Chapter II

6
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 PERANGKAT KERAS
2.1.1
Arsitektur Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler 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 yang banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan
mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontelor hadir untuk memenuhi selera
industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan
yang lebih canggih.
Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam
penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang
saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan
suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan
jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini
ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC
yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang
bersangkutan.
Universitas Sumatera Utara
7
Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam
bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan system telemetri. Misalnya :
Pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman
jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar
dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya.
Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data
sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu
bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam
program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya),
mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan
lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer
perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna
disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan perangkat kerasnya
disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler,
perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan
dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih
besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk
register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
Universitas Sumatera Utara
8
2.1.2
Kontruksi AT89S51
Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1
kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 10 Kilo Ohm
dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini
AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan
frekuensi maksimum 24 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.
Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan
catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori
penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori progam.
Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu
daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai
untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah
baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC
mikrokontroler dicetak di pabrik IC.
Untuk keperluan tertentu mikrokontroler
mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang
disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra
Universitas Sumatera Utara
9
Violet Eraseable Progamble 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 kapasitas itu sudah
cukup.
Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan berpariasi. AT89S51
mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1
(P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7).
Gambar 2.1.2 IC Mikrokontroler AT89S51
Universitas Sumatera Utara
10
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 :
VCC (Pin 40)
Supply tegangan
GND (Pin 20)
Ground
Port 0 (Pin 39-Pin 32)
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun
penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai I/O 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 fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai
internal pull up.
Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat
verifikasi program.
Port 2 (Pin 21 – pin 28)
Port 2 berfungsi sebagai I/O 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 keempat buah input TTL.
Universitas Sumatera Utara
11
Port 3 (Pin 10 – pin 17)
Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga
mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :
Nama pin
P3.0 (pin 10)
P3.1 (pin 11)
P3.2 (pin 12)
P3.3 (pin 13)
P3.4 (pin 14)
P3.5 (pin 15)
P3.6 (pin 16)
P3.7 (pin 17)
Fungsi
RXD (Port input serial)
TXD (Port output serial)
INTO (interrupt 0 eksternal)
INT1 (interrupt 1 eksternal)
T0 (input eksternal timer 0)
T1 (input eksternal timer 1)
WR (menulis untuk eksternal data memori)
RD (untuk membaca eksternal data memori)
RST (pin 9)
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
ALE/PROG (pin 30)
Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat
selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG)
selama memprogam Flash.
PSEN (pin 29)
Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal.
Universitas Sumatera Utara
12
EA (pin 31)
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan
menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika
kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada
memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12
Volt.
XTAL1 (pin 19)
Input untuk clock internal.
XTAL2 (pin 18)
Output dari osilator.
2.2 PERANGKAT LUNAK
2.2.1
Bahasa Assembly MCS-51
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah
bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa
ini hanya ada 51 instruksi. Dari 51 instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10
instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :
Universitas Sumatera Utara
13
1. Instruksi MOV
Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register
tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.
Contoh pengisian nilai secara langsung
MOV R0,#20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).
Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.
Contoh pengisian nilai secara tidak langsung
MOV 20h,#80h
...........
............
MOV R0,20h
Perintah di atas
berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20
Heksadesimal ke register 0 (R0).
Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah
alamat.
2. Instruksi DJNZ
Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk
mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil
pengurangannya belum nol. Contoh ,
MOV R0,#80h
Loop: ...........
............
DJNZ R0,Loop
............
Universitas Sumatera Utara
14
R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan
meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL
Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :
.............
ACALL TUNDA
.............
TUNDA:
................
4. Instruksi RET
Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin
pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh,
ACALL TUNDA
.............
TUNDA:
.................
RET
5. Instruksi JMP
(Jump)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh,
Loop:
.................
..............
JMP Loop
Universitas Sumatera Utara
15
6. Instruksi JB
(Jump if bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang
dimaksud berlogika high (1). Contoh,
Loop:
JB P1.0,Loop
.................
7. Instruksi JNB
(Jump if Not bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang
dimaksud berlogika Low (0). Contoh,
Loop:
JNB P1.0,Loop
.................
8. Instruksi CJNZ
(Compare Jump If Not Equal)
Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register
dengan suatu nilai tertentu. Contoh,
Loop:
................
CJNE R0,#20h,Loop
................
Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin
Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan
instruksi selanjutnya..
Universitas Sumatera Utara
16
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang
dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h
R0 = 20h
................
DEC R0
R0 = R0 – 1
.............
10. Instruksi INC (Increament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang
dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h
R0 = 20h
................
INC R0
R0 = R0 + 1
.............
11. Dan lain sebagainya
Universitas Sumatera Utara
17
2.2.2
Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah
editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya seperti di bawah
ini.
Gambar 2.2.2 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (dicompile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika
masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan
dalam penulisan
perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu
sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke
dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an.
Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara
18
2.2.3
Software Downloader
Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroller digunakan
software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet.
Tampilannya seperti gambar di bawah ini
Gambar 2.2.3 ISP- Flash Programmer 3.a
Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk mengambil
file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write untuk
mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara