i
KOMUNIKASI PC DAN MIKROKONTROLER ATMEGA8 MELALUI PORT USB
Randy Dwi Rahardian ( 0522067 )
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha
Jln. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia
Email : randydwirahardian@gmail.com
ABSTRAK
Komunikasi PC dengan mikrokontroler sudah tidak asing lagi diimplementasikan oleh para peneliti. Komunikasi yang dilakukan umumnya menggunakan antarmuka port serial atau port paralel. Namun, perkembangan teknologi PC (Notebook) sekarang ini sangat pesat dan luas, terbukti dangan sudah tidak lagi menyertakan antarmuka port serial atau paralel, antarmuka utama yang digunakan pada laptop yaitu port USB.
Pada tugas akhir ini akan dibuat sistem akuisisi data suhu ruangan berbasis port USB dengan mengimplementasikan protokol USB pada mikrokontroler AVR ATMega8. ATMega8 digunakan karena harganya murah dan mudah didapat di pasar dalam negeri. Akuisi data suhu yang ditampilkan ke PC merupakan implementasi dari komunikasi PC dan mikrokontroler ATMega8 melalui port USB. Data suhu yang diterima oleh sensor LM35, diolah dan dikonversi oleh ATMega8, ditampilkan ke PC melalui media port USB.
Berdasarkan hasil percobaan, komunikasi antara ATMega8 dengan PC berjalan dengan baik. Tidak terjadi perbedaan yang signifikan antara data suhu hasil pengukuran dan suhu yang ditampilkan dengan suhu pada termometer.
ii
COM M UNICATION PC AND ATM EGA8 M ICROCONTROLLER VIA USB
PORT
Randy Dwi Rahardian ( 0522067 )
Electrical Engineering Department,Faculty of Engineering, Maranatha Christian University
Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia. Email : randydwirahardian@gmail.com
ABSTRACT
Communication PC and microcontroller is no stranger implemented by the researchers. Communication is generally performed using a serial interface port or parallel port. However, technological developments PC (Notebook) is currently very extensive, proved to view is no longer include serial or parallel port interface, the main interface used on the notebook USB port.
In this final project will be made at room temperature data acquisition system based on the USB port with the USB protocol implementation on microcontroller AVR ATmega8. ATmega8 used because it is cheap and easily available in the domestic market. Acquisition of temperature data that is displayed to the PC is an implementation of the communication PC and microcontroller ATmega8 via a USB port.
Based on the experiments, communication between the ATmega8 and PC is worked. No significant differences between temperature data and temperature measurements are shown with the temperature on the thermometer.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan, kesempatan, kekuatan dan kesabaran dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir yang bejudul “KOMUNIKASI PC DAN MIKROKONTROLER ATMEGA8 MELALUI PORT USB” ini disusun untuk memenuhi persyaratan program studi sarjana strata satu (S-1) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Bandung.
Selama pelaksanaan tugas akhir penulis telah mendapat banyak bimbingan, dorongan, dan bantuan yang berarti dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini, yaitu:
1. Suharyono dan Dedeh Mulyani, selaku orang tua tercinta dan terbijaksana yang telah memberikan kasih sayang, mengingatkan, mengajarkan, merubah, mengarahkan pikiran dan sifat yang kurang benar menjadi hal yang lebih baik dan positif, memberikan motivasi, serta dorongan baik secara moril ataupun materi dan semangat yang tak pernah lelah sampai saat ini.
2. Hadrian Suharyono dan Restuwulan, selaku kakak dan adik tercinta yang selalu memberi semangat, membantu, menemani, memberikan candatawa ketika penulis sedang jenuh pengerjakan tugas akhir ini.
3. Heri Andrianto, ST.MT., selaku pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan pengetahuan, pikiran, bimbingan dan petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini dari awal hingga akhir.
4. Dr. Ir. Daniel Setiadikarunia, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha dan selaku dosen penguji.
iv
6. Segenap staf dosen, staf administrasi, staf tata usaha dan seluruh pegawai di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha yang telah banyak membantu kelancaran penulis baik semasa kuliah maupun dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
7. Teman-teman sepermainan dan pihak-pihak lain yang telah membantu selama berlangsungnya Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu.
8. Tarry, yang telah setia menemani selama proses berlangsungnya Tugas Akhir ini di saat sedih maupun senang.
9. Rekan-rekan Universitas Maranatha antara lain Suryandi, Jaka, Pri, Andy, Gideon, Deni, Thogar, Roki, Maza, Budi, Sufendi, Erik, dan rekan-rekan lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang senantiasa menemani saat kuliah di kelas dan membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini.
10.Teman-teman sepermainan antara lain Sukma, Vicky, Wawan, Dani, Fani, Daniel, Faisal, Pras, Yudi, Tian dan pihak-pihak lain yang telah membantu selama berlangsungnya Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu.
Dengan menyadari bahwa tidak ada segala sesuatu yang sempurna, penulis terbuka terhadap kritik dan saran yang membangun agar segala kekurangan pada laporan Tugas Akhir ini dapat menjadi masukan yang berharga bagi penulis
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada seluruh pihak, semoga Tuhan membalas kebaikan saudara semua. Penulis juga berharap laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Bandung, Desember 2011
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
ABSTRACT…... ii
KATA PENGANTAR…... iii
DAFTAR ISI…... v
DAFTAR TABEL…...…….. viii
DAFTAR GAMBAR...…….. x
DAFTAR RUMUS... xii
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah... 1
I.2 Identifikasi Masalah... 2
I.3 Perumusan Masalah... 2
I.4 Tujuan…...…... 2
I.5 Batasan Masalah... 2
I.6 Sistematika Penulisan... 3
BAB II LANDASAN TEORI II.1 Universal Serial Bus (USB)... 4
II.1.1 Mekanikal USB... 5
II.1.2 Kelistrikan USB...…..…... 7
II.1.3 Protokol pada Universal Serial Bus... 11
II.1.4 USB Descriptor... 16
II.1.5 Setup Packet... 23
II.1.6 Standard Device Request... 25
II.1.7 Cara Berkomunikasi Dengan Antar Muka Universal Serial Bus ... 26
vi
II.3 Sensor Suhu LM35... 31
II.4 Visual Basic 6.0... 33
II.4.1 Pengenalan Visual Basic...…… 33
II.4.2 IDE Visual Basic... 34
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM III.1 Perancangan dan Realisasi Sistem... 36
III.1.1 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras... 37
III.1.1.1 Perancangan Sistem Mikrokontroler... 37
III.1.1.2 Perancangan Sistem Sensor LM35... 38
III.1.1.3 Perancangan Sistem Komunikasi Universal Serial Bus (USB)... 39
III.1.1.4 Perancangan LCD... 40
III.1.1.5 Pembuatan Layout... 42
III.1.2 Perancangan Perangkat Lunak………... 43
III.1.2.1 Perancangan Algoritma Program Mikrokontroler... 43
III.1.2.2 CDC(Communication Device Class)... 47
III.1.2.3 Perancangan Program Interface Komputer... 48
III.2 Hasil Sistem Secara Keseluruhan... 52
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS IV.1 Pengujian dan Analisis... 54
IV.2 Pengujian Hardware...………. 54
IV.2.1 Pengujian Sistem Minimum... 55
IV.2.2 Pengujian Sistem Penguat OP-Amp... 56
IV.3 Pengujian Software... 58
IV.3.1 Pengujian Program Mikrokontroler... 58
IV.3.2 Pengujian Program Interface... 64
vii
5.1 Kesimpulan... 68 5.2 Saran…...…… 68
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A FOTO HARDWARE
LAMPIRAN B SKEMATIK KOMUNIKASI PC DAN MIKROKONTROLER ATMEGA8 MELALUI PORT USB
LAMPIRAN C PROGRAM PADA MIKROKONTROLER ATMEGA8 LAMPIRAN D PROGRAM PADA VISUAL BASIC 6
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Perbandingan perangkat USB dengan perangkat lain... 5
Tabel 2.2 Wujud Fisik Konektor USB... 6
Tabel 2.11 Data pada Paket DeviceDescriptors... 17
Tabel 2.12 Pola Data pada Paket Configuration Descriptors ... 19
Tabel 2.13 Data pada Paket Interface Descriptor..... 20
Tabel 2.14 Data pada Paket Endpoint Descriptors... 21
Tabel 2.15 Data pada Paket String Descriptors...... 23
Tabel 2.16 Data pada Setuppacket... 24
Tabel 2.17 Daftar Standard Device Request... 25
Tabel 2.18 Daftar standard Interface Request... 26
Tabel 2.19 Daftar Standard Endpoint Request ... 26
Tabel 2.20 Data pada Paket packet Setup... 27
Tabel 2.21 Contoh Pengiriman Data Menggunakan Setup-Packet... 27
Tabel 2.22 Fungsi pin-pin ATMega8... 29
Tabel 3.1 Fungsi Pin LCD... 41
ix
Mikrokontroler... 57 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan Op-Amp dengan Nilai ADC.... 62 Tabel 4.4 Perbandingan Data ADC di Mikrokontroler dan di PC... 63 Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Suhu pada Termometer dan pada
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Konektor USB dan Kabel USB... 6
Gambar 2.2 Gambar Resistor pada Perangkat USB Full Speed... 8
Gambar 2.3 Gambar Resistor pada Perangkat USB Low Speed... 8
Gambar 2.4 Karakteristik Sinyal Pergerakan USB Full Speed... 9
Gambar 2.5 Karakteristik Sinyal Pergerakan USB Low-Speed ... 9
Gambar 2.6 Level Tegangan SOP dan EOP pada Perangkat low atau full-speed... 10
Gambar 2.7 Pola Kode NRZI... 10
Gambar 2.8 Pola Singkronisasi... 10
Gambar 2.9 Pola Singkronisasi dan Penambahan Bit Stuff... 14
Gambar 2.10 Konfigurasi Pin ATMega8... 29
Gambar 2.11 Blok Diagram ATMega8... 31
Gambar 2.12 Sensor Suhu LM35... 32
Gambar 2.13 Tata Letak Kaki LM35........ 32
Gambar 2.14 Mengaktifkan IDE Visual Basic 6.0... 21
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Perancangan Secara Umum... 36
Gambar 3.2 Skematik Sistem Mikrokontroler ATmega8... 37
Gambar 3.3 Skematik Sistem Sensor LM35... 38
Gambar 3.4 Skematik Sistem Komunikasi USB... 40
Gambar 3.5 Skematik LCD pada Mikrokontroler... 41
Gambar 3.6 Layout PCB......... 42
Gambar 3.7 Flowchart Sistem Perangkat Lunak Mikrokontroler... 44
Gambar 3.8. Diagram alir CDC (Communication Device Class)... 47
Gambar 3.9 Tampilan Form Visual Basic... 50
xi
Gambar 3.11 Tampilan aplikasi... 52
Gambar 3.12 Hasil Rancang Bangun Tampak Atas... 52
Gambar 3.13 Hasil Rancang Bangun Tampak Bawah... 53
Gambar 3.14 Tampilan Sistem Rancang Bangun Secara Keseluruhan... 53
Gambar 4.1 Sistem Komunikasi PC dan Mikrokontroler melalui Port USB... 54
Gambar 4.2 Minimum ATmega8... 55
Gambar 4.3 Macam-macam ISP... 56
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Nilai ADC dan Tegangan Input Mikrokontrol... 58
Gambar 4.5 Tampilan Hyperterminal... 59
Gambar 4.6 Setting serial port hyperterminal melalui USB... 59
Gambar 4.7 Setting baud rate, stop bit, parity, data bit, dan flow control 60
Gambar 4.8 Setting sudah benar dan hyperterminal bisa dijalankan... 61
Gambar 4.9 Tampilan Pembacaan ADC pada Hyperterminal... 62
Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Nilai ADC dengan Suhu... 63
Gambar 4.11 Tampilan Hasil Suhu dari Program VB dengan interface USB... 64
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Pengamatan Suhu pada Program VB dan Termometer... 65
Gambar 4.13 Komunikasi Hardware melalui Port USB... 66
Gambar 4.14 Tampilan Hasil dan Komunikasi PC dan Mikrokontroler ATmega8 melalui Port USB... 66
xii
DAFTAR RUMUS
Halaman
Rumus 3.1 ... 38
Rumus 3.2 ... 39
Rumus 3.3 ... 39
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
SKEMATIK KOMUNIKASI PC DAN
MIKROKONTROLER ATMEGA8 MELALUI PORT
USB
---
SKEMATIK ... B-1 LAYOUT ... B-2
---B-1
LAMPIRAN C
PROGRAM PADA MIKROKONTROLER
C-1
#define INTERRUPT_REPORT 1
#define CMD_WHO "LM35 USB Reader" volatile uchar timerTimeout;
volatile uchar timerUpdate; volatile uchar ledTimeout; volatile unsigned int valueLM35; enum {
SEND_ENCAPSULATED_COMMAND = 0, GET_ENCAPSULATED_RESPONSE, SET_COMM_FEATURE,
GET_COMM_FEATURE, CLEAR_COMM_FEATURE, SET_LINE_CODING = 0x20, GET_LINE_CODING,
SET_CONTROL_LINE_STATE, SEND_BREAK
};
static PROGMEM char configDescrCDC[] = { 9,
USB_CFG_HAVE_INTRIN_ENDPOINT, USB_CFG_INTERFACE_CLASS,
C-3
uchar usbFunctionDescriptor(usbRequest_t *rq) {
if(rq->wValue.bytes[1] == USBDESCR_DEVICE) {
static uchar modeBuffer[7]; static uchar sendEmptyFrame; static uchar intr3Status;
if((rq->bmRequestType & USBRQ_TYPE_MASK) == USBRQ_TYPE_CLASS) {
if( rq->bRequest==GET_LINE_CODING || rq->bRequest==SET_LINE_CODING ) {
return 0xff;
}
#if USB_CFG_HAVE_INTRIN_ENDPOINT3
if(rq->bRequest == SET_CONTROL_LINE_STATE) {
C-4
uchar usbFunctionRead( uchar *data, uchar len ) { uchar usbFunctionWrite( uchar *data, uchar len )
{
memcpy( modeBuffer, data, 7 ); return 1;
}
#define TBUF_SZ 256
#define TBUF_MSK (TBUF_SZ-1) static uchar tos, val, val2;
static uchar rcnt, twcnt, trcnt; static char rbuf[8], tbuf[TBUF_SZ]; static uchar u2h( uchar u )
static void out_char( uchar c ) {
void uint2ascii (unsigned int val) {
C-5
void usbFunctionWriteOut( uchar *data, uchar len ) {
/* postpone receiving next data */ usbDisableAllRequests();
C-6
#if defined (__AVR_ATmega8__) || defined (__AVR_ATmega16__) || !defined PORTC tos = 0x30 + ( 'D' - rbuf[--rcnt] ) * 3;
usbEnableAllRequests(); }
C-7
#define INTR_REG(x) { intr_flag[x>>3] |= 1<<(x&7); } #if _AVR_IOM8_H_ || _AVR_IOM16_H_
C-8
#ifdef USB_CFG_PULLUP_IOPORT /* use usbDeviceConnect()/usbDeviceDisconnect() if available */
USBDDR = 0; /* we do RESET by deactivating pullup */ usbDeviceDisconnect();
#else
USBDDR = (1<<USB_CFG_DMINUS_BIT)|(1<<USB_CFG_DPLUS_BIT); #endif
C-9
ADMUX = (1<<REFS1) | (1<<REFS0); valueLM35 = 0;
LAMPIRAN D
D-1
BaudRate.AddItem "9600" BaudRate.AddItem "19200" BaudRate.AddItem "38400" BaudRate.AddItem "57600" BaudRate.AddItem "115200" BaudRate.AddItem "230400" BaudRate.AddItem "460800" BaudRate.Text = BaudRate.List(0)
If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False MSComm1.Settings = BaudRate.Text & ",N,8,1"
MSComm1.RTSEnable = True
MSComm1.CommPort = CInt(Replace(comm.Text, "COM", "")) MSComm1.PortOpen = True
MSComm1.Handshaking = comNone tmp = ""
LAMPIRAN E
DATASHEET
---
LM35 (Sensor Suhu) ... E-1 LM358 (OpAmp) ... ... E-5
E-5
Bab I . Pendahuluan 1
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Saat ini harga PC/Laptop sudah murah, PC/Laptop dapat digunakan untuk berbagai keperluan dalam segala bidang, dari mulai keperluan administrasi perkantoran, pengendalian, pengukuran, dan lain-lain.
Sampai saat ini penelitian-penelitian mengenai akuisisi data yang sudah dilakukan, yaitu antarmuka ke PC menggunakan rangkaian PPI pada slot ISA. Kemudian dilanjutkan lagi, yaitu menggunakan mikrokontroler untuk memproses data hasil pengukuran, kemudian data dikirimkan ke PC melalui antarmuka port serial atau port paralel. Namun, saat ini PC(Laptop/Notebook) kebanyakan sudah tidak lagi menyertakan antarmuka port serial atau paralel, antarmuka yang digunakan pada laptop yaitu port USB.
Penelitian selanjutnya yang sudah dilakukan yaitu menggunakan mikrokontroler untuk memproses data hasil pengukuran, kemudian data dikirimkan ke PC melalui antarmuka port USB yang dikenali di komputer sebagai port serial, IC yang digunakan yaitu jenis IC USB to Serial converter chip FTDI (FT232BM).
Penelitian selanjutnya yang sudah dilakukan yaitu menggunakan mikrokontroler yang sudah dilengkapi dengan port USB, seperti misalnya seri AT90USB, tetapi mikrokontroler ini harganya sangat mahal dan jarang ditemukan di pasar dalam negeri.
Bab I Pendahuluan 2
Universitas Kristen Maranatha 1.2. Identifikasi Masalah
Identifikasi masalah yang akan diangkat pada tugas akhir ini adalah diperlukannya akuisisi data suhu melalui Port USB berbasis mikrokontroler AVR ATMega8.
1.3. Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah:
Bagaimana merancang dan membuat sistem akuisisi data suhu melalui Port USB berbasis mikrokontroler AVR ATMega8.
1.4. Tujuan
Tujuan yang hendak dicapai dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah:
Merancang dan membuat sistem akuisisi data suhu melalui Port USB berbasis Mikrokontroler AVR ATMega8.
1.5. Batasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi: 1. Sensor yang digunakan adalah sensor suhu LM35. 2. Mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATMega8.
3. PC hanya untuk menampilkan data hasil pengukuran yaitu data suhu ruangan. 4. Antarmuka PC dengan mikrokontroler AVR ATMega8 melalui port USB 1.1. 5. Bahasa pemrograman di PC menggunakan Bahasa pemrograman Visual
Bab I Pendahuluan 3
Universitas Kristen Maranatha 1.6. Sistematika Penulisan
Agar penulisan laporan Tugas Akhir ini dapat lebih terarah dan terstruktur maka laporan ini akan dibagi dalam lima bab yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang masalah, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini menjelaskan dasar-dasar teori yang digunakan dalam Tugas Akhir, mengenai mikrokontroler, USB, bahasa pemograman dan semua teori yang dibutuhkan dalam penyusunan tugas akhir ini.
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Berisi pembahasan mengenai perancangan sistem secara keseluruhan yang meliputi perancangan hardware dan perancangan perangkat lunak mikrokontroler serta perangkat lunak untuk tampilan pada PC secara GUI.
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS
Berisi data hasil pengamatan setelah alat direalisasikan dan analisis terhadap hasil pengamatan, fungsionalitas dan kinerja rancangan secara umum.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab V. K esimpulan dan Saran 68
Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
V.1. Kesimpulan
Dalam merealisasikan dan memprogram sistem komunikasi PC dan mikrokontroller ATmega8 melalui port USB, dapat disimpulkan bebarapa hal sebagai berikut :
1. Sistem komunikasi PC dan mikrokontroler ATmega8 melalui port USB berhasil dirancang, direalisasikan, dan berfungsi dengan baik.
2. Program interface yang direalisasikan dengan sistem mikrokotroler ATmega8 melalui port USB dapat terintegrasi dengan baik.
V.2. Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan Tugas Akhir ini di masa mendatang adalah :
1. Komunikasi PC dan mikrokontroler ATmega8 menggunakan port USB digunakan spesifikasi USB versi 1.1 yang hanya mendukung kecepatan transfer sampai dengan 12 Mbps. Untuk pengembangan lebih lanjut, dapat dipelajari penggunaan spesifikasi USB versi 2.0 yang mendukung kecepatan transfer sampai dengan 480 Mbps yang tentunya akan jauh lebih handal.
Bab V K esimpulan dan Saran 69
Universit as Krist en M aranat ha 3. Tampilan aplikasi dapat lebih dinamis, misal dengan ditambahkan aplikasi
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. Andrianto, Heri. (2008). Pemrograman mikrokontroler AVR ATMEGA 16
menggunakan bahasa c (codevision AVR), Indonesia:Informatika Bandung.
2. Bejo, A. (2008). C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler
ATMega8535. Yogyakarta: Graha Ilmu.
3. Heryanto, M. Ari. dan P, Adi Wisnu. (2008). Pemrogramanan Bahasa C untuk
Mikrokontroler ATMega8535. Yogyakarta: Andi Offset.
4. Prasetya, Retna Dkk. (2004). Interfacing Port Paralel dan Port Komputer dengan
Visual Basic 6.0. Yogyakarta:Andi Offset.
5. http://www.usb.org/ , diakses tanggal 01 April 2011.
6. http://www.beyondlogic.org , diakses tanggal 03 April 2011.
