Arsitektur Mikrokontroler AT89S51

Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perangkat Keras

2.1.1. Arsitektur Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontroler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar market need dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal dalam jumlah banyak sehingga harga menjadi lebih murah dibandingkan mikroprosesor. Perbandingan sederhana antara mikrokontroler dengan mikroprosesor adalah di dalam mikrokontroler telah terdapat prosesor dan flash memori sehingga tidak dibutuhkan lagi memori eksternal, sedangkan mikroprosesor di dalamnya hanya terdapat prosesor saja sehingga diperlukanlah memori eksternal tambahan. Perbandingan lain antara mikrokontroler dengan mikroprosesor adalah jumlah inputoutputnya IO. Pada mikrokontroler AT89S51 terdapat 4 buah port yakni dari port 0 sampai port 3. Masing - masing port terdiri dari 8 buah IO, jadi jumlah keseluruhan IO dari mikrokontroler AT89S51 ada 32 buah. Pada mikroprosesor Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 terdapat banyak IO, misalkan mikroprosesor intel pentium 4 yang memiliki 478 pin. Dari data diatas dapat dijelaskan bahwa jumlah IO mikroprosesor lebih banyak dari jumlah IO mikrokontroler. Selain menggunakan mikrokontroler sebagai pusat pengolahan data dan sistem minimum, terdapat rangkaian lain yakni rangkaian ADC Analog to Digital Converter yang berguna untuk mengubah besaran analog yang didapat dari sensor warna menjadi besaran digital yang dapat dikenali oleh mikrokontroler. Juga rangkaian display yakni dengan menggunakan tiga buah seven segmen agar dapat dikenali harga yang didapat dari ADC. Display ini dihubungkan ke port serial buffer dari mikrokontroler. Prinsipnya harga yang didapat dari ADC dimasukkan ke salah satu port mikrokontroler dan kemudian dikirim ke serial buffer. Gerbang logika adalah rangkaian yang menggunakan sinyal digital sebagai masukan dan keluarannya. Yang membuat rangkaian disebut sebagai gerbang adalah bahwa setiap keluaran tergantung sepenuhnya pada sinyal yang diberikan pada masukan-masukanya. Jika sinyal masukan ini berubah, keluaranya juga dapat berubah. Ada dua teknologi pembuatan gerbang rangkaian digital yang umum dipasaran, Pada dasarnya semua sistem digital disusun oleh hanya tiga buah gerbang logika dasar, gerbang –gerbang ini adalah AND,OR dan NOT. Beberapa Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 gerbang logika lainya seperti NAND, NOR, EXOR dan EXNOR adalah merupakan kombinasi dari beberapa gerbang AND, OR atau NOT dan dari gerbang inilah rangkaian kompleks apapun dapat dirancang. Gerbang AND mempunyai dua atau lebih sinyal masukan tetapi hanya satu sinyal keluaran Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 Gambar 2.1.1. Blok Diagram Fungsional AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 buah kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 8k2 Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 11,0592 MHz dan kapasitor 30 piko- Farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. ROM Read Only Memory yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program. RAM Random Access Memory isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Ada berbagai jenis ROM, untuk mikrokontroler dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara massal, program diisikan ke dalam ROM pada Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programable- Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM Ultra Violet Eraseable Programable ROM yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan, memori berkapasitas 128 byte sudah cukup. Sarana InputOutput IO yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur InputOutput. Jalur InputOutput paralel dikenal sebagai Port 1 P1.0..P1.7 dan Port 3 P3.0..P3.5 dan P3.7. AT89S51 dilengkapi UART Universal Asyncronous Receiver Transmitter yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara serial. Jalur untuk komunikasi data serial RXD dan TXD diletakkan berhimpitan dengan P3.0 dan P3.1 di kaki nomor 10 dan 11, sehingga kalau sarana inputouput yang bekerja menurut fungsi waktu, clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1. T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur inputouput parelel kalau T0 dan T1 terpakai. Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur inputoutput paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. Port 1 dan Port 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register SFR. Berikut ini merupakan spesifikasi dari IC AT89S51 : • Kompatibel dengan produk MCS-51. • 4 Kbyte In-System Reprogammable Flash Memory. • Daya tahan 1000 kali bacatulis. • Fully Static Operation : 0 Hz sampai 24 MHz. • Tiga level kunci memori program. • 128 x 8 bit RAM internal. • 32 jalur IO. • Tiga 16 bit TimerCounter. • Enam sumber interupt. • Jalur serial dengan UART. Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 Gambar 2.1.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51 Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 : • VCC Pin 40 Suplai tegangan 5 Volt. • GND Pin 20 Ground. • Port 0 Pin 39 – Pin 32 Port 0 dapat berfungsi sebagai IO biasa, low order multiplex addressdata ataupun penerima kode byte pada saat flash programming Pada fungsinya sebagai IO biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsinya sebagai low order multiplex addressdata, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash programming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program. • Port 1 Pin 1 – Pin 8 Port 1 berfungsi sebagai IO biasa, pada kaki ke 6, ke 7 dan ke 8 terdapat Mosi, Miso dan Sck sebagai masukan dari ISP Programmer yang terhubung ke Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 komputer. Tanpa adanya port ini maka mikrokontroler tidak dapat diprogram oleh ISP Programmer. • Port 2 Pin 21 – pin 28 Port 2 berfungsi sebagai IO biasa atau high order address, pada saat mengakses memori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink ke empat buah input TTL. • Port 3 Pin 10 – pin 17 Port 3 merupakan 8 bit port IO dua arah dengan internal pull up. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut Nama Pin Fungsi P3.0 Pin 10 RXD Port Input Serial P3.1 Pin 11 TXD Port Output Serial P3.2 Pin 12 INTO Interrupt 0 Eksternal P3.3 Pin 13 INT1 Interrupt 1 Eksternal P3.4 Pin 14 T0 Input Eksternal Timer 0 P3.5 Pin 15 T1 Input Eksternal Timer 1 P3.6 Pin 16 WR untuk menulis eksternal data memori P3.7 Pin 17 RD untuk membaca eksternal data memori Tabel 2.1. Konfigurasi Port 3 Mikrokontroler AT89S51 Aisyah Rangkuti : Rancang Bangun Rangkaian Handset Pengendali Pada Rumah Cerdas, 2007. USU Repository © 2009 • RST pin 9 Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. • ALEPROG pin 30 Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input program PROG selama memprogram Flash. • PSEN pin 29 Program store enable digunakan untuk mengakses memori program eksternal. • EA pin 31 Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem di- reset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal. Pada saat flash programming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt. • XTAL1 pin 19 Input untuk clock internal. • XTAL2 pin 18 Output dari osilator.

2.1.2 Pewaktu Timer 555