IN SYSTEM PROGRAMMING AVR MENGGUNAKAN KONEKSI BLUETOOTH

54

Ardiansyah: IN SYSTEM PROGRAMMING AVR MENGGUNAKAN KONEKSI BLUETOOTH

IN SYSTEM PROGRAMMING AVR MENGGUNAKAN KONEKSI BLUETOOTH Rezky Ardiansyah1) Andrew Joewono2) Diana Lestariningsih2) E-mail: [email protected]

ABSTRAK Salah satu produk ISP yang berada di pasaran antara lain: DT-HIQ AVR USB ISP, dan USB ASP masih menggunakan kabel sebagai transmisi datanya. Sehingga jika ingin men-download suatu program ke chip mikrokontroler harus berdekatan antara kompuer dan mikrokontroler target. Kondisi ini akan menjadi masalah jika mikrokontroler target bergerak, seperti halnya mikrokontroler target yang berada pada badan robot. Jika program pada robot itu masih bermasalah, maka robot tersebut harus didekatkan kembali ke komputer untuk diprogram ulang. Oleh karena itu dibutuhkan alat untuk men-download program tanpa melalui media kabel. Dengan demikian akan memudahkan programmer dalam memprogram suatu device dan dapat menghemat tenaga, karena jika ingin memprogram ulang suatu device tidak perlu lagi mendekatkan device ke komputer programmer. Pada protokol STK500, data yang dikirimkan berupa paket. Sehingga alat ini mempunyai fungsi untuk memeriksa paket data yang diterima. Setelah paket data benar, alat ini akan mengklasifikasikan perintah yang diterima. Alat ini berfungsi untuk men-download program ke mikrokontroler target. Jalur yang digunakan ialah pin MOSI, MISO, dan SCK. Alat ini dapat menghemat tenaga programmer karena koneksi yang digunakan ialah menggunakan koneksi bluetooth (tanpa kabel). Area coverage alat ini mencapai sekitar 16 meter dari jarak komputer pengguna. Kata Kunci: in system programming AVR, bluetooth, mikrokontroler

PENDAHULUAN Salah satu produk downloader yang berada di pasaran antara lain DT-HIQ AVR USB ISP, dan USB ASP yang masih menggunakan kabel untuk mentransmisi data. Jika pengguna ingin men-download suatu program ke chip mikrokontroler harus berdekatan antara komputer dan mikrokontroler target karena keterbatasan panjang kabel. Kondisi ini akan menjadi masalah jika mikrokontroler target bergerak, salah satu contoh yaitu mikrokontroler target yang berada pada badan robot. Jika program pada robot masih terdapat masalah, maka robot tersebut harus didekatkan kembali ke komputer untuk diprogram ulang. Untuk mengatasi masalah tersebut dibutuhkan alat untuk men-download program tanpa melalui media kabel, sehingga akan memudahkan programmer dalam memprogram suatu chip mikrokontroler. Hal ini dapat menghemat waktu dan tenaga programmer jika membutuhkan untuk memprogram ulang suatu chip mikrokontroler. Programmer tidak perlu mendekatkan device ke komputer programmer. Adapun permasalahan yang dihadapi penulis dalam pembuatan alat adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana modul bluetooth EB500 dapat tersinkronisasi terhadap bluetooth dongle pada komputer pengguna; 1) 2)

2.

Bagaimana realisasi protokol STK500 pada komunikasi antara pengguna dan downloader ke dalam program mikrokontroler; 3. Waktu yang dibutuhkan downloader untuk men-download suatu program ke mikrokontroler target dengan berbagai variabel sebagai pembandingnya; 4. Bagaimana tingkat kesesuaian program yang di-download. Metode yang digunakan dalam perealisasian alat ini meliputi: studi literatur, perencanaan alat, pembuatan alat, pengujian alat, menarik simpulan hasil perancangan dan pengujian sistem. TINJAUAN PUSTAKA Mikrokontroler AVR AT Mega8[2] Mikrokontroler yang digunakan dalam penelitian ini adalah mikrokontroler Alf and Vegard’s Risc Processor (AVR) AT Mega8, produk ini merupakan keluaran dari keluarga ATMEL. Mikrokontroler AVR sama halnya seperti keluaran ATMEL lainnya seperti 8051, yaitu memiliki 8 pin dalam 1 port yang dapat digunakan sebagai input atau output digital dan penggunaan pin (MISO, MOSI, SCK, RESET) untuk memasukkan file dalam bentuk heksadesimal dari komputer ke mikrokontroler. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC

Mahasiswa di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya Staf Pengajar di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya


Reduce Instruction Set Computing (RISC) 8-bit, semua instuksi dikemas dalam kode 16-bit (16bits word) dan sebagian besar dilakukan dalam 1 siklus clock. Gambar 1 menunjukkan konfigurasi pin AT Mega8.

Gambar 1. Konfigurasi Pin AT Mega8

Komunikasi Data Bluetooth Bluetooth didefinisikan sebagai sebuah arsitektur protokol ber-layer yang mengandung protokol inti, pengganti kabel dan protokol telepon serta protokol adaptasi. Pada bagian selanjutnya akan dibahas lebih lanjut mengenai masing–masing blok dari arsitektur protokol sebagaimana yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Arsitektur Protokol Bluetooth

Layer paling dasar dari arsitektur bluetooh adalah Bluetooth Radio. Bluetooth beroperasi pada Industrial Scientific and Medical (ISM) band antara 2,40 sampai dengan 2,48 GHz. Terdapat tiga kelas dari transmitter yang dibedakan dari output power dan jangkauan transmisi yang dimiliki. Bluetooth radio menggunakan modulasi Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) dalam melakukan transmisinya. Baseband layer adalah lapisan fisik dan berada di atas Bluetooth

radio. Baseband layer menangani masalah channel. Untuk menghindari terjadinya interferensi dari sinyal lain yang berada pada band 2,4 GHz seperti WLAN, Bluetooth menggunakan prinsip frekuensi hopping. Setiap perangkat bluetooth mempunyai alamat hardware yang khusus dan sebuah bluetooth clock. Sebuah algoritma tertentu digunakan untuk menghitung frekuensi hopping yang digunakan berdasarkan pada hardware address dari perangkat yang menjadi master dan clock. Untuk komunikasi duplex, skema Time Division Duplex (TDD) digunakan sebagai sarana pengiriman dan penerimaan data. Di mana pada skema ini perangkat master melakukan transmisi pada slot waktu genap dan perangkat slave melakukan transmisi pada slot waktu ganjil. Link Manager berfungsi untuk menjalankan link setup, authentication, link configuration dan aspek lainnya dari hubungan radio antara master dan slave. Selain itu juga berfungsi untuk menemukan link manager lainnya dan melakukan komunikasi dengan menggunakan link manager protocol. Untuk memastikan hardware yang berbeda dapat saling mendukung, maka perangkat bluetooth menggunakan Host Controller Interface (HCI) sebagai tatap muka antara host bluetooth (contohnya komputer) dan Baseband dan Link Manager. Logical Link Control and Adaption Protocol (L2CAP) adalah lapisan yang berada di atas baseband protocol dan melayani protokol yang di atasnya dengan kemampuan protocol multiplexing dan packet segmentation serta reassembly (SAR). Fungsi SAR diperlukan untuk mendukung protokol yang menggunakan paket data yang lebih besar daripada yang dapat didukung oleh baseband. Paket L2CAP yang besar dibagi ke dalam beberapa paket baseband yang lebih kecil sebelum dipancarkan dan paket-paket tersebut akan disusun kembali setelah diterima menjadi paket L2CAP. Service Discovery Protocol pada dasarnya berfungsi untuk menyediakan perangkat (tools) yang dibutuhkan oleh sebuah aplikasi untuk memperoleh informasi dari sebuah perangkat bluetooth, layanan bluetooth apa saja yang tersedia dan untuk menentukan karakteristik dari layanan yang tersedia. Port serial merupakan salah satu dari layanan komunikasi yang sering digunakan. RFCOMM adalah pengganti protokol kabel yang termasuk di dalam spesifikasi bluetooth. RFCOMM melakukan emulasi port serial RS-232 ke dalam protokol L2CAP dan menggantikan fungsi kabel serial. RFCOMM 55

WIDYA TEKNIK Vol. 10, No. 1, 2011 (54-67)

dapat menyediakan sampai dengan 60 port di antara dua perangkat bluetooth. Bluetooth profile digunakan untuk memberikan gambaran untuk implementasi dari sebuah fungsi yang dapat dilakukan. Bluetooth profile ditujukan untuk mengurangi masalah yang mungkin timbul dari perbedaan produk yang diproduksi oleh perusahaan yang berbeda. Profile yang dimiliki bluetooth sampai saat ini antara lain: basic imaging, basic printing, cordless telephony, dial-up networking, file transfer, handsfree, headset, serial port, dan scynchronization. Embedded Blue 500[3] Embedded Blue 500 (EB500) adalah modul bluetooth yang digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler dengan PC. Embedded Blue 500 mempunyai 2 modus operasi yaitu command mode dan data mode. Pada command mode, EB500 akan menerima perintah serial yang diberikan, yang berkaitan dengan proses pengaturan pada EB500 (perintah serial tersebut tidak dikirimkan), sedangkan pada data mode, EB500 akan berfungsi sebagai jalur komunikasi data serial antara device bluetooth yang berbeda (meneruskan pengiriman maupun penerimaan data serial). Gambar EB500 dapat dilihat pada Gambar 3.

TOKEN, MESSAGE_BODY, CHECK_SUM. Penjelasan dari masing-masing format dari protokol STK 500 disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Penjelasan Fungsi Format Dari Protokol STK 500 Name Ukuran Deskripsi Parameter MESSAGE_ Selalu bernilai 1 bit START 0x1B Nilainya akan bertambah satu SEQUENCE 1 bit setiap pengiriman _NUMBER pesan. Kembali ke 0 setelah 0xFF 2 bit, MSB MESSAGE_ Ukuran dari yang SIZE message_body pertama TOKEN 1 bit Selalu bernilai 0x0E MESSAGE_ Message_ Bernilai dari 0 BODY size bit sampai 65535 byte Semua pesan di CHECKSUM 1 bit XOR kan

Protokol In System Programming[5] Protokol In System Programming ialah suatu protokol yang digunakan untuk memprogram atau memprogram ulang mikrokontroler. Jalur yang digunakan ialah jalur SPI yang terdiri dari Serial clock (SCK), Master In-Slave Out (MISO), dan Master OutSlave In (MOSI). Ketika melakukan pemrograman suatu mikrokontroler, programmer harus dioperasikan sebagai master dan mikrokontroler target dioperasikan menjadi slave. Programmer menyediakan clock untuk keperluan komunikasi pada pin SCK. Setiap pulsa pada pin SCK mentransferkan 1 bit data dari programmer (Master) menuju target (slave) pada pin MOSI. Secara bersamaan, setiap pulsa pada pin SCK mentransfer 1 bit data dari target (Slave) menuju programmer (master) pada pin MISO. Gambar koneksi antara downloader dan mikrokontroler target dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 3. Modul EB 500

Protokol STK 500[4] Protokol STK 500 digunakan untuk mengirimkan data dari PC ke mikrokontroler yang berkaitan dengan pemrograman suatu mikrokontroler. Software compiler seperti CodeVisionAvr telah menggunakan protokol STK 500. Protokol ini menggunakan baud rate 115200, 8 bit data, 1 bit stop, dan tidak menggunakan parity bit. STK 500 memiliki format pesan sebagai berikut: MESSAGEE_START, SEQUENCE_NUUMBER, MESSAGE_SIZE, 56

Gambar 4. Koneksi Programmer dan Mikrokontroler Target


Gambar 5. Diagram blok sistem secara keseluruhan

Agar komunikasi antara ISP dan mikrokontroler target dapat berjalan dengan baik, Ground (GND) antara ISP dan mikrokontroler target harus bergabung menjadi satu. Untuk men-download suatu program, ISP akan men-setting pin RST mikrokontroler target menjadi Low ( 0 Volt ). Setelah pin Reset bernilai 0, mikrokontroler target memasuki mode programming dan Serial Peripheral Interface (SPI) diaktifkan sehingga mikrokontroler target tersebut telah siap untuk menerima instruksi dari programmer. Format perintah terdiri dari 4 bit, bit pertama terdiri dari kode perintah, pemilihan operasi dan target memori. Bit kedua dan ketiga terdiri dari alamat pada memori yang telah dipilih. Bit keempat terdiri dari data yang akan dikirimkan ke mikrokontroler target. Ada beberapa perintah pada protokol ISP ini antara lain, Enable Memory Access, Device Code, Flash Program Memory Access, EEPROM Data Memory Access, Lock Bits Access, dan Chip Erase Operation. METODE PENELITIAN Perancangan dan Pembuatan Alat Adapun diagram blok dari alat ini dapat dilihat pada Gambar 5. Komputer digunakan sebagai media perantara antara pengguna dengan sistem dengan menggunakan bantuan software compiler di mana perintah dikirimkan /diterima dengan menggunakan sarana komunikasi bluetooth melalui bluetooth adapter/dongle ataupun internal bluetooth yang terdapat pada PC. EB500 adalah modul bluetooth yang digunakan untuk menerima data dari PC untuk diteruskan ke mikrokontroler

maupun sebaliknya, mengirimkan dari mikrokontroler ke PC. Mikrokontroler digunakan sebagai bagian utama sistem yang mengontrol kerja In System Programming untuk memprogram mikrokontroler target sesuai dengan perintah dari PC, dalam hal ini rangkaian mikrokontroler yang dimaksud ialah rangkaian minimum sistem ATMega8. Mikrokontroler target ialah mikrokontroler yang hendak di program dengan menggunakan protokol In System Programming. Alat ini tidak membutuhkan supply 5 V, karena alat ini telah dirancang agar setelah terkoneksi dengan mikrokontroler target dapat mengambil supply dari rangkaian mikrokontroler target yang akan di download programnya. Perancangan elektronika pada alat ini sebagai berikut: 1. Rangkaian mikrokontroler ATMega8; 2. Rangkaian pembangkit clock; 3. Rangkaian reset manual. Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMega8 terdiri dari rangkaian pembangkit clock dan reset manual. Pada rangkaian reset manual terdapat beberapa komponen yaitu resistor 10 K yang berfungsi untuk pull up pin reset mikrokontroler dan tombol reset. Skematik rangkaian reset manual dapat dilihat pada Gambar 6. 5 V R1 10 K SW1

pin reset

SW PUSHBUTTON

Gambar 6. Rangkaian Reset Manual

57


Sedangkan pada rangkaian pembangkit clock terdapat beberapa komponen, antara lain : kristal 11,592 MHz dan 2 buah kapasitor 22 pF. Bekerjanya sebuah mikrokontroler tergantung pada besarnya frekuensi kristal yang digunakan, semakin tinggi frekuensi kristal yang digunakan, maka semakin cepat kerja dari mikrokontroler. Sedangkan pemilihan frekuensi clock sebesar 11,592 MHz dikarenakan mikrokontroler menggunakan baudrate sebesar 115200 bps. Rangkaian pembangkit clock dapat dilihat pada Gambar 7 di bawah ini. C1

C APAC I TOR 22 pF

Komunikasi bluetooth yang digunakan ialah menggunakan profil bluetooth sebagai serial port. Modul EB 500 yang digunakan untuk alat ini telah menggunakan profil serial port. Sehingga dibutuhkan komunikasi serial antara modul bluetooth dengan mikrokontroler. Koneksi antar kedua bagian dapat dilihat pada Gambar 10.

J4

INPUT OUTPUT STATUS

XTAL 1

MODE Y1

VCC

J6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

MODUL BLUETOOTH EB 500

C R Y STAL 11, 592 MH z

RX TX VCC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

MIKROKONTROLER PROGRAMMER XTAL 2

C2

C APAC I TOR 22 pF

Gambar 7. Rangkaian Pembangkit Clock

Sehingga keseluruhan rangkaian minimum sistem ATMega8 dapat dilihat pada Gambar 8 dibawah ini. VCC R1 RESISTOR J1

SW1 1 CAPACITOR 22 pF C1

2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

TOMBOL RESET VCC

Y1 CRY STAL 11,592 MHz

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

AT Mega 8

C2 CAPACITOR 22 pF

Gambar 8. Rangkaian Minimum Sistem ATMega8

Fungsi dari alat ini untuk memprogram mikrokontroler target, sehingga header programming tersebut juga dikoneksikan ke mikrokontroler target tetapi yang berbeda reset mikrokontroler target harus dikontrol oleh suatu pin mikrokontroler programmer. Karena untuk memasuki mode programming, mikrokontroler target harus diatur bernilai 0 (low). Untuk melakukan hal tersebut dapat dikontrol oleh mikrokontroler programmer. Konfigurasi pin dapat dilihat pada Gambar 9 di bawah ini. J2 VCC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

AT MEGA 8

VCC

Pada perancangan software digunakan software compiler WinAVR sebagai compilernya. Pada perancangan awal ialah mengatur register-register yang diperlukan untuk komuniasi serial antara modul EB500 dan mikrokontroler ATMega8. ATMega8 memiliki fasilitas komunikasi serial yang terleak pada pin RX dan TX. Pin RX berfungsi untuk menerima data dari luar, sedangkan pin TX berfungsi untuk mengirimkan data dari mikrokontroler menuju keluar. Untuk menggunakan fasilitas komunikasi serial ini ada beberapa pengaturan register-register yang terkait. Pada penelitian ini komunikasi serial yang digunakan menggunakan baudrate 115200 bps dengan parameter 8 bit data, 1 stop bit, dan tidak menggunakan bit parity. Pemilihan baudrate ini disesuaikan dengan protokol STK 500 yang memerlukan komunikasi data dengan baudrate 115200 bps, sehingga komunikasi serial mikrokontroler menggunakan 115200 bps agar terjadi komunikasi antara 2 komponen tersebut. Register-register yang harus diatur ialah sebagai berikut: // Set baud rate UBRRH=0x00; UBRRL=0x05; // Set frame format to 8 data bits, no parity, 1 stop bit UCSRC = 0x86; // Enable receiver and transmitter UCSRB = 0xD8;

J3 MOSI PORT D.4 SCK MISO

1 3 5 7 9

2 4 6 8 10

PIN ISP

Gambar 9. Konfigurasi Pin Header Programming Untuk Mikrokontroler Target

58

Gambar 10. Koneksi Antara Bluetooth Dengan Mikrokontroler

Pengaturan register-register tersebut harus diesuaikan dengan protokol pengiriman yaitu protokol STK500. Pada protokol STK500 komuniksasi serial yang digunakan harus


menggunakan baudrate 115200 bps dengan parameter 8 bit data, 1 stop bit, dan tidak menggunakan bit parity. Setelah mengatur register-register yang akan dipakai untuk komunikasi serial, untuk mengambil data dan mengirim data menggunakan fungsi sebagai berikut: void USART_vSendByte(uint8_t u8Data) { // Wait if a byte is being transmitted while((UCSRA&(1<
Setelah pengaturan register-resgiter pada mikrokontroler telah selesai, kemudian atur modul EB500 agar dapat sinkron pada saat komunikasi serial dilakukan. Pada pertama modul ini dibeli, setting-an berbagai parameter seperti: baud rate, nama bluetooth, dan password telah ditentukan oleh pabrik. Sehingga dibutuhkan pengaturan agar modul ini sesuai dengan perancangan sistem yang akan dibuat. Pada alat ini parameter yang harus diganti ialah baudrate, nama bluetooth, password yang akan digunakan. Baudrate yang akan digunakan ialah 115200 bps sesuai dengan kebutuhan protokol STK 500, nama bluetooth yang akan digunakan ialah DOWNLOADER_BLUETOOTH (pemilihan nama ini bertujuan untuk mempermudah pengguna), dan password yang digunakan ialah 090305. Dalam proses pengaturan menggunakan software terminal.exe karena komunikasi yang digunakan ialah serial. Proses pengaturan ini menggunakan port serial komputer.  Pengaturan Baudrate Pada software terminal.exe pada kolom transmitter (mengirim data dari komputer ke modul EB500), mengirimkan karakter set baud 115200 * [enter]. Setelah dikirim karakter di atas, maka modul EB500 akan mengirim karakter ACK (acknowledge). Pada Gambar 11 disajikan tampilan window untuk pengaturan baudrate.

Gambar 11.Tampilan Pengaturan Baudrate

 Pengaturan Nama Bluetooth Pada software terminal.exe pada kolom transmitter (mengirim data dari komputer ke modul EB500), mengirimkan karakter set name DOWNLOADER_BLUETOOTH * [enter]. Setelah dikirim karakter di atas, maka modul EB500 akan mengirim karakter ACK (acknowledge). Pada Gambar 12 disajikan tampilan window untuk pengaturan nama bluetooth.

Gambar 12. Tampilan Pengaturan Nama Bluetooth

 Pengaturan Password Pada software terminal.exe pada kolom transmitter (mengirim data dari komputer ke modul EB500), mengirimkan karakter set passkey 090305 * [enter]. Setelah karakter di atas dikirim, maka modul EB500 akan mengirim karakter ACK (acknowledge). Pada Gambar 13 merupakan tampilan window untuk pengaturan nama bluetooth.

59


Gambar 13. Tampilan Pengaturan Password

Setelah pengaturan modul EB500 selesai dilakukan selanjutnya menuju ke proses perancangan software mikrokontroler ATMega8. Mikrokontroler ATMega8 digunakan untuk melakukan komunikasi data dengan komputer melalui transceiver Bluetooth dan juga untuk mengontrol mikrokontroler target yang akan di-download. Untuk lebih jelasnya akan dibahas diagram alir software ATMega8 yang terbagi menjadi diagram alir utama, diagram alir membaca port serial, diagram alir pemisahan data, diagram alir klasifikasi data, diagram alir pengiriman ke komputer dan diagram alir protokol ISP.

Gambar 14. Diagram Alir Utama

 Subrutin Membaca Port Serial  Diagram Alir Utama Pada Gambar 14 mikrokontroler ATMega8 memeriksa port serial apakah ada data atau tidak. Jika tidak ada data serial, maka mikrokontroler akan memeriksa kembali port serial. Jika ada data, maka data tersebut akan disimpan ke dalam suatu variabel. Variabel tersebut akan dipisahkan data yang ada di dalamnya, karena data tersebut mengandung message_start, sequence_number, message_size, token, message_body, dan check_sum. Setelah data dipisahkan, data message_body diambil dan mikrokontroler melakukan klasifikasi data tersebut. Jika data tersebut membutuhkan parameter mikrokontroler target, maka mikrokontroler akan memerintahkan mikrokontroler target masuk ke mode serial programming.

Gambar 15. Diagram Alir Pengambilan Data

Realisasi program pada Gambar 15. di atas adalah sebagai berikut:

60

Ardiansyah: IN SYSTEM PROGRAMMING AVR MENGGUNAKAN KONEKSI BLUETOOTH int main(void) { USART_vInit(); for(;;){ stkPoll(); // fungsi untuk mengambil data } return 0; } //fungsi stkPoll void stkPoll(void) { if ((UCSRA&(1<
((UCSRA&(1<
Gambar 16. Diagram Alir Cek Paket Data rxBuffer[rxPos++] = c; //rxpos sekarang + 1 (untuk selanjutnya) } //rxBuffer[] = data serial yang masuk else{ if(rxPos < BUFFER_SIZE){ if(rxPos == 4){ /* do we have length byte? */ rxLen.bytes[0] = rxBuffer[3]; rxLen.bytes[1] = rxBuffer[2]; rxLen.word += 6; if(rxLen.word > BUFFER_SIZE){ /* illegal length */ rxPos = 0; /* reset state */ } }else if(rxPos == 5){ if(c != STK_TOKEN){ rxPos = 0; /* reset state */ } }else if(rxPos > 4 && rxPos == rxLen.word){ // complete uchar sum = 0; uchar *p = rxBuffer; while(rxPos){ /* decrement rxPos down to 0 -> reset state */ sum ^= *p++; rxPos--; } if(sum == 0){ /* check sum is correct, evaluate rx message */ rxBlockAvailable = 1; }else{ /* checksum error */ txBuffer[STK_TXMSG_START]=STK_ANSWER_C KSUM_ERROR; //kirim pos ke 5 dan 6

61

WIDYA TEKNIK Vol. 10, No. 1, 2011 (54-67) txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] =STK_ANSWER_CKSUM_ERROR; //kirim pos ke 6 stkSetTxMessage(2); } } }else{ /* overflow */ rxPos = 0; /* reset state */ } }

 Subrutin Klasifikasi Data Perintah yang dikirimkan oleh komputer pengguna harus direspon oleh mikrokontroler. Oleh karena itu perintah tersebut harus di klasifikasikan terlebih dahulu. Perintahperintah tersebut dibaca oleh mikrokontroler, sehingga mikrokontroler dapat menentukan respon atas perintah yang dikirimkan oleh komputer. Realisasi program sebagai berikut: void stkEvaluateRxMessage(void) /* not static to prevent inlining */ { uchar i, cmd; utilWord_t len = {2}; /* defaults to cmd + error code */ void *param; cmd = rxBuffer[STK_TXMSG_START]; txBuffer[STK_TXMSG_START] = cmd; txBuffer[STK_TXMSG_START+1]= STK_STATUS_CMD_OK; param = &rxBuffer[STK_TXMSG_START + 1]; if(cmd==STK_CMD_SIGN_ON){ static PROGMEM uchar string[] = {8, 'S', 'T', 'K', '5', '0', '0', '_', '2', 0}; uchar *p = &txBuffer[STK_TXMSG_START + 2]; strcpy_P(p, string); len.bytes[0] = 11; } else if(cmd==STK_CMD_SET_PARAMETER){ setParameter(rxBuffer[STK_TXMSG_START+1], rxBuffer[STK_TXMSG_START + 2]); } else if(cmd==STK_CMD_GET_PARAMETER){ txBuffer[STK_TXMSG_START+2]=getParameter(rxB uffer[STK_TXMSG_START + 1]); len.bytes[0] = 3; } else if(cmd==STK_CMD_OSCCAL){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = STK_STATUS_CMD_FAILED; } else if(cmd==STK_CMD_LOAD_ADDRESS){ for(i=0;i<4;i++){ stkAddress.bytes[3-i] = rxBuffer[STK_TXMSG_START + 1 + i]; } } else if(cmd==STK_CMD_ENTER_PROGMODE_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispEnterProgmode(param);

62

} else if(cmd==STK_CMD_LEAVE_PROGMODE_ISP){ ispLeaveProgmode(param); } else if(cmd==STK_CMD_CHIP_ERASE_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispChipErase(param); } else if(cmd==STK_CMD_PROGRAM_FLASH_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispProgramMemory(param, 0); } else if(cmd==STK_CMD_READ_FLASH_ISP){ len.word=1+ispReadMemory(param,(void*)&txBuffer[ STK_TXMSG_START + 1], 0); } else if(cmd==STK_CMD_PROGRAM_EEPROM_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispProgramMemory(param, 1); } else if(cmd==STK_CMD_READ_EEPROM_ISP){ len.word=1+ispReadMemory(param,(void*)&txBuffer[ STK_TXMSG_START + 1], 1); } else if(cmd==STK_CMD_PROGRAM_FUSE_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispProgramFuse(param); } else if((cmd==STK_CMD_READ_FUSE_ISP)||(cmd==ST K_CMD_READ_LOCK_ISP)||(cmd==STK_CMD_RE AD_SIGNATURE_ISP)||(cmd==STK_CMD_READ_ OSCCAL_ISP)){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 2] = ispReadFuse(param); txBuffer[STK_TXMSG_START + 3] = STK_STATUS_CMD_OK; len.bytes[0] = 4; } else if(cmd==STK_CMD_PROGRAM_LOCK_ISP){ txBuffer[STK_TXMSG_START + 1] = ispProgramFuse(param); } else if(cmd==STK_CMD_SPI_MULTI){ len.word= 1 + ispMulti(param, (void *)&txBuffer[STK_TXMSG_START + 1]); }

Dari potongan program di atas, mikrokontroler membaca perintah yang dikirimkan dan merespon atas perintah dari komputer sesuai ketentuan protokol STK500. Misal, perintah yang dikirimkan ialah STK_CMD_SIGN_ON, maka mikrokontroler mengirimkan karakter STK500_2 menuju komputer melalui port serial.


 Subrutin Protokol ISP Subrutin ini berfungsi untuk mengontrol mikrokontroler target agar mikrokontroler target masuk pada mode serial programming. Setelah masuk ke serial programming, maka mikrokontroler downloader akan bertindak sebagai master dan mikrokontroler target akan bertindak menjadi slave. Diagram alir pemrogramannya dapat dilihat pada Gambar 17.

yang dikirimkan. Data yang dikirimkan sesuai aturan protokol In System Programming.  Subrutin Kirim Data Ke Komputer Fungsi ini digunakan untuk mengirim data ke komputer melalui port serial mikrokontroler. Pada protokol STK 500 mengharuskan mikrokontroler downloader mengirim respon perintah yang diterima dari komputer. Diagram alir pemrogramannya dapat dilihat pada Gambar 18.

Gambar 17. Diagram Alir Protokol ISP

Realisasi program sebagai berikut: static uchar ispBlockTransfer(uchar *block, uchar len) { uchar cnt, shift = 0, port, delay = ispClockDelay; cli(); port=PORT_OUT(HWPIN_ISP_MOSI)&~(1 <
Port MOSI akan mengirim suatu parameter sesuai perintah yang dikirimkan komputer sampai data habis, setelah itu port MISO akan menerima data hasil respon perintah

Gambar 18. Diagram Alir Pengiriman Data Ke Komputer

Implementasi ke dalam program sebagai berikut: static void stkSetTxMessage(uint len) { uchar *p = txBuffer, sum = 0; *p++ = STK_STX; //message start *p++ = rxBuffer[1]; /* sequence number */ *p++ = utilHi8(len); //message size msb *p++ = len; //message size lsb *p++ = STK_TOKEN; //token txPos = 0; len += 6; txLen = len--; p = txBuffer; while(len--){ sum ^= *p++;} *p = sum; for (a=0;a
63

WIDYA TEKNIK Vol. 10, No. 1, 2011 (54-67) USART_vSendByte(txBuffer[a]); } }

USART_vSendByte(txBuffer[a]); ialah fungsi untuk mengirimkan data ke komputer dari port serial mikrokontroler downloader. Alat ini digunakan untuk men-download program ke mikrokontroler target dengan menggunakan koneksi bluetooth. Prosedur yang dilakukan pengguna sebagai berikut: 1. Komputer atau laptop yang akan digunakan telah terpasang bluetooth dongle dan drivernya telah terinstal; 2. Catu daya mikrokontroler target yang akan di program dinyalakan; 3. Pasangkan alat ini ke mikrokontroler target; 4. Koneksikan bluetooth dongle dengan alat ini, setelah terkoneksi, maka alat ini akan memberikan alamat com port untuk jalur komunikasinya; 5. Pada software compiler CodeVisionAVR atur penggunaan com port dan protokol yang akan digunakan. Atur protokol yang digunakan ialah Atmel STK500/AVRISP dan com port yang digunakan harus sesuai dengan com port yang telah diberikan oleh modul EB500; 6. Untuk meng-compile dan men-download program tekan shift + F9. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Pada bagian selanjutnya akan dilakukan pengukuran dan pengujian alat yang meliputi pengujian modul Bluetooth EB500, pembuktian program, pengujian waktu yang dibutuhkan untuk men-download program dengan jarak sebagai variabel pembandingnya, pengujian waktu yang dibutuhkan untuk men-download program dengan besar program sebagai variabel pembandingnya, dan pengukuran dan pengujian alat secara keseluruhan. Hasil dari pengujian diharapkan dapat mengetahui seberapa besar tingkat keberhasilan dan kesalahannya. Alat yang digunakan untuk melakukan pengujian meliputi:  Stopwatch;  Software Free Port Serial Monitor;  Software Terminal;  Meteran. Pengujian dilakukan terhadap Modul Bluetooth EB500 dengan menggunakan software terminal.exe yang sering dipakai untuk mengecek konektivitas Port Serial. Adapun hubungan antara PC, EB500 serta mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 19 64

di bawah ini. Pengukuran dilakukan dengan mengirimkan beragam karakter kode dari PC yang telah ditentukan sebelumnya serta melihat karakter yang dikirimkan kembali ke PC oleh mikrokontroler melalui Modul Bluetooth EB500 tersebut dalam jarak 5 m, jarak tersebut dipilih karena ruangan presentasi tempat alat tersebut nantinya berada tidak terlalu besar, sehingga jarak antara pengguna dan alat tersebut juga tidak telalu jauh. Komunikasi Bluetooth yang akan diuji ini menggunakan Port komunikasi COM4.

Gambar 19. Hasil Pengujian Sinkronisasi Antara Modul EB500 Dengan Bluetooth Dongle

Dari hasil pengujian sinkronisasi modul EB500 dengan komputer dapat dilihat pada Gambar 19. Data yang dikirimkan dari komputer dapat diterima dan dikirimkan kembali ke komputer sesuai dengan data yang di-input-kan oleh komputer. Hal tersebut dapat tercapai karena modul EB500 dan komputer pengguna telah tersinkronisasi dengan baik. Karena parameter antara lain: baudrate, ukuran data, stop bit kedua device ini telah sama. Aplikasi dari sinkronisasi antara komputer dan modul ini terletak pada respon alat ini atas data yang dikirimkan oleh komputer pengguna. Jika tidak sinkron, maka alat ini tidak akan merespon request dari komputer pengguna, karena data yang diterima oleh alat ini tidak sesuai dengan data yang dikirimkan oleh komputer pengguna. Pembuktian program yang digunakan alat ini dengan menggunakan software Free Port Serial Monitor yang berfungsi untuk memonitor port serial dari komputer. Pada sisi pengguna terdapat komputer yang telah terpasang bluetooth dongle, dan terdapat didalamnya software compiler CodeVisionAVR. Sebelum menggunakan alat ini, pada software compiler


di-setting terlebih dahulu jenis programmer yang digunakan dan pada com yang telah ditentukan. Pada pembuktian program yang dilakukan menggunakan perintah read_chip_signature, yaitu perintah untuk membaca jenis chip pada mikrokontroler target. Pada compiler CodeVisionAVR pilih toolsChip Programmer read Chip Signature. Dari hasil pembuktian di atas dapat dilihat bahwa protokol yang digunakan telah sesuai dengan dasar teori protokol STK 500. Pembuktian di atas dibagi menjadi 2 bagian, yaitu dari sisi mikrokontroler dan sisi komputer. Pada sisi komputer terlihat bahwa setiap melakukan perintah (misal: CMD_SIGN_ON) selalu dibungkus oleh suatu aturan pengiriman. Pada sisi mikrokontroler terdapat data 1B 01 00 0B 0E 01 08 53 54 4B 35 30 30 5F 32 02. Data tersebut ialah pengiriman respon mikrokontroler terhadap perintah dari komputer dengan perintah CMD_SIGN_ON dengan cara pengiriman karakter STK500_2. Pengiriman data tersebut selalu dibungkus dengan protokol STK 500 dengan melalui MESSAGE_START (0x1B), SEQUENCE_NUMBER (0x00 – 0xFF), MESSAGE_SIZE (data 2 bit), TOKEN (0x0E), MESSAGE_BODY (0 sampai 65535 bit), dan CHECK_SUM (data 1 bit). Pengujian waktu yang dibutuhkan untuk proses download alat ini menggunakan software compiler CodeVisionAVR dengan besar memory flash 7,2 % dari memory flash dari mikrokontroler ATMega32. Pengukuran ini menggunakan bantuan stopwatch digital untuk mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mendownload program sebesar 7,2 % dari memori flash ATMega32. Setelah program telah dituliskan, tekan shift + F9 untuk memulai men-download program ke mikrokontroler target. Bersamaan dengan stopwatch memulai berjalan sampai program telah selesai didownload. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2. Prosedur pengukuran dilakukan berulang-ulang dengan mengubah jarak antara pengguna dan downloader. Dari pengukuran waktu yang dibutuhkan proses download dengan metode line of sight (tanpa halangan) terlihat bahwa pada jarak 17 meter bluetooth tidak dapat terdeteksi oleh pengguna. Area coverage dari modul EB500 adalah 10 meter karena pada modul ini kelas bluetooth yang terpasang ialah kelas 2. Area coverage modul EB500 terlihat bahwa modul ini mampu mencakup area sampai dengan jarak 16 meter. Waktu yang dibutuhkan untuk download program dengan ukuran 7,2 % dari

Tabel 2. Hasil Pengukuran Waktu Yang Dibutuhkan Proses Download Mikrokontroler Target Dengan Metode Line of Sight Jarak (m) Waktu (detik) 1 14,53 2 16,78 3 16,13 4 15,9 5 14,53 6 17,66 7 17,28 8 17,97 9 16,67 10 16,16 11 17,01 12 16,48 13 15,96 14 17,26 15 19,24 16 17,11 17 Tidak Terdeteksi 18 Tidak Terdeteksi 19 Tidak Terdeteksi 20 Tidak Terdeteksi

memory flash dari mikrokontroler ATMega32 membutuhkan waktu 14-20 detik. Dari pengukuran di atas terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan tidak konstan selalu berubah-ubah, hal ini dikarenakan media perantara berupa udara yang mengandung banyak partikelpartikel, sehingga komunikasi antara pengguna dan alat sedikit terganggu. Setelah program telah dituliskan, tekan shift + F9 untuk memulai men-download program ke mikrokontroler target. Bersamaan dengan stopwatch memulai berjalan sampai program telah selesai di download. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 3. Prosedur pengukuran dilakukan berulang-ulang dengan mengubah jarak antara pengguna dan downloader. Penghalang yang terpasang pada alat dipasang secara keseluruhan menutupi alat ini, melainkan masih terdapat celah udara yang masuk. Material penghalang antara lain: triplek, alumunium, plastik, dan kardus. Pada pengujian waktu yang dibutuhkan untuk proses download dengan menggunakan penghalang dengan berbagai macam material terlihat bahwa penghalang dapat mempengaruhi waktu download. Waktu yang dibutuhkan sangat bervariatif karena media perantara komunikasi menggunakan udara yang mengandung banyak partikel-partikel, sehingga komunikasinya terganggu. Dan juga dengan adanya penghalang, maka akan semakin menambah lama waktu download.

65

WIDYA TEKNIK Vol. 10, No. 1, 2011 (54-67) Tabel 3. Hasil Pengukuran Kecepatan Proses Download Mikrokontroler Target Dengan Menggunakan Halangan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Waktu dengan halangan triplek (detik) 14,37 15,81 16,59 16,82 14,25 14,03 14,28 19,29 18,87 19,74

11

18,6

12

18,77

13

17,31

14

19,26

15

16,2

16

16,26

Jarak (m)

17 18

Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi

Waktu dengan halangan alumunium (detik) 16,96 16,18 16,28 15,47 16,78 22,28 25,72 18,45 21,23 21,25 Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi Tidak Terdeteksi

Waktu dengan halangan plastik (detik) 16,32 16,34 16,29 16,06 14 15,16 19,91 19,03 15,28 16,86

Waktu dengan halangan kardus (detik) 14,47 14,97 16,22 14,82 14,94 14,6 16,22 15,67 15,11 16,22

15,75

16,68

19,59

17,49

22,51

16,92

16,15

19,02

16,36

19,29

37,34

45,51



Pengujian waktu yang dibutuhkan untuk proses download alat dengan ukuran program sebagai variabel pembandingnya menggunakan software compiler CodeVisionAVR dan stopwatch. Setelah program telah dituliskan, tekan shift + F9 untuk memulai men-download program ke mikrokontroler target. Bersamaan dengan stopwatch memulai berjalan sampai program telah selesai di download. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4. Prosedur pengukuran dilakukan berulang-ulang dengan mengubah jarak antara pengguna dan downloader. Dari hasil pengujian di atas terlihat bahwa besar ukuran program yang akan didownload ke mikrokontroler target sangat berpengaruh terhadap waktu yang dibutuhkan untuk proses download dari alat ini. Semakin besar ukuran program yang akan di-downlaod, maka waktu download akan semakin lama, dan sebaliknya.

66

Tabel 4. Hasil Pengukuran Kecepatan Proses Download Mikrokontroler Target Jarak Jarak (m) Ukuran (bit) Waktu (detik) 5 606 7,73 5 1690 12,54 5 2370 15,33 5 3372 19,23 5 3918 21,47 5 4532 23,25 5 4918 25,33 5 5402 28,81 5 5896 30,79 5 6574 32,78 5 7034 34,36

Hal ini dikarenakan karena semakin besar program maka semakin banyak data yang harus dikirimkan ke mikrokontroler target, sehingga dibutuhkan waktu yang panjang untuk ukuran program yang besar. Alat ini bertujuan untuk mengurangi penggunaan tenaga bagi programmer untuk memprogram suatu mikrokontroler yang akan diprogram khususnya mikrokontroler bergerak. Pada Tabel 5 disajikan perbedaan penggunaan tenaga programmer antara downloader kabel dan downloader bluetooth. Tabel 5. Tabel Perbedaan Penggunaa Tenaga Antara Downloader Kabel dan Downloader Bluetooth Downloader No. Downloader Kabel Bluetooth Jika ingin menJika ingin men-download download ulang ulang robot, robot harus robot, robot tidak 1 angkat dan didekatkan perlu di angkat ke komputer pengguna. mendekati komputer pengguna. Kabel down-loader Tidak perlu (USB) harus di mengkoneksikan koneksikan ke kabel apapun ke 2 komputer pengguna komputer pengguna, setiap kali karena menggunakan programmer ingin koneksi bluetooth. men-download ulang.

Dari Tabel 5 di atas dapat diambil kesimpulan bahwa dengan menggunakan alat ini (downloader bluetooth) para pengguna dapat menghemat penggunaan tenaga mereka, karena tidak perlu lagi mengangkat kembali mikrokontroler bergerak (robot) mendekati pengguna. Manfaat alat ini sangat besar, karena mampu mengurangi penggunaan tenaga programmer secara signifikan. Untuk menggunakan alat ini para pengguna harus


membeli alat ini sekitar Rp. 500.000,00. Daftar komponen yang menyusun alat ini dapat dilihat pada Tabel 6. No. 1 2 3 4 5

Tabel 6. Daftar Komponen Alat Komponen Harga, Rp. Rangkaian Minimum Sistem 70.000 ATMega8 Modul EB 500 300.000 Kabel + Casing 30.000 Bluetooth Dongle 20.000 CD + Kertas + Plastik 5.000 Total 420.000

Pembeli yang akan membeli alat ini akan mendapat 1 paket pembelian yang terdiri dari downloader AVR bluetooth, CD + Manual book, bluetooth dongle, dan kemasan berupa plastik. Harga jual Rp. 500.000,00 dan harga produksi sebesar Rp. 420.000,00, jika laku terjual maka akan mendapatkan keuntungan Rp. 80.000,00. Pangsa penjualan alat ini ialah toko elektronik (digi-ware, delta-electronic, el-tech, dan lain-lainnya) yang akan membeli partai (grosir), dan publik terkait. Pada pengukuran alat ini akan diuji dengan men-download program menuju suatu robot. Pengguna akan men-download program dengan berbagai algoritma jalan yang berbeda. Setelah program telah dituliskan, tekan shift + F9 untuk memulai men-download program ke mikrokontroler target. Bersamaan dengan stopwatch memulai berjalan sampai program telah selesai di-download. Mikrokontroler target yang berada pada badan robot bertipe AT Mega32. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Tabel 7. Prosedur pengukuran dilakukan berulang-ulang dengan mengubah algoritma jalan robot. Tabel 7. Hasil Pengujian Alat Dengan Menggunakan Robot Sebagai Mikrokontroler Target Algoritma jalan robot Keterangan Maju sampai ada halangan Sesuai didepan robot dan berhenti Maju sampai ada halangan didepan robot dan hadap Sesuai kanan Maju sampai ada halangan didepan robot dan hadap Sesuai kiri Maju sampai sisi kanan Sesuai robot kosong dan berhenti Maju sampai sisi kiri robot Sesuai kosong dan berhenti

Dari hasil pengujian di atas, dapat disimpulkan bahwa program yang di-download oleh pengguna sesuai dengan program yang telah direncanakan.

KESIMPULAN Dari hasil penelitian dan pembahasan yang meliputi hasil perancangan, pembuatan dan pengujian alat, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain: 1. Alat ini dapat menghemat tenaga programmer dengan sangat signifikan; 2. Alat ini memiliki nilai jual yang tinggi karena memiliki manfaat yang tinggi, harga jual alat ini Rp. 500.000,00 dengan biaya produksi Rp. 420.000,00 sehingga keuntungan sebesar Rp. 80.000,00; 3. Jangkauan area coverage dari modul EB500 ini sampai 10 meter, tetapi setelah dilakukan pengujian area coverage menjadi 16 meter; 4. Waktu yang dibutuhkan dengan menggunakan metode line of sight (tanpa halangan) dengan jarak antara pengguna dan alat antara 1-16 meter dan besar program 7,2 % dari memori flash mikrokontroler AT Mega 32 antara 14 – 20 detik. 5. Waktu yang dibutuhkan dengan menggunakan halangan berbagai material dengan jarak 6. antara pengguna dan alat antara 1 – 16 meter besar program 7,2 % dari memory flash mikrokontroler ATMega32 berkisar antara 14-45 detik; 7. Waktu yang dibutuhkan dengan menggunakan metode line of sight pada jarak 5 meter dengan ukuran program antara 606 sampai 7034, sebesar 7-34 detik. DAFTAR PUSTAKA [1] Mazidi, M. A., dan Kawan-kawan, The 8051 Microcontroller and Embedded Systems Using Assembly and C, Hlm. 28, Pearson Education, New Jersey, 2006 [2] Atmel Corporation, ATMega8 Datasheet, Atmel 8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes in-system Programmable Flash, Atmel Corporation, San Jose:2008 [3] Court, D., EB500, www.parallax.com/dl/docs/prod/comm/ eb500.pdf., Diakses 5 Januari 2011 [4] Atmel Corporation, STK500 Communication Protocol, www.atmel.com/dyn/resources/prod_docu ments/doc2591.pdf., Diakses 5 Januari 2011 [5] Atmel Corporation, In-System Programming, ww.atmel.com/dyn/ resources/prod_documents/doc0943.pdf, Diakses 5 Januari 2011 67

IN SYSTEM PROGRAMMING AVR MENGGUNAKAN KONEKSI BLUETOOTH

Recommend Documents