BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 PERANGKAT KERAS
2.2 Arsitektur mikrokontroler AT89S8253
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 missal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan 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 komputer PC yang harus dipasang disamping atau di belakang mesin permainan yang bersangkutan.
Selain sistem tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan sistem telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu sistem 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 sistem akuisisi data sekaligus sistem pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti sistem 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 sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras 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.
2.2.1 Pin-Pin pada Microcontroller AT89C2051
Deskripsi pin-pin pada Microcontroller AT89C2051
Gambar 2.1 IC Mikrokontroler AT89C2051
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89C2051 : VCC (Pin 40) Suplai tegangan GND (Pin 20) Ground 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RST P3.0 P3.1 XTAL 2 XTAL 1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 GND VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7
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, por 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 mengaksememori 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.
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 Fungsi P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) INTO (interrupt 0 eksternal) P3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1)
P3.6 (pin 16) WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori)
Tabel 2.1 fungsi pin pada port 3
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. 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.
2.3 Resistor
Fungsi resistor dapat diumpamakan dengan sekeping papan yang dipergunakan untuk menahan aliran air yang deras di suatu selokan. Dengan memakai tahanan papan ini, maka arus air bisa terhambat alirannya. Perumpamaan ini dapat dipergunakan dalam tahanan listrik. Dapat disimpulkan bahwa resistor merupakan komponen yang berfungsi dalam menghambat arus listrik. Resistor dengan nilai tahanan yang tepat sangat diperlukan dalam mengatur nilai tegangan yang tepat untuk bisa mengoperasikan suatu rangkaian dengan sempurna. Dalam dunia elektronika, resistor diterapkan sebagai pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan tertentu sebagai beban pada rangkaian.
Secara umum fungsi resistor adalah sebagai berikut :
a. Melewatkan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.
c. Bekerja dengan transistor dan kapasitor dalam suatu rangkaian untuk membangkitkan frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.
d. Pembagi tegangan.
Fungsi resistor sebagai penghambat arus sesuai dengan persamaan:
I = V / R...(2.1) Dimana :
I = arus (ampere) V = tegangan (volt) R = tahanan (ohm)
Dua karakteristrik utama yang harus diketahui pada resistor adalah besar resistansi pada rating dayanya. Rating daya pada sebuah resistor menunjukan kemampuan resistor tersebut dalam mendisipasi daya. Untuk mengetahui besar sebuah resistor untuk mendisipasi daya berlaku persamaan berikut :
P = V2
Adapun disipasi daya maksimum resistor dilewati akan mengakibatkan panas yang berlebihan yang dapat merusak resistor. Resistor yang paling banyak dipergunakan terbuat dari karbon yang dilapisi pada sebatang keramik. Untuk mengetahui nilai resistor dapat dilakukan dengan membaca kode warna, kode angkat atau diukur langsung dengan ohm meter. Dalam pembacaan dengan kode warna dapat / R...(2.2) Dimana :
P = daya (watt) V = tegangan (volt)
dilihat pada gelang-gelang yang terdapat pada badan resistor seperti yang terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.2 Resistor
Pada gambar diatas cincin-cincin warna tersebut menunjukkan hal-hal sebagai berikut: Cincin ke 1 : menunjukkan angka ke 1
Cincin ke 2 : menunjukkan angka ke 2
Cincin ke 3 : merupakan faktor pengali dari angka pertama dan kedua Cincin ke 4 : menunjukkan besarnya toleransi tahanan
Resistor sebagai tahanan terbagi atas dua jenis yaitu : 1. Resistor tetap
a. Resistor tahan logam, misalnya tahanan dari kawat logam yang digulung dipermukaan tabung kaca.
b. Resistor arang, resistor ini paling banyak digunakan pada rangkaian elektronika.
2. Resistor variable, yaitu resistor yang besarnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Resistor ini banyak digunakan dalam rangkaian elektronika, secara umum dikenal sebagai potensiometer. Potensiometer dirancang untuk
memberikan suatu perubahan resistansi yang banyak sesuai dengan kebutuhan. Potensiometer dibuat dalam berbagai bentuk untuk pemakaian dalam industri. Potensiometer dapat dibagi dua bentuk yaitu :
a. Potensiometer tergeser (berbentuk batangan yang memanjang, sering digunakan pada equalizer).
b. Potensiometer terputar (berbentuk bulatan dan sering digunakan dalam pengaturan volume, bas, treble, dan lain-lain.
2.4 Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu komponen elektronika yang teruat dari dua belah plat penghantar yang diantaranya diisi dengan bahan dielektrik. Secara umum kegunaan kapasitor adalah :
1. Untuk menyimpan muatan listrik 2. Dapat melewatkan arus bolak-balik
Penulisan kapasitor dalam rangkaian mempergunakan simbol. Adapun simbol-simbol umum untuk menyatakan kapasitor diperlihatkan pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.4 Simbol-simbol kapasitor
(a) dan (b) non polar (b) dan (e) elektrolit (polar) (c) dan (f) variable
Kapasitor berdasarkan jenis bahan isolatornya ada beberapa jenis yaitu : 1. Kapasitor udara, misalnya varco (variable condensator).
3. Kapasitor mika.
4. Kapasitor film, bahan elektroliknya berupa plastik, misalnya kapasitor polyester, kapasitor polikarbonat dan kapasitor polyestirin.
5. Kapasitor keramik, bahan elektroliknya berupa plastik yang mempunyai resistivitas yang sangat tinggi sekali, sehingga resistansi bocornya sangat kecil. 6. Kapasitor tantalum, kontruksi susunannya memperlihatkan efek seperti
semikonduktor.
Kapasitor elektrolit (elco) berbentuk seperti tabung yang mempunyai polaritas positif (+) dan negatif (-). Bahan dielektrumnya berupa film oksida tipis.
2.4.1 Kapasitansi
Kapasistansi merupakan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan (C). Kapasistansi ini diukur berdasarkan besar muatan yang dapat disimpan pada suatu kanaikkan tegangan. Sehingga secara matematika berlaku hubungan ;
C = Q / V...(2.3) Energi yang tersimpan akibat muatan terisi pada saat dialiri arus listrik = ½ CV2
1. Non-elektrolis, terbagi atas dua yaitu tetap dan variable. Kapasitor ini mempunyai kapasistansi maksimum sebesar ratusan pikofarad.
, tetapi energi ini akan hilang apabila kapasitor dikosongkan (dengan kata lain arus listrik sama dengan nol).
Kapasitor terdiri dari beberapa macam, tetapi secara umum hanya terbagi dalam dua elompok ;
2. Elektrolistis, dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat aluminium dengan menggantikan medium dielektriknya dengan elektrolit basah, sehingga namanya menjadi elektrolisis.
2.5 Dioda
Dioda adalah komponen elektronika yang paling sederhana dari kelurga semikonduktor, dari simbolnya menunjukkan arah arus dan ini merupakan sifat dioda, bahwa dioda hanya mengalirkan arus pada satu arah maju (forward) sedangkan pada arah sebaliknya (reverse) arus tidak mengalir, arus hanya mengalir dari kutub katoda. Satu sisi dioda disebut anoda untuk pencatuan positif (+), dan sisi lainnya disebut katoda untuk pencatuan negatif (-), yang di dalam pemasangannya tidak boleh terbalik. Secara fisik bentuk dioda seperti selinder kecil dan biasanya diberi tanda berupa lingkaran warna putih yang menandakan posisi kaki katoda.
Jenis-jenis dari dioda diantaranya : dioda zener, led, infrared, photodioda dan sebagainya. Dioda zener biasanya dipasang pada suatu rangkaian elektronika sebagai pembatas tegangan pada nilai tertentu. Led (light emitting diode) yaitu dioda yang dapat memancarkan sinar, bisa digunakan sebagai lampu indikator dengan kelebihan yaitu umur aktifnya sangat lama jika dibandingkan dengan lampu pijar. Infrared bentuk fidiknya sama seperti led, perbedaan terdapat pada outputnya, dimana infrared hanya memancarkan sinar infra merah yang pancaranya tidak dapat terlihat oleh mata.
Gambar 2.5 Simbol dioda
2.6 Transistor
Transistor adalah suatu bahan semi konduktor yang merupakan hasil perkembangan dari dioda semikonduktor. Transisitor dapat berubah sifatnya dari setengah penghantar menjadi bahan penghantar. Setelah diketahui sifat baru dari dioda semikonduktor, yaitu bahwa arus penghantar dari dioda dapat dikontrol oleh suatu elektroda yang ditambahkan pada pertemuan PN dioda. Dengan penambahan elektroda pengontrol ini, maka dioda semikonduktor dapat dianggap dua buah dioda yang mempunyai elektroda bersama dan bentuk penghubung semacam ini disebut transistor bipolar. Adapun penambahan elektroda pengontrol terhadap dioda semikonduktor, sehingga menghasilkan transistor bipolar yang dilakukan dengan cara mempertemukan dua buah dioda yang titik pertemuannya harus dengan elektroda.
2.6.1 Simbol transistor
Karena susunan dioda-dioda transistor yang sedemikian rupa, maka simbol transistor ini perlu kita ketahui, berhubungan kalau kita merakit suatu rangkaian yang mengandung komponen transistor tentu tidak bisa diabaikan. Adapun simbol-simbol tansistor ini diperlihatkan seperti gambar dibawah ini :
Gambar 2.6 Simbol transistor
2.7 Bahasa assembly
Secara fisik kerja dari sebuah mikrokontroler dapat dijelaskan sebagai siklus pembacaan instruksi yang tersimpan di dalam memori. Mikrokontroler menentukan alamat dari memori program yang akan dibaca, dan melakukan proses baca data di memori. Data yang dibaca diinterprestasikan sebagai instruksi. Alamat instruksi disimpan oleh mikrokontroler di register yang dikenal sebagai program counter. Instruksi ini misalnya program aritmatika yang melibatkan 2 register.
Sarana yang ada dalam program assembly sangat minim, tidak seperti dalam bahasa pemrograman tingkat atas (high level language programming) semuanya sudah siap dipakai. Penulis program assembly harus menentukan segalanya, menentukan letak program yang ditulisnya dalam memori-program, membuat data konstan dalam memori-program, membuat variabel yang dipakai kerja dalam memori-data dan lain sebagainya.
2.8 Program sumber assembly
Program-sumber assembly (assembly source programming) merupakan kumpulan dari baris-baris perintah yang ditulis dengan program penyunting teks (text editor) sederhana, misalnya program EDIT.COM dalam DOS, atau program NOTEPAD dalam windows atau MIDE-51. Kumpulan baris-perintah tersebut biasanya disimpan ke dalam file dengan nama ekstensi. ASM dan lain sebagainya, tergantung pada program assembler yang akan dipakai untuk mengolah program-sumber assembly tersebut.
Setiap baris-perintah merupakan sebuah perintah yang utuh, artinya sebuah perintah tidak mungkin dipecah menjadi lebih dari satu baris. Satu baris perintah bisa terdiri dari empat bagian. Bagian pertama dikenali sebagai label atau sering juga disebut sebagai simbol, bagian kedua dikenali sebagai kode operasi, bagian ketiga adalah operand dan bagian terakhir adalah komentar. Antara bagian-bagian tersebut dipisahkan dengan sebuah spasi atau tabulator.
2.9 Konfigurasi keyboard PS2
Antarmuka keyboard standard adalah hubungan komunikasi serial. Serial yang menandakan bahwa data dikirim satu bit pada suatu waktu tertentu pada satu jalur tunggal. Serial komunikasi dipilih untuk antara muka keyboard karena hal ini simpel dan mudah diterapkan, dan tidak banyak data per detik yang harus dikirimkan pada antar muka keyboard.
Ada empat jalur yang menghubungkan keyboard dan PC. Dua dari ini adalah power supply dan ground, yang digunakan untuk memberikan daya ke rangkaian keyboard. Dua sinyal yang lain adalah sebagai berikut:
1. Data keyboard: disinilah jalur bit-bit data dan perintah yang akan dikirimkan ke sistem PC dari keyboard.
2. Clock keyboard: Ini merupakan sinyal clock regular, dengan suatu nilai yang berosilasi dari logika “1” ke “0” dengan pola yang teratur. Tujuan dari sinyal clock ini adalah untuk mensinkronisasi keyboard dan sistem, sehingga merekan selalu bekerja secara bersamaan. Keyboard PC AT yang terkoneksi hanya menggunakan empat buah kabel, kabel ini ditunjukkan pada gambar dibawah, untuk 5 pin DIM dan PS/2.
5 PIN DIN (a) 1.KBD Clock 2.KBD Data 3.N/C 4.GND 5. +5V (VCC) 6PIN DIN (b) 1. KBD Clock 2. GND 3. KBD Data 4. N/C 5. +5V (VCC) 6. N/C
Diagram dibawah ini menunjukkan kode scan yang menandai tombol individu. Kode scan ditunjukkan pada bagian bawah dari tombol. Contoh kode scan untuk tombol ESC adalah 76. Semua kode scan ditunjukkan dalam hex.
Gambar 2.8 Peta data keyboard PC
Sebagaimana yang anda lihat, kode scan ditandai dengan kode yang random. Pada beberapa kasus, cara yang paling mudah untuk menerjemahkan kode scan ke ASCII adalah dengan menggunakan metode look up table. Transmisi data, dari keyboard ke sistem, dilakukan dengan frame 11 bit. Bit pertama adalah bit start ( logika 0 ), diikuti dengan 8 bit data ( LSB first ), satau bit paristas ( paritas ganjil ) dan bit stop ( logika 1 ). Setiap bit harus dibaca pada sisi turun dari clock.
