MODUL AJAR

Mata Pelajaran: Elektronika dan Pemrograman Mikrokontroler
Judul Modul: Merencanakan Program Aplikasi Sederhana dengan Mikrokontroler
Tingkat Pendidikan: SMK/MAK, Perguruan Tinggi, atau Kursus Teknik
Durasi: 8 - 12 JP (Jam Pelajaran)

A. Kompetensi Dasar

1. Memahami konsep dasar mikrokontroler dan sistem tertanam.

2. Menganalisis kebutuhan perangkat keras dan perangkat lunak dalam perancangan aplikasi.

3. Merancang diagram blok sistem berbasis mikrokontroler.

4. Menulis dan menguji program sederhana menggunakan bahasa pemrograman mikrokontroler.

5. Melakukan debugging dan evaluasi program berbasis mikrokontroler.

B. Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari modul ini, peserta didik mampu:

1. Menjelaskan konsep dasar mikrokontroler dan aplikasinya.

2. Mengidentifikasi komponen utama dalam sistem berbasis mikrokontroler.

3. Merancang dan menyusun program sederhana menggunakan bahasa pemrograman C atau Arduino IDE.

4. Menghubungkan mikrokontroler dengan sensor dan aktuator sederhana.

5. Menguji dan mengevaluasi program untuk memastikan fungsionalitasnya.

C. Materi Pembelajaran

1. Pengenalan Mikrokontroler

• Definisi dan fungsi mikrokontroler

• Perbedaan mikrokontroler dengan mikroprosesor

• Jenis-jenis mikrokontroler yang umum digunakan (AVR, PIC, ARM, ESP32, dsb.)

2. Komponen Sistem Mikrokontroler

• Mikrokontroler dan arsitekturnya

• Sensor dan aktuator dalam sistem mikrokontroler

• Catu daya dan komunikasi data (UART, I2C, SPI)

3. Perangkat Lunak dan Pemrograman

• Bahasa pemrograman untuk mikrokontroler (C, C++, Python, Arduino)

• Instalasi dan penggunaan Arduino IDE atau PlatformIO

• Struktur dasar program (setup dan loop pada Arduino)

• Pengenalan library dan fungsi dasar pemrograman mikrokontroler

4. Perancangan Program Aplikasi Sederhana

• Diagram blok sistem dan alur kerja program

• Menulis program untuk mengontrol LED, buzzer, atau motor sederhana

• Implementasi input dari tombol atau sensor

• Teknik debugging dan troubleshooting

5. Evaluasi dan Pengujian

• Simulasi menggunakan Proteus atau Tinkercad

• Pengujian rangkaian dan program secara langsung

• Dokumentasi hasil dan analisis performa sistem

D. Metode Pembelajaran

• Teori: Presentasi, diskusi, dan tanya jawab

• Praktik: Eksperimen laboratorium, simulasi, dan pembuatan proyek sederhana

• Evaluasi: Ujian tertulis, demonstrasi proyek, dan laporan kerja

E. Media dan Alat

• Laptop dengan Arduino IDE/PlatformIO

• Mikrokontroler (Arduino Uno, ESP8266, dsb.)

• Sensor dan aktuator (LED, push button, buzzer, motor servo, dsb.)

• Breadboard dan kabel jumper

• Power supply atau baterai

• Software simulasi (Proteus, Tinkercad, dsb.)

F. Penilaian

1. Penilaian Sikap

• Kerja sama dalam tim

• Kedisiplinan dalam pengerjaan tugas

• Kreativitas dalam perancangan proyek

2. Penilaian Pengetahuan

• Ujian teori terkait dasar-dasar mikrokontroler

• Laporan perancangan diagram blok dan analisis kebutuhan sistem

3. Penilaian Keterampilan

• Pembuatan dan pengujian program aplikasi sederhana

• Presentasi hasil proyek dan evaluasi performa sistem

G. Proyek Akhir

Sebagai tugas akhir, peserta didik diminta untuk membuat proyek sederhana berbasis mikrokontroler, seperti:

• Sistem pengontrol suhu dengan sensor DHT11 dan kipas

• Penghitung jumlah orang dengan sensor PIR

• Sistem alarm dengan sensor getaran

• Proyek lain yang disepakati bersama

Peserta didik harus membuat laporan berisi deskripsi proyek, diagram blok, kode program, dan hasil pengujian.

Modul ini dirancang untuk memberikan pemahaman dasar serta keterampilan praktis dalam merancang aplikasi berbasis mikrokontroler secara sederhana.

BAB 1: Pengenalan Mikrokontroler

1.1 Definisi dan Fungsi Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah perangkat elektronik berbasis mikroprosesor yang digunakan untuk mengontrol sistem atau perangkat tertentu. Mikrokontroler terdiri dari unit pemrosesan, memori, dan antarmuka input/output dalam satu chip.

1.2 Perbedaan Mikrokontroler dan Mikroprosesor

Mikrokontroler dirancang untuk tugas spesifik dan memiliki sumber daya internal seperti memori dan antarmuka I/O, sedangkan mikroprosesor lebih fleksibel tetapi memerlukan komponen tambahan untuk berfungsi.

1.3 Jenis-jenis Mikrokontroler

• AVR (Atmel)

• PIC (Microchip)

• ARM Cortex (STM32, ESP32)

• ESP8266/ESP32 (IoT dan jaringan nirkabel)

BAB 2: Komponen Sistem Mikrokontroler

2.1 Struktur Dasar Mikrokontroler

Komponen utama dalam mikrokontroler meliputi:

• CPU (Central Processing Unit)

• RAM dan ROM

• Port Input/Output

• Timer dan Counter

• Komunikasi Serial (UART, I2C, SPI)

2.2 Sensor dan Aktuator

• Sensor: Digunakan untuk membaca kondisi lingkungan (misalnya DHT11 untuk suhu dan kelembaban, LDR untuk cahaya)

• Aktuator: Digunakan untuk menghasilkan aksi (misalnya LED, motor, relay)

2.3 Catu Daya dan Komunikasi Data

• Catu daya 5V dan 3.3V untuk berbagai jenis mikrokontroler

• Metode komunikasi: Serial (UART), Paralel, dan komunikasi nirkabel (WiFi, Bluetooth)

BAB 3: Perangkat Lunak dan Pemrograman

3.1 Bahasa Pemrograman untuk Mikrokontroler

• C dan C++ (AVR, ARM)

• Python (MicroPython, Raspberry Pi)

• Arduino (berbasis C++)

3.2 Instalasi dan Penggunaan Arduino IDE

• Mengunduh dan menginstal Arduino IDE

• Mengenal struktur dasar program (setup dan loop)

• Menggunakan pustaka (library) untuk berbagai sensor

3.3 Dasar-dasar Pemrograman Mikrokontroler

• Struktur program dasar

• Input dan Output digital

• PWM (Pulse Width Modulation)

BAB 4: Perancangan Program Aplikasi Sederhana

4.1 Diagram Blok dan Alur Kerja Program

Merancang diagram blok untuk memahami hubungan antar komponen dalam sistem mikrokontroler.

4.2 Implementasi Input dan Output

• Mengontrol LED dengan tombol

• Membaca nilai sensor dan menampilkan di LCD

• Mengontrol motor menggunakan PWM

4.3 Debugging dan Troubleshooting

• Cara mencari kesalahan dalam kode

• Menggunakan serial monitor unt

BAB 5: Evaluasi dan Pengujian

5.1 Simulasi Menggunakan Proteus dan Tinkercad

• Menggunakan simulator untuk menguji kode sebelum diimplementasikan pada perangkat keras.

5.2 Dokumentasi dan Analisis Hasil

• Mencatat hasil uji coba dan menganalisis performa sistem.

BAB 6: Proyek Akhir

Sebagai tugas akhir, peserta didik diminta untuk membuat proyek sederhana berbasis mikrokontroler, seperti:

• Sistem pengontrol suhu dengan sensor DHT11 dan kipas

• Penghitung jumlah orang dengan sensor PIR

• Sistem alarm dengan sensor getaran

• Proyek lain yang disepakati bersama

Peserta didik harus membuat laporan berisi deskripsi proyek, diagram blok, kode program, dan hasil pengujian.