Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan menguji kelayakan bahan ajar berbasis STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) pada mata kuliah Sistem Mikroprosesor dengan fokus pada materi Mikrokontroler dan Platform Arduino. Pendekatan STEM dipilih untuk meningkatkan kualitas pembelajaran melalui integrasi konsep lintas disiplin serta mendukung penguasaan keterampilan abad 21. Penelitian ini menggunakan metode Research and Development (R&D) dengan model 4D (Define, Design, Develop, Disseminate), namun hanya dilaksanakan hingga tahap Develop. Proses perancangan dimulai dari analisis kebutuhan dan kurikulum (define), penyusunan struktur modul dan pendekatan STEM (design), hingga validasi produk oleh tiga ahli media dan tiga ahli materi (develop). Hasil validasi menunjukkan bahwa modul ajar dinilai sangat layak digunakan dengan skor 92% dari ahli media dan 89% dari ahli materi. Modul ini memuat materi konseptual, proyek praktikum, dan evaluasi yang selaras dengan prinsip STEM serta dirancang untuk mendukung pembelajaran aktif, kreatif, dan mandiri. Dengan demikian, bahan ajar ini diharapkan dapat menjadi solusi pembelajaran inovatif pada mata kuliah Sistem Mikroprosesor.