Apakah itu mikropengawal?7 min read

Mungkin ada jarang terdengar perkataan mikropengawal. Melainkan anda seorang yang mempunyai latar belakang elektronik , mekanikal atau kejuruteraan komputer. Tetapi hari ini, tidak hanya pelajar universiti yang mampu mengenal apa itu mikropengawal, budak-budak sekolah rendah yang pernah mengikuti kelas pembelajaran Arduino atau kelas ‘programming’ mungkin pernah menggunakan mikropengawal. Oleh itu, saya akan menerangkan apakah itu mikropengawal dalam penjelasan mudah, sesuai untuk sesiapa yang tidak pernah menggunakan mikropengawalatau baru ingin menceburi bidang ini. Definisi dibawah menjelaskan apakah itu mikropengawal.

Saya pasti anda pernah mendengar perkataan ‘microprocessor’ atau dalam Bahasa Malaysia dipanggil mikropemproses. Perkataan ini sering didengar oleh penggemar-penggemar komputer. Mikropemproses ialah sebuah cip IC (Integrated Circuit) digunakan didalam komputer persendirian anda. Manakala, mikropengawal juga sebuah cip IC yang banyak digunakan di dalam barangan elektronik harian.

Mikropengawal dan mikropemproses merupakan adik-beradik. Mereka seakan-akan sama, tetapi tidak. Saya akan menerangkan perbezaan kedua-duanya di dalam artikel yang lain.

Persamaan dan perbezaan antara mikropengawal dengan komputer biasa

Dalam bahasa mudah, mikropengawal ialah komputer. Ya, ianya mempunyai ciri-ciri yang sama seperti komputer persendirian. Ini kerana mikropengawal mempunyai:

1. CPU (Central Processing Unit)
   • Sebuah unit untuk menjalankan arahan yang diprogramkan.
2. RAM (Random Access Memory)
   • Sebuah memori untuk menyimpan data dan ‘variables’ atau pembolehubah.
3. Input dan Output (I/O)
   • Seperti komputer anda ada keyboard dan speaker, sama seperti mikropengawal mempunyai input seperti sensor dan output seperti lampu LED (Light Emitting Diode).

Yang membezakan mikropengawal dengan komputer persendirian anda ialah:

• Komputer persendirian anda adalah “general purpose Computer”, iaitu komputer serbaguna. Ianya mampu menjalankan beribu program dalam satu masa.
• Manakala, mikropengawal adalah “special purpose computer”, iaitu komputer tujuan khas. Maksudnya, ianya hanya mampu menjalankan satu program dalam satu masa.

Ciri-ciri mikropengawal

Untuk menjelaskan lebih dalam lagi apakah itu mikropengawal, kita perlu lihat kepada ciri-cirinya:

1. Bersifat “embedded” atau tertanam.
   Ianya tertanam di dalam sesuatu sistem fizikal, mekanikal atau elektrikal yang lebih besar supaya ianya dapat mengawal sesuatu fungsi sistem tersebut. Contohnya, ianya tertanam di dalam jam tangan digital supaya ia dapat diprogram untuk mengira masa.
2. Berkos rendah
   Mikropengawal jauh lebih murah daripada mikropemproses. Anda sendiri boleh dapatkan chip mikropengawal dalam jurang harga berbelas ringgit. Sesebuah syarikat yang menghasilkan produk dalam kuantiti yang banyak boleh dapatkan mikropengawal dengan harga bersen-sen!
3. Bersaiz kecil
   Mikropengawal banyak digunakan dalam produk elektronik dari saiz sebesar peti sejuk hingga sekecil-kecil jam tangan digital.
4. Berkuasa rendah
   Tidak seperti komputer persendirian anda, ianya tidak perlu disambungkan ke soket palam untuk mendapatkan tenaga setiap masa. Mikropengawal boleh dikuasakan oleh hanya sebuah bateri kecil dan tidur perlu diganti sehingga berbulan-bulan (bergantung kepada tugas dan penggunaannya). Mikropengawalboleh berada dalam mod tidur dan hanya bangun untuk melakukan tugas.
5. Mempunyai input dan output (I/O)
   Seperti komputer, kita boleh menyambungkan mikropengawal dengan input(seperti sensor dan suis) dan output (seperti lampu dan LCD). Ianya boleh disambungkan melalui cip pada IC mikropengawal tersebut.

Dimana mikropengawal diaplikasikan?

Sedar atau tidak, mikropengawal banyak digunakan di dalam kehidupan seharian kita. Contohnya, peti sejuk, jam tangan, televisyen, mesin pencetak, alat kawalan jauh dan kereta. Kita ambil contoh penggunaannya di dalam kereta. Dianggarkan, lebih 50 mikropengawal digunakan di dalam kereta. Salah satu bahagaian ialah di dalam ECU (Enginer Control Unit) atau Unit Kawalan Enjin. Dalam kegunaan ini, mikropengawal akan mengambil bacaan sensor seperti sensor oksigen ‘knock’ sensor, membuat kiraan supaya dapat mengawal kadar pencampuran minyak dan kadar waktu nyalaan palam pencucuh.

Syarikat-syarikat yang mencipta mikropengawal

Terdapat banyak syarikat pencipta dan pengeluar mikropengawal, yang terkenal seperti

• Atmel- Amerika Syarikat
• ARM- United Kingdom
• Microchip- Amerika Syarikat
• Texas Instrument- Amerika Syarikat
• NXP- Belanda
• Infineon- German

Mikropengawal daripada syarikat terkenal tersebut biasanya berharga mahal tetapi dipercayai dan mempunyai komuniti “programmer” yang luas. Biasanya ia digunakan di dalam barangan elektronik yang berkualiti. Terdapat juga pengeluar mikropengawal daripada China yang boleh didapati dengan harga dalam linkungan bersen-sen. Ianya digunakan dalam barangan elektronik yang memerlukan kos rendah seperti permainan kanak-kanak.

Memprogram mikropengawal

Pada asalnya, mikropengawal diprogram menggunakan bahasa yang susah untuk difaham manusia. Ini dipanggil “assembly language”. Bahasa ini seterusnya perlu diterjemah oleh “compiler and interpreter” ke dalam “machine language” atau bahasa mesin. Bahasa mesin inilah yang digunakan mikropengawal untuk menjalankan program yang diinginkan. Jurutera elektronik harini mempunyai pelbagai cara yang tersendiri untuk memprogram mikropengawal.

Mujur sekali, dunia sudah semakin maju dan dengan adanya saintis-saintis komputer dan peminat mikropengawal di seluruh dunia, mikropengawal hari ini boleh diprogram oleh sesiapun yang berminat untuk belajar menggunakan platform Arduino. Kanak-kanak sekalipun boleh memprogram mikropengawal menggunakan platform yang mesra kanak-kanak contohnya BBC micro:bit. Saya pernah terlibat mengajar kanak-kanak di sebuah sekolah rendah di United Kingdom untuk mempelajari memprogram mikropengawal menggunakan micro:bit.

Secara asasnya, anda memerlukan bahan tersebut untuk memprogram mikropengawal:

• Kabel USB
• Kompiler di dalam komputer anda (Contoh: Avrdude)
• Papan pengatucara (Programmer board). Boleh dibuat sendiri atau beli yang sedia ada dalam pasaran.
• Penyunting kod (Code Editor)

Ini merupakan cara sebenar yang sering digunakan Jurutera Elektronik atau penggermar Elektronik yang lebih teknikal. Mujur, ada cara yang lebih mudah untuk sesiapa yang mahu belajar memprogram mikropengawal.

Kewujudan Arduino memudahkan pembelajaran mikropengawal

Sesiapa yang mempunyai latar belakang kejuruteraan atau sesiapa yang mempunyai minat dalam reka cipta mungkin pernah mendengar tentang Arduino. Arduino merupakan kemudahan untuk membuat prototaip pantas dalam projek yang menggunakan mikropengawal. Ianya diperkenalkan dalam Ivrea Interaction Design Institute. Platform ini ditujukan kepada pelajar yang tiada latar belakang elektronik dan pengaturcaraan (programming).

Disebabkan platformnya yang sangat mudah, ia menjadi terkenal, bukan sahaja dalam kalangan pelajar dan penggemar hobi elektronik. Malahan, sehingga di peringkat universiti dan pekerjaan juga masih menggunakan platform ini untuk memprototaip projek.

Tetapi, jangan salah faham terma antara Arduino dan mikropengawal. Arduino ialah satu platform prototaip yang terdiri daripada

1. IDE (Integrated Development Environment)
   Kegunaannya adalah untuk menulis kod dan mengaturcara mikropengawal.
2. Papan Pembangunan Arduino (Arduino Development Board)
   Fungsi papan ini adalah untuk membolehkan komputer kita dapat berkomunikasi dengan mikropengawal.
3. Mikropengawal

Kalau anda lihat, mikropengawal berada dalam platform tersebut. Ini kerana kita menggunakan platform Arduino untuk memprogram mikropengawal.

Arduino mudah didapati

Arduino mudah didapati dimana-mana. Ianya jarang dijual di kedai fizikal biasa. Tetapi, banyak dijual di kedai atas talian seperti Lazada dan Shopee. Saya membeli Arduino Kit pertama saya di Lazada kerana waktu itu masih belum ada Shopee di Malaysia.

Terdapat banyak jenis papan Arduino. Ada juga yang jenis ‘clone’ atau tiruan dan berharga lebih murah. Ianya tetap boleh digunakan menggunakan Arduino IDE kerana platform Arduino adalah “open-source”.

Anda boleh membeli papan Arduino sahaja atau kit Arduino. Untuk yang baru ingin mencuba, lebih baik anda beli kit Arduino kerana ianya lengkap dengan bahan-bahan yang asas untuk anda belajar.

Konklusi

Akhirnya anda sudah mengetahui apakah itu mikropengawal. Teknologi mikropengawal membolehkan produk harian anda menjadi lebih pintar sedikit berbanding dahulu. Teknologi ini banyak berada di sekeliling kita. Tambahan pula, kita berada di dalam era Revolusi Industri 4.0. Mempelajari cara-cara mengatucara mikropengawal merupakan langkah awal untuk mempersiapkan diri dengan kemahiran yang diperlukan dalam Revolusi Industri 4.0.

Rujukan

www.howstuffworks.com

www.ieeeexplore.com

www.internetofthingsagenda.com

www.arduino.com