Mikrokontroler dan Mikroprosesor: Kuis 2 : Sistem Minimum Mikroprosesor

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

5. Video

Rangkaian Sistem Minimum untuk Aplikasi LED dan Switch

1. Tujuan [back]

-Mengetahui bentuk rangkaian sistem minimum untuk aplikasi led dan switch
-Memahami prinsip rangkaian sistem minimum untuk aplikasi led dan switch

2. Alat dan Bahan [back]

Alat:

Sumber DC

Bahan:

IC 74LS138
IC 8284
IC 8086
IC 74LS373
IC 74LS245
IC 74LS139
IC 27128
IC 6116
IC 8255A
Resistor
LED
Switch
Dioda
Kapasitor
Crystal

3. Dasar Teori [back]
Komponen yang dibutuhkan:

IC 74LS138

IC 74138 adalah sebuah aplikasi demultiplexer. Demultiplexer adalah perangkat elektronik yang berfungsi untuk memilih salah satu data dari banyak data menggunakan suatu data input. Demultiplexer sering disebut sebagai perangkat dengan sedikit input dan banyak output ic ini cocok untuk pengguna mikrokontroler yang membutuhkan output.

Demultiplexer 74LS138 berfungsi untuk memilih salah satu dari 8 jalur dengan memberikan data BCD 3 bit pada jalur masukan A0 – A2. Demultiplexer 74LS138 memiliki 8 jalur keluaran Q0 – Q7, 3 jalur masukan A0 – A2 dan 3 jalur kontrol expansi E1 – E3.

Tabel Karakteristik Demultiplexer IC 74LS138

IC 8284

Berfungsi untuk memberikan clock yang stabil ke prosesor. Dalam kasus sistem multiprosesor, ini memfasilitasi sinkronisasi beberapa sinyal clock. Menyediakan pengaturan ulang ke prosesor bersama dengan sinyal clock.

Seperti yang dapat kita lihat bahwa 8284 terdiri dari 3 bagian, bagian reset, bagian jam dan bagian siap.

OSC, CLOCK dan PCLK adalah tiga keluaran yang dihasilkan oleh bagian jam. Osilator kristal yang ada di bagian ini menghasilkan sinyal gelombang persegi sebagai outputnya ketika kristal dipasang di antara dua inputnya X1 dan X2.

Frekuensi sinyal gelombang persegi yang dihasilkan sama dengan frekuensi kristal.

Selanjutnya, sinyal gelombang persegi diumpankan ke gerbang AND dan gerbang NOT (buffer terbalik) secara bersamaan. Buffer terbalik ini memberikan sinyal OSC.

F / C 'adalah pin pemilihan frekuensi / kristal yang digunakan untuk memilih masukan dari osilator.

Ketika inputnya tinggi maka frekuensi operasi ditentukan oleh input frekuensi eksternal (EFI), sedangkan dalam kasus lain ditentukan oleh osilator kristal.

Melalui gerbang AND, output dari osilator diumpankan ke pencacah dibagi 3 ketika F / C 'rendah. Saat F / C 'tinggi, EFI diumpankan ke konter. Sinyal pengaturan waktu untuk pin siap dan reset diproduksi oleh penghitung.

Untuk operasi dengan input EFI, sinkronisasi antara beberapa sistem prosesor diperlukan, yang menggunakan CSYNC. Sedangkan ketika osilator kristal memutuskan frekuensi operasi maka, dalam hal ini, sinyal ini dikenai ground.

CSYNC memungkinkan sinkronisasi di antara beberapa 8284. Dalam kasus tunggal 8284, pin ini di-ground.

Perlu dicatat bahwa frekuensi clock keluaran yang dibangkitkan dalam kedua kasus tersebut akan menjadi sepertiga dari frekuensi masukan yang diterapkan.

Sinyal clock untuk perangkat periferal dihasilkan dengan membagi frekuensi clock dengan 2. Pada dasarnya, perangkat seperti 8254 timer memerlukan PCLK karena memerlukan frekuensi pengoperasian yang lebih rendah.

Bagian reset 8284 terdiri dari pemicu Schmitt dan flip-flop D. Pada setiap tepi negatif dari sinyal clock, rangkaian menerapkan sinyal reset ke prosesor.

Rangkaian mikroprosesor akan meng-output-kan address sesuai address memori atau I-O yang ingin dituju. Operator kapan saja dapat mengatur ulang prosesor dengan menggunakan tombol tekan.

Sinyal siap untuk prosesor dihasilkan oleh bagian siap. Ini memberikan informasi mengenai apakah prosesor siap untuk dioperasikan atau tidak. Jika sinyal siap rendah, maka ini menunjukkan status tunggu prosesor.

Gambar di bawah ini merupakan antarmuka generator jam 8284 dengan mikroprosesor 8086:

CSYNC - nomor pin 1 - Singkatan dari sinkronisasi jam. Ini adalah sinyal tinggi aktif yang menyinkronkan sinyal clock dari berbagai chip 8284 yang ada dalam satu sistem. Karena pin ini menunjukkan pentingnya operasi berbasis EFI, maka pin ini di-ground-kan ketika kristal ada di antara input X1 dan X2.
PCLK– pin nomor 2 - Singkatan dari jam periferal. Sinyal tinggi aktif pada pin ini memberikan sinyal clock frekuensi seperenam dari EFI atau frekuensi kristal ke perangkat periferal seperti 8254.
AEN1 'dan AEN2' - pin nomor 3 dan 7 - Singkatan dari pengaktifan alamat dan merupakan pin rendah yang aktif. Ini memenuhi syarat sinyal siap bus yaitu, RDY1 dan RDY 2.
RDY1 dan RDY 2 - pin nomor 4 dan 6 - Ini adalah pin tinggi aktif dan sinyal ini disediakan oleh perangkat yang ada pada bus data yang menunjukkan ketersediaan atau penerimaan data.
READY - pin nomor 5 - Pin ini menahan sinyal SIAP mikroprosesor 8086.
CLK - pin nomor 8 - Singkatan dari jam. Frekuensi sinyal pada pin ini akan menjadi sepertiga dari frekuensi EFI / kristal yang memiliki siklus kerja 33%. Itu terhubung ke input clock dari prosesor.
RESET - Pin nomor 10 - Pin ini memberikan sinyal reset ke prosesor dan perangkat periferal, ini adalah pin aktif-tinggi.
RES '- Pin nomor 11 - Ini adalah pin rendah aktif yang menghasilkan sinyal reset untuk 8284. Pin terhubung ke jaringan RC untuk memberikan daya saat reset.
OSC - pin nomor 12 - Ini adalah sinyal keluaran osilator dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi EFI atau kristal yang diterapkan.
F / C '- pin nomor 13 - Pin ini digunakan untuk memilih apakah input yang digunakan adalah EFI atau kristal untuk pembuatan jam. Untuk input EFI pin dihubungkan ke VCC yaitu logika high, sedangkan untuk input crystal pin dihubungkan ke GND.
EFI - nomor pin 14 - Singkatan dari input frekuensi eksternal. Pin ini memberikan frekuensi input eksternal ke 8284 ketika F / C 'tinggi. Sinyal eksternal yang disediakan pada pin ini harus memiliki frekuensi tiga kali lipat dari frekuensi clock yang diperlukan.
ASYNC '- pin nomor 15 - Pin ini memberikan informasi mengenai sinkronisasi yang diberikan ke input. Ini adalah pin rendah aktif maka sinkronisasi dua tahap disediakan, jika tidak untuk sinyal tinggi aktif, sinkronisasi tahap tunggal disediakan.
X1, X2 - pin nomor 16 dan 17 - Keduanya adalah pin input 8284 dan diperlukan saat menghubungkan kristal kuarsa. Ketika EFI tersedia maka X1 terhubung dengan VCC atau GND.
VCC - nomor pin 18 - Input suplai +5 V disediakan di pin ini.
GND - pin nomor 9 - Pin ini digunakan untuk koneksi ground.

Untuk address rendah pada mikroprosesor 8088 multiplek dengan data. Untuk membedakan address atau data dibantu oleh sinyal kontrol ALE yang menandakan mikroprosesor meng-output-kan address bukan data dan sebaliknya mikroprosesor akan meng-output-kan sinyal kontrol DEN jika mikroprosesor mau melakukan transfer atau receive data ke memori atau I-O. Data di transfer atau di receive dapat diketahui dari sinyal kontrol yang di-output-kan oleh mikrorposesor yaitu DT/-R. Selain itu mikroprosesor juga meng-output-kan sinyal-sinyal kontrol seperti RD, WR, INT, DT/-R, dan IO/-M yang akan dipakai pada rangkaian aplikasi. IC 8284 merupakan pembangkit clock dan juga sinyal-sinyal kontrol lainnya seperti Ready dan Reset. Kristal 14,138 MHz digunakan untuk menghasilkan frekuensi clock yaitu 1/3 kristal yang diinputkan ke mikroprosesor melewati pembangkit sinyal pulsa IC 8284. Untuk operasi Reset melalui rangkaian Reset yang d-iinput-kan ke mikroprosesor melalui IC 8284 yang aktif rendah.

IC 8086

8086 merupakan sebuah chip mikroprosesor 16-bit rancangan Intel pada tahun 1978 yang membangkitkan penggunaan arsitektur x86. Tidak lama kemudian, intel 8088 diperkenalkan dengan bus 8-bit external, yang memungkinkan penggunaan chipset yang murah.

8086 dirancang berdasarkan intel 8080 dan intel 8085 dengan set register yang mirip, tetapi dikembangkan menjadi 16 bit. "Bus Interface Unit" memberikan rangkaian instruksi ke "Execution Unit" melalui sebuah prefetch queue 6 byte, jadi pemberian dan pelaksanaan dilakukan bersamaan- sebuah bentuk pipelining primitif (instruksi 8086 bervariasi dari 1 sampai 4 byte).

Catu daya dan sinyal frekuensi
Ini menggunakan suplai 5V DC pada VCC pin 40, dan menggunakan ground pada VSS pin 1 dan 20 untuk operasinya.

Sinyal jam
Sinyal jam disediakan melalui Pin-19. Ini memberikan waktu ke prosesor untuk operasi. Frekuensinya berbeda untuk versi yang berbeda, yaitu 5MHz, 8MHz dan 10MHz.

Alamat / bus data
AD0-AD15. Ini adalah 16 bus alamat / data. AD0-AD7 membawa data byte orde rendah dan AD8AD15 membawa data byte orde tinggi. Selama siklus clock pertama, ia membawa alamat 16-bit dan setelah itu ia membawa data 16-bit.

Alamat / status bus
A16-A19 / S3-S6. Ini adalah 4 bus alamat / status. Selama siklus clock pertama, ia membawa alamat 4-bit dan kemudian membawa sinyal status.

S7 / BHE
BHE adalah singkatan dari Bus High Enable. Ini tersedia di pin 34 dan digunakan untuk menunjukkan transfer data menggunakan bus data D8-D15. Sinyal ini rendah selama siklus jam pertama, setelah itu aktif.

Baca (RD)
Ini tersedia di pin 32 dan digunakan untuk membaca sinyal untuk operasi Baca.

Siap
Ini tersedia di pin 22. Ini adalah sinyal pengakuan dari perangkat I / O bahwa data ditransfer. Ini adalah sinyal tinggi aktif. Jika tinggi, ini menunjukkan bahwa perangkat siap mentransfer data. Ketika rendah, ini menunjukkan status tunggu.

SETEL ULANG
Ini tersedia di pin 21 dan digunakan untuk memulai kembali eksekusi. Ini menyebabkan prosesor segera menghentikan aktivitasnya saat ini. Sinyal ini aktif tinggi selama 4 siklus clock pertama untuk RESET mikroprosesor.

INTR
Ini tersedia di pin 18. Ini adalah sinyal permintaan interupsi, yang diambil sampelnya selama siklus clock terakhir dari setiap instruksi untuk menentukan apakah prosesor menganggap ini sebagai interupsi atau tidak.

NMI
Ini adalah singkatan dari non-maskable interrupt dan tersedia di pin 17. Ini adalah input edge triggered, yang menyebabkan permintaan interupsi ke mikroprosesor.

UJI
Sinyal ini seperti status menunggu dan tersedia di pin 23. Ketika sinyal ini tinggi, maka prosesor harus menunggu status IDLE, jika tidak eksekusi dilanjutkan.

MN / MX
Ini singkatan dari Minimum / Maximum dan tersedia di pin 33. Ini menunjukkan mode prosesor untuk beroperasi; bila tinggi, ia bekerja dalam mode minimum dan sebaliknya.

INTA
Ini adalah sinyal pengakuan interupsi dan id tersedia di pin 24. Ketika mikroprosesor menerima sinyal ini, ia mengakui interupsi.

ALE
Ini singkatan dari address enable latch dan tersedia di pin 25. Pulsa positif dihasilkan setiap kali prosesor memulai operasi apa pun. Sinyal ini menunjukkan ketersediaan alamat yang valid pada alamat / jalur data.

SARANG
Itu singkatan dari Data Enable dan tersedia di pin 26. Ini digunakan untuk mengaktifkan Transreceiver 8286. Transreceiver adalah perangkat yang digunakan untuk memisahkan data dari alamat / bus data.

DT / R
Ini adalah singkatan dari Data Transmit / Receive signal dan tersedia di pin 27. Ini menentukan arah aliran data melalui transreceiver. Ketika tinggi, data ditransmisikan keluar dan sebaliknya.

M / IO
Sinyal ini digunakan untuk membedakan antara memori dan operasi I / O. Ketika tinggi, ini menunjukkan operasi I / O dan ketika rendah menunjukkan operasi memori. Ini tersedia di pin 28.

WR
Ini singkatan dari sinyal tulis dan tersedia di pin 29. Ini digunakan untuk menulis data ke dalam memori atau perangkat output tergantung pada status sinyal M / IO.

HLDA
Ini adalah singkatan dari sinyal Hold Acknowledgement dan tersedia di pin 30. Sinyal ini mengakui sinyal HOLD.

MEMEGANG
Sinyal ini menunjukkan kepada prosesor bahwa perangkat eksternal meminta untuk mengakses bus alamat / data. Ini tersedia di pin 31.

QS1 dan QS0
Ini adalah sinyal status antrian dan tersedia di pin 24 dan 25. Sinyal ini memberikan status antrian instruksi. Kondisinya ditunjukkan pada tabel berikut

S0, S1, S2
Ini adalah sinyal status yang memberikan status operasi, yang digunakan oleh Pengontrol Bus 8288 untuk menghasilkan sinyal kontrol memori & I / O. Ini tersedia di pin 26, 27, dan 28. Berikut adalah tabel yang menunjukkan statusnya -

LOCK
Ketika sinyal ini aktif, ini menunjukkan kepada prosesor lain untuk tidak meminta CPU meninggalkan bus sistem. Ini diaktifkan menggunakan awalan LOCK pada instruksi apa pun dan tersedia di pin 29.

RQ / GT1 dan RQ / GT0
Ini adalah sinyal Request / Grant yang digunakan oleh prosesor lain yang meminta CPU untuk melepaskan bus sistem. Ketika sinyal diterima oleh CPU, kemudian mengirimkan pengakuan. RQ / GT0 memiliki prioritas lebih tinggi daripada RQ / GT1.

IC 74LS373

IC 74LS373 adalah salah satu flip-flop data yang memiliki 8 latch data dengan 3 kondisi output (high, low, dan impedansi tinggi).

Adapun konfigurasi pin pada 74LS373 adalah sebagai berikut:

a. D0 – D7 adalah data input (Dn).

b. LE adalah input Latch Enable yang aktif ketika berlogika high.

c. OE adalah input Output Enable yang aktif ketika berlogika low.

d. Q1 – Q7 adalah data output (Qn).

IC 74LS373 terdiri dari delapan D flip flop yang melaluinya masukan diberikan ke masing-masing pin IC. Data Flip flop berubah secara asinkron ketika Latch enable (LE) dalam keadaan High. Seperti yang kita ketahui pengoperasian flip flop itu masukan apapun ke pin D pada keadaan sekarang akan diberikan sebagai keluaran pada siklus jam berikutnya. Tetapi ketika Pin Pengunci Latch ditarik rendah, data akan terkunci sehingga data muncul secara instan memberikan aksi Latching.

Pin Output Enable juga berperan penting dalam cara kerja IC 74LS373 ini. Saat pin (OE) low input data akan muncul di output, namun saat OE tinggi maka output akan berada dalam keadaan impedansi tinggi. IC beroperasi dengan maksimum 5 V dan banyak digunakan di berbagai jenis peralatan elektronik.

Tabel 2.3 Kebenaran logika pada IC 74LS373

D_n	LE	OE	Q_n
H	H	L	H
L	H	L	L
X	L	L	Q₀
X	X	H	Z
L = Low		Z = IMPEDANSI TINGGI
H = high		X = DIABAIKAN

IC 74LS245

IC TTL 74LS245 yang menurut data Sheet adalah ‘ Octal Bus Tranceiver, 3 State’. Yaitu IC TTL yang dapat digunakan sebagai masukan dan keluaran pada kaki yang sama, tiga kondisi tersebut adalah: Masukan, Keluaran, Pengunci, dan tidak membalikkan keadaan logika pada input ke output.

Tabel Fungsi Kaki IC TTL 74LS245

Kontrol Masukan		Operasional
Kaki ‘ E ’	Kaki ‘ DIR ‘	Operasional
L	L	Data berasal dari kaki B menuju ke kaki A
L	H	Data berasal dari kaki A menuju ke kaki B
H	X	Data terisolasi (kondisi impedensi tinggi)

Ket: L = Low (0)

H = Hight (1)

X = Low atau Hight

Gambar Bentuk DIP IC 74LS245

Cara Kerja Rangkaian :

IC TTL 74LS245 dapat menangani 8 buah jalur masukan maupun keluaran, dengan dikontrol oleh kaki DIR dan kaki E. Jika kaki 1 (DIR) IC diberi Logika 1 dan kaki 19 (E) IC diberi Logika 0, maka kaki 2-9 (A) IC menjadi Input dan kaki 11-18 (B) menjadi Output. Sebaliknya jika kaki 1 (DIR) IC diberi logika 0 dan kaki 19 (E) IC juga diberi logika 0, maka kaki 11-18 (B) menjadi Input dan kaki 2-9 (A) IC menjadi output. Dan jika kaki 1 dan 19 IC diberi logika 1 atau kaki 1 IC diberi logika 0 dan kaki 19 IC diberi logika 1 (DIR=1 dan E=1 atau DIR=0 dan E=1), maka IC menjadi kondisi impedansi tinggi atau logika tidak diketahui sama sekali atau data terisolasi.

IC 74LS139

IC demultiplekser 74LS139 merupakan demultiplekser 2 input dengan 4 output. IC ini terdiri dari dua buah demultiplekser dengan 16 buah pin. Konfigurasi dari masing-masing Pin dapat dilihat pada gambar berikut :

Sebagaimana IC digital lainnya, VCC dari IC ini memerlukan tegangan sebesar 5 V. Fungsi kerja dari IC 74139 ini dapat dilihat pada tabel berikut:

IC 27128

ROM adalah salah satu jenis memori yang hanya dapat dibaca saja isinya dengan instruksi-instruksi bahasa mesin. Perbedaan utama ROM dengan RAM adalah bahwa data di ROM tidak akan terhapus walaupun tegangan supply terputus dari rangkaian. Untuk saat ini sudah banyak ROM yang memanfaatkan IC EEPROM yang bisa ditulis dan dihapus datanya hanya dengan memberikan tegangan tententu.

Untuk ROM jenis EPROM seperti 27128 mempunyai empat pin kontrol yaitu: pin OE, pin CE, pin PGM dan pin VPP seperti gambar 3.Kombinasi dari keempat pin kontol tersebut dapat dilihat pada tabel

Tabel 1 Fungsi pin-pin CE, OE, PGM dan VPP pada ROM 27128

-CE	-OE	PGM	VPP	Mode	Pin-pin I-O
0	0	1	Vcc	Read	D-out
1	X	X	Vcc	Program	High Z
0	X	0	Vpp	Program Verify	D-in
1	X	X	Vpp	Program Inhibit	High Z

Pin CE berfungsi untuk mengaktifkan rangkaian buffer I-O yang terdapat didalam EPROM 27128. Sedangkan pin OE yang berfungsi sebagai strobe untuk data out dari EPROM. Dan pin PGM dan pin VPP berfungsi pada saat EPROM sedang diprogram atau diisi dengan EPROM Writer.

Pin PGM akan dibuat 0 dan pin VPP diberi tegangan sesuai dengan jenis EPROM yang dipakai. Untuk EPROM 27128A besamya VPP adalah 12,5 Volt. Setelah selesai dengan pengisian EPROM maka didalam rangkaian sistem minimum pin PGM dan pin VPP dihubungkan ke tegangan catu 5 volt.

Urutan langkah-langkah yang dilaksanakan mikroprosesor dalam melaksanakan instruksi read pada ROM adalah sebagai berikut:

a. Address dari memori yang dituju diload ke bus addresss setelah ada sinyal ALE.

b. Chip Select yang dari EPROM yang dituju akan aktif low sehingga EPROM meng-input-kan address dari bus address misalnya A0-Al3 seperti pada EPROM 27128.

c. Kemudian mikroprosessor mengirim sinyal RD pada EPROM.

d. EPROM mengalami pembacaan atau data dikirim ke mikroprosesor.

IC 6116

IC memori 6116 merupakan salah satu RAM statik berkapasitas 16.384 bit atau 2 kbyte. IC 6116 mempunyai 8 jalur data (D0-D7) dan 11 jalur alamat (A0-A10). Untuk menulis data digunakan sinyal W (aktif LOW) dan untuk membaca data digunakan sinyal G (aktif LOW). Kaki E (aktif LOW) digunakan untuk mengijinkan memori menulis atau membaca data pada jalur data. Kaki 12 dihubungkan ke GND dan kaki 24 dihubungkan ke +5V.

RAM 6116 yang dipakai didalam sistem minimum mempunyai pin CS (Chip Select) untuk mengaktifkan IC tersebut, pin OE (Output Enable) sebagai pin sinyal kontrol RD untuk membaca data dan pin WE (Write Enable) sebagai pin sinyal kontrol WR untuk menulis data seperti gambar 2. Selain itu, terdapat pin-pin untuk addresing A0-A10, pin data D0-D7 untuk masukan dan keluaran data 8 bit. Sisa bus address mulai A11-A19 dipergunakan untuk rangkaian decoding bagi RAM yang bersangkutan.

Kombinasi dari ketiga pin-pin tersebut dapat dilihat fungsinya seperti pada tabel 1.

Tabel 1 Fungsi pin-pin CS, OE dan WE pada RAM 6116

-CS	-OE	-WE	Mode	Pin–pin I-O
1	X	X	Non aktif	High Z
0	0	1	Read	Out
0	1	0	Write	In

Dari tabel fungsi diatas dapat dilihat bahwa pin CS memegang peranan utama dalam kerja RAM statis 6116. Bila pin Chip Select aktif low maka operasi read dan write dapat dilaksanakan. Untuk mengaktifkan pin CS dapat diberikan input low dari output decoding I-O.

Urutan langkah-langkah yang dilaksanakan mikroprosessor dalam melaksanakan instruksi read atau write pada RAM adalah sebagai berikut:

a. Address dari memori yang akan dituju diload oleh mikroprosesor ke bus address setelah terdapat sinyal ALE.

b. Chip Select yang dari RAM yang dituju akan aktif low sehingga RAM me-input-kan address dari bus address misalnya A0-A10 seperti pada RAM 6116.

c. Kemudian mikroprosessor mengirim sinyal kontrol RD atau WR pada RAM.

d. RAM melakukan pernbacaan atau penulisan sesuai dengan kombinasi sinyal control yang diterima seperti tabel 1 diatas.

IC 8255A

PPI (Programmable Peripheral Interface) 8255 adalah IC yang dirancang untuk membuat port masukan dan keluaran paralel. Chip ini diproduksi oleh Intel Corporation dan dikemas dalam bentuk 40 pin dual in line package dan dirancang untuk berbagai fungsi antarmuka dalam mikroprosesor. IC ini mempunyai 24 bit I/O yang terorganisir menjadi 3 port 8 bit (24 jalur) dengan nama Port A, Port B, dan Port C. Masing-masing port ini dapat berfungsi sebagai input atau output, termasuk port C upper dan lower difungsikan sama atau beda. Fungsi ini terbentuk dari kondisi data bus yang deprogram/dirancang. Konfigurasi fungsi dari 8255 adalah diprogram oleh sistem software sehingga tidak diperlukan komponen gerbang logika eksternal untuk perangkat perpheral interface.

Di bawah ini menunjukkan diagram blok bagian dalam dari PPI 8255.

Gambar 1. Diagram Blok PPI 8255

PPI 8255 memiliki buffer bus data dua arah, yang berarti dapat berfungsi baik sebagai port input maupun port output. Arah aliran data dapat dijelaskan dengan menggunakan pengaturan logika Read/Write. Secara mudah dapat diuraikan dengan tabel 1 berikut ini :

Tabel 1. Format Pembacaan dan Penulisan PPI 8255

PPI 8255 bekerja dalam tiga mode, yaitu :

a. Mode 0 :

Port A, Port B, dan Port C bekerja sebagai port I/O sederhana tanpa jabat tangan. Pada mode ini CPU sama sekali tidak memperhatikan status 8255. CPU mentransfer data tanpa mempersoalkan apa yang terjadi pada 8255. Port A dan Port B bekerja sebagai port 8 bit sedangkan Port C dapat dibuat bekerja dalam 8 bit atau berdiri sendiri dalam 4 bit lower dan 4 bit upper secara terpisah. Pemakaian mode 0 pada PPI 8255 secara diagram dapat digambarkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram Blok Operasi PPI 8255 Mode 0

b. Mode 1 :

Port A, Port B bekerja sebagai port I/O dengan jabat tangan menggunakan sebagian dari pena Port C. Saluran PC0, PC1, dan PC2 berfungsi sebagai saluran jabat tangan untuk Port B sedangkan Port A menggunakan saluran PC3, PC4, dan PC5 sebagai sinyal jabat tangan. PC6 dan PC7 dapat digunakan untuk saluran I/O. Diagram operasi 8255 pada mode 1 digambarkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram Blok Operasi PPI 8255 Mode 1

c. Mode 2 :

Hanya Port A dapat dibuat sebagai port I/O dua arah dengan jabat tangan. Port A dapat digunakan sebagai port untuk transfer data dua arah dengan jabat tangan. Ini artinya data dapat masuk atau keluar dari saluran yang sama. Mode ini mengembangkan sistem saluran (bus) ke mikroprosesor atau mentransfer byte data ke dan dari floppy disk controller. Pada mode 2 saluran PC3 sampai PC7 digunakan sebagai saluran jabat tangan untuk Port A. Bentuk operasi 8255 sebagai mode 2 digambarkan pada diagram Gambar 4.

Gambar 4. Diagram Blok Operasi PPI 8255 Mode 2

Format control word PPI 8255 ditunjukkan pada Gambar 5 di bawah ini. Gambar 5.a digunakan untuk menformat control word berdasar pada mode kerja., sedangkan gambar 5.b digunakan untuk menformat control word untuk Port C pada operasi set/reset bit.

Gambar 5.a. Format Control Word Mode Set

Gambar 5.b. Format Control Word Port C Bit Set/Reset

Switch

Sakelar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.

Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :

Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :

Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.

Komponen Dioda

Gambar dioda, simbol, dan komponennya

Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.

Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh: Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor).

Cara Kerja Dioda

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

Kondisi tanpa tegangan

Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

cara kerja dioda

Kondisi tegangan positif (Forward-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

dioda tanpa tegangan

Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

kondisi tegangan negatif

LED dapat kita definisikan sebagai suatu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan dapat memancarkan cahaya apabila arus listrik melewatinya.

Led (Ligth-Emitting Diode) memiliki fungsi utama dalam dunia elektronika sebagai indikator atau sinyal indikator atau lampu indikator.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Kapasitor

Berfungsi untuk menghilangkan riak yang tersisa setelah gelombang disearahkan oleh diode bridge.

Kapasitor [C] gambaran sederhananya terdiri dari dua keping sejajar yang memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak yang sempit sejauh [d]. Seringkali kedua keping tersebut digulung menjadi silinder dengan sebuah insulator atau kertas sebagai pemisah kedua keping. Pada gambar rangkaian listrik, simbolnya dinotasikan dengan:

simbol kondensator [Simbol]

Berbagai tipe kapasitor, (kiri) keping sejajar, (tengah) silindris, (kanan) gambar beberapa contoh asli yang digunakan pada peralatan elektronik.

gambar kondensator [Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

Perlu kamu ketahui bahwa walaupun memiliki fungsi yang hampir sama, namun baterai berbeda dengan kapasitor. Kapasitor berfungsi hanya sebagai penyimpan muatan listrik sementara, sedangkan baterai selain juga dapat menyimpan muatan listrik, baterai juga merupakan salah satu sumber tegangan listrik. Karena baterai perbedaan itu, baterai juga memiliki simbol yang berbeda pada rangkaian listrik. Simbol baterai dinotasikan dengan:

[Simbol baterai]

Contoh penggunaan kedua simbol tersebut pada rangkaian listrik:

simbol baterai rangkaian listrik

Kamu dapat mencari nilai kapasitas atau kapasitansi suatu kapasitor, yakni jumlah muatan listrik yang tersimpan. Untuk bentuk paling umum yaitu keping sejajar, persamaan kapasitansi dinotasikan dengan:

$C = \frac{Q}{V}$

Dimana:
C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)
Q = muatan listrik (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)

Nilai kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai $Q$ dan $V$ . Besar nilai kapasitansi bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi kedua keping serta jenis material pemisahnya (insulator). Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Untuk jenis keping sejajar dimana keping sejajar memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak [d], dapat dinotasikan dengan rumus:

$C = \epsilon \frac{A}{d}$

Dimana:
A = luasan penampang keping (m²)
d = jarak antar keping (m)
$\epsilon$ = permitivitas bahan penyekat ( $C^2/Nm^2$ )

Jika antara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permitivitasnya dipakai $\epsilon_0 = 8 \times 10^{-12} \: C^2/Nm^2$ .

Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat ( $Q_0$ ) sama dengan muatan setelah disisipkan bahan penyekat ( $Q_b$ ), sesuai prinsip bahwa muatan bersifat kekal. Beda potensialnya dinotasikan dengan rumus:

$Q_0 = Q_b$

$C_0V_0 = C_bV_b$

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besar energi [W] yang tersimpan pada dapat dicari menggunakan rumus:

$W = \frac{1}{2}\frac{Q^2}{C} = \frac{1}{2}QV = \frac{1}{2}CV^2$

Dimana:
W = jumlah energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)

Rangkaian Kapasitor

Dua kapasitor atau lebih dapat disusun secara seri maupun paralel dalam satu rangkaian listrik. Rangkaian seri memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan rangkaian paralel. Berikut diberikan tabel sifat-sifatnya pada rangkaian seri dan paralel.

susunan-rangkaian-kondensator

Krystal

Osilator kristal quartz hadir tersedia dalam berbagai bentuk dan frekuensi. Beberapa frekuensi yang umum adalah 20 MHz, 16 MHz, 10 MHz, 4 MHz. Kemudian terdapat sejumlah frekuensi seperti 14,7456 MHz, 9,216 MHz, 32,768kHz yang tersedia karena frekuensi tersebut adalah frekuensi kelipatan kecepatan yang dibutuhkan untuk komunikasi serial dan untuk pewaktu.

Didalam metal housing tersebut terdapat crystal quartz yang kecil yang bergetar dengan frekuensi tertentu. Jika osilator internal memiliki toleransi ±5% maka pada sisi lain kristal biasanya memiliki toleransi ± 20 ppm. Jadi kristal 16 MHz mungkin memiliki frekuensi aktual 16,000,020 MHz dan yang lainnya mungkin memiliki frekuensi 15,999,980 Mhz. Ini sama dengan ±0,00000125%. Jadi kristal 4 juta kali lebih akurat ketimbang osilator internal

Gambar di bawah ini merupakan simbol elektronik dari resonator kristal piezoelektrik dan juga kristal kuarsa dalam osilator elektronik yang terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor

Rangkaian Osilator Kristal dan Cara Kerja

Diagram Rangkaian Osilator Kristal

Gambar di bawah adalah 20psc New 16MHz Osilator Kristal Kuarsa dan itu adalah salah satu jenis osilator kristal, yang bekerja dengan frekuensi 16MHz.

Umumnya transistor bipolar atau transistor FET digunakan dalam konstruksi rangkaian osilator kristal. Ini karena penguat operasional (Op-amp) dapat digunakan di berbagai rangkaian osilator frekuensi rendah yang berbeda di bawah 100KHz tetapi penguat operasional (Op-amp) tidak memiliki bandwidth untuk beroperasi.

Ini akan menjadi masalah pada frekuensi yang lebih tinggi yang cocok dengan kristal yang berada di atas 1MHz. Untuk mengatasi masalah ini dirancang Osilator Kristal Colpitts. Ini akan bekerja pada Frekuensi lebih tinggi. Dalam osilator ini, rangkaian tangki LC yang memberikan osilasi umpan balik telah digantikan oleh kristal kuarsa.

Prinsip Kerja Osilator Kristal

Rangkaian osilator kristal biasanya bekerja berdasarkan prinsip efek piezoelektrik terbalik. Medan listrik yang diterapkan akan menghasilkan deformasi mekanis pada beberapa material. Dengan demikian, ia menggunakan resonansi mekanik kristal bergetar, yang dibuat dengan bahan piezoelektrik untuk menghasilkan sinyal listrik dari frekuensi tertentu.

Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, kami menggunakan osilator kristal 8MHz.

Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di atas. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.

Resonansi seri terjadi ketika reaktansi yang dihasilkan oleh kapasitansi C1 adalah sama dan berlawanan dengan reaktansi yang dihasilkan oleh induktansi L. Fr dan fp masing-masing mewakili frekuensi resonansi seri dan paralel, dan nilai 'fr' dan 'fp' dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Diagram di atas menggambarkan rangkaian setara, grafik plot untuk frekuensi Resonansi, Rumus untuk frekuensi Resonansi.

Gambar 31. Rangkaian Sistem Minimum untuk Aplikasi LED dan Switch

4. Percobaan [back]
1. Susun rangkaian seperti pada gambar

Prinsip Kerja:

Rangkaian ini merupakan Rangkaian sistem minimum untuk aplikasi led dan switch. Rangkaian ini terdiri dari rangkaian pembangkit pulsa/ osilator clock yang terhubung ke IC 8284. Fungsiunya untuk memberikan clock kepada mikroprosesor. Selain itu juuga terdapat rangkaian reset yang berfungsi untuk mereset program yang sedang dijalankan. Pada rangkaian ini digunakan mikroprosesor IC 8086. Data yang masuk kemudian diproses oleh mikroprosesor 8086, setiap mendapatkan clock dari rangkaian osilator, maka data diteruskan ke IC 74LS373 yang merupakan rangkaian latch dan buffer. Rangkaian ini berfungsi untuk menahan data yang diterima dari mikroprosesor. Pin AD di mikroprosesor mengandung data sedangkan pin A pada mikroprosesor mengandung address. Data dan alamatnya dikirim ke rangkaian latch dan buffer berupa IC 74LS373 dan IC 74LS245. Setiap pin LE aktif, maka data maupun address akan keluar dari IC untuk diteruskan. Pada rangkaian terdapat IC 27128 yang merupakan ROM. Kemudian ada IC 6116 yang merupakan RAM, dan IC 8255A sebagai IO. Akses ketiganya diatur oleh IC 74LS139, untuk memilih chip mana yang akan aktif. Apakah data akan dikirim ke ROM, RAM, atau IO untuk dijadikan output berupa LED dan switch.

5. Video [back]

6. Link Download [back]
Materi - Download

Datasheet Krystal - Download

Datasheet IC 74LS138 - Download

Datasheet IC 8284 - Download

Datasheet IC 8086 - Download

Datasheet IC 74LS373 - Download

Datasheet IC 74LS245 - Download

Datasheet IC 74LS139 - Download

Datasheet IC 27128 - Download

Datasheet IC 6116 - Download

Datasheet IC 8255A - Download

File Rangkaian Simulasi - Download
File HTML - Download
Video Rangkaian Simulasi - Download

7. Contoh soal [back]

1. Fungsi IC 74LS139 pada rangkaian sistem minimum untuk aplikasi LED dan switch adalah...

a. Sebagai prosesor data yang diinputkan

b. Sebagai penahan data untuk sementara sebelum dikirim

c. Sebagai penghasil sinyal pulsa

d. Sebagai pereset mikroprosesor

e. Sebagai pengatur chip mana yang akan aktif (chip select)

Jawaban : e.

Penjelasan : Pada rangkaian terdapat IC 27128 yang merupakan ROM. Kemudian ada IC 6116 yang merupakan RAM, dan IC 8255A sebagai IO. Akses ketiganya diatur oleh IC 74LS139, untuk memilih chip mana yang akan aktif.

2. IC yang berfungsi sebagai Input-Output dan terhubung ke LED dan juga switch adalaha...

a. IC 8284

b. IC 8086

c. IC 8255A

d. IC 6166

e. IC 27128

Jawaban: c. IC 8255A

Penjelasan:

Pada rangkaian, masing-masing IC berperan sebagai:

IC 8284, sebagai bagian dari rangkaian pembangkit pulsa

IC 8086, sebagai mikroprosesor

IC 8255A, sebagai IO dan terhubung ke LED dan juga switch

IC 6166, sebagai RAM

IC 27128, sebagai ROM

Mikrokontroler dan Mikroprosesor

Tuesday, 15 September 2020

Kuis 2 : Sistem Minimum Mikroprosesor