BAB II TEORI DASAR PENUNJANG

BAB II TEORI DASAR PENUNJANG

2.1

Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan dari teknologi mikroprosesor dan

mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (marked need) dan teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) sehingga membuat harganya menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Untuk memenuhi kebutuhan pasar, mikokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu bahkan diaplikasikan pada mainan sehingga menghasilkan kemampuan yang lebih baik dan lebih canggih. Tidak seperti sistem komputer yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya, mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja (hanya satu program saja yang dapat disimpan). Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM (bisa Masked ROM atau flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan untuk tempat penyimpan sementara, termasuk dengan register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan. AT89S51 adalah salah satu mikrokontroler keluaran Atmel yang telah dilengkapi memory jenis PEROM (Programable and Erasable Read Only Memory), isi memory tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Mikrokontroler ini biasa digunakan untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar MCS-51 code sehingga memungkinkan untuk bekerja pada mode single chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory (memory luar) untuk menyimpan source code tersebut.

5

6 Keunggulan lain dari mikrokontroler jenis ini adalah telah mendukung metode In System Programming (ISP) sehingga memungkinkan pemrograman dapat dilakukan tanpa harus melepasnya dari rangkaian aplikasi, cukup dengan hanya menghubungkan kabel ISP ke header yang telah disediakan pada rangkaian aplikasi. AT89S51 juga merupakan chip yang konsumsi dayanya cukup rendah, selain itu chip ini dilengkapi dengan fasilitas power management sehingga memungkinan model power saving yang dikontrol secara software. Mode power saving yang dimilikinya adalah model Idle dan Power Down. Pada model Idle, CPU berhenti bekerja namun RAM, Timer/Counter, Port Serial dan Sistem Interupsi tetap bekerja. Sedang pada model Power Down, isi RAM disimpan dan oscilator dihentikan sehingga semua fungsi lain dari chip tidak bekerja sampai terjadi interupsi. Dengan kelebihan ini AT89S51 cocok untuk pengguna pada perangkat yang mempunyai sumber tegangan terbatas seperti perangkat yang menggunakan baterai.

2.1.1 Struktur Perangkat Keras Bentuk fisik maupun konfigurasi pin pada mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 2.1, sedangkan fungsi dari tiap-tiap pin tersebut dapat dilihat pada tabel 2.1 yaitu sebagai berikut :

Gambar 2.1 Bentuk fisik mikrokontroler AT89S51

7 2.1 Fungsi Pin Mikrokontroler AT89S51 Nomor Pin

Fungsi

1 s/d 8

Port 1

9

Reset

Keterangan Port paralel 8 bit dua arah (bi-directional) dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose). Masukan aktif tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan mereset mikrokontroller. Meliputi RxD (Receive Data), TxD (Transmit Data), INT0 (Interupt 0), INT1 (Interupt 1), T0 (Timer 0), T1

10 s/d 17

Port 3

(Timer 10, WR (Write) dan RD (Read). Bila fungsi ini tidak dipakai, pin dapat digunakan sebagai port parallel 8 bit serbaguna.

18

XTAL 2

19

XTAL 1

20

Ground

21 s/d 28

Port 2

Pin masukan kerangkaian osilator internal (osilator kristal/sumber osilator luar dapat digunakan). Pin masukan ke rangkaian osilator internal, Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal. Dihubungkan ke Vss atau Ground. Port paralel 8 bit dua arah Port 2 ini mengirimkan byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal. Program Store Enable = sinyal pengontrol yang

29

PSEN

membolehkan program memori luar masuk ke dalam bus selama proses pemberian/pengambilan instruksi.

30

ALE

Address Latch Enable = digunakan untuk menahan alamat eksternal selama pelaksanan instruksi. Bila pin ini diberi logika tinggi (H), serpih tunggal akan melaksanakan seluruh instruksi dari ROM/EPROM

31

EA

ketika isi program counter kurang dari 4096. Bila pin ini diberi

logika

tinggi

(L),

serpih

tunggal

akan

melaksanakan seluruh instruksi dari memori program luar. Port paralel 8 bit open drain dua arah bila digunakan 32 s/d 39

Port 0

untuk mengakses luar. Port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.

40

Vcc

Dihubungkan ke Vcc (+ 5 Volt).

8 2.1.2 Struktur Memory AT89S51 mempunyai struktur memory yang terdiri dari tiga bagian utama yaitu RAM, Special Fungtion Register (SFR) dan Flash PEROM. RAM dan PEROM mempunyai struktur yang terpisah. RAM dialamati oleh RAM adress register sedangkan PEROM dialamati oleh Program Adress Register sehingga walaupun mempunyai alamat awal yang sama namun secara fisik keduanya tidak saling berhubungan.

Gambar 2.2 Struktur RAM dan PEROM

a. RAM RAM merupakan memory sebesar 128 byte yang biasanya digunakan untuk menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara. Gambar 2.3 memperlihatkan gambar umum peta pengalamatan pada RAM. Terlihat bahwa secara keseluruhan RAM mempunyai alamat 00H sampai 7FH, namun demikian tidak semua alamat RAM mempunyai fungsi yang sama melainkan terbagi menjadi tiga fungsi yang berbeda yaitu sebagai berikut :  Register Banks Terdapat empat buah Register Bank yaitu 0 sampai dengan bank 3. Masing-masing Register Bank terdiri dari 8 buah register yaitu R0 hingga R7. Pada saat sistem di, R0 hingga R7 selalu terletak pada bank 0 yaitu alamat 00H sampai 07H. Namun demikian, registerregister ini bisa dipindahkan ke bank 1 (08H hingga 0FH), bank 2 (10H hingga 17H) dan bank 3 (18H hingga 1FH).

9  Bit Addressable RAM Bit Adressable RAM adalah kelompok RAM yang dapat diakses langsung pada tiap-tiap bit disamping akses per-byte seperti RAM pada umumnya. Kelompok RAM ini terdapat pada alamat 20H hingga 2FH dapat juga diakses menjadi bit 00H sampai dengan bit FH. Dengan demikian alamat-alamat bit ini dapat langsung ditunjuk saat program memerlukan operasi yang hanya melibatkan bit-bit tertentu dari memory.  General Purpose RAM Kelompok yang termasuk pada General Purpose RAM (RAM keperluan umum) terdapat pada alamat 30H sampai dengan alamat 7FH. Kelompok ini hanya dapat diakses per-byte, tidak dapat dialamati pada tiap-tiap bit nya. Seperti namanya kelompok RAM ini diperuntukkan sebagai lokasi penyimpanan data yang bersifat umum pada operasi program yang tidak memerlukan fungsi khusus.

Gambar 2.3 Peta memory RAM dan SFR

10 b. Special Fungtion Register (SFR) Special Fungtion Register atau register fungsi khusus adalah memory yang berisi register-register yang memiliki fungsi khusus misalnya untuk pengaturan timer, counter, serial dan lain-lain. Register-register ini pada peta memory menempati alamat antara 80H sampai FFH (Gambar 2.3). Sebagian diantaranya dapat dialamati dengan pengalamatan bit dan sebagian lainnya hanya bisa dialamati per bit. Tidak semua alamat pada SFR digunakan, alamat-alamat yang tidak digunakan tidak diimplementasikan pada chip. Jika dilakukan usaha pembacaan pada alamat-alamat yang tidak terpakai tersebut maka akan menghasilkan data acak dan penulisannya tidak menimbulkan efek sama sekali. Pengguna perangkat lunak sebaiknya tidak menuliskan ’1’ pada lokasi-lokasi tak bertuan tersebut, karena dapat digunakan untuk mikrokontroler generasi selanjutnya. Maka dengan demikian nilai-nilai reset atau non-aktif dari bit-bit baru ini akan selalu ’0’ dan nilai aktifnya adalah ’1’. Spesial Fungtion Register terbagi menjadi beberapa bagian, yaitu sebagai berikut : • Akumulator ACC atau akumulator yang menempati lokasi E0H digunakan sebagai register untuk menyimpan data sementara, dalam program, instruksi mengacunya sebagai register A (bukan ACC), register ini hampir selalu digunakan oleh semua operasi baik aritmatik maupun logika, demikian juga dengan proses pengambilan dan pengiriman data. • Register B Register B mempunyai fungsi sebagai register bantu pada operasioperasi tertentu yang tidak bisa hanya menggunakan akumulator. Namun demikian register ini dapat juga dialamati dengan pengalamatan per bit. Register B berlokasi di F0h dan register ini biasanya digunakan pada operasi perkalian dan pembagian, untuk instruksi lain dapat diperlakukan sebagai register Scratch pad (papan corat-coret) lainnya.

11 • Program Status Word (PSW) Register PSW (lokasi D0h) berfungsi sebagai register yang selalu memonitor berbagai kondisi yang diakibatkan oleh berbagai operasi program. Berikut adalah fungsi dari masin-masing bit pada PSW :

Gambar 2.4 Register PSW - Flag Carry (CY) berfungsi sebagai pendeteksi adanya kelebihan pada operasi penjumlahan atau adanya pinjam (borrow) pada operasi pengurangan. - Flag Auxiliary Carry (AC) akan selalu set jika terjadi carry dari bit ketiga hingga bit keempat pada proses penjumlahan. - Flag 0 (F0) digunakan untuk tujuan umum tergantung pada kebutuhan pemakai. - Register Bank Select (RS0 dan RS1) digunakan untuk memilih lokasi Register Bank (R0 sampai R7). - Flag Overflow (0V) akan diset jika hasil operasi aritmatik lebih besar dari 128 atau lebih kecil dari -128 - Bit Pariti (P) akan set jika jumlah bit 1 pada akumulator adalah ganjil. • Port Port merupakan register yang berhubungan langsung dengan pin-pin pada

perangkat

fisik

mikrokontroler.

Jika

sebuah

operasi

menghasilkan perubahan data pada sebuah port, maka dengan sendirinya kondisi pada pin-pin yang berhubungan dengan port tersebut. AT89S51 mempunyai empat buah port yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3, masing-masing mempunyai alamat 80H, 90H, A0H dan B0H. Semua port ini dapat diakses dengan pengalamatan secara bit sehingga dapat dilakukan pembacaan status perubahan

keluaran pada

mempengaruhi pin-pin lainnya.

setiap

pin

masukan atau

mikrokontroler

tanpa

12 • Stack Pointer Stack pointer terletak pada alamat 81H, ia merupakan sebuah register 8 bit yang berfungsi untuk menyimpan alamat dari data yang disimpan di stack. Beberapa operasi yang menggunakan register ini adalah Push, Pop, Acall, dan Lcall. Walau stack bisa menempati posisi dimana saja dalam RAM, register ini akan selalu diinisialisasikan ke 07h setelah adanya reset, hal ini menyebabkan stack berawal di lokasi 08h. • Data Pointer (DPTR) Digunakan pada operasi-operasi yang menggunakan pengalamatan tidak langsung (indirect addressing). DPTR adalah register 16 bit yang terdiri dari 8 bit DPL untuk bit rendah pada alamat 82H dan 8 bit pada alamat 83H (DPH) untuk bit tinggi, keduanya bersamasama membentuk register yang mampu meyimpan alamat 16 bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16 bit atau sebagai dua register 8-bit yang terpisah. • Register Timer Terdapat dua buah timer pada AT89S51 yaitu timer 0 dan timer 1. Masing-masing timer terdiri dari dua buah register 8 bit yaitu TL dan TH. Untuk timer 0, TL0 berada pada alamat 8AH, dan TH0 pada alamat 8CH. Sedangkan untuk timer 1, TL1 terletak pada alamat 8BH dan TH1 pada alamat 8DH. Untuk pengaturan timer, tersedia dua buah register yaitu register Tmod pada alamat 89H dan Tcon pada alamat 88H. • Register Port Serial Berfungsi untuk mengatur komunikasi mikrokontroler dengan perangkat lain secara serial. Data yang dikirim dan diterima pada port serial harus melalui sebuah register penyangga yaitu register SBUFF pada alamat 99H, sedangkan untuk pengaturannya digunakan register SCON pada alamat 98H. • Register Interupsi Pengaturan interupsi pada AT89S51 dilaksanakan dengan mengatur isi dari dua buah register interupsi yaitu Interrupt Enable Register

13 (IE) yang terletak pada alamat A8H dan Interrupt Priority Register (IP) pada alamat B8H. • Register Kontrol Power Berfungsi untuk menempatkan mode controller pada mode idle atau power down.

c. Flash PEROM Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory) pada AT89S51 adalah memory yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi MCS51. Memory ini diisi dan dihapus dengan sebuah perangkat In System Programmer (ISP) melalui port ISP. Perangkat ISP terdiri dari sebuah kabel ISP yang menghubungkan port printer (LPT) pada komputer dengan mikrokontroler dan perangkat lunak yaitu Atmel ISP. Namun saat ini sudah ada ISP yang menggunakan dengan port USB sehingga lebih mudah dan kompetibel dalam penggunaannya. AT89S51 mempunyai 4 Kb internal Flash PEROM yang mempunyai kemampuan untuk ditulis ulang hingga 1000 kali. Semua rangkaian perintah operasi yang berbentuk program dalam kode biner disimpan pada memory ini. Namun jika diperlukan, dapat pula ditambah memory di luar chip mikrokontroler atau sering kali disebut External Memory.

2.1.3 Metode Pengalamatan Memory Seperti telah dibahas pada bagian sebelumnya, AT89S51 mempunyai tiga macam lokasi memory yaitu RAM, SFR, dan Flash PEROM. Untuk mengakses data yang terdapat pada lokasi-lokasi tertentu diperlukan berbagai macam operasi program yang sering disebut dengan istilah instruksi. Secara garis besar ada empat macam cara atau metode untuk mengakses lokasi-lokasi memory, baik untuk membaca maupun menulis data ke lokasi tersebut.

a. Immediate Addressing Cara pengalamatan ini digunakan bila operand kedua yang digunakan pada instruksi merupakan data yang akan diproses. Biasanya operand tersebut selalu diawali dengan tanda ’#’. Operand pertama adalah alamat memory yang bisa berupa RAM internal, Register atau SFR.

14 Berikut adalah beberapa contoh instruksi immediate addressing : Move

A, #20H

Move

R1, #30H

Pada instruksi pertama, data 20H dicopy ke akumulator, sedang pada instruksi kedua, data 30H dicopy ke register R1.

b. Register Addressing Register addressing atau pengalamatan register adalah metode pengalamatan dimana operand kedua pada suatu instruksi berupa register. Berikut adalah contoh metode pengalamatan register : Move

A, R1

Move

30H, R3

Pada instruksi pertama, isi dari R1 dicopy ke akumulator, sedang pada instruksi kedua isi dari R3 dicopy ke memory dengan alamat 30H.

c. Direct Addressing Pada metode direct addressing atau pengalamatan langsung, data yang akan dilibatkan dalam operasi instruksi berada pada RAM internal atau SFR, misalnya : Move

A, P1

Move

30H, 40H

Pada instruksi pertama, isi dari P1 dicopy ke akumulator, sedang pada instruksi kedua isi dari alamat 40H dicopy ke alamat 30H.

d. Indirect Addressing Pada indirect addressing atau pengalamatan tak langsung isi dari suatu register dijadikan penunjuk alamat memory yang datanya akan digunakan pada operasi. Register yang dapat digunakan sebagai penunjuk alamat memory adalah R0, R1 dan DPTR. Berikut contoh pengalamatan tak langsung: Move

R1, #30H

Move

A, @R1

Pada baris pertama R1 diisi dengan data 30H, kemudian pada baris kedua isi dari R1 digunakan sebagai penunjuk alamat memory yang isinya akan

15 dicopy ke akumulator. Dengan demikian kedua instruksi ini berarti data pada alamat 30H dicopy ke akumulator.

2.1.4 Timer dan Counter Mikrokontroler AT89S51 telah dilengkapi dengan dua buah fasilitas yang dapat digunakan sebagai timer maupun counter. Walaupun mempunyai fungsi sebagai timer atau counter fasilitas ini lebih dikenal dengan istilah timer. Kedua timer itu adalah Timer 0 dan Timer 1, jika menggunakan sumber clock dengan frekuensi tertentu maka fasilitas ini berfungsi sebagai timer, sedangkan jika difungsikan sebagai counter maka sumber clock adalah pulsa yang akan dihitung jumlahnya. Timer digunakan sebagai penghitung lamanya kejadian sedangkan counter digunakan untuk menghitung jumlah sesuatu. Masing-masing timer pada AT89S51 mempunyai 16 bit counter yang terdiri dari dua buah register 8 bit. Untuk mengatur kinerjanya, kedua timer ini mempunyai 6 buah SFR yang harus diatur sedemikian rupa sesuai operasi yang diinginkan. Keenam SFR itu adalah Timer Mode Register (TMOD), Timer 0 high byte (TH0), Timer 0 Low byte (TL0), Timer 1 High byte (TH1), Timer 1 Low byte (TL1), Timer Control Register (TCON). Timer Mode Register (TMOD) merupakan sebuah register 8 bit yang berperan untuk pengaturan mode operasi timer. Register ini terbagi menjadi dua yang masing-masing 4 bit kiri untuk pengaturan timer 1 dan 4 bit kanan untuk pengaturan timer 0.

Gambar 2.5 Register TMOD Akses pada register ini hanya dapat dilakukan dengan pengalamatan word karena register TMOD tidak dapat dialamati secara bit (not bit addressable). Fungsi dari masing-masing bit adalah sebagai berikut :

a. Gate Bit ini berfungsi untuk menentukan cara mengaktifkan timer. Jika bit ini low maka timer hanya bisa diaktifkan dengan program yaitu melalui bit TR1 atau TR0 pada register TCON. Timer 1 akan aktif jika TR1 berlogika

16 high. Tetapi jika bit gate berlogika high maka kendali timer tergantung dari kendali eksternal yaitu melalui INT1 untuk Timer 1 dan INT0 untuk Timer 0. Timer 1 akan aktif jika INT1 high dan timer 0 akan aktif jika INT0 high.

b. C/T Bit ini berfungsi sebagai penentu jenis operasi. Jika bit C/T berlogika low , maka fasilitas ini berfungsi sebagai timer, artinya ia mendapat clock dari sumber internal yaitu frekuensi oscilator yang telah dibagi 12. Jika bit C/T berlogika high maka fasilitas ini berfungsi sebagai counter, artinya sumber clock didapat dari luar, yaitu pin T1 untuk counter 1 dan pin T0 untuk counter 0.

c. M1 dan M0 Dua buah bit ini berperan sebagai penentu mode timer. Pada AT89S51 dapat dipilih empat mode timer yaitu mode 0 sampai mode 4. Pada mode 0 (M1 dan M0=00) timer bekerja pada model 13 bit atau kapasitas maksimumnya adalah 8192 pulsa. Mode 1 (M1 dan M0=01) berarti timer bekerja pada mode 16 bit atau kapasitas maksimumnya adalah 65536 pulsa. Mode ini adalah mode dengan kapasitas paling besar dibanding mode-mode yang lain. Pada mode 2 (M1 dan M0=10) timer berfungsi sebagai timer 8 bit reload dimana nilai timer tersimpan pada TL1 untuk timer 1 dan TL0 untuk timer 0, sedangkan TH1 dan TH0 berisi nilai isi ulang (Reload Value) yang akan dikirim keTL1 atau TL0 setiap kali terjadi overflow. Jika bit M1 dan M0 bernilai 11 maka timer bekerja pada model 3. Pada mode ini AT89S51 seakan-akan mempunyai tiga buah timer. Timer 0 terbagi menjadi dua buah 8 bit timer yaitu TL0 dengan TF0 sebagai overflow flagnya dan TH0 dengan TF1 sebagai overflow flagnya. Timer 1 tetap berfungsi sebagai 16 bit timer.

Timer high byte dan timer low byte yang terdiri dari TH0, TL0, TH1, dan TL1 adalah empat buah register yang berfungsi sebagai tempat penyimpan data timer atau counter yang masing-masing terdiri dari 8 bit. Timer 1 tersimpan pada

17 TH1 dan TL1 sehingga membentuk timer 16 bit, demikian juga dengan timer 0 terdiri dari TH0 dan TL0. Timer Control Register (TCON) sebenarnya terbagi menjadi dua bagian masing-masing 4 bit untuk pangaturan timer dan 4 bit berikutnya untuk pengaturan fungsi interupt.

Gambar 2.6 Register TCON Register ini bersifat bit addressable sehingga dapat diatur masing-masing bit secara terpisah. Fungsi yang berhubungan dengan pengaturan timer terdapat pada 4 bit kiri dari register TCON yang terdiri dari TF1, TR1, TF0 dan TR0. TF1 dan TF0 adalah timer overflow flag yang akan diset saat timer mengalami overflow. TR1 dan TR0 berfungsi untuk mengaktifkan timer secara software. Jika TR1 berlogika high maka timer 1 dan jika TR1 berlogika high maka timer 0 aktif.

2.1.5 Interupsi Pengertian interupsi pada mikrokontroler adalah kondisi yang memaksa mikrokontroler meninggalkan program apapun yang sedang dikerjakannya untuk mengerjakan program lain yang telah ditetapkan. Program yang akan dikerjakan saat terjadi interupsi disimpan pada sebuah rutin khusus yang dikenal dengan istilah interupt service routine (ISR). Setelah program pada ISR selesai dikerjakan, mikrokontroler akan kembali mengerjakan program yang sebelumnya ditinggalkan karena adanya interupsi. Perbedaan antara rutin biasa dengan ISR adalah jika rutin biasa dikerjakan saat terjadi instruksi call atau jmp dan selalu diakhiri dengan instruksi ret. Sedangkan ISR dikerjakan saat terjadi interupsi dan diakhiri dengan instruksi reti. AT89S51 mempunyai lima macam interupsi yang masing-masing dapat diaktifkan atau dinonaktifkan sesuai dengan kebutuhan program. Kelima macam interupsi tersebut adalah interupsi ekstrnal 0 dan 1, interupsi timer 0 dan 1, serta satu buah interupsi serial. Untuk mengatur kapan interupsi diperbolehkan atau tidak dilakukan pada sebuah register khusus yaitu Interrupt Enable Register (IE).

Gambar 2.7 Register IE

18 Fungsi dari masing-masing bit pada register IE adalah sebagai berikut :  EA sebagai pengaktif utama untuk semua interupsi. Jika bit ini berlogika low maka semua interupsi tidak akan dilayani apapun kondisi bit yang lain, dengan demikian jika akan mengaktifkan salah satu interupsi maka bit ini harus berlogika high.  ES berfungsi untuk mengaktifkan interupsi serial. Jika bit ini bernilai 1 maka interupsi serial akan dilayani. Interupsi serial terjadi ketika ada yang masuk ataupun keluar melalui serial port.  ET1 berfungsi untuk mengaktifkan interupsi timer 1. Jika bit ini bernilai 1 maka interupsi timer 1 dilayani. Interupsi timer terjadi saat timer yang bersangkutan mengalami overflow.  EX1 berfungsi untuk mengaktifkan interupsi eksternal 1. Jika bit ini satu maka interupsi eksternal 1 dilayani. Interupsi eksternal terjadi jika pin INT 1 atau INT 0 bernilai 0.  ET0 berfungsi untuk mengaktifkan interupsi timer 0, seperti interupsi timer 1.  EX0 untuk mengaktifkan interupsi eksternal 0 seperti interupsi eksternal 1. Apabila interupsi yang diaktifkan lebih dari satu maka sangat mungkin pada saat mikrokontroler sedang melaksanakan satu interupsi, interupsi yang lain terjadi. Untuk menentukan apakah interupsi yang terjadi dapat menginterupsi mikrokontroler saat sedang melaksanakan interupsi yang lain maka perlu adanya pengaturan prioritas interupsi. Pada kondisi standar urutan prioritas interupsi adalah seperti pada tabel berikut : Tabel 2.2 Prioritas Interupsi

Interupsi pada prioritas lebih tinggi tidak dapat diinterupsi oleh interupsi dengan prioritas lebih rendah. Jika diinginkan perubahan prioritas interupsi maka dapat dilakukan dengan pengaturan pada register Interrupt Priority (IP).

19

Gambar 2.8 Register IP Fungsi dari masing-masing bit pada register IP adalah sebagai berikut:  PS (Priority Serial Interrupt) bit ini berfungsi untuk mengatur prioritas interupsi serial.  PT1 (Priority Timer Interrupt 1) bit ini berfungsi untuk mengatur prioritas interupsi timer 1.  PX1 (Priority External Interrupt 1) bit ini berfungsi untuk mengatur prioritas interupsi eksternal 1.  PT0 (Priority Timer Interrupt 0) bit ini berfungsi untuk mengatur prioritas interupsi timer 0.  PX0 (Priority External Interrupt 0) bit ini berfungsi untuk mengatur prioritas interupsi eksternal 0. Untuk merubah prioritas sebuah interupsi menjadi tinggi maka bit prioritas interupsi yang bersangkutan harus dibuat logika 1.Pada saat terjadi interupsi, program counter pada mikrokontroler akan diisi dengan nilai tertentu sehingga eksekusi program akan melompat ke alamat yang diiisikan tersebut. Alamat program yang dituju saat terjadi interupsi dinamakan vektor interupsi (interrupt vector). Alamat vektor interupsi untuk kelima macam interupsi dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.3 Alamat Vektor Interupsi

Jarak antara satu alamat vektor interupsi dengan alamat vektor interupsi yang lain sangat berdekatan sehingga tidak mencukupi untuk kebanyakan ISR pada umumnya, dengan demikian biasanya pada alamat vektor interupsi hanya dituliskan instruksi untuk melompat ke suatu sub rutin sebagai ISR yang lengkap.

20 2.1.6 Program Sumber Asssembly Program sumber assembly merupakan program yang ditulis oleh pembuat program berupa kumpulan baris-baris perintah dan biasanya disimpan dengan extension .ASM. Program ini ditulis dengan menggunakan perangkat lunakperangkat lunak teks editor seperti Notepad atau editorDOS. Label

Mnemonic Operand 1 Operand 2

Isi memory

Movx

@DPTR, A

Komentar

;Isi akumulator ke alamat yang ditunjukkan oleh DPTR

Gambar 2.9 Bentuk program sumber Assembly Seperti terlihat pada gambar di atas, program sumber assembly terdiri atas beberapa bagian, yaitu sebagai berikut :

a. Label Dalam suatu program, sering kali terjadi lompatan-lompatan atau pencabangan ke suatu alamat tertentu seperti pada contoh program berikut. 2000

4

org

2000H

2000 74FE

5

Mov

A, #0FEH

2002 F590

6

Mov

P1, A

2004 23

7

R1

A

2005 1109

8

Acall

2009H

2007 0102

9

Ajmp

2002H

2009 75F0FF

10

Mov

B, #0FFH

2000 D5F0FD

11

Djnz

B, 200CH

200F 22

12

Ret

13

END

Pada listing program di atas tampak beberapa lompatan maupun percabangan ke alamat-alamat tertentu. Dengan cara penulisan seperti pada listing ini pembuat program harus mengetahui dengan pasti alamatalamat yang dituju. Misalnya untuk melakukan lompatan ke bagian MOV B, #0FFH, pembuat program harus mengetahui terlebih dahulu lokasi instruksi

21 tersebut dengan program yang ditulis sebelum perintah ACALL 2009H ditulis. Setelah diketahui bahwa bagian tersebut berada di alamat 2009H, perintah ACALL 209H dapat dituliskan. Jika pembuat program ingin menyisipkan instruksi di antara alamat 2005H dan 2009 H, lokasi dari instruksi MOV B, #0FFH akan berubah sehingga instruksi alamat 2009H pada instruksi di alamat 2005H juga harus berubah. Hal ini akan sangat menyulitkan pembuat program, untuk itu dalam hal ini label sangat berguna untuk memberi nama pada alamat-alamat yang dituju karena pemberian label pada suatu alamat lebih bersifat relatif. Pembuat program tidak perlu mengetahui terlebih dahulu nilai alamat yang dituju dan menyisipkan instruksi diantara lompatan tersebut juga tidak mengubah alamat lompatan pada instruksi di alamat 2005H. Selain itu sebuah label juga dapat digunakan sebagai catatan dari alur program.

b. Mnemonic Mnemonic atau juga biasa disebut kode operasi (operade) adalah kodekode yang akan dikerjakan oleh program assembler yang ada pada komputer ataupun mikrokontroler. Kode operasi yang dikerjakan oleh mikrokontroler merupakan perintah-perintah atau instruksi-instruksi yang sangat bergantung dengan jenis mikrokontroler yang digunakan. Contoh untuk keluarga MCS51 digunakan MOVX, MOV, ADD, dan lain-lain. Sedangkan kode operasi yang dikerjakan oleh program assembler yang ada pada komputer atau Assembler Directive sangat bergantung pada program assembler yang digunakan. Contoh ORG, EQU, DB dan lain-lain. Berikut mnemonic yang biasa digunakan pada pembuatan program: 1. ACALL (Absolute Call) Instruksi ini digunakan untuk memanggil sub-sub rutin program. Format : ACALL (alamat kode) 2. ANL (Logical AND Immediate Data) Instruksi ini sebagai instruksi gerbang logika and, sebagai penggali data terhadap nilai yang ditentukan. Format : ANL A, #data Contoh : ANL A, #0001000B

yang berfungsi

22 Ini berarti data akumulator akan dikalikan dengan 00010000 Biner -

Jika A bernilai 11100001 maka hasilnya adalah 00000000

-

Jika A bernilai 11110001 maka hasilnya adalah 00010000

3. CJNE (Compare Jump if Not Equali) Instruksi ini akan membandingkan data langsung dengan lokasi memori yang dialamati oleh register R atau akumulator A. apabila tidak sama maka instruksi akan menuju ke alamat kode. Format : CJNE R, #data, Alamat kode atau CJNE A, #data, Alamat kode. 4. CLR (Clear Accumulator) Instruksi ini akan mereset data akumulator menjadi 00H. Format : CLR A 5. DEC (Decrement Indirect Address) Instruksi ini akan mengurangi isi lokasi memori yang ditujukan oleh register R dengan 1, dan hasilnya disimpan pada lokasi tersebut. 6. DJNZ (Decrement Register And Jump Id Not Zero) Instruksi ini akan mengurangi nilai register dengan 1 dan jika hasilnya sudah 0 maka instruksi selanjutnya akan dieksekusi. Jika belum 0 akan menuju ke alamat kode. Format : DJNZ Rr, Alamat Kode 7. INC (Increment Indirect Address) Instruksi ini akan menambahkan isi memori dengan 1 dan menyimpannya pada alamat tersebut. Format : INC Rr 8. JB (Jump if Bit is Set) Instruksi ini akan membaca data per satu bit, jika data tersebut adalah 1 maka akan menuju ke alamat kode dan jika 0 tidak akan menuju ke alamat kode. Format : JB alamat bit, alamat kode 9. JNB (Jump if Bit is Not Set) Instruksi ini akan membaca data per satu bit, jika data tersebut adalah 0 maka akan menuju ke alamat kode dan jika 1 tidak akan menuju ke alamat kode. Format : JNB alamat bit, alamat kode

23 10. JMP (Jump to sum of Accumulator and Data Pointer) Instruksi untuk memerintahkan loncat kesuatu alamat kode tertentu. Format : JMP alamat kode 11. MOV Instruksi ini untuk memindahkan isi akumulator/register atau data dari nilai luar atau alamat lain. Format : - MOV a, #data (Memindahkan data ke accumulator) - MOV R, A (Memindahkan Accumulator ke Register) - MOV Pp, Pp (Memindahkan data port ke port) 12. ORL (Logical OR Immediate Data to Accumulator) Instruksi ini sebagai instruksi Gerbang logika OR yang akan menjumlahkan akumulator terhadap nilai yang ditentukan. Format : ORL A, #data Contoh : ORL A, #0001000B Ini berarti data akumulator akan dijumlahkan dengan 00010000 Biner -

Jika A bernilai 11100001 maka hasilnya adalah 11110001

-

Jika A bernilai 11110001 maka hasilnya adalah 11110001

13. RET (Return from subroutine) Intruksi untuk kembali dari suatu subrutin program ke alamat terakhir subrutin tersebut di panggil. Format : RET 14. SETB (Set Bit) Instruksi untuk mengaktifkan atau memberikan logika 1 pada sebuah bit data. Format : - SETB A. 1 (memberikan logika 1 pada akumulator bit ke 1) - SETB P1. 1 (memberikan logika 1 pada Port 1 bit ke 1) 15. CLRB (Clear Bit) Instruksi untuk memberikan logika 0 pada sebuah bit data. Format : CLRB A. 1 (memberikan logika 0 pada akumulator bit ke 1)

c. Operand Operand merupakan pelengkap dari mnemonic. Jumlah operand yang dibutuhkan oleh sebuah mnemonic tidak selalu sama, sebuah mnemonic

24 dapat memiliki tiga, dua, satu atau bahkan tidak memiliki operand seperti yang tampak pada contoh berikut : Operand

CJNE

R7, #05H, Aksi 1

;memerlukan 3 operand

MOVX

@DPTR, A

;memerlukan 2 operand

RL

A

;memerlukan 1 operand

NOP

;tidak memerlukan operand

d. Komentar Bagian komentar tidak mutlak ada dalam sebuah program , namun bagian ini sering kali dibutuhkan untuk menjelaskan proses-proses kerja ataupun catatan-catatan tertentu pada bagian-bagian program. Bahkan pembuat program sekalipun membutuhkannya untuk mengingat kembali jalannya program rancangannya. Contoh : Komentar

Mov

P1, A

;mengambil data dari port 1

Penggunaan komentar biasanya diawali dengan tanda ”;” dan dapat diletakkan pada bagian manapun dari suatu program. Sebuah komentar tidak hanya digunakan untuk menjelaskan satu baris perintah saja, namun dapat juga digunakan untuk menjelaskan kinerja dari beberapa baris perintah atau memberikan catatan-catatan tertentu.

e. Program Objek Program objek adalah hasil utama dari sebuah proses assembler berupa kode-kode yang hanya dikendalikan oleh mikroprosesor /mikrokontroler. Program objek dapat berupa kode heksa (*. HEX) ataupun biner (*. BIN).

25

Gambar 2.10 Proses Assembly Program ini merupakan objek yang harus diisikan ke memory dari sistem mikrokontrol setelah proses assembly dilakukan.

f. Assembly Listing Assembly listing merupakan hasil dari proses assembly dalam rupa campuran dari program objek, program sumber assembly dan alamatalamatnya. Assembly Listing tersimpan dalam file dengan ekstensi LST.

Gambar 2.11 Assembly Listing

g. Program Assembler Program Assembler merupakan perangkat lunak yang dibutuhkan untuk melakukan proses assembly yang mengubah program sumber assembly menjadi program objek maupun assembly listing. Contoh program assembler untuk keluarga mikrokontroler MCS51 diantaranya yaitu ASM51.exe dan Reads51.exe.

Gambar 2.12 Tampilan Program Reads51

26 Gambar 2.12 adalah tampilan dari program assembler Reads51 dimana pada kolom pertama (atas) merupakan kolom untuk penulisan listing program yang masih berupa ektensi .ASM yang sebelumnya ditulis pada Notepad dan disimpan dengan format ASM. Di kolom ini pengguna dapat mengedit listing program sebelum nantinya listing program tersebut dirubah atau dicompile ke format .HEX. Software ini juga dapat menunjukkan kesalahan penulisan atau error ketika proses Build (compile) dan pengguna akan diperlihatkan dimana letak kesalahan tersebut pada kolom kedua (bawah) sehingga memudahkan dalam proses pemeriksaan kesalahan dan mempercepat perbaikan listing program.

h. Program Downloader Program Downloader adalah perangkat lunak yang dibutuhkan untuk mendownload program objek ke dalam target memory. Program ini biasa digunakan pada sistem mikrokontroler berupa Development System. Selain berupa perangkat lunak, program downloader juga membutuhkan perangkat kerasnya, dimana perangkat ini untuk membantu peletakan dari mikrokontroler itu sendiri. Untuk tipe mikrokontroler AT89C51 cara pengisian programnya membutuhkan perangkat keras berupa soket IC yang bisa dipasang dan bisa dilepas (gambar 2.13) dan sistem komunikasinya dengan komputer (PC) kebanyakan masih menggunakan komunikasi serial jenis konektor RS232.

Gambar 2.13 Downloader dengan RS232

Seperti pada gambar di atas adalah contoh bentuk fisik downloader yang bersifat universal yang tersedia di pasaran dan menggunakan koneksi

27 RS232 untuk sambungan ke PC. Jika tidak ingin membeli produk jadi, downloader juga dapat dibuat sendiri dengan biaya yang lebih murah, namun untuk

jenis

mikrokontroler

AT89C51 kebanyakan masih

menggunakan RS232 dan ada juga yang masih menggunakan kabel dan koneksi LPT yang biasa digunakan pada mesin printer keluaran lama, hal ini tentunya agak sedikit menyulitkan pemakai dimana saat ini sudah jarang ditemukan komputer yang menggunakan konektor LPT, terlebih lagi pada notebook (laptop) keluaran terbaru.

Dengan semakin berkembangnya teknologi elektronika, kini kesulitankesulitan seperti yang disebutkan di atas sudah dapat teratasi, dimana sudah ada downloader yang menggunakan koneksi ke komputernya dengan USB (Universal Serial Bus). Salah satu downloader yang sudah dapat didapatkan dipasaran adalah downloader keluaran dari Innovative Electronic dengan tipe DT-HiQ AT89 USB ISP. Kit ini cukup simpel untuk sebuah downloader dan juga mudah dalam penggunaan nya karena sudah disertakan CD tutorial dan manual nya. Namun produk ini hanya terbatas untuk jenis mikrokontroler keluarga MCS51 dengan jenis AT89S/L termasuk jenis AT89S51.

Gambar 2.14 Downloader dengan USB

Gambar 2.14 adalah downloader yang sudah menggunakan USB untuk koneksi ke PC dan juga kabel ISP header untuk koneksi ke mikrokontroler oleh karena itu downloader

ini hanya direkomendasikan untuk

mikrokontroler yang sudah menggunakan ISP (In System Programmer) dalam proses pemindahan programnya, dimana mikrokontroler tidak perlu dilepas dari rangkaian dan cukup menghubungkan ke ISP header pada saat pembuatan program.

28 2.1.7 Operasi Port Serial Satu dari sekian banyak fitur (fasilitas) yang dimiliki mikrokontroler AT89S51 adalah fasilitas komunikasi data serial UART (Universal Asynchronous Receiver Transmiter), atau dengan kata lain dikenal sebagai port serial. Secara nyata AT89S51 memiliki port serial terintegrasi yang berarti bahwa seorang desainer menjadi begitu mudahnya untuk membaca dan menulis suatu data pada port serial. Jika fasilitas ini tidak tersedia, maka penulisan satu byte data secara serial akan nampak suatu proses yang menyulitkan dimana saluran serial dibuat untuk menjadi ‘1’ atau ‘0’ sesuai dengan data yang akan dikirim bit per bit. Belum lagi pengaturan kapan bit start, bit stop dan bit parity harus dikirim pada waktu yang tepat. Dengan adanya fasilitas port serial maka programmer tidak perlu lagi memperhatikan ketiga bit (start, stop dan parity) tersebut. Sebagai penggantinya, programmer perlu untuk mensetting mode operasi port serial dan menentukan baud rate-nya (kecepatan transfer bit data dalam satu detik). Begitu di-set maka AT89S51 siap untuk mengirim atau menerima aliran data serial. Yaitu dengan cara menulis ke dalam register SBUF untuk mengirim data atau membaca register SBUF bila akan membaca data serial yang diterima. AT89S51 secara otomatis memberitahu bahwa dia telah selesai menerima 1 byte data atau dia telah selesai mengirim 1 byte data. Dengan demikian program dapat dengan segera melanjutkan proses yang diperlukan setelah pengiriman/penerimaan data tersebut dilakukan.  Setting Mode Port Serial Langkah pertama untuk dapat menggunakan fasilitas UART pada AT89S51

adalah

men-settingnya.

Hal

ini

diperlukan

untuk

memberitahu kepada AT89S51 ada berapa banyak bit dalam satu byte data yang akan dikirim/diterima, dan berapa besar baud rate yang akan digunakan. Pertama, mari perhatikan register SCON (Serial Control) berikut ini dan definisi dari setiap bit yang ada : LSB

MSB

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

Gambar 2.15 Register SCON

TI

RI

29 Simbol

Posisi

Fungsi

SM0

SCON. 7

SM merupakan singkatan dari Serial Mode. Bit0 untuk pemilih mode port serial (lihat tabel 2.4 dibawah).

SM1

SCON. 6

Bit-1 untuk pemilih mode port serial

SM2

SCON. 5

Bit-2 untuk pemilih mode port serial

REN

SCON. 4

REN

merupakan

singkatan

dari

Receiver

Enable. Bit untuk meng-enable/disable proses penerimaan data serial.

Di-set secara software

dan juga di-clear secara software. TB8

SCON. 3

Bit data ke-9 yang akan dikirim dalam mode 2 dan mode 3. Di-set dan clear secara software.

RB8

SCON. 2

Dalam mode 2 dan mode 3, bit data ke-9 telah diterima. Dalam mode 1, jika SM2 = 0, maka RB8 berfungsi sebagai bit stop. Dalam mode 0, RB8 tidak digunakan.

TI

SCON. 1

TI merupakan singkatan dari Transmit Interrupt. Flag interupsi saat mengirim data. Di-set secara Hardware pada akhir pengirim data bit ke-8 dalam mode 0, atau sebagai awal dari bit stop untuk mode lainnya. TI harus di-clear secara software agar dapat mengirim data berikutnya.

RI

SCON. 0

RI merupakan singkatan dari Receive Interrupt. Flag interupsi saat menerima data. Di-set secara hardware pada akhir bit ke-8 dalam mode 0.

Adapun kombinasi bit untuk SM0 dan SM1 yang menentukan mode dari port serial adalah sebagai berikut : Tabel 2.4 Bit Pemilih Mode Port Serial SM0 SM1 Mode Keterangan

Baud Rate

0

0

0

Shift Register Tetap (freq OSC/12)

0

1

1

8-bit UART variabel (di-set oleh timer)

1

0

2

9-bit UART tetap (freq OSC/64 atau freq OSC/32)

1

1

3

9-bit UART variabel (di-set oleh timer)

30 • Setting Baud Rate Setelah men-setting mode dari port serial, maka program harus menentukan besarnya baud rate untuk pengiriman data. Setting hanya berlaku pada mode 1 dan mode 3. Terlihat pada tabel diatas bahwa hanya untuk mode 1 dan mode 3 setting baud rate dapat dilakukan. Untuk mode 0 dan 2, baud rate telah dibuat untuk nilai tertentu oleh sistem di dalam mikrokontroler AT89S51.

Baud rate dibentuk oleh frekuensi oscilator pada saat mode 0 dan 2. Di dalam mode 0, baud rate akan selalu sebesar 921, 583 baud. Di dalam mode 2, baud rate akan selalu sebesar frekuensi osilator dibagi oleh 64, sehingga bila menggunakan kristal 11,059 MHz akan menghasilkan baud rate sebesar 172,797. Baud rate dalam Mode 0 adalah dibuat tetap (tidak bisa berubah-rubah) seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut ini : Frekuensi Oscilator Baud Rate Mode 0

=

. . . . . . (1) 12

Baud rate dalam mode 2 tergantung kepada nilai bit SMOD yang merupakan salah satu bit yang terdapat dalam register PCON (Power Control). Jika SMOD = 0 (nilai saat AT89S51 di reset), maka baud rate menjadi 1/64 dari frekuensi oscilator. Jika SMOD = 1, maka baud rate menjadi 1/32 dari frekuensi oscilator, seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut : 2 SMODE Baud Rate Mode 2

=

x Frekuensi Osilator . . . . . . (2) 64

Pada mode 1 dan mode 3, baud rate ditentukan oleh seberapa sering Timer 1 mengalami overflow. Semakin sering Timer 1 overflow, semakin besar baud rate. Ada banyak cara yang dapat menyebabkan Timer 1 untuk menjadi overflow pada rate yang menentukan baud rate, tetapi cara paling umum adalah membuat Timer 1 dalam mode 8-bit auto-reload (timer mode 2). Dan men-set suatu nilai untuk reload (TH1)

31 sehingga membuat Timer 1 overflow pada frekuensi yang diinginkan untuk membangkitkan suatu baud rate. Untuk menentukan nilai yang harus diisikan pada TH1, dapat dilihat pada persamaan berikut : TH1 = 256 – (( Frekuensi Kristal / 384 ) / Baud )

. . . . . . (3)

Jika bit ke-7 dari register PCON (PCON. 7) di-set, maka baud rate secara efektif menjadi dua kalinya. Maka persamaan diatas berubah menjadi : TH1 = 256 – (( Frekuensi Kristal / 192 ) / Baud )

. . . . . . (4)

Sebagai contoh, jika digunakan kristal 11, 059 MHz dan diinginkan untuk membuat baud rate serial port menjadi 19, 200 baud, maka dengan menggunakan rumus (3) diatas akan didapatkan nilai TH1 sebesar : TH1 = 256 - (( Frekuensi Kristal / 384 ) / Baud ) TH1 = 256 - (( 11059000 / 384 ) / 19200 ) TH1 = 256 - (( 28, 799 ) / 19200 ) TH1 = 256 – 1, 5 TH1 = 254, 5 desimal

Seperti yang dapat dilihat,

untuk mendapatkan nilai 19,200 baud

dengan kristal 11,059 MHz, maka TH1 harus diisi dengan nilai 254,5. Jika TH1 di-set menjadi 254 maka didapatkan nilai 14,400 baud dan jika TH1 di-set menjadi 255 akan didapatkan nilai 28,800 baud. Ada cara lain untuk men-set baud rate yaitu dengan membuat bit PCON 7 menjadi ‘1’. Bila hal ini dilakukan maka nilai yang didapatkan menjadi dua kalinya, yaitu dengan menggunakan persamaan (4) diatas, sehingga : TH1 = 256 - (( Frekuensi Kristal / 192 ) / Baud ) TH1 = 256 - (( 11059000 / 192 ) / 19200 ) TH1 = 256 - (( 57699 ) / 19200 ) TH1 = 256 – 3 TH1 = 253 desimal

32 Tabel 2.5 Setting Baud Rate Baud Rate

f Osc

SMODE C/T

Timer 1

Nilai

Mode

reload

Mode 0 Max : 1 MHz

12 MHz

X

X

X

X

Mode 2 Max : 375K

12 MHz

1

X

X

X

Mode 1&3 : 62, 5K

12 MHz

1

0

2

FFH

19, 2 K

11, 059 MHz

1

0

2

FDH

9, 6 K

11, 059 MHz

0

0

2

FDH

4, 8 K

11, 059 MHz

0

0

2

FAH

2, 4 K

11, 059 MHz

0

0

2

F4H

1, 2 K

11, 059 MHz

0

0

2

E8H

137, 5

11, 059 MHz

0

0

2

1DH

110

6 MHz

0

0

2

72H

110

12 MHz

0

0

1

FEEBH

 Menulis Ke Port Serial Setelah seluruh setting port serial selesai seperti yang telah dijelaskan diatas,

maka port serial siap digunakan untuk mengirim maupun

menerima data. Untuk mengirim satu byte data ke port serial, cukup mengisi register SBUF (alamat 99h pada SFR). Sebagai contoh, jika diinginkan mengirim karakter ‘A’ ke port serial maka tulis instruksi seperti berikut ini : MOV SBUF, #’A’

Maka mikrokontroler AT89S51 akan mengirim karakter itu melalui port serial. Sayangnya pengiriman data tidak terjadi dengan instan. Dibutuhkan waktu untuk untuk mengirim suatu data. Karena AT89S51 tidak memiliki buffer pengiriman data, maka perlu dilakukan suatu metode untuk mengetahui kapan pengiriman karakter berikutnya dapat dilakukan. AT89S51 akan memberitahu kapan pengiriman suatu karakter telah selesai dengan men-setting bit TI dalam register SCON. Ketika bit ini di-set oleh AT89S51 (secara hardware), maka akan diketahui kapan karakter berikutnya dapat dikirim.

33 Berikut adalah subrutin program untuk mengetahui kapan TI berubah menjadi ‘1’ pada saat mengirim 1 byte data : TX_OUT :

CLR

TI

MOV SBUF, A JNB

TI, $

RET Subrutin diatas akan menunggu sampai bit TI menjadi ‘1’ yang menandakan bahwa 1 byte data telah dikirim.

• Menerima Data Dari Port Serial Menerima data yang berasal dari port serial sama mudahnya dengan menulis data ke port serial yaitu dengan memindahkan isi SBUF ke dalam suatu register (umumnya register akumulator). Secara hardware, AT89S51 akan men-set bit RI di dalam SCON sebagai tanda bahwa 1 byte data telah diterima oleh register SBUF. Berikut adalah subrutin untuk membaca data yang diterima melalui port serial yaitu dengan menunggu bit RI menjadi ‘1’ : RX_IN :

JNB

RI, $

MOV A, SBUF CLR

RI

RET

 Interfacing TTL –RS232 Port serial yang disediakan oleh AT89S51 merupakan port yang bekerja pada level tegangan TTL, yaitu +5 volt untuk logika ‘1’ dan 0 volt untuk logika ‘0’. Agar dapat dilakukan komunikasi data antara sistem berbasis mikrokontroler AT89S51 dengan PC maka dibutuhkan suatu chip yang berfungsi untuk merubah level tegangan TTL menjadi level tegangan standart port serial RS-232 dan sebaliknya dari level RS-232 menjadi level TTL. Standar RS-232 adalah standar yang digunakan pada PC untuk melakukan komunikasi data secara serial. Tipe chip yang digunakan sebagai interface (antarmuka) ini adalah MAX232 (buatan Maxim Semiconductor) atau ICL232 (buatan Intersil).

34 Adapun skema dari interface ini adalah sebagai berikut :

Gambar 2.16 Interfacing TTL - RS232

• Mode Hemat Energi Setiap mikrokontroler keluarga Atmel memiliki dua mode penghematan energi (power reducing) yaitu Idle dan Power Down. Gambar 2.17 memperlihatkan rangkaian dalam dari fasilitas mode Idle dan Power Down.

XTAL1

XTAL2

OSC Interupsi, port serial, timer

CLOCK GEN

CPU PD

IDL

Gambar 2.17 Rangkaian internal fasilitas Idle dan Power Down Dalam mode Idle (pin IDL = 1), osilator tetap bekerja, begitu juga untuk interupsi, port serial dan timer terus bekerja selama mode ini. Tetapi sinyal detak tidak diteruskan kepada CPU. Sedangkan dalam mode Power Down (pin PD = 1), kegiatan osilator dihentikan.

35 Mode Idle dan Power Down diaktifkan dengan men-set bit-bit tertentu yang terdapat di dalam register PCON (Power Control). Alamat dari register ini terletak pada 87H. Berikut memperlihatkan secara detil isi dari register PCON. LSB

MSB

SMOD

-

-

-

GF1

GF0

PD

IDL

Gambar 2.18 Register PCON

Simbol

Posisi bit

Fungsi

SMOD

PCON. 7

Bit

untuk

mendouble

Baud

rate

(kecepatan transfer data). Ketika diset (‘1’) dan Timer-1 digunakan untuk membangkitkan baud rate,

dan serial

port digunakan pada mode 1, 2 dan 3. -

PCON. 6

Kosong.

-

PCON. 5

Kosong.

-

PCON. 4

Kosong.

GF1

PCON. 3

Bit untuk flag serbaguna (general purpose flag).

GF0

PCON. 2

Bit untuk flag serbaguna (general purpose flag).

PD

PCON. 1

Bit Mode Power Down. Bila bit ini diset, maka akan membuat sistem berada pada kondisi hemat energi.

IDL

PCON. 0

Bit Mode Idle. Bila bit ini diset, maka akan

membuat

CPU

menghentikan

kegiatannya. Catatan : Jika bit PD dan IDL diset dalam waktu yang bersamaan, maka bit PD yang berfungsi. Hal ini disebabkan karena letaknya yang lebih depan dibanding dengan bit IDL. Sedangkan bit IDL terletak setelah bit PD (lihat pola bit diatas). Isi register PCON setelah terjadinya kondisi reset adalah 0XXX000.

36 • Mode Idle Suatu instruksi yang menset (membuat menjadi ‘1’) bit-0 register PCON (PCON. 0) akan menyebabkan sistem mikrokontroler AT89S51 memasuki mode Idle. Dalam mode ini, sinyal detak (clock) internal dihalangi supaya tidak masuk kepada CPU. Atau dengan kata lain CPU dihentikan kegiatannya (sleep). Tetapi sinyal detak ini tetap diteruskan kepada seluruh peralatan peripheral internal seperti peralatan interupsi, port serial dan timer sehingga CPU dapat diaktifkan kembali dengan adanya sinyal pada saluran interupsi, port serial atau timer. Status terakhir pada saat CPU berhenti bekerja (mode idle), mikrokontroler akan tetap mempertahankan isi dari register Stack Pointer, Program Counter, Program Status Word, Akumulator dan seluruh register lainnya yang berada di dalam CPU. Begitu pula dengan pin

Port,

port

akan

dipertahankan

status

logikanya

selama

mikrokontroler berada pada mode idle. Sedangkan pin ALE dan PSEN berada pada kondisi logika ‘1’. Ada dua cara untuk untuk mengakhiri kondisi idle. Cara pertama adalah dengan mengaktifkan satu dari lima sumber sinyal interupsi. Adanya sinyal interupsi akan membuat bit PCON. 0 menjadi ‘0’. Atau dengan kata lain, interupsi menyebabkan mode idle dihentikan. Bit flag GF0 dan GF1 dapat digunakan untuk menandai adanya interupsi yang terjadi pada kondisi normal atau yang terjadi pada saat berada dalam mode idle. Sebagai contoh, suatu instruksi membuat mikrokontroler masuk ke dalam mode idle, dapat menset salah satu bit flag atau kedua-duanya (GF0 dan GF1). Ketika mode idle dihentikan oleh sinyal interupsi, subrutin pelayanan interupsi dapat menguji bit-bit flag tersebut. Cara kedua untuk menghentikan mode idle adalah dengan melakukan reset secara hardware. Yaitu dengan memberikan sinyal high pada pin-9 (pin RST). Sinyal reset ini menghapus bit IDL secara langsung. Pada saat sinyal osilator masih bekerja, reset hardware harus terus dipertahankan selama 2 siklus mesin (24 periode osilator) supaya reset hardware tersebut bekerja. Sinyal reset pada pin RST menghapus bit IDL secara langsung.

37 Yang perlu dicatat saat CPU kembali mulai bekerja adalah mikrokontroler melanjutkan eksekusi program tepat pada baris yang membuat kegiatan CPU tersebut dihentikan. Kegiatan melanjutkan eksekusi program tepat satu baris setelah instruksi yang membuat CPU berhenti dimungkinkan karena seluruh isi register yang berada pada SPR dan seluruh isi RAM dijaga terhadap kemungkinan-kemungkinan untuk merubah isinya.

• Mode Power Down Suatu instruksi yang menset (membuat menjadi ‘1’) bit-1 register PCON (PCON. 1) akan menyebabkan sistem mikrokontroler AT89S51 memasuki mode Power Down. Dalam mode ini, sinyal detak (clock) internal berhenti bekerja. Begitu pula seluruh peripheral internal berhenti bekerja, tetapi isi dari register-register di dalam SFR dan isi dari RAM dijaga dari kemungkinan-kemungkinan untuk merubahnya. Sinyal ALE dan PSEN dibuat menjadi low. Satu-satunya cara untuk mengakhiri mode Power Down adalah dengan memberikan reset hardware pada pin RST (pin 9). Kondisi reset akan merubah seluruh isi register SFR, tetapi tidak akan merubah isi dari RAM. Di dalam mode Power Down, kebutuhan tegangan supply untuk AT89S51 dapat dikurangi hingga mencapai 2 Volt. Meskipun demikian, tegangan supply tidak boleh kurang dari 5 Volt sebelum mode Power Down bekerja dan tegangan supply akan dikembalikan ke 5 Volt tepat pada saat Power Down dihentikan.

2.2

Komponen-komponen Elektronika Untuk pembuatan sistem pengontrolan level air pada toren berbasis

mikrokontroler AT89S51, maka pada proses pembuatannya membutuhkan komponen-komponen elektronika beserta alat-alat pelengkap untuk keperluan simulasi. Komponen-komponen itu dapat dibagi menjadi bagian-bagian utama, berikut akan dijelaskan untuk masing-masing bagian komponen yang digunakan untuk sistem pengontrolan level air pada toren berbasis mikrokontroler AT89S51.

38 2.2.1 IC LM324 Integrated Circuit LM324 merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat arus atau penguat sinyal (amplifier). LM324 lebih dikenal dengan nama Op Amp (Operational Amplifier). Gambar dan simbol LM324 dapat dilihat pada gambar 2.19 :

Gambar 2.19 Gambar dan simbol LM324 LM324 mempunyai dua kaki input yaitu inverting input (bersimbol negatif) dan non inverting input (bersimbol positif). Sebagai pembanding (komparator), LM324 berfungsi membandingkan tegangan yang masuk pada kedua kaki input. Bila LM324 digunakan sebagai pembanding, maka salah satu kaki input diberi tegangan referensi dan kaki input yang lain diberi tagangan pembanding. Salah satu keunggulan dari LM324 adalah dapat beroperasi pada voltase 3 V sampai 32 V.

2.2.2 Relay Relay adalah suatu perangkat yang menggunakan magnet listrik, untuk mengoperasikan

seperangkat

kontak

atau

sebagai

saklar

relay

dalam

pengoperasikannya dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu : 1. Normal terbuka

: Kontak –kontak tertutup bila relay dienergikan.

2. Normal tertutup

: Kontak-kontak terbuka bila relay dienergikan.

3. Tukar sambung

: Relay mempunyai 2 posisi kontak, satu kontak bila relay dienergikan dan akan pindah ke posisi lain bila relay dimatikan.

Dalam pemakaiannya disini menggunakan relay normal terbuka (sebagai saklar) yang dapat dilihat pada gambar 2.20 :

39 Vcc

Rilay Dioda

Kontak

NPN R 1k

Gambar 2.20 Skema Relay

Bila masukan kendali 5 Volt ( pada digital/komputer disebut high ), maka transistor akan menjadi on. Hal ini menyebabkan kumparan dilewati oleh arus DC sehingga akan membuat kontak menjadi tertutup. Jika dimasukan kendali menjadi 0 Volt, transistor akan menjadi off dan membuat kontak kembali terbuka.

2.2.3 Optocoupler Optocoupler dalam bentuknya yang paling sederhana terdiri dari suatu LED infra merah yang secara optik dihubungkan dengan transistor foto, tetapi secara listrik diisolasikan dari transistor foto. Optocoupler dapat bertindak sebagai saklar apabila diberikan tegangan yang berseuaian. Tegangan yang diberikan akan menyalakan led infrared yang akan memancarkan sinar infrarednya kepada transistor foto yang akan bertindak sebagai saklar elektronik. Skema Optocoupler dapat dilihat pada gambar 2.21 :

Gambar 2.21 Skema Optocoupler

40 2.2.4 Fitting Angin Fitting angin (Air Fitting) biasa digunakan pada mesin-mesin yang banyak digunakan pada perusahaan-perusahaan manufaktur yang proses kerjanya menggunakan sistem otomasi dan pneumatic dimana banyak menggunakan angin dan bantuan silinder untuk menggerakkan mesinnya. Biasanya fitting angin dipasang pada mesin berpasangan dengan tube (selang) yang berfungsi sebagai saluran angin, dan fungsi fitting disini adalah sebagai tempat penyambungan tube yang nantinya akan diteruskan ke mesin ataupun ke tube kembali. Fitting angin banyak jenis dan ukurannya, untuk jenisnya menyesuaikan dengan kegunaan dan juga posisi dimana fitting akan dipasang pada suatu mesin, karena tiap bagian mesin mempunyai tempat yang berbeda-beda.

Gambar 2.22 Fitting Angin

Gambar di atas adalah salah satu contoh fitting angin dengan speed control (kontrol kecepatan) untuk mengatur besar kecilnya keluaran angin dari fitting. Secara umum fitting angin dibagi menjadi dua yaitu fitting angin tetap dimana jenis fitting ini tidak mengalami perubahan besarnya angin yang masuk dengan yang keluar dari fitting, yang kedua adalah jenis fiting yang dapat diatur besar kecilnya keluaran angin dan biasa disebut speed control. Diameter input dan output dari suatu fitting juga bermacam-macam ukurannya, hal ini menyesuaikan dengan ukuran dari tube (selang) yang digunakan. Ukuran tube biasanya mulai dari yang berdiamter 3 mm sampai dengan ukuran 16 mm. Setiap bentuk fitting mempunyai nama tersendiri sesuai dengan nama yang ditentukan dari tiap-tiap perusahaan yang membuat fitting. Ada beberapa perusahaan yang memproduksi fitting angin diantaranya Festo, SMC, Sang-A, dan masih banyak lagi yang lainnya. Penamaan biasanya juga menyesuaikan dengan ukuran input dan output dari fitting dan ini berkaitan juga dengan tube yang digunakan. Pada gambar 2.22 merupakan contoh fitting buatan Sang-A dengan

41 spesifikasi NSE 0802, huruf NSE menunjukkan jenis fitting sedangkan angka 08 dan 02 adalah ukuran dari tube dengan satuan mm. Untuk struktur bagian dalam fitting jenis NSE dapat dilihat pada gambar 2.23 :

Gambar 2.23 Struktur Fitting angin

Jika dilhat dari gambar di atas fitting angin didesain sangat rapih, kuat, dan terbuat dari bahan-bahan yang berkualitas. Bagian dalam fiting juga terdapat Seal atau Packing yang berfungsi untuk mencegah kebocoran angin saat fitting digunakan, terdapat juga Lock Claws yang berbahan stainless untuk mengunci tube (selang) agar tidak lepas karena adanya tekanan angin. Jika ingin membuka tube dari fitting maka caranya cukup dengan menekan bagian Sleeve (lengan) ke dalam sambil ditahan kemudian tube ditarik keluar, sedangkan untuk memasukkan tube kembali ke fitting cukup dengan memasukkan tube ke dalam fitting sampai maksimal (sampai menyentuh ujung bagian dalam fitting) kemudian secara otomatis bagian Lock Claws akan mengunci tube.