Mikrokontroler

Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikro komputer merupakan teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil. Tidak seperti sistem komputer yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi, mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja (hanya satu program saja yang bisa disimpan). Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM
-nya besar, dengan kata lain program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar, dengan kata lain program kontrol disimpan dalam ROM (Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler bersangkutan.

AT89S51 adalah mikrokontroler keluaran Atmel dengan 4K byte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory), AT89S51 merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory. Isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori tersebut biasa digunakan untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar MCS-51 code, sehingga memungkinkan mikrokontroler untuk bekerja dalam mode single chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan eksternal memory (memori luar) untuk menyimpan source code tersebut.

Arsitektur Mikrokontroler AT89S51

Produksi mikrokontroler MCS51 Atmel dibagi dua macam, yang berkaki 40 setara dengan 8051 yang asli, perbedaannya mikrokontroler Atmel berisikan Flash PEROM dengan kapasitas berlainan. AT89S51 mempunyai Flash PEROM dengan kapasitas 2 KiloByte, AT89S52 4 Kilo Byte, AT89S53 12 Kilo Byte, AT89S55 20 KiloByte dan AT89S8252 berisikan 8 KiloByte Flash PEROM dan 2 KiloByte EEPROM. MCS51 yang berkaki 20 adalah MCS51 yang disederhanakan, penyederhanaan  dilakukan dengan cara mengurangi jalur untuk input / output paralel, kemampuan yang lain sama sekali tidak mengalami pengurangan. Penyederhanaan ini dimaksudkan untuk membentuk mikrokontroler yang bentuk fisiknya sekecil mungkin tapi mempunyai kemampuan sama. Atmel memproduksi 3 buah mikrokontroler berukuran kecil, masing-masing adalah AT89S1051 dengan kapasitas Flash PEROM 1 Kilo Byte, AT89S2051 2 Kilo Byte dan AT89S4051 4 KiloByte. Ketiga mikrokontroler tersebut secara umum disebut sebagai AT89Sx051

Mikrokontroler mempunyai  keunikan antara lain di dalamnya terdapat CPU Central Processing Unit(CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM) dan beberapa saluran I/O yang dapat diprogram, timer dan counter, dan komunikasi serial. Mikrokontroler keluarga MCS-51 terdiri dari 8051, 8031, 8751H, 80C51, 80C31, 8052, dan 8032. MCS-51 ini mempunyai karakteristik secara umum :

1. CPU dengan 8 bit (jalur data)
2. On-Chip rangkaian osilator dan  clock
3. 32 jalur I/O
4. 64 K alamat untuk eksternal data memory.
5. 64 K alamat untuk eksternal progRAM memory
6. Dua buah timer/counter 16 bit (tiga buah pada 8032/8052)
7. Lima jenis struktur interupsi (enam buah pada 8032/8052)
8. Full duplex serial port
9. Boolean processor
10. Control register: TCON, TMOD, SCON, PCON, IP dan IE

Gambar di atas merupakan bentuk IC AT89S51 yang mempunyai 40 pin. Nama port berada di dalam kurung merupakan fungsi alternatifnya. Perlu dicatat bahwa banyak pin yang digunakan mempunyai fungsi  lebih dari satu.  Untuk menggunakan salah satu fungsi pin tersebut, harus dibuat instruksi pada program. Sebagai contoh port 3 bit 0 (ditulis P3.0) digunakan sebagai pin general-purposes I/O, atau sebagai input (RxD) ke SBUF untuk  penerima data serial. Perancang sistem mikrokontroler sudah menentukan  yang mana saja dari pin-pin tersebut yang berfungsi ganda. Pin-pin akan bekerja sesuai dengan rancangan hardware dan software.

Organisasi Memori AT89S51

AT89S51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM internal dan Flash PEROM-nya. RAM internal dialamati oleh RAM Address Register (Register Alamat RAM) sedangkan Flash PEROM yang menyimpan perintah-perintah MCS51 dialamati oleh program Address Register (Register Alamat  Program). Dengan adanya struktur memori yang terpisah tersebut, walaupun RAM internal dan Flash PEROM mempunyai alamat awal yang sama, yaitu alamat 00H, namun secara fisiknya kedua memori tersebut tidak saling berhubungan. Susunan struktur memori AT89S51 terdidri atas RAM internal, Special Function Register (SFR) dan Flash PEROM.

Internal Random Access Memory (RAM)

AT89S51 dengan 40 pin mempunyai 128 byte Internal RAM yang disusun menjadi daerah yang berbeda :

1. 32 alamat dari alamat 00h sampai 1Fh yang terdiri dari 32 register dan terbagi menjadi 4 kelompok yang terdiri dari 8 register). Setiap register dapat dipanggil dengan menggunakan namanya atau  alamat RAM-nya. Bit RS0 dan RS1 pada  PSW menandakan register dari kelompok yang sedang digunakan ketika program dijalankan, sedangkan kelompok register yang tidak digunakan dapat dipakai sebagai  general-purpose RAM.
2. Daerah yang dapat diberikan alamat bit, menempati 16 byte RAM dengan alamat byte 20h sampai 2Fh, menyediakan total 128 bit alamat.

Daerah general-purpose RAM terletak di atas daerah bit dari 30h sampai 7Fh yang dialamati dengan byte. Memori tersebut sebesar 128 byte yang biasanya digunakan untuk menyimpan variable atau data yang bersifat sementara. RAM Internal terdiri atas delapan Register Bank mulai dari R0 sampai R7, Bit Addressable RAM yang dapat diakses secara pengalamatan bit (bit addressable) sehingga dengan sebuah instruksi saja setiap bit dalam area tersebut dapat di-set, clear, operasi AND dan OR dan yang ketiga adalah RAM keperluan umum yang dapat dialamati secara langsung maupun tidak langsung dan dimulai dari alamat 30H sampai 7FH.