Mikrokontroller AT89S51

Mikrokontroller adalah rangkaian elektronik atau chip yang sangat terintegrasi untuk membuat sebuah alat kontrol.  Biasanya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), sebagian bentuk ROM (Read Only Memory), I/O (Input/Output) port, dan timers. Mikrokontroler digunakan untuk tugas yang sangat spesifik.  Sehingga jumlah komponen dapat dan ongkosproduksi dapat dikurangi.

Mikrokontroller AT89S51 merupakan mikrokomputer CMOS 8 bit dengan 4Kbyte Flash “Programable and Erasable Read Only Memory” (PEROM) berteknologi memori non-volatile (isi memori tidak akan hilang saat tegangan catu daya dimatikan). Memori ini biasa digunakan untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar MCS-51 sehingga memungkinkan mikrokontroller ini untuk bekerja dalam mode single chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan memori luar untuk menyimpan kode sumber sebagai perintah menjalankan mikrokontroller. Konfigurasi pin-pin mikrokontroller AT89S51 diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Konfigurasi Mikrokontroler AT89S51

Sumber: alldatasheet.com

Penjelasan masing-masing pin pada gambar diatas adalah sebagai berikut :

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 2.1 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

1. Pin 9 (Reset) merupakan masukan reset. Sebuah sinyal berlogika tinggi pada pin ini selama dua siklus mesin saat osilator bekerja akan mereset perangkat ini.
2. Pin 19 (XTAL1) masukan untuk penguat membalik osilator dan masukan bagi rangkaian operasi detak internal.
3. Pin 18 (XTAL 2) keluaran dari penguat membalik osilator.
4. Pin 31 ( /VPP EA ) 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.
5. 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
6. 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. Sedangkan diagram blok mokrokontroller AT89S51 diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.2 : Diagram Blok Mikrokontroler AT89S51

Sumber: alldatasheet.com

2.1.1    Memori Program

Semua mikrokontroler Atmel memiliki ruang alamat (address space) memori program dan memori data yang terpisah. Pemisahan ruang alamat ini memudahkan memori data untuk diakses oleh alamat 8 bit, sehingga lebih cepat disimpan dan dimanipulasi oleh CPU 8 bit. Struktur memori program mikrokontroler AT89S51 ditunjukan pada Gambar 2.3. Setelah reset, CPU segera melaksanakan program mulai dari lokasi 0000h. Dengan demikian, awal dari program pengendali MCS 51 harus ditempatkan di memori nomor 0000h.

\

Gambar 2.3 Struktur Memori Program AT89S51

Sumber: Endra Hermawan, 2010

2.1.2    Memori Data

Gambar 2.4 menunjukkan struktur ruang-ruang memori data internal dan eksternal untuk AT89S51. Memori data eksternal dapat ditentukan sampai sebesar 64 Kbyte. Seperti terlihat dalam struktur memori data internal gambar 2.4 memori data dibagi menjadi dua bagian, memori nomor 00h sampai 7Fh merupakan memori seperti RAM selayaknya meskipun beberapa bagian mempunyai kegunaan khusus, sedangkan memori nomor 80h sampai FFh digunakan sangat khusus yang dinamakan sebagai Special Function Register.

Gambar 2.4 Peta Memori Data AT89S51

Sumber: Endra Hermawan, 2010

Peta memori data internalnya ditunjukkan pada Gambar 2.5 32 byte bawah yaitu alamat 00h sampai 1Fh selain sebagai memori-data biasa dapat pula digunakan sebagai register serba guna (General Purpose Register). Memori sebanyak 32 byte ini dikelompokkan menjadi 4 bank dan 8 register (R0 sampai R7). Dua bit pada PSW (Program Status Word) digunakan untuk memilih kelompok register mana yang digunakan. Arsitektur ini mengijinkan penggunaan ruang kode secara lebih efisien, karena instruksi-instruksi register lebih pendek daripada insutruksi-instruksi yang menggunakan pengalamatan langsung.16 Byte berikutnya, di atas bank-bank register, membentuk suatu blok ruang memori yang bisa teralamati per-bit (bit addressable). Alamat-alamat bit ini adalah 00h sampai 7Fh. Namun memori data pada lokasi ini tetap dapat digunakan sebagai memori data biasa. Sedangkan memori nomor 30h sampai 7Fh yaitu sebanyak 80 byte merupakan memori data biasa (general purpose RAM), dapat digunaan untuk menyimpan data maupun digunakan sebagai Stack.

Gambar 2.5 Peta Memori Data Internal AT89S51

Sumber: Endra Hermawan, 2010

2.1.3    SFR (Special Function Register)

SFR atau register fungsi khusus merupakan suatu daerah RAM dalam IC keluarga MCS51 yang digunakan untuk mengatur perilaku MCS51 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 layaknya memori-data. SFR dalam RAM internal menempati lokasi alamat 80h sampai 7Fh. Masing-masing register pada SFR ditunjukkan dalam tabel, yang meliputi simbol, nama dan alamatnya.

Tabel.2.2 Special Funtion Register

Simbol	Nama	Alamat
Acc	Akumulator	E0h
B	B register	F0h
PSW	Program Status Word	D0h
SP	Stack Pointer	81h
DPTR (DPH) (DPL)	Data Pointer 16 Bit DPL Byte rendah DPH Byte tinggi	82h 83h
P0	Port 0	80h
P1	Port 1	90h
P2	Port 2	A0h
P3	Port 3	B0h
IP	Interupt Priority Control	B8h
IE	Interupt Enable Control	A8h
TMOD	Timer/Counter Mode Control	89h
TCON	Timer/Counter Control	88h
TH0	Timer/Counter 0 High byte	8Ch
TL0	Timer/Counter 0 Low byte	8Ah
TH1	Timer/Counter 1 High byte	8Dh
TL1	Timer/Counter 1 Low byte	8Bh
SCON	Serial Control	98h
SBUF	Serial Data Buffer	99h
PCON	Power Control	87h

2.1.4    Sistem Interupsi

Apabila CPU pada mikrokontroler AT89S51 sedang melaksanakan suatu program, maka pelaksanaan program dapat dihentikan sementara dengan meminta interupsi. Apabila CPU mendapat permintaan interupsi, program counter akan diisi alamat dari vektor interupsi. CPU kemudian melaksanakan rutin pelayanan interupsi mulai dari alamat tersebut. Bila rutin pelayanan interupsi selesai dilaksanakan, CPU AT89S51 kembali ke pelaksanaan program utama yang ditinggalkan. Instruksi RETI (return from interupt routine) harus digunakan untuk kembali dari layanan rutin interupsi. Instruksi ini digunakan agar saluran interupsi kembali dapat dipakai.

Mikrokontoler AT89S51 menyediakan 5 sumber interupsi yaitu: interupsi eksternal (External interupt) yang berasal dari pin INT0 dan INT1, interupsi timer (Timer Interupt) yang berasal dari timer 0 maupun timer 1, dan yang terakhir adalah interupsi port seri (Serial Port Interupt) yang berasal dari bagian penerima dan pengirim port seri. Alamat awal layanan rutin interupsi dari setiap sumber interupsi diperlihatkan pada Tabel.

Tabel 2.3 Alamat Layanan Rutin Interupsi

Interupsi	Alamat	Prioritas Interupsi
INT 0	03h	1
Interupsi Timer 0	0Bh	2
INT 1	13h	3
Interupsi Timer 1	1Bh	4
Interupsi Port Serial	23h	5

Ada dua register yang mengontrol interupsi, yaitu IE (Interupt Enable) dan IP (Interupt Priority). Register IE berfungsi untuk mengaktifkan atau menonaktifkan sumber interupsi, sedangkan register IP digunakan untuk menentukan prioritas suatu sumber interupsi terhadap sumber interupsi lainnya, yaitu apabila ada dua atau lebih interupsi secara bersamaan. Jika register IP tidak didefinisikan, maka prioritas interupsi menggunakan urutan prioritas seperti dicantumkan pada Tabel 2.3

2.1.5    Timer/ Counter

Pada mikrokonteroler AT89S51 terdapat dua timer/counter 16 Bit yang dapat diatur melalui perangkat lunak, yaitu timer/counter 0 dan timer/counter 1. Apabila timer/counter diaktifkan pada frekuensi kerja mikrokontroler 12 MHz, timer/counter akan melakukan perhitungan waktu sekali setiap 1 µs secara independen, tidak tergantung pada pelaksanaan suatu instruksi.

Apabila periode waktu tertentu telah dilampaui, timer/counter segera menginterupsi mikrokontroler untuk memberitahukan bahwa perhitungan periode waktu telah selesai dilaksanakan. Timer/counter AT89S51 dapat dipilih beroperasi dalam 4 mode operasi yaitu sebagai timer/counter 13 bit, timer counter 16 bit, timer/counter 8 bit dengan isi ulang (auto reload), dan gabungan timer/counter 16 bit dan 8 bit. Register timer mode (TMOD) dan register timer control (TCON) merupakan register pembantu untuk mengatur kerja timer 0 dan timer 1. Register TMOD digunakan sebagai pengontrol pemilih mode operasi timer/counter sedangkan register TCON digunakan sebagai pengontrol kerja timer/counter.