Mikrokontroler

MIKROKONTROLER

1.      Pendahuluan

Mikrokontroler ialah suatu unit yang adapat diprogram cara kerjanya, sehingga sanggup dipergunakan untuk keperluan yang berbeda. Pada masa kini mikrokontroler banyak dipakai sebagai pengontrol pada peralatan-peralatan mulai dari mainan/hobie, peralatan rumah tangga, hingga 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 gampang dalam pemrogramannya, pengembangannya dan harganya yang murah serta telah banyak beredar di pasaran.

2.      Struktur Mikrokontroler

Fungsi setiap bagian:

Ø  Register ialah suatu daerah penyimpanan (Variabel) bilangan bundar 8 bit atau 16 bit. Pada umumnya register berjumlah banyak, dan masing-masing ada yang mempunyai fungsi khusus dan ada yang mempunyai fungsi umum.

Ø  Accumulor (register A), merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai operand umum proses aritmatika dan logika.

Ø  Program counter, merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah/penghitung sanksi kegiatan mikrokontroler

Ø  ALU (Arithmetical and Logical Unit), ALU mempunyai kemampuan khusus dalam mengerjakan proses-proses arithmetika (penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian) dan operasi kebijaksanaan (AND, OR, XOR dan NOT)

Ø  Clock circuits, mikrokontroler merupakan rangkaian digital sekuensial, dimana kerjanya berjalan melalui sinkronisasi clock. Karenanya diharapkan clock circuits yang menyediakan clock bagi seluruh penggalan rangkaian

Ø  Internal ROM (On Chip Flash), merupakan memori yang isinya tidak sanggup diubah atau dihapus (pada ketika mikrokontroler berjalan) isinya hanya sanggup dibaca saja. ROM biasanya berisi kegiatan (urutan-urutan instruksi) untuk menjalankan mikrokontroler. Data pada ROM dibaca secara berurutan.

Ø  Internal RAM, merupakan memori yang isinya sanggup diubah atau dihapus. RAM pada mikrokontroler biasanya berisi data-data variable dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat hilang kalau catu daya yang diberikan hilang (mati).

Ø  Stack pointer, merupakan penggalan dari RAM yang mempunyai metode penyimpanan dan pengambilan data yang khusus. Dimana data yang paling terakhir dimasukkan merupakan data yang pertama kali dibaca kembali (LIFO).

Ø  I/O port (serial dan parallel), merupakan sarana yang  digunakan mikrokontroler untuk mengakses peralatan di luar dirinya, memasukan dan mengeluarkan data.

Ø  Interrupt circuits, merupakan rangkaian yang mengendalikan sinyal-sinyal interupsi bail internal maupun eksternal, dengan adanya sinyal interupsi akan menjadikan kegiatan utama yang sedang dikerjakan berhenti sejenak, dan bercabang/.loncat ke kegiatan rutin layanan interupsi (RLI) yang diminta, sehabis RLI selesai dikerjakan, mikrokontroler kembali melanjutkan kegiatan utama yang tertunda tadi.

Setiap mikrokontroler mempunyai 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 ialah sebagai berikut:

Ø  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 arahan kegiatan yang telah dibentuk dan diisikan  sebelumnya oleh pengguna.

Ø  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 melaksanakan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.

Ø  Program Counter telah berubah nilainya (baik sebab penambahan otomatis pada langkah 1, atau sebab pengubahan-pengubahan pada langkah 2). Selanjutnya yang dilakukan oleh mikrokontroler ialah mengulang kembali siklus ini pada langkah 1. Demikian seterusnya  hingga power dimatikan.

4.      Diagram Pin dan Fungsinya

Diagram pin AT89S51 kemasan PDIP ialah sebagai berikut:

Gambar 1.3. Diagram Pin AT89S51

Fungsi setiap pin ialah sebagai berikut:

Ø  Pin 1 – 8, Port 1 (P1.0 hingga 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) mempunyai fungsi yang khusus dalam komunikasi serial multiprosesor, dan pada pengisian kegiatan mikrokontroler dengan ISP (In System Programming)

Ø  Pin 9, dipakai untuk menunjukkan system reset pada Mikrokontroler, rangkaian reset diberikan dengan konfigurasi sebagai berikut:

Gambar 1.4. Konfigurasi Reset

Ø  Pin 10 – 17, Port 3 (P3.1 hingga dengan P3.7), merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up.

Setiap pin pada Port 3 ini mempunyai fungsi khusus yang pribadi berafiliasi dengan hardware, fungsi tersebut ialah 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), ketika mikrokontroler akan menulis data ke memori/device luar

P3.7 : (RD), merupakan saluran untuk kendali pembacaan (active low), ketika mikrokontroler akan membaca data dari memori/device luar

Ø  Pin 18, XTAL 2

Ø  Pin 19, XTAL 1

XTAL 1 dan XTAL 2 merupakan masukan untuk rangkaian osilator internal, konfigurasinya bisa dipakai rangkaian sebagai berikut:

Gambar 1.5. Konfigurasi kristal untuk osilator

Nilai C1 dan C2 harus seimbang, nilainya berkisar 30pF atau 33pF. Nilai Kristal semoga osilator internal bekerja berkisar 1MHz hingga 24 MHz, namun yang paling lazim dipakai berkisar, 8 MHz, 11,0592MHz dan 12 MHz. Pada komunikasi serial dan penggunaan timer lebih akurat dipakai kristal dengan nilai 11,0592 MHz

Ø  Pin 20, GND, masukan catu daya 0 Volt atau Ground

Ø  Pin 21 – 28, merupakan port input/output delapan bit 8 dua arah dengan internal pull-up. Juga sanggup difungsikan untuk jalur alamat byte tinggi (A8 hingga dengan A15) pada penggunaan memori luar.

Ø  Pin 29, (PSEN), Program Strore Enable (active low), sinyal pengontrol yang diberfungsi untuk membaca kegiatan dari memori eksternal.

Ø  Pin 30, ALE atau (PROG) active low, address latch enable, berfungsi menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal

Ø  Pin 31, (EA) atau VPP, merupakan pin yang berfungsi untuk menentukan kegiatan untuk menjalankan mikrokontroler, kalau EA = 0 atau di-ground-kan maka akan dipakai kegiatan pada memori eksternal, kalau EA = 1, maka akan dipakai kegiatan pada on chip flash.

Ø  Pin 32 – 39, Port 0 (P0.1 hingga 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 pribadi ke VCC

Ø  Pin 40, VCC, catu daya +5 Volt DC