Real Time Clock

A. REAL TIME CLOCK Real Time Clock merupakan suatu chip (IC) yang memiliki fungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. Ada dua buah jenis IC RTC yaitu: 1. DS1307 merupakanReal-time clock (RTC) menggunakan jalur data parallel

yang dapat meyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga 2100. 56-byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk penyimpanan; 2. DS12C887 menggunakan jalur data seri

yang memiliki register yg dapat

menyimpan data detik, menit, jam, tanggal, bulan dan tahun. RTC ini memiliki 128 lokasi RAM yang terdiri dari 15 byte untuk data waktu serta kontrol, dan 113 byte sebagai RAM umum.RTC DS 12C887 menggunakan bus yang termultipleks untuk menghemat pin. Timing yang digunakan untuk mengakses RTC dapat menggunakan intel timing atau motorola timing. RTC ini juga dilengkapi dengan pin IRQ untuk kemudahan dalam proses.

1.1. RTC parallel (DS1307) DS1307 merupakan Real-time clock (RTC) dengan jalur data parallel yang memiliki Antarmuka serial Two-wire (I2C), Sinyal luaran gelombang-kotak terprogram (Programmable squarewave), Deteksi otomatis kegagalan-daya (powerfail) dan rangkaian switch, Konsumsi daya kurang dari 500nA menggunakn mode baterei cadangan dengan operasional osilator. Tersedia fitur industri dengan ketahana suhu: -40°C hingga +85°C. Tersedia dalam kemasa 8-pin DIP atau SOIC

Sedangkan daftar pin DS1307: VCC - Primary Power Supply X1, X2 - 32.768kHz Crystal Connection VBAT - +3V Battery Input GND - Ground SDA - Serial Data SCL - Serial Clock SQW/OUT - Square Wave/Output Driver Gambar diagram PIN:

Untuk masing-masing pin akan di jelaskan sebagai berikut: 1. X1 Merupakan pin yang digunakan untuk dihubungkan dengan 2. X2

Berfungsi sebagai keluaran/ output dari crystal yang digunakan. Trhubung juga dengan X1 3. VBAT

Merupakan backup supply untuk seril RTC dalam menjalankan fungsi waktu dan tanggal. Besarnya adalah 3V dengan menggunakan jenis Lithium Cell atau sumber energy lain. Jika pin ini tidak di gunakan maka harus terhubung dengan Ground. Sumber teganggan dengan 48mAH atau lebih besar dapat digunakan sebagai cadangan energy sampai lebih dar 10 tahun, namun dengan persyaratan untuk pengoprasian dalam suhu 25°C. 4. GND Berfungsi sebagai Ground 5. SDA Barfungsi sebagai masukan / keluaran (I/O) untuk I2C serial interface. Pin ini bersifat open drain, oleh sebab itu membutuhkan eksternal pull up resistor. 6. SCL Berfungsi sebagai clock untuk input ke I2C dan digunakan untuk mensinkronisasipergerakan data dalam serial interface. bersifat open drain, oleh sebab itu membutuhkan eksternal pull up resistor. 7. SWQ/OUT Sebagai square wafe / Output Driver . jika di aktifkan, maka akan menjadi 4 frekuensi gelombang kotak yaitu 1 Hz, 4kHz, 8kHz, 32kHz sifat dari pin ini sama dengan sifat pin SDA dan SCL sehingga membutuhkan eksternal pull up resistor. Dapat dioprasikan dengan VCC maupun dengan VBAT.

8. VCC Merupakan sumber tegangan utama. Jika sumber tegangan terhubung dengan baik, maka pengaksesan data dan pembacaan data dapat dilakukan dengan baik. Namun jika backup supply terhubung juga dengan VCC, namun besar VCC di bawah VTP, maka pengaksesan data tidak dapat dilakukan.

1.2 RTC SERI DS12C887

DS12C887 mempunyai 14 buah register yang terdiri dari 4 Register Kontrol dan 10 Register Data. Register Data sendiri terpisah menjadi register waktu dan Register Alarm sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1. Setelah Register-register Kontrol diinisialisasi, maka data waktu ataupun alarm dapat dibaca atau ditulisi dengan cara mengakses register-register data yang bersangkutan.

Gambar 1. Pemetaan alamat pada RTC DS12C887 a. Register-register Kontrol DS12C887 memiliki empat register kontrol yang bisa diakses sepanjang waktu, meskipun selama siklus pembaharuan (update cycle).

UIP : Bit ini digunakan untuk memantau Flag Update In Progress (UIP). Jika bit ini bernilai 1, maka Update Transfer akan segera muncul, namun bila bit ini bernilai 0, maka Update transfer hanya akan muncul setelah 244 uDetik kemudian. DV0, DV1, DV2 : Ketiga bit ini berfungsi untuk mengatur osilator ON atau OFF, dan me-RESET hitung mundur. Kofigurasi 010 digunakan untuk mengatur osilator ON, konfigurasi 11x digunakan untuk mengatur agar perhitungan mundur ditahan. RS0, RS1, RS2 dan RS3 : Bit-bit ini digunakan untuk memilih 15 tingkat pembagi frekwensi yang dapat digunakan untuk membangkitkan sinyal luaran pada pin SQW atau Interupsi periodik. Tabel berikut menunjukkan berbagai macam kemungkinan frekuensi luaran SQW dan laju Interupsi Peiodik berdasar nilai-nilai RS0, RS1, RS2, dan RS3.

SET : Apabila bit ini bernilai 0, maka register data dapat diupdate setiap detiknya, namun apabila bit ini bernilai 1, maka register data tidak dapat diupdate. Bit ini tidak akan berpengaruh terhadap kondisi RESET.

PIE : Periodic Interrupt Enable, merupakan sebuah bit baca/tulis yang membolehkan bit PF atau Periodic Interrupt Flag pada Register C meng-nol-kan pin luaran IRQ. Jika PIE = 1, maka interupsi periodik akan dihasilkan dengan meng-nolkan pin luaran IRQ dengan laju yang ditentukan oleh RS0 s/d RS2 (lihat penjelasan sebelumnya). AIE : Alarm Interrupt Enable, bit yang membuat bit Alarm Flag dapat membangkitkan kondisi LOW pada pin IRQ. Kondisi RESET akan mengubah bit ini menjadi clear atau bernilai 0. UIE : Update Ended Interrupt Enable, bit yang membuat bit Update End Flag (UF) dapat membangkitkan kondisi LOW pada pin IRQ. Kondisi RESET atau logika 1 pada bit SET akan membuat bit ini berubah menjadi clear (bernilai 0). SQWE : Apabila bit ini bernilai 1, maka gelombang kotak dengan frekwensi yang ditentukan oleh pembagi frekwensi pada RS0 s/d RS3 akan dihasilakn melalui pin SQW. DM : DM = 1 untuk mode binary dan DM = 0 untuk data BCD pada Register Data. 24/12: Apabila bit ini bernilai 1, maka waktu berjalan berdasarkan 24 jam dan sebaliknya bila bit ini bernilai 0, maka waktu berjalan berdasarkan 12 jam. DSE : Daylight Saving Enable, apabila bit ini bernilai 1, maka akan terjadi proses update pada saat 1:59:59 AM menjadi 3:00:00 AM pada Hari Minggu pertama bulan April dan saat 1:59:59 AM menjadi 1:00:00 AM pada Hari Minggu terakhir Bulan Oktober.

IRQF : Interrupt Request Flag, bit ini akan bernilai 1 apabila salah satu dari bit PF, AF dan UF juga bernilai 1. PF : Periodic Interrupt Flag, bit ini akan bernilai 1 secara periodik (tergantung bit RS0 s/d RS3). Apabila bit PIE aktif, maka kondisi SET pada bit PF akan membangkitkan kondisi LOW pada pin IRQ. Bit ini akan bernilai 0 saat pembacaan pada Register C atau kondisi RESET. AF : Alarm Interrupt Flag, bit ini akan bernilai 1 saat waktu sekarang cocok dengan waktu yang diatur pada alarm. Apabila bit AIE aktif, maka kondisi SET pada bit AF akan membangkitkan kondisi LOW pada pin IRQ. Bit ini akan bernilai 0 saat pembacaan pada Register C atau kondisi RESET. UF: Update Ended Interrupt Flag, bit ini siklus update. Apabila bit UIE aktif maka kondisi SET pada bit ini akan membangkitkan kondisi LOW pada pin IRQ. Bit ini akan bernilai 0 (Clear) saat pembacaan pada Register C atau kondisi RESET

VRT: Bit The Valid RAM and Time ini merupakan indikator kondisi baterai yang terhubungkan ke pin Vbat. Bit ini tidak bisa ditulisi, dan seharusnya bernilai 1 terus saat dibaca. Jika terjadi nilai 0, artinya terjadi pelemahan arus/tegangan pada baterai, dan simpanan data RTC dan RAM menjadi dipertanyakan. Bit ini tidak dipengaruhi RESET.

Berikut ini gambar pin-pin dari RTC DS 12C887, jumlah total pin-nya sebanyak 13 buah :

Gambar 1 Pin RTC DS 12C887

Gambar 2 Diagram Blok DS12C887 Terlihat dari diagram blok tersebut bawhwa RTC terbagi menjadi beberapa bagian utama dengan kontrol maupun I/O untuk operasinya. Berikut ini keterangan dari fungsi masing-masing pin

AD0-AD7 - Multiplexed Address/Data Bus NC - No Connect (tidak dihubungkan kemana-mana) MOT - Pemilih tipe bus CS - Masukan RTC Chip Select AS - Address Strobe (ALE) R/W - Masukan Read/Write DS - Data Strobe RESET - Masukan Reset IRQ - Luaran Permintaan Interupsi SQW - Luaran Gelombang Kotak VCC - +5 Volt Main Supply GND - Ground Penjelasan singkat dari masing-masing pin RTC DS12C887 sebagai berikut : AD0 - AD7 (Adrress/Data bus yang ter-multipleks dan dwi-arah) Bus yang ter-multipleks akan menghemat penggunaan pin karena informasi alamat dan data menggunakan jalur sinyal yang sama. Siklus bus pertama digunakan untuk jalur alamat, dan siklus bus kedua digunakan untuk jalur data (bergantian antara alamat dan data). Intinya, kirim alamat melalui AD0-AD7 kemudian lakukan penguncian alamat menggunakan siklus 0-1-0 pada AS/ALE, kemudian dilanjutkan dengan proses pembacaan atau penulisan data ke alamat tersebut. RTC menghasilkan luaran 8 bit data pada saat pin DS dan RD diberi pulsa. Bus akan menjadi berimpedansi tinggi saat pulsa LOW diberikan pada pin DS (motorola) atau pulsa HIGH diberikan pada pin RD (intel).

MOT (Mode Select) Pin MOT memberikan kebebasan untuk memilih dua tipe bus. Ketika pin ini dihubungkan dengan VCC, maka pewaktuan bus Motorolla yang dipilih, sedangkan ketika dihubungkan ke ground atau dibiarkan (tak dihubungkan) maka pewaktuan bus Intel yang dipilih. Pin ini memiliki pull down internal sekitar 20 kOhm. CS (Chip Select Input) Intinya, CS digunakan untuk aktivasi IC RTC DS12C887, Anda bisa menghubungkan CS ke GND supaya selalu aktif, atau bisa melalui salah satu pin dari mikrokontroler yang digunakan, jika ada beberapa piranti pada modul aplikasi Anda, sehingga kita bisa melakukan aktivasi secara manual di dalam program. Saat Vcc berada dibawah 4.25 volt, maka DS12C887, secara internal, akan menahan akses siklus bus dengan cara menon-aktifkan masukan CS. Aksi ini akan melindungi data jam real time dan isi dari RAM selama terjadi gangguan tegangan. AS (Address Strobe) Perubahan dari 0 ke 1 pada AS digunakan untuk menghapus alamat sebelumnya. Sedangkan perubahan dari 1 ke 0 akan menyebabkan jalur AD0-AD7 dianggap sebagai alamat memori DS12C887. Perintah akses (apakah baca atau tulis) harus dikirim bersamaan dengan proses ini. R/W (Read/Write Input) Pin R/W memiliki 2 mode operasi. MOT dihubungkan ke Vcc, Pewaktuan bus Motorola R/W=HIGH dan DS=HIGH, maka terjadi siklus baca. R/W=LOW dan DS=HIGH, maka terjadi siklus tulis.

MOT dihubungkan ke GND, Pewaktuan Bus Intel R/W aktif LOW, diberi nama WR = WE (write enable) pada RAM-RAM umum. DS (Data Strobe atau Masukan Baca) Pin DS/RD memiliki 2 mode operasi. MOT dihubungkan ke Vcc, Pewaktuan bus Motorola DS digunakan sebagai Data strobe, Berkaitan dengan proses baca/tulis MOT dihubungkan ke GND, Pewaktuan Bus Intel DS/RD aktif LOW sebagai pin RD sama seperti pada RAM-RAM umum RESET (Reset Input) Pin RESET tidak berpengaruh terhadap jam, kalender atau RAM. Pada saat penyalaan RTC, pin RESET dapat dijaga LOW untuk beberapa saat untuk menstabilkan catu daya. Lamanya waktu pin RESET diberikan low tergantung dari aplikasi yang digunakan. Akan tetapi jika reset digunakan saat power up (penyalaan), waktu RESET dijaga low harus melebihi 200 ms untuk meyakinkan bahwa timer internal dari RTC untuk penyalaan telah cukup. IRQ (Interrupt Request Output) Pin IRQ adalah keluaran active low dari RTC 12C887 yang digunakan sebagai masukan interupsi pada prosessor. Keluaran IRQ tetap low selama selama bit status menyebabkan interupsi terjadi dan bit yang berhubungan yaitu interrupt-enable di-set. Untuk menghapus interupsi biasanya dilakukan dengan membaca register C. Pin RESET juga menghapus interupsi yang dilakukan atau yang belum terjadi (pending). Ketika tidak terjadi interupt maka level IRQ berada pada kondisi high impedance.

Beberapa peralatan interupsi dapat dihubungkan dengan IRQ bus. Bus IRQ adalah keluaran open drain dan memerlukan tambahan resistor pull-up.

SQW (Square Wave Output) Pin SQW dapat mengeluarkan sinyal kotak, dari satu sampai 13 pembagian yang disediakan oleh 15 buah tingkat pembagi (divider) internal dari RTC. Frekuensi dari SQW dapat dipilih dengan memprogram register A seperti pada tabel. Sinyal SQW dapat dihidupkan dan dimatikan dengan mengatur bit SQWE pada register B. Sinyal SQW tidak hidup ketika VCC dibawah 4,25 volt. GND, Vcc Merupakan pin untuk atu daya RTC. Vcc diberikan input +5volt. Ketika tegangan 5 volt diberikan dalam batas yang normal, RTC bebas diakses dan data dapat ditulis atau dibaca. Sedangkan ketika Vcc dibawah 4.25 volt, maka proses baca dan tulis tidak dapat dilakukan. Akan tetapi, proses pewaktu (timekeeping) tetap dilakukan oleh RTC tanpa dipengaruhi oleh tegangan masukan yang rendah. Saat Vcc turun dibawah 3 volt, catu daya untuk RAM dan pewaktu dipindahkan ke internal lithium batery yang terdapat pada RTC. Fungsi pewaktu dari RTC memiliki akurasi ± 1 menit per bulan pada suhu 250 C walaupun tanpa adanya catu pada Vcc.

APLIKASI Contoh Rangkaian ke mikrokontroler AT89 (plus rangkaian komunikasi serial):

Dan sekarang ke contoh program, sengaja saya gunakan bahasa tingkat tinggi BASIC, karena rumitnya protokol komunikasi I2C jika diimplementasikan menggunakan bahasa Assembly. Baik…. Tujuannya adalah sistem menanggapi perintah “t” untuk menampilkan informasi jam, dan “d” untuk menampilkan informasi

tanggal

melalui

terminal

serial

komputer

HyperTerminal atau lain yang sejenisnya). Okey, let’s get started… KIta awali dengan beberapa definisi atau inisialisasi program… $regfile = "89s8252.dat" $crystal = 11059200 $baud = 9600 Keterangan:

(bisa

menggunakan

$regfile digunakan untuk mendefinisikan mikrokontroler yang digunakan, yaitu 89s8252; $crystal kita gunakan untuk mendefinisikan frekuensi kristal yang terpasang pada rangkaian kita, dan ini penting banget soalnya akan menentukan proses kompilasi perintah-perintah I2C yang terkait. Jika Anda salah menuliskan angkanya atau angka yang ditulis tidak sama dengan kristal yang terpasang di rangkaian; $baud digunakan untuk menentukan kecepatan komunikasi serial, yaitu 9600 bps, Anda bisa mengubah untuk kecepatan yang lain. Selanjutnya, kita definisikan beberapa variabel untuk kebutuhan pemrograman: Dim Reg_sec As Byte , Reg_min As Byte , Reg_hour As Byte Dim Num_hour As Byte , Num_min As Byte , Num_sec As Byte Dim Reg_date As Byte , Reg_month As Byte , Reg_year As Byte Dim Num_date As Byte , Num_month As Byte , Num_year As Byte Dim Masuk As String * 1 Keterangan: Reg_sec, Reg_min, dan Reg_hour merupakan variabel-variabel 8-bit atau 1 byte yang digunakan untuk menyimpan hasil pembacaan RTC DS1307 yang masingmasing untuk data detik, menit dan jam; Reg_date, Reg_month, dan Reg_year merupakan variabel-variabel 8-bit atau 1 byte yang digunakan untuk menyimpan hasil pembacaan RTC DS1307 yang masingmasing untuk data tanggal, bulan dan tahun; Num_sec, Num_min, dan Num_hour merupakan variabel-variabel 8-bit atau 1 byte yang digunakan untuk menyimpan hasil konversi BCD (pembacaan RTC) ke desimal,

yang akan dikirim melalui komunikasi serial, masing-masing untuk detik, menit, dan jam; Num_date, Num_month, dan Num_year merupakan variabel-variabel 8-bit atau 1 byte yang digunakan untuk menyimpan hasil konversi BCD (pembacaan RTC) ke desimal, yang akan dikirim melalui komunikasi serial, masing-masing untuk tanggal, bulan, dan tahun; Masuk sebagai variabel untuk menyimpan sebuah karakter (string * 1) kiriman dari port serial, yang diterjemahkan hanya “t” dan “d”, masing-masing untuk perintah baca jam dan baca tanggal. Langkah berikutnya adalah mendefinisikan jalur atau pin dari mikrokontroler ke RTC-nya (DS1307): '-----------------------------------------' konfigurasi bus I2C Config Scl = P2.0 ' jalur untuk clock I2C Config Sda = P2.1 ' jalur untuk data I2C '------------------------------------------Keterangan: Hanya 2 kabel utama (selain menyamakan GND - ground) yang digunakan untuk komunikasi dengan mikrokontroler, yaitu SCL dan SDA (perhatikan diagram pinnya);

SCL (serial clock) dihubungkan dengan P2.0, sedangkan SDA (serial data) dihubungkan dengan P2.1. Kemudian kita definisikan beberapa konstanta yang berkaitan dengan alamat-alamat register di dalam DS1307 (silahkan merujuk datasheet DS1307 (PDF): ' perintah penulisan Const Ds1307w = &HD0 ' perintah pembacaan Const Ds1307r = &HD1 ' alamat register DS1307 yg berhubungan dengan jam Const Sec_addmap = &H00 Const Min_addmap = &H01 Const Hour_addmap = &H02 ' alamat register DS1307 yg berhubungan dengan tanggal Const Date_addmap = &H04 Const Month_addmap = &H05 Const Year_addmap = &H06 Keterangan: Instruksi atau perintah yang digunakan untuk penulisan data ke RTC DS1307 adalah D0h, sedangkan untuk pembacaan D1h, masing-masing disimpan ke dalam variabel DS1307w dan DS1307r; Alamat-alamat yang berhubungan dengan jam untuk detik, menit dan jam, masingmasing di 00h, 01h dan 02h;

Alamat-alamat yang berhubungan dengan jam untuk tanggal, bulan dan tahun, masing-masing di 04h, 05h dan 06h. Program utamanya melakukan menunggu masukan port serial, semua karakter diterima, tetapi hanya huruf “t” (huruf kecil), dan “d” diterjemahkan masing-masing untuk “baca jam”, dan “baca tanggal”. Selain kedua perintah tersebut, mikrokontroler akan mengirimkan “er” sebagai tanda salah kirim perintah. Selain itu akan dikirim data jam atau tanggal, perhatikan potongan program utamanya berikut ini (pengulangan menggunakan DO LOOP, penerjemahan menggunakan SELECT CASE): Do Input Masuk Select Case Masuk Case "t" : Call Read_time Print Num_hour ; ":" ; Num_min ; ":" ; Num_sec Case "d" : Call Read_date Print Num_date ; "/" ; Num_month ; "/" ; Num_year Case Else Print "er" End Select Loop End Perhatikan pada program utama. Terdapat dua subrutin: (1) Read_time digunakan untuk membaca data dan (2) Read_date untuk membaca tanggal…

'-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= Sub Read_time '-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= ' Read Clock Data I2CStart ' Generate start I2CWbyte Ds1307w ' Slave address I2CWbyte Sec_addmap ' Address of SECONDS REG I2Cstop ' Generate Stop I2Cstart ' Repeated start I2CWbyte Ds1307r ' Slave address (read) I2CRbyte Reg_sec , Ack I2CRbyte Reg_min , Ack I2CRbyte Reg_hour , Nack I2CStop ' Generate Stop ' reg_hour.6 =1(12 hrmode), if =0 (24 hourmode) If Reg_hour.6 = 1 Then

Reg_hour = Reg_hour And &B00011111 Else Reg_hour = Reg_hour And &B00111111 End If '=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=' Reg_hour = Reg_hour And &B00111111 ' remove 12/24 and am/pm bits ' set numeric variables Num_hour = Makedec(reg_hour) Num_min = Makedec(reg_min) Num_sec = Makedec(reg_sec) End Sub Keterangan: Ini merupakan subrutin Read_time yang digunakan untuk membaca jam; Proses pembacaan jam dan tanggal pada dasarnya sama saja, diawali dengan (lihat listing programnya) inisialisasi I2Start, kemudian dilanjutkan dengan I2CWByte DS1307w (menuliskan perintah atau instruksi); Kemudian diikuti dengan menuliskan alamat register detiknya: I2CWByte Sec_addmap dan dihentikan dengan I2CStop; Langkah selanjutnya adalah mulai membaca dari data detik, diawali dengan I2Cstart (lagi, awal pembacaan data) kemudan perintah membaca dikirimkan ke RTC menggunakan instruksi I2CWbyte DS1307r;

Kemudian baru data detik, menit dan jam-nya dibaca berturut-turut menggunakan perintah I2CRbyte Reg_sec, Ack untukmembaca data detik, Ack digunakan untuk indikator masih ada data yang lain perlu dibaca (kebalikannya adalah NAck). Dan berturut-turut membaca data menit (I2CRbyte Reg_min, Ack), dan detik (I2CRbyte Reg_hour, NAck), NAck artinya tidak ada lagi data yang perlu dibaca, jangan lupa di-stop; Untuk proses normalisasi terhadap mode jam, apakah mode 12 jam atau 24 jam, digunakan pengecekan pada bit-6 di Reg_hour; Langkah terakhir adalah merubah hasil pembacaan yang masih dalam format BCD ke decimal melalui instruksi Makedec(); Untuk subrutin baca data tanggal sebagai berikut: '-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= Sub Read_date '-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= ' Read Clock Data I2cstart ' Generate start I2cwbyte Ds1307w ' Slave address I2cwbyte Date_addmap ' Address of SECONDS REG I2cstop ' Generate Stop

I2cstart ' Repeated start I2cwbyte Ds1307r ' Slave address (read) I2crbyte Reg_date , Ack I2crbyte Reg_month , Ack I2crbyte Reg_year , Nack I2cstop ' Generate Stop ' set numeric variables Num_date = Makedec(reg_date) Num_month = Makedec(reg_month) Num_year = Makedec(reg_year) End Sub Contoh tampilan running program di mikrokontroler, perhatikan hanya “t” dan “d” saja yang diterjemahkan, perintah atau huruf lain ditanggapi dengan “er”: