Modul 3
KOMUNIKASI
a) Asistensi dilakukan 1x
b) Praktikum dilakukan 1x
a) Memahami cara penggunaan protokol komunikasi UART, SPI, dan I2C pada
Development Board yang digunakan
b) Memahami cara penggunaan komponen input dan output yang berkomunikasi
secara UART, SPI, dan I2C pada Development Board yang digunakan
a) Raspberry Pi Pico
b) STM32F103C8
c) LED
d) Push Button
e) LED RGB
f) Touch Sensor
g) LCD I2C 16 x 2
h) Potensiometer
i) Mq-2
j) LCD OLED
k) Motor Servo
1.4.1 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian
perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel
data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi
yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port
serial perangkat periperal.
Cara Kerja Komunikasi UART
Gambar 1. Cara Kerja Komunikasi UART
Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1
ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat
dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial
dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan
menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke
data bus penerima.
1.4.2 I2C (Inter-Integrated Circuit)
Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar
komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain
khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri
dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa
informasi data antara I2C dengan pengontrolnya.
Cara Kerja Komunikasi I2C
Gambar 2. Cara Kerja Komunikasi I2C
Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari
kondisi start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1,
Data Frame 2, dan kondisi Stop. Kondisi start dimana saat pada SDA
beralih dari logika high ke low sebelum SCL. Kondisi stop dimana
saat pada SDA beralih dari logika low ke high sebelum SCL.
R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke
slave atau meminta data dari slave. (logika 0 = mengirim data ke
slave, logika 1 = meminta data dari slave) ACK/NACK bit berfungsi
sebagai pemberi kabar jika data frame ataupun address frame telah
diterima receiver.
1.4.3 SPI (Series Peripheral Interface)
Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode
komunikasi serial synchronous berkecepatan tinggi yang dimiliki
oleh STM32F407VGT6 dan Raspberry Pi Pico. Komunikasi SPI
membutuhkan 3 jalur utama yaitu MOSI, MISO, dan SCK, serta jalur
tambahan SS/CS. Melalui komunikasi ini, data dapat saling
dikirimkan baik antara mikrokontroler maupun antara mikrokontroler
dengan perangkat periferal lainnya.
·
MOSI (Master Output Slave Input)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin MOSI berfungsi
sebagai output. Sebaliknya, jika dikonfigurasi sebagai slave, maka
pin MOSI berfungsi sebagai input.
·
MISO (Master Input Slave Output)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin MISO berfungsi
sebagai input. Sebaliknya, jika dikonfigurasi sebagai slave, maka
pin MISO berfungsi sebagai output.
·
SCLK (Serial Clock)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin SCLK bertindak
sebagai output untuk memberikan sinyal clock ke slave. Sebaliknya,
jika dikonfigurasi sebagai slave, maka pin SCLK berfungsi sebagai
input untuk menerima sinyal clock dari master.
·
SS/CS (Slave Select/Chip Select)
Jalur ini digunakan oleh master untuk memilih slave yang akan
dikomunikasikan. Pin SS/CS harus dalam keadaan aktif (umumnya
logika rendah) agar komunikasi dengan slave dapat berlangsung.
Cara Kerja Komunikasi SPI
Gambar 3. Cara Kerja Komunikasi SPI
Sinyal clock dialirkan dari master ke slave yang berfungsi untuk
sinkronisasi. Master dapat memilih slave mana yang akan dikirimkan
data melalui slave select, kemudian data dikirimkan dari master ke
slave melalui MOSI. Jika master butuh respon data maka slave akan
mentransfer data ke master melalui MISO.
1.4.4 Raspberry Pi Pico
Raspberry Pi Pico adalah papan rangkaian elektronik yang di dalamnya terdapat komponen utama chip mikrokontroler RP2040, yang dirancang dan diproduksi oleh Raspberry Pi Foundatio. Tidak seperti komputer mini raspberry Pi lainnya yang menjalankan sistem operasi seperti Linux, Pico dirancang untuk tugas-tugas yang lebih sederhana dan langsung (embedded system), seperti membaca sensor, mengontrol perangkat, atau melakukan pengolahan data pada tingkat hardware. Adapun spesifikasi dari Raspberry Pi Pico adalah sebagai berikut:
Gambar 1. Arduino Uno
|
|
|
|
Microcontroller |
RP2040 |
|
Operating Voltage |
3.3 V |
|
Input Voltage (recommended) |
5 V via USB |
|
Input Voltage (limit) |
1.8–5.5 V |
|
Digital I/O Pins |
26 GPIO pins |
|
PWM Digital I/O Pins |
16 |
|
Analog Input Pins |
3 |
|
DC Current per I/O Pin |
16 mA |
|
DC Current for 3.3V Pin |
300mA |
|
Flash
Memory |
2 MB on-board QSPI Flash |
|
SRAM |
264 KB |
|
Clock Speed |
Hingga 133
MHz |
1.4.6 STM32F103C8
STM32F103C8 adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Mikrokontroler ini sering digunakan dalam pengembangan sistem tertanam karena kinerjanya yang baik, konsumsi daya yang rendah, dan kompatibilitas dengan berbagai protokol komunikasi. Pada praktikum ini, kita menggunakan STM32F103C8 yang dapat diprogram menggunakan berbagai metode, termasuk komunikasi serial (USART), SWD (Serial Wire Debug), atau JTAG untuk berhubungan dengan komputer maupun perangkat lain. Adapun spesifikasi dari STM32F4 yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3. STM32F103C8
|
|
|
|
Microcontroller |
ARM Cortex-M3 |
|
Operating Voltage |
3.3 V |
|
Input Voltage (recommended) |
5 V |
|
Input Voltage (limit) |
2 – 3.6 V |
|
Digital I/O Pins |
37 |
|
PWM Digital I/O Pins |
15 |
|
Analog Input Pins |
10 (dengan resolusi 12-bit ADC) |
|
DC Current per I/O Pin |
25 mA |
|
DC Current for 3.3V Pin |
150 mA |
|
Flash
Memory |
64 KB |
|
SRAM |
20 KB |
|
EEPROM |
Emulasi dalam Flash |
|
Clock Speed |
72 MHz |
A. BAGIAN-BAGIAN PENDUKUNG
1. Raspberry Pi Pico
1. RAM (Random Access Memory)
Raspberry Pi Pico dilengkapi dengan 264KB SRAM on-chip. Kapasitas
RAM yang lebih besar ini memungkinkan Pico menjalankan aplikasi
yang lebih kompleks dan menyimpan data lebih banyak.
2. Memori Flash Eksternal
Raspberry Pi Pico tidak memiliki ROM tradisional. Sebagai
gantinya, ia menggunakan memori flash eksternal. Kapasitas memori
flash ini dapat bervariasi, umumnya antara 2MB hingga 16MB,
tergantung pada konfigurasi. Memori flash ini digunakan untuk
menyimpan firmware dan program pengguna. Penggunaan memori flash
eksternal pada Pico memberikan fleksibilitas lebih besar dalam hal
kapasitas penyimpanan program.
3. Crystal Oscillator
Raspberry Pi Pico menggunakan crystal oscillator untuk
menghasilkan sinyal clock yang stabil. Sinyal clock ini penting
untuk mengatur kecepatan operasi mikrokontroler dan komponen
lainnya.
4. Regulator Tegangan
Untuk memastikan pasokan tegangan yang stabil ke
mikrokontroler.
5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output):
Untuk menghubungkan Pico ke berbagai perangkat eksternal seperti
sensor, motor, dan LED.
2. STM32
1. RAM (Random Access Memory)
STM32F103C8 dilengkapi dengan 20KB SRAM on-chip. Kapasitas RAM
ini memungkinkan mikrokontroler menjalankan berbagai aplikasi
serta menyimpan data sementara selama eksekusi program.
2. Memori Flash Internal
STM32F103C8 memiliki memori flash internal sebesar 64KB atau
128KB, yang digunakan untuk menyimpan firmware dan program
pengguna. Memori ini memungkinkan penyimpanan kode program secara
permanen tanpa memerlukan media penyimpanan eksternal.
3. Crystal Oscillator
STM32F103C8 menggunakan crystal oscillator eksternal (biasanya
8MHz) yang bekerja dengan PLL untuk meningkatkan frekuensi clock
hingga 72MHz. Sinyal clock yang stabil ini penting untuk mengatur
kecepatan operasi mikrokontroler dan komponen lainnya.
4. Regulator Tegangan
STM32F103C8 memiliki sistem pengaturan tegangan internal yang
memastikan pasokan daya stabil ke mikrokontroler. Tegangan operasi
yang didukung berkisar antara 2.0V hingga 3.6V.
5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output)
STM32F103C8 memiliki hingga 37 pin GPIO yang dapat digunakan untuk menghubungkan berbagai perangkat eksternal seperti sensor, motor, LED, serta komunikasi dengan antarmuka seperti UART, SPI, dan I²C.
Komentar
Posting Komentar