MIKROKONTROLLER

Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam suatu chip IC, sehingga sering disebut single chip mikrokomputer. Lebih lanjut, mikrokontroler merupakan sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dengan personal komputer  yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan lainnya RAM dan ROM yang sangat berbeda antar komputer dengan mikrokontroler. Dalam mikrokontroler, ROM jauh lebih besar dibanding RAM, sedangkan dalam komputer PC RAM jauh lebih besar dibanding ROM.

a.             Bagian-bagian Mikrokontroler

1)   Register

           Register merupakan suatu tempat penyimpanan (variable) bilangan bulat yang terdiri dari 8 atau 16 bit. Pada umumnya register memiliki jumlah yang banyak, masing-masing ada yang memiliki fungsi khusus dan ada pula yang memiliki fungsi atau kegunaan secara umum. Register yang memiliki fungsi secara khusus misalnya register timer yang berisi data penghitungan pulsa untuk timer, atau register pengatur mode operasi counter (penghitung pulsa). Sedangkan register yang memiliki fungsi umum digunakan untuk menyimpan data sementara yang ­­­­­­­­­­­­­­­­­­diperlukan untuk proses penghitungan dan proses operasi mikrokontroler.

            Register dengan fungsi umum sangat dibutuhkan dalam sistem mikrokontroler karena mikrokontroler hanya mampu melakukan operasi aritmetik atau logika hanya pada satu atau dua operand saja, sehingga untuk operasi-operasi yang melibatkan banyak variabel harus dimanipulasi dengan menggunakan variabel-variabel register umum.

2)     Accumulator

            Merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai operand umum proses aritmetika dan logika.

3)               Program Counter

Merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah /  penghitung eksekusi program mikrokontroler.

4)               ALU (Arithmetic and Logic Unit)

            ALU memiliki kemampuan dalam mengerjakan proses-proses aritmatika (penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian) dan operasi logika (misalnya AND, OR, XOR, NOT) terhadap bilangan bulat 8 atau 16 bit.

5)   Clock Circuits

            Mikrokontroler merupakan rangkaian logika sekuensial, dimana proses kerjanya berjalan melalui sinkronisasi clock. Oleh karena itu diperlukan clock circuits yang menyediakan clock untuk seluruh bagian rangkaian.

 6)              Internal ROM (Read Only Memory)

            Merupakan  memori penyimpan data dimana data tersebut tidak dapat diubah atau dihapus (hanya dapat dibaca). ROM biasanya diisi dengan program untuk dijalankan oleh mikrokontroler segera setelah power dihidupkan. Data dalam ROM tidak dapat hilang meskipun power dimatikan karena bersifat non volatile.

7)              Stack Pointer

            Stack merupakan bagian dari RAM yang memiliki metode penyimpanan dan pengambilan data secara khusus. Data yang disimpan dan dibaca tidak dapat dilakukan dengan cara acak karena data yang dituliskan ke dalam stack yang berada pada urutan yang terakhir merupakan data yang pertama kali dibaca kembali. Stack Pointer berisi offset dimana posisi data stack yang terakhir masuk (atau yang pertama kali dapat diambil).

8)              I/O (Input/Output) Ports

            Merupakan sarana yang digunakan oleh mikrokontroler untuk mengakses peralatan-peralatan lain di luar sistem. I/O Port berupa pin-pin yang dapat berfungsi untuk mengeluarkan data digital ataupun sebagai masukan data eksternal.

9)              Interrupt Circuits

            Adalah rangkaian yang memiliki fungsi untuk mengendalikan sinyal-sinyal interupsi baik internal maupun eksternal. Adanya sinyal interupsi akan menghentikan eksekusi normal program mikrokontroler untuk selanjutnya menjalankan sub-program untuk melayani interupsi tersebut.

Diagram blok di atas tidak selalu sama untuk setiap jenis mikrokontroler. Beberapa mikrokontroler menyertakan rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) di dalamnya, ada pula yang menyertakan port I/O serial disamping port I/O paralel yang sudah ada.

10)           Internal RAM (Random Acces Memory)

            Merupakan memori penyimpan data dimana data tersebut dapat diubah atau dihapus. RAM biasanya berisi data-data variable dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat volatile yaitu akan hilang bila catu daya  yang terhubung padanya dimatikan.

b.   Fungsi Mikrokontroller

Penggunaan utama dari mikrokontroler adalah untuk mengontrol operasi dari mesin. Strategi kendali untuk mesin tertentu dimodelkan dalam program algoritma pengaturan yang ditulis dalam bahasa rakitan (assembly language). Program tersebut selanjutnya dtranslasi ke kode mesin digital yang selanjutnya disimpan di dalam media penyimpan digital yang disebut ROM. Pendekatan desain dari mikrokontroler dan mikroprosesor adalah sama. Jadi mikroprosesor merupakan rumpun dari suatu mikrokontroler. 

Mikrokontroler terdiri dari fitur-fitur yang terdapat dalam suatu mikroprosesor yaitu ALU, SP, PC dan register-register temasuk fitur dari ROM, RAM, input/output paralel dan input/output pencacah (counter seri). Mikrokontroler yang akan digunakan pada pembuatan alat penghitung pengunjung perpustakaan ini adalah jenis mikrokontroler keluarga 8051 buatan ATMEL (AT89S52).

1)             Mikrokontroler ATMEL

Mikrokontroler keluaran ATMEL dapat dikatakan sebagai mikrokontroler terlaris dan termurah saat ini.  Chip mikrokontroler ini dapat diprogram menggunakan port paralel atau serial. Selain itu, dapat beroperasi hanya dengan 1 chip dan beberapa komponen dasar seperti kristal, resitor dan kapasitor.

2)             Mikrokontroler Generasi terbaru

Mikrokontroler At89S51/52, merupakan versi terbaru dibandingkan mikrokontroler AT89C51 yang telah banyak digunakan saat ini.  Mikrokontroler AT89S52 ialah mikrokomputer CMOS 8 bit dengan 8KB Flash Programmable dan Erasable Read Only Memory (PEROM). Mikrokontroler berteknologi memori non volatile kerapatan tingi dari Atmel ini kompatibel dengan mikrokontroler standar industri MCS-51 baik pin kaki Ic maupun set instruksinya serta harganya yang cukup murah.  Spesifikasi penting AT89S52 adalah sebagai berikut: Kompatibel dengan keluarga mikrokontroler MCS51 sebelumnya,8 K Bytes  In system Programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis, tegangan kerja 4-5.0V, bekerja dengan rentang 0 – 33MHz, 256x8 bit RAM internal , 32 jalur I/0 dapat diprogram , 3 buah 16 bit Timer/Counter , 8 sumber interrupt , saluran full dupleks serial UART, watchdog timer , dual data pointer , Mode pemrograman ISP yang fleksibel (Byte dan Page Mode).

             AT89S51/52 mempunyai memori yang disebut sebagai Memori data internal. Memori data internal terdiri dari  RAM internal sebesar 128 byte dengan alamat 00H-7FH dapat diakses menggunakan RAM address register. RAM Internal ini terdiri dari Register Banks dengan 8 buah register (R0-R7). Memori lain yaitu  21 buah Special Function Register dimulai dari alamat 80H-FFH.  RAM ini beda lokasi dengan Flash PEROM dengan alamat 000H -7FFH.   Jika diperlukan, memori data eksternal untuk menyimpan variabel yang ditentukan oleh user  dapat ditambah berupa IC RAM atau ROM maksimal sebesar 64KB.

ATMEL AT89S52 menggunakan 256 bytes RAM dimana 128 bytes bagian atas menempati alamat paralel ke special function register (SFR). Artinya 128 bagian atas mempunyai alamat yang sama dengan SFR namun secara fisik terpisah dari SFR.  Ketika instruksi mengakses lokasi internal diatas 7FH, mode alamat yang digunakan pada instruksi menentukan apakah CPU mengakses 128 bytes atas atau SFR.  Instruksi yang menggunakan pengalamatan langsung akan mengakses ruang SFR.  Sebagai contoh, Port 0 berada diset pada alamat 80H,  port 1 90H dan lain lain, informasi ini juga dapat dilihat pada file MOD51  yang harus kita sertakan setiap membuat program assembly dengan sebagian isinya sebagai berikut.

P0     DATA  080H  ;PORT 0

SP     DATA  081H  ;STACK POINTER

DPL    DATA  082H  ;DATA POINTER - LOW BYTE

DPH    DATA  083H  ;DATA POINTER - HIGH BYTE

PCON   DATA  087H  ;POWER CONTROL

TCON   DATA  088H  ;TIMER CONTROL

TMOD   DATA  089H  ;TIMER MODE

TL0    DATA  08AH  ;TIMER 0 - LOW BYTE

TL1    DATA  08BH  ;TIMER 1 - LOW BYTE

TH0    DATA  08CH  ;TIMER 0 - HIGH BYTE

TH1    DATA  08DH  ;TIMER 1 - HIGH BYTE

P1     DATA  090H  ;PORT 1

Sebagai perbandingan kapasitas memori, Tabel 1. menampilkan kapasitas memori dari mikrokontroler seri AT89X.

Tabel 1.  Kapasitas Memory Mikrokontroller seri AT89X

Type	RAM	Flash Memory	EEPROM
AT89C51/ AT89S51	8 X 128 byte	4 Kbyte	Tidak
AT89C52/ AT89S52	8 X 256 byte	8 Kbyte	Tidak
AT89C55	8 X 256 byte	20 Kbyte	Tidak
AT89S53	8 X 256 byte	12 Kbyte	Tidak
AT89S8252	8 X 256 byte	8 Kbyte	2             Kbyte

(a)      Sistem Clock

Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12 siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistem mikrokontroler kita memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang komponen seperti di bawah ini:

Sistem diatas bekerja sebagai berikut:

Kapasitor C1 dan Resistor  R1 digunakan untuk sistem Reset, saat pertama suplay diberikan ke mikrokontroler  maka  kaki  9  akan  berlogika  1,  selama  2  siklus  mesin.  Setelah  itu  pin  9  akan berlogika   0   kembali.   Proses   seperti   ini   bisa   terjadi   berdasarkan   proses   pengisian   dan pengosongan kapasitor.

Kapasitor C2 dan C3, dipasang bersamaan dengan keramik resonator (x-tal) untuk menghasilkan Clock internal. Nilai dari clock ini tergantung dari keramik resonator (x-tal) yang diberikan.

(b)                   Fungsi Masing masing PIN

Fungsi Masing-Masing Pin

Gambar 2. Deskripsi Pin

              Mikrokontroler mempunyai sebuah peta memori yang disebut sebagai Special Function Register (SFR) . Port 0 berada di alamat 80h, port 1 90h, port 2 A0h dan P3 di alamat B0h.  Sedangkan SBUF untuk komunikasi serial berada pada alamat 99h. Yang membedakan mikrokontroler AT89S52 dengan C51(seri sebelumnya) adalah cara pengisian program  (flash  programming).  Pada  mikrokontroler  AT89S52 terdapat  fasilitas  ISP  (In  System Programming).  Artinya  mikrokontroler  ini  mampu  diprogram  meskipun  dalam  kondisi  bekerja. Letak perbedaan pada hardware adalah adanya MOSI, MISO, dan SCK, pin ini berguna saat flash programming. Adapun fungsi dari pin pin yang lain, fungsinya sama seperti pada seri sebelumnya.

Tabel 2. Fungsi pin untuk mikrokontroler AT89S52.    

Nomor	Nama	Alternatif	Ket
20	GND		Sebagai Kaki Suplay GND
40	VCC		Sebagai Kaki Suplay VCC
32..39	P0.7.. P0.0	D7..D0  & A7..A0	Port  0  dapat  berfungsi  sebagai  I/0  biasa,  juga  bisa  sebagai alamat rendah dan bus data untuk memori eksternal
1..8	P1.0.. P1.7		Sebagai   port   I/0   biasa,   mempunyai   internal   pull   up   dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1Terdapat pin MISO,  MOSI, SCK
21..28	P2.0.. P2.7	A8.. A15	Port  0  sebagai  I/0  biasa,   atau  sebagai  high  order  address, pada saat mengakakses memori eksternal.
10..17	Port 3		Sebagai I/O biasa, namun juga mempunyai fungsi khusus
10	P3.0	RXD	Port serial input
11	P3.1	TXD	Port  serial output
12	P3.2	INT0	External Interupt 0
14	P3.4	T0	External timer 0 input
15	P3.5	T1	External timer 1 input
16	P3.6	WR	External data memory write strobe
17	P3.7	RD	External data memory read strobe

Nomor	Nama	Alternatif	Ket
18	ALE	Prog	Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE)yang me-latch low byte address pada saat mengakses memori eksternalSedangkan pada saat Flash Programming (PROG) berfungsi sebagai pulse input untuk Pada operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE) yang me-latch low byte address pada saat mengakses memori eksternal Sedangkan pada saat Flash Programming (PROG) berfungsi sebagai pulse input untuk Pada operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16 frekwensi oscillator kecuali pada saat mengakses memori eksternal Sinyal clock pada pin ini dapat pula didisable dengan men-set bit 0 dari Special Function Register alamat 8EH ALE hanya akan aktif pada saat mengakses memori ekster- nal (MOVX & MOVC)
19	PSEN		Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori eksternal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle
20	EA		Pada kondisi low maka pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset Apabila berkondisi high maka pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal
21	XTAL1		Input Oscillator

 (c)                    Penulisan program

Pada umumnya program pada mikrokontroler di tulis dalam bahasa assembly dan bahasa mesin. Suatu statemen dalam program terdiri dari 4 bagian yaitu label, op-code, operan dan keterangan. Penggunaan label memudahkan untuk mereferensi instruksi atau untuk menetapkan operasi percabangan. Op-code (kode operasi) berisi singkatan-singkatan dan instruksi yang akan di laksanakan, misalnya INC untuk increment (operasi penjumlahan).

Operan terdiri dari sintaks yang di berubah-ubah sesuai dengan instruksi yang harus di laksanakan. Pada penulisan program dalam bahasa assembly  yang sulit adalah penulisan operannya. Pemberian keterangan berfungsi untuk menjelaskan operasi pelaksanaan dari suatu insturksi.

Perintah dasar yang biasa digunakan pada mikrokontroler adalah sebagai berikut:

1)   Clr(clear)
format : clr a (mereset atau memberi nilai 00h pada akumulator), clr rx (mereset atau memberi nilai 00h pada register x) Contoh: clr r0
clr py (mereset atau memberi nilai 00h pada port y)Contoh: clr p1

2)  .   mov
format :   mov a, px (menyalin isi data pada port x ke dalam akumulator) Contoh: mov a,p3mov px, #(menyalin suatu nilai 8-bit ke port x)
Contoh: movp0,#0feh mov px, ry (menyalin isi data yang nilainya terdapat pada register y ke dalam port x) Contoh: mov p3, r5.

3)   Setb (set bit) format :  setb px.y(menset atau memberikan logika 1 pada port x.y)Contoh: setb p1.0

4)   call

           Call terbagi menjadi dua format yaitu acall (absolute call) dan lcall (long call), perbedaannya hanya pada kemampuan jauh dekatnya pemanggilan subrutin. Seandainya penggunaan acall hanya mampu memanggil sampai alamat 100h maka untuk lcall dapat lebih dari itu, namun juga untuk penggunaan lcall membutuhkan memori dan siklus mesin yang lebih banyak.

            Saat perintah call dijalankan, isi register PC (Program Counter) akan disimpan ke dalam stack dan digantikan dengan alamat subrutin yang dipanggil. Saat subrutin berakhir dengan ditandai perintah ret (return) register PC akan diisi kembali oleh isi dari stack, dan mikrokontroler akan menjalankan perintah di bawah baris perintah call tadi. Format :    acall (perintah untuk memanggil program pada subrutin): acall computer. lcall (perintah untuk memanggil program pada subrutin)

Cat.:    Penggunaan subrutin sebaiknya menggunakan kata, untuk kata-katanya sesuka pemrogram boleh menggunakan nama sendiri, nama kota ataupun nama-nama lainnya.

Read more »»  

readmore »»