MODUL PEMBELAJARAN I
ARSITEKTUR MIKROKONTROLER AT89S/CXX
(DOWNLOAD)
1. Pendahuluan
Mikrokontroler adalah suatu unit yang adapat diprogram cara kerjanya, sehingga dapat dipergunakan untuk keperluan yang berbeda. Pada masa sekarang mikrokontroler banyak digunakan sebagai pengontrol pada peralatan-peralatan mulai dari mainan/hobie, peralatan rumah tangga, sampai kontrol pada peralatan industri.
Beberapa mikrokontroler yang beredar dipasaran merupakan keluaran beberapa pabrik yang sudah terkenal, misal:
Intel., contoh: 8031, 89C51 dll
Zilog, contoh: Z8, Z8F1680 dll
Microchip, contoh: PIC16F84, PIC16F877 dll
Motorola, contoh: 68HC11, MC68HC705V12CFN dll
Philips Semiconductors, contoh: LPC2000, LPC900, LPC700 dll
Atmel, contoh: Atmel AT91 series (ARM THUMB architecture), AT90, Tiny & Mega series – AVR (Atmel Norway design), Atmel AT89 series (Intel 8051/MCS51 architecture)
Dalam pembahasan modul ini akan dijelaskan penggunaan mikrokontroler dari Atmel jenis AT89S series, dengan alasan lebih mudah dalam pemrogramannya, pengembangannya dan harganya yang murah serta telah banyak beredar di pasaran.
Mikrokontroler adalah suatu unit yang adapat diprogram cara kerjanya, sehingga dapat dipergunakan untuk keperluan yang berbeda. Pada masa sekarang mikrokontroler banyak digunakan sebagai pengontrol pada peralatan-peralatan mulai dari mainan/hobie, peralatan rumah tangga, sampai kontrol pada peralatan industri.
Beberapa mikrokontroler yang beredar dipasaran merupakan keluaran beberapa pabrik yang sudah terkenal, misal:
Intel., contoh: 8031, 89C51 dll
Zilog, contoh: Z8, Z8F1680 dll
Microchip, contoh: PIC16F84, PIC16F877 dll
Motorola, contoh: 68HC11, MC68HC705V12CFN dll
Philips Semiconductors, contoh: LPC2000, LPC900, LPC700 dll
Atmel, contoh: Atmel AT91 series (ARM THUMB architecture), AT90, Tiny & Mega series – AVR (Atmel Norway design), Atmel AT89 series (Intel 8051/MCS51 architecture)
Dalam pembahasan modul ini akan dijelaskan penggunaan mikrokontroler dari Atmel jenis AT89S series, dengan alasan lebih mudah dalam pemrogramannya, pengembangannya dan harganya yang murah serta telah banyak beredar di pasaran.
2. Struktur Mikrokontroler
Blok diagram umum mikrokontroler adalah sebagai berikut:
Gambar 1.1. Blok Diagram Mikrokontroler
Masing-masing bagian tersebut saling dihubungkan melalui internal BUS, umumnya terdiri dari 3 jenis bus, yaitu: address bus, data bus dan control bus.
Diagram Arsitektur AT89SXX
Gambar 1.2. Arsitektur Mikrokontroler
Fungsi setiap bagian:
Register adalah suatu tempat penyimpanan (Variabel) bilangan bulat 8 bit atau 16 bit. Pada umumnya register berjumlah banyak, dan masing-masing ada yang memiliki fungsi khusus dan ada yang memiliki fungsi umum.
Accumulator (register A), merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai operand umum proses aritmatika dan logika.
Program counter, merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah/penghitung eksekusi program mikrokontroler
ALU (Arithmetical and Logical Unit), ALU memiliki kemampuan khusus dalam mengerjakan proses-proses arithmetika (penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian) dan operasi logika (AND, OR, XOR dan NOT)
Clock circuits, mikrokontroler merupakan rangkaian digital sekuensial, dimana kerjanya berjalan melalui sinkronisasi clock. Karenanya diperlukan clock circuits yang menyediakan clock bagi seluruh bagian rangkaian
Internal ROM (On Chip Flash), merupakan memori yang isinya tidak dapat diubah atau dihapus (pada saat mikrokontroler berjalan) isinya hanya dapat dibaca saja. ROM biasanya berisi program (urutan-urutan instruksi) untuk menjalankan mikrokontroler. Data pada ROM dibaca secara berurutan.
Internal RAM, merupakan memori yang isinya dapat diubah atau dihapus. RAM pada mikrokontroler biasanya berisi data-data variable dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat hilang jika catu daya yang diberikan hilang (mati).
Stack pointer, merupakan bagian dari RAM yang memiliki metode penyimpanan dan pengambilan data yang khusus. Dimana data yang paling terakhir dimasukkan merupakan data yang pertama kali dibaca kembali (LIFO).
I/O port (serial dan parallel), merupakan sarana yang digunakan mikrokontroler untuk mengakses peralatan di luar dirinya, memasukan dan mengeluarkan data.
Interrupt circuits, merupakan rangkaian yang mengendalikan sinyal-sinyal interupsi baik internal maupun eksternal, dengan adanya sinyal interupsi akan mengakibatkan program utama yang sedang dikerjakan berhenti sejenak, dan bercabang/.loncat ke program rutin layanan interupsi (RLI) yang diminta, setelah RLI selesai dikerjakan, mikrokontroler kembali melanjutkan program utama yang tertunda tadi.
Setiap mikrokontroler memiliki blok diagram dan arsitektur yang berbeda satu dengan yang lainnya, tergantung pada banyak device yang terintegrasi di dalamnya, beberapa jenis mikrokontroler telah dilengkapi oleh ADC/DAC, PWM, WDT dan lain-lain.
3. Cara Kerja Mikrokontroler
Prinsip kerja mikrokontroler adalah sebagai berikut:
Berdasarkan nilai yang berada pada register Program Counter, mikrokontroler mengambil data pada ROM dengan alamat sebagaimana yang tertera pada register Program Counter. Selanjutnya isi dari register Program Counter ditambah dengan satu (Increment) secara otomatis.
Data yang diambil pada ROM merupakan urutan instruksi program yang telah dibuat dan diisikan sebelumnya oleh pengguna.
Instruksi yang diambil tersebut diolah dan dijalankan oleh mikrokontroler. Proses pengerjaan bergantung pada jenis instruksi, bisa membaca, mengubah nilai-nilai pada register, RAM, isi Port, atau melakukan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.
Program Counter telah berubah nilainya (baik karena penambahan otomatis pada langkah 1, atau karena pengubahan-pengubahan pada langkah 2). Selanjutnya yang dilakukan oleh mikrokontroler adalah mengulang kembali siklus ini pada langkah 1. Demikian seterusnya hingga power dimatikan.
4. Diagram Pin dan Fungsinya
Diagram pin AT89S51 kemasan PDIP adalah sebagai berikut:
Fungsi setiap pin adalah sebagai berikut:
Pin 1 – 8, Port 1 (P1.0 sampai dengan P1.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up.
P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO) dan P1.7 (SCK) memiliki fungsi yang khusus dalam komunikasi serial multiprosesor, dan pada pengisian program mikrokontroler dengan ISP (In System Programming)
Pin 9, digunakan untuk memberikan system reset pada Mikrokontroler, rangkaian reset diberikan dengan konfigurasi sebagai berikut:
Setiap pin pada Port 3 ini memiliki fungsi khusus yang langsung berhubungan dengan hardware, fungsi tersebut adalah sebagai berikut:
P3.0 : RXD, port input/penerimaan data pada komunikasi serial
P3.1 : TXD, port output/pengiriman data pada komunikasi serial
P3.2 : (INT0), input interupsi eksternal channel 0 (active low)
P3.3 : (INT1), input interupsi eksternal channel 1 (active low)
P3.4 : T0, input clock ekternal untuk timer 0
P3.5 : T1, input clock ekternal untuk timer 1
P3.6 : (WR), merupakan saluran untuk kendali penulisan (active low), saat mikrokontroler akan menulis data ke memori/device luar
P3.7 : (RD), merupakan saluran untuk kendali pembacaan (active low), saat mikrokontroler akan membaca data dari memori/device luar
Pin 18, XTAL 2
Pin 19, XTAL 1
XTAL 1 dan XTAL 2 merupakan masukan untuk rangkaian osilator internal, konfigurasinya bisa digunakan rangkaian sebagai berikut:
Nilai C1 dan C2 harus seimbang, nilainya berkisar 30pF atau 33pF
Nilai Kristal agar osilator internal bekerja berkisar 1MHz sampai 24 MHz, namun yang paling lazim digunakan berkisar, 8 MHz, 11,0592MHz dan 12 MHz. Pada komunikasi serial dan penggunaan timer lebih akurat digunakan kristal dengan nilai 11,0592 MHz
Pin 20, GND, masukan catu daya 0 Volt atau Ground
Pin 21 – 28, merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up. Juga dapat difungsikan untuk jalur alamat byte tinggi (A8 sampai dengan A15) pada penggunaan memori luar.
Pin 29, (PSEN), Program Strore Enable (active low), sinyal pengontrol yang diberfungsi untuk membaca program dari memori eksternal.
Pin 30, ALE atau (PROG) active low, address latch enable, berfungsi menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal
Pin 31, (EA) atau VPP, merupakan pin yang berfungsi untuk memilih program untuk menjalankan mikrokontroler, jika EA = 0 atau di-ground-kan maka akan digunakan program pada memori eksternal, jika EA = 1, maka akan digunakan program pada on chip flash.
Pin 32 – 39, Port 0 (P0.1 sampai dengan P0.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah tanpa internal pull-up, sehingga dalam aplikasi harus ditambahkan resistor pull-up eksternal pada masing-masing pin, resistor pull up bernilai 4.7K Ohm terpasang langsung ke VCC
Pin 40, VCC, catu daya +5 Volt DC
Lembar Evaluasi
1. Apa yang dimaksud dengan BUS? Jelaskan!
2. Apa yang dimaksud dengan register umum? Beri contoh!
3. Apa yang dimaksud dengan register khusus? Beri contoh!
4. Pada penggunaan memori terdapat istilah volatile dan non volatile, jelaskan kedua istilah tersebut!
5. Jelaskan istilah berikut:
- Parallel
- Serial
- PDIP
- PLCC
- Pull Up
(jawaban dari tugas di atas harap dikumpulkan)
Terima kasih
Register adalah suatu tempat penyimpanan (Variabel) bilangan bulat 8 bit atau 16 bit. Pada umumnya register berjumlah banyak, dan masing-masing ada yang memiliki fungsi khusus dan ada yang memiliki fungsi umum.
Accumulator (register A), merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai operand umum proses aritmatika dan logika.
Program counter, merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah/penghitung eksekusi program mikrokontroler
ALU (Arithmetical and Logical Unit), ALU memiliki kemampuan khusus dalam mengerjakan proses-proses arithmetika (penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian) dan operasi logika (AND, OR, XOR dan NOT)
Clock circuits, mikrokontroler merupakan rangkaian digital sekuensial, dimana kerjanya berjalan melalui sinkronisasi clock. Karenanya diperlukan clock circuits yang menyediakan clock bagi seluruh bagian rangkaian
Internal ROM (On Chip Flash), merupakan memori yang isinya tidak dapat diubah atau dihapus (pada saat mikrokontroler berjalan) isinya hanya dapat dibaca saja. ROM biasanya berisi program (urutan-urutan instruksi) untuk menjalankan mikrokontroler. Data pada ROM dibaca secara berurutan.
Internal RAM, merupakan memori yang isinya dapat diubah atau dihapus. RAM pada mikrokontroler biasanya berisi data-data variable dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat hilang jika catu daya yang diberikan hilang (mati).
Stack pointer, merupakan bagian dari RAM yang memiliki metode penyimpanan dan pengambilan data yang khusus. Dimana data yang paling terakhir dimasukkan merupakan data yang pertama kali dibaca kembali (LIFO).
I/O port (serial dan parallel), merupakan sarana yang digunakan mikrokontroler untuk mengakses peralatan di luar dirinya, memasukan dan mengeluarkan data.
Interrupt circuits, merupakan rangkaian yang mengendalikan sinyal-sinyal interupsi baik internal maupun eksternal, dengan adanya sinyal interupsi akan mengakibatkan program utama yang sedang dikerjakan berhenti sejenak, dan bercabang/.loncat ke program rutin layanan interupsi (RLI) yang diminta, setelah RLI selesai dikerjakan, mikrokontroler kembali melanjutkan program utama yang tertunda tadi.
Setiap mikrokontroler memiliki blok diagram dan arsitektur yang berbeda satu dengan yang lainnya, tergantung pada banyak device yang terintegrasi di dalamnya, beberapa jenis mikrokontroler telah dilengkapi oleh ADC/DAC, PWM, WDT dan lain-lain.
3. Cara Kerja Mikrokontroler
Prinsip kerja mikrokontroler adalah sebagai berikut:
Berdasarkan nilai yang berada pada register Program Counter, mikrokontroler mengambil data pada ROM dengan alamat sebagaimana yang tertera pada register Program Counter. Selanjutnya isi dari register Program Counter ditambah dengan satu (Increment) secara otomatis.
Data yang diambil pada ROM merupakan urutan instruksi program yang telah dibuat dan diisikan sebelumnya oleh pengguna.
Instruksi yang diambil tersebut diolah dan dijalankan oleh mikrokontroler. Proses pengerjaan bergantung pada jenis instruksi, bisa membaca, mengubah nilai-nilai pada register, RAM, isi Port, atau melakukan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.
Program Counter telah berubah nilainya (baik karena penambahan otomatis pada langkah 1, atau karena pengubahan-pengubahan pada langkah 2). Selanjutnya yang dilakukan oleh mikrokontroler adalah mengulang kembali siklus ini pada langkah 1. Demikian seterusnya hingga power dimatikan.
4. Diagram Pin dan Fungsinya
Diagram pin AT89S51 kemasan PDIP adalah sebagai berikut:
Gambar 1.3. Diagram Pin AT89S51
Fungsi setiap pin adalah sebagai berikut:
Pin 1 – 8, Port 1 (P1.0 sampai dengan P1.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up.
P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO) dan P1.7 (SCK) memiliki fungsi yang khusus dalam komunikasi serial multiprosesor, dan pada pengisian program mikrokontroler dengan ISP (In System Programming)
Pin 9, digunakan untuk memberikan system reset pada Mikrokontroler, rangkaian reset diberikan dengan konfigurasi sebagai berikut:
Gambar 1.4. Konfigurasi Reset
Pin 10 – 17, Port 3 (P3.1 sampai dengan P3.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up.Setiap pin pada Port 3 ini memiliki fungsi khusus yang langsung berhubungan dengan hardware, fungsi tersebut adalah sebagai berikut:
P3.0 : RXD, port input/penerimaan data pada komunikasi serial
P3.1 : TXD, port output/pengiriman data pada komunikasi serial
P3.2 : (INT0), input interupsi eksternal channel 0 (active low)
P3.3 : (INT1), input interupsi eksternal channel 1 (active low)
P3.4 : T0, input clock ekternal untuk timer 0
P3.5 : T1, input clock ekternal untuk timer 1
P3.6 : (WR), merupakan saluran untuk kendali penulisan (active low), saat mikrokontroler akan menulis data ke memori/device luar
P3.7 : (RD), merupakan saluran untuk kendali pembacaan (active low), saat mikrokontroler akan membaca data dari memori/device luar
Pin 18, XTAL 2
Pin 19, XTAL 1
XTAL 1 dan XTAL 2 merupakan masukan untuk rangkaian osilator internal, konfigurasinya bisa digunakan rangkaian sebagai berikut:
Gambar 1.5. Konfigurasi kristal untuk osilator
Nilai C1 dan C2 harus seimbang, nilainya berkisar 30pF atau 33pF
Nilai Kristal agar osilator internal bekerja berkisar 1MHz sampai 24 MHz, namun yang paling lazim digunakan berkisar, 8 MHz, 11,0592MHz dan 12 MHz. Pada komunikasi serial dan penggunaan timer lebih akurat digunakan kristal dengan nilai 11,0592 MHz
Pin 20, GND, masukan catu daya 0 Volt atau Ground
Pin 21 – 28, merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up. Juga dapat difungsikan untuk jalur alamat byte tinggi (A8 sampai dengan A15) pada penggunaan memori luar.
Pin 29, (PSEN), Program Strore Enable (active low), sinyal pengontrol yang diberfungsi untuk membaca program dari memori eksternal.
Pin 30, ALE atau (PROG) active low, address latch enable, berfungsi menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal
Pin 31, (EA) atau VPP, merupakan pin yang berfungsi untuk memilih program untuk menjalankan mikrokontroler, jika EA = 0 atau di-ground-kan maka akan digunakan program pada memori eksternal, jika EA = 1, maka akan digunakan program pada on chip flash.
Pin 32 – 39, Port 0 (P0.1 sampai dengan P0.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah tanpa internal pull-up, sehingga dalam aplikasi harus ditambahkan resistor pull-up eksternal pada masing-masing pin, resistor pull up bernilai 4.7K Ohm terpasang langsung ke VCC
Pin 40, VCC, catu daya +5 Volt DC
Lembar Evaluasi
1. Apa yang dimaksud dengan BUS? Jelaskan!
2. Apa yang dimaksud dengan register umum? Beri contoh!
3. Apa yang dimaksud dengan register khusus? Beri contoh!
4. Pada penggunaan memori terdapat istilah volatile dan non volatile, jelaskan kedua istilah tersebut!
5. Jelaskan istilah berikut:
- Parallel
- Serial
- PDIP
- PLCC
- Pull Up
(jawaban dari tugas di atas harap dikumpulkan)
Terima kasih
1 komentar:
Cek 1,2,3.... hmmmmm
Posting Komentar