Mengenal dasar AVR dan arsitektur Atmega 8535

Mengenal dasar AVR dan arsitektur Atmega 8535

Apa itu AVR? AVR merupakan keluarga mikrokontroller RISC keluaran Atmel, AVR singkatan dariAdvance Virtual RISC  dan ada juga yang menyebutnya kependekan dari Alf and Vegard RISC.

Salah satu alasan Bahasa assembler digunakan karena kita ingin  melihat efeknya terhadap isi register dan memory.  Bagi pelajar atau mahasiswa yang sedang mempelajari arsitektur komputer  atau microprosessor sebaiknya  menggunakan bahasa Asembler selain mempelajari bahasa C .

Untuk membuat program assembler kita harus mengetahui peta memori, register-register dan arsitektur AVR.  Register digunakan untuk menyimpan data sementara  fungsinya mirip sepeti RAM tapi register biasanya diakses  dengan  nama buka lokasi alamat  sepeti mengakses  RAM.

Peta Memori

Memori di AVR terbagi menjadi  2 bagian:

1. Program memori

2. Data Memori (General Purpose Register (GPR), Register khusus (SFR),  RAM dan EEPROM)

Gambar Memory AVR

1. Program Memory

ATMega8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory 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 user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader.

2. Data Memory

Data Memory AVR di alokasikan untuk :

1.  Register File (GPR, general purpose reg), terdiri dari 32 register.

2.  I/O register (SFR,special purpose reg) terdiri dari 64    register.

3.  Internal data SRAM.

2.a   General Purpose Register (GPR)

AVR mempunya  32 register   untuk menyimpan data sementara  register  tersebut adalah R0 sampai R31 berada di lokasi memory terendah (00H~1FH). Register ini berlaku seperti register Accumulator pada microprosessor lain. Register ini digunakan untuk operasi logika dan aritmetik

2.b   IO register    (SFR)

Dialokasikan untuk register2 fungsi khusus spt register untuk  Timer, ADC ,IO port,UART, dll.  contoh register dilokasi ini: DDRA,DDRB,PORTA,PINA,UCSRA dll

2.c  General Purpose RAM

RAM adalah tempat menyimpan data umum yang tidak bisa langsung diakses oleh CPU , tapi harus melalui register.

Mesti diingat! kita tdk bisa mencopy sebuah nilai langsung ke I/O register atau RAM harus melalui registers

Gambar SRAM

Perpindahan  data  di antara  Data memori (GPR-SFR-SRAM) dan Instruksinya antara lain:

- SRAM ke GPR       : LDS

- GPR ke SRAM       : STS

- SFR ke SRAM        :  none

- SRAM ke SFR        :  none  

- SRAM ke SRAM    :  none

- GPR ke GPR          :  MOV

- SFR ke GPR           :  IN

- GPR ke SFR           :  OUT

Instruksi perpindahan data memori

Perintah untuk mengakses  RAM  adalah LDS dan STS, contoh :

 STS 0×0060, R1
isi dari  register R1  di copy ke  lokasi  0×0060 di  SRAM

 LDS R1, 0×0060

isi  SRAM  alamat  0×0060  di copy ke  register.

Contoh penjumlahan 2 bilangan dilokasi memory   , step yg akan dilalui sbb :

1. Bilangan pertama dicopy dari RAM  ke R3

2. Bilangan ke dua di copy dari RAM ke R2

3   ALU akan menjumlahkan R2 dan R3 ,

4   Hasil disimpan ke R3  dan di copy ke RAM.

 EEPROM Data Memory

ATMega8535 memiliki EEPROM sebesar 512 byte untuk menyimpan data Nonvolatile artinya jika power off data tidak hilang.  Lokasinya terpisah dengan system address register.

Register-register  khusus untuk mengakses EEPROM yaitu :

1. EEADRH dan EEADRL = register  menyimpan alamat EEPROM tujuan

2. EEDR  = data yang akan disimpan ke EEPROM di copy ke register ini.

3. EECR  =  register untuk  pengontrolan  menulis dan membaca. yang digunakan cuma  bit 3~ bit 0 :

• Bit 3– EERIE: EEPROM Ready Interrupt Enable
• Bit 2 – EEMWE: EEPROM Master Write Enable
• Bit 1 – EEWE: EEPROM Write Enable
• Bit 0 – EERE: EEPROM Read Enable

waktu penulisan ke EEPROM lebih lama dari pada ke RAM.

Contoh  Code  untuk menulis data yg ada di register R16 ke EEPROM:

; tunggu penulisan sebelumnya komplit 

sbic EECR,EEWE

rjmp EEPROM_write

; simpan alamat EEPROM  tujuan (misal ada di R17 dan R18) ke register EEARH (MSB) dan EEARL (LSB)

out EEARH, r18

out EEARL, r17

out EEDR,r16                            ; data di r16  di copy ke  Data Register EEPROM

sbi EECR,EEMWE                     ; Write logical one to EEMWE

; Start eeprom write by setting EEWE

sbi EECR,EEWE

Register Status

Status Register adalah register yang memberikan informasi yang dihasilkan dari eksekusi instuksi aritmatika.Informasi ini berguna untuk mencari alternatif alur program sesuai dengan kondisi yang dihadapi.

Register Status

Bit 7 – I : Global Interrupt Enable

Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akan clear ketika ada interrupt

yang dipicu dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi, maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi SEI.

Bit 6 – T : Bit Copy Storage

Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit.

Bit 5 – H : Half Carry Flag

Bit 4 – S : Sign Bit

Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement Overflow Flag V.

Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag

Digunakan dalam operasi aritmatika

Bit 2 – N : Negative Flag

Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.

Bit 1 – Z : Zero Flag

Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.

 Bahasa Assembler AVR

Bahasa yang dipakai untuk memprogram mikrokontroler AVR adalah bahasa assembly AVR atau bahasa C.  Bahasa assembler digunakan  karena kita dapat  melihat perubahan isi  register dan data  memory.

Program bahasa assembler terdiri dari 2 bagian yaitu

1. Pengarah /directive

Antara lain: INCLUDE, EQU,SET,ORG

Contoh Pengarah :

.include “m8535def.inc”       

             .org 0×0000         

2. Instruksi

Format instruksi  :     label:  mnemonic operand            ;comment
Contoh Instruksi  MOV R1,R2

Contoh program assembler sederhana

Jalankan Program dibawah ini dengan AVR STudio

.include “m8535def.inc”    //file definisi jenis  microcontroller     

.org 0×0000               //set alamat awal (original)   

rjmp main                

main:       ldi R16,low(RAMEND) //lokasi akhir RAM untuk stack(SP)

                     out SPL,R16          //LSB                    

                    ldi R16,high(RAMEND)

                   out SPH,R16          //MSB       

 ulang:    ldi R16,0xff

                    out ddra, R16       //port A sebagai output

                   cbi PortA,1         //pin 1 portA=0

                   sbi PortA,1         //pin 1 portA=1

                   rjmp ulang

Langkah langkah

–          Buka AVR Studio IDE

–          Buka project baru , pilih type project :  AVR Assembler

–          Ketik nama project : tugas1

–          Pilih  Debug Flatform : AVR Simulator

–          Pilih Device : ATmega8535 lalu klik finish.

–          Ketik program diatas di jendela kode.

–          Klik Build and Run untuk menjalankan program.

–          Tekan tombol  F11 untuk mengeksekusi tiap baris instruksi.

AVR Studio4

Penjelasan Program

.include “m8535def.inc”

Baris ini  digunakan untuk mMenentukan jenis mikrokontroler yang digunakan dengan cara memasukkan file definisi device (m8535def.inc) ke dalam program utama.

.org 0×0000

Baris ini  digunakan untuk  menuliskan awal alamat program, yaitu 0×0000. Hal ini dimaksudkan agar program memory tidak tumpang tindih dengan data memory.

             ldi r16,low(RAMEND) //lokasi akhir RAM untuk stack(SP)

               out SPL,r16          //LSB                    

               ldi r16,high(RAMEND)

              out SPH,r16          //MSB   

Empat  baris instruksi ini untuk menentukan isi Stack Pointer dengan address terakhir RAM (RAMEND). Untuk ATMega8535 yaitu 0x025F.

Contoh 2 , program penjumlahan  isi register 16 dan register 17 ,hasil disimpan di register16.

.include “m8535def.inc”
.org 0×00
rjmp main
main: ldi r16,low(RAMEND)
out SPL,r16
ldi r16,high(RAMEND)
out SPH,r16

ldi r16,0×08
ldi r17,0×80
add r16,r17                 ; R16 =R16+R17
here: rjmp here

beberapa Instruksi Assembler

Instruksi Transfer Data

Instruksi	Arti	contoh
LDI Rd,K  RD = K    .d=16-31.  K = 0-255	Artinya  copy  data 8 bit ke GPR  (hanya R16~R31).	LDI R16, 0xf LDI R31,8     //desimal 8
ADD Rd,Rr	Rd = Rd + Rr
LDS Rd,K(LoaD direct to data Space)Rd = isi alamat K  ,    d =0~31   K = 0~FFFF	Copy isi alamat K ke RD	LDS R20,0×1.copy alamat 0×0001 (R1) ke R20.
STS K, Rr(Store direct To data Space)	Mengcopy isi register Rr ke lokasi memory K	1) STS 0×1 ,R10copy isi R10 ke  alamat 0×0001 (R1).2) LDI R16,0×55 STS 0×38,R16    // 0×38(PortB) = 0×55
IN Rd,A	isi GPR dgn memori relatif SFR	IN R20,0×16 (PINB=mem adress 0×36, relatif adress 0×16) artinya isi R20 = PINB untuk instruksi IN  lebih baik ganti “A” dgn nama jadi IN R20,0×16 sama dengan IN R20 ,PINB
OUT A,Rr	isi reg i/o  dengan Rr	Out PORTD,R10
JMP	spt  goto  bahasa C	lagi : IN R16, PINB OUT PORTC,R16 JMP lagi
MOV	Mengcopy data di antara register GPR	MOV R10, R20

Instruksi Operasi  Aritmatika

Instruksi	Arti	Contoh
ADD	Menambahkan isi dua register.	add r15,r14 ; r15=r15+r14
ADC	Menambahkan isi dua register dan isi carry flag	adc r15,r14 ; r15=r15+r14+C
SUB	Mengurangi isi dua register.	sub r19,r14 ; r19=r19-r14
MUL	Mengalikan dua register. Perkalian 8 bit dengan 8 bit menghasilkan bilangan 16 bit yang disimpan di r0untuk byte rendah dan di r1 untuk byte tinggi. Untuk memindahkan bilangan 16 bit antar register registerdigunakan instruksi movw (copy register word)	mul r21,r20 ; r1:r0=r21*r20

Instruksi Logika

Instruksi	Arti	Contoh
AND Rm,Rn	Rm=Rm & Rn	AND Rr23,R27
ANDI Rn,kontanta	Rn=Rn & konstanta	ANDI R25,0b11110000
OR	R18 = R18 OR R17	OR R18, R17
ORI	Rn = Rn OR konstanta	ori r15,0xfe
INC	Rn = Rn + 1	INC R16
DEC	Rn = Rn – 1	DEC R16
CLR	Rn = 0	CLR R15 ;   R15=0×00
SER	Rn=0xFFh	SER R16 ; r16=0xff

Instruksi I/O

Instruksi	Arti	Contoh
IN	membaca data I/O port ke dalam register	IN R16,PinA
OUT	menulis data register ke I/O port	OUT PortA,R16
LDI (load immediate)	menulis konstanta ke register sebelum konstanta tersebut	LDI R16,0xFF
SBI (set bit in I/O)	membuat logika high pada sebuah bit I/O port	SBI PortB,7
CBI (clear bit in I/O)	membuat logika low pada sebuah bit I/O port	CBI PortB,5
SBIC (skip if bit in I/O is clear)	lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi clear/low	SBIC PortA,3
SBIS (skip if bit in I/O is set)	lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi set/high	SBIS PortB,3

Operasi Percabangan/Instruksi Percabangan

istruksi	arti	contoh
sbic (skip if bit in I/O is leared)	Skip jika bit I/O yang diuji clear	SBIC PINB,0; Skip if Bit 0 on port B is 0    RJMP ATarget ; Jump to the label ATarget
sbis (skip if bit in I/O is set)	Skip jika bit I/O yang diuji set
sbrc (skip if bit in register is lear)	Skip jika bit dalam register yang diuji clear
cp (compare)	Membandingkan isi dua register	cp r16,r18 ;brne lompat ;(menuju lompat jika r16=r18)
cpi (compare with immediate)	Membandingakan isi register dengan konstanta tertentu	cpi r16,5 ; r16=5 ?breq lagi ;(menuju  lagi jika  r16 = 5
breq (branch if equal)	Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah sama
brne (branch if not equal)	Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah tidaksama
rjmp (relative jump)	Lompat ke label tertentu
rcall (relative call)	Memanggil subrutin.
ret (return)	Keluar dari sub rutin.
CPSE(ComPare Skip if Equal)	Compare R1 and R2, skip if equal	CPSE R1,R2

Berikut beberapa contoh Program :

1.  Operasi Percabangan

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

rjmp main

main: ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

clr r16 ; r16=0×00

naik: inc r16 ; increment r16

cpi r16,5 ; r16=5 ?

breq lagi ; branch to lagi if r16 = 5

rjmp naik ; jump to naik if r16 ≠ 5

lagi: ldi r18,5 ; r18 = 5

dec r16 ; decrement r16

cp r16,r18 ; compare r16 & r18

brne lompat ; branch to lompat if r16=r18

rjmp lagi ; jump to lagi if r16≠r18

lompat: rcall rutin1

rcall rutin2

henti: rjmp henti

rutin1: mov r17,r16

ret

rutin2: mov r19,r18

ret

2. perpindahn data Memori

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

            rjmp main

main:  ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

lagi:    LDI r18, 3              ; r18=3   

LDI r19, 2             ; r19=2

ADD  r19, r18        ;r19 =r19+r18

STS  0×60, r19      ; copy isi r19 ke lokasi SRAM alamat 0×60

LDS  R20, 0×60    ;copy isi alamat SRAM 0×60 ke reg r20

rjmp lagi

3. Input Output Port

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

rjmp main

main:  ldi r16,0×00

  out ddra,r16          ; PortA as input

  ldi r16,0xff

  out ddrb,r16          ; PortB as output

ulang: in r16,PinA        ;baca PinA simpan di r16

       out PortB,r16    ; kirim isi register r16 ke portB

      rjmp  ulang

4. Aritmetika

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

rjmp main

main: ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

ldi r16,0×80

ldi r17,0×80

add r16,r17

ldi r18,0×02

adc r16,r18

here: rjmp here

5. Operasi Logika

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

rjmp main

main:

ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

ldi r16,0b01110111

ldi r17,0b00001111

and r16,r17

ori r16,0b00001000

clr r16

inc r16

ser r16

dec r16

here:

rjmp here

6. Percabangan

.include “m8535def.inc”

.org 0×00

rjmp main

main: ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16

clr r16 ; r16=0×00

naik: inc r16 ; increment r16

cpi r16,5 ; r16=5 ?

breq lagi ; branch to lagi if r16 = 5

rjmp naik ; jump to naik if r16 ≠ 5

lagi: ldi r18,5 ; r18 = 5

dec r16 ; decrement r16

cp r16,r18 ; compare r16 & r18

brne lompat ; branch to lompat if r16=r18

rjmp lagi ; jump to lagi if r16≠r18

lompat: rcall rutin1

rcall rutin2

henti: rjmp henti

rutin1: mov r17,r16

ret

rutin2: mov r19,r18

ret