Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. 2.1.1. Jenis-Jenis Mikrokontroler Ada beberapa jenis mikrokontroler, diantaranya keluarga ATMEL atau MCS-51, AVR, dan PIC. Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri. Yaitu sebagai berikut.

1. Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur modern. Terdapat 3 macam atau jenis mikrokontroler AVR, yaitu •

TinyAVR

•

AVR atau Classic AVR, dan

•

megaAVR

Perbedaan jenis-jenis tersebut terletak dari fasilitas, atau lebih dikenal dengan fitur-fiturnya. Jenis TinyAVR merupakan mikrokontroler dengan jumlah pin yang terbatas (sedikit maksudnya)

dan sekaligus fitur-fiturnya juga terbatas dibandingkan yang megaAVR. Semua mikrokontroler AVR memiliki set instruksi (assembly) dan organisasi memori yang sama. Mikrokontroler Alv and Vegard’s Risc processor atau yang di singkat AVR merupakan mikrokontroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya di kemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. 2. Mikrokontroler MCS-51 Mikrokontroler MCS51 adalah Mikrokontroler yang paling popular saat ini. Keluarga ini diawali oleh Intel yang mengenalkan IC Mikrokontroler type 8051 pada awal tahun 1980-an, 8051 termasuk sederhana dan harganya murah sehingga banyak digemari, banyak pabrik IC besar lain .yang ikut memproduksinya, tentu saja masing-masing pabrik menambahkan kemampuan pada mikrokontroler buatannya meskipun semuanya masih dibuat berdasarkan 8051. Sampai kini sudah ada lebih 100 macam mikrokontroler turunan 8051, sehingga terbentuklah sebuah ‘keluarga besar mikrokontroler’ dan biasa disebut sebagai MCS51. 3. Mikrokontroler PIC Mikrokontroler PIC adalah salah satu jenis mikrokontroler yang diproduksi oleh microchip, inc. untuk mengontrol alat di sekeliling, sehingga mengurangi beban CPU utama. PIC 18F452, sama seperti CPU, memiliki fungsi kalkulasi dan memori serta dikendalikan oleh software. Bagaimanapun PIC memiliki kapasitas memori yang kecil. Frekuensi kerja maksimum clock untuk mikrokontroler PIC adalah sekitar 20 MHz dan kapasitas memori untuk mengisikan program adalah sekitar 1k sampai dengan 4k. Frekuensi clock dapat menentukan kecepatan membaca suatu program dan sebuah instruksi dieksekusi atau dijalankan.

Gambar 2.1. Bentuk fisik mikrokontroler PIC 18F452

2.1.2. Fitur – fitur PIC 18F452 Mikrokontroler PIC memiliki fitur – fitur antara lain : 1. Hanya memerlukan 75 set instruksi 2. Data berukuran 16 bit 3. Memiliki flash memori sebesar 16k yang dapat digunakan 100.000 kali baca tulis 4. Memiliki 1536 SRAM 5. 15 special function register 6. Memiliki EEPROM sebesar 256 7. Memiliki 18 interrupt 8. Wacthdog Timer (WDT) dengan internal osilator 9. Mode sleep 10. Memiliki lima port yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD dan PORTE 2.1.3. Fungsi – fungsi pin PIC18F452 Mikrokontroler PIC18F452 memiliki 40 pin, banyaknya port input – output yang dimiliki memungkinkan mikrokontroler berinteraksi dengan banyak pheriperal dari luar mikrokontroler.

Gambar 2.2. Susunan pin pada Mikrokontroler PIC18F452 dan PIC18F442 Nama Pin

Nomor

Tipe

Tipe

Deskripsi

Pin MCLR

1

Pin 1

Buffer ST

Master Clear (input) Reset, pin ini bersifat aktif low

VPP NC

1 -

OSCI

13

1 I

ST -

Tegangan Input Programming No Connection (pin ini seharusnya

ST

dibiarkan tidak terhubung) Osilator kristal input atau sumber clock eksternal

input.

ST

buffer

ketika

dikonfigurasikan dalam RC mode. Bisa juga sebagai CMOS CLKI

13

I

OSC2

14

O

CMOS

Sumber clock ekternal input. Selalu berasosiasi dengan pin OSCI Osiator kristal output. Terhubung ke kristal atau resonator dalam osilator kristal mode

CLKO

14

O

Sumber clock eksternal

RA6 14 RA0 – RA7 2-7

I/O I/O

TTL TTL

General purpose manager Digital input – output port A bit 0-7

RB0 – RB7

33-40

I/O

TTL

Digital input – output port B bit 0-7

RC0 – RC3

15-18

I/O

ST

Digital input – output port C bit 0-3

RC4 – RC7

23-26

I/O

ST

Digital input – output port C bit 4-7

RD0 – RD3 19-22

I/O

ST

Digital input – output port D bit0-3,

TTL

paraler slave port data

ST

Digital input – output port D bit 4-7,

TTL

paraler slave port data

RD4 – RD7 27-30

I/O

RE0 – RE2 8-10 I/O ST Catatan : TTL = TTL Compatible input

Digital input – output port E bit 0-2

ST = Schmitt Trigger input with CMOS levels O = Output CMOS = Compatible input or output I = Input Tabel 2.1. deskripsi pin PIC18F452

2.1.4. Arsitektur Mikrokontroler PIC18F452 Mikrokontroler PIC18F452 dibuat dengan teknologi CMOS (Clomplementary Metal Oxide Semikonduktor). Sehingga memerlukan daya yang relative kecil untuk dapat bekerja atau aktif. Dayanya cukup menggunakan catu daya sebesar 2V sampai 6V, sehingga cukup fleksibel dalam mengoperasikan mikrokontroler ini. Mikrokontroler PIC18F452 mengadopsi arsitektur komputer Harvard, yaitu arsitektur yang dikembangkan oleh Universitas Harvard sendiri. Pada arsitektur komputer Harvard bus data dan bus alamat dipisahkan, keuntungan arsitektur ini adalah tidak memerlukan banyak lokasi pada memori, cukup hanya satu lokasi. Untuk lebih jalasnya perhatikan blok diagram PIC18F452 berikut ini :

Gambar 2.3. Blok Diagram PIC18F452

2.1.5. Jenis – jenis Osilator

Mikrokontroler PIC18F452 dapat dioperasikan dengan delapan model osilasi berbeda. Pengguna dapat memogram tiga bit konfigurasi (FOSC2, FOSC1, FOSC0) untuk memilih salah satu dari delapan midel osilasi berikut adalah : 1. LP

: Low Power Crystal

2. XT

: Crystal/Resonator

3. HS

: High Speed Crystal/Resonator

4. HS+PLL

: High Speed Crystal/Resonator with PLL enable

5. RC

: Eksternal Resistor/Capasitor

6. RCIO

: Eksternal Resistor/Capasitor with Input-Output Pin Enable

7. EC

: Eksternal Clock

8. ECIO

: Eksternal Clock with Input-Output Pin Enable

Jenis osilator yang sering digunakan oleh para pengembang adalah osilator jenis kristal osilator atau keramik resonator dan RC osilator. 2.1.5.1. Kristal Osilator atau Keramik Resonator Pada model XT, LP, HS atau HS+TLL, sebuah kristal atau resonator dihubungkan ke pin OSC1 dan CLK1 untuk menghasilkan osilasi. Pada rangkaian berikut kita dapat mengetahui pemasangan kristal atau resonator pada pin mikrokontroler PIC18F452.

Gambar 2.4. Cara kerja Osilator Setiap osilator yang dipasangkan pada mikrokontroler harus dipasang menggunakan kapasitor oleh karena itu kita harus mengetahui kapasitor mana yang cocok dengan kapasitor yang kita pakai.

Tabel 2.2. Nilai – nilai Kapasitor yang Direkomendasikan Untuk Ceramic Resonator Nilai – nilai kapasitor yang direkomendasikan untuk nilai yang diujikan seperti dalam tabel. Semakin besar nilai kapasitansi, semakin stabil osilator, tapi juga menaikkan waktu startup. Sedangkan nilai kapasitor yang direkomendasikan untuk kristal adalah :

Tabel 2.3. Nilai Kapasitor yang Direkomendasikan untuk Kristal 2.1.5.2. Osilator RC Frekuensi osilator RC adalah penyedia tegangan, nilai resistor (Rext), nilai kapasitor (Cext) dan temperatur saat bekerja. Pada keadaan demikian, frekuensi osilator akan sangat bervariasi antara satu dengan yang lainnya pada variasi parameter – parameter pada proses normal. Lagipula, perbedaan nilai – nilai kapasitansi pin – pin mikrokontroler di atas mempengaruhi pula frekuensi osilasi, terutama untuk nilai Cext yang kecil. Gambar berikut ini menunjukkan bagaimana sebuah kombinasi R/C dihubungkan ke mikrokontroler PIC18F452.

Gambar 2.5. Model Osilator RC 2.1.6. Reset pada mikrokontroler PIC18F452 ada beberapa jenis reset, yaitu 1. Power – on Reset (POR) 2. MCLR ketika bekerja secara manual 3. MCLR ketika dalam mode SLEEP 4. WDT Reset (dalam keadaan normal) 5. Programmable Brown – Out Reset (BOR) 6. Instruksi Reset 7. Stack Full Reset 8. Stack Underflow Reset Gambar berikut menunjukkan sebuah blok diagram yang disederhanakan dari rangkaian reset dalam chip. Bagian MCLR mempunyai penyaring (filter) suara untuk mengabaikan pulsa – pulsa kecil. Spesifikasi elektrik menyatakan lebar pulsa yang dibutuhkan untuk pin MCLR.

Gambar 2.5. Blok Diagram dari Reset di dalam Chip yang Disederhanakan Beberapa register tidak terpengaruh pada kondisi reset apapun. Status mereka tidak diketahui ketika model reset POR dan tidak dapat diubah nilainya ketika model reset yang lainya. Kebanyakan register lainnya berubah dalam keadaan reset pada saat keadaan reset POR, MCLR atau WDT pada saat keadaan normal dan pada MCLR ketika SLEEP. Mereka tidak dipengaruhi oleh reset WDT ketika SLEEP, selama reset dipandang sebagai operasi normal. Tabel 2.4 berikut memberikan uraian kondisi reset untuk program counter (PC) dan status register. Kondisi Power-On Reset MCLR dalam keadaan normal MCLR dalam keadaan SLEEP WDT Reset WDT Wake-up Interupt Wake-up from SLEEP

Program Counter 000h 000h 000h 000h PC+1 PC+1

Status Register 0001 1xxx 000u uuuu 0001 uuuu 0000 1uuu uuu0 0uuu uuu1 0uuu

Tabel 2.4. Kondisi Reset untuk Program Counter dan Status Register Ket

: u = tidak dapat diubah nilainya : x = tidak diketahui nilainya

2.1.7. Interupt (Sela) Mikrokontroler PIC18F452 memiliki banyak sumber interupt (sela) diantaranya adalah : 1. Sela dari luar (Eksternal Interupt) 2. TM RO Overflow Interupt 3. Sela – sela port B 4. Data EEPROM write complete interupt Register pengontrol sela (INTCON) merekam permintaan – permintaan sela perorangan pada bit – bit flag. Register pun berisi bit pengaktif sela individu dan keseluruhan. Bit pengaktif interupsi global, mengaktifkan semua interupsi yang tak bertanda atau menonaktifkan semua interupsi yang ada. Interupsi satuan (individu) dapat dinonaktifkan melalui bit pengaktif yang sesuai dengannya pada register INTCON. Flag dari pin interupt RB0/INT, interupt perubahan port RB, dan interupt TM0 overflow terdapat juga di dalam register INTCON. Ketika suatu interupsi menjawab, bit GIE dibersihkan untuk menonaktifkan semua sela/INT, alamat return dimasukkan ke dalam stack dan PC (Program Counter) berisi 0008h. Untuk interupsi dari luar, seperti pin RB0/INT atau sela perubahan port B, pengeksekusian sela akan menjadi tiga atau empat putaran instruksi.

Gambar 2.6. Logika Interupt