Mikropengendali AVR/Arsitektur ATMega8535/Memori Program/ EEPROM

Mikropengendali AVR

Kata AVR merupakan singkatan dari Alf and Vegard RISC (Reduced Instruction Set Computer) sesuai dengan nama penggagasnya. Mikropengendali AVR yang menggunakan teknologi RISC dan menggunakan arsitektur Harvard ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf Egil Bogen dan Vegard Wollan yang kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh perusahaan Atmel. Seri pertama mikropengendali AVR yang dikeluarkan adalah mikropengendali 8 bit dengan nama AT90S8515 dengan konfigurasi pin yang sama dengan mikropengendali 8051, termasuk bus alamat dan bus data yang termultipleks. Mikropengendali AVR mempunyai set instruksi yang lebih sedikit dan mode pengalamatannya yang juga sederhana. Dalam AVR RISC 8 bit, semua instruksi berukuran 16 bit dan sebagian besar dieksekusi dalam satu siklus clock kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan dua siklus clock. Berbeda dengan mikropengendali MCS dengan menggunakan teknologi Complex Instruction Set Computing (CISC) yang instruksinya bervariasi antara 8 bit sampai 32 bit dan dieksekusi selama satu sampai empat siklus mesin, dimana satu siklus mesin membutuhkan 12 periode clock. Beberapa fitur yang dimiliki mikropengendali dengan arsitektur RISC diantaranya adalah instruksi yang sederhana, set instruksi yang sedikit, panjang instruksi yang sama untuk semua instruksi, register untuk penyimpanan operand yang jumlahnya besar, mempunyai artsitektur load/store, dan eksekusi instruksi yang lebih cepat sehingga memberikan kecepatan siklus intruksi rata-rata satu clock per instruksi. Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi enam kelas yaitu kelompok ATtiny, AT90Sxx, ATMega, AT90CAN, AT90PWM, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah kapasitas memori, peripheral, fungsinya dan beberapa fitur tambahannya. Sedangkan dari segi arsitektur dan set instruksi yang digunakan hampir sama.

Arsitektur ATMega8535

Mikropengendali ATMega8535 merupakan mikropengendali 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah yang berbasis arsitektur enhanced RISC AVR. Dengan eksekusi instruksi yang sebagian besar hanya menggunakan satu siklus clock, ATMega8535 mencapai throughput sekitar 1 MIPS per MHz yang mengizinkan perancang sistem melakukan optimasi konsumsi daya rendah versus kecepatan pemrosesan. Prosesor AVR menggabungkan set instruksi yang kaya dengan 32 register umum (General Purpose Register). Dari 32 register tersebut dikoneksikan langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU), mengizinkan dua register independen untuk diakses dalam satu instruksi yang dieksekusi dalam satu siklus clock. Arsitektur yang dihasilkan adalah arsitektur yang kode oprasinya lebih efisien serta pencapaian throughput-nya hingga sepuluh kali lebih cepat daripada mikropengendali Complex Instruction Set Computer (CISC) konvensional. Beberapa fitur utama yang tersedia pada ATMega8535 diantaranya adalah :

1.      Port I/O sebanyak 32 bit, yang dikelompokkan dalam Port A, Port B, Port C, dan Port D.

2.      Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input.

3.      Timer/Counter sebanyak 3 buah.

4.      CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register.

5.      Watchdog Timer dengan oscillator internal.

6.      SRAM sebesar512 byte.

7.      Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write.

8.      Interrupt internal maupun eksternal.

9.      Port komunikasi SPI.

10.  EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

11.   Analog komparator.

12.  Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.

13.  Frekuensi clock maksimum 16 MHz 

Memori Program

      Mikropengendali ATMega8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Dalam penggunaannya memori ini umumnya digunakan untuk penyimpanan program secara internal Untuk alasan keamanan, memori program dibagi menjadi dua bagian yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat pengguna. Mikropengendali AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Besarnya memori Boot Flash Section dapat diprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung pengaturan pada konfigurasi bit di-register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.

Memori Data

Untuk memori data pada mikropengendali ATMega8535 dibagi menjadi tiga yaitu :

1. Terdapat 32 register keperluan umum yaitu General Purpose Register (GPR)                                 atau biasa disebut register file di dalam teknologi RISC.

2. Terdapat 64 register untuk keperluan input/output (I/O Register).

                      Terdapat 512 byte SRAM internal. Selain itu terdapat juga EEPROM 512 byte                             sebagai memori data yang dapat diprogram saat beroperasi

 EEPROM

      Dalam mikropengendali AVR data dapat ditempatkan pada tiga macam memori yaitu memori flash, SRAM, dan Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM). EEPROM adalah salah satu memori untuk penyimpanan data internal mikropengendali yang sifatnya non volatile. Artinya data tidak akan hilang walaupun catu daya mikropengendali mati. Biasanya memori EEPROM diaplikasikan untuk penyimpanan tabel-tabel data atau konstanta dan penyimpanan password. ATMega 8535 mempunyai memori EEPROM 512 byte. EEPROM ini disusun sebagai ruang data yang terpisah dengan yang lain, dimana byte tunggal dapat dibaca dan ditulis. EEPROM diakses melalui register-register akses EEPROM yaitu EEPROM Address Register (EEAR), EEPROM Data Register (EEDR), dan EEPROM Control Register (EECR). Untuk divais-divais dengan EEPROM diatas 256 byte, EEAR sebenarnya ada dua register yaitu EEARL dan EEARH. EEAR digunakan untuk menenentukan alamat EEPROM ke mana data akan ditulisi atau dari mana data akan dibaca. EEAR adalah sebuah register baca/tulis yaitu register yang dapat dibaca untuk melihat alamat apa saja yang akan digunakan. EEDR adalah register data EEPROM dan merupakan register baca/tulis. Jika ingin menuliskan data ke EEPROM akan terjadi load data yang diperlukan ke dalam EEDR. Jika ingin membaca data dari EEPROM setelah proses pembacaan berakhir maka akan membaca EEDR untuk data. EECR mempunyai bit-bit kontrol yang diperlukan untuk pembacaan dan penulisan EEPROM. Penulisan ke suatu EEPROM tidak sesederhana seperti menulis ke SRAM. Waktu akses tulis untuk EEPROM pada mikropengendali AVR berkisar 2,5 sampai 4 ms, tergantung pada tegangan suplai.

           Sistem Minimum ATMega8535

Sistem minimum mikropengendali adalah rangkaian elektronika minimum yang diperlukan untuk dapat mengoperasikan IC mikropengendali. Sistem minimum ini kemudian bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan aplikasi tertentu. Mikropengendali seri ATMega8535 keluarga mikropengendali AVR, adalah salah satu seri yang banyak digunakan. Untuk membuat skematik sistem minimum Atmel AVR ATMega8535 diperlukan beberapa komponen diantaranya adalah :

1.      IC mikropengendali ATMega8535.

2.      Satu buah XTAL 4 MHz atau 8 MHz atau 12 MHz dan maksimum 16 MHz.

3.      Dua buah kapasitor senilai 10 pF.

4.      Dua buah kapasitor senilai 100 nF.

5.      Satu buah resistor 100 KOhm

6.      Satu buah tombol reset push button.

7.       Header 2x5 yang  berfungsi untuk menghubungkan rangkaian pada masing-masing port mikropengendali (alternatif).