BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Perangkat Keras (Hardware)
2.1.1 Arsitektur Mikrokontroler AT89S52
AT89S52 merupakan mikrokontroler yang dikembangkan dari 8051 standar (semua pin dan instruksi assembler sesuai dengan standar 8051) oleh Atmel Corporation. Mikrokontroler ini dirancang dengan teknologi CMOS dan memori non-volatile dari Atmel dengan memori program internal (memori flash)
sebesar 8 KB yang bisa diprogram dalam sistem (In-System Programmable Flash Memory ISP). Penambahan fitur dari mikrokontroler standar di antaranya:
1. Memori flash 8 KB yang bisa diprogram ulang sampai 1000 siklus
baca/tulis
2. Fungsi penguncian memori program (program memori lock) untuk
memproteksi isi memori program internal 3. Bekerja pada frekuensi sampai 33 MHz 4. RAM internal sebesar 256 byte
5. Penambahan Timer 2
6. Membutuhkan catu daya 4.5 – 5.5 Volt.
Dengan penambahan fungsi-fungsi di atas, AT89S52 merupakan mikrokontroler yang cukup handal untuk aplikasi-aplikasi sistem kendali atau yang lainnya. Memori flash internal sebesar 8 KB yang bisa diprogram ulang
dalam sistem (ISP) memudahkan untuk merancang software.
2.1.2 Pengalamatan Memori dan Register pada MCS-51
Mikrokontroler MCS-51 memiliki beberapa buah ruang alamat memori yang dapat dibagi menjadi :
1. Ruang alamat memori kode program (code address space), sebanyak
64KB. Ruang alamat memori ini biasanya ditempati oleh EPROM/ROM
internal IC mikrokontroler atau bisa juga ditempati oleh IC EPROM
2. Ruang alamat memori data internal yang dapat dialamati secara langsung,
yang terdiri atas RAM (Random Access Memory) sebanyak 128 byte dan Special Function Register sebanyak 128 byte. RAM internal dan hardware register ini terletak di dalam IC 8051. Sebagian ruang alamat pada RAM internal dapat diakses secara bit, dalam pengamatan mermori 1 byte sama
dengan 8 bit dalam bilangan biner.
3. Ruang alamat memori data eksternal sebanyak maksimal 64KB yang dapat ditambahkan oleh pemakai. Ruang alamat ini biasanya ditempati IC RAM.
Perlu diketahui bahwa alamat memori kode program dan ruang alamat memori data eksternal sebenarnya memiliki ruang alamat yang sama (overlap).
Ruang alamat memori kode program dan ruang alamat memori data eksternal dialamati dari alamat 0000h sampai FFFFh. Sementara itu, memori-data internal dialamati dari alamat 00h sampai FFh. Rinciannya adalah alamat 00h sampai 7Fh dipakai untuk mengalamati RAM internal dan alamat 80h sampai FFh dipakai
untuk mengalamati Special Function Register.
$00 $08 $10 $18 $20 $28 $30 $7F $80 $FF
Gambar 2.1 Peta Pengalamatan Memori-Data Internal
Seperti yang terlihat dalam denah data gambar 2.1 diatas memori-data internal dibagi menjadi dua bagian. Alamat memori 00h sampai 7Fh merupakan memori seperti RAM meskipun beberapa bagian mempunyai kegunaan khusus, sedangkan alamat memori 80h sampai FFh dipakai sangat khusus yang dinamakan Special Function Register memori data nomor 00h
sampai 7Fh bisa dipakai sebagai memori penyimpan data biasa, dibagi menjadi 3 bagian:
1. Alamat memori 00h sampai 18h selain sebagai memori data biasa, bisa pula dipakai sebagai register serba guna (General Purpose Register)
2. Alamat memori 20h samapai 2Fh selain sebagai memori data biasa, bisa dipakai untuk menyimpan informasi dalam level bit
3. Alamat memori 30h sampai 7Fh (sebanyak 80 byte) merupakan memori
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 Bit No $00-$07 Bit No $08-$17 Bit No $18-$1F Bit No $18-$1F Bit No $20-$27 Bit No $28-$2F Bit No $30-$37 Bit No $38-$3F Bit No $40-$47 Bit No $48-$4F Bit No $50-$57 Bit No $58-$5F Bit No $60-$67 Bit No $68-$6F Bit No $70-$77 Bit No $78-$7F
Memori untuk keperluan umum
sebanyak $50 (80)byte dengan nomor memori
$30-$7F
Special Function Register(SFR) dengan nomor memori
$80-$FF
2.1.2.1Register Serba Guna
Register serba guna ini (General Purpose Register) mempunyai alamat
memori data 00h sampai 18h. memori sebanyak 32 byte ini dikelompokkan
menjadi 4 kelompok register (Register Bank). 8 byte memori dari masing-masing
kelompok ini dikenali sebagai Register 0, Register 1, …. Register 7 (R0, R1, R2,
R3, R4, R5, R6, R7).
Dalam penulisan program, memori-memori ini bisa langsung disebut sebagai R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6 dan R7, tidak lagi dengan nomor memori. Dengan cara ini, instruksi yang terbentuk bisa lebih sederhana dan bekerja lebih cepat. Pengertian ini bisa diperjelas dengan contoh 2 instruksi berikut :
MOV A, O4h ; instruksi 1 MOV A, R4 ; instruksi 2
Instruksi pertama mempunyai makna ini memori data pada alamat 04h dikopikan ke Akumulator A, sedangkan instruksi kedua artinya isi R4 dikopikan ke Akumulator A. karena R4 menempati memori data nomor 4 maka kedua instruksi itu berakibat sama bagia akumulator A .
2.1.2.2Special Function Register
Register khusus SFR (Special Function Register) adalah satu daerah RAM
dalam IC keluarga MCS-51 yang dipakai untuk mengatur perilaku MCS-51 dalam hal-hal khusus, misalnya tempat untuk berhubungan dengan port paralel P1 atau P3, dan sarana input/output lainnya, tapi tidak umum dipakai untuk menyimpan
data, seperti memori data.
Meskipun demikian, dalam hal ini penulisan program SFR diperlakukan
persis dengan memori data. Untuk mengisi memori data pada alamat 60h dengan bilangan 0Fh, instruksi yang digunakan adalah MOV 60h, #0Fh. Sementara itu,
untuk menyimpan 0Fh ke port 1 yang di SFR menempati memori data pada
alamat 90h, instruksi yang digunakan adalah MOV 90h,#0Fh.
Membandingkan kedua instruksi di atas bisa dimengerti dalam segi penulisan program SFR dan diperlakukan persis dengan memori data. Meskipun
demikian, dalam mengakses memori data bisa dipakai dua cara, yakni pengaksesan alamat memori secara langsung (direct memory addressing) dan
pengaksesan alamat memori secara tidak langsung (indirect memory addressing)
lewat bantuan R0 sampai R1. Akan tetapi, untuk SFR hanya bisa dipakai
penyebutan nomor memori secara langsung (direct memory addressing).
2.1.2.3Akumulator
Sesuai dengan namanya, akumulator adalah sebuah register yang
berfungsi untuk menampung (accumulate) hasil-hasil pengolahan data dari
banyak instruksi MCS-51. Akumulator bisa menampung data 8 bit (1 byte) dan
merupakan register yang paling banyak kegunaannya, lebih dari setengah
instruksi-instruksi MCS-51 melibatkan akumulator. Instruksi – instruksi berikut memperjelas pengertian di atas:
MOV A,#20h ADD A,#30h
Instruksi pertama menyimpan nilai 20h ke akumulator. Instruksi kedua menambahkan 30h ke akumulator, hasil dar penjumlahan sebesar 50h ditampung di akumulator.
2.1.3 Keypad
Keypad merupakan suatu papan yang tersusun dari beberapa tombol dan
dihubungkan dalam susunan kolom dan baris. Terdapat bermacam – macam
keypad antara lain: Keypad 3 x 4 Keypad 4 x 4 dan Keypad 4 x 6 .
Keypad dalam tugas akhir ini menggunakan Keypad 4 x 4 yang tersusun
dari 16 tombol, yang terbagi dalam 4 kolom dan 4 baris. Tiap – tiap tombol yang ada di dalam keypad menghubungkan 1 buah kolom dengan1 buah baris.
Contoh : Tombol 6 menghubungkan kolom 3 dengan baris 2 Tombol 8 menghubungkan kolom 2 dengan baris 3 Tombol F menghubungkan kolom 1 dengan baris 4.
Keypad sering digunakan sebagai suatu input pada beberapa peralatan
yang berbasis mikroprosessor atau mikrokontroler. Keypad sesungguhnya terdiri
dari sejumlah saklar, yang terhubung sebagai baris dan kolom dengan susunan seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2 dibawah ini.
VCC=40 P0.0=AD0 P0.1=AD1 P0.2=AD2 P0.3=AD3 P0.4=AD4 P0.5=AD5 P0.6=AD6 P0.7=AD7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7=A15 P2.6=A14 P2.5=A13 P2.4=A12 P2.3=A11 P2.2=A10 P2.1=A9 P2.0=A8 P1.0=T2 P1.1=T2 EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5=MOSI P1.6=MISO P1.7=SCK RST P3.0=RXD P3.1=TXD P3.2=INT0 P3.3=INT1 P3.4=T0 P3.5=T1 P3.6=WR P3.7=RD XTAL2 XTAL1 GND=20 D # 0 * C 9 8 7 B 6 5 A 3 2 AT89S52
Keypad Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
4 KOLOM= Scan Output
4 BARIS = Scan Input
KOLO M P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 BARIS 1 4
Gambar 2.2 Rangkaian Keypad 4 x 4
Agar mikrokontroler dapat melakukan scan keypad, dilakukan cara berikut:
Pemasangan keypad diletakan pada satu port
Port tersebut dibagi menjadi dua bagian, 4 bit output (untuk baris) dan 4 bitinput (untuk kolom)
Mikrokontroler mengeluarkan logika low “0” kesalah satu bit dari 4 bit
yang terhubung kolom
Mikrokontroler membaca 4 bit pada baris untuk menguji jika ada tombol
yang ditekan pada kolom tersebut
Sebagai konsekunsi selama tidak ada tombol yang ditekan, maka mikrokontroler akan melihat sebagai logika high “1” pada pin yang
terhubung ke baris
Tetapi jika ada penekanan pada salah satu tombol, maka pada salah satu baris akan berlogika low “0”.
2.1.4 Relay
Relay adalah saklar yang dikendalikan secara elektronik (electronically switch). Arus listrik yang mengalir pada kumparan relay akan menciptakan medan
magnet yang kemudian akan menarik lengan relay dan mengubah posisi saklar,
yang sebelumnya terbuka menjadi terhubung.
Relay memiliki tiga jenis kutub yaitu, COMMON = kutub acuan, NC
(Normally Close) = kutub yang dalam keadaan awal terhubung pada COMMON,
dan NO (Normally Open) = kutub yang pada awalnya terbuka dan akan terhubung
dengan COMMON saat kumparan relay diberi arus listrik.
Berdasarkan jumlah kutub pada relay, maka relay dibedakan menjadi 4
jenis:
SPST = Single Pole Singe Throw
SPDT = Single Pole Double Throw
DPST = Double Pole Single Throw
DPDT = Double Pole Double Throw
Pole adalah jumlah COMMON, sedangkan Throw adalah jumlah terminal output
(NO dan NC).
Sedikit menjelaskan, kata Normally disini berarti relay dalam keadaan
non-aktif atau non-energized, atau gambarannya kumparan relay tidak dialiri arus.
Jadi kontak Normally-Open (NO) adalah kontak yang pada saat Normal tidak
terhubung, dan kontak Normally-Closed (NC) adalah kontak yang pada saat
Normal terhubung.
COM
NO NC
SPDT Relay
Single-Pole Dual-Totem
Relay Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
Gambar 2.3 Relay SPDT
Pada gambar 2.3 relay SPDT adalah simbol dari komponen
relaySPDT (Single-Pole Dual-Totem) yang berarti memiliki sebuah kontak NO
dan sebuah kontak NC dengan sebuah COMMON. Pada saat kumparan tidak
dialiri arus, maka kontak NC akan terhubung dengan COM. Jika kumparan dialiri arus, maka kontak akan bergerak dari NC ke NO, sehingga NO akan terhubung dengan COM.
2.1.4.1Rangkaian DriverRelay
Pada umumnya, output dari mikrokontroler berarus rendah, sehingga
dibutuhkan rangkaian tambahan berupa penggerak (driver) yang berupa electronic switch untuk bisa mengendalikan relay dan driver tersebut pun perlu ditambahkan
suatu komponen tambahan yang dihasilkan oleh kumparan relay, seperti
transistor, dioda yang diarahkan ke VCC.
` NO NC GND 5 VOLT DI PORT MIKRO common
Gambar 2.4 Rangkaian DriverRelay.
2.1.5 Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutarkan impeller pompa, fan, menggerakan kompresor pada sistem
refrigerasi, memutarkan damper AHU dll. Motor listrik menjadi hardware (perangkat keras) utama dalam menggerakan sistem – sistem industri khususnya dalam bidang refrigerasi dan tata udara.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor
(bagian yang berputar). Dalam aplikasinya seringkali sebuah motor digunakan untuk arah yang searah dengan jarum jam maupun sebaliknya. Untuk mengubah putaran dari sebuah motor dapat dilakukan dengan mengubah arah arus yang mengalir melalui motor tersebut. Secara sederhana seperti yang ada pada gambar,
hal ini dapat dilakukan hanya dengan mengubah polaritas tegangan motor.
Motor DC
Motor DC
Gambar 2.5 Dasar pengaturan arah putaran motor dc.
Bisa dilihat dari gambar 2.5 untuk mengubah arah putan motor dc bisa mengubah kutub polaritas motor dc, jika sumber motor dc berada pada kutub yang sebenarnya maka motor akan berputar searah jarum jam, dan jika sumber motor dc berada pada kutub yang sebaliknya maka motor dc akan berputar kearah berlawanan jarum jam.
2.1.6 Power Supply Untuk Mikrokontroler
Catu daya berfungsi untuk memberikan suplay tegangan, khususnya ke IC mikrokontroler AT89S52, catu daya yang di gunakan adalah 5 Volt dc. Untuk menurunkan tegangan trafo dari 12 V menjadi 5 V maka di gunakan IC voltage regulator LM7805. Pada rangkaian catu daya, dioda 1N4001 berfungsi sebagai
penyearah gelombang penuh dari ac ke dc dengan arus sebesar 1 Ampere,
sedangkan kapasitor 1003F dan 100nF berfungsi sebagai filter tegangan dc atau penghalus pulsa-pulsa tegangan yang dihasilkan oleh dioda penyearah. Skema rangkaian catu daya.
Gambar2.6 Skematik Power Supply Catu Daya Mikrokontroler
Sumber : www.Sharekan.wordpress.com 2.2Perangkat Lunak (Software)
2.2.1 Software Pemograman MIDE-51
Mikrokontroler MCS51 banyak digunakan dalam pembuatan alat-alat pengendali. Pada pembuatannya diperlukan software yang digunakan untuk
memprogram mikrokontroler tersebut. Banyak sekali program yang dapat digunakan untuk pemrograman mikrokontroler MCS51 ini, salah satunya adalah MIDE-51.
Software MIDE-51 ini telah dilengkapi dengan compiler untuk bahasa
pemrograman assembler dan C. Compiler yang digunakan untuk assembler adalah
asem51 sedangkan untuk bahasa C menggunakan SDCC buatan sandeep duta.
Selain itu juga terdapat simulator yang berfungsi untuk melihat hasil pembutan program yaitu TS Control Simulator 51 dan JSIM with 8051. Pada MIDE-51 juga
telah dilengkapi dengan fasilitas untuk link ke program-program downloader
MCS51. Dengan fasilitas yang terdapat dalam MIDE-51 ini, sudah cukup untuk melakukan experimen dengan pemrograman mikrokontroler MCS51. Software
MIDE-51 dapat di download di internet melalui alamat www.opcube.com,
kapasitas software ini hanya sekitar 4 Mb.
Gambar 2.7 Software MIDE-5.
2.2.2 Pengenalan Bahasa Assembly
Bahasa Assembly adalah bahasa pemrograman tingkat rendah. Dalam
pemrograman komputer dikenal dua jenis tingkatan bahasa, jenis yang pertama adalah bahasa pemrograman tingkat tinggi (high level language) dan jenis yang
kedua adalah bahasa pemrograman tingkat rendah (low level language).
Kelebihan Bahasa Assembly:
1. Ketika di-compile lebih kecil ukuran
2. Lebih efisien/hemat memori 3. Lebih cepat dieksekusi. Kesulitan Bahasa Assembly:
1. Dalam melakukan suatu pekerjaan, baris program relatif lebih panjang dibanding bahasa tingkat tinggi
2. Relatif lebih sulit untuk dipahami terutama jika jumlah baris sudah terlalu banyak.
Dalam program bahasa assembly terdapat 2 jenis yang kita tulis dalam program yaitu:
1. Assembly Directive (yaitu merupakan kode yang menjadi arahan bagi
assembler/compiler untuk menata program).
2. Instruksi (yaitu kode yang harus dieksekusi oleh CPU mikrokontroler). 2.2.3 Pemograman Dasar Assembly Mikrokontroler MCS51
Kode program (perangkat lunak) mikrokontroler disusun dari kumpulan instruksi yang setara dengan kalimat perintah bahasa manusia yang hanya terdiri atas predikat dan objek. Dengan demikian, tahap pertama pembuatan progaram pengendalian mikrokontroler dimulai dengan pengenalan dan pemahaman predikat (kata kerja) dan objek apa saja yang dimiliki mikrokontroler. Objek dalam pemograman mikrokontroler adalah data yang tersimpan didalam memori,
register dan input/output. Sementara itu, „kata kerja‟ yang dikenal pun secara
umum dikelompokan dan beberapa hal khusus. Kombinasi dari „kata kerja‟ dan objek itulah yang membentuk perintah pengatur kerja mikrokontroler.
Instruksi MOV A,P1 merupakan contoh sebuah instruksi dasar yang sangat spesifik. MOV merupakan „kata kerja‟ yang memerintahkan pengopian data – perdikat dalam kalimat perintah ini. Sementara itu, objek adalah data yang dikopikan, dalam hal ini adalah data yang ada di dalam port P1 dikopikan ke Akumulator A.
2.2.3.1Instruksi – instruksi dalam MCS51
Instruksi – instruksi tersebut dikelompokan sebagai berikut: 1. Kelompok Pengopian Data
2. Kelompok Aritmetika 3. Kelompok Logika 4. Kelompok Percabangan.
2.2.3.2Kelompok Pengopian Data
Kode dasar untuk kelompok ini adalah MOV, singkatan dari MOVE yang artinya memindahkan. Meskipun demikian, lebih cepat dikatakan perintah ini mempunyai makna pengopian data.
Tabel 2.1 Contoh Instruksi Pengopian Data
Instruksi Arti
MOV A,R7 Data asal dari register serbaguna R7 di kopikan /
dipindahkan ke dalam Akumulator A. 2.2.3.3Kelompok Aritmetika
Instruksi – instruksi aritmetika digunakan untuk melakukan operasi – operasi aritmetika seperti, penjumlahan, pengurangan dan perkalian.
Tabel 2.2 Contoh dan Fungsi Instruksi Aritmetika
Instruksi Bentuk Instruksi Arti
Penjumlahan Add A,Rn Penjumlahan isi register R0 – R7
dengan isi akumulator, hasil disimpan di akumulator A
Pengurangan Subb A,Rn Pengurangan A oleh R0 – R7. Hasil simpan di akumulator A.
Perkalian Mul AB Perkalian isi register A dan register B.
pembagian Div AB Pembagian register A dengan B. hasil
akan disimpan di A, sedangkan sisa akan disimpan di B
2.2.3.4Kelompok Logika
Instruksi logika adalah instruksi yang akan melakukan operasi – operasi logika, seperti logika AND, OR, dan XOR. Operasi komplemen akumulator. Tabel 2.3 merangkum instruksi – instruksi logika ini.
Tabel 2.3 Contoh dan Fungsi Instruksi Logika
Instruksi Bentuk Instruksi Arti
Logika AND Anl A,#data AND-kan A dengan konstanta. Logika OR Orl C,#data OR-kan C dengan konstanta. Logika XOR Xrl A,Rn XOR-kan A dengan salah satu
register R0 – R7.
komplemen CPL P1.1 Komplemenkan pada port pin P1.1
Clear Crl P1.1 Clear (nol kan) pada port pin
P1.1 Operasi set bit Setb P1.1 Set P1.1
2.2.3.5Kelompok Percabangan
Kelompok percabangan dibagi menjadi 2 yaitu : 1. Instruksi Lompat Tak Bersyarat
2. Instruksi Lompat Bersyarat.
Untuk Instruksi Lompat Tak Bersyarat bisa dilihat pada tabel 2.4
Tabel 2.4 Contoh dan Fungsi Instruksi Lompat Tak Bersyarat
Bentuk Instruksi Arti
Sjmp Scan_keypad Lompat pendek (short jump). Ke subrutin scan_keypad Ajmp Scan_keypad Lompat absolut (absolute jump). Ke subrutin scan_keypad Ljmp Scan_keypad Lompat jauh (long jump). Ke subrutin scan_keypad
Jmp delay_1s Instruksi yang hampir sama dengan Ljmp, lompat ke delay 1 detik.
Untuk Instruksi Lompat Bersyarat bisa dilihat pada tabel 2.5 Contoh dan Fungsi Instruksi Lompat Bersyarat.
Tabel 2.5 Contoh dan Fungsi Instruksi Lompat Bersyarat.
Bentuk Instruksi Arti
Jz rel Program akan lompat ke alamat rel jika akumulator nol,
jika tidak nol, program melanjutkan ke alamat selanjutnya.
Jnz rel Program akan lompat ke alamat rel jika akumulator tidak
nol, jika nol, program melanjutkan ke alamat selanjutnya. Jc rel Program akan lompat ke alamat rel kalau bit carry ( C ) di
set. jika tidak, program melanjutkan ke alamat selanjutnya.
Jb Kolom1, Tombol 2
Program akan lompat ke alamat subrutin Tombol 2 kalau Kolom1 tidak di set bit, jika di set bit, program
melanjutkan ke alamat selanjutnya.
Jbc bit, rel Program akan lompat ke alamat rel kalau bit di set setelah
itu bit akan di nolkan (clear). jika tidak, program
melanjutkan ke alamat selanjutnya.
Cjne A,#data,rel Program akan lompat ke alamat rel jika akumulator tidak
sama dengan konstanta, jika sama, program melanjutkan ke alamat selanjutnya.
Djnz Rn,rel Kurangi satu isi register Rn (n=0,1,2,….,7) jika belum
nol melompat ke alamat rel, jika sudah nol lanjutkan ke alamat selanjutnya.
2.2.3.6Instruksi – instruksi CALL, RET, dan RETI
Dalam alur program bahasa assembler yang terdiri atas subrutin – subrutin program, mikrokontroler akan mengerjakan perintah yang ada dalam subrutin tersebut. CALL adalah instruksi untuk memanggil subrutin dan RET, RETI
adalah kode akhir dalam subrutin. Contoh program: Delay_1detik :
Mov R0, #100 RET
Delay_3detik :
Call Delay_1detik panggil delay 1 detik Call Delay_1detik panggil delay 1 detik Call Delay_1detik panggil delay 1 detik RET
END
Dalam instruksi diatas bisa dilihat bahwa RET merupakan kode simbol akhiran bahwa program adalah subrutin, dan CALL adalah instruksi dimana untuk
memanggil subrutin.
