IC Mikrokontroler AT89S51

Belajar Mikrokontroler

    Mikrokontroler adalah suatu  terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer. Mikrokontroler digunakan untuk memprogram piranti otomatis bahkan “Robot”, Mikrokontroler merupakan komponen vital (bahan baku utama pembuatan robot). Tanpa Mikrokontroler, Robot hanyalah sebuah kaleng rongsok yang tidak berguna dan tidak dapat diperintah.

      Mikrokontroler berbentuk semacam IC (Chip) kecil. Mikrokontroler berisi CPU, RAM, ROM, I/O Ports, Timers, Serial Port yang terintegrasi dalam satu chip. Mikrokontroler adalah semikonduktor dengan kandungan transistor lebih banyak namun dengan ukuran yang kecil dan dapat diproduksi secara massal (diproduksi dalam jumlah banyak).

       Tidak seperti Microprosesor yang dapat menangani berbagai macam program aplikasi, mikrokontroler hanya dapat digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja artinya hanya satu macam program saja yang dapat disimpan. Rata-rata mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara langsung dan mudah, dan proses interupt yang cepat dan efisien. Dengan kata lain mikrokontroler adalah " Solusi satu Chip" yang secara drastis mengurangi jumlah komponen dan biaya disain (harga relatif rendah).

Mikrokontroler Tipe AT89s51

      Mikrokontroler tipe AT89S51 merupakan mikrokontroler keluarga MCS-51 dengan konfigurasi yang sama persis dengan AT89C51 yang cukup terkenal, hanya saja AT89S51 mempunyai fitur ISP (In-System Programmable Flash Memory). Fitur ini memungkinkan mikrokontroler dapat diprogram langsung dalam suatu sistem elektronik tanpa melalui Programmer Board atau Downloader Board. Mikrokontroler dapat diprogram langsung melalui kabel ISP yang dihubungkan dengan paralel port pada suatu Personal Computer.
Adapun fitur yang dimiliki Mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut :

1. Sebuah CPU (Central Processing Unit) 8 bit yang termasuk keluarga MCS51.
2. Osilator internal dan rangkaian pewaktu, RAM internal 128 byte (on chip).
3. Empat buah Programmable port I/O,masing-masing terdiri atas 8 jalur I/O
4. Dua buah Timer Counter 16 bit.
5. Lima buah jalur interupsi (2 interupsi external dan 3 interupsi internal )
6. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART.
7. Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian dan operasi Boolean (bit)
8. Kecepatan pelaksanaan instruksi per siklus 1 microdetik pada frekuensi clock 12 MHz
9. 4 Kbytes Flash ROM yang dapat diisi dan dihapus sampai 1000 kali
10. In-System Programmable Flash Memory

Dengan keistimewaan diatas, pembuatan alat menggunakan AT89S51 menjadi lebih sederhana dan tidak memerlukan IC pendukung yang banyak. Sehingga mikrokontroler AT89S51 ini mempunyai keistimewaan dari segi perangkat keras. Adapun blok diagram dari mikrokontroler 89S51 diperlihatkan pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1. Blok diagram dari mikrokontroler 89S51

Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51
Susunan pin mikrokontroler AT89S51 diperlihatkan pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2. Konfigurasi Pin AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 memiliki pin berjumlah 40 dan umumnya dikemas dalam DIP (Dual Inline Package). Masing-masing pin pada mikrokontroler AT89S51 mempunyai kegunaan sebagai berikut:
Port 0
Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin 32-39 dari AT89S51. Dalam rancangan sistem sederhana port ini sebagai port I/O serbaguna. Untuk rancangan yang lebih komplek dengan melibatkan memori eksternal jalur ini dimultiplek untuk bus data dan bus alamat.
Port 1
Port 1 disediakan sebagai port I/O dan berada pada pin 1-8. Beberapa pin pada port ini memiliki fungsi khusus yaitu P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO), P1.7 (SCK) yang digunakan untuk jalur download program.
Port 2
Port 2 ( pin 21-28 ) merupakan port dua fungsi yaitu sebagai I/O serbaguna, atau sebagai bus alamat byte tinggi untuk rancangan yang melibatkan memori eksternal.
Port 3
Port 3 adalah port dua fungsi yang berada pada pin 10-17, port ini memiliki multi fungsi, seperti yang terdapat pada tabel 1.1 berikut ini :

BIT NAME BIT ADDRESS ALTERNATE FUNCTION
P3.0  RXD B0h Receive data for serial port
P3.1  TXD B1h Transmit data for serial port
P3.2  INT0 B2h External interrupt 0
P3.3  INT1 B3h External interrupt 1
P3.4  T0 B4h Timer/counter 0 external input
P3.5  T1 B5h Timer/counter 1 external input
P3.6  WR B6h External data memory write strobe
P3.7 RD B7h External data memory read strobe

PSEN  (Program Store Enable)

adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat pada pin 29. Fungsinya adalah sebagai sinyal kontrol untuk memungkinkan mikrokontroler membaca program (code) dari memori eksternal. Biasanya pin ini dihubungkan ke pin EPROM. Jika eksekusi program dari ROM internal atau dari flash memori (ATMEL AT89SXX), maka berada pada kondisi tidak aktif (high).

ALE (Address Latch Enable)
Sinyal output ALE yang berada pada pin 30 fungsinya sama dengan ALE pada microprocessor INTEL 8085, 8088 atau 8086. Sinyal ALE dipergunakan untuk demultiplek bus alamat dan bus data. Sinyal ALE membangkitkan pulsa sebesar 1/6 frekuensi oscillator dan dapat dipakai sebagai clock yang dapat dipergunakan secara umum.

EA(External Access)
Masukan sinyal terdapat pada pin 31 yang dapat diberikan logika rendah (ground) atau logika tinggi (+5V). Jika diberikan logika tinggi maka mikrokontroler akan mengakses program dari ROM internal (EPROM/flash memori). Jika diberi logika rendah maka mikrokontroler akan mengakses program dari memori eksternal.

RST (Reset)
Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk AT89S51. Pulsa transisi dari tinggi selama 2 siklus ke rendah akan mereset mikrokontroler.

Oscillator
Oscillator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan XTAL yang dihubungkan pada pin 18 dan pin 19. Diperlukan kapasitor penstabil sebesar 30 pF. Besar nilai XTAL sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1 adalah input ke pembalikan penguat osilator (inverting oscillator amplifier) dan input ke clock internal pengoperasian rangkaian. Sedangkan XTAL2 adalah output dari pembalikan penguat osilator.

Gambar 1.3. Konfigurasi Xtal Osilator

Power
AT89S51 dioperasikan pada tegangan supply +5v, pin Vcc berada pada nomor 40 dan Vss (ground) pada pin 20.

Rangkaian Sistem Minimum AT89S91

      Agar mikrokontroler dapat bekerja maka diperlukan komponen tambahan berupa rangkaian reset dan clock.

Mengapa perlu reset ?
      Saat power dinyalakan, instruksi yang pertamakali dieksekusi oleh mikrokontroler adalah instruksi yang tersimpan pada address 0000h. Agar Program Counter (PC) dapat menunjuk address 0000h pada saat awal maka mikrokontroler perlu di-reset. Caranya adalah dengan memberikan pulsa high pada pin Reset selama minimal 2 machine cycle ( jika f crystal = 12 MHz maka 2MC = 2uS). Setelah itu baru diberikan pulsa low. Kondisi ini dapat dipenuhi dengan memasang rangkaian RC yang akan mensuplai tegangan Vcc ke pin 9 selama kapasitor mengisi muatan / charging. Konstanta waktu pengisian dapat dihitung dengan mengalikan nilai R dan C. Pada rangkaian dibawah adalah : T=R.C = (8K2).(10uF) = 82mS. Setelah kapasitor terisi, maka pin 9 akan low.

Tombol push button dipasang agar pada saat running
Mikrokontroler dapat juga di-reset.
Pin EA / External Access harus dihubungkan ke +5V
agar mikrokontroler dapat mengambil byte instruksi
dari ROM internal mikrokontroler.