Basic AVR Microcontroller Tutorial

(1)

Basic AVR Microcontroller Tutorial

Oleh :

Hendawan Soebhakti, ST

Agustus 2007

Parkway Street, Batam Centre Batam 29461

Telp. 62-778 469856 – 469861 Fax. 62-778 463620

(2)

Basic AVR Tutorial by Hendawan Soebhakti Page 2 of 68 Electrical Engineering – Batam Polytechnic

DAFTAR ISI

1. AVR ATMega 8535L

2. Operasi Aritmatika, Logika dan Percabangan 3. Interupsi

4. Timer/Counter

5. Pengendalian Motor Stepper 6. LCD 16x2

7. PWM dan Pengendalian Motor DC 8. Motor Servo

9. Keypad

(3)

BAB I

AVR ATMega 8535L

1.1 Sekilas Tentang AVR

AVR : Alf and Vegard RISC atau AVR : Advanced Virtual RISC

RISC: Reduced Instruction Set Computer

Arsitektur mikrokontroler jenis AVR pertamakali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology 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 industri komputer, bahasa pemrograman masih menggunakan kode mesin dan bahasa assembly. Untuk mempermudah dalam pemrograman para desainer komputer kemudian mengembangkan bahasa pemrograman tingkat tinggi yang mudah dipahami manusia. Namun akibatnya, instruksi yang ada menjadi semakin komplek 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 dan sebagian besar dieksekusi dalam 1 siklus clock. Berbeda dengan mikrokontroler MCS-51 yang instruksinya bervariasi antara 8 bit sampai 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.

1.2 Karakteristik mikrokontroler AVR seri ATMega8535

1.2.1 Fitur ATMega8535

Fitur yang tersedia pada ATMega 8535 adalah :

• Frekuensi clock maksimum 16 MHz

• Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam PortA, PortB, PortC dan PortD

• Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input

• Timer/Counter sebanyak 3 buah

• CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register

• Watchdog Timer dengan osilator internal

• SRAM sebesar 512 byte

• Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write • Interrupt internal maupun eksternal

• Port komunikasi SPI

• EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi

• Analog Comparator

(4)

1.2.2 Konfigurasi Pin ATMega8535

Gambar 1.1 Konfigurasi Pin ATMega8535 1.2.3 Peta Memori ATMega8535

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 pertamakali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Besarnya memori Boot Flash Section dapat diprogram 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.

(5)

• Data Memory

Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMega8535. Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory sementara 512 lokasi address lainnya digunakan untuk internal data SRAM. Register File terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register.

Gambar 1.3 Peta Data Memory

• EEPROM 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.

1.3 Status Register (SREG)

Status Register adalah register yang memberikan informasi yang dihasilkan dari eksekusi instuksi aritmatika. Informasi ini berguna untuk mencari alternatif alur program sesuai dengan kondisi yang dihadapi.

Bit 7 – I : Global Interrupt Enable

Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akan clear ketika ada interrupt yang dipicu dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi, maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi SEI.

Bit 6 – T : Bit Copy Storage

Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Bit 5 – H : Half Carry Flag

(6)

Bit 4 – S : Sign Bit

Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement Overflow Flag V. Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag

Digunakan dalam operasi aritmatika Bit 2 – N : Negative Flag

Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set. Bit 1 – Z : Zero Flag

Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.

1.4 Bahasa Assembly AVR

Bahasa yang dipakai untuk memprogram mikrokontroler AVR adalah bahasa assembly AVR atau bahasa C. Dalam buku ini semua program ditulis dalam bahasa assembly AVR. Berikut adalah contoh sebuah program aplikasi untuk mikrokontroler AVR :

.include “m8535def.inc” .org 0x0000

rjmp main Inisialisasi program

main: ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

ldi r16,0xff

out ddra,r16 Program utama

out PortA,r16

cbi PortA,0

cbi PortA,1

stop: rjmp stop

Sebuah program harus terdiri dari dua bagian, yaitu inisialisasi program dan program utama. Inisialisasi program harus disertakan agar program utama dapat berjalan. Berikut adalah urutan langkah inisialisasi program :

1. Menentukan jenis mikrokontroler yang digunakan dengan cara memasukkan file definisi device (m8535def.inc) ke dalam program utama.

.include “m8535def.inc” ;

2. Menuliskan original address program, yaitu 0x0000. Kemudian dilanjutkan dengan instruksi rjmp / relative jump ke label main. Hal ini dimaksudkan agar program memory tidak tumpang tindih dengan data memory.

.org 0x0000

rjmp main

3. Menentukan isi Stack Pointer dengan address terakhir RAM (RAMEND). Untuk ATMega8535 yaitu 0x025F. Ini dimaksudkan agar program utama mulai ditulis setelah address terakhir RAM.

main: ldi r16,low(RAMEND) ; low byte address RAM = 5F

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND) ; high byte address RAM = 02

(7)

BAB II

Operasi Port Input Output

2.1 Register I/O

Setiap port ATMega8535 terdiri dari 3 register I/O yaitu DDRx, Portx dan PINx.

• DDRx (Data Direction Register)

Register DDRx digunakan untuk memilih arah pin. Jika DDRx = 1 maka Pxn sebagai pin output Jika DDRx = 0 maka Pxn sebagai input.

• Portx (Port Data Register)

Register Portx digunakan untuk 2 keperluan yaitu untuk jalur output atau untuk mengaktifkan resistor pullup. 1. Portx berfungsi sebagai output jika DDRx = 1 maka :

Portxn = 1 maka pin Pxn akan berlogika high. Portxn = 0 maka pin Pxn akan berlogika low.

2. Portx berfungsi untuk mengaktifkan resistor pullup jika DDRx = 0 maka : Portxn = 1 maka pin Pxn sebagai pin input dengan resistor pull up. Portxn = 0 maka pin Pxn sebagai output tanpa resistor pull up. Tabel 2.1 Konfigurasi Port

DDRxn Portxn I/O Pull up Comment

0 0 Input No Tri state (Hi-Z) 0 1 Input Yes Pull up aktif 1 0 Output No Output Low 1 1 Output No Output High Catatan :

x menunjukkan nama port (A,B,C,D) n menunjukkan nomor bit (0,1,2,3,4,5,6,7)

Nilai awal (initial value) seluruh register I/O adalah 00h.

• PINx (Port Input Pin Address) Digunakan sebagai register input.

2.2 Instruksi I/O

in : membaca data I/O port ke dalam register contoh : in r16,PinA

out : menulis data register ke I/O port contoh : out PortA,r16

ldi : (load immediate) : menulis konstanta ke register sebelum konstanta tersebut dikeluarkan ke I/O port contoh : ldi r16,0xff

sbi : (set bit in I/O) : membuat logika high pada sebuah bit I/O port contoh : sbi PortB,7

cbi : (clear bit in I/O) : membuat logika low pada sebuah bit I/O port contoh : cbi PortB,5

sbic : (skip if bit in I/O is clear) : lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi clear/low contoh : sbic PortA,3

sbis : (skip if bit in I/O is set) : lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi set/high contoh : sbis PortB,3

(8)

Contoh Program 1:

.include "m8535def.inc" .org 0x00

rjmp main

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16

ldi r16,0x00

out ddra,r16 ; PortA as input

ldi r16,0xff

out ddrb,r16 ; PortB as output

out ddrc,r16 ; PortC as output

ulang: in r16,PortA out PortB,r16 ldi r16,0x0f out PortC,r16 cbi PortC,0 sbic PortA,5 cbi PortC,1 sbi PortC,6 sbis PortA,5 sbi PortC,7 ldi r16,0x00 out PortB,r16 out PortC,r16 rjmp ulang Latihan :

1. Buatlah program agar dapat membaca data pada PortC dan mengeluarkan data tersebut pada PortA. 2. Buatlah program agar PortA mengeluarkan data 20h jika PortB,1 berlogika 0.

3. Buatlah program agar PortA mengeluarkan data 15h jika PortC,1 dan PortD,2 berlogika 1, selain kondisi tersebut PortA mengeluarkan data 00h.

(9)

Jawaban Latihan no 3:

rjmp main

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16

ldi r16,0xff

out ddra,r16 ; PortA as output

ldi r16,0x00

out ddrc,r16 ; PortC as output

out ddrd,r16 ; PortD as output

ldi r16,0x00 ldi r17,0x15

ulang: sbis PortC,1

rjmp ulang1 sbis PortD,2 rjmp ulang1 out PortA,r17 rjmp ulang ulang1: out PortA,r16

(10)

BAB III

Operasi Aritmatika

3.1 Operasi Aritmatika

Instruksi Aritmatika

add : Menambahkan isi dua register.

Contoh : add r15,r14 ; r15=r15+r14 adc : Menambahkan isi dua register dan isi carry flag

Contoh : adc r15,r14 ; r15=r15+r14+C sub : Mengurangi isi dua register.

Contoh : sub r19,r14 ; r19=r19-r14

mul : Mengalikan dua register. Perkalian 8 bit dengan 8 bit menghasilkan bilangan 16 bit yang disimpan di r0 untuk byte rendah dan di r1 untuk byte tinggi. Untuk memindahkan bilangan 16 bit antar register digunakan instruksi movw (copy register word)

Contoh : mul r21,r20 ; r1:r0=r21*r20 3.2 Contoh Program • Penjumlahan .include "m8535def.inc" .org 0x00 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0x80 ldi r17,0x80 add r16,r17 ldi r18,0x02 adc r16,r18 here: rjmp here • Pengurangan .include "m8535def.inc" .org 0x00 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0x09 ldi r17,0x06 sub r16,r17 ldi r17,0x03 sub r16,r17 ldi r17,0x06 sub r16,r17 here: rjmp here

(11)

• Perkalian

rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,5 ldi r17,100 mul r16,r17 movw r17:r16,r1:r0 ; Copy r1:r0 to r17:r16 here: rjmp here • Pembagian .include "m8535def.inc" .org 0x00

.def drem8u =r15 ;remainder/sisa

.def dres8u =r16 ;result/hasil

.def dd8u =r16 ;dividend/yang dibagi

.def dv8u =r17 ;divisor/pembagi

.def dcnt8u =r18 ;loop counter

rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi dd8u,4 ldi dv8u,2 rcall div8u here: rjmp here ;

div8u: sub drem8u,drem8u ;clear remainder and carry

ldi dcnt8u,9 ;init loop counter

d8u_1: rol dd8u ;shift left dividend

dec dcnt8u ;decrement counter

brne d8u_2 ;if done

ret ;return

d8u_2: rol drem8u ;shift dividend into remainder

sub drem8u,dv8u remainder = remainder - divisor

brcc d8u_3 ;if result negative

add drem8u,dv8u ;restore remainder

clc ;clear carry to be shifted into result

rjmp d8u_1 ;else

d8u_3: sec ;set carry to be shifted into result

(12)

Latihan :

Buatlah program untuk menyelesaikan persamaan matematika berikut ini : 1. r21=r22+5

2. r21=r22-5 3. r16:r17=r21*5

(13)

BAB IV

Operasi Logika

4.1 Operasi Logika

Instruksi Logika

and : Untuk meng-and-kan dua register

Contoh : and r23,r27 ; r23=r23 and r27

andi : Untuk meng-and-kan register dengan konstanta immediate Contoh : andi r25,0b11110000

or : Untuk meng-or-kan dua register

Contoh : or r18,r17 ; r18=r18 or r17 ori : Untuk meng-or-kan register dengan konstanta immediate

Contoh : ori r15,0xfe

inc : Untuk menaikkan satu isi sebuah register Contoh : inc r14

dec : Untuk menurunkan satu isi sebuah register Contoh : dec r15

clr : Untuk mengosongkan (membuat jadi nol) isi register Contoh : clr r15 ; r15=0x00 ser : Set all bit in register. Membuat jadi satu isi register

Contoh : ser r16 ; r16=0xff 4.2 Contoh Program • Operasi Logika .include "m8535def.inc" .org 0x00 rjmp main main: ldi r16,low(RAMEND) out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0b01110111 ldi r17,0b00001111 and r16,r17 ori r16,0b00001000 clr r16 inc r16 ser r16 dec r16 here: rjmp here

(14)

Latihan :

1. Buatlah program untuk memecahkan persoalan berikut :

PinA

0xf0

PinB PortC

r20

2. Buatlah program dengan ketentuan sbb : Input

PortA,1 PortA,0 Aksi 0 0 Clear isi r20 dan r21

0 1 Isi r20 dengan 0 kemudian naikkan isi r20 sampai nilainya = 10, jika sudah sampai 10 ulangi lagi dari 0

1 0 Isi r21 dengan 10 kemudian turunkan isi r21 sampai 0, jika sudah 0 ulangi lagi dari 10.

1 1 Set isi r20 dan r21 Jawaban no 2:

rjmp main

out SPL,r16

out SPH,r16

mulai: sbic PortA,1 ; skip if PortA,1 = 0

rjmp cek10_11

rjmp cek00_01

cek10_11: ; PortA,1=1

sbic PortA,0 ; PortA,1=1, PortA,0=0 (10)

rjmp setAll ; ulang: ldi r21,10 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 dec r21 rjmp ulang setAll: ser r20 ser r21 rjmp mulai ; cek00_01: ; PortA,1=0

sbis PortA,0 ; skip if PortA,0=1

(15)

ulang2: ldi r20,0 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 inc r20 rjmp ulang2 clearAll: clr r20 clr r21 rjmp mulai

(16)

BAB V

Percabangan

5.1 Operasi Percabangan

Instruksi Percabangan

sbic (skip if bit in I/O is cleared) : Skip jika bit I/O yang diuji clear

sbis (skip if bit in I/O is set) : Skip jika bit I/O yang diuji set

sbrc (skip if bit in register is clear) : Skip jika bit dalam register yang diuji clear

cp (compare) : Membandingkan isi dua register

mov (move) : Meng-copy isi dua register

cpi (compare with immediate) : Membandingakan isi register dengan konstanta tertentu.

breq (branch if equal) : Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah sama.

brne (branch if not equal) : Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah tidak sama.

rjmp (relative jump) : Lompat ke label tertentu.

rcall (relative call) : Memanggil subrutin.

ret (return) : Keluar dari sub rutin.

5.2 Contoh Program

• Operasi Percabangan

rjmp main

out SPL,r16

out SPH,r16

clr r16 ; r16=0x00

naik: inc r16 ; increment r16

cpi r16,5 ; r16=5 ?

breq lagi ; branch to lagi if r16 = 5

rjmp naik ; jump to naik if r16 ≠ 5

lagi: ldi r18,5 ; r18 = 5

dec r16 ; decrement r16

cp r16,r18 ; compare r16 & r18

brne lompat ; branch to lompat if r16=r18

rjmp lagi ; jump to lagi if r16≠r18 lompat: rcall rutin1

rcall rutin2 henti: rjmp henti rutin1: mov r17,r16 ret rutin2: mov r19,r18 ret

(17)

Latihan :

Buatlah program delay dari flowchart berikut ini :

Mulai

Isi r16 dengan 0x0A

r16=0? Kurangi 1 isi r16 Tdk Ya Kurangi 1 isi r17 r17=0? Tdk Selesai Ya Isi r17 dengan 0x05

(18)

BAB VI

Interupsi

Interupsi adalah kondisi yang memaksa mikrokontroler menghentikan sementara eksekusi program utama untuk mengeksekusi rutin interrupt tertentu / Interrupt Service Routine (ISR)

Setelah melaksanakan ISR secara lengkap, maka mikrokontroler akan kembali melanjutkan eksekusi program utama yang tadi ditinggalkan.

Main Program

Time

(a). Program execution without interrupts

Main ISR Main ISR Main ISR Main

(b). Program execution with interrupts Time

Pada Atmega 8535 terdapat 21 sumber interupsi yaitu : Tabel 6.1 Interrupt Vector pada ATmega 8535

Vector

No Program Address Source Interrupt Definition 1 0x0000 RESET External Pin, Power-on Reset, Brown-out Reset and Watchdog Reset

2 0x0001 INT0 External Interrupt Request 0 3 0x0002 INT1 External Interrupt Request 1 4 0x0003 TIMER2 COMP Timer/Counter2 Compare Match 5 0x0004 TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow 6 0x0005 TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event 7 0x0006 TIMER1 COMPA Timer/Counter1 Compare Match A 8 0x0007 TIMER1 COMPB Timer/Counter1 Compare Match B 9 0x0008 TIMER1 OVF Timer/Counter1 Overflow 10 0x0009 TIMER0 OVF Timer/Counter0 Overflow 11 0x000A SPI, STC Serial Transfer Complete 12 0x000B USART, RXC USART, Rx Complete 13 0x000C USART, UDRE USART Data Register Empty 14 0x000D USART, TXC USART, Tx Complete 15 0x000E ADC ADC Conversion Complete 16 0x000F EE_RDY EEPROM Ready 17 0x0010 ANA_COMP Analog Comparator 18 0x0011 TWI Two-wire Serial Interface 19 0x0012 INT2 External Interrupt Request 2 20 0x0013 TIMER0 COMP Timer/Counter0 Compare Match 21 0x0014 SPM_RDY Store Program Memory Ready

(19)

SM2 7 SE 6 SM1 5 SM0 4 ISC11 3 ISC10 2 ISC01 1 ISC00 0

MCUCR / MCU Control Register

Bit Symbol Fuction

7,5,4 SM2..0 Sleep Mode Select Bits. Digunakan untuk memilih mode sleep MCU

SM2 SM1 SM0 Sleep Mode

0 0 0 Idle

0 0 1 ADC Noise Reduction

0 1 0 Power-down 0 1 1 Power-save 1 0 0 Reserved 1 0 1 Reserved 1 1 0 Standby 1 1 1 Extended Standby

6 SE Sleep Enable. Digunakan untuk mengaktifkan mode Sleep dengan memberikan logika 1 pada SE sebelum Sleep dijalankan. Setelah Wake-up harus segera diberi logika 0. 3,2 ISC11, ISC10 Interrupt Sense Control 1 Bit. Digunakan untuk memilih jenis pulsa trigger External

Interrupt 1 (INT1).

ISC11 ISC10 Description

0 0 The low level of INT1 generates an interrupt request. 0 1 Any logical change on INT1 generate an interrupt request 1 0 The falling edge of INT1 generate an interrupt request. 1 1 The rising edge of INT1 generate an interrupt request. 1,0 ISC01, ISC00 Interrupt Sense Control 0 Bit. Digunakan untuk memilih jenis pulsa trigger External

Interrupt 0 (INT0).

ISC01 ISC00 Description

0 0 The low level of INT0 generates an interrupt request. 0 1 Any logical change on INT0 generate an interrupt request 1 0 The falling edge of INT0 generate an interrupt request. 1 1 The rising edge of INT0 generate an interrupt request.

(20)

INT1 7 INT0 6 INT2 5 -4 -3 -2 IVSEL 1 IVCE 0

GICR / General Interrupt Control Register Bit Symbol Fuction

7 INT1 External Interrupt Request 1 Enable. Digunakan untuk mengaktifkan INT1 dengan syarat bit I pada SREG juga diset .

4,3,2 - Reserved

1 IVSEL Interrupt Vector Select.

Jika IVSEL = 0 maka interrupt vector ditempatkan pada start address flash memory Jika IVSEL = 1 maka interrupt vector ditempatkan pada awal bootloader dalam flash memory.

(21)

Contoh Program :

Interrupt 0

.include "m8535def.inc" .org 0x0000 rjmp main .org 0x0001 rjmp ex_int0

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddrd,r16 out PortD,r16 set_int: ldi r17,0b01000000 out GICR,r17 ldi r17,0b00000000 out MCUCR,r17 sei loop: rjmp loop ex_int0: push r16 in r16,SREG push r16 ldi r17,0xff out ddra,r17 out PortA,r17 pop r16 out SREG,r16 pop r16 reti

(22)

BAB VII

Timer/Counter

1. Prescaler

Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi crystal yang dipasang atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau 1024. Berikut penjelasannya :

Sebuah AVR menggunakan crystal dengan frekuensi 8 MHz dan timer yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah :

TMAX = 1/fCLK x (FFFFh+1) = 0.125uS x 65536 = 0.008192 S

Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama dapat digunakan prescaler, misalnya 1024, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah :

TMAX = 1/fCLK x (FFFFh+1) x N = 0.125uS x 65536 x 1024 = 8.388608 S

Ketika presacaler digunakan, waktu timer dapat diperpanjang namun tingkat ketelitiannya menjadi turun. Misalnya dengan prescaler 1024 nilai timer akan bertambah 1 setiap kelipatan 1024 pulsa dan membutuhkan waktu 1/fCLK x 1024 = 0.125uS x 1024 = 128 uS bandingkan tingkat resolusi ini jika tanpa precsaler (0.125uS).

2. Timer 16 Bit Normal Mode

Pada mode normal, TCNT1 akan menghitung naik dan membangkitkan interrupt Timer/Counter 1 ketika nilainya berubah dari 0xFFFF ke 0x0000. Seringkali kita menganggap untuk menggunakan timer cukup dengan memasukkan nilai yang diinginkan ke TCNT1 dan menunggu sampai terjadi interrupt. Ini menjadi benar pada timer yang menghitung mundur, tetapi untuk timer yang menghitung maju, maka anda harus memasukkan nilai 65536-(timer value) ke dalam TCNT1.

(23)

3. Register Timer 16 Bit

• TCNT1

Timer/Counter1 Register digunakan untuk menyimpan nilai timer yang diinginkan. TCNT1 dibagi menjadi 2 register 8 bit yaitu TCNT1H dan TCNT1L.

• TIMSK & TIFR

Timer Interrupt Mask Register (TIMSK) dan Timer Interrupt Flag (TIFR) Register digunakan untuk mengendalikan interrupt mana yang diaktifkan dengan cara melakukan setting pada TIMSK dan untuk mengetahui interrupt mana yang sedang terjadi.

OCIE2 TOIE2 TICIE1 OCIE1A OCIE1B TOIE1 OCIE0 TOIE0

TIMSK / Timer/Counter Interrupt Mask Register

7 OCIE2 Timer/Counter2 Output Compare Match Interrupt Enable.

6 TOIE2 Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable. 5 TICIE1 Timer1 Input Capture Interrupt Enable

4 OCIE1A Timer/Counter1A Output Compare Match Interrupt Enable . 3 OCIE1B Timer/Counter1B Output Compare Match Interrupt Enable . 2 TOIE1 Timer/Counter1 Overflow Interrupt Enable.

4 OCIE0 Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable. 0 TOIE0 Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable.

(24)

OCF2 TOV2 ICF1 OCF1A OCF1B TOV1 OCF0 TOV0

TIFR / Timer/Counter Interrupt Flag Register

7 OCF2 Output Compare Flag2.

6 TOV2 Timer/Counter2 Overflow Flag. 5 ICF1 Timer1 Input Capture Interrupt Flag

4 OCF1A Output Compare Flag1A.

3 OCF1B Output Compare Flag1B.

2 TOV1 Timer/Counter1 Overflow Flag.

4 OCF0 Output Compare Flag0.

0 TOV0 Timer/Counter0 Overflow Flag.

7 6 5 4 3 2 1 0

• TCCR1B

Timer/Counter1 Control Register B digunakan untuk mengatur mode timer, prescaler dan pilihan lainnya.

CS12..10: Clock Select bits ;

Tiga bit pemilih prescaler timer/counter 1 dan hubungannya dengan clock eksternal pada pin T1.

(25)

)

N

T

(

h)

FFFF

(1

TCNT

₌

₊

₋

timer

×

f

CLK Dimana :

TCNT : Nilai timer (Hex) CLK

f

_{: Frekuensi clock (crystal) yang digunakan (Hz)}

timer

T

_{: Waktu timer yang diinginkan (detik)}

N : Prescaler (1, 8, 64, 256, 1024)

1+FFFFh : Nilai max timer adalah FFFFh dan overflow saat FFFFh ke 0000h Contoh :

Diinginkan sebuah timer 16 bit bekerja selama 1 detik, dengan frekuensi clock sebesar 11,0592MHz dan presecaller 1024 maka diperoleh nilai TCNT sebesar :

h

D

TCNT

h

A

h

TCNT

d

h

TCNT

FFFFh

TCNT

0

5

30

2 10000

10800

10000

1024

11059200

1 )

1 =

−

=

−

=























 ×

−

+

=

Dengan demikian nilai TCNTH = D5h dan TCNTL = D0h

5. Maksimum Waktu Timer

Timer 16 bit AVR8535 dapat menghasilkan waktu tunda maksimum sebesar 6,068055555 detik pada frekuensi 11,0592MHz

h

0001

(FFFFh)

h)

10000

(

FFFFh

FFFFh)

(1

TCNT

=

−

=

−

+

=

Dengan nilai maksimum FFFFh maka akan dihasilkan waktu timer selama :

detik

0680555555

,

6 T

)

10800

(T

65535

)

1024

11059200

T

(

FFFFh

timer timer timer

=

×

=

×

=

(26)

7. Mengaktifkan Timer

Setelah tahu nilai yang harus dituliskan ke TCNT1 maka anda harus mengaktifkan bit interrupt terkait dan global interrupt enable. Berikut adalah flowchart apa yang terjadi pada timer :

Langkah yang perlu dilakukan adalah : • Aktifkan TOIE1 pada TIMSK

• Masukkan nilai timer ke TCNT1 misalnya : D5D0h

• Set prescaler pada 1024 ( set bit CS12 dan CS10 pada TCCR1B) • Aktifkan bit global interrupt pada SREG

• Tunggu. Atau lakukan hal yang lain. Semua perhitungan dan pengecekan flag dilakukan oleh hardware.

(27)

Contoh Program : .include "m8535def.inc" .equ timer_value = 0xD5D0 .org 0x0000 rjmp mulai mulai: ldi r16,low(RAMEND) out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ulang: ldi r16,0xff out ddra,r16 out PortA,r16 rcall timer1d ldi r16,0x00 out PortA,r16 rcall timer1d rjmp ulang timer1d:

ldi r16,0b00000100 ;aktifkan enable interupt

out TIMSK,r16

ldi r16,high(timer_value) ;masukkan nilai timer

out TCNT1H,r16

ldi r16,low(timer_value) out TCNT1L,r16

ldi r16,0b00000101 ;masukkan prescaler 1024

out TCCR1B,r16 looptimer:

in r17,TIFR

sbrs r17,TOV1 ;tunggu sampai timer1 overflow set

rjmp looptimer

ldi r16,0b00000100 ;TOV1 dinolkan dengan memberi logika 1 out TIFR,r16

(28)

BAB VIII

Pengendalian Motor Stepper

1. Dasar Motor Stepper

Motor stepper adalah sebuah peralatan elektromekanik yang mengubah pulsa elektrik menjadi pergerakan mekanik. Shaft atau kumparan motor stepper berputar per step ketika pulsa elektrik dimasukkan ke kumparan tersebut dengan urutan yang benar. Urutan pemberian pulsa ke motor stepper akan menyebabkan arah putaran yang berbeda. Sedangkan besarnya frekuensi dari pulsa akan mempengaruhi kecepatan putaran motor stepper.

Motor Stepper Unipolar

Gambar 2.1 Motor Stepper Unipolar

Motor stepper unipolar baik tipe 5 atau 6 kabel biasanya dihubungkan seperti pada gambar 2.1, dengan sebuah center tap pada tiap kumparan. Pada penggunaannya, center tap dihubungkan ke supply positif, dan dua ujung kumparan lainnya dihubungkan ke ground.

Bagian rotor motor pada gambar 2.1 dibuat dari magnet permanent dengan 6 kutub, 3 kutub utara dan 3 kutub selatan.

Seperti terlihat pada gambar, arus mengalir dari center tap kumparan 1 ke terminal a menyebabkan kutub stator yang atas menjadi berkutub utara dan kutub stator yang bawah berkutub selatan. Kondisi ini menyebabkan rotor berada pada posisi seperti gambar 2.1.

Jika arus pada kumparan 1 dimatikan dan kumparan 2 dinyalakan, maka rotor akan berputar 30 derajat, atau 1 step. Untuk berputar secara kontinyu, kita hanya perlu menghubungkan supplay power ke 2 kumparan secara berurutan.

Dengan asumsi bahwa logika 1 berarti arus mengalir pada kumparan motor, maka berikut adalah urutan yang harus dipenuhi agar motor dapat berputar sebanyak 24 step atau 2 putaran :

Kumparan 1a 1000100010001000100010001 Kumparan 1b 0010001000100010001000100 Kumparan 2a 0100010001000100010001000 Kumparan 2b 0001000100010001000100010 waktu --->

(29)

N S 1 2 2 1 S N N S N S N S 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S

Step 1 Step 2 Step 3 Step 4

N S 1 2 2 1 N S 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S

S N N S N S N S 1 2 2 1 N S 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S S N 1 2 2 1 S N N S N S

S N N S N S

Gambar 2.2 Bergeraknya Motor Stepper

Step Angle / SA

Motor stepper bergerak per step. Setiap bergerak satu step, motor stepper akan berputar beberapa derajat sesuai dengan step anglenya. Step angle tergantung dari jumlah kutub magnet motor stepper. Jumlah putaran yang diperlukan agar motor stepper bergerak 1 putaran penuh (360 0) adalah :

Step = 3600_{/ Step Angle}

Misalnya, sebuah motor stepper memiliki SA=1,80 maka untuk untuk berputar satu putaran penuh memerlukan jumlah step sebanyak : 360 / 1,8 = 200 step

(30)

Skema Rangkaian Driver Motor Stepper

+12V MOTOR STEPPER TIP 122 1N4001 10K 1K TIP 122 1N4001 10K 1K 1N4001 1K TIP 122 10K 10K TIP 122 1N4001 1K PA.1 PA.3 PA.2 PA.0

Gambar 2.3 Skema Rangkaian Driver Motor Stepper

2. Kendali Arah Putaran

Arah putaran motor stepper ditentukan oleh arah urutan aktifasi kumparannya. Secara program, ini bisa dilakukan dengan mengubah arah pergeseran bit.

Jika arah pergesarannya ke kiri, maka motor stepper akan berputar kearah kiri pula (CCW) Jika arah pergeserannya ke kanan, maka motor stepper akan berputar ke arah kanan (CW)

Arah Putaran CW Arah Putaran CCW

.include "m8535def.inc" .org 0x0000 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r19,0x08

Step: out PortA,r19

rcall delay ror r19 cpi r19,0x01 brne Step out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0x08 rjmp Step .include "m8535def.inc" .org 0x0000 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r19,0x01

Step: out PortA,r19

rcall delay rol r19 cpi r19,0x08 brne Step out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0x01 rjmp Step

(31)

delay: ldi r20,0x02 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00 brne dl1 ret delay: ldi r20,0x02 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00 brne dl1 ret

Pada program, jika instruksi ror r19 diganti menjadi rol r19

Maka arah putaran motor stepper akan berubah.

3. Kendali Posisi

Derajat putaran motor stepper ditentukan oleh banyaknya jumlah pergeseran aktifasi kumparannya. Secara program, ini bisa dilakukan dengan mengubah jumlah pergeseran bit. Pada motor stepper dengan SA=1,80 , agar motor stepper bergerak 450 maka diperlukan pergeseran step sebanyak : 45/1,8 =25 step

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r19,0x08 ldi r17,25

Loop: rcall Step

dec r17 cpi r17,0 brne Loop Stop: nop rjmp Stop Step: cpi r19,0x01 brne Shift out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0x08 ret

Shift: out PortA,r19

rcall delay

ror r19

(32)

delay: ldi r20,0x02 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00 brne dl1 ret

Jika instruksi ldi r17,25 diganti menjadildi r17,50 maka posisi akhir motor stepper adalah 900

4. Kendali Kecepatan

Kecepatan motor stepper ditentukan oleh kecepatan aktifasi kumparannya. Secara program, ini bisa dilakukan dengan mengubah delay waktu pergeseran tiap bitnya. Semakin cepat delay waktunya, kecepatan motor stepper juga akan bertambah.

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r19,0x08

Step: out PortA,r19

rcall delay ror r19 cpi r19,0x01 brne Step out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0x08 rjmp Step delay: ldi r20,0x20 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00

(33)

brne dl1

ret

Jika instruksi ldi r20,0x20 menjadildi r20,0x02 maka kecepatan motor stepper akan bertambah.

5. Kendali Torsi

Torsi motor stepper ditentukan oleh banyaknya jumlah kumparan yang aktif pada saat yang sama. Torsi akan bertambah besar jika 2 kumparan aktif pada saat yang sama.

Secara program, ini bisa dilakukan dengan mengubah kondisi bit.

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r19,0x4c

Step: out PortA,r19

rcall delay ror r19 cpi r19,0x09 brne Step out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0x4c rjmp Step delay: ldi r20,0x20 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00 brne dl1 ret

Jika instruksi ldi r19,0x4c cpi r19,0x09

diubah menjadi

ldi r19,0x08 cpi r19,0x01

(34)

BAB IX

Liquid Crystal Display

1.Konfigurasi Pin LCD 16x2

LIQUID CRYSTAL DISPLAY

16 CHARACTER X 2 LINES

1 16

VSS VDD VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K

Gambar 9.1 Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris

Pin No. Symbol Level Description

1 VSS 0V Ground

2 VDD 5V Supply voltage for logic 3 VO (Variable) Operating voltage for LCD 4 RS H/L H : Data, L : Instruction code 5 R/W H/L H : Read, L : Write

6 E H, H->L Chip Enable signal 7 DB0 H/L Data bit 0 8 DB1 H/L Data bit 1 9 DB2 H/L Data bit 2 10 DB3 H/L Data bit 3 11 DB4 H/L Data bit 4 12 DB5 H/L Data bit 5 13 DB6 H/L Data bit 6 14 DB7 H/L Data bit 7 15 A 4,2 – 4,6 V LED + 16 K 0V LED -

(35)

2.Rangkaian Skematik Mikrokontroler dan LCD 16x2

+5V +5V +5V

2x16 LCD

DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K VSS VCC VEE RS RW E R1 5K D1 1N4001 PA. 4 PA. 6 PA. 0 PA. 1 PA. 2 PA. 3

Gambar 9.2 Rangkaian Skematik LCD

3.Fungsi Register LCD

Modul display LCD sudah dilengkapi dengan sebuah kontroler yang memiliki dua register 8 bit yaitu instruction register (IR) dan data register (DR).

IR menyimpan kode instruksi, seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator (CGRAM).

RS R/W Operation

0 0 Menulis instruksi ke IR, seperti display clear, cursor shift 0 1 Membaca busy flag (DB7) dan address counter (DB0 s/d DB7) 1 0 Menulis data ke DDRAM atau CGRAM

1 1 Membaca data dari DDRAM atau CGRAM Busy Flag (BF)

Busy flag = 1 saat kontroler sedang mengerjakan instruksi, selama instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler tidak akan menerima instruksi apapun. Ketika RS=0 dan R/W=1, busy flag mengeluarkan logika 1 pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag = 0.

Address Counter (AC)

Address counter berisi address DDRAM dan CGRAM. Display Data RAM (DDRAM)

DDRAM menyimpan data display dalam bentuk kode karakter 8 bit. Kapasitasnya adalah 80 karakter. Berikut adalah posisi address DDRAM pada LCD 16x2 :

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F Character Generator ROM (CGROM)

(36)

Character Generator RAM (CGRAM)

Dengan CGRAM, user dapat membuat sendiri format karakter yang diinginkan. Untuk format 5x8 dot bisa dibuat 8 karakter, untuk format 5x10 dapat dibuat 4 karakter. Lihat tabel

(37)

(38)

6.Tabel Instruksi

Kode Instruksi Instruksi

RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Deskripsi

Clear display 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Menghapus semua tampilan pada _display

Return home 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * Set DDRAM address ke ‘00h’ dan kembalikan cursor ke posisi awal. Isi

DDRAM tidak berubah

Entry mode set 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S

Menentukan auto increment / decrement DDRAM address karakter atau cursor berikutnya yang akan ditulis ke display.

Display ON/OFF

control 0 0 0 0 0 0 1 D C B Set display (D), cursor (C), dan cursor blinking (B) ON/OFF

Cursor or Display shift 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * Menentukan pergeseran display atau cursor serta menentukan arah

pergeseran display

Function set 0 0 0 0 1 DL N F * *

Menentukan panjang data interface (DL: 8 atau 4 bit), jumlah baris (N: 1 atau 2 baris) dan tipe font (F: 5x10 atau 5x7 dot)

Set CGRAM address 0 0 0 1 ACG Set CGRAM address

Set DDRAM address 0 0 1 ADD Set DDRAM address

Read Busy Flag and

address 0 1 BF AC

Mengetahui apakah LCD sedang mengerjakan instruksi atau tidak. Isi address counter juga dapat dibaca

Write data to RAM 1 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Menulis data ke internal RAM _{(DDRAM/CGRAM)}

Read data from RAM 1 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Membaca data dari internal RAM _{(DDRAM/CGRAM)}

I/D = 1 : Increment C = 1 : Cursor ON R/L = 1 : Right Shift F = 1 : 5x7 dots

I/D = 0 : Decrement C = 0 : Cursor OFF R/L = 0 : Left Shift F = 0 : 5x10 dots

S = 1 : DisplayShift B = 1 : Blink ON DL = 1 : 8 bits BF = 1 : Busy

S = 0 : No Display Shift B = 0 : Blink OFF DL = 0 : 4 bits BF = 0 : Can Accept Data

D = 1 : Display ON S/C = 1 : Display Shift N = 1 : 2 Lines ACG : CGRAM Address

(39)

7.Inisialisasi LCD

Power On

Tunggu = 15 mS setelah VCC naik sampai 4,5V

RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 * * * * Tunggu = 4,1 mS RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 * * * * Tunggu = 100 uS RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 * * * * RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 N F * * 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 I/ D S Inisialisasi selesai

Function Set (Interface 8 bit)

BF belum bisa dicek sebelum instruksi ini

BF bisa dicek setelah instruksi-instruksi berikut. Jika BF tidak dicek, tundaan waktu tiap instruksi harus lebih lama dari waktu eksekusi instruksi.

Function Set (Interface 8 bit) Display OFF

Display Clear Entry Mode Set

(40)

Power On

Tunggu = 15 mS setelah VCC naik sampai 4,5V

RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 Tunggu = 4,1 mS RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 Tunggu = 100 uS RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 N F * * Inisialisasi selesai

BF bisa dicek setelah instruksi-instruksi berikut. Jika BF tidak dicek, tundaan waktu tiap instruksi harus lebih lama dari waktu eksekusi instruksi.

Display OFF Display Clear Entry Mode Set

Interface 4 bit 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I/D S

(41)

8.Contoh Program

.include "m8535def.inc" .equ timer_value = 0xffca .equ timer_value100 = 0xfbaf .cseg

.org 0x0000 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 rcall InitLCD Start: ldi r17,0x01 rcall SLcd

Loopx: ldi ZL,low(2*text)

ldi ZH,high(2*text) rcall WM1LCD ldi ZL,low(2*text2) ldi ZH,high(2*text2) rcall WM2LCD end: rjmp Loopx ;--- ; Write Message to LCD ;---

WM1LCD: ldi r17,0x80 ;1st line, 1st col

rcall SLcd

rjmp Wr1

WM2LCD: ldi r17,0xC0

rcall SLcd

Wr1: clr r1

LoopWr1: lpm ;load program memory

mov r19,r0

cpi r19,0

brne NextCHR

ret

NextCHR: rcall WLCD ;write character

adiw ZL,1 ;get next char

rjmp LoopWr1

;--- ; Inisialisasi LCD

;---

InitLCD: ldi r20,8

LoopDelay: rcall delay5mS

dec r20

cpi r20,0

brne LoopDelay

ldi r17,0x03 ;Function set

out PortA,r17

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

(42)

ldi r17,0x03 ;Function set

out PortA,r17

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

rcall delay100uS

ldi r17,0x02 ;Function set:4 bit operation

out PortA,r17

sbi PortA,6 ;E=1

; rcall delay100uS

cbi PortA,6 ;E=0

ldi r17,0x28 ;Function set:4 bit op;2lines

rcall SLcd

ldi r17,0x08 ;Turn Off LCD

rcall SLcd

ldi r17,0x0C ;Turn On LCD

rcall SLcd

ldi r17,0x01 ;Clear Display

rcall SLcd

ldi r17,0x06 ;Entry mode set; Inc addr

rcall SLcd

ret ;--- ; Rutin kirim instruksi ;---

SLcd: mov r18,r17

andi r18,$F0 ;Get high nibble

swap r18

out PortA,r18

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

;

mov r18,r17

andi r18,$0F ;Get low nibble

out PortA,r18

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

rcall delay100uS

ret ;--- ; Rutin kirim karakter ;---

WLcd: mov r18,r19

andi r18,$F0 ;Get high nibble

swap r18

out PortA,r18

sbi PortA,4 ;RS=1

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

;

mov r18,r19

andi r18,$0F ;Get low nibble

(43)

sbi PortA,4 ;RS=1

sbi PortA,6 ;E=1

cbi PortA,6 ;E=0

rcall delay100uS ret ;--- ; Rutin delay 5ms ;--- delay5ms: ldi r16,0b00000100 out TIMSK,r16 ldi r16,high(timer_value) out TCNT1H,r16 ldi r16,low(timer_value) out TCNT1L,r16 ldi r16,0b00000101 out TCCR1B,r16 loop: in r21,TIFR sbrs r21,TOV1 rjmp loop ldi r16,0b00000100 out TIFR,r16 ret ;--- ; Rutin delay 100uS ;--- delay100us: ldi r16,0b00000100 out TIMSK,r16 ldi r16,high(timer_value100) out TCNT1H,r16 ldi r16,low(timer_value100) out TCNT1L,r16 ldi r16,0b00000001 out TCCR1B,r16 loop1: in r21,TIFR sbrs r21,TOV1 rjmp loop1 ldi r16,0b00000100 out TIFR,r16 ret ; "12345678901234567890"

text: .db "Hello World",0

(44)

Catatan Tambahan :

Register X, Register Y dan Register Z

Register R26…R31 memiliki fungsi tambahan sebagai register serbaguna. Register-register ini dapat berfungsi sebagai register 16 bit yang dapat menyimpan address pada operasi pemindahan data dalam mode indirect addressing. Fungsinya seperti register Data Pointer / DPTR pada MCS-51. Register 16 bit ini adalah register X, Y dan Z seperti gambar berikut :

Gambar 9.3 Register X, Y dan Z

LPM (Load Program Memory)

Load 1 byte isi address yang ditunjukkan oleh register Z ke R0. Instruksi ini mirip dengan instruksi mov A,@DPTR pada MCS-51.

Contoh : ldi ZL,low(2*text) ; ZL=00h ldi ZH,high(2*text) ; ZH=10h lpm ; r0=”H” (Karakter H) mov r19,r0 ; r19=”H” .org 1000h

(45)

BAB X

Pengendalian Motor DC

1. Motor DC

Setiap arus yang mengalir melalui sebuah konduktor akan menimbulkan medan magnet. Arah medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri. Ibu jari tangan menunjukkan arah aliran arus listrik sedangkan jari-jari yang lain menunjukkan arah medan magnet yang timbul, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 10.1 berikut ini.

Gambar 10.1 Kaidah Tangan Kiri

Jika suatu konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan dalam sebuah medan magnet, kombinasi medan magnet akan ditunjukkan oleh gambar 10.2. Arah aliran arus listrik dalam konduktor ditunjukkan dengan tanda “x” atau “.”. Tanda “x” menunjukkan arah arus listrik mengalir menjauhi pembaca gambar, tanda “.” menunjukkan arah arus listrik mengalir mendekati pembaca gambar.

(46)

Pada gambar sebelah kiri, arah medan magnet pada sisi atas yang dihasilkan oleh konduktor berlawanan dengan arah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen. Sementara pada sisi sebelah bawah, arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor searah dengan arah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen. Dengan kata lain, pada sisi sebelah atas kerapatan fluks magnet lebih sedikit dari pada sisi sebelah bawah. Sebuah gaya dorong akan menyebabkan konduktor bergerak ke sisi sebelah atas.

Pada gambar sebelah kanan, arah medan magnet pada sisi atas yang dihasilkan oleh konduktor searah dengan arah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen. Sementara pada sisi sebelah bawah, arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor berlawanan dengan arah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen. Dengan kata lain, pada sisi sebelah bawah kerapatan fluks magnet lebih sedikit dari pada sisi sebelah atas. Sebuah gaya dorong akan menyebabkan konduktor bergerak ke sisi sebelah bawah.

Pada sebuah motor dc, konduktor dibentuk menjadi sebuah loop sehingga ada dua bagian konduktor yang berada didalam medan magnet pada saat yang sama, seperti diperlihatkan pada gambar 10.3.

Konfigurasi konduktor seperti ini akan menghasilkan distorsi pada medan magnet utama dan menghasilkan gaya dorong pada masing-masing konduktor. Pada saat konduktor di tempatkan pada rotor, gaya dorong yang timbul akan menyebabkan rotor berputar searah dengan jarum jam, seperti diperlihatkan pada gambar 10.3.

Gambar 10.3 Bergeraknya Sebuah Motor

Sebuah cara lagi untuk menunjukkan hubungan antara arus listrik yang mengalir didalam sebuah konduktor, medan magnet dan arah gerak, adalah kaidah tangan kanan untuk motor seperti yang diperlihatkan pada gambar 10.4.

(47)

Gambar 10.4 Kaidah Tangan Kanan Untuk Motor

Kaidah tangan kanan untuk motor menunjukkan arah arus yang mengalir didalam sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet. Jari tengah menunjukkan arah arus yang mengalir pada konduktor, jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet dan ibu jari menunjukkan arah gaya putar. Adapun besarnya gaya yang bekerja pada konduktor tersebut dapat dirumuskan dengan :

F = B.L.I (Newton)

Dimana : B = kerapatan fluks magnet (weber) L = panjang konduktor (meter) I = arus listrik ( ampere)

(48)

Pada gambar 10.5 diatas tampak sebuah konstruksi dasar motor dc, pada gambar diatas terlihat bahwa pada saat terminal motor diberi tegangan dc, maka arus elektron akan mengalir melalui konduktor dari terminal negatif menuju ke terminal positif. Karena konduktor berada diantara medan magnet, maka akan timbul medan magnet juga pada konduktor yang arahnya seperti terlihat pada gambar 10.5 diatas. Arah garis gaya medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen adalah dari kutub utara menuju ke selatan. Sementara pada konduktor yang dekat dengan kutub selatan, arah garis gaya magnet disisi sebelah bawah searah dengan garis gaya magnet permanen sedangkan di sisi sebelah atas arah garis gaya magnet berlawanan arah dengan garis gaya magnet permanen. Ini menyebabkan medan magnet disisi sebelah bawah lebih rapat daripada sisi sebelah atas. Dengan demikian konduktor akan terdorong ke arah atas. Sementara pada konduktor yang dekat dengan kutub utara, arah garis gaya magnet disisi sebelah atas searah dengan garis gaya magnet permanen sedangkan di sisi sebelah bawah arah garis gaya magnet berlawanan arah dengan garis gaya magnet permanen. Ini menyebabkan medan magnet disisi sebelah atas lebih rapat daripada sisi sebelah bawah. Dengan demikian konduktor akan terdorong ke arah bawah. Pada akhirnya konduktor akan membentuk gerakan berputar berlawanan dengan jarum jam seperti terlihat pada gambar 10.5 diatas.

2. Kendali Arah Putaran

Gambar 10.6 Arah Putaran Motor DC

Dari gambar 10.6 diatas, agar arah putaran motor dc berubah, maka polaritas tegangan pada terminal motor harus dibalik.

(49)

1 1 ₂ 2 M1 MOTOR DC Q1 TIP120 Q3 TIP120 Q2 TIP120 Q4 TIP120 1 1 R1 ₂ 2 10K 1 1 R3 ₂ 2 10K 1 1 2 2 R2 10K 1 1 R4 ₂ 2 10K +12V Anoda 1 Katoda 2 NC 3 _Emiter 4 Kolektor 5 NC 6 IC1 4N25 Anoda 1 Katoda 2 NC 3 _Emiter 4 Kolektor 5 NC 6 IC2 4N25 BIT0 BIT1 +12V +12V 1 1 R6 ₂ 2 680 R7 680 Q5 BC548 1A 1 1B 2 1Y 3 2A 4 2B 5 2Y 6 G 7 _3Y3B 89 3A 10 4Y 11 4B 12 4A 13 Vcc 14 IC3 74LS00 BIT0 BIT1 1 1 R5 ₂ 2 1K VCC

Gambar 10.7 Rangkaian Driver Motor DC

Tabel 10.1 Tabel Kebenaran Rangkaian Driver Motor DC Input

BIT 1 BIT 0 Aksi Motor

0 0 Berhenti

0 1 Berputar searah jarum jam

1 0 Berputar berlawanan arah jarum jam

(50)

Contoh Program :

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 Run: ldi r19,0b00000010 out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0b00000000 out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0b00000001 out PortA,r19 rcall delay ldi r19,0b00000011 out PortA,r19 rcall delay rjmp Run delay: ldi r20,0x10 dl1: ldi r21,0xff dl2: ldi r22,0xff dl3: dec r22 cpi r22,0x00 brne dl3 dec r21 cpi r21,0x00 brne dl2 dec r20 cpi r20,0x00 brne dl1 ret

(51)

3. Kendali Kecepatan (PWM)

Pulse Width Modulation (PWM) adalah sebuah cara memanipulasi lebar dari pulsa dalam perioda yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda.

20 %

50%

90 %

Gambar 2.8 Sinyal PWM dengan Berbagai Duty Cycle

Pada gambar 2.8 menunjukkan tiga sinyal PWM yang berbeda. Sinyal yang paling atas menunjukkan sinyal PWM dengan duty cycle 10%. Artinya sinyal on selama 20% dari perioda sinyal dan off selama 80 % sisanya. Gambar yang lainnya menunjukkan sinyal dengan duty cycle 50% dan 90%. Ketiga sinyal PWM tersebut akan menghasilkan sinyal analog yang berbeda. Sebagai contoh jika supply tegangan sebesar 9V dan duty cycle 20%, maka menghasilkan 1,8V.

VS io vo 0 t1 T Gambar 2.9 Pulsa PWM

VS

T

t

V

1 o

=

V0 : Tegangan Output (Volt)

VS : Tegangan Pulsa PWM (Volt) t1 : Perioda pulsa high (Secon)

(52)

Contoh Program :

.include "m8535def.inc"

.equ timer_value1000 = 0xd4cd

.org 0x0000 rjmp main

out SPL,r16 ldi r16,high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16,0xff out ddra,r16 ldi r16,0x00 out PortA,r16

Loop: sbi PortA,0 ;Output Bit Pulse

rcall Pulse

cbi PortA,0 ;Output Bit Pulse

rcall P_1mS

rjmp Loop

Pulse: ldi r16,0b00000001 ;No prescaling untuk timer1

out TCCR1b,r16

ldi r16,0b00000101 ;Presaling 1024 untuk timer0

out TCCR0,r16

ldi r16,0b00000101 ;Timer0&1 overflow interrupt enable

out TIMSK,r16

ldi r16,high(timer_value1000) ;Nilai timer1

out TCNT1H,r16

ldi r16,low(timer_value1000) ;Nilai timer1

out TCNT1L,r16

ldi r18,$f6 ;Bilangan hex, $f6 = 0xf6

out TCNT0,r18 ;Nilai timer0

P_300uS: in r17,TIFR ;Baca Timer Interrupt Flag Register

sbrs r17,TOV0 ;Tunggu sampai timer0 overflow set

rjmp P_300uS

ldi r16,0b00000001 ;TOV0 dinolkan dg memberi logika 1

out TIFR,r16

ret

P_1mS: in r19,TIFR ;Baca Timer Interrupt Flag Register

rjmp P_1mS

out TIFR,r16

(53)

Catatan Tambahan :

Timer/Counter0 Control Register – TCCR0

CS : Select bit

Timer Interrupt Mask Register – TIMSK

Timer Interrupt Flag Register - TIFR

(54)

(55)

BAB IX

Motor Servo

1. Dasar Motor Servo

Motor Servo terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, sebuah potensiometer, sebuah output shaft dan sebuah rangkaian kontrol elektronik.

Biasanya, motor servo berbentuk kotak segi empat dengan sebuah output shaft motor dan konektor dengan 3 kabel yaitu power, kontrol dan ground. Gear motor servo ada yang terbuat dari plastic, metal atau titanium. Didalam motor servo terdapat potensiometer yang digunakan sebagai sensor posisi. Potensiometer tersebut dihubungkan dengan output shaft untuk mengetahui posisi aktual shaft.

Ketika motor dc berputar, maka output shaft juga berputar dan sekaligus memutar potensiometer. Rangkaian kontrol kemudian dapat membaca kondisi potensiometer tersebut untuk mengetahui posisi aktual shaft. Jika posisinya sesuai dengan yang diinginkan, maka motor dc akan berhenti. Sudut operasi motor servo (Operating Angle) bervariasi tergantung jenis motor servo. Ada 2 jenis motor servo yaitu :

• Motor Servo Standard

Yaitu motor servo yang mampu bergerak CW dan CCW dengan sudut operasi tertentu, misalnya 600, 900 atau 1800.

• Motor Servo Continuous

Yaitu motor servo yang mampu bergerak CW dan CCW tanpa batasan sudut operasi (berputar secara kontinyu).

Gambar 9.1 Konstruksi Motor Servo Sumber : http://www.servocity.com

Motor servo dikendalikan dengan cara mengirimkan sebuah pulsa yang lebar pulsanya bervariasi. Pulsa tersebut dimasukkan melalui kabel kontrol motor servo. Sudut atau posisi shaft motor servo akan diturunkan dari lebar pulsa. Biasanya lebar pulsanya antara 1.1 ms sampai 1.9 ms dengan periode pulsa sebesar 20 mS.

(56)

Periode 20 ms

Lebar Pulsa 1.1 ms (min) – 1.9 (max)

Lebar pulsa akan mengakibatkan perubahan posisi pada servo. Misalnya sebuah pulsa 1.5 ms akan memutar motor pada posisi 900_{(posisi netral). Agar posisi servo tetap pada posisi ini, maka}

pulsa harus terus diberikan pada servo. Jadi meskipun ada gaya yang melawan, servo akan tetap bertahan pada posisinya. Gaya maksimum servo tergantung dari rentang torsi servo.

Lebar Pulsa 1.1 ms 00 Lebar Pulsa 1.5 ms 900 Lebar Pulsa 1.9 ms 1800

Gambar 9.2 Lebar Pulsa dan Posisi Servo

Ketika sebuah pulsa yang dikirim ke servo kurang dari 1.5 ms, servo akan berputar counterclockwise menuju ke posisi tertentu dari posisi netral. Jika pulsa yang dikirim lebih dari 1.5 ms, servo akan berputar clockwise menuju ke posisi tertentu dari posisi netral. Setiap servo memiliki spesifikasi lebar pulsa minimum dan maksimum sendiri-sendiri, tergantung jenis dan merk servo. Umumnya antara 1.1 ms sampai 1.9 ms.

Parameter lain yang berbeda antara servo satu dengan servo lainnya adalah kecepatan servo untuk berubah dari posisi satu ke posisi lainnya (Operating Speed).

(57)

Gambar 9.3 HSR-5995TG Ultra Torque Sumber : http://www.servocity.com

Detailed Specifications

Control System: +Pulse Width Control 1500usec Neutral Required Pulse: 3.3-7.4 Volt Peak to Peak Square Wave Operating Voltage Range: 4.8-7.4 Volts

Operating Temperature Range: -20 to +60 Degree C (-68F to +140F) Operating Speed (6.0V): 0.15sec/60 degrees at no load

Operating Speed (7.4V): 0.12sec/60 degrees at no load

Stall Torque (6.0V): 333.29oz/in. (24kg.cm)

Stall Torque (7.4V): 416.61oz/in. (30kg.cm)

Standing Torque (6.0V): 433.27oz/in. (31.2kg.cm) 5 degree deflection

Standing Torque (7.4V): 541.59oz/in. (39kg.cm) 5 degree deflection

Operating Angle: 90 Deg. one side pulse traveling 400usec 360 Modifiable: Yes

Direction: Clockwise/Pulse Traveling 1500 to 1900usec IdleCurrent Drain (6.0V): 3mA at stop

IdleCurrent Drain (7.4V): 3mA at stop

Current Drain (6.0V): 300mA/idle and 4.2 amps at lock/stall Current Drain (7.4V): 380mA/idle and 5.2 amps at lock/stall Dead Band Width: 2usec

Motor Type: Coreless Metal Brush

Potentiometer Drive: 6 SliderIndirect Drive Bearing Type: Dual Ball Bearing MR106 Gear Type: 4 Titanium Gears

Connector Wire Length: 11.81" (300mm)

Dimensions: 1.57" x 0.78"x 1.45" (40 x 20 x 37mm) Weight: 2.18oz (62g)

(58)

2. Kendali Posisi

Untuk mengendalikan motor servo dapat digunakan 2 buah timer pada AVR yaitu : • Timer 1 digunakan untuk menjaga agar periode pulsa PWM sebesar 20mS

• Timer 0 digunakan untuk menghasilkan lebar pulsa high untuk menentukan posisi servo Pada contoh program dibawah ini motor servo akan diberi pulsa high selama 1.5mS setiap 20mS sekali. Posisi motor servo ada di posisi netral / centre.

.include "m8535def.inc"

.equ timer_value20 = 0xf280 ;timer 20mS

.equ timer_value = 0xc0 ;timer 1.5mS

.org 0x0000

rjmp main

out SPL,r16

out SPH,r16

sbi DDRD,5 ;PortD.5 as output

ldi r16,25

Loop: sbi PortD,5

rcall Pulse cbi PortD,5 rcall P20mS dec r16 cpi r16,0 brne Loop Stop: nop rjmp Stop ;--- ; Generate pulse 1.5mS Servo position at centre

;--- Pulse: