MODUL PENGEMBANGAN MIKROKONTROLER AVR ATMEGA 8535, ATMEGA 16, DAN ATMEGA 32
(AVR MICROCONTROLLER ATMEGA 8535, ATMEGA 16, AND ATMEGA 32 DEVELOPMENT-MODULE)
PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Elektronika di Jurusan Teknik Elektro
Oleh: Muchammad Iyan Shofiyan 091311048
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ABSTRAK
Alat yang direalisasikan dalam Proyek Akhir ini merupakan perangkat modul elektronik yang berfungsi sebagai sarana alat untuk mempelajari mikrokontroler dan beberapa sub-modul lainnya yang terdiri dari simulasi input yaitu Input Analog-to-Digital Converter, Input keypad 4x4 button, Input sensor LM35, dan Input Push Button. Untuk simulasi output yaitu Output motor DC dengan driver motor DC, Output motor servo dengan driver motor servo, Output motor Stepper dengan driver motor stepper, Output LCD karakter 2x16, Output LCD grafik 64x128 pixel, Output LED, dan Output seven segment. Modul ini juga dilengkapi dengan satu sistem minimum yang kompatibel dengan IC mikrokontroler ATmega 8535, ATmega 16, dan ATmega 32, simulasi media penyimpanan yaitu EEPROM eksternal, simulasi Real Time Clock (RTC), dan simulasi komunikasi USART dengan RS232. Dari hasil pengujian alat ini dapat mensimulasikan cara menggunakan input, output, komunikasi USART, media penyimpanan eksternal, real time clock baik secara satu persatu maupun kombinasi dari beberapa sub-modul yang disesuaikan dengan kebutuhan.
Kata kunci: Mikrokontroler, LCD grafik, real time clock (RTC), EEPROM, USART.
ABSTRACT
The device that realized on the final project is an electronics module device that has multi functions of learning and mastering microcontroller. The following sub-module has several input simulation and they are: Analog-toDigital Converter input, Keypad 4x4 button input, LM35 sensor input, and Push Button input. The following sub-module has several output simulation and they are: motor DC output with motor DC driver, motor servo output with motor servo driver, motor stepper output with motor stepper driver, Character LCD 16x2 output, Graphics LCD 128x64 pixel output, LED output, and seven segment output. This module has one minimum system but compatible to IC microcontroller ATmega 8535, ATmega 16, and ATmega 32. It has memory external simulation which is EEPROM as memory. It has Real Time Clock simulation, and it also has USART communication use IC RS232. According to the results of testing, this device can simulate how to use input, output, USART communication, memory external, real time clock both use one-by-one or by combinational sub-module connection.
Keywords: Microcontroller, Graphics LCD, Real Time Clock, EEPROM, USART
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Proyek Akhir dengan judul “Modul Pengembangan Mikrokontroler AVR
ATmega 8535, ATmega 16, dan ATmega 32”. Laporan Proyek Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan dalam menempuh pendidikan Diploma III (DIII) di Politeknik Negeri Bandung.
Dengan selesainya laporan Proyek Akhir ini, penulis menyampaikan
terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara materil
maupun moril diantaranya: 1. Bapak Yana Sudarsa, BSEE., MT. selaku Pembimbing I yang telah membimbing dan memberikan solusi dalam menyelesaikan proyek akhir ini. 2. Bapak Firman Prima Djauhari, MT. selaku Pembimbing II yang telah membimbing dan memberikan solusi dalam menyelesaikan proyek akhir ini. 3. Bapak Tjan Swi Hong, MSc. selaku Ketua Koordinator Proyek Akhir. 4. Ibu Ervin Masita Dewi, ST., MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika. 5. Bapak Hari Purnama, Ir. M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 6. Seluruh Staf Dosen Program Studi Teknik Elektronika yang selama ini telah memberikan ilmu
pengetahuan dan keterampilan kepada
penulis. 7. Seluruh staf teknisi laboratorium Program Studi Teknik Elektronika. 8. Teman-teman di Teknik Eletronika, khususnya EC-3B 2009 yang telah mendukung dalam menyelesaikan Proyek Akhir ini. 9. Semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan proyek akhir ini yang tidak dapat dituliskan satu per satu. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang tua dan keluarga atas dukungan dan semangatnya sehingga laporan ini dapat terselesaikan. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam
penulisan laporan ini, untuk itu penulis sangat mengharapkan setiap kritik dan
saran yang bersifat membangun dalam rangka melengkapi laporan ini, semoga
laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca sekalian.
Bandung, Juni 2012
Penulis
DAFTAR ISI ............................................................................................................. .i ABSTRAK ABSTRACT............................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ............................................................................................ iii DAFTAR ISI .......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... I-1 1.2 Perumusan Masalah ............................................................................. I-2
1.3 Tujuan .................................................................................................. I-3
1.4 Batasan Masalah .................................................................................. I-3 1.5 Metoda Penyelesaian Masalah ............................................................. I-3 1.6 Sistematika Pembahasan ..................................................................... I-4 BAB II Landasan Teori 2.1 Mikrokontroler ..................................................................................... II-1 2.1.1 Karaktersitik mikrokontroler …………………………........ II-3 2.1.2 Gambaran Umum Mikrokontroler ATmega 8535/16/32…..
II-5
2.1.3 AVR CPU core ………………..………............................... II-18 2.1.4 Memory AVR ATmega ……………................................... II-19 2.2 Push Button …….................................................................................. II-22 2.3 ADC …. ………………………………………………………….…. II-23 2.4 LM35 ……………………………………………………………….
II-27
2.5 Keypad 4x4 …………………………………………………………... II-28 2.6 Seven Segment ……………………………………………………… II-29 2.7 LED (Light Emitting Diode) ……………………………………..….. II-31 2.8 LCD (Liquid Crystal Display) Karakter................................................ II-32 2.9 LCD Grafis 128x64 pixel …………….................................................II-33 2.10 Motor DC ………………………………………………………….
II-34
2.11 Motor Servo …………………………………………………………. II-36 2.12 Motor Stepper ………………………………………………………. II-39 2.13 Komunikasi Serial …………………….…………………………….. II-42 2.14 I2C …………………………………………………………………… II-42 2.15 EEPROM I2C ……………………………………………………… II-44
2.16 RTC ……………………………......................................................... II-48 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT Cara kerja alat ………............................................................................ III-1 3.1
3.2 Spesifikasi Alat ..................................................................................... III-5 3.3 Diagram Blok Alat ................................................................................ III-6
3.4 Perancangan Perangkat Keras ............................................................... III-7
3.4.1 Rangkaian Blok Input Push Button ...................................... III-8 3.4.2 Rangkaian Blok Input LM35 .............................................. III-9 3.4.3 Rangkaian Blok Input Keypad 4x4.…………………..........
III-10
3.4.4 Rangkaian Blok Input Analog ….…………......................... III-11 3.4.5 Rangkaian Blok Output Seven Degment ............................. III-11
3.4.6 Rangkaian Blok Output LED ………................................... III-12 3.4.7 Rangkaian Blok Output LCD Grafis 128x64 ………...........
III-13
3.4.8 Rangkaian Blok Output LCD Karakter 16x2 ….................. III-14 3.4.9 Rangkaian Blok Output Driver Motor DC ........................... III-14 3.4.10 Rangkaian Blok Output Driver Motor Servo .. ……………. III-15 3.4.11 Rangkaian Blok Output Driver Motor Stepper..…………… III-15 3.4.12 Rangkaian Blok Sistem Minimum ...................................... III-1 3.4.13 Rangkaian Blok Komunikasi USART …………..….......... III-19 3.4.14 Rangkaian Blok EEPROM Serial ….................................... III-19 3.4.15 Rangkaian Blok I2C RTC..................................................... III-20 3.4.16 Rangkaian Blok Catu Daya .................................................. III-20 3.5 Perancangan Perangkat Lunak ............................................................. III-21 3.6 Perancangan Mekanik ………………………………………………. III-34 3.7 Realisasi ............................................................................................... III-35 3.7.1 Pemilihan Komponen ..……................................................
III-35
3.7.2 Merangkai Rangkaian di Papan Percobaaan ....................... III-35 3.7.3 Perancangan PCB …………………………………………. III-36 3.7.4 Pemeriksaan Hasil Cetakan PCB dan Pemasangan Komponen …………………………………………………. III-36 3.7.5 Realisasi Perangkat Elektronik ……………………………... III-36 3.7.6 Realisasi Mekanik ………………………………………….. III-37 3.7.7 Realisasi Perangkat Lunak …………………………………. III-38
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Metoda Pengujian ................................................................................. IV-1 4.2 Alat Yang Digunakan ........................................................................... IV-1 Pengujian dan Analisa Sistem Minimum Mikrokontroler .................. IV-1 4.3
4.4 Pengujian dan Analisa Blok Output ..................................................... IV-3 4.5 Pengujian dan Analisa Blok I2C ........................................................ IV-21
4.6 Pengujian dan Analisa Blok Komunikasi ............................................. IV-25
4.7 Pengujian dan Analisa Power Supply ………….................................. IV-27 BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... V-1 5.2 Saran ..................................................................................................... V-2
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A : PROGRAM PERANGKAT LUNAK LAMPIRAN B : SKEMATIK DAN LAYOUT RANGKAIAN
LAMPIRAN C : DATASHEET KOMPONEN LAMPIRAN D : JOBSHEET
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Jenis mikroprosesor dan mikrokontroler .................................. II-10
Tabel 2.2
Perbandingan parameter antara ATmega8535/16/32................ II-11
Tabel 2.3
Perbandingan alokasi pin ATmega8535/16/32 ......................... II-13
Tabel 2.4
Konfigurasi pin ATmega 16/32 ................................................ II-19
Tabel 2.5
Fungsi khusus Port B ................................................................ II-20
Tabel 2.6
Konfigurasi pin LCD karakter 16x2 ......................................... III-6
Tabel 2.7
Pin-pin pada LCD ..................................................................... IV-2
Tabel 2.8
Perbandingan kapasitas EEPROM ............................................ IV-3
Tabel 3.1
Hasil Pengukuran Tegangan di Port 2 ...................................... IV-3
Tabel 3.2
Hasil Pengukuran Tegangan di Port 3 ...................................... IV-4
Tabel 4.5
Tabel 4.6
Hasil Pengujian Transduser ...................................................... IV-13 Hasil Pengujian Alat dengan Pengiriman Data Angka Sebanyak 5 Karakter …………………………………………………….IV-14
Tabel 4.7
Hasil Pengujian Alat dengan Pengiriman Data Angka Sebanyak 30 Karakter ............................................................... IV-15
Tabel 4.8
Hasil Pengujian Alat dengan Pengiriman Data Huruf Sebanyak 3 Karakter ................................................................. IV-16
Tabel 4.9
Hasil Pengujian Alat dengan Pengiriman Data Huruf Sebanyak 6 Karakter ................................................................. IV-16
Tabel 4.10
Hasil Pengujian Alat dengan Pengiriman Data Huruf Sebanyak 14 Karakter ............................................................... IV-17
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Blok Diagram ATmega8535/16/32........................................ II-2
Gambar 2.2
Inti CPU AVR ATmega8535/16/32....................................... II-3
Gambar 2.3
Register Kegunaan Umum ..................................................... II-4
Gambar 2.4
Flash PEROM Atmega32 ...................................................... II-5
Gambar 2.5
Tipe Push Button normally open ........................................... II-6
Gambar 2.6
Tipe Push Button normally close ........................................... II-6
Gambar 2.7
Diagram blok analog-to-digital converter ............................. II-7
Gambar 2.8
Logika ADC auto trigger....................................................... II-8
Gambar 2.9
Prescaler ADC ....................................................................... II-10
Gambar 2.10 Keypad 4x4 ............................................................................ II-11 Gambar 2.11 Seven segment ....................................................................... II-12
Gambar 2.12 Common pada seven segment ................................................ II-12 Gambar 2.13 Simbol LED ........................................................................... II-14 Gambar 2.14 Pin LCD …………………………………………………….. II-14 Gambar 2.15 Motor DC ............................................................................... II-15 Gambar 2.16 Motor Servo ........................................................................... II-18 Gambar 2.17 Motor servo yang terdiri dari motor DC dan potensiometer.. II-18 Gambar 2.18 Pensinyalan motor servo ........................................................ II-20 Gambar 2.19 Contoh posisi dan waktu pemberian pulsa............................. II-23 Gambar 2.20 Pergerakan motor servo terhadap perubahan lebar pulsa ...... II-10 Gambar 2.21 Rangkaian dalam motor stepper............................................. II-11 Gambar 2.22 Motor stepper full step ........................................................... II-12 Gambar 2.23 Motor stepper half step .......................................................... II-12 Gambar 2.24 Transfer data I2C ................................................................... II-14 Gambar 2.25 Penulisan secara byte ............................................................. II-14 Gambar 2.26 Penulisan secara page ............................................................ II-15 Gambar 2.27 Penulisan secara current page ................................................ II-18 Gambar 2.28 Pembacaan secara random read ............................................. II-18 Gambar 2.29 Penulisan secara sequential ................................................... II-20 Gambar 2.30 Konfigurasi I2C dengan lebih dari dua device ...................... II-23 Gambar 2.31 Timing diagram I2C ............................................................... II-23 Gambar 3.1
Blok diagram modul pengembangan mikrokontroler AVR ATmega 8535, Atmega16, dan ATmega32 .................................................... III-4
Gambar 3.2
Rangkaian Sub-modul input push button............................... III-4
Gambar 3.3
Rangkaian Sub-modul LM35 dengan pengkondisi sinyal ..... III-5
Gambar 3.4
Rangkaian Sub-modul keypad 4x4 ........................................ III-5
Gambar 3.5
Rangkaian Sub-modul input analog ....................................... III-7
Gambar 3.6
Rangkaian Sub-modul seven segment ................................... III-7
Gambar 3.7
Rangkaian Sub-modul LED ................................................... III-10
Gambar 3.8
Rangkaian Sub-modul LCD Grafik 128 x 64 ........................ III-11
Gambar 3.9
Rangkaian Sub-modul LCD Karakter 16 x 2 ......................... III-12
Gambar 3.10 Rangkaian Sub-modul driver motor DC ................................ III-13
Gambar 3.11 Rangkaian Sub-modul motor servo ....................................... III-14
Gambar 3.12 Rangkaian Sub-modul driver motor stepper .......................... III-15
Gambar 3.13 Rangkaian Sub-modul sistem minimum ................................ III-15 Gambar 3.14 Rangkaian reset ...................................................................... III-15
Gambar 3.15 Rangkaian clock ..................................................................... III-15 Gambar 3.16 Rangkaian Sub-modul komunikasi serial .............................. III-15 Gambar 3.17 Rangkaian Sub-modul IC EEPROM ..................................... III-15 Gambar 3.18 Rangkaian Sub-modul RTC ................................................... III-15 Gambar 3.19 Rangkaian blok catu daya ...................................................... III-15 Gambar 3.20 Diagram alir simulasi input analog dan ADC (Jobsheet I) .... III-15 Gambar 3.21 Diagram alir simulasi keypad 4x4 (Jobsheet II) .................... III-15 Gambar 3.22 Diagram alir simulasi keypad 4x4 II (Jobsheet II)................. III-15 Gambar 3.23 Diagram alir simulasi LM35 (Jobsheet III) ........................... III-15 Gambar 3.24 Diagram alir simulasi push button (Jobsheet IV) .................. III-15 Gambar 3.25 Diagram alir simulasi motor DC ............................................ III-15 Gambar 3.26 Diagram alir simulasi motor servo ......................................... III-15 Gambar 3.27 Diagram alir simulasi motor stepper ...................................... III-15 Gambar 3.28 Diagram alir simulasi LCD 16x2 ........................................... III-15 Gambar 3.29 Diagram alir simulasi LCD grafik ......................................... III-15 Gambar 3.30 Diagram alir simulasi LED .................................................... III-15 Gambar 3.31 Diagram alir simulasi seven segment .................................... III-15 Gambar 3.32 Diagram alir simulasi EEPROM eksternal ............................ III-15 Gambar 3.33 Diagram alir pertama simulasi RTC ...................................... III-15 Gambar 3.34 Diagram alir kedua simulasi RTC.......................................... III-15 Gambar 3.35 Diagram alir simulasi USART ............................................... III-15 Gambar 3.36 Perancangan box tampak atas ................................................ III-15
Gambar 3.37 Perancangan box tampak depan ............................................. III-15 Perancangan box tampak samping ......................................... III-15 Gambar 3.38 Gambar 3.39 Realisasi Elektronik ............................................................... III-15 Gambar 3.40 Realisasi Mekanik/ Box ......................................................... III-15
Gambar 3.41 Penggabungan box dengan skematik ..................................... III-15
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Hasil pengujian LCD grafik 128 x 64 .................................... III-15 Hasil yang ditampilkan oleh LCD ......................................... III-15
DAFTAR PUSTAKA
Barret, Steven .; Daniel Pack J. 2006. Microcontrollers Fundamental for Engineers and scientists. Morgan & Claypool.
Hall, Douglas. 1992. Microprocessor and Interfacing. McGrawHill. USA.
Lawless, Brian.1997. Fundamental Digital Eectronics, London : Prentice Hall
Millman, Jacob,1997. Mikroelektronika, Sistem Digital dan Rangkaian Analog,
Erlangga Jilid 2.
Susilo, Dedi.2010. 48 Jam kupas tuntas mikrokontroler MCS51 dan AVR, Yogyakarta: Penerbit Andi.
Tocci, Ronald J.; Neal S Wiedmer. 2001. Digital Systems Principal Applications 8th Edition. Prentice Hall: United States.
Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega 8/32/16/8535 dan pemrogramannya dengan bahasa C pada winAVR. Bandung: Penerbit Informatika.
Internet: http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/default.aspx http://www.hendawan.files.wordpress.com/2008/01/basic-avr-microcontrollertutorial_v3.pdf http://www.avrfreaks.net/ http://www.agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2011/02/ebook_mikrokontroler_bascom _avr/ http://www.mcselec.com/index.php?option=com_content&task=view&id=14&Itemid= 41 http://www.duniaelektronika.blogspot.com/2007/09/mikrokontroler-atmega8535.html http://www.scribd.com/doc/3513745/Electronics-Tutorial-Microcontroller http://www.alldatasheet.com
RIWAYAT HIDUP
Nama
: Muchammad Iyan S.
NIM
: 091311048
Shofiyan
Tempat tanggal Lahir
: Bandung, 24 Februari 1992
SD Lulus tahun
: SDN Sarimulya V Cikampek, 2003
SLTP Lulus tahun
: SMPN 2 Cikampek, Tahun 2006
SLTA Lulus tahun
: SMAN 2 Purwakarta, Tahun 2009
