14014-1-916518136800

Modul 1. Pendahuluan MK : Mikroprosesor

SILABUS MATA KULIAH SISTEM MIKROPROSESOR

Dosen : Ir. Eko Ihsanto M.Eng

Program Studi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Pertemuan

Modul Rincian

1 Sistem biner dan aplikasi mikroprosesor

Representasi biner untuk tulisan, angka dan sinyal 1D, 2DContoh aplikasi dan peran prosesor.

2 Arsitektur Intel 8051 Kaitan antara pin eksternal pada Port, SFR, RAM internal dan ROM internal.

3 Akses Port Studi kasus, ambil data dari DTMF dan menampilkan ke 7-segmen.Modul ini berisi teknik mengakses port untuk mengambil data yang diberikan oleh DTMF

4 Akses Memory Menyalin data dari Port ke RAM internal.Lookup tabel untuk konversi 4-bit biner ke 7-bit segment, mengakses data dari ROM internal.Menampilkan data pada 7-segment

5 Timer Setting Timer/Counter DeviceStudi Kasus, menggerakkan motor stepper.

6 Alur Eksekusi Program Setting Timer/Counter DeviceStudi Kasus, menggerakkan motor stepper melalui line telepon

7 Interrupt Interrupt Vector dan Interrupt Service RoutineStudi kasus, menggerakkan robobug dgn motor servo

8 Integrasi Timer, Counter dan Interrupt

Studi Kasus, Digital Rotary Encoder

9 Aritmetika Biner Penjumlahan, Pengurangan, Perkalian dan Pembagian untuk N-byte data.

10 Komunikasi Serial 8051 Studi kasus, komunikasi dengan PC11 Akses LCD Menampilkan tulisan pada LCD12 Serial BUS Akses data ke RTC dan serial EEPROM13 Mengisi Program ke dalam ROM

internal.Aturan AT89C51 untuk pengisian ROM internalContoh rangkaian IC programmer dengan dan tanpa prosesor master.

14 Sistem minimum 8051 Termasuk Address decoder untuk memory dan I/O eksternal. Studi kasus, Intel 8051, EEPROM 2864, static RAM 6264, 8255 dan RTC.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Eko Ihsanto M.Eng.

MICROPROSESOR 1


Sistem Digital dan Aplikasi Mikoprosesor

Sistem Biner.

Sistem digital atau sistem biner adalah sistem elektronika yang hanya mengenal dua harga

saja, yaitu “1” dan “0”. Sistem biner ini dapat mewakili semua informasi elektronik yang sebelumnya

diwakili oleh besaran analog. Informasi tersebut antara lain berupa sinyal audio/suara, sinyal gambar

diam, sinyal video, angka, tulisan atau besaran-besaran listrik yang ada pada sistem instrumentasi dan

kendali. Gambar 1.1.a. memperlihatkan perbedaan utama antara sinyal analog (kiri) dengan sinyal

digital (kanan). Sinyal analog memiliki harga yang kontinyu, baik terhadap sumbu mendatar (sumbu

waktu) maupun sumbu tegak (sumbu tegangan). Sedangkan sinyal digital hanya memiliki 2 nilai saja

pada sumbu tegaknya, yaitu “1” dan “0” atau HIGH dan LOW. Variasi sinyal digital hanya berkisar

pada 2 harga sumbu tegak beserta variasi durasi waktu atau lebar nilai HIGH atau LOW tersebut.

(a) (b)

Gambar 1.1. (a). Perbandingan sinyal analog dengan sinyal digital. (b) Pemulihan kualitas sinyal

digital.

Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a. Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan kualitasnya, seperti tampak pada

gambar 1.1.b.

b. Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem pengolahan data.

Sedangkan kelemahannya antara lain :

a. Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan pada aplikasi tertentu. Misalnya filter

analog lebih sedikit menggunakan transistor dari pada filter digital. Tetapi kelemahan ini

tertutupi dengan berkembangnya teknologi semikonduktor. Dengan teknologi VLSI atau

ULSI, puluhan juta transistor dapat dikemas dalam wafer yang ukurannya tidak lebih dari 1

cm2.


MICROPROSESOR 2


b. Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat dari respon sistem analog yang setara

dengannya. Tetapi kelemahan inipun dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal

dan paralel processing. Meskipun lambat, tetapi karena ukuran sinyal diperkecil sedemikian

rupa atau prosesnya dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak prosesor),

maka kecepatan proses atau transmisinya dapat menjadi setara atau lebih baik dari sistem

analog yang setara dengannya.

Berikut ini adalah beberapa contoh representasi biner (binary representation) atau hal-hal

yang berkaitan dengan teknik mewakili informasi analog dengan informasi digital.

a. Tulisan.

Setiap huruf atau angka pada tulisan latin dan arab dapat diwakili dengan kode biner tertentu.

Untuk tulisan latin kita mengenal istilah kode ASCII yaitu kode 7-bit bilangan biner untuk

mewakili huruf atau angka tertentu, misalnya huruf a kecil dapat diwakili dengan kode biner 011

1010.

b. Bilangan.

Saat ini terdapat 2 jenis bilangan, yaitu bilangan bulat (integer) dan bilangan riil (floating point).

Bilangan integer dapat diwakili dengan 8-bit unsigned integer, yaitu 8-bit kode biner yang

mewakili bilangan bulat desimal mulai 0 sampai 255. Atau 8-bit signed integer, yaitu 8-bit kode

biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai –127 sampai 127. Misalnya angka 63 dapat

diwakili oleh 8-bit unsigned integer dengan kode 00111001.

Sedangkan bilangan riil biasa diwakili dengan 32-bit kode biner, sebagian bit untuk besaran

(magnitude) dan sebagian lagi untuk pangkat sepuluh (mantissa). Misalnya angka 2,287 dapat

diwakili dengan 24-bit kode biner magnitude dan 8-bit kode biner mantissa, sehingga kode biner

tsb mewakili angka 2287.10-3. Untuk jangkauan yang lebih besar atau resolusi yang lebih teliti,

jumlah bit pada kode binernya dapat ditambah menjadi 64-bit, 128-bit dan seterusnya tergantung

kebutuhan.


MICROPROSESOR 3


c. Sinyal 1 dimensi.

Gambar 1.2. memperlihatkan teknik mengubah sinyal analog 2 dimensi (a) menjadi deretan kode

biner serial (c) atau paralel (d) melalui diskritisasi atau kuantisasi (b).

Diskritisasi membatasi kehalusan sinyal analog pada kisi-kisi dengan ukuran tertentu. Makin

kecil ukuran kisi, makin teliti upaya mewakili sinyal analog, tetapi makin banyak kode biner

yang dibutuhkan untuk mewakilinya.

V (mV) V (mV)

0 1 2 3 4 5 6 7 t(ms) 0 1 2 3 4 5 6 7 t(ms)(a) (b)

1 2 3 4 5 6 7 t(ms)(c)

D2

D1

D0

0 1 2 3 4 5 6 7 t(ms) (d)

Gambar 1.2. Representasi sinyal digital untuk sinyal analog 2 dimensi.

d. Sinyal 2 dimensi.

Gambar 1.3. memperlihatkan sebuah gambar diam yang dipecah menjadi kotak-kotak kecil. Jika

ukuran kotak diperkecil hingga mencapai ukuran 1 titik, kotak kecil tsb disebut pixel atau picture

element, setiap pixel memiliki warna tertentu. Jika gambar yang ingin diwakili hanya berupa

gambar hitam putih, maka setiap pixel cukup diwakili dengan 1-bit data. Makin halus ukuran

pixel dan makin banyak jumlah warna yang harus diwakilinya, maka makin besar pula jumlah bit

yang harus mewakilinya. Sebagai contoh, gambar pada desktop window operating system

biasanya dipecah menjadi 800 x 600 pixel dengan 32-bit atau 232 kemungkinan variasi warna

untuk setiap pixel. Artinya untuk mewakili sebuah gambar pada desktop diperlukan 800 x 600 x

4 byte data digital.


MICROPROSESOR 4


Gambar 1.3. Sebuah gambar diam yang dipecah menjadi 256 kotak.

Definisi Prosesor.

Pada kuliah ini, yang dimaksud mikroprosesor atau prosesor adalah chip atau IC digital yang

digunakan untuk mengolah data. Rincian mengenai struktur dan fungsi komponen internalnya akan di

bahas pada modul yad. Karena prosesor merupakan rangkaian digital, maka data yang diumpan

padanya juga harus dalam bentuk digital. Setelah diolah, data atau informasi hasil olahannya

dikeluarkan dalam bentuk digital juga. Gambar 1.4.a. memperlihatkan skema luar IC AT89C51

disertai label untuk setiap pin.

Untuk memanfaatkan prosesor, dibutuhkan komponen digital lain, yaitu sistem memory dan

sistem Input/Output. Prosesor yang sudah dilengkapi dengan memory, Input/Output dan

interkoneksinya biasa disebut sistem mikroprosesor. Pada sistem mikroprosesor ini, IC prosesor

berperan sebagai pengendali utama. IC ini diprogram dengan instruksi yang dipahaminya. Setiap

prosesor memiliki instruction set khusus, yaitu daftar instruksi yang dapat dieksekusi olehnya.


MICROPROSESOR 5


Gambar 1.4. (a). IC Mikroprosesor AT89C51. (b). Diagram kasar Mikroprosesor.

Gambar 1.4.b. memperlihatkan diagram umum sebuah sistem mikroprosesor yang hanya

dilengkapi dengan memory. Baik data maupun instruksi disimpan pada memory, prosesor mengambil

dan mengeksekusi instruksi satu per satu sesuai urutan letaknya pada memory. Secara umum,

pekerjaan yang dilakukan oleh prosesor adalah transfer dan proses. Prosesor mengambil data dari

komponen digital lain, memprosesnya, kemudian menyerahkan hasil proses ke komponen lain.

Karena data disimpan pada alamat-alamat tertentu, maka operasi transfer data sangat berkaitan erat

dengan operasi alamat. Sedangkan operasi proses berkaitan dengan operasi aritmetika dan logika.

Operasi aritmetika adalah add, substract, multiply dan divide, sedangkan operasi logika adalah shift,

rotate, complement, clear dan set. Kemampuan prosesor untuk mengendalikan sistem mikroprosesor

dan mengolah data sangat ditentukan oleh program yang disiapkan untuknya, program ini disimpan

di dalam memory dan diambil satu per satu secara berurutan oleh prosesor. Meskipun prosesor hanya

memahami bahasa biner, dengan interpretasi data yang tepat, seorang programmer dapat

memerintahkan prosesor untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan rumit.


MICROPROSESOR 6


Aplikasi Sistem Mikroprosesor.

Saat ini, aplikasi sistem mikroprosesor sudah meluas ke hampir seluruh bidang kehidupan

manusia, seperti pendidikan, kesehatan, kependudukan, politik, perang dll. Terdapat beberapa sistem

elektronika yang biasa dipakai dalam peralatan elektronik. Sistem-sistem tersebut antara lain: sistem

analog hardwire¸ sistem digital hardwire dan sistem digital berbasis mikroprosesor. Sistem analog

hardwire adalah sistem yang menggunakan komponen-komponen analog serta pengkawatan yang

rumit antar komponen dasar tersebut. Sementara itu, sistem digital hardwire adalah sistem

kombinasional atau sekuensial tanpa pemrograman, setelah selesai dirancang dan dirakit, fungsi kerja

alat tsb tidak bisa diubah. Kedua sistem tersebut memiliki beberapa kekurangan yang signifikan,

yaitu tidak bisa diprogram ulang, satu alat hanya untuk satu fungsi.

Berbeda dengan sistem analog maupun sistem digital hardwire, sistem digital programmable

atau sistem berbasis mikroprosesor memiliki beberapa keunggulan berikut :

a. Bentuknya kecil dan ringkas; karena dengan sistem ini, banyak komponen yang direduksi

keberadaannya dan digantikan dengan sebuah mikroprosesor saja.

b. Portable; karena bentuknya yang kecil, sehingga secara keseluruhan alat tersebut juga

mempunyai ukuran yang kecil serta mudah dibawa ke mana-mana

c. Konsumsi daya rendah; sejak digunakannya bahan semikonduktor, komponen IC tidak lagi

memerlukan daya yang yang tinggi untuk aktifasi dan tidak lagi membuang panas yang

besar.

d. Biaya rendah; selain karena banyak komponen yang dikurangi, biaya produksi IC (integrated

circuit) terus menurun, sehingga secara keseluruhan harga peralatan yang berbasis

mikroprosesor terus menurun.

e. Programmable; keuntungan utama sistem mikroprosesor adalah kemampuannya yang dapat

diprogram ulang jika diperlukan perubahan tertentu, sehingga tidak banyak yang harus

dilakukan kecuali perubahan isi memory saja.

Secara umum, penggunaan sistem mikroprosesor dapat dibagi menjadi 3 katagori, yaitu :

a. Sistem Komputer.

b. Sistem Komunikasi.

c. Sistem Kendali dan Instrumentasi.

Hampir seluruh komputer yang ada pada hari ini, merupakan komputer digital yang tentu

saja merupakan sistem mikroprosesor. Mulai dari komputer ukuran kecil yaitu PDA, komputer mikro

atau Personal Computer, mini komputer, mainframe, sampai super komputer. Sebelum tahun 1970an,

komputer hanya mampu dibeli oleh perusahaan besar, tetapi hari ini, hampir setiap rumah mampu

membeli komputer PC. Meskipun unjuk kerja dan kapasitasnya meningkat, harga komputer

cenderung turun karena kemajuan teknologi berefek pada penghematan ongkos produksi.


MICROPROSESOR 7


Dengan hardware yang sama, sebuah komputer PC dapat dipakai untuk berbagai aplikasi,

bahkan berbagai sistem operasi. Ada ribuan program aplikasi untuk beragam keperluan dapat running

pada hardware PC dan Sistem Operasi yang sama. Berikut ini adalah contoh aplikasi komputer yang

dapat bekerja pada komputer PC dengan Sistem Operasi Windows :

MSOFFICE, untuk perkerjaan perkantoran seperti mengetik, spreadsheet, presentasi,

database, penjadwalan dll.

MATLAB, untuk berbagai kalkulasi teknik, ekonomi, dll.

AUTOCAD, untuk berbagai operasi gambar, 2 atau 3 dimensi.

PROTEL, EWB, MULTISIM dll untuk keperluan elektronika.

dll.

Selain PC, mini komputer, mainframe dan super komputer telah digunakan untuk urusan-

urusan publik atau skala besar seperti database kependudukan, rumah sakit, perbankan, pernerbangan

komersial, operasi militer dll. Bayangkan, jika sistem pembayaran rekening listrik atau telepon tidak

dilakukan dengan bantuan komputer, mungkin tagihan listrik kita hari ini adalah untuk membayar

pemakaian 6 bulan yang lalu, apalagi kalau sistem administrasinya buruk sekali. Dengan teknologi

database, kita dapat melakukan pembayaran telepon melalui ATM.

Komputer kapasitas besar juga digunakan untuk mengolah gambar seperti komputer untuk

MRI (Magnetic Resonance Imagine), komputer untuk ramalan cuaca, komputer unuk pemetaan,

pertambangan dll. Seluruh komputer yang disebukan tadi menggunakan prosesor sebagai pengendali

utamanya, baik prosesor tunggal maupun multi prosesor.

Pada sistem komunikasi, hampir semua alat penting menggunakan sistem mikroprosesor.

Pada hari ini, sistem komunikasi hampir selalu terkait dengan komputer atau mikroprosesor. Berikut

ini adalah beberapa contohnya.

a. Sentral Telepon PSTN atau saluran analog dengan bandwidth 4 kHz. Saat ini, hampir

semua sistem switching atau penyambungan telepon dilakukan secara digital, random

input sequential ouput atau sebaliknya. Tentu saja semua ini diwujudkan dengan

menyertakan sistem mikroprosesor.

b. Provider Telepon Digital seperti ISDN, DSL dll. Selain untuk switching atau

penyambungan dan queuing atau antrian, sistem mikroprosesor pada provider telepon

digital juga dimanfaatkan untuk banyak hal lain termasuk network management dan

optimasi Quality of Service.

c. Provider Telepon Seluler. Meskipun menggunakan saluran radio frekuensi, hampir semua

telepon seluler mnerapkan komunikasi digital.


MICROPROSESOR 8


d. Handphone. Handphone yang kecil dan murah sekalipun, harus dilengkapi dengan

mikroprosesor, karena untuk membaca keypad, menyimpan phonebook, kalkulator,

mengirim SMS dll memerlukan sistem instrumentasi digital.

e. Komunikasi Satelit. Selain untuk sistem kendali dan instrumentasi satelit, mikroprosesor

juga digunakan untuk switching, muliplexing, queuing, error correction dll.

Penggunaan mikroprosesor pada sistem kendali dan instrumentasi diterapkan di hampir

semua instrumen dan alat kendali, mulai dari instrumen kecil seperti barcode reader, sampai

instrumen besar seperti panel pesawat terbang. Mulai dari alat kedokteran seperti MRI (Magnetic

Resonance Imaging) sampai alat perang seperti stinger missile untuk serangan darat ke udara. Berikut

ini adalah bebrapa contoh penerapan sistem mikroprosesor untuk alat kendali dan instrumentasi.

a. EFI, electronic fuel injection yang diterapkan pada mesin-mesin bakar modern. Alat ini

dipakai untuk mengoptimalkan pemakaian bahan bakar untuk torsi dan kecepatan

maksimum.

b. Instrumen Lift. Prosesor digunakan untuk membaca tekanan tombol dan mengendalikan

gerakan motor listrik, sehingga lift dapat begerak sesuai dengan tekanan tombol dan

cukup nyaman bagi pemakai, tidak berhenti atau bergerak mendadak.

c. Sistem pengatur ketepatan cetak dan potong pada mesin pengganda media kertas seperti

koran dan majalah. Tanpa koreksi dari sistem mikroprosesor, selain hasil yang kurang

rapi, alat pemotong atau pencetak harus sering disetting ulang dan ini sangat tidak

realistis. Kita dapat lihat, pada setiap halaman koran atau majalah ada terdapat mark atau

tanda, baik tanda untuk warna maupun tanda untuk alat potong.

d. Alat pengolah data pada VCD atau DVD player. Karena data disimpan dalam CD dalam

keadaan dikompres, maka untuk mengubahnya menjadi gambar atau suara perlu

dilakukan dekompresi data yang jelas memerlukan algoritma tertentu yang diwujudkan

dengan program. Tentu saja ini memerlukan sistem mikroprosesor.


MICROPROSESOR 9


Contoh Aplikasi Mikroprosesor.

Kuliah ini diarahkan untuk memberikan bekal kemampuan teoritis kepada mahasiswa dalam

memanfaatkan mikroprosesor untuk kendali dan instrumentasi. Berikut ini adalah contoh penggunaan

prosesor MSP430F413 buatan Texas Instrumen untuk mengendalikan alat ukur jarak yang

menggunakan gelombang ultrasonik 40 kHz.

Mikroprosesor pada alat ini berperan sebagai pengendali yang mengaktifkan pengirim sinyal,

mengukur waktu propagasi sinyal dengan menunggu aktifnya penerima sinyal atau menunggu

kedatangan sinyal pantulan, kemudian menghitung jarak antara alat ini dengan benda yang

memantulkan sinyal ultrasonik serta menampilkan hasil perhitungannya dalam bilangan desimal pada

display 7-segment.

Secara umum, alat ini terdiri dari 4 komponen utama, yaitu

Sistem mikroprosesor single chip. Atau Chip tunggal yang mengandung prosesor,

memory dan I/O meskipun dengan kapasitas yang sangat kecil

Rangkaian elektronika penghasil dan penerima gelombang ultrasonik

Display 7-segment

Program dalam bahasa asembli yang terdiri dari beberapa modul, yaitu inisialisasi,

pembaca tombol aktif, pengendali pengirim dan penerima, pengukur durasi

propagasi gelombang, penghitung jarak dan penampil ke 7-segment.


MICROPROSESOR 10


Gambar 1.2. Aplikasi mikroprosesor untuk alat pengukur jarak.


MICROPROSESOR 11

14014-1-916518136800

Documents