BAB II DASAR TEORI
2.4. Mikrokontroler AVR ATmega32
AVR (Alf and Vegard’sRiscProcessor) merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit yang diproduksi oleh Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Chip AVR yang digunakan untuk tugas akhir ini adalah ATmega32. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock dan mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan power saving mode. AVR juga mempunyai ADC, PWM internal dan In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang. [10]
2.4.1. Arsitektur AVR ATmega32
Mikrokontroler ATmega32 memiliki arsitektur sebagai berikut :
a. Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D. b. ADC 10 bit sebanyak 8 Channel.
c. Tiga buah timer/counter yaitu Timer 0, Timer 1, dan Timer 2. d. Watchdog Timer dengan osilator internal.
e. SRAM sebanyak 512 byte. f. Memori Flash sebesar 32 kb.
g. Sumber Interupsi internal dan eksternal. h. Port SPI (Serial Pheriperal Interface). i. EEPROM on board sebanyak 512 byte. j. Komparator analog.
k. Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter). 2.4.2. Deskripsi Mikrokontroler ATmega32
Konfigurasi Pin Mikrokontroller ATmega32 dengan kemasan 40 pin DIP (dual in-line package) dapat dilihat pada Gambar 2.10. Untuk memaksimalkan performa dan
paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Ketika sebuah instruksi sedang dikerjakan maka instruksi berikutnya diambil dari memori program. [10]
Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega32[10] Mikrokontroler ATmega32 memiliki konfigurasi Pin sebagai berikut:
a. VCC (power supply). b. GND (ground).
c. Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai input analog pada ADC (analog digital converter). Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah. d. Port B (PB7..PB0) Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor
internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).
e. Port C (PC7..PC0) Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).
f. Port D (PD7..PD0) Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).
g. RESET (Reset input). h. XTAL1 (Input Oscillator). i. XTAL2 (Output Oscillator).
k. AREF adalah pin referensi analog untuk ADC.
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter (ADC) dan port I/O 8-bit dua arah. Port B, Port C, Port D adalah suatu port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pada rangkaian reset, waktu pengosongan kapasitor dapat dihitung dengan persamaan 2.1. [10]
T = R x C (2.1)
2.4.3. Organisasi Memori AVR ATmega32
Arsitektur AVR mempunyai dua ruang memori utama, yaitu ruang memori data dan memori program. ATmega32 juga memiliki fitur EEPROM Memori untuk penyimpanan data.
Memori Program
Kode program disimpan dalam flash memory, yaitu memori jenis non-volatile yang tidak akan hilang datanya meskipun catu daya dimatikan. Dalam ATmega32 terdapat 8Kbyte On-Chip di dalam sistem Memory Flash Reprogrammable untuk penyimpanan program. Untuk keamanan perangkat lunak, flash memori dibagi menjadi dua bagian, yaitu boot program dan bagian aplikasi program. [10]
Memori Data
Memori data adalah memori RAM (Random Access Memory) yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi menjadi empat bagian yaitu 32 General Purphose Register adalah register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh ALU (Arithmatich Logic Unit). Dalam istilah processor komputer sehari-hari
GPR dikenal sebagai “chace memory”. I/O register dan Aditional I/O register adalah register yang difungsikan khusus untuk mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler seperti pin, port, timer/counter. [10]
2.4.4. Interupsi
Interupsi adalah suatu kondisi dimana mikrokontroler akan berhenti sementara dari program utama untuk melayani instruksi-instruksi pada interupsi kemudian kembali
mengerjakan instruksi program utama setelah instruksi-instruksi pada interupsi selesai dikerjakan.
Table 2.1. Hubungan PIN dan Interupsi [10] Jenis interupt PIN pada ATmega32
INT0 PORTD.2
INT1 PORTD.3
INT2 PORTB.2
ATmega32 menyediakan tiga interupsi eksternal yaitu, INT0, INT1, dan INT2. Masing-masing interupsi tersebut terhubung dengan pin ATmega32 seperti ditunjukan pada Tabel 2.1. Interupsi eksternal bisa dilakukan dengan memberikan logika 0 atau perubahan logika (rissing edge dan falling edge) pada pin interupsi yang bersangkutan [10].
2.4.5. Timer/Counter
Timer/Counter pada mikrokontroler AVR dapat digunakan untuk melakukan pencacahan waktu seperti pada jam digital maupun untuk menghasilkan sinyal PWM (Pulse Width Modulation) yakni sinyal kotak dengan frekuensi dan duty cycle yang nilainya bisa diatur. ATmega32 memiliki tiga unit Timer/Counter yaitu Timer/Counter 0 (8 bit), Timer/Counter 1 (16 bit), dan Timer/Counter 2 (8 bit).[10]
TIMER/COUNTER 0
Fitur-fitur yang dimiliki:
1. Satu buah unit Compare Counter (Unit ini akan meng-count dan meng-compare) . 2. Clear timer pada saat compare match (Auto reload) .
3. Phase Correct PWM yang bebas glitch . 4. Frequency generator .
6. Prescaler clock hingga 10 bit.
7. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau compare match.
Perhitungan overflow interrupt sebagai pembangkit PWM ditunjukan pada persamaan 2.2, 2.3, dan 2.4 berikut . (2.2) (2.3) (2.4) Keterangan :
f= frekuensi yang digunakan untuk eksekusi program T= periode
N= prescaller yang digunakan OCR = nilai cacahan pulsa Pulse = lebar pulsa
Berikut merupakan mode-mode operasi timer [7]:
a) Mode normal, timer digunakan untuk menghitung saja, membuat delay, dan mengitung selang waktu.
Gambar 2.11. Mode Phase Correct PWM .[11]
b) Mode phase correct PWM (PCP), digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM dimana nilai register counter (TCNT0) yang mencacah naik dan turun secara terus menerus akan selalu dibandingakan dengan register pembanding OCR0. Hasil perbandingan register TCNT0 dan OCR0 digunakan untuk membangkitkan sinyal PWM yang dikeluarkan pada OC0 seperti ditunjukan Gambar 2.11.
c) CTC (Clear timer on compare match), register counter (TCNT0) akan mencacah naik kemudian di-reset atau kembali menjadi 0x00 pada saat nilai TCNT0 sama dengan OCR0. Sebelumnya OCR diset dulu, karena timer 0 dan 2 maksimumnya 255, maka range OCR 0-255.
d) Fast PWM, mode ini hampir sama dengan mode phase correct PWM, hanya perbedaannya adalah register counter TCNT0 mencacah naik saja dan tidak pernah mencacah turun seperti terlihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12. Mode Fast PWM. [11] 2.4.6. Komunikasi Serial USART
Komunikasi data adalah perpindahan data antara dua atau lebih peranti, baik yang berjauhan maupun yang berdekatan. Perpindahan data antara dua atau lebih peranti dapat dilaksanakan secara paralel atau seri. Komunikasi seri dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu komunikasi dara seri sinkron dan komunikasi data asinkron. Dikatakan sinkron jika sisi pengirim dan sisi penerima ditabuh (clocked) oleh penabuh (clock) yang sama, satu sumber penabuh, data dikirim beserta penabuh. Dikatakan asinkron jika sisi pengirim dan sisi penerima ditabuh oleh penabuh yang terpisah dengan frekuensi yang hampir sama, data dikirim disertai informasi sinkronisasi. [10]
Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki baudrate yang sama. Beberapa fasilitas yang disediakan USART AVR adalah sebagai berikut:
a) Operasi full duplex (mempunyai register receive dan transmit yang terpisah). b) Mendukung kecepatan multiprosesor.
c) Mode kecepatan berorde Mbps . d) Operasi asinkron atau sinkron .
e) Operasi master atau slave clock sinkron.
f) Dapat menghasilkan baud-rate (laju data) dengan resolusi tinggi. g) Modus komunikasi kecepatan ganda pada asinkron.
Inisialisasi USART
Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan dan mengeset komunikasi USART dilakukan dengan cara mengaktifkan register-register yang digunakan untuk komunikasi USART. Register-register yang digunakan untuk komunikasi USART antara lain:
UDR merupakan register 8 bit yang terdiri dari dua buah dengan alamat yang sama, yang digunakan sebagai tempat untuk menyimpan data yang akan dikirimkan (TXB) atau tempat data diterima (RXB) sebelum data tersebut dibaca.
Gambar 2.13. Register UDR[10] USART Control and Status Register A (UCSRA)
Gambar 2.14. Register UCSRA [10] Penjelasan bit penyusun UCSRA :
a) RXC (USART Receive Complete)
Bit ini akan set ketika data yang masuk ke dalam UDR belum dibaca dan akan berlogika nol ketika sudah dibaca. Flag ini dapat digunakan untuk membangkitkan interupsi RX jika diaktifkan dan akan berlogika nol secara otomatis bersamaan dengan eksekusi vektor interupsi yang bersangkutan.
b) TXC (USART Transmit Complete)
Bit ini akan set ketika data yang dikirim telah keluar. Flag ini akan membangkitkan interupsi TX jika diaktifkan dan akan clear secara otomatis bersamaan dengan eksekusi vektor interupsi yang bersangkutan.
c) UDRE (USART Data Register Empty)
Flag ini sebagai indikator isi UDR. Jika bernilai satu maka UDR dalam keadaan kosong dan siap menerima data berikutnya, jika flag bernilai nol berarti sebaliknya.
Bit ini sebagai indikator ketika data yang diterima error, misalnya ketika stop bit pertama data dibaca berlogika nol maka bit FE bernilai satu. Bit akan bernilai 0 ketika stop bit data yang diterima berlogika nol.
e) DOR (Data OverRun)
Bit ini berfungsi untuk mendeteksi jika ada data yang tumpang tindih. Flag akan bernilai satu ketika terjadi tumpang tindih data.
f) PE (Parity Error)
Bit yang menentukan apakah terjadi kesalahan paritas. Bit ini berfungsi jika ada kesalahan paritas. Bit akan berlogika satu ketika terjadi bit parity error apabila bit paritas digunakan.
g) U2X (Double the USART Transmission Speed)
Bit yang berfungsi untuk menggandakan laju data manjadi dua kalinya. Hanya berlaku untuk modus asinkron, untuk mode sinkron bit ini diset nol.
h) MPCM (Multi Processor Communication Mode)
Bit untuk mengaktifkan modus multi prosesor, dimana ketika data yang diterima oleh USART tidak mengandung informasi alamat akan diabaikan.
USART Control and Status Register B (UCSRB)
Gambar 2.15. Register UCSRB [6] Penjelasan bit penyusun UCSRB :
a) RXCIE (RX Complete Interrupt Enable)
Bit pengatur aktivasi interupsi penerimaan data serial, akan berlogika satu jika diaktifkan dan berlogika nol jika tidak diaktifkan.
b) TXCIE (TX Complete Interrupt Enable)
Bit pengatur aktivasi pengiriman data serial, akan berlogika satu jika diaktifkan dan berlogika nol jika tidak diaktifkan.
c) UDRIE (USART Data Register Empty Interrupt Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan interupsi data register kosong, berlogika satu jika diaktifkan dan sebaliknya.
d) RXEN (Receiver Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin RX saluran USART. Ketika pin diaktifkan maka pin tersebut tidak dapat digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah digunakan sebagai saluran penerima USART.
e) TXEN (Transmitter Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin TX saluran USART. Ketika pin diaktifkan maka pin tersebut tidak dapat digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah digunakan sebagai saluran pengirim USART.
f) UCSZ2 (Character Size)
Bit ini bersama dengan UCSZ1 dan UCSZ0 dalam register UCSRC digunakan untuk memilih tipe lebar data bit yang digunakan.
Tabel 2.2. Penentuan Ukuran Karakter [10]
UCSZ[2..0] Ukuran Karakter dalam bit
0 5
1 6
10 7
100-110 Tidak dipergunakan
111 9
g) RXB8 (Receive Data Bit 8)
Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan format data 9-10 bit, dan bit ini harus dibaca dahulu sebelum membaca UDR.
h) TXB8 (Transmit Data Bit 8)
Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan format data 9-10 bit, dan bit ini harus ditulis dahulu sebelum membaca UDR.
USART Control and Status Register C (UCSRC)
Gambar 2.16. Register UCSRC[10] Penjelasan bit penyusun UCSRC :
a) URSEL (Register Select) :
Bit ini berfungsi untuk memilih register UCSRC dengan UBBRH, dimana untuk menulis atau membaca register UCSRC maka bit harus berlogika satu.
b) UMSEL (USART Mode Select)
Bit pemilih mode komunikasi serial antara sinkron dan asinkron. c) UPM[1…0] (Parity Mode)
Bit ini berfungsi untuk memilih mode paritas bit yang akan digunakan. Transmittter USART akan membuat paritas yang akan digunakan secara otomatis.
Bit yang berfungsi untuk memilih jumlah stop bit yang akan digunakan. e) UCSZ1 dan UCSZ0
Merupakan bit pengatur jumlah karakter serial Bit yang berfungsi untuk memilih lebar data yang digunakan dikombinasikan dengan bit UCSZ2 dalam register UCSRB.
f) UCPOL (Clock Parity)
Bit yang berguna hanya untuk modus sinkron. Bit in berhubungan dengan perubahan data keluaran dan sampel masukkan, dan clock sinkron (XCK).
