Dasar Mikrokontroler

Jika kita ingin membuat projek atau tugas akhir yang menggunakan mikroprosesor 8086/8088 tampaknya saat ini cukup sulit karena dibutuhkan biaya yang besar serta diperlukannnya EPROM Programmer. Cara lain yang lebih gampang dan murah ialah kita mengembangkan aplikasi menggunakan kit mikrokontroler ( main board) yang sudah ada di pasaran. Kit tersebut umumnya terdiri dari mikrokontroler, memori serta interface untuk koneksi ke lcd, ke PPI atau ke port serial komputer. Kita tinggal membuat program serta menyambungkan dengan board atau komponen tambahan saja. Membangun aplikasi Elektronika berbasis embedded system merupakan topik yang sangat hangat saat ini.Apalagi mikrokontroler tertentu sudah mendukung aplikasi yang terhubung ke jaringan computer (network microcontroller).

Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori , I/O tertentu dan unit pendukung, misalnya Analog to Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalam mikrokontroler tersebut. Kelebihan utama dari Mikrokontroler ialah telah tersedianya RAM dan peralatan I/O Pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas. Terdapat berbagai jenis mikrokontroler dari berbagai vendor yang digunakan secara luas? di dunia. Diantaranya yang terkenal ialah dari Intel, Maxim, Motorolla , dan ATMEL. Beberapa seri mikrokontroler yang digunakan secara luas ialah 8031, 68HC11, 6502 , 2051 dan 89S51. Mikrokontroler yang mendukung jaringan komputer seperti DS80C400 tampaknya akan menjadi primadona pada tahun-tahun mendatang . Untuk mencoba kit mikrokontroler, anda dapat membeli kit kami bernama SMART52 berbasiskan 89S52 , SmartAVR atau kit produksi lainnya, dapat anda pesan di situs penulis di www.toko-elektronika.com

Pengenalan Mikrokontroler AT89C51

Mikrokontroler AT89C51 ialah mikrokomputer CMOS 8 bit dengan 4KB Flash Programmable dan Erasable Read Only Memory (PEROM). Mikrokontroler berteknologi memori non volatile kerapatan tingi dari Atmel ini kompatibel dengan mikrokontroler standar industri MCS-51 (seperti mikrokontroler 8031 yang terkenal dan banyak digunakan beberapa waktu lalu) baik pin kaki IC maupun set instruksinya serta harganya yang cukup murah. Oleh karena itu, sangatlah tepat jika kita mempelajari mikrokontroler jenis ini.Anda juga diharapkan mempelajari versi terbaru yaitu berseri AT89S51. Informasi lebih detail mengenai interfacing dan penerapan aplikasi pada mikrokontroler 89C51 dapat Anda temukan pada buku Saya sebelumnya.

AT89C51 mempunyai memori yang terdiri dari RAM internal sebesar 128 byte dengan alamat 00H-7FH dapat diakses menggunakan RAM address register. RAM Internal ini terdiri dari Register Banks dengan 8 buah register (R0-R7).Memori lain yaitu 21 buah Special Function Register dimulai dari alamat 80H-FFH. RAM ini beda lokasi dengan Flash PEROM dengan alamat 000H -7FFH.

FF

80

7F

00

Special Function Register

RAM Internal

Gambar 1 Alamat RAM Internal

Sebagai perbandingan kapasitas memori, Tabel 16.1 menampilkan kapasitas memori dari mikrokontroler seri AT89X.

Tabel 1 Kapasitas Memory Mikrokontroler seri AT89X

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

           

IC AT89C51 mempunyai 40 pin yang sesuai dengan mikrokontroler 8031, dengan susunan kaki seperti Gambar 2 .

Gambar 2 Nama Pin-pin AT89C51

Jika kita lihat diagram blok mikrokontroler ini, terlihat jelas kesempurnaan dari fasilitas yang diberikannya. Gambar 3 merupakan diagram blok IC tersebut :

Gambar 3 Diagram blok AT89C51

Pada Gambar 3 terlihat bahwa terdapat 4 port untuk input output data, serta tersedia pula akumulator, register, RAM, stack pointer , Arithmetic Logic Unit (ALU), pengunci (latch) dan rangkaian osilasi yang membuat 89C51 dapat beroperasi hanya dengan 1 keping IC.

Bahasa Assembly di Mikrokontroler

Secara fisik, kerja dari sebuah mikrokontroler dapat dijelaskan sebagai siklus pembacaan instruksi yang tersimpan di dalam memori. Mikrokontroler menentukan alamat? dari memori program yang akan dibaca, dan melakukan proses baca data di memori. Data yang dibaca diinterprestasikan sebagai instruksi.? Alamat instruksi disimpan oleh mikrokontroler di register, yang dikenal sebagai program counter. Instruksi ini misalnya program aritmatika yang melibatkan 2 register.

AT89C51 memiliki sekumpulan instruksi yang sangat lengkap. Jika anda telah mempelajari bahasa assembly mikroprosesor keluarga intel (misal 8086), ada sedikit perbedaan dengan bahasa assembly di mikrokontroler. Instruksi MOV untuk byte dan bit dikelompokkan sesuai dengan mode pengalamatan (addressing modes). Mode pengalamatan menjelaskan bagaimana operand dioperasikan.Berikut penjelasan dari berbagai mode pengalamatan. Bentuk program assembly yang umum ialah sebagai berikut :

Label    mnemonic   operand1 operand2     komentar

(isi memori)??? (opcode)

4000 7430       MOV               A, #30H;kirim 30H ke akumulator A

Isi memori ialah bilangan heksadesimal yang dikenal oleh mikrokontroler kita, yang merupakan representasi dari bahasa assembly yang telah kita buat. Mnemonic atauopcode ialah kode yang akan melakukan aksi terhadap operand . Operand ialah data yang diproses oleh opcode. Sebuah opcode bisa membutuhkan 1 ,2 atau lebih operand, kadang juga tidak perlu operand. Sedangkan komentar dapat kita berikan dengan menggunakan tanda titik koma (;). Berikut contoh jumlah operand yang berbeda beda dalam suatu assembly.

CJNE R5,#22H, aksi ?;dibutuhkan 3 buah operand

MOVX @DPTR, A     ;dibutuhkan 2 buah operand

RL A                           ;1 buah operand

NOP                           ; tidak memerlukan operand

Program yang telah selesai kita buat dapat disimpan dengan ekstension .asm. Lalu kita buat program objek menggunakan program ASM51 yang dapat diperoleh secara gratis di internet. Berikut contoh mengkompile file tesppi.asm yang tersedia di dalam paket DT-51 menggunakan ASM51, yang akan menghasilkan file tesppi.hex dan tesppi.lst. File .hex inilah yang kita masukkan ke Flash PEROM mikrokontroler AT89C51 atau ke eksternal memori seperti AT28C64B menggunakan program downloader.

Mendownload Program ke Mikrokontroler

Jika telah selesai menulis program; simpan dgn ekstension.asm, lalu kompile degan ASM51( c:\asm51 lampu.asm, nanti jdnya lampu.hex, anda dapat mendowload file hex anda ke Minimum System mikrokontroler anda menggunakan file dt51l.exe (berbasiskan DOS) atau dt51lwin.exe (berbasiskan windows )atau ATMEL ISP PROGRAMMER sebagai berikut :

Gambar 4 DT-51 Windows Downloader v1.0

Mode Pengalamatan

Pengalamatan Langung

Pengalamatan langsung dilakukan dengan memberikan nilai ke suatu register secara langsung, Untuk melaksanakan hal tesersebut digunakan tanda #. Operand yang digunakan pada pengalamatan langsung /immediate data dapat berupa bilangan bertanda mulai 256 hingga +256.

Contoh :

MOV A,#25H              ;Isi akumulator dengan bilangan 25H

MOV DPTR, #20H    :isi register DPTR dengan bilangan 20H

MOV R1,10H :           ; isi register R1 dengan 10H

MOV A,#-1                 ; sama dengan MOV A,#0FFH

                                   ; karena 00H 1 menjadi FFH

Pengalamatan Tak Langung

Pada pengalamatan ini, operand menunjuk ke sebuah register yang berisi lokasi alamat memori yang akan digunakan dalam operasi. Untuk melaksanakan pengalamatan tak langsung digunakan symbol @. Pengalamatan jenis ini biasa digunakan untuk melakukan penulisan, pemindahan atau pembacaan beberapa data dalam lokasi memori.AT89C51 mempunyai sebuah register 16 bit (DPTR) yang dapat digunakan untuk melakukan pengalamatan tidak langsung.

Contoh :

ADD, A,R1      ;Tambahkan isi RAM yang lokasinya ditunjukkan oleh register R1

; ke akumulator

DEC @R1      ;Kurangi satu isi RAM yang alamatnya ditunjukkan oleh R1

MOVX, ADPTR, A     :Pindahkan isi dari akumulator ke memori luar yang

; lokasinya ditunjukkan oleh data pointer (DPTR)

Pengalamatan Data

Pengalamatan data terjadi pada sebuah perintah ketika nilai operasi merupakan alamat dari data yang akan diisi atau yang akan dipindahkan.

Contoh :

MOV P1,A                  ;isi P1 dari Akumulator

MOV P2,FFH                         ;isi P2 dengan nilai FFH

Pengalamatan Kode

Pengalamatan kode terjadi ketika operand merupakan alamat dari instruksi JUMP dan CALL. Berikut contoh ACALL yang memanggil label Tunda, sehingga akan melompat ke lokasi memori bernama Tunda.

Contoh :

ACALL Tunda

TUNDA:

                MOV A,#FEH

LOOP:           

            DJNZ A, LOOP

            RET

Pengalamatan Bit

Pengalamatan bit ialah penunjukkan alamat lokasi bit baik dalam RAM internal atau perangkat keras menggunakan symbol titik (.).

Contoh :

SETB P1.7     ; Set bit port 1.7 aktif

SETB TR1     : Set TR1 (Timer 1 aktif)

SETB RXD    ; memberikan logika 1 pada kaki RXD yang berada di port 3.0

Operator

Operator digunakan untuk melakukan aksi aritmatika, logika pergeseran bit dan lain-lainnya pada operand .Beberapa operator yang tersedia diantaranya :

      Operator Aritmatika

      * untuk perkalian

      / untuk pembagian

      + untuk penambahan

      - untuk pengurangan

Contoh : MOV A, #25H+3H ; sama dengan MOV A,#28H

      Operator Logika

      OR untuk poerasi OR

      AND untuk operasi AND

      XOR untuk operasi XOR

      EXOR untuk operasi EXOR

      NOT untuk operasi invert

Contoh :

MOV A, #20H OR 40H          ;sama dengan MOV A,#60H

MOV A,#10H AND 31H         ;sama dengan MOV A, 10H

      Operasi Khusus

      SHR 16 bit geser ke kanan

      SHL 16 bit geser ke kiri

      HIGH pilih bagian tas bit

      LOW pilih bagian bawah bit

      EQ = sama dengan

      NET <> tidak sama dengan

      Lt < lebih kecil

      LE <= lebih kecil atau sama dengan

      GT > lebih besar

      GE >= lebih besar atau sama dengan

Dimana perlu anda perhatikan prioritas dari operator sebagai berikut :

()

HIGH , LOW

Z*/, MOD, SHL , SHR

+, -

EQ, NE, LT, LE, GT, GE,=,<>,<,<=,>,>=

NOT

AND

OR, XOR

Pengarah Pilihan Segmen (Segment Selection Directives)

     Ada 5 buah pengarah pilihan segmen yaitu CSEG, BSEG , DSEG ISEG dan XSEG yang menunjukkan salah satu dari 5 buah area memori . Penjelasan dari masing-masing segmen sebagaiberikut :

   CSEG                           : untuk memilih lokasi memori program

   BSEG                           : untuk meilih lokasi memori yang dapat dialamati

                                   secara pengalamatan bit

   DSEG                           untuk memilih lokasi memori RAM Internal

   ISEG                            untuk memilih lokasi memori RAM Internal yang

                                   dialamati secara tak langsung

   XSEG                           untuk memilih lokasi memori eksternal

Mencoba Membuat Program

            Anda dapat mengetik program di mana saja seperti notepad, wordpad dan ALDS. ALDS ialah software yang dapat kita gunakan membuat program dan melacak kesalahan. Program pertama kita ialah Program yang menerima input dari port dan lalu menampilkan outputnya berlogika 1 atau 0 di port 1. Karena DT-51 menggunakan memori eksternal, maka dimulai dari alamat 4000H. Kode selanjutnya ialah membuat sebuah label dengan nama mulai, isi dari label tersebut ialah menerima data dari P2 lalu dikirim ke akumulator A menggunakan perintah MOV. Lalu datai di Akumulator di pindahkan ke P1 menggunakan fungsi MOV juga. Untuk terjadi perulangan terus menerus, kita menggunakan fungsi JMP untuk loncat ke label mulai.Program diakhiri menggunakan fungsi END. Untuk merancang program, sebaiknya dibua terlebih dahulu flowchart? yang kemudian dapat diterjemahkan ke dalam pseudocode.

Listing Program 1. Program menerima data dari port 2 lalu dikirim ke port 1 (tesio.asm)

$mod51

ORG 4000H                      ; menggunakan alamat awal EEPROM DT51

mulai:                                ; Label mulai

MOV A,P2                       ; Kirim Data pada Port 2 Ke Accumulator

     MOV P1,A                   ; Kirim Data pada Accumulator ke Port 1

JMP mulai                         ; Loncat Ke Label Mulai

END

Pastikan file mod51 berada di dalam folder yang sama dan kode tidak case sensitive. Anda dapat menggunakan saklar yang diberi tegangan 5 V dan ground untuk menghasilkan pulsa 1 atau 0 yang dihubungkan ke input port 2. Lalu port 1 dapat menggunakan LED. Atau anda juga dapat menggunakan Trainer Board dari Innovative Electronics sehingga tidak membuang waktu untuk merangkai rangkaian tersebut. Kompile program ini lalu masukkan ke kit DT-51 menggunakan dt51l.exe dalam mode dos atau dt51lwin.exe dalam mode windows.

Program berikut akan mengetes port 1 di DT-51 Minimum System. Output di port 1 akan berlogika 1 dan 0 secara bergantian. Untuk melihat hasil output, kita menggunakan delay agar perubahan logika di port tersebut dapat terlihat.

Listing Program 2 . Tes port 1 DT-51(tesport.asm)

$MOD51

$TITLE(TESPORT)

            CSEG

            ORG   4000H

            AJMP START

ORG 4100H

Delay: MOV    R2,#0FH

Del1:   MOV    R1,#0FFH

            DJNZ   R1,$

            DJNZ   R2,Del1

            RET

START: MOV  SP,#30H

XX:      MOV    P1,#0FFH ;semua pin di port 1 high

            ACALL Delay

            MOV    P1,#00H ; set low

            ACALL Delay

            AJMP   XX

END

Program diatas akan mengisi SP dengan 30H dan membuat P1 kelap - kelip . Untuk memanggil label Delay digunakan fungsi ACALL .

     Hanya dengan menggunakan 1 buah Mikrontroler, kita? dapat menghubungkannya dengan peralatan lainnya seperti sensor, lampu indicator, relay dan LCD. Jika port yang tesedia tidak memadai, biasanya kita menggunakan IC tambahan seperti PPI 8255 sebagai interface dengan rangkaian digital lainnya. Gambar 16.5 menampilkan model interfacing mikrokontroler yang umum, dimana 1 buah mikrokontroler mampu dihubungkan dengan berbagai devais.