MODUL TRAINING MICROCONTROLLER FOR BEGINER. Author : B.Arifianto S.T

Transkripsi

1 MODUL TRAINING MICROCONTROLLER FOR BEGINER Author : B.Arifianto S.T [email protected] MAX-TRON 1

2 DAFTAR ISI DAFTAR ISI 1 BAB 1 : Introduction 2 BAB 2 : Input/Output 9 BAB 3 : Interrupt 20 BAB 4 : Analog to Digital Convertion BAB 5 : Timer/Counter.. 34 BAB 6 : Pulse Width Modulation (PWM). 42 BAB 7 : USART. 47 MAX-TRON 2

3 BAB 1 INTRODUCTION Pada level yang paling sederhana, komputer adalah mesin yang didesain untuk mengolah, menyimpan, dan mendapatkan kembali sebuah data. Data/informasi yang menjadi bagian operasi dari sebuah komputer adalah berupa angka. Semua operasi yang bisa dilakukan komputer seperti: web browsing, printing, dan image processing tidak lebih merupakan kegiatan menahan, memindahkan dan mengubah/memanipulasi angka angka. Sistem komputer dibagi menjadi dua kategori, yaitu: 1. Desktop komputer, mesin yang sering kita sebut sebagai komputer, komputer yang ada di pikiran kita. Desktop komputer bisa menjalankan beragam program dengan sistem yang diatur oleh suatu operating sistem (OS) seperti: Windows dan Linux. Dengan menjalankan aplikasi program yang berbeda, fungsi dari desktop komputer juga berubah. 2. Embedded komputer, komputer yang terintegrasi dengan sistem lain (ex: mekanika) dan digunakan untuk suatu fungsi tertentu. Seperti: microwave oven, DVD player, mainan, handphone dll. Embedded komputer pada umumnya didesain untuk satu aplikasi saja. Sistem komputer disusun dari banyak komponen, seperti: processor, memory, input/output peripheral dll. Berikut adalah gambar skema sistem komputer sederhana, Gambar 1.1: Sistem komputer sederhana MAX-TRON 3

4 PROCESSOR Processor/CPU (Central Processing Unit) adalah komponen dari suatu sistem komputer yang melakukan proses manipulasi dan pengolahan (eksekusi) data berdasarkan urutan instruksi dari memory. Instruksi yang dijalankan oleh processor disebut dengan opcodes atau machine-code. Opcodes merupakan bahasa mesin berupa angka-angka yang kadang sulit dimengerti oleh pengguna, untuk itu dibangun instruksi operasi processor dalam bahasa assembly yang disebut dengan mnemonic. Urutan dari kumpulan instruksi sebuah processor disebut dengan program. Program yang dijalankan processor bisa diubah sesuai dengan kebutuhan aplikasi, sehingga komputer bersifat programmable. MEMORY Memory merupakan komponen sistem komputer yang berfungsi untuk menyimpan data dan instruksi (program) yang dijalankan oleh processor. Ada beberapa jenis memory yang biasa digunakan oleh suatu sistem komputer, 1. RAM (Random Acces Memory), RAM adalah Working Memory pada sistem komputer, dimana CPU dapat menuliskan data untuk disimpan sementara. RAM bersifat volatile, yang berarti datanya akan hilang apabila catu daya dimatikan. 2. ROM (Read Only Memory), bersifat non volatile, yang berarti data tidak akan hilang meskipun catu daya dimatikan. Tujuan utama dari ROM adalah menyimpan kode/data yang dibutuhkan pada saat start up. PERANGKAT INPUT/OUTPUT Perangkat input/output atau peripheral i/o digunakan oleh processor untuk berkomunikasi dengan dunia luar. Contoh pemakaian perangkat i/o adalah serial komunikasi pada keyboard, dan parallel komunikasi pada printer. Perangkat i/o merupakan piranti pengkondisi sinyal sebelum dapat diolah oleh processor atau setelah diolah processor sehingga dapat dikeluarkan berupa output data digital. Ada 3 cara input/output untuk berkomunikasi dengan processor, 1. Programmed i/o, processor mengirim dan menerima data pada i/o sesuai instruksi. 2. Interrupt-driven i/o, sinyal dari luar mengatur eksekusi instruksi processor. Sinyal luar akan menghentikan eksekusi program yang dijalankan saat itu, dan menjalankan fungsi program interrupt. 3. Direct Memory Acces (DMA), memungkinkan transfer data langsung antara peripheral i/o dan memory tanpa keterlibatan processor. Biasanya digunakan pada sistem yang membutuhkan transfer data cepat. MAX-TRON 4

5 MIKROKONTROLLER Mikrokontroller adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated Circuit) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer. Mikrokontroller merupakan contoh suatu sistem komputer sederhana yang masuk dalam kategori embedded komputer. Dalam sebuah struktur mikrokontroller akan kita temukan juga komponen-komponen seperti: processor, memory, clock dll. Gambar 1.2: contoh beberapa bentuk mikrokontroller ATMEL Kegiatan desain otomasi merupakan kegiatan memetakan sinyal input menjadi sinyal output berdasarkan suatu fungsi kontrol agar bisa dimanfaatkan sesuai kebutuhan. Sasaran dari pelatihan ini adalah peserta mampu menggunakan mikrokontroller untuk membangun sendiri suatu sistem otomasi atau embedded system. ATMEL AVR ATMEGA8535 Sebelum belajar lebih dalam tentang aplikasi mikrokontroller, ada baiknya kita bicarakan dulu tentang mikrokontroller yang kita gunakan. Pada pelatihan ini dipilih mikrokontroller jenis ATMEL AVR RISC dengan pertimbangan sebagai berikut: ATMEL AVR RISC memiliki fasilitas dan kefungsian yang lengkap dengan harga yang relatif murah. Kecepatan maksimum eksekusi instruksi mikrokontroller mencapai 16 MIPS (Million Instruction per Second), yang berarti hanya dibutuhkan 1 clock untuk 1 eksekusi instruksi. MAX-TRON 5

6 Konsumsi daya yang rendah jika dibandingkan dengan kecepatan eksekusi instruksi. Ketersediaan kompiler C (CV AVR) yang memudahkan user memprogram menggunakan bahasa C. Berikut tabel perbandingan kecepatan processor dan efisiensi eksekusi beberapa mikrokontroller, Tabel 1.1: perbandingan kecepatan processor dan efisiensi Dari tabel diatas dapat dilihat, ketika bekerja dengan kecepatan clock yang sama AVR 7 kali lebih cepat dibandingkan denga PIC16C74, 15 kali lebih cepat daripada 68 HC11, dan 28 kali lebih cepat dibanding Dari kemampuan dan fasilitas yang dimiliki, AVR RISC cocok dipilih sebagai mikrokontroller untuk membangun bermacam-macam aplikasi embedded sistem. Oleh karena itu, dalam pelatihan ini juga dipilih salah satu jenis AVR RISC sebagai dasar pelatihan yaitu ATMEGA Chip AVR ATMEGA8535 memiliki 40 pin kaki, berikut skema kaki AT MEGA8535, Gambar 1.3: skema mikrokontroller AVR RISC ATMEGA8535 MAX-TRON 6

7 ATMEGA8535 memiliki 4 buah port input/output 8 bit, yaitu PORTA, PORTB, PORTC, dan PORTD. Selain sebagai input/output masing masing port juga memiliki fungsi yang lain. PORTA dapat difungsikan sebagai ADC (Analog to Digital Converter), PORTB dapat difungsikan sebagai SPI (Serial Peripheral Interface) communication. Fungsi-fungsi yang lain dapat dilihat pada datasheet ATMEGA8535. PEMROGRAMAN ATMEL AVR Ada 2 cara untuk memprogram mikrokontroller ini, menggunakan software AVR assembler yang berbasis pada bahasa assembly, dan menggunakan software CV AVR (Code Vision AVR) yang berbasis pada bahasa C. Pada pelatihan ini akan digunakan cara yang kedua dengan pertimbangan kemudahan pembuatan program dari algoritma yang telah dibangun. Pelatihan ini tidak menitikberatkan penggunaan bahasa C pada CV AVR, tapi lebih pada cara dan aplikasi dari mikrokontroller. Untuk itu peserta diharapkan membaca sendiri petunjuk pemakaian software ini. Berikut tampilan utama CVAVR, Gambar 1.4: tampilan utama CV AVR MAX-TRON 7

8 Untuk dapat menyimpan program yang telah kita buat pada memory mikrokontroller dibutuhkan perangkat tambahan yang menghubungkan antara PC dan mikrokontroller. Perangkat interface ini disebut isp_dongle yang menghubungkan port parallel PC dan port SPI (Serial Peripheral Interface) mikrokontroller. Gambar 1.5: Isp dongle dan Skema rangkaiannya (dicopy dari buku bamec). Untuk memaksimalkan pemanfaatan fasilitas mikrokontroller MAX-TRON telah mengembangkan board dan peripheral pendukung yang dapat digunakan untuk membangun bermacam-macam aplikasi sistem digital. Salah satunya adalah Universal controller board M.B.3.2, board yang dilengkapi dengan komponen-komponen tambahan pendukung kerja mikrokontroller. Berikut data Universal board M.B.3.2, MAX-TRON 8

9 MAX-TRON M.B.3.2 Universal Controller Board Feature: High-performance, low power AVR ATMEGA bit mikrocontroller 4 bidirection port 8 channel ADC 2 channel servo motor controller 2 channel max-tron H-bridge controller Master/Slave SPI serial interface Serial USART interface Operating voltage 9 V 35 V PIN Description Gambar 1.6: skema pin universal board M.B.3.2 MAX-TRON 9

10 BAB 2 INPUT/OUTPUT Fasilitas input/output merupakan fungsi mikrokontroller untuk dapat menerima sinyal masukan (input) dan memberikan sinyal keluaran (output). Sinyal input maupun sinyal output adalah berupa data digital 1 (high, mewakili tegangan 5 volt) dan 0 (low, mewakili tegangan 0 volt). Mikrokontroller ATMEGA8535 memiliki 4 buah PORT 8 bit bidirectional yang dapat difungsikan sebagai PORT input maupun PORT output yaitu PORTA, PORTB, PORTC, dan PORT D. Register digunakan untuk mengatur fungsi dari pin-pin pada tiap port. Register dapat dianalogikan sebagai kumpulan switch on/off yang digunakan untuk mengaktifkan fungsi apa yang akan dipakai dari port mikrokontroller. Pada setiap port pin terdapat 3 buah register 8 bit: DDRxn, PORTxn, dan PINxn. Register DDRxn digunakan untuk menentukan arah dari pin yang bersangkutan. Jika DDRxn diberikan nilai 1 (high), maka pin digunakan sebagai output. Jika DDRxn diberikan nilai 0 (low), maka pin difungsikan sebagai input. Register PORTxn digunakan untuk mengaktifkan pull-up resistor (pada saat pin difungsikan sebagai input), dan memberikan nilai keluaran pin high/low (pada saat difungsikan sebagai output). Konfigurasi PORTxn dan DDRxn dapat dilihat pada tabel dibawah, Tabel 2.1: konfigurasi port pin Tri-state adalah kondisi diantara high dan low, atau biasa disebut dengan keadaan mengambang (floating). Kondisi tri-state sangat dihindari dalam dunia digital. Terlepas dari setting DDRxn, PINxn merupakan register yang berfungsi untuk mengetahui keadaan tiap-tiap pin pada mikrokontroller. Register ini sangat dibutuhkan untuk membaca keadaan pin pada saat difungsikan sebagai input. MAX-TRON 10

11 PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang dibutuhkan untuk mendemonstrasikan aplikasi input/output adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle. Gambar 2.1: ATMEGA8535 universal board Led Array (output indicator) Gambar 2.2: skema led output indicator (dicopy dari buku bamec). MAX-TRON 11

12 Push-button array (input signal) Gambar 2.3: skema input push-button (dicopy dari buku bamec). led array dan push-button array telah dibuat dalam 1 board input output-seperti pada gambar berikut, Gambar 2.4: MAX-TRON input/output board M.B.3.6 MAX-TRON 12

13 APLIKASI PRAKTIK Berikut adalah beberapa aplikasi praktik yang nantinya dapat lebih menjelaskan fungsi dan fasilitas input/output. Peserta diharapkan mengikuti petunjuk langkah demi langkah. APLIKASI 1: OUTPUT Setting Hardware: 1. Hubungkan PORTC universal board dengan led array (port OUTPUT pada input/outputboard) menggunakan kabel pita. 2. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 3. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. MAX-TRON 13

14 4. Klik tab Ports, pilih tab Port C seperti pada gambar, ubah setting bit 0 bit 7 sebagai out. Hasil setting ini berpengaruh pada nilai register DDRxn, dan PORTxn. 5. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 6. Buat direktori dengan nama io1. 7. Save file CV AVR dengan nama io1.cwp pada direktori io1. 8. Save file.c dengan nama io1.c pada direktori io1. 9. Save file project dengan nama io1.prj pada direktori io1. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. Terlihat tampilan seperti pada gambar dibawah, MAX-TRON 14

15 setting ini akan membantu kita mengotomasi untuk langsung memrogram chip ketika kita selesai Make Project File. Listing Program 1. Sekarang perhatikan kode bahasa C pada bagian setting register DDRxn, dan PORTxn, tampak sebagai berikut, DDRC = 0xFF yang berarti 8 bit port C difungsikan sebagai output. PORTC = 0x00 berarti nilai awalan output adalah 0(low). 2. Nilai register PORTC diatas adalah nilai awalan pada saat mikrokontroller start-up, kita bisa mengubah nilai output port C dengan mengubah nilai register PORTC pada looping while. MAX-TRON 15

16 PORTC = 0xCD, nilai output port C adalah CD dalam bentuk hexa atau dalam bentuk biner. 3. Program chip dengan memilih menu Project >> Make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 4. Klik Program, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 5. Perhatikan led array, lampu led akan menyala jika diurut dari Port7- Port0. 6. Ulangi langkah 2 sampai 6 dengan memberikan nilai PORTC yang berbeda beda pada looping while. Perhatikan perubahan nyala led pada led array. MAX-TRON 16

17 APLIKASI 2: INPUT Setting hardware: 1. Hubungkan PORTC universal board dengan led array (port OUTPUT pada input/output board ) menggunakan kabel pita. 2. Hubungkan PORTB universal board dengan push button array (port INPUT pada input/output board ) menggunakan kabel pita. 3. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 4. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting port C sebagai output (out). 5. Setting port B sebagai Input (in) dan aktifkan pull-up resistor. (lihat gambar) 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama io2. 8. Save file CV AVR dengan nama io2.cwp pada direktori io2. MAX-TRON 17

18 9. Save file.c dengan nama io2.c pada direktori io Save file project dengan nama io2.prj pada direktori io2. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. setting ini akan membantu kita mengotomasi untuk langsung memrogram chip ketika kita selesai Make Project File. MAX-TRON 18

19 Listing Program 1. Perhatikan setting register port B dan port C. Port B difungsikan sebagai input (DDRB = 0x00) dengan 8 bit pull-up resistor diaktifkan (PORTB=0xFF). Port C difungsikan sebagai output (DDRC=0xFF) dengan nilai awalan pada tiap bit 1 (high). 2. Pada listing kode diatas kita telah men-set port B sebagai input dengan pull-up resistor dan port C sebagai output. Untuk dapat menunjukkan funggsi input mikrokontroller tambahkan listing kode berikut pada bagian looping while. maksud dari listing program diatas adalah kita menscan register PINB terus menerus dari PINB.0 PINB.7. Perhatikan bahwa untuk membaca perubahan keadaan input dari push-button dibaca pada register PINxn bukan pada register PORTxn maupun DDRxn. MAX-TRON 19

20 3. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 4. Klik Program, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 5. Jika langkah langkah diatas telah dilakukan dengan benar, maka led pada port C akan menyala sesuai dengan push-button yang ditekan pada port B. EXERCISE Buatlah program aplikasi agar lampu led pada input/output-board menyala berkelap kelip dengan selang waktu tertentu. Gunakan pengarah preprocessor delay.h dengan mengetikkan #include<delay.h>. MAX-TRON 20

21 BAB 3 INTERRUPT Interrupt adalah fasilitas mikrokontroller untuk menyela suatu program yang sedang berjalan. Interrupt dapat dianalogikan sebagai hak untuk menyela pada suatu rapat. Dari sekian banyak peserta rapat hanya 21 orang yang diberi hak untuk menyela. Jika terdapat 2 atau lebih orang yang menyela, maka orang dengan prioritas paling tinggi yang diperbolehkan bicara. Pada ATMEGA8535 terdapat 21 fasilitas interrupt dengan prioritas seperti pada tabel berikut. Tabel 3.1: prioritas interrupt ATMEGA8535 Dalam bab ini peserta akan diperkenalkan dengan fasilitas eksternal interrupt mikrokontroller INT0 dan INT1. Fasilitas ini sangat penting karena menempati urutan kedua dan ketiga setelah RESET. Register register yang perlu disetting untuk menggunakan fasilitas interrupt adalah MCUCR, MCUSR, GICR, dan GIFR. MAX-TRON 21

22 PERANGKAT KERAS Untuk mendemonstrasikan fasilitas interrupt perangkat keras yang dibutuhkan adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle (mengacu pada bab 3). Input/output-board (led array) (mengacu pada bab 3). Push-button. Gambar 3.1: push button APLIKASI PRAKTIK Setting hardware 1. Hubungkan salah satu kaki push-button pada PORTD.2 dan PORTD.3, dan kaki lainnya pada ground. 2. Hubungkan PORTB universal board dengan port OUTPUT pada input/output board ( led array). 3. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 4. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting port B sebagai output (out). MAX-TRON 22

23 5. Setting PORTD.2 dan PORTD.3 sebagai input(in) dan aktifkan pull-up resistor. MAX-TRON 23

24 6. Setting External IRQ, Klik tab External IRQ Enable-kan INT0 dan INT1 dan gunakan mode yang berbeda yaitu low level untuk INT0 dan Falling edge untuk INT1. 7. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 8. Buat direktori dengan nama int. 9. Save file CV AVR dengan nama int.cwp pada direktori int. 10. Save file.c dengan nama int.c pada direktori int. 11. Save file project dengan nama int.prj pada direktori int. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah egenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. MAX-TRON 24

25 Listing Program 1. Perhatikan setting register port B dan port D. Kita telah men-set port B sebagai output, PORTD.2 dan PORTD.3 sebagai input dengan pull-up resistor. 2. Perhatikan setting bagian external interrupt, terlihat register yang mempengaruhi, yaitu GICR, MCUCR, MCUCSR, dan GIFR. MAX-TRON 25

26 3. Perintah diatas hanya berfungsi untuk setting external interrupt saja, untuk mengaktifkannya kita perlu perintah ( sei ). Perintah ini tidak hanya mengaktifkan external interrupt saja tetapi juga internal interrupt seperti timer overflow interrupt. Perintah ini dapat dieksekusi dengan bahasa assembly, yaitu: 4. Pada pengarah preprosesor tambahkan header baru dengan mengetik #include<delay.h>. Pada header ini ada 2 fungsi penting yaitu delay_ms() dan delay_us(). 5. Sekarang kita coba untuk mendeklarasikan variable bertipe unsigned char. Pemilihan unsigned char berdasarkan bahwa variable ini digunakan untuk register 8 bit. Pendeklarasian variable diletakkan dibawah pengarah preprosesor seperti pada gambar. Setelah variable dideklarasikan maka variable diberikan nilai awalan yang nantinya digunakan pada saat start-up. Pemberian nilai awalan dilakukan didalam fungsi main 6. Pada bab ini kita akan coba membuat fungsi. Tujuan membuat fungsi adalah untuk lebih menyederhanakan program serta mempermudah keterbacaan program. Ada tiga buah fungsi yang dibuat pada program ini, yaitu: led_off, led_blink, dan led_walk. Fungsi fungsi tersebut ditulis dibawah pengarah preprosessor seperti pada gambar. MAX-TRON 26

27 7. Fungsi external interrupt dieksekusi apabila pin external interrupt INT0 dan INT1 berubah kondisi (Low Level pada INT0 dan Falling Edge pada INT1). Pada saat external interrupt tereksekusi, maka mikrokontroller akan memanggil fungsi yang berada didalamnya, seperti pada gambar, fungsi led_off akan dijalankan saat INT0 tereksekusi fungsi led_blink akan dijalankan saat INT1 tereksekusi MAX-TRON 27

28 jika pin external interrupt tidak mengalami perubahan kondisi (tidal dieksekusi), mikrokontroller akan menjalankan program pada looping while. 8. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 9. Klik Program, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 10. Jika langlah langkah diatas telah benar, maka pada input/output-board led akan berjalan kekiri jika tidak ada yang meng-interrupt-nya. Jika INT0 ditekan seluruh led akan mati. Jika INT1 ditekan led akan berkedip beberapa kali. 11. Perhatikan perbedaan trigger antara low level dan falling edge pada output led. MAX-TRON 28

29 EXERCISE Buatlah program aplikasi interrupt dengan menggunakan mode trigger lainnya (rising edge dan any change). Perhatikan perbedaan masing masing mode trigger. MAX-TRON 29

30 BAB 4 ADC (Analog to Digital Convertion) ADC (Analog to Digital Converter) adalah salah satu fasilitas mikrokontroller ATMEGA8535 yang berfungsi untuk mengubah data analog menjadi data digital. ADC memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). Gambar 4.1: ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2 n 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau (bentuk biner). MAX-TRON 30

31 ADC pada ATMEGA8535 adalah jenis 10 bit successive approximation dengan tegangan referensi maksimum 5 volt. Pada universal board M.B.3.2 tegangan referensi dibuat fix tidak dapat diubah yaitu 5 volt yang diambil dari tegangan sumber (Vcc). Register-register yang harus di setting adalah ADMUX, ADCSRA, dan SFIOR. PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang dibutuhkan untuk aplikasi ADC adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle (mengacu pada bab 3). Input/output board M.B.3.6 (led array) (mengacu pada bab 3). Potensiometer. APLIKASI PRAKTIK Setting hardware 1. Hubungkan kaki tengah potensiometer pada channel 1 port A (PORTA.0), dua kaki lainnya pada ground dan Vcc. 2. Hubungkan PORTB universal board dengan port OUTPUT pada input/output board ( led array). 3. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 4. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting port B sebagai output (out). 5. Setting port A sebagai ADC, klik tab ADC kemudian setting seperti pada gambar. 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama adc. MAX-TRON 31

32 8. Save file CV AVR dengan nama adc pada direktori adc. 9. Save file.c dengan nama adc.c pada direktori adc. 10. Save file project dengan nama adc.prj pada direktori adc. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. MAX-TRON 32

33 Listing Program 1. Perhatikan setting register port B. Kita telah men-set port B sebagai output. 2. Perhatikan bagian listing kode ADC terlihat setting register-register yang mempengaruhi, yaitu ADMUX, ADCSRA, SFIOR. 3. Sekarang kita mendeklarasikan variable unsigned char didalam fungsi main. Dipilih unsigned char karena tadi pada saat setting ADC (langkah ke 5) kita meng-enable-kan box use 8 bit, yang berarti kita memilih ADC 8 bit. Berikut pendeklarasian variabelnya, 4. Nilai hasil konversi ADC ditempatkan dengan nama variable adc_data[n]. Berikut listing kode untuk mendapatkan nilai hasil konversi ADC dan menampilkannya pada 8 bit output port B. 5. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. MAX-TRON 33

34 6. Klik Program, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 7. Putar putar potensiometer, jika langkah langkah diatas telah benar output pada led array akan menunjukkan nilai dari ADC. EXERCISE Putar potensiometer pada posisi tertentu, lakukan perhitungan nilai hasil pembacaan ADC. Bandingkan nilai hasil perhitungan dengan tegangan potensiometer yang dibaca dengan menggunakan multitester. MAX-TRON 34

35 BAB 5 TIMER/COUNTER Timer dan counter adalah dua fasilitas yang memiliki perangkat yang sama, seperti halnya register penampungnya (TCNTx). Ketika difungsikan sebagai timer, maka register penampung tersebut berisikan jumlah waktu yang terlampaui tiap selang waktu tertentu. Besar selang waktu tersebut dapat disetting sesuai dengan kebutuhan. Jika dipakai sebagai counter, maka register penampung tersebut digunakan untuk menyimpan data hasil perhitungan terakhir. Saat difungsikan sebagai counter, maka masuk melewati pin TO dan T1. Register untuk mengatur kapan timer difungsikan sebagai timer dan kapan sebagai counter adalah TCCRx. ATMEGA8535 memiliki fasilitas 3 buah timer/counter yaitu timer/counter0 8 bit, timer/counter1 16 bit, dan timer/counter2 8 bit. 8 bit dan 16 bit adalah jumlah data yang bisa ditampung pada register penampungnya. Pada bab ini akan didemonstrasikan 2 aplikasi praktik, dengan tujuan peserta bisa membedakan fungsi dari timer dan counter pada mikrokontroller. PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang dibutuhkan untuk aplikasi timer adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle (mengacu pada bab 3). Input/output-board M.B.3.6. (mengacu pada bab 3). APLIKASI PRAKTIK APLIKASI 1: TIMER Setting hardware 1. Hubungkan PORTC universal board dengan port OUTPUT pada input/output board (led array). 2. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 3. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. MAX-TRON 35

36 Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting port C sebagai output (out). 5. Klik tab Timers, pilih tab timer1 kemudian setting seperti pada gambar. 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama timer. 8. Save file CV AVR dengan nama timer pada direktori timer. 9. Save file.c dengan nama timer.c pada direktori timer. 10. Save file project dengan nama timer.prj pada direktori timer. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. MAX-TRON 36

37 Listing Program 1. Kita telah menyetting port C sebagai output, dengan nilai awal 0 (low). 2. Sekarang perhatikan bagian timer/counter0 initialization. pada listing diatas terlihat register register yang mempengaruhi. TCNT1H dan TCNT1L adalah register untuk menampung jumlah hitungan waktu. MAX-TRON 37

38 3. Pada bab ini kita akan coba membuat program dimana nilai pada port C, yang dinyatakan dengan led pada input/output board, akan bertambah apabila timer1 overflow. Sekarang perhatikan fungsi interrupt timer1_ovf_isr(), fungsi ini akan dieksekusi apabila timer1 overflow (ingat fungsi dasar interrupt!!). Tambahkan listing kode seperti berikut, overflow adalah kondisi dimana nilai register maksimum. (kondisi register FFFF atau 65535) 4. Pada listing program diatas TCNT1H dan TCNT1L merupakan register 8 bit yang digabung menjadi 16 bit. TCNT1H dan TCNT1L menyatakan nilai awalan dimana hitungan mulai dilakukan. 5. Harga nilai awalan timer adalah 159F (bentuk bilangan hexa) atau 5535 (dalam bentuk desimal). Timer1 akan overflow jika hitungan telah mencapai FFFF(hexa)/65535(biner). 6. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 7. Klik Program, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 8. Perhatikan nyala lampu pada input/output-board. Nilai port C akan bertambah terus jika timer1 overflow. MAX-TRON 38

39 APLIKASI 2: COUNTER Setting hardware 1. Hubungkan PORTC universal board dengan port OUTPUT pada input/output board (led array). 2. Hubungkan PORTB universal board dengan port INPUT pada input/output board (pushbutton array). 3. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 4. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting port C sebagai output (out), PORTB.1 sebagai input (in) dengan pull-up resistor. MAX-TRON 39

40 5. Klik tab Timers, pilih tab timer1 kemudian setting seperti pada gambar. 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama counter. 8. Save file CV AVR dengan nama counter pada direktori counter. 9. Save file.c dengan nama counter.c pada direktori counter. 10. Save file project dengan nama conter.prj pada direktori counter. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip.. MAX-TRON 40

41 Listing Program 1. Kita telah menyetting port C sebagai output, dengan nilai awal 0 (low), dan PORTB.1(T1) sebagai input dengan pull-up resistor. 2. Sekarang perhatikan bagian timer/counter0 initialization. register penampung TCNT1H dan TCNT1L diberikan nilai awalan FFFA (hexa) atau (decimal). Ini berarti untuk mencapai overflow (kondisi register FFFF atau 65535) register hanya membutuhkan 5 hitungan. 3. Perhatikan bagian fungsi interrupt timer1_ovf_isr(), dapat dilihat nilai awalan register penampung. Interrupt akan dijalankan jika pin T1 mengalami perubahan kondisi dengan mode rising edge sebanyak 5 kali. Tambahkan listing kode seperti dibawah. MAX-TRON 41

42 4. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 5. Klik Program the chip, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 6. Tekan push-button chanel 1 sebanyak 5 kali, perhatikan perubahan nyala lampu pada led array input/output-board. EXERCISE Buatlah program aplikasi counter dengan mode trigger yang berbeda (falling edge). Coba gunakan timer/counter0 dengan mode dan hitungan yang berbeda beda. MAX-TRON 42

43 BAB 6 PWM (Pulse Width Modulation) PWM (Pulse Width Modulation) adalah teknik mendapatkan efek sinyal analog dari sebuah sinyal digital yang terputus-putus. PWM dapat dibangkitkan hanya dengan menggunakan digital i/o yang difungsikan sebagai output. Gambar 6.1: contoh PWM dengan duty cycle 50% Pada contoh gelombang diatas, perbandingan waktu antara sinyal high (1) dan sinyal low (0) adalah sama. Gelombang diatas dikatakan memiliki duty cycle 50%. Duty cycle adalah perbandingan antara lebar sinyal high (1) dengan lebar keseluruhan siklus (cycle). Jika amplitudo gelombang PWM adalah 5 volt, maka tegangan rata rata (seolah olah analog) yang kita dapatkan adalah 2,5 volt. Berikut contoh gelombang PWM dengan duty cycle 10%, jika amplitudo gelombang 5 volt maka akan didapatkan tegangan rata rata analog 0,5 volt. Gambar 6.2: contoh PWM dengan duty cycle 10% Pada ATMEGA8535 ada 2 cara membangkitkan PWM, yang pertama PWM dapat dibangkitkan dari port input/outputnya yang difungsikan sebagai output. Yang kedua adalah dengan memanfaatkan fasilitas PWM dari fungsi timer/counter yang telah disediakan. Dengan adanya fasilitas ini proses pengaturan waktu high/low sinyal digital tidak akan mengganggu urutan program lain yang sedang dieksekusi oleh processor. Selain itu, dengan menggunakan fasilitas ini kita tinggal memasukkan berapa porsi periode waktu on dan off gelombang PWM pada sebuah register. OCR1A, OCR1B dan OCR2 adalah register tempat mengatur duty cycle PWM. Pada bab ini akan diperagakan bagaimana cara mendapatkan sinyal analog dari sebuah sinyal digital dengan menggunakan teknik PWM. MAX-TRON 43

44 PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang dibutuhkan untuk aplikasi PWM adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle (mengacu pada bab 3). Single conector. Input/output-board. APLIKASI PRAKTIK Setting hardware 1. Hubungkan PORTD.4 dan PORTD.5 pada port OUTPUT input/output-board menggunakan single conector. 2. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 3. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Setting PORTD.4 (OC1B) dan PORTD.5 (OC1A) sebagai output (out). MAX-TRON 44

45 5. Klik tab Timers, pilih tab timer1 kemudian setting seperti pada gambar. Perhatikan setting mode non-inverted pada out A dan mode inverted pada out B. 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama pwm. 8. Save file CV AVR dengan nama pwm pada direktori pwm. 9. Save file.c dengan nama pwm.c pada direktori pwm. 10. Save file project dengan nama pwm.prj pada direktori pwm. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. MAX-TRON 45

46 Listing Program 1. Kita telah menyetting PORTD.4 dan PORTD.5 sebagai output, dengan nilai awal 0 (low). 2. Perhatikan register yang mempengaruhi, sama seperti register pada timer/counter pada bab Untuk mengatur porsi on dan off kita berikan nilai pada register OCR1A dan OCR1B pada looping while. Nilai maksimum dari OCR1A dan OCR1B adalah 1023 (10bit) seperti pada setting kita sebelumnya (langkah 5). Tuliskan listing kode seperti dibawah, 4. Kita telah memberikan nilai 800 pada OCR1A dan 800 pada OCR1B (skala 1023). MAX-TRON 46

47 5. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 6. Klik Program the chip, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 7. Amati nyala lampu pada input/output-board. 8. Ulangi dengan memberikan nilai OCR1A dan OCR1B yang berbeda beda. EXERCISE Buatlah program aplikasi PWM untuk mengendalikan arah dan kecepatan putaran motor listrik DC. Gunakan motor Kontrol MAX-TRON H-bridge M.B.4.3. MAX-TRON 47

48 BAB 7 USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter) Untuk dapat berhubungan dengan piranti lain (ex: mikrokontroller - komputer, mikrokontroller-mikrokontroller dll), mikrokontroller dilengkapi dengan fasilitas komunikasi. Ada 2 jenis fasilitas komunikasi yang dikenal, yaitu komunikasi parallel dan komunikasi serial. Sesuai dengan namanya pada komunikasi parallel transfer data dilakukan secara serempak/bersamaan, sedangkan pada komunikasi serial data dikirim secara bergantian. Komunikasi secara parallel memiliki kelebihan pada kecepatan transfer data, tetapi kualitas suatu komunikasi tidak hanya ditentukan oleh kecepatannya saja, ada faktor lain yang perlu diperhatikan yaitu jarak dan ke-praktis-an. Komunikasi parallel memerlukan jalur data yang lebih banyak, yang berarti pengkabelan (wiring) juga akan semakin banyak. Pada komunikasi serial biasanya hanya dibutuhkan 2 sampai 3 kabel saja, jadi bisa dikatakan komunikasi serial lebih praktis dibanding parallel apalagi jika komunikasi dilakukan dengan jarak yang jauh. Agar komunikasi serial dapat berjalan dengan baik dibutuhkan suatu protocol/aturan komunikasi. Pada ATMEGA8535 terdapat beberapa protocol komunikasi serial, yaitu : USART, SPI, dan I2C. Bab ini akan membahas protocol komunikasi USART, serta mempraktikkan komunikasi antar dua buah mikrokontroller. Dengan menggunakan protocol USART ada 2 jenis mode komunikasi, yaitu : Sinkron, dan asinkron. Pada mode sinkron, mikrokontroller dan peripheral yang berkomunikasi akan menggunakan clock/detak kerja yang sama, sedangkan pada mode asinkron mikrokontroller dan peripheral bisa bekerja pada clock-nya masing-masing. PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang dibutuhkan untuk aplikasi ADC adalah sebagai berikut: ATMEGA8535 universal board + isp_dongle (mengacu pada bab 3). Input/output-board. Kabel USART. MAX-TRON 48

49 APLIKASI PRAKTIK Pada aplikasi ini akan didemokan komunikasi USART antara mikrokontroller satu peserta dengan peserta lainnya. Setting hardware 1. Hubungkan SPI port pada universal board dengan port parallel PC menggunakan downloader. 2. Hubungkan USART kabel pada USART port universal board. 3. Hidupkan saklar power, led power pada universal board harus dalam keadaan nyala. Programming: 1. Buka CV AVR., pilih File->New->Project. 2. Klik YES ketika terdapat option untuk meggunakan codewizardavr. 3. Pilih chip yang akan digunakan ATMEGA8535 dengan harga clock 16 Mhz. 4. Klik tab port, setting PORTC sebagai input dan PORTB sebagai OUTPUT. 5. Klik tab USART, setting seperti gambar dibawah. MAX-TRON 49

50 6. Setting selesai, untuk mengenerate program pilih File >> Generate, Save, and Exit. 7. Buat direktori dengan nama usart. 8. Save file CV AVR dengan nama usart pada direktori usart. 9. Save file.c dengan nama usart.c pada direktori usart. 10. Save file project dengan nama usart.prj pada direktori usart. Project Setting 1. Terlihat pada tampilan CV AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project >> configure. 2. Pilih tab after make, aktifkan program the chip. Listing Program 1. Perhatikan bagian atas program, pengarah preprocessor stdio.h telah ditambahkan secara otomatis oleh codevisionwizard. MAX-TRON 50

51 2. Perhatikan setting register DDRB, DDRC, dan PORTB. Kita telah menyetting PORTB sebagai output dan PORTC sebagai input dengan pull up resistor. 3. Berikut adalah setting register-register yang mempengaruhi, 4. Kita akan membuat program agar informasi/data dari input mikrokontroller satu peserta dapat ditangkap oleh mikrokontroller peserta lain dan ditampilkan pada input/output board. Kita awali dengan mendeklarasikan variable yang akan digunakan pada fungsi main, 5. Untuk peserta A tambahkan listing kode berikut pada looping while, MAX-TRON 51

52 6. Untuk peserta B tambahkan listing kode berikut pada looping while, 7. Program chip dengan memilih menu project >> make atau dengan menekan shift + F9. Jika pada kode masih terdapat kesalahan/error akan terlihat pada message. 8. Klik Program the chip, jika ada kesalahan periksa kembali setting hardware. 9. Jika anda peserta A, tekan push-button pada input/output, tanyakan perubahan nyala led pada input/output-board partner anda. 10. Jika anda peserta B, amati perubahan nyala led hasil input dari partner anda. MAX-TRON 52