MPSPE

Mikrokontroller AT 89s51

            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.

fungsi pin

1. Pin 40 (VCC) sebagai sumber tegangan

2. Pin 20 (GND) digunakan sebagai pentanahan.

3. Pin 32 sampai 39 (Port 0) merupakan port masukan dan keluaran biasa, juga

bisa sebagai jalur alamat rendah dan bus data untuk memori eksternal.

4. Pin 1 sampai 8 (Port 1) merupakan port masukan dan keluaran dua arah

berjumlah 8 bit dengan rangkaian pull-up internal dan dapat juga berfungsi

sebagai input dengan memberikan logika 1. Pada port ini terdapat pin MISO,

MOSI dan SCK yang digunakan saat pemrograman dan verifikasi data.

5. Pin 21 sampai 28 (Port 2) merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah

biasa, atau dapat berfungsi sebagai saluran alamat tinggi pada saat mengakses

memori eksternal.

6. Pin 10 sampai 17 (Port 3) merupakan saluran I/O 8 bit dua arah dengan

internal pull-up yang memiliki fungsi pengganti. Bila fungsi pengganti tidak

difungsikan, port ini dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serba guna.

Adapun fungsi pengganti pada port ini diperlihatkan seperti tabel di bawah

ini:

Tabel 2.2 Fungsi pengganti Port 3 AT89S51

Bit Nama Fungsi Alternatif

P 3.0 RXD Serial Input Port

P 3.1 TXD Serial Output Port

P 3.2 INT 0 Eksternal Interupt 0

P 3.3 INT 1 Eksternal Interupt 1

P 3.4 T0 Timer 0 External Input

P 3.5 T1 Timer 1 External Input

P 3.6 WR Eksternal data memori write strobe

P 3.7 RD Eksternal data memori read strobe

7. Pin 9 (Reset) merupakan masukan reset. Sebuah sinyal berlogika tinggi pada

pin ini selama dua siklus mesin saat osilator bekerja akan mereset perangkat

ini.

 8. Pin 19 (XTAL1) masukan untuk penguat membalik osilator dan masukan

bagi rangkaian operasi detak internal.

9. Pin 18 (XTAL 2) keluaran dari penguat membalik osilator.

 10. Pin 31 (EA/VPP ) adalah pin untuk mengaktifkan pengaksesan eksternal.

EA (Eksternal Acces Enable) harus selalu ditanahkan saat mikrokontroler

akan mengeksekusi program dari memori eksternal dengan lokasi 0000h

sampai FFFFh dan EA harus dihubungkan ke Vcc agar mikrokontroler

mengakses program secara internal.

11. Pin 19 (PSEN ) Program Store Enable adalah sinyal baca untuk memori

program eksternal. Pada saat AT89S51 menjalankan program dari memori

program eksternal, PSEN diaktifkan dua kali setiap siklus mesin, kecuali

pada saat dua aktivasi PSEN dilompati selama tiap akses data memori

eksternal

12. Pin 30 (ALE/PROG ) adalah sebuah pulsa keluaran untuk menahan bit

alamat rendah pada saat mengakses memori eksternal. Pin ini juga berfungsi

sebagai sebagai pulsa input pemrograman (PROG) selama proses

pemrograman.

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.

Organisasi Memori
a. Pemisahan Memori Program dan Data
            Semua divais 8051 mempunyai ruang alamat yang terpisah untuk memori program dan memori data, seperti yang ditunjukkan pada gambar1.1. dan gambar 1.2. Pemisahan secara logika dari memori program dan data, mengijinkan memori data untuk diakses dengan pengalamatan 8 bit, yang dengan cepat dapat disimpan dan dimanipulasi dengan CPU 8 bit. Selain itu, pengalamatan memori data 16 bit dapat juga dibangkitkan melalui register DPTR. Memori program ( ROM, EPROM dan FLASH ) hanya dapat dibaca, tidak ditulis. Memori program dapat mencapai sampai 64K byte. Pada 89S51, 4K byte memori program terdapat didalam chip. Untuk membaca memori program eksternal mikrokontroller mengirim sinyal PSEN ( program store enable ) . Memori data ( RAM ) menempati ruang alamat yang terpisah dari memori program. Pada keluarga 8051, 128 byte terendah dari memori data, berada didalam chip. RAM eksternal (maksimal 64K byte). Dalam pengaksesan RAM Eksternal, mikrokontroller mingirimkan sinyal RD ( baca ) dan WR ( tulis ).






Gambar 1.4. Struktur memori mikrokontroler keluarga MCS51




Gambar 1.5. Arsitektur Memori Mikrokontroller 8051

b. Memori Program
            Gambar 1.5. menunjukkan suatu peta bagian bawah dari memori program. Setelah reset CPU mulai melakukan eksekusi dari lokasi 0000H. Sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1.6, setiap interupsi ditempatkan pada suatu lokasi tertentu pada memori program. Interupsi menyebabkan CPU untuk melompat ke lokasi dimana harus dilakukan suatu layanan tertentu. Interupsi Eksternal 0, sebagi contoh, menempatai lokasi 0003H. Jika Interupsi Eksternal 0 akan digunakan, maka layanan rutin harus dimulai pada lokasi 0003H. Jika interupsi ini tidak digunakan, lokasi layanan ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan sebagai Memori Program.




Gambar 1.6. Peta Interupsi mikrokontroller 8051

c. Memori Data
            Pada gambar 1.7. menunjukkan ruang memori data internal dan eksternal pada keluarga 8051. CPU membangkitkan sinyal RD dan WR yang diperlukan selama akses RAM eksternal. Memori data internal terpetakan seperti pada gambar 1.7. Ruang memori dibagi menjadi tiga blok, yang diacukan sebagai 128 byte lower, 128 byte upper dan ruang SFR. Alamat memori data internal selalu mempunyai lebar data satu byte. Pengalamatan langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat memori, dan pengalamatan tak langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat yang berbeda. Demikianlah pada gambar 1.7 menunjukkan 128 byte bagian atas dan ruang SFR menempati blok alamat yang sama, yaitu 80h sampai dengan FFh, yang sebenarnya mereka terpisah secara fisik
            128 byte RAM bagian bawah dikelompokkan lagi menjadi beberapa blok, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8. 32 byte RAM paling bawah, dikelompokkan menjadi 4 bank yang masing-masing terdiri dari 8 register. Instruksi program untuk memanggil register-register ini dinamai sebagai R0 sampai dengan R7. Dua bit pada Program Status Word (PSW) dapat memilih register bank mana yang akan digunakan. Penggunaan register R0 sampai dengan R7 ini akan membuat pemrograman lebih efisien dan singkat, bila dibandingkan pengalamatan secara langsung.





Gambar 1.7. Memori data internal




Gambar 1.8. RAM internal 128 byte paling bawah

            Semua pada lokasi RAM 128 byte paling bawah dapat diakses baik dengan menggunakan pengalamatan langsung dan tak langsung. 128 byte paling atas hanya dapat diakses dengan cara tak langsung, gambar 1.9.



Gambar 1.9. RAM internal 128 byte paling atas

d. Special Function Register
            Sebuah peta memori yang disebut ruang special function register ( SFR ) ditunjukkan pada gambar berikut. Perhatikan bahwa tidak semua alamat-alamat tersebut ditempati, dan alamat-alamat yang tak ditempati tidak diperkenankan untuk diimplementasikan. Akses baca untuk alamat ini akan menghasilkan data random, dan akses tulis akan menghasilkan efek yang tak jelas.
e. Accumulator
            ACC adalah register akumulator. Mnemonik untuk instruksi spesifik akumulator ini secara sederhana dapat disingkat sebagai A.
f. Register
            Register B digunakan pada saat opersi perkalian dan pembagian. Selain untuk keperluan tersebut diatas, register ini dapat digunakan untuk register bebas.
g. Program Status Word.
            Register PSW terdiri dari informasi status dari program .
h. Stack Pointer
            Register Pointer stack mempunyai lebar data 8 bit. Register ini akan bertambah sebelum data disimpan selama eksekusi push dan call. Sementara stack dapat berada disembarang tempat RAM. Pointer stack diawali di alamat 07h setelah reset. Hal ini menyebabkan stack untuk memulai pada lokasi 08h.
i. Data Pointer
            Pointer Data (DPTR) terdiri dari byte atas (DPH) dan byte bawah (DPL). Fungsi ini ditujukan untuk menyimpan data 16 bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16 bit atau dua 8 bit register yang berdiri sendiri.