BAB II LANDASAN TEORI. terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, clock dan perlatan internal lainnya yang sudah

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler adalah sebuah sistem mikroprosesor di mana di dalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, clock dan perlatan internal lainnya yang sudah terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga, dengan demikian kita tinggal memprogram isi ROM sesuai dengan aturan oleh pabrik pembuatnya. Salah satu contoh mikrokontroler yang banyak beredar di pasaran adalah mikrokontroler ATMega Arsitektur ATMega8535 Arsitektur mikrokontroler jenis AVR pertama kali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Texhnology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Seri pertama AVR yang dikeluarkan adalah mikrokontroler 8 bit AT90S8515, dengan konfigurasi pin yang sama dengan mikrokontroler 8051, termasuk address dan data bus yang termultipleksi. Mikrokontroler AVR menggunakan teknologi RISC dimana set instruksinya dikurangi dari segi ukurannya dan kompleksitas mode pengalamatannya. Pada awal era industry komputer, bahasa pemrograman masih menggunakan kode mesin dan

2 bahasa assembly. Untuk mempermudah dalam pemrograman para desainer komputer kemudian mengembangkan bahasa pemrograman tingkat tinggi yang mudah dipahami manusia. Namun akibatnya, instruksi yang ada semakin kompleks dan membutuhkan lebih banyak memori. Dan tentu saja siklus eksekusi instruksinya menjadi semakin lama. Dalam AVR dengan arsitektur RISC 8 bit, semua instruksi berukuran 16 bit sebagian besar dieksekusi dalam 1 siklus clock. Berbeda dengan MCS-51 yang instruksinya bervariasi antara 8 bit sampai dengan 32 bit dan dieksekusi selama 1 sampai 4 siklus mesin, dimana 1 siklus mesin membutuhkan 12 periode clock. Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx, dan ATTiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan saja. ATMega8535 memiliki dua jenis memori yaitu data memory dan program memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM memory untuk penyimpan data. Program Memory ATMega8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.

3 Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat oleh user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan Boot Loader. Besarnya memori Boot Flash Section dapat deprogram dari 128 word sampai 1024 word, tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman. Data Memory Gambar Program memori Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMega8535. Terdapat 608 lokasi data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory, sementara 512 lokasi address lainnya digunakan untuk internal data

4 SRAM. Register File terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register. EEPROM Data Memory Gambar Peta Data Memory ATMega8535 memiliki EEPROM sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register, dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM Fitur ATMega8535 Mikrokontroler Atmega8535 mempunyai fitur sebagai berikut:

5 Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3 buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan. CPU yang terdiri dari 32 buah register. Watchdog timer dengan osilator internal. SRAM sebesar 512 byte Memori flash sebesar 8 KB dengan kemampuan read while write. Unit interupsi internal dan eksternal Port antar muka SPI EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat beroperasi. Antar muka komparator analog.

6 Konfigurasi Pin ATMega8535 Gambar 2.3. Konfigurasi Pin ATMega8535 Konfigurasi pin ATMega8535 dapat dilihat pada gambar 2.1 di atas. Dari gambar tersebut, dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai berikut: 1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. 2. GND merupakan pin ground. 3. Port A (PA.0 PA.7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat difungsikan sebagai pin masukan ADC.

7 4. Port B (PB.0 PB.7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat juga digunakan sebagai pin untuk timer/counter, komparator analog, dan SPI. 5. Port C (PC.0 PC.7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu TWI, komparator analog, dan timer osilator. 6. Port D (PD.0 PD.7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan untuk clock eksternal. 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC internal. 10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC

8 2.1.3 Bahasa Pemrograman BASCOM-AVR Bahasa BASCOM-AVR menggunakan bahasa pemrograman BASIC. Bahasa BASIC adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan bahasa pemrograman berlevel tinggi. Bahasa pemrograman berlevel rendah berarti bahasa pemrograman yang berorientasi pada mesin, misalnya bahasa assembly. Sedangkan bahasa pemrograman berlevel tinggi merupakan bahasa pemrograman yang berorientasi pada manusia. Bahasa pemrograman berlevel rendah merupakan bahasa pemrograman dengan sandi yang hanya dimengerti oleh mesin, sehingga untuk memprogram dalam bahasa ini diperlukan tingkat kecermatan yang tinggi. Bahasa pemrograman berlevel tinggi relatif mudah digunakan, karena ditulis dengan bahasa manusia yang lebih mudah dimengerti dan tidak tergantung pada mesin. Penulisan program dalam bahasa BASCOM-AVR ini tidak mengenal aturan penulisan di kolom tertentu. Jadi bisa dimulai dari kolom manapun. Namun demikian, untuk mempermudah dalam pembacaan program dan untuk keperluan dokumentasi, sebaiknya penulisan program dalam bahasa BASCOM-AVR ini diatur sedemikian rupa sehingga mudah dibaca Tipe data Tipe data merupakan bagian program yang penting karena tipe data mempengaruhi setiap instruksi yang akan dilaksanakan komputer. Pemilihan tipe data yang tepat akan membuat operasi data menjadi lebih efisien dan efektif.

9 No. Tipe Jangkauan 1 Bit 0 atau 1 2 Byte Integer -32, ,767 4 Word Long Single 1.5x x Double 5.0x x String >254 byte Tabel 2.1. Tipe-Tipe Data Dalam BASCOM-AVR Variabel Variabel adalah suatu pengenal (identifier) yang digunakan untuk mewakili suatu nilai tertentu di dalam proses program. Berbeda dengan konstanta yang nilainya selalu tetap, nilai dari suatu variabel bias berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. Nama dari suatu variabel mempunyai ketentuan sebagi berikut:

10 Terdiri dari gabungan huruf dan angka dengan karakter pertama harus berupa huruf. Tidak boleh mengandung karakter spasi. Tidak boleh mengandung symbol-simbol khusus, kecuali garis bawah (underscore). Yang termasuk symbol khusus yang tidak boleh digunakan adalah $? % #! & *, ( ) - + Panjang sebuah nama variabel hanya 32 karakter. Untuk dapat menggunakan variabel, maka variabel tersebut harus dideklarasikan terlebih dahulu pada program yang dibuat. Berikut ini merupakan cara mendeklarasikan variabel pada BASCOM-AVR. DIM Nama_variabel AS Nama_tipe Contoh: dim x as integer Deklarasi x bertipe integer dim a as long Deklarasi a bertipe lon Operasi-operasi dalam BASCOM-AVR Bahasa pemrograman BASCOM-AVR ini dapat digunakan untuk menggabungkan, membandingkan, atau mendapatkan informasi tentang sebuah pernyataan dengan menggunakan operator-operator yang tersedia di BASCOM-AVR.

11 Operator aritmatika Operator ini adalah operator yang digunakan dalam perhitungan. Operator aritmatika meliputi + (tambah), - (kurang), / (bagi), dan * (kali). Operator relasi Operator ini berfungsi membandingkan nilai sebuah angka. Hasilnya dapat digunakan untuk membuat keputusan yang sesuai dengan program yang kita buat. Operator relasi meliputi: Operator Relasi Pernyataan = Sama dengan X = Y <> Tidak sama dengan X <> Y < Lebih kecil dari X < Y > Lebih besar dari X > Y <= Lebih kecil atau sama X <= Y dengan >= Lebih besar atau sama X >= Y dengan Tabel 2.2. Tabel Operasi Relasi Operator logika

12 Operator logika digunakan untuk menguji sebuah kondisi atau memanipulasi bit dan operasi Boolean. Dalam BASCOM-AVR ada 4 buah operator logika, yaitu AND, OR, NOT, dan XOR. Operator fungsi Operator fungsi digunakan untuk melengkapi operator yang sederhana. 2.2 Pernyataan Kondisional (IF-THEN END IF) Pernyataan ini digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan terhadap dua buah bahkan lebih kemungkinan untuk melakukan suatu blok pernyataan atau tidak. Konstruksi penulisan pernyatan IF-THEN-ELSE-END IF pada bahasa BASIC ialah sebagai berikut: IF pernyataan kondisi 1 THEN blok pernyataan 1 yang dikerjakan bila kondisi 1 terpenuhi IF pernyataan kondisi 2 THEN blok pernyataan 2 yang dikerjakan bila kondisi 2 terpenuhi IF pernyataan kondisi 3 THEN blok pernyataan 3 yang dikerjakan bila kondisi 3 terpenuhi Setiap penggunaan pernyataan IF-THEN harus diakhiri dengan perintah END IF sebagai akhir dari pernyatan kondisional.

13 2.3 BASCOM AVR Bahasa BASIC untuk mikrokontroler produk AVR, yaitu BASCOM. Hingga saat tulisan ini ditulis, MCS Electronics pemroduksi BASCOM hanya dikembangkan untuk mikrokontroler produk ATMEL, yaitu 8051 dan AVR. AVR ATMEGA 8 memiliki program memory (memori tempat menyimpan kode program) sebesar 8KB, artinya adalah 50% dari total kapasitanya. Sebuah HF Frequency Counter dengan tampilan LCD, dilengkapi dengan fitur Autoranging Display, IF Shifted Display dan manipulasi EEPROM yang telah saya buat hanya membutuhkan 40% dari total program memory ATMEGA 8 atau hanya 3.2KB. Sebuah FLL (Frequency Locked Loop), yang didalamnya berisi Frequency Counter, Autoranging Display, IF Shifted display, EEPROM Manipulation dan Locking Mechanism dengan PWM hanya membutuhkan 48% dari total program memory ATMEGA 8 atau hanya 3.84KB. ketiga contoh projects diatas bisa memberikan gambaran bahwa 4KB di dalam pemrograman mikrokontroler adalah sangat sangat berarti. 2.4 SETTING ENVIRONTMENT BASCOM prosedur ini memastikan bahwa environtment dari kompiler BASCOM sesuai dengan mikrokontroler yang sedang kita buat firmware nya. Setting ini hanya

14 melekat kepada satu file firmware saja, jadi setiap membuat file firmware harus dilakkan prosedur ini. Berikut langkah utamanya.

15 Ilustrasi Grafis Ilustrasi Deskriptif 1. Langkah pertama, buka aplikasi BASCOM. 2. Buat file firmware yang baru, beri nama sesuai dengan keinginan anda (baca prosedur pembuatan firmware di bawah). 3. Pada Menu Bar (Atas), click Option >> Compiler >> Chip 4. Pada dialog box Option, pada menu bar click Chip >> Chip: sesuai dengan mikrokontroler yang sedang dikerjakan, contoh disini adalah ATMEGA 8, maka pilih m8def.dat 5. Simpan file tersebut Sebenarnya kenapa kita harus melakukan setting dasar ini? Tabel 2.4 SETTING ENVIRONTMENT BASCOM

16 2.5 MEMBUAT FIRMWARE BARU Ilustrasi Grafis Ilustrasi Deskriptif 1. Buka BASCOM 2. Pada Menu Bar (Atas), click File >> New 1. Pada dialog box Save As, beri nama file firmware, untuk menyimpan 1 project/ firmware dalam 1 direktori berbeda, karena setelah dikompile nanti akan muncul file file tambahan Lainnya, sehingga lebih mudah 2. mengorganisasikannya 3. Click Save 4. Pada Menu Bar (Atas), click Option >> Compiler >> Chip

17 Ilustrasi Grafis Ilustrasi Deskriptif 6. Pada dialog box Option, pada menu bar click Chip >> Chip: sesuai dengan mikrokontroler yang sedang dikerjakan, contoh disini adalah ATMEGA 8, maka pilih m8def.dat 7. Simpan kembali file tersebut 8.Sekarangfile firmware danenvironment BASCOM telah sesuai dengan ATMEGA 8535

18 Tabel 2.5 MEMBUAT FIRMWARE BARU 2.6 MENULIS FIRMWARE Gaya cara menulis sebuah program atau firmware sangat bervariasi dan unik untuk masing masing individu, namun sekali lagi saya akan sampaikan disini kebiasaan saya menuliskan, silakan memilih sendiri gaya penulisan yang sesuai Judul Project, deskripsi dan sebagainya Environtment untuk kompiler (compiler directives) Setup-setup PORT IO, dll Deklarasi Variables Program Loop Utama Kumpulan Function/ Subroutine

19 Berikut contoh gaya penulisan project Digital Voltmeter using AVR yang telah saya buat untuk ATMEGA 16 dengan external Crystal sebesar 8MHz, sekali lagi gaya penulisan tergantung dengan masing masing orang, silakan menyesuaikan. ' '1. Project title and Description ' Project: Digital Voltmeter ' Designed by Cholis Safrudin YD1CHS ' ' Using ADC to sense the voltage variation from the divider circuit ' Displaying into LCD ' '2. Compiler Directives ' $regfile = "m16def.dat" 'Atmega-16 $crystal = 'Xtal 8MHz '3. Setup Port IO dan Hardware

20 ' Config Lcdpin = Pin, Db4 = Portc.4, Db5 = Portc.5, _ Db6 = Portc.6, Db7 = Portc.7, E = Portc.2, Rs = Portc.0 '4 bits mode, Port-C Config Lcd = 16 * 2 '16x4 Characters LCD Cls 'Clear Screen Cursor Off 'Cursor is Off Waitms 500 'Wait for 500ms Config Adc = Single, Prescaler = Auto 'ADC Configuration Start Adc 'Start ADC, not necessary since 'it started automatically '4. Variable Declaration ' Dim Bat_pow As Word 'Variable to Store Battery Power 'Word = 6 Bytes, value from 0 to Dim Bat_fact As Single 'Variable to Store Correction Factor

21 'Single = 3 Bytes, value from 1.5 x 10^ 45 to 3.4 x 10^38 Dim Bat_volt As Single 'Variable to Store Battery Voltage 'Single = 3 Bytes, value from 1.5 x 10^ 45 to 3.4 x 10^38 Bat_fact = 12 / 508 'Set Battery Scale '5. Print Welcome Messages & Wait until VCO is Steady state ' Lcd "AVRLCD Voltmeter" 'Print 1st Message Waitms 100 'wait Lowerline 'go to line 2 Lcd "by Cholis YD1CHS" 'Print 2nd Message Waitms 2000 'wait for 2000ms Cls 'Clear Screen '6. Main Program Loop - Battery's Power Testing dan Display Into LCD ' ' Battery is 12V, using external resistors as scaler 18K//4.7K

22 ' Battery is 12V, Vmax = (4.7K // 18K)*12 = ' 5V input is indicates by 1024, so that is indicates by 508 ' So that, 1 = 12/508 = This is a correction factor Do Bat_pow = Getadc(0) 'Get Batt Power at ADC0 Bat_volt = Bat_pow * Bat_fact 'Get a riil voltage value If Bat_pow < 430 Then 'Battery is low, warn to user Lcd "Batt. Power: BAD" 'Print "Batt. Power: BAD" Lowerline 'go to line 2 Lcd Fusing(bat_volt, "##.##") ; " Volts" 'Print Battery Voltage Value Waitms 1000 'wait Else 'Battery is Good Lcd "Batt. Power: OK" 'Print "Batt. Power: OK" Lowerline 'go to line 2 Lcd Fusing(bat_volt, "##.##") ; " Volts" 'Print Battery Voltage Value Waitms 1000 'wait End If

23 Cls 'Clear Screen Loop 'Repeated again End 'end program 2.7 MENGKOMPILE FIRMWARE Mengubah firmware dari bahasa tingkat tinggi, melingkingkan dengan berbagai hal, kemudian merubahnya kebahasa mesin, sehingga siap untukdidownload ke Up. Berikut ilustrasi menarik, hirarki dari tingkatan tingkatan bahasa pemrograman. Gambar 2.7 hirarki dari tingkatan-tingkatan bahasa pemrograman. Menempati puncak piramida atau yang biasa disebut dengan bahasa tingkat tinggi (maksudnya bahasa yang paling dekat dengan bahasa manusia). Makin ke bawah posisinya di dalam piramida ini, maka bahasa tersebut makin sulit dimengerti

24 oleh manusia. Makanya di satu tingkat sebelum dasar piramida biasa disebut dengan bahasa mesin (paling dasar sendiri adalah hardware, dalam hal ini misalnya adalah mikrokontroler AVR, PIC, dll). kembali ke tangga tertinggi, yaitu bahasa tingkat tinggi, ilustrasi tersebut mencontohkan beberapa diantaranya: Fortran, C, Pascal BASIC nggak disebut karena terlalu mudah.bahasa tingkat tinggi akan diwakili oleh file dengan ekstensi *.bas (bas singkatan dari BASIC). Pada saat BASCOM melakukan Compile, maka akan diproduksi beberapa file langsung yang mewakili masing masing tingkatan bahasa di atas. File dengan ekstensi *.asm (asm singkatan dari Assembler) adalah mewakili tingkatan Assembly Language. Dan satu lagi file dengan ekstensi *.hex ( hex singkatan hexadecimal sebab isinya file ini hanyalah kode kode hexadecimal dan hanya dikenali oleh mesin atau mikrokontroler saja) yang mewakili tingkatan Machine Language. Beberapa file lainnya yang diproduksi oleh BASCOM adalah file file selama proses linking dan sebagainya, namun kita paling banyak akan berkepentingan hanya pada dua macam file saja *.bas dan *.hex. Dengan satu kalimat perjalanan firmware tersebut adalah *.bas *.asm *.hex, proses ini yang disebut compiling.