APLIKASI MIKROKONTROLER ATMEL ATmega8515 SEBAGAI PEMBANGKIT DAN PENGHITUNG FREKUENSI

I.    PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Perkembangan teknologi elektronika  dewasa
ini  sangatlah  pesat  dipicu  dengan  ditemukannya
transistor menyebabkan terjadinya revolusi teknologi
dibidang  elektronika.  Hal  ini  dibuktikan  dengan
banyaknya  diciptakan  alat  baru  yang  memudahkan
manusia menyelesaikan pekerjaannya, salah satunya
adalah dengan diciptakannya mikrokontroler sebagai
alat      bantu      pengendali      otomatis.      Dengan

mikrokontroler maka penggunaan peralatan yang dulu
hanya bisa dikendalikan secara manual sekarang bisa
dikendalikan  hanya  dengan  menggunakan  IC  yang
berukuran  kecil  ini.  Atmel  merupakan  salah  satu
perusahaan   pembuat   chip   mikrokontroler   yang
terkenal. Salah satu produk mikrokontroler dari atmel
adalah      mikrokontroler      AVR     ATmega8515.

Mikrokontroler AVR ini mulai diperkenalkan Atmel mulai tahun 1996.

Dalam Tugas Akhir ini penulis menggunakan
mikrokontroler  ATmega8515  produk  dari  Atmel
sebagai   pembangkit   dan   penghitung   frekuensi.
Penggunaan mikrokontroler ini dirasa cukup penting
selain karena kemudahan dalam pemrograman yang
diberikan,  juga  memiliki  fitur-fitur  yang  berguna,
salah  satunya  adalah  pewaktu/pencacah.  Dengan
mengenal  dasar  fitur pewaktu/pencacah,  diharapkan
pengembangan dalam pemanfaatan mikrokontroler ini
dapat  optimal.  Penggunaan  mikrokontroler  Atmel
ATmega8515   didukung   oleh   kecepatan   kerja
ATmega8515  sebesar 16  MHz  sehingga  mampu

membangkitkan frekuensi hingga 8 MHz, kemampuan
pencacah 16-bit, serta kemudahan pemrograman pada
mikrokontroler  ini  karena  menggunakan  bahasa  C

¹ Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro
² Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro

sebagai bahasa pemrogramannya.

1.2  Tujuan

Tujuan yang hendak dicapai pada Tugas Akhir ini, yaitu :

1.     Mempelajari   tentang   mikrokontroler   AVR

ATmega8515.

2.     Membuat  perangkat  keras  dan  lunak  untuk

pembangkit      dan      penghitung      frekuensi

menggunakan        mikrokontroler        ATMEL

ATmega8515.

1.3  Pembatasan Masalah

Dalam Tugas Akhir ini, sistem yang akan dibuat dibatasi pada hal-hal sebagai berikut :

1.     Perangkat   keras   yang   digunakan   berbasis

mikrokontroler ATMEL ATmega8515.
2.    Semua    perhitungan    dan    analisa    adalah

didasarkan  pada  keadaan  ideal  dari  nilai-nilai

komponen  dan  perangkat-perangkat  lain  yang

mendukungnya.

3.     Frekuensi keluaran berupa gelombang kotak.

4.     Frekuensi maksimal adalah 100 KHz.

II.   KAJIAN PUSTAKA

2.1  Tinjauan umum perangkat keras
2.1.1 Mikrokontroler ATmega8515^[4]

Mikrokontroler          ATmega8515          adalah

mikrokontroler 8-bit buatan ATMEL dengan 8 KByte System Programable Flash dengan teknologi memori tak  sumirna (nonvolatile),  kepadatan  tinggi,  dan

kompatibel dengan pin out dan set instruksi standar
industri MCS51 INTEL. Arsitektur  yang digunakan
dengan RISC (Reduce Instruction set in singgle chip).

2.1.1.1 Susunan kaki mikrokontroler ATmega8515

Bentuk   kemasan   dan   susunan   kaki-kaki
mikrokontroler   dari   ATmega8515   diperlihatkan
seperti pada Gambar 2.1^[4]. Pada penggunaan sumber
clock eksternal, pin yang digunakan ialah pin T1. Pin
T1 berada pada Port B1, sedangkan untuk pembangkit
digunakan pin OC1A. Pin tersebut pada Port D5.

2.1.1.2 PORT A/B/C/D/E, DDR A/B/C/D/E, dan

PIN A/B/C/D/E

PORTA/B/C/D/E dan DDRA/B/C/D/E

merupakan register-register yang digunakan untuk

mengatur PORTA/B/C/D/E[16], sedangkan PIN

PORTA/B/C/D/E digunakan untuk mengakses pin

pada port A,B,C,D,E secara individu. Hubungan

antara PORT PORTA/B/C/D/E dan DDR

PORTA/B/C/D/E diperlihatkan pada Tabel 2.1.

TABEL 2.1 KOMBINASI BIT DDRN DAN PORTN .

DDRBn/Dn PORTBn/Dn I/O Keterangan

0 0 Input Tri-state (High-Z)

0 1 Input PORTA/B/C/D/En

akan menghasilkan

arus jika eksternal

pull-low

1 0 Output Push-pull zero output

1 1 Output Push-pull one output

2.1.1.3 Pewaktu/pencacah

Pencacah pada ATmega8515 diatur oleh register

TCCR1B (Timer/Counter1 Control Register B).

Register TCCR1B dijelaskan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Register TCCR1B.

Bit yang digunakan untuk penghitung

frekuensi dari sumber eksternal adalah bit 2:0

CS12, CS11, CS10: Clock Select1, Bits 2, 1 dan

0. Kombinasi dari bit-bit ini menentukan sumber

prescale dari Timer/Counter1 sebagaimana

dijelaskan melalui Tabel 2.2.

TABEL 2.2 CLOCK 1 PRESCALE SELECT.

CS12 CS11 CS10 Deskripsi

0 0 0 Stop, Timer/Counter1 dihentikan

0 0 1 CK

0 1 0 CK/8

0 1 1 CK/64

1 0 0 CK/256

1 0 1 CK/1024

1 1 0 Kaki Eksternal T1, tepian jatuh

1 1 1 Kaki Eksternal T1, tepian naik

Register TCNT1 merupakan register yang berisi

data 16-bit hasil perhitungan pencacah. Register ini

memiliki fungsi akses langsung, baik untuk operasi

menulis atau membaca data. Register TCNT1 terbagi

atas 2 register 8-bit, yaitu TCNT1H dan TCNT1L

seperti pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Register TCNT1

2.2 Tinjauan umum perangkat lunak

2.2.1 Bahasa C[1]

Bahasa C merupakan bahasa tingkat menengah,

yang memiliki kemampuan diatas bahasa assembly,

serta memiliki kemudahan seperti bahasa tingkat

tinggi lainnya. Bahasa ini digunakan untuk mengatur

kerja dari Mikrokontroler ATmega8515. Program

compiler C yang digunakan pada Tugas Akhir ini

adalah CodeVisionAVR versi 1.23.7a yang dapat

diperoleh di website www.hpinfotech.ro.

2.2.2 Bahasa Rakit (Assembly)

Bahasa rakit lain yang digunakan adalah bahasa

ASSEMBLER. Program CodeVisionAVR juga

mendukung bahasa rakit untuk menginisialisasikan

port LCD.

III. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN

PERANGKAT LUNAK

3.1 Perancangan perangkat keras

Diagram blok sistem secara keseluruhan pada

perancangan alat ini dapat dilihat pada Gambar 3.1

sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram blok sistem.

3.1.1 Rangkaian sistem minimum mikrokontroler

ATmega8515

Mikrokontroler ini dirancang sebagai suatu

rangkaian single chip (Gambar 3.2), sehingga dalam

perancangannya cukup dibutuhkan rangkaian

pembangkit clock (crystal dan kapasitor) dan power

supply. Mikrokontroler diberi osilator kristal eksternal

sebagai pembangkit frekuensi internal sebesar 16

MHz. Secara umum penggunaan port-port pada

rangkaian ATmega8515 adalah seperti ditunjukkan

pada Tabel 3.1.

Gambar 3.2 Bagan rangkaian sistem

TABEL 3.1 PENGGUNAAN PORT-PORT PADA ATMEGA8515.

Port ATmega8515 Fungsi

Port A PA0-PA2,

PA4 – PA7

Output ke LCD

Port B PB1 Input penghitung frekuensi

Port C PC0 – PC7 Input dari Keypad

Port D PD5 Output pembangkit frekuensi.

ATmega

8515

Keypad

Input penghitung

frekuensi

LCD

Output pembangkit

frekuensi

3.1.2 Keypad

Keypad digunakan untuk memasukkan nilai dari

frekuensi kerja yang diharapkan. Pada keypad ini

digunakan tipe matrik 4 x 4. Skema rangkaian keypad

diperlihatkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Skema rangkaian keypad.

Setiap tombol akan memberikan logika 0 pada

baris dan kolom tertentu sesuai dengan tabel yang

tampak pada Tabel 3.2. Jika logika pada sebuah Pin

berubah menjadi 0, mikrokontroler akan memberikan

sebuah konstanta. Konstanta ini kemudian

dikombinasikan, sehingga diperoleh nilai yang

menunjukkan penekanan tombol tertentu.

TABEL 3.2 DAFTAR ARTI TIAP TOMBOL MATRIK.

Pin PC.4 PC.5 PC.6 PC.7

PC.0 1 2 3 RESET1

PC.1 4 5 6 FAKTOR

TAMBAH

PC.2 7 8 9 PENAMB

AHAN

PC.3 RESET2 0 ENTER PENGUR

ANGAN

3.1.3 Liquid Crystal Display (LCD)

Perangkat ini digunakan unuk menampilkan hasil

perhitungan frekuensi kerja pada generator sinkron,

menampilkan frekuensi batas bawah sebagai referensi,

dan menampilkan keadaan dari sistem secara

keseluruhan. Jenis LCD yang digunakan dalam

perancangan Tugas Akhir ini adalah LCD matrix 2x16

seperti diperlihatkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian LCD M1632.

3.2 Perancangan perangkat lunak

3.2.1 Program utama

Bagian ini merupakan bagian utama dimana

compiler akan melakukan inisialisasi dan

pemanggilan fungsi-fungsi lain. Seperti pada Bahasa

C yang biasa digunakan, fungsi main() merupakan

fungsi istimewa. Hal ini karena fungsi ini merupakan

titik awal dan titik akhir eksekusi program. Diagram

alir (flowchart) program utama ditunjukkan pada

Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Diagram alir program utama.

3.2.2 Fungsi generator

Bagian ini merupakan bagian utama dari menu

frekuensi generator, dimana pada fungsi ini terdapat

inisialisasi dan pemanggilan fungsi-fungsi lain yang

berhubungan dengan kerja dari frekuensi generator.

Diagram alir dari fungsi generator () diberikan pada

Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Diagram alir fungsi generator ().

3.2.3 Fungsi Hz

Fungsi Hz() digunakan untuk mengaktifkan

fasilitas pencacah pada mikrokontroler. Pewaktuan

pada mikrokontroler dilakukan secara eksternal

menggunakan PORT B1 (T1). Port ini berfungsi

sebagai masukan, apabila sumber detak

timer/counter1 diaktifkan secara eksternal. Diagram

alir dari fungsi Hz() seperti pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Diagram alir fungsi Hz().

Pencacah eksternal yang diaktifkan dalam bahasa

C adalah sebagai berikut :

220. TCCR1B=0x07;

221. delay_ms(1000);

222. TCCR1B=0x00;

Pencacah diaktifkan dengan register

TCCR1B=0x07 pada baris ke-220. Bit 0, 1, dan 2

pada TCCR1B merupakan bit untuk mengatur Clock

Select. Dengan masing-masing bernilai 1, maka clock

diaktifkan dari pin T1 pada tepian naik (rising edge).

Mikrokontroler diberikan waktu 1 detik untuk

melakukan pencacahan dengan mengatur

delay_ms(1000) pada baris ke-221. Setelah delay 1

detik, maka proses pencacahan dihentikan dengan

perintah TCCR1B=0x00 pada baris 222. Hasil

perhitungan timer/counter1 terdiri dari 16 bit data,

yang tersimpan pada TCNT1.

3.2.4 Fungsi counter

Bagian ini merupakan bagian utama dari menu

frekuensi counter, dimana pada fungsi ini terdapat

inisialisasi dan pemanggilan fungsi-fungsi lain yang

berhubungan dengan kerja dari frekuensi counter.

Diagram alir dari fungsi counter() seperti pada

Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Diagram alir fungsi counter().

IV. HASIL PENELITIAN

4.1 Pengujian alat dengan frekuensi counter

Pada pengujian sistem dengan frekuensi

counter, dilakukan dengan memberi masukan pada

mikrokontroler ATmega8515 dan keluarannya berupa

frekuensi pada pin 5 PORT D (PD5) dimasukkan pada

frekuensi counter. Skema rangkaian pengujian seperti

pada Gambar 4.1. Hasil pengujian yang lain dari

sistem minimum mikrokontroler ATmega8515

dengan menggunakan frekuensi counter dapat dilihat

pada Tabel 4.1.

Gambar 4.1 Skema rangkaian pengujian alat dengan frek.counter.

TABEL 4.1 HASIL PENGUJIAN DENGAN FREKUENSI COUNTER.

Frek.Input(Hz)

Frek.pada

LCD

Frek. pada

Frek.Counter

500 500 500

600 600 600

700 700 700

800 800 800

900 900 900

1000 1000 1000

2000 2000 2000

3000 3000 3000

4000 4000 3999

5000 5000 4999

Dari data yang didapat dari pengujian sistem

minimum mikrokontroler ATmega8515 dengan

menggunakan frekuensi counter dapat terlihat bahwa

frekuensi yang dihasilkan oleh pembangkit frekuensi

mendekati frekuensi yang ditampilkan oleh frekuensi

counter. Hal tersebut disebabkan sistem ini

menggunakan clock sebesar 16 MHz, sehingga 1

siklusnya mendekati sama dengan 125 ns, karena

faktor 1 siklusnya bisa lebih atau kurang dari atau

sama dengan 125 ns maka frekuensi yang dihasilkan

dan ditampilkan pada LCD terjadi selisih. Bila 1

siklus kurang dari 125 ns diperoleh frekuensi lebih

dari 100 KHz, sebaliknya bila 1 siklus lebih dari 125

ns diperoleh frekuensi kurang dari 100 KHz. Selain

itu perbedaan ini disebabkan karena didalam proses

pengeksekusi program didalam sistem terdapat

berbagai macam instruksi-instruksi sehingga prosesproses

tersebut juga memakan waktu, karena terdapat

looping-looping didalamnya. Gambar 4.2 merupakan

hasil pengujian sistem minimum mikrokontroler

ATmega8515 dengan menggunakan frekuensi counter

pada audio generator.

Gambar 4.2 Pengujian alat dengan frek.counter pada audio

generator.

Pada pengujian ini hasil gelombang

keluarannya dapat dilihat dengan menggunakan

osciloscope. Dengan mengetahui V/div dan T/div dari

osciloscope, maka kita dapat mengetahui nilai

frekuensi yang dihasilkan. Gambar 4.3 merupakan

hasil pengujian alat dengan menggunakan

osciloscope.

Gambar 4.3 Hasil pengujian alat dengan menggunakan

osciloscope

Dari hasil pengamatan di atas terlihat bahwa

terdapat perbedaan antara frekuensi masukan, yaitu

frekuensi yang dimasukkan pada sistem minimum

mikrokontroler ATmega8515 dengan menggunakan

keypad, dengan frekuensi keluaran, yaitu frekuensi

yang terlihat pada layar osciloscope. Perbedaan ini

disebabkan karena didalam proses pengeksekusi

program didalam sistem mikrokontroler ATmega8515

terdapat berbagai macam instruksi-instruksi sehingga

menyebabkan proses frekuensi yang dihasilkan sedikit

berbeda dari frekuensi yang dimasukkan. Prosesproses

tersebut juga memakan waktu, karena terdapat

looping-looping didalamnya. Perbedaan tersebut dapat

juga disebabkan karena adanya faktor toleransi dari

masing-masing komponen sehingga menyebabkan

adanya sedikit penyimpangan dari kondisi idealnya.

4.2 Pengujian alat dengan frekuensi generator

digital

Pada pengujian mikrokontroler ATmega8515

dengan frekuensi generator, dilakukan dengan

memberi masukan frekuensi tertentu pada pin 1 PORT

B (T1). Skema rangkaian pengujian seperti pada

Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Skema rangkaian pengujian alat dengan

frek.generator.

Hasil pengujian frekuensi mikrokontroler

ATmega8515 dengan menggunakan frekuensi

generator digital seperti pada Tabel 4.2.

TABEL 4.2 HASIL PENGUJIAN DENGAN MENGGUNAKAN FREKUENSI

GENERATOR DIGITAL..

Frekuensi Generator

Digital (Hz)

Frekuensi pada LCD

Mikrokontroler

ATmega8515 (Hz)

0 0

10 10

20 20

30 30

40 40

44 44

45 45

46 46

50 50

60 60

100 100

500 500

900 900

1000 1000

2000 2000

Data yang didapat dari pengujian pada

frekuensi generator menunjukkan bahwa frekuensi

yang dihitung oleh penghitung frekuensi mendekati

nilai frekuensi yang dihasilkan oleh frekuensi

generator. Hal tersebut disebabkan karena terjadi

beda waktu pada saat pencuplikan terhadap frekuensi

yang ada. Perbedaan ini juga disebabkan karena

didalam proses pengeksekusi program didalam sistem

mikrokontroler ATmega8515 terdapat berbagai

macam instruksi-instruksi sehingga menyebabkan

proses frekuensi yang dihasilkan sedikit berbeda dari

frekuensi yang dimasukkan.

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Kemampuan mikrokontroler ATmega8515 untuk

16-bit Timer/Counter dapat difungsikan sebagai

penghitung frekuensi dengan mengaktifkan

masukan pewaktu eksternal (External clock

source) pada T1 / Port B pin 1.

2. Kemampuan mikrokontroler ATmega8515 untuk

16-bit Timer/Counter dapat difungsikan sebagai

pembangkit frekuensi dengan mengaktifkan

pembanding (compare) pada Port D pin 5.

3. Pada pengujian pembangkit maupun penghitung

frekuensi diperoleh frekuensi yang mendekati

frekuensi masukan.

4. Dengan menggunakan mikrokontroler

ATmega8515, frekuensi dari pembangkit

frekuensi dapat diubah sesuai dengan keadaan

yang diinginkan.

5.2 Saran

Dari hasil perancangan dan pembuatan alat

penghitung frekuensi menggunakan mikrokontroler

ATmega8515 yang diaplikasikan pada generator

sinkron serta pengujian yang telah dilakukan dapat

diberikan saran-saran sebagai berikut :

1. Mikroprosesor ATmega8515 dapat digunakan

sebagai penghitung frekuensi yang mampu

menghitung frekuensi hingga setengah dari nilai

clock pada kristal yang digunakan, serta dapat

dikembangkan dengan menggunakan metode

algoritma yang berbeda.

2. Pembangkit dan penghitung frekuensi

merupakan salah satu fitur dasar dari

mikrokontroler Atmega8515 yang dapat

dikembangkan ke dalam berbagai aplikasi yang

lain misalnya : sistem pengaman pada generator

sinkron.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kadir, Abdul, Pemrograman Dasar Turbo C untuk

IBM PC, ANDI Offset, Yogyakarta, 1997.

[2] Khadiq, Achmad, Aplikasi Mikrokontroler ATMEL

AT90S8515 Sebagai Pengatur pada Mesin Tetas,

Tugas Akhir, Teknik Elektro Undip, 2005.

[3] Mahadmadi, Fajar, Embedded C Pada Mikrokontroler

AVR AT90S8515, Tugas Akhir, Teknik Elektro

Undip, 2003.

[4] ---, 8-bit AVR Microcontroller instruction set ,

http://www.atmel.com, 2005.

[5] ---, 8-bit Microcontroller with 8 K Bytes Flash,

ATmega8515 datasheet, http://www.atmel.com,

2005.

[6] ---, CodeVisionAVR User Manual, Version 1.0.1.7, HP

InfoTech, 2001.

[7] ---, Instruction Set, http://www.atmel.com.

Link Blog Lainnya............

khatirudinmaarif.blogspot.com

http://vengeance16.blogspot.com/

http://ilmucomputer2512.blogspot.com

http://hendraadiprasetyo.blogspot.com/

mreferensi.blogspot.com

cci-amikom.forumid.net

subur-ade.blogspot.com

erfanya.blogspot.com

adittyawardanii.blogspot.com

performance-arch.blogspot.com

dimasbobby.blogspot.com

ffikri863.blogspot.com

ilhamprimaadi.wordpress.com

erickmoestika.blogspot.com

gakbakalmati.blogspot.com

qiebae.blogspot.com

yudadayu.blogspot.com

elizwar.blogspot.com