Interfacing. Materi 4: Serial Communications. Disusun Oleh: I Nyoman Kusuma Wardana

Transkripsi

1 Interfacing Materi 4: Serial Communications Disusun Oleh: I Nyoman Kusuma Wardana

2 Outline Serial Communication Overview Asynchronous vs Synchronous RS232 AVR Serial Port Programming Workshop Kusuma Wardana - Interfacing

3 Serial Communications Kusuma Wardana - Interfacing

4 Serial Communications Mikrokontroler sering melakukan pertukaran data dgn periperal Data dpt dikirim dgn cara: 1. Paralel 2. Serial Kusuma Wardana - Interfacing

5 Serial Communications Paralel keseluruhan byte data dikirim scr simultan dikirim dr transmitter ke receiver Paralel bersifat efisien namun boros jalur/kabel: membutuhkan tambahan biaya D0 Transmitter Receiver D7 Komunikasi Paralel Kusuma Wardana - Interfacing

6 Serial Communications Komunikasi serial data byte dikirim berupa single bit dalam waktu tertentu Transmitter Receiver Komunikasi Serial Segera setelah 8 bit diterima oleh receiver, maka data byte akan direkonstruksi Dr sisi waktu, komunikasi serial tidak secepat paralel namun hanya membutuhkan 1(atau 2) jalur/kabel utk mentransmisikan data 6

7 Serial Communications Komunikasi serial lebih murah Jarak komunikasi lebih dipilih serial drpd paralel Antar Periperal atau antar komputer dpt berkomunkasi lebih jauh misal melalui komunikasi telepon Kusuma Wardana - Interfacing

8 Serial Communications AVR (misal ATmega16) dilengkapi dgn bbrp tipe komunikasi serial, yaitu sbb: 1. USART 2. SPI 3. TWI Kusuma Wardana - Interfacing

9 Serial Communications Asynchronous vs Synchronous Serial Transmission Dlm komunikasi serial mengirim dan menerima data hrs disinkronkan menggunakan data rate & protokol yg sama Synchronization memungkinkan transmitter & receiver menerima dan mengirim data yg sama dan benar Dua metode dasar: 1. Asinkron 2. Sinkron Kusuma Wardana - Interfacing

10 Serial Communications Asinkron misal USART pd ATmega16, menggunakan framing bits, diletakkan pd awal dan akhir data byte Framing bit mengingatkan receiver akan kedatangan data byte dan selanjutnya mengatakan bahwa data sinyal telah komplit diterima Data rate asinkron lebih rendah dr sinkron, namun hanya membutuhkan 1 jalur Kusuma Wardana - Interfacing

11 Serial Communications Sinkron menggunakan clock yg sama pada transmitter & receiver Data bit dikirim dan diterima berdasarkan edge (transisi) dr clock Data rate sinkron lebih cepat drpd asinkron, namun membutuhkan 2 jalur komunikasi (data & clock) dlm berkomunikasi Kusuma Wardana - Interfacing

12 Baud Rate Baud rate kecepatan transmisi data Baud = bits per second rate Nilai komunikasi yg umum: 9600 baud data ditransfer sebanyak 9600 bit/detik Kusuma Wardana - Interfacing

13 Simplex, Half & Full Duplex Simplex Transmitter Receiver Half Duplex Transmitter Receiver Receiver Transmitter Full Duplex Transmitter Receiver Receiver Transmitter Kusuma Wardana - Interfacing

14 Asynchronous Serial Comm. Start and Stop Bits Protokol kumpulan aturan, bgmn data dipaket, bmgn kumpulan bit membentuk karakter, kapan mulai dan berakhir suatu, dsb Asinkron character-oriented transmission Setiap karakter ditempatkan diantara start dan stop bit hal ini dsbt framing Kusuma Wardana - Interfacing

15 Asynchronous Serial Comm. Data framing pd asinkron, msl karakter ASCII diapit oleh start dan stop bit Start bit : 1 bit dan selalu 0 (low) Stop bit : 1 atau 2 bit dan selalu 1 (high) Contoh: karakter ASCII utk A ( ) diapit oleh start bit dan stop bit. LSB dikirim lebih dulu Kusuma Wardana - Interfacing

16 Asynchronous Serial Comm. Karakter A ( ) Jika tidak ada transfer sinyal 1 (high): mark Sinyal rendah space (start bit) Urutan transmisi: mark MSB(data)LSB space stop bit start bit D7 D0 space mark 16

17 RS232 Standards Electronics Industries Association (EIA) thn 1960 mengeluarkan standar RS232 Dimodifikasi thn 1963 mnjd RS232A Modifikasi selanjutnya: RS232B (1965), RS232C (1969) Krn standar diset sebelum perkembangan keluarga TTL (transistor-transistor Logic) I/O mnjd tdk standar TTL Kusuma Wardana - Interfacing

18 RS232 Standards Pada RS232: Logika 1 : -3 sampai -25V Logika 0 : +3 sampai +25V Nilai antara -3 sampai +3 tidak terdefinisi Utk koneksi RS232 pd mikrokontroler harus menggunakan konverter : MAX232 MAX232 konversi TTL ke tegangan RS232, dan sebaliknya Kusuma Wardana - Interfacing

19 RS232 Standards RS232 pins, diperlihatkan pd gambar berikut: Original RS232: DB25 (skrg tdk dgunakan lagi) Selanjutnya, IBM menciptakan DB9 Kusuma Wardana - Interfacing

20 RS232 Standards Konfigurasi DB9: Kusuma Wardana - Interfacing

21 ATmega16 Connection to RS232 Kusuma Wardana - Interfacing

22 ATmega16 Connection to RS232 RS232 standar tidak kompatibel dgn TTL MAX232 diperlukan utk menjembatani hal ini Antarmuka ATmega16 dgn MAX232 adlh topik utama dlm pokok bahasan ini PD0 dan PD1 2 pin utk TX dan RX Kusuma Wardana - Interfacing

23 ATmega16 Connection to RS232 Pada AT Mega16: Pin 15: TX Pin 14: RX MAX232 Produk dr Maxim Corp Menggunakan power 5V sama dgn AVR Jd, cukup dgn single +5V power supply utk keduanya Kusuma Wardana - Interfacing

24 ATmega16 Connection to RS232 Koneksi MAX232 dan ATmega16 Kusuma Wardana - Interfacing

25 AVR Serial Port Programming Kusuma Wardana - Interfacing

26 AVR Serial Port Programming USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter Dlm mikrokontroler AVR trdpt 5 register utk mengontrol USART: 1. UDR (USART Data Register) 2. UCSRA (USART Control and Status Register A) 3. UCSRB (USART Control and Status Register B) 4. UCSRC (USART Control and Status Register C) 5. UBRR (USART Baud Rate Register) Kusuma Wardana - Interfacing

27 AVR Serial Port Programming UBBR Register and Baud Rate in the AVR Tipikal kecepatan COM Port pd komputer x86: Baud Rate pada HyperTerminal (bit/s) Kusuma Wardana - Interfacing

28 AVR Serial Port Programming Sblm Windows 7 komunikasi serial menggunakan HyperTerminal Baud rate pd AVR dapat diprogram menggunakan register UBRR Berdasarkan pd detak kristal, nilai yg dimasukkan pd UBRR menentukan baud rate Kusuma Wardana - Interfacing

29 AVR Serial Port Programming Jika: Fosc (frequency of oscillator) diketahui, maka: Baud Rate yg diinginkan = F osc 16 UBRR + 1 UBBR = F osc 16(Baud Rate yg diinginkan) 1 Kusuma Wardana - Interfacing

30 AVR Serial Port Programming Contoh: Asumsikan kita memakai kristal dgn detak 8MHz (Fosc = 8MHZ) Baud Rate yg diinginkan = Baud Rate yg diinginkan = Baud Rate yg diinginkan = F osc 16 UBRR+1 8MHz 16 UBRR+1 500kHz UBRR+1 Baud Rate yg diin1ubbr = 500kHz UBBR 1 Kusuma Wardana - Interfacing

31 AVR Serial Port Programming Tabel Perhitungan Baud Rate (Fosc = 8MHZ, U2X=0) Baud Rate UBRR (Decimal) UBRR (Hex) C CF F Fosc = 8 MHZ ( /Baud rate) 1 Kusuma Wardana - Interfacing

32 AVR Serial Port Programming Down-counter dimuati dgn nilai UBRR dan menghitung sampai nol Ketika down-counter mencapai nol satu detak dihasilkan Membentuk frequency divider (pembagi frek.) Selanjutnya dibagi lg dgn 2, 4 dan 2 Kusuma Wardana - Interfacing

33 AVR Serial Port Programming UBRR 12 bit register Kusuma Wardana - Interfacing

34 AVR Serial Port Programming UDR Registers and USART data I/O Kusuma Wardana - Interfacing

35 AVR Serial Port Programming AVR utk menyediakan komunikasi serial fullduplex diperlukan 2 shift register: Transmit Shift Register & Receive Shift Register Msg2 memiliki buffer yg terhubung scr langsung: Transmit Data Buffer Register dan Receive Data Buffer Register Keduanya berbagi I/O address bersama membentuk USART Data Register (UDR) Kusuma Wardana - Interfacing

36 AVR Serial Port Programming Menulis data ke UDR TXB Membaca data dr UDR RXB Kusuma Wardana - Interfacing

37 AVR Serial Port Programming UCSR Registers and USART Configurations Ada 3 UCSR: UCSRA, UCSRB, UCSRC Kusuma Wardana - Interfacing

38 Workshop Kusuma Wardana - Interfacing

39 AVR Serial Port Programming Contoh: Berapakah nilai UCSRB dan UCSRC yg diperlukan agar komunikasi terkonfigurasi: Asinkron 8 data bit (ukuran karakter) Tdk terdapat parity 1 stop bit Enable kedua receive dan transmit Kusuma Wardana - Interfacing

40 Jawab: RXEN = 1 & TXEN = 1 (enable receive & transmit) UCSZ2:0 = 011 (8-bit data) UMSEL = 0 (asinkron) UPM1:0 = 00 (no parity) USBS = 0 (1 stop bit) Kusuma Wardana - Interfacing

41 AVR Serial Port Programming Contoh: Tulislah fungsi dlm bhs C utk menginisialisasi USART agar memiliki etentuan berikut: 9600 baud 8-bit data 1 stop bit Asumsi XTAL = 8 MHz Kusuma Wardana - Interfacing

42 AVR Serial Port Programming Jawab: void inisialisasi_usart (void) { UCSRB = (1 << TXEN); UCSRC = (1 << UCSZ1) (1 << UCSZ0) (1 << URSEL); UBRRL = 0x33; //9600 } Kusuma Wardana - Interfacing

43 AVR Serial Port Programming Contoh: Tulislah program utk mengirim huruf G terusmenerus secara serial dgn ketentuan: 9600 baud 8-bit data 1 stop bit Asumsi XTAL = 8 MHz Kusuma Wardana - Interfacing

44 AVR Serial Port Programming Jawab (part 1): #include <mega16.h> #include <stdio.h> #include <delay.h> void inisialisasi_usart (void) { UCSRB = (1 << TXEN); UCSRC = (1 << UCSZ1) (1 << UCSZ0) (1 << URSEL); UBRRL = 0x33; //9600 } Kusuma Wardana - Interfacing

45 AVR Serial Port Programming Jawab (part2): void kirim_usart (unsigned char ch) { while(!(ucsra & (1<<UDRE))); //tunggu sampai UDR = ch; // UDR kosong } void main (void) { inisialisasi_usart(); while(1) { kirim_usart( G ); delay_ms(1000); } } Kusuma Wardana - Interfacing

46 AVR Serial Port Programming Rangkai pd Proteus Kusuma Wardana - Interfacing

47 AVR Serial Port Programming Run, dan lihat hasilnya pd virtual terminal Kusuma Wardana - Interfacing

48 AVR Serial Port Programming Contoh: Tulislah program utk mengirim kalimat Aku Pasti Bisa! terus-menerus secara serial dgn ketentuan: 9600 baud 8-bit data 1 stop bit Asumsi XTAL = 8 MHz Kusuma Wardana - Interfacing

49 AVR Serial Port Programming Jawab (part 1): #include <mega16.h> #include <stdio.h> #include <delay.h> void inisialisasi_usart (void) { UCSRB = (1 << TXEN); UCSRC = (1 << UCSZ1) (1 << UCSZ0) (1 << URSEL); UBRRL = 0x33; //9600 } void kirim_usart (unsigned char ch) { while(!(ucsra & (1<<UDRE))); //tunggu sampai UDR = ch; // UDR kosong } Kusuma Wardana - Interfacing

50 Jawab (part2): void main (void) { unsigned char str[30] = "Aku Pasti Bisa!"; unsigned char strlength = 20; unsigned char i = 0; } inisialisasi_usart(); while(1) { kirim_usart(str[i++]); if (i >= strlength) { i = 0; delay_ms(1000); } } Kusuma Wardana - Interfacing

51 Kusuma Wardana - Interfacing

52 Daftar Pustaka Daniel J.Pack and Steven F.Barrettt, 2008, Atmel AVR Microcontroller Primer: Programming and Interfacing, Morgan & Claypool Publisher Mazidi, Naimi and Naimi, 2011, The AVR Microcontroller and Embedded System: Using Assembly and C, Prentice Hall AVR ATmega16 Manual, Atmel Corporation Kusuma Wardana - Interfacing