler adalah aplikasi sederhana dari teknologi IC. Dalam proyek ini, mekanisme pengisian terkontrol dicapai untuk menghindari kondisi under charge, over charge, dan deep discharge tanpa menggunakan mikrokontroler. Seperangkat penguat operasional digunakan sebagai pembanding untuk memonitor tegangan panel, dan arus beban secara terus menerus. LED hijau dan merah digunakan untuk indikasi. LED hijau digunakan untuk menunjukkan kondisi baterai yang terisi penuh dan di bawah kondisi terisi daya atau kelebihan beban atau debit dalam ditunjukkan oleh LED merah.

Sakelar semikonduktor daya MOSFET digunakan untuk memutus beban, jika LED merah menunjukkan baterai lemah atau kondisi kelebihan beban. Jika LED hijau menunjukkan kondisi baterai terisi penuh, maka energi matahari dilewatkan ke beban dummy di sirkuit menggunakan transistor. Dengan demikian, baterai dilindungi dari bentuk over charging. Proyek ini dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan modem GSM dan mikrokontroler untuk mencapai komunikasi tata surya dan ruang kontrol untuk memantau status sistem.

IC Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah IC canggih atau sirkuit terintegrasi yang digabungkan dengan periferal tambahan. Perkembangan dan penggunaan aplikasi embedded system semakin meningkat seiring dengan kemajuan teknologi IC seperti teknologi mikroprosesor, dan teknologi mikrokontroler. Kekurangan teknologi transistor, teknologi IC semakin berkurang dengan kemajuan teknologi IC mikroprosesor dan teknologi mikrokontroler. Mikroprosesor mengintegrasikan fungsi unit pemrosesan pusat (CPU) komputer pada satu atau beberapa sirkuit terintegrasi. Unit mikrokontroler dapat diperlakukan sebagai komputer kecil pada sirkuit terpadu tunggal yang terdiri dari unit pemrosesan pusat kecil, osilator kristal, timer, pengawas, dan I/O analog. Ada berbagai jenis register, interupsi yang digunakan untuk beberapa tugas tertentu. Mikrokontroler terdiri dari berbagai jenis seperti mikrokontroler AVR, mikrokontroler PIC, dan sebagainya. Namun biasanya IC mikrokontroler 8051 digunakan untuk sebagian besar aplikasi sistem tersemat.

Jika kita menggunakan teknologi IC, maka beberapa komponen diskrit diperlukan untuk melakukan beberapa tugas dalam sistem tertanam. Jika kita menggunakan teknologi IC canggih seperti teknologi mikrokontroler, maka hanya dengan menulis beberapa baris pemrograman sederhana, kita dapat melakukan banyak tugas. Dengan demikian, jumlah komponen diskrit, ukuran sirkuit, kompleksitas, dan biaya dapat dikurangi dalam sistem tertanam dengan menggunakan teknologi mikrokontroler.

Penerapan Teknologi Mikrokontroler

Pengendali muatan surya menggunakan mikrokontroler adalah aplikasi khas dari teknologi IC canggih mikrokontroler. Untuk memanfaatkan energi surya secara efisien, sistem pencahayaan bertenaga surya termasuk lentera surya, lampu jalan surya, dan sistem pencahayaan rumah &taman surya digunakan di daerah pedesaan maupun perkotaan. Sistem tenaga surya terutama terdiri dari empat komponen utama:modul fotovoltaik, baterai isi ulang, beban, dan pengontrol muatan surya.

Diagram blok sistem tenaga surya dengan empat blok utama menggunakan teknologi mikrokontroler ditunjukkan pada gambar. Di antara keempat komponen tersebut, perhatikan solar charge controller menggunakan mikrokontroler yang berperan besar dalam meningkatkan kinerja keseluruhan sistem tenaga surya. Komponen perangkat keras yang digunakan untuk rangkaian solar charge controller ini adalah mikrokontroler AT89C2051, serial ADC0831, voltage regulator IC7805, power semikonduktor switch MOSFET, LCD display, rechargeable battery, charge control, sensor senja hingga fajar, dan kontrol beban.

Baterai digunakan untuk menyediakan suplai yang diatur DC 5V untuk menyalakan mikrokontroler yang digunakan untuk memantau tegangan baterai menggunakan ADC. Tegangan 0V-20V diperkecil menjadi V-5V menggunakan pembagi potensial dengan pengaturan resistor yang dibuat pada pin 2 ADC dan nilai-nilai ini ditampilkan pada layar LCD. Menggunakan teknik pengaturan paralel, arus pengisian dibiarkan mengalir ke baterai dan berhenti mengisi baterai jika baterai terisi penuh. Berdasarkan sinyal input yang diterima dari sensor senja hingga fajar, mikrokontroler mengaktifkan relai pengisian atau beban. Layar LCD digerakkan oleh mikrokontroler untuk menampilkan pesan pengisian daya.

Jika baterai terisi penuh (hingga 14V), maka relai diberi energi melalui MOSFET untuk menghentikan pengisian. Kemudian timer 5 menit akan dimulai oleh mikrokontroler dan LCD menampilkan pesan baterai penuh. Jika pengatur waktu ini berlalu, maka baterai disambungkan kembali ke panel surya oleh relai dan dengan demikian arus pengisian tenaga surya akan berdenyut selama tegangan matahari masih ada. Jika tegangan panel surya turun di bawah tegangan dioda zener sensor senja hingga fajar, maka mikrokontroler menerima sinyal dari sensor senja hingga fajar, kemudian mengaktifkan beban melalui MOSFET dan pesan beban ON ditampilkan pada layar LCD. Jika tegangan turun di bawah 10V dari sensor senja hingga fajar, maka mikrokontroler mematikan beban melalui MOSFET.

Teknologi Terbaik Untuk Sistem Tertanam

Pada artikel ini, sebelumnya telah dibahas mengenai teknologi IC dan teknologi IC mikrokontroler beserta contoh, jenis, dan penerapan praktis teknologi mikrokontroler dan IC pada aplikasi embedded system. Pengontrol muatan surya yang dibahas di atas dengan teknologi IC sebelumnya dan dengan teknologi IC canggih seperti teknologi IC mikrokontroler menunjukkan perbedaan antara kedua teknologi tersebut. Dan juga menunjukkan bahwa kedua teknologi tersebut masih digunakan berdasarkan kebutuhan. Kedua teknologi tersebut memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan saat digunakan untuk sistem tertanam.

Teknologi IC mengurangi ukuran sirkuit dibandingkan dengan ukuran sirkuit yang dibuat menggunakan komponen diskrit. Teknologi IC mikrokontroler canggih mengurangi ukuran sirkuit dengan mengganti banyak sirkuit terintegrasi di sirkuit dengan satu IC mikrokontroler. Dengan demikian, biaya rangkaian dengan teknologi IC lebih murah daripada teknologi diskrit atau transistor. Biaya sirkuit teknologi IC mikrokontroler lebih murah, dibandingkan dengan biaya sirkuit yang dirancang dengan teknologi IC. Demikian pula, untuk beberapa jumlah parameter, teknologi mikrokontroler lebih disukai untuk sistem tertanam dibandingkan dengan teknologi IC dan komponen diskrit atau teknologi transistor.

Gambar menunjukkan aplikasi sistem tertanam yang dirancang dengan teknologi berbeda. Untuk beberapa aplikasi khusus dari sistem tertanam, teknologi IC lebih disukai daripada teknologi mikrokontroler. Tetapi sebagian besar aplikasi embedded system memanfaatkan teknologi mikrokontroler, karena lebih maju dan memiliki keunggulan lebih dibandingkan dengan teknologi IC. Selanjutnya, bantuan teknis akan diberikan kepada Anda dari teknologi Edgefx dalam memilih teknologi tertentu untuk pekerjaan proyek akademik Anda berdasarkan minat Anda pada sistem tertanam.