i PENGENDALI UTAMA PADA SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Disusun Oleh: Danang Eka Saputra NIM : 005114087 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007
125
Embed
PENGENDALI UTAMA PADA SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
i
PENGENDALI UTAMA PADA SISTEM PRIORITAS
LAMPU LALU LINTAS BERBASIS
MIKROKONTROLER AT89S51
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Elektro
Disusun Oleh:
Danang Eka Saputra
NIM : 005114087
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
ii
MASTER CONTROLL OF TRAFFIC LIGHT PRIORITY
SYSTEM BASED ON AT89S51 MICROCONTROLLER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree
Electrical Engineering Study Program
By :
Danang Eka Saputra
Student Number : 005114087
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2007
iii
iv
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang
saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan dalam kutipan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 31 Januari 2007
Danang Eka Saputra
vi
INTISARI
Di zaman modern ini perkembangan teknologi sangat cepat sekali, begitu juga pada alat-alat elektronik dan aplikasi dari alat elektronik itu. Alat-alat elektronik yang diciptakan dimaksudkan dapat mempermudah sistem kerja manusia, memiliki kecepatan tinggi, handal dan sebagainya. Salah satunya contohnya adalah mikrokontroler yang merupakan terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer. Hal ini melatarbelakangi dibangunnya sistem prioritas pada lampu lalu lintas dengan mikrokontroler AT89S51.
Alat pada sistem ini terdiri dari 3 struktur yaitu masukan, pemroses dan keluaran. Masukan alat ini adalah kendaraan-kendaraan (kereta api, mobil bersirine, mobil tidak bersirine) yang dideteksi oleh sensor sebagai penentuan prioritas pada sistem. Mikrokontroler AT89S51 digunakan sebagai pemroses masukan. Sebagai keluaran digunakan satu buah lampu 12 volt untuk lampu indikator, dua puluh tujuh buah bola lampu 12 Volt untuk lampu lalu lintas, motor untuk menggerakkan palang pintu kereta api.
Pada mikrokontroler AT89S51 pembuatan perangkat lunak (software) disesuaikan dengan tingkat prioritas yaitu prioritas pertama adalah kereta api, dimana apabila ada kereta yang terdeteksi maka kereta api diutamakan dan simpang empat berubah fungsi menjadi simpang tiga. Prioritas kedua adalah mobil bersirine, dimana jika tidak ada kereta api dan ada mobil sirine yang terdeteksi maka jalan yang pertama dideteksi sirine akan menyalakan lampu hijau pada persimpangan. Prioritas ketiga adalah panjang antrian kendaraan pada persimpangan jalan menentukan lamanya penyalaan lampu hijau.
vii
ABSTRACT In this modern period the development of technology is very fast, so do
electricals and the application of it. The creating of its are intended to make easier human work system, have high rate, reliable, etc. The example is microcontroller which is a breaktrough microprocessor and microcomputer. Based on this, priority system on traffic light with microcontroller AT89S51 is made. The component from this system consist of three structures, they are input, procession, and output. The input is vehicle (train, car with siren, car without siren) which are detected by sensor as priority determine on system. Microcontroller AT89S51 is used as input procession. As output is used 12 volt lamp as much one for indicator lamp, 12 volt lamp as much twenty seven for traffic light, and motor to move train crossbar. Software making on microcontroller AT89S51 is accorded with priority level. The first priority is train, if there is a train which is detect the train is majored and the cross road with four direction change functionally into cross road with three direction. The second priority is car with siren, which is there is no train and there is car siren which is detected so the first road that detected by the siren will turn on green light in cross road. The third priority is long of vehicle queue on cross road will determine the duration of green lamp turning on.
viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL……………………………………………….. i
HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………….. iii
HALAMAN PENGESAHAN……………………………………… iv
HALAMAN PERNYATAAN……………………………………… v
HALAMAN MOTTO dan PERSEMBAHAN……………………. vi
INTI SARI…………………………………………………………… vii
ABSTRACT…………………………………………………………. viii
KATA PENGANTAR………………………………………………. ix
DAFTAR ISI…………………………………………………………. xi
DAFTAR GAMBAR………………………………………………… xv
DAFTAR TABEL…………………………………………………… xviii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………… xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Judul……………………………………………………… 1
1.2 Latar Belakang Masalah…………………………………. 1
1.3 Tujuan Penelitian………………………………………… 2
1.4 Manfaat Penenlitian……………………………………… 2
1.5 Batasan Masalah…………………………………………. 2
1.6 Perumusan Masalah………………………………………. 3
1.7 Sistematika Penulisan……………………………………. 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Memori Mikrokontroler
AT89S51………………………………………………… 4
2.2 Memori Program ……………………………………….. 5
ix
2.3 Memori Data ……………………………………………. 5
2.4 Special Function Register (SFR)………………………... 6
2.5 Register Dasar…………………………………………… 6
BAB III PERANCANGAN
3.1 Perancangan Perangkat Keras……………………………. 9
3.1.1 Spesifikasi Perangkat Keras……………………… 10
3.1.2 Mikrokontroler…………………………………… 10
3.1.2.1 Unit Kendali Lampu Lalu Lintas. ……….. 11
3.1.2.2 Unit Kendali Palang dan Alarm
Kereta Api…….………………………….. 12
3.2 Perancangan Perangkat Lunak…………………………… 15
3.2.1 Program Pengendali Kendali Lampu Lalu Lintas . 18
3.2.1.1 Program Penyalaan Lampu Lalu-Lintas
Untuk Status Normal……………………… 18
3.2.1.2 Program Utama Penyalaan Lampu Lalu -
Lintas Untuk Status Prioritas Informasi…….21
3.2.2 Program Kendali Palang Dan Alarm Kereta Api … 32
3.2.3 Tunda Waktu ……………………………………... 34
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Program Utama………………………………………….. 38
4.2 Program Subrutin Pengecekan Informasi ……………….. 43
4.3 Program Informasi Kereta Api …………………………… 44
4.4 Program Informasi Kendaraan Sirine ……………………. 47
4.5 Program Informasi Antrian Kendaraan …………………... 52
4.6 Pengamatan Terhadap Waktu Tunda …………………... 55
x
4.7 Pengamatan Hasil Pengujian Program Pada Alat dan
Simulasinya…………………….…………………….56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan………………………………………………. 81
5.2 Saran……………………………………………………… 81
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………. 82
LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Program Status Word (PSW)………………….......................... 6
Gambar 3.1 Blok Diagram perancangan lampu lalu lintas ………………… 8 Gambar 3.2 Skema mikrokontroler beserta rangkaian kendali lainnya.......... 9
Gambar 3.3 Model persimpangan jalan untuk pengendalian utama sistem
prioritas lampu lalu lintas.................................................................. 15
Gambar 3.4 Diagram penyalaan lampu lalu lintas status normal...................... 18
Gambar 3.5 Diagram pengecekan informasi sistem prioritas lampu
Untuk mengubah masukan yang berasal dari sensor agar lampu lalu-lintas
menyala, maka salah satunya digunakan mikrokontroler untuk mengatur semua proses
input dan output sesuai dengan yang diharapkan. Mikrokontroler yang digunakan
dalam perancangan ini yaitu AT89S51 seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2.
Mikrokontroler ini mempunyai kristal pembangkit detak yang menggunakan frekuensi
12 MHz serta 4 port yaitu port 0, port 1, port 2, port 3 dimana masing-masing port
terdiri dari 8 pin. Pada perancangan perangkat keras ini menggunakan 3 buah
mikrokontroler. Hal ini dikarenakan agar kinerja pada mikrokontroler lebih efisien
sehingga tunda waktu yang dibutuhkan untuk pernyalaan lampu lalu-lintas hampir
sesuai dengan yang diharapkan. Adapun 2 buah mikrokontroler dipasang pada tiap-
tiap sensor untuk mendeteksi masukan yang diterima dari sensor untuk antrian
kendaraan dan sensor kereta api yang kemudian data dikirim ke mikrokontroler
lainnya. Satu buah mikrokontroler lainnya sebagai mendeteksi masukan dari sensor
kendaraan bersirine dan pengatur nyala-matinya lampu lalu-lintas serta pengolah
informasi dari yang diterima dari mikrokontroler pada sensor. Jadi disini
mikrokontroler dibagi menjadi 2 bagian fungsi:
- Unit Kendali Lampu Lalu Lintas
- Unit Kendali Palang Dan Alarm Kereta Api
11
Tabel 3.1 Fungsi port (pin) mikrokontroler untuk unit kendali lampu lalu lintas
Port Pin Fungsi / penggunaan
P0
P0.0 Memberikan output pada lampu hijau simpang utara P0.1 Memberikan output pada lampu kuning simpang utara P0.2 Memberikan output pada lampu hijau simpang timur P0.3 Memberikan output pada lampu kuning simpang timur P0.4 Memberikan output pada lampu hijau simpang selatan P0.5 Memberikan output pada lampu kuning simpang selatan P0.6 Memberikan output pada lampu hijau simpang barat P0.7 Memberikan output pada lampu kuning simpang barat
P1
P1.0 Menerima input dari sensor antrian kendaraan di simpang utara P1.1 Menerima input dari sensor antrian kendaraan di simpang timur P1.2 Menerima input dari sensor antrian kendaraan di simpang selatan P1.3 Menerima input dari sensor antrian kendaraan di simpang barat P1.4 Selektor mux pada rangkaian pendeteksi antrian kendaraan P1.5 Selektor mux pada rangkaian pendeteksi antrian kendaraan P1.6 Tidak digunakan P1.7 Tidak digunakan
P2
P2.0 Menerimakan Input dari sub unit kendali palang dan alarm kereta api P2.1 Memberikan output lampu merah arah ke utara pada simpang timur P2.2 Memberikan output lampu merah arah ke utara pada simpang selatan P2.3 Memberikan output lampu merah arah ke utara barat P2.4 Memberikan output lampu merah simpang utara P2.5 Memberikan output lampu merah simpang timur P2.6 Memberikan output lampu merah simpang selatanP2.7 Memberikan output lampu merah simpang barat
P3
P3.0 Menerima input frekuensi low dari sensor sirine di simpang utara P3.1 Menerima input frekuensi high dari sensor sirine di simpang utara P3.2 Menerima input frekuensi low dari sensor sirine di simpang timur P3.3 Menerima input frekuensi high dari sensor sirine di simpang timur P3.4 Menerima input frekuensi low dari sensor sirine di simpang selatan P3.5 Menerima input frekuensi high dari sensor sirine di simpang selatan P3.6 Menerima input frekuensi low dari sensor sirine di simpang barat P3.7 Menerima input frekuensi high dari sensor sirine di simpang barat
3.1.2.1 Unit Kendali Lampu Lalu Lintas
Pada bagian ini mikrokontroler berfungsi sebagai pengendali lampu lalu lintas,
dimana masukan-masukan dari semua sensor dikeluarkan dalam bentuk penyalaan
lampu lalu lintas seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.1. Pin-pin yang digunakan
pada bagian ini adalah:
12
a. RST (kaki 9). Mikrokontroler direset pada transisi tegangan rendah ke
tegangan tinggi. Oleh karena itu pada kaki RST dipasang kapasitor yang
8terhubung ke Vcc dan Resistor yang terhubung ke Ground yang akan
menjaga RST bernilai ‘1’ pada saat pengisian kapasitor dan bernilai ‘0’ sesaat
kemudian. Dengan demikian mikrokontroler akan direset setiap pertama kali
diberi catu daya. Mikrokontroler juga dilengkapi dengan tombol reset yang
akan memberikan tegangan logika tinggi untuk me-reset mikrokontroler.
b. EA/VPP (kaki 31). Diberi logika tinggi untuk menandakan bahwa
implementasi dalam mikrokontroler menggunakan RAM internal selama
waktu eksekusi.
c. Port 1 (kaki 1 s.d. kaki 8). Kaki P1.0 sampai P1.5 pada mikrokontroler
digunakan sebagai penerima masukan dan selektor dari rangkaian pendeteksi
antrian kendaraan. Kaki P1.0 sampai P1.3 merupakan penerima masukan
untuk memberikan interupsi nyalanya lampu hijau, sedangkan P1.4 sampai
P1.5 merupakan selector untuk rangakaian pendeteksi antrian kendaraan..
d. Port 3 (kaki 10 s.d. kaki 17). Kaki P3.0 sampai P3.7 digunakan sebagai
penerima masukan dari rangkaian sensor pendeteksi sirine.
e. Port 0 (kaki 32 s.d. kaki 39). Port ini merupakan port keluaran yang
kemudian informasinya dikirim ke lampu lalu-lintas. Sehingga lampu dapat
dikendalikan melalui port ini.
f. Port 2 (kaki 21 s.d. kaki 28). Kaki P2.0 digunakan sebagai penerima masukan
dari unit kendali palang dan alarm kereta api. Dikarenakan jumlah port 0
hanya 8 pin sementara jumlah lampu lalu-lintas yang dibutuhkan berjumlah 12
maka kaki P2.4 sampai P2.7 digunakan untuk mengendalikan lampu lalu-
lintas. Kaki P2.2 dan P2.3 tidak digunakan.
13
Tabel 3.2 Port (pin) mikrokontroler untuk unit kendali palang dan alarm kereta api
Port Pin Fungsi / penggunaan
P0
P0.0 Memberikan output untuk unit kendali lampu lalu lintas P0.1 Tidak digunakan P0.2 Tidak digunakan P0.3 Tidak digunakan P0.4 Tidak digunakan P0.5 Tidak digunakan P0.6 Tidak digunakan P0.7 Tidak digunakan
P1
P1.0 Menerima input dari sensor pendeteksi kereta api P1.1 Menerima input dari sensor pendeteksi kereta api P1.2 Menerima input dari sensor pendeteksi kendaraan P1.3 Menerima input dari sensor pendeteksi kendaraan P1.4 Memberikan output pada motor palang kereta api P1.5 Memberikan output pada motor palang kereta api P1.6 Memberikan output pada alarm kereta api P1.7 Memberikan output pada lampu indikator
P2
P2.0 Tidak digunakan P2.1 Tidak digunakan P2.2 Tidak digunakan P2.3 Tidak digunakan P2.4 Tidak digunakan P2.5 Tidak digunakan P2.6 Tidak digunakanP2.7 Tidak digunakan
P3
P3.0 Tidak digunakan P3.1 Tidak digunakan P3.2 Tidak digunakan P3.3 Tidak digunakan P3.4 Tidak digunakan P3.5 Tidak digunakan P3.6 Tidak digunakan P3.7 Tidak digunakan
3.1.2.2 Unit Kendali Palang dan Alarm Kereta Api
Bagian ini digunakan untuk menerima masukan dari sensor yang mendeteksi
kereta api seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.2. Pin-pin yang digunakan adalah:
a. RST (kaki 9). Mikrokontroler direset pada transisi tegangan rendah ke
tegangan tinggi. Oleh karena itu pada kaki RST dipasang kapasitor yang
terhubung ke Vcc dan Resistor yang terhubung ke Ground yang akan menjaga
14
RST bernilai ‘1’ pada saat pengisian kapasitor dan bernilai ‘0’ sesaat
kemudian. Dengan demikian mikrokontroler akan direset setiap pertama kali
diberi catu daya. Mikrokontroler juga dilengkapi dengan tombol reset yang
akan memberikan tegangan logika tinggi untuk me-reset mikrokontroler.
b. EA/VPP (kaki 31). Diberi logika tinggi untuk menandakan bahwa
implementasi dalam mikrokontroler menggunakan RAM internal selama
waktu eksekusi.
c. Port 1 (kaki 1 sampai kaki 7). Kaki P1.0 digunakan untuk menerima
masukan dari sensor pertama. Sedangkan kaki P1.1 digunakan untuk
menerima masukan dari sensor kedua. Kaki P1.2 dan P1.3 digunakan untuk
menerima masukan dari sensor kendaraan yang ada dekat jalur kereta api.
Kaki P1.4 dan P1.5 digunakan untuk menggerakkan motor palang pintu kereta
api. Kaki P1.6 digunakan untuk menyalakankan alarm jika ada kereta api.
Kaki P1.7 digunakan untuk menyalakan lampu indikator.
d. Port 0 (kaki 32 sampai kaki 39). Kaki P0.0 sebagai pengirim informasi ke
unit kendali lampu lalu lintas. Sedangkan kaki lainnya tidak digunakan.
15
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
B
S
T
U
Keterangan:
= Lampu lalu lintas = Palang kereta api = Sensor kendaraan pada
palang pintu KA = Sensor antrian kendaraan = Sensor kendaraan bersirine = Sensor kereta api
Gambar 3.3 Model persimpangan jalan untuk pengendalian utama sistem prioritas lampu lalu lintas
16
Untuk membuat perangkat lunak pengendalian utama sistem prioritas lampu
lalu lintas mengacu pada model yang ditunjukkan Gambar 3.3.
3.2.1 Program Pengendali Kendali Lampu Lalu Lintas
Program pengendali lampu lalu lintas merupakan bagian yang utama pada unit
kendali ini, dimana program pengendali utama ini berfungsi mengatur informasi pada
sistem prioritas dan mengatur nyala dan matinya lampu lalu-lintas.
3.2.1.1 Program Penyalaan Lampu Lalu-Lintas Untuk Status Normal
Penyalaan lampu lalu-lintas untuk sistem prioritas ini pada status normal
hanya boleh sebuah lampu hijau atau lampu kuning yang menyala, sementara
persimpangan lainnya menyala lampu merah. Seperti yang ditunjukkan Tabel 3.3. Hal
ini dilakukan secara bergantian sesuai dengan urutannya. Untuk keadaan awal atau
reset semua node persimpangan lampu lalu-lintas menyala lampu merah. Program
reset ini mengaktifkan lampu-lampu yang terletak pada pin P2.4, P2.5, P2.6, P2.7.
Pin-pin tersebut adalah pin-pin untuk lampu merah.
Setelah melakukan inisialisasi dan reset serta memberi masukan 1 pada lampu
indikator agar mati, mikrokontroler akan mematikan lampu pada isi alamat LL yaitu
dengan memberikan masukan 0. Sebelumnya alamat LL diubah terlebih dahulu
dengan alamat P0.0. Begitu juga untuk menghidupkan lampu berikutnya program
akan memberikan masukan 1 pada isi alamat LL.
Kecuali untuk menghidupkan lampu merah digunakan alamat LL merah.
Untuk mengetahui lampu mana yang akan dihidupkan maka tiap-tiap jenis lampu
diberi Jns LL (Jns LL = 3 maka LL hijau, Jns LL = 2 maka LL kuning, dan Jns LL = 1
maka LL merah). Program menghidupkan lampu selanjutnya dengan meng-increment
(menambahkan) alamat LL. Begitulah seterusnya hingga jumlah simpang = 1, maka
17
program akan kembali menghidupkan lampu awal tadi seperti yang ditunjukkan oleh
Gambar 3.4.
Tabel 3.3 Penyalaan lampu lalu lintas untuk status normal
Lampu Hijau Kuning Merah Utara Hidup Mati Mati
Simpang utara menyala lampu hijau selama 5 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Mati Mati Hidup Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Hidup Mati
Simpang utara menyala lampu kuning selama 1 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Mati Mati Hidup Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Mati Hidup
Simpang timur menyala lampu hijau selama 5 detik
Timur Hidup Mati Mati Selatan Mati Mati Hidup Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Mati Hidup
Simpang timur menyala lampu kuning selama 1 detik
Timur Mati Hidup Mati Selatan Mati Mati Hidup Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Mati Hidup
Simpang selatan menyala lampu hijau selama 5 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Hidup Mati Mati Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Mati Hidup
Simpang selatan menyala lampu kuning selama 1 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Mati Hidup Mati Barat Mati Mati Hidup Utara Mati Mati Hidup
Simpang selatan menyala lampu hijau selama 5 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Mati Mati Hidup Barat Hidup Mati Mati Utara Mati Mati Hidup
Simpang barat menyala lampu kuning selama 1 detik
Timur Mati Mati Hidup Selatan Mati Mati Hidup Barat Mati Hidup Mati
18
Inisialisasi mode timer
Set alamat LL
Set jml simpang = 4
Set Jns LL = 3
Simpan alamat LL ke alamat LL merah
Jns LL = 3?
Matikan Lampu pada alamat LL
Decrement Jns LL
Hidupkan lampu pada alamat LL (lampu hijau)
Increment alamat LL
Jns LL = 2?
Hidupkan lampu pada alamat LL merah (lampu merah)
Increment alamat LL
Jml simpang
= 1?
Decrement Jml simpang
Set semua simpang menyala merah
Decrement Jns LL
Hidupkan lampu pada alamat LL (lampu
kuning)
Increment alamat LL
C
C
B
B
A
A
C
Start
tidak tidak
tidak
ya ya
Set lampu indikator =1
Tunda 5 detik T d 20 d tik
Tunda 1 detik
Tunda 1 detik
ya
Set port 0, port 2 dan clear port 1, port 3
Gambar 3.4 Diagram program penyalaan lampu lalu lintas status normal
19
Inisialisasi mode timer
Start
Utara hijau?
tidak
Gambar 3.5 Diagram pengecekan informasi sistem prioritas lampu lalu-lintas
ya
Utara menyala lampu hijau
Cek Kereta Api
Cek Kendaraan Sirine
Cek Kendaraan arah timur
Timur hijau?
tidak
ya
Timur menyala lampu hijau
Cek Kereta Api
Cek Kendaraan Sirine
Cek Kendaraan arah selatan
A
B
Selatan hijau?
tidak
ya
Selatan menyala lampu hijau
Cek Kereta Api
Cek Kendaraan Sirine
Cek Kendaraan arah barat
Barat hijau?
tidak
ya
Barat menyala lampu hijau
Cek Kereta Api
Cek Kendaraan Sirine
Cek Kendaraan arah utara
B
A
20
3.2.1.2 Program Utama Penyalaan Lampu Lalu-Lintas Untuk Status Prioritas
Informasi
Adanya informasi dari hasil deteksi sensor ini menyebabkan lampu lalu-lintas
menyala tidak sesuai dengan siklusnya pada status normal, tetapi akan menyala sesuai
informasi ( perintah ) yang ada. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Penyalaan lampu lalu-lintas untuk status ter-interupsi sebelumnya dilakukan
pengecekan informasi interupsi terlebih dahulu. Pengecekan interupsi dilakukan
secara otomatis setiap 1 detik dengan meletakkan intruksi pengecekan setelah rutin
tunda 1 detik. Pengecekan ini dilakukan berurutan sesuai dengan urutan prioritas
informasi. Adapun prioritas input (masukan) tersebut adalah :
1. Prioritas informasi kereta api
2. Prioritas informasi kendaraan ber-sirine
3. Prioritas informasi antrian panjang kendaraan
Setelah melakukan pengecekan dan prioritasan informasi maka program
mikrokontroler akan menjalankan informasi tersebut. Pelaksanaan infromasi
dilakukan langsung tanpa harus menunggu intruksi selanjutnya pada program status
normal. Sebelum menjalankan informasi mikrokontroler akan menyimpan data dari
penyalaan lampu lalu-lintas untuk status normal terlebih dahulu. Hal ini dilakukan
agar setelah menjalankan informasi lampu lalu-lintas dapat menyala kembali dalam
keadaan terakhir status normal yang telah disimpan. Penyalaan lampu lalu-lintas
dilakukan berdasarkan informasi yang didapat. Pelaksanaan informasi penyalaan
lampu lalu-lintas adalah sebagai berikut :
1. Pelaksanaan prioritas informasi kereta api
Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Apabila P2.0 bernilai 1 maka
mikrokontroler akan menyimpan keadaan LL terakhir untuk status normal dan
21
kemudian mengirim data ke pin-pin lampu merah sehingga semua
persimpangan lampu lalu-lintas akan menyala merah. Setelah P.2.0 bernilai 0
maka mikrokontroler akan membaca data keadaan LL terakhir yang disimpan
tadi sehingga lampu lalu-lintas akan kembali menyala pada status normal.
Untuk diagram alir program dapat dilihat pada Gambar 3.7a dan 3.7b.
Ada KA?
Utara merah persimpangan berfungsi tiga arah
Simpan keadaan LL terakhir status normal
Ada KA?
Baca keadaan LL terakhir status normal yang disimpan dan persimpangan kembali seperti semula
Gambar 3.6 Diagram blok pengecekan informasi kereta api
Start
ya
tidak
tidak
ya
Ret
Ret
22
Start
Hidupkan lampu indicator
Sensor KA1 = 1?
Sensor KA2 = 1?
Sensor kendaraan = 1?
Hidupkan alarm
Kirim 1 ke mikro pusat
Turunkan palang
Matikan motor palang
Kereta sudah lewat?
Matikan alarm
Kirim 0 ke mikro pusat
Buka palang
A
Matikan motor palang
B B
ya
ya
ya
ya
tidak
tidak
tidak
tidak
Gambar 3.7a Diagram alir program pengecekan informasi kereta api
23
2. Pelaksanaan prioritas informasi kendaraan bersirine
Seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.8 dan Tabel 3.4a hingga
Tabel 3.4d. Apabila pada P3 terdapat masukan (informasi), maka program
akan menyimpan keadaan LL terakhir pada status normal dan kemudian
menyalakan lampu hijau sesuai informasi yang diterima. Misalkan informasi
yang didapat berasal dari arah persimpangan utara, maka mikrokontroler
mengirim data ke port lampu hijau yang ada di persimpangan utara agar
menyala. Setelah kendaraan bersirine melewati persimpangan lainnya selain
utara, maka mikrokontroler menghapus kembali data yang ada pada port
Sensor KA2 = 1?
Sensor KA1 = 1?
Sensor kendaraan = 1?
Hidupkan alarm
Kirim 1 ke mikro pusat
Turunkan palang
Matikan motor palang
Kereta sudah lewat?
Matikan alarm
Kirim 0 ke mikro pusat
Buka palang
A
Matikan motor palang B
B
ya
ya
ya
ya
tidak
tidak
tidak
tidak
Gambar 3.7b Diagram alir program pengecekan informasi kereta api
24
lampu hijau di utara sehingga lampu mati dan lampu lalu-lintas akan menyala
pada status normal kembali. Untuk diagram alir program dapat dilihat pada
Gambar 3.9
Sirine sudah lewat jalur lain?
Jalur yang dilewati sirine pertama kali menyala lampu hijau
Ada sirine?
Baca keadaan LL terakhir status normal yang disimpan dan persimpangan kembali seperti semula
Gambar 3.8 Diagram pengecekan informasi kendaraan sirine
Start
ya
tidak
tidak ya
Ret
Simpan keadaan LL terakhir status normal
Jalur yang dilewati sirine pertama kali menyala lampu merah
Ret
25
Start
Gambar 3.9 Diagram alir program pengecekan informasi kendaraaan bersirine
Ada Sirine?
Isi alamat deteksi
sensor = 1?
Inc alamat deteksi sensor
Isi alamat deteksi
sensor = 1?
Jml simpang
= 1?
Inc alamat deteksi sensor
Dec jml simpang
Sensor = 0 Sensor = 1
Inc alamat deteksi sensor
Pengecekan informasi lain
Sudah simpan keadaan LL
terakhir?Simpan keadaan LL terakhir status normal
LL semua menyala merah
Nyalakan LL hijau pada simpang
LL semua menyala merah
Baca simpan keadaan LL terakhir status normal
Tunda waktu
Sudah menyala LL hijau pada simpang ini?
Set sirine, sensor, alamat deteksi sensor, jml simpang = 4
26
Tabel 3.4.a Input/output prioritas informasi kendaraan sirine untuk simpang utara
Simpang Sensor Lampu Keterangan Hijau Kuning MerahUtara Mendeteksi Hidup Mati Mati
Kendaraan sirine datang ke arah utara, maka lampu utara menyala hijau.
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Hidup Mati
Kendaraan sirine telah melewati arah utara, maka lampu utara menyala kuning
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
K Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah utara, keadaan kembali ke status normal
Timur Mendeteksi Mati Mati Hidup Selatan Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah utara, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Mendeteksi Mati Mati Hidup Barat Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah utara, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Mendeteksi Mati Mati Hidup
27
Tabel 3.4.b Input/output prioritas informasi kendaraan sirine untuk simpang timur
Simpang Sensor Lampu Keterangan Hijau Kuning MerahUtara Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup Kendaraan sirine datang ke arah timur, maka lampu timur menyala hijau.
Timur Mendeteksi Hidup Mati Mati Selatan Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Mati
Kendaraan sirine telah melewati arah timur, maka lampu timur menyala kuning
Timur Tidak mendeteksi Mati Hidup Mati
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Mendeteksi Mati Mati Hidup Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah timur, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah timur, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Mendeteksi Hidup Mati Mati Barat Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah timur, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Barat Mendeteksi Mati Mati Hidup
28
Tabel 3.4.c Input/output prioritas informasi kendaraan sirine untuk simpang selatan
Simpang Sensor Lampu Keterangan Hijau Kuning MerahUtara Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup Kendaraan sirine datang ke arah selatan, maka lampu selatan menyala hijau.
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Mendeteksi Hidup Mati Mati Barat Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati arah selatan, maka lampu selatan menyala kuning.
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Hidup Mati
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Mendeteksi Mati Mati Hidup Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah selatan, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah selatan, keadaan kembali ke status normal
Timur Mendeteksi Mati Mati Hidup Selatan Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Utara Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah selatan, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Mendeteksi Hidup Mati Mati
29
Tabel 3.4.d Input/output prioritas informasi kendaraan sirine untuk simpang barat
Lampu Hijau Kuning MerahUtara Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup Kendaraan sirine datang ke arah barat, maka lampu barat menyala hijau.
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Mendeteksi Hidup Mati Mati Utara Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Kendaraan sirine telah melewati arah barat, maka lampu barat menyala kuning.
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Hidup Mati
Utara Mendeteksi Hidup Mati Mati Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah barat, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah barat, keadaan kembali ke status normal
Timur Mendeteksi Mati Mati Hidup Selatan Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
Barat Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Utara Tidak mendeteksi Hidup Mati Mati
Kendaraan sirine telah melewati simpang lainnya setelah barat, keadaan kembali ke status normal
Timur Tidak mendeteksi Mati Mati Hidup
Selatan Mendeteksi Mati Mati Hidup Barat Tidak
mendeteksi Mati Mati Hidup
30
3. Pelaksanaan prioritas informasi antrian kendaraan
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10 dan Tabel 3.5. Apabila
pada P1 terdapat masukan (infomasi), maka program akan memberi waktu
tambahan untuk lampu hijau sesuai informasi yang diterima. Misalkan pada
persimpangan jalan bagian selatan antrian kendaraan lebih panjang dari
persimpangan lainnya maka persimpangan jalan dari arah selatan yang lebih
diprioritaskan untuk menyala lampu hijau. Selain itu lampu hijau yang
menyala bisa mendapatkan waktu tunda yang lebih lama dibandingkan waktu
tunda dari status normal. Waktu tunda tambahan ini terjadi jika seiring dengan
pendeteksian antrian kendaraan pada persimpangan tersebut. Untuk diagram
alir program dapat dilihat pada gambar 3.11.
Sensor1?
Gambar 3.10 Diagram pengecekan informasi antrian kendaraan
Start
ya
tidak
Ret
Tunda waktu 5 detik
Sensor2?
Sensor3?
ya
ya
tidak Tunda waktu 5 detik
tidak Tunda waktu 10detik
Sensor3?
ya
tidak Tunda waktu 15 detik
Tunda waktu 20 detik
Ret
Ret
Ret
Ret
31
Ada Antrian?
Start
Isi alamat simpang
=1?
Simpan keadaan LL terakhir
LL semua menyala merah
Nyalakan LL hijau pada simpang
Isi alamat tambah waktu = 1?
Inc alamat tambah waktu
Inc alamat simpang
Isi alamat tambah waktu = 1?
Inc alamat tambah waktu Isi alamat tambah waktu = 1?
+ tunda waktu 5 detik
+ tunda waktu 10 detik
+ tunda waktu 15 detik
+ tunda waktu 20 detik
Set antrian, alamat simpang, alamat tambah waktu
ya
Pengecekan informasi lain tidak
tidak
tidak tidak
tidak
ya
ya ya
ya
Gambar 3.11 Diagram alir program informasi antrian kendaraan
End
32
Tabel 3.5 Input/output prioritas informasi antrian kendaraan
Simpang
Sensor (ya = mendeteksi, tidak =
tidak mendeteksi) Keterangan penyalaan waktu tunda
lampu hijau 1 2 3 4
Utara
Tidak Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Ya Tidak Tidak 10 detik Ya Ya Ya Tidak 15 detik Ya Ya Ya Ya 20 detik
Timur
Tidak Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Ya Tidak Tidak 10 detik Ya Ya Ya Tidak 15 detik Ya Ya Ya Ya 20 detik
Selatan
Tidak Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Ya Tidak Tidak 10 detik Ya Ya Ya Tidak 15 detik Ya Ya Ya Ya 20 detik
Barat
Tidak Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Tidak Tidak Tidak 5 detik Ya Ya Tidak Tidak 10 detik Ya Ya Ya Tidak 15 detik Ya Ya Ya Ya 20 detik
Sewaktu sedang menjalankan prioritas informasi apabila ada prioritas
informasi yang lebih tinggi maka program akan menghentikan prioritas informasi
yang lebih rendah dan menjalankan prioritas informasi yang lebih tinggi. Setelah
menjalankan prioritas informasi program akan mengambil data penyalaan lampu
status normal yang disimpan sebelum melakukan prioritas informasi tadi untuk
dijalankan kembali seperti keadaan terakhir dari penyalaan lampu pada status normal
tersebut.
3.2.2 Program Kendali Palang Dan Alarm Kereta Api
Pada bagian ini informasi-informasi diperoleh dari sensor yang kemudian
dikirim ke pengendali lampu lalu lintas. Sebelum dikirim ke kendali lampu lalu lintas
informasi terlebih dahulu diolah di bagian ini.
33
Pada saat kereta api datang maka sensor akan mengirim sinyal ke unit kendali
palang dan alarm kereta api yang kemudian program akan mengolah sinyal tersebut
untuk menyalakan alarm kereta bahwa ada kereta datang dan untuk dikirim berupa
prioritas informasi ke unit kendali lampu lalu lintas. Setelah kereta api lewat maka
sensor akan mengirim sinyal kembali ke unit kendali palang dan alarm kereta api
yang kemudian diolah program dan dikirim lagi ke unit kendali lampu lalu lintas.
Dimana informasi kereta api yang dikirim ke unit kendali lampu lalu lintas merupakan
prioritas informasi utama dibanding piroritas informasi lainnya. Seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 3.12 dan Tabel 3.6.
Tabel 3.6 Input/output prioritas informasi kereta api
Sensor yang mendeteksi Palang ke 1
kereta api Palang ke 2 kereta api Keterangan
1 2 3 4 0 0 0 0 Terbuka Terbuka Tidak ada kereta api 0 0 0 1 Terbuka Terbuka Tidak ada kereta api 0 0 1 0 Terbuka Terbuka Tidak ada kereta api 0 0 1 1 Terbuka Terbuka Tidak ada kereta api 0 1 0 0 Tertutup Tertutup Ada kereta api 0 1 0 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 0 1 1 0 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 0 1 1 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 0 0 0 Tertutup Tertutup Ada kereta api 1 0 0 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 0 1 0 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 0 1 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 1 0 0 Tertutup Tertutup Ada kereta api 1 1 0 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 1 1 0 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan 1 1 1 1 Terbuka Terbuka Ada kereta api, ada kendaraan
Keterangan: Sensor 1 = sensor kereta api
Sensor 2 = sensor kereta api
Sensor 3 = sensor kendaraan
Sensor 4 = sensor kendaraan
34
3.2.3 Tunda Waktu
Pada mikrokontroler AT89S51 untuk pembuatan tunda dapat dilakukan
dengan menggunakan timer. Mode yang digunakan pada tunda waktu pada program
ini yaitu mode 2 Timer (8-bit auto reload) dengan mengatur M1 = 1 dan M0 = 0.
Tutup Palang KA
Ada KA?
Buka Palang KA
Start
ya
tidak
Isi alamat sensor = 1?
Kirim instruksi kereta datang ke kendali utama
Isi alamat sensor = 1?
Isi alamat sensor = 1?
Kirim instruksi kereta datang ke kendali utama
Inc alamat sensor
tidak
ya
ya ya
tidak
tidak
Set port 0, port 2 dan clear port 1, port 3
Gambar 3.12 Diagram alir program kendali palang dan alarm kereta api
35
Dimana TLx dipakai sebagai pencacah biner 8 bit, sedangkan THx dipakai untuk
menyimpan nilai yang diisikan ulang ke TLx setiap kali kondisi TLX melimpah
(overflow) atau berubah dari FFh menjadi 00h.
Pada diagram alir gambar terdapat tunda waktu 20 detik, 15 detik, 10 detik, 5
detik, 1 detik. Semua tunda waktu tersebut dibuat dengan memanfaatkan tunda waktu
1 detik. Adapun tunda waktu yang dibuat dengan perhitungannya sebagai berikut:
Pengerjaaan Siklus
. . . . .
mov r0, #10 1x 1
tunda1: mov r1, #181 10x 1
tunda2: mov r2, #253 181x10x 1
djnz r2, $ 253x181x10x 2
djnz r1, tunda2 181x10x 2
djnz r0, tunda1 10x 2
. . . . .
Dapat dilihat bahwa untuk mengerjakan 6 baris instruksi di atas dibutuhkan:
(253 x 181 x 10 x 2 ) + (181 x 10 x 3) + (10 x 3) + 1 = 921.321 siklus. Untuk
mengerjakan 1 siklus dibutuhkan waktu 12 periode osilator. Dalam perancangan
digunakan osilator kristal 11,059 MHz, maka untuk mengerjakan 1 siklus dibutuhkan
waktu 12 / (11,059 x 106) = 1,085 µd. Dengan demikian untuk mengerjakan 6
instruksi di atas dibutuhkan 921.321 x 1,085 µd = 999.633,285 µd, yang merupakan
suatu nilai yang amat mendekati 1 detik seperti yang diinginkan.
Jadi untuk membuat tunda waktu 5 detik sampai 20 detik pada dasarnya hanya
mengalikan dengan tunda 1 detik. Pada rutin tunda 1detik ini dilakukan pengecekan
piroritas informasi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.13a dan 3.13b.
36
Start
Set lama = 20
Tunda 1 detik & cek prioritas
informasi
Dec lama
Lama = 0?
End
Tambah tunda
waktu?
Set lama
Start
Set lama = 15
Lama = 0?
End
Tambah tunda
waktu?
Set lama
tidak tidak
tidak tidak
ya ya
ya ya
Tunda 1 detik & cek prioritas
informasi
Dec lama
Gambar 3.13.a Diagram alir waktu tunda
Start
Set lama = 10
Lama = 0?
End
Tambah tunda
waktu?
Set lama
tidak
tidak
ya
ya
Tunda 1 detik & cek prioritas
informasi
Dec lama
37
Start
Set lama = 5
Tunda 1 detik & cek prioritas
informasi
Dec lama
Lama = 0?
End
Tambah tunda
waktu?
Set lama
Start
Set lama = 1
Lama = 0?
End
Tambah tunda
waktu?
Set lama
tidak tidak
tidak tidak
ya ya
ya ya
Tunda 1 detik & cek prioritas
informasi
Dec lama
Gambar 3.13b Diagram alir waktu tunda
38
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan alat berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat bekerja sesuai yang
diharapkan apabila didalamnya terdapat perangkat lunak (software). Pada bagian ini
akan membahas perangkat lunak yang dibuat untuk menjawab rumusan masalah.
Perangakat lunak yang dibuat mengacu pada diagram alir (flow chart) yang
dirancang pada bab 3.
4.1 Program Utama
Pada unit kendali 1 terdapat program utama dan beberapa program
subrutin pelayanan prioritas kendaraan. Program utama terdiri dari program
inisialisasi dan pemanggilan subrutin untuk memproses masukan sehingga dapat
menjalankan keseluruhan program.
Untuk lampiran listing program pada baris 4 sampai 14 adalah program
inisialisasi, yaitu untuk mengatur keadaan awal. Pada baris 15 merupakan
pembanding data masukan dari prioritas kereta api, apabila R5 bernilai 1 maka
ada kereta api pada jalur utara sehingga penginisialisasi model persimpangan
menjadi pertigaan (jalur persimpangan utara di nonaktifkan). Pada instruksi baris
pada 21, 64, 101 dan 138 regrister 0 menentukan jalur persimpangan yang akan
diaktif yang kemudian pada baris ke 22, 65, 102 nilai R0 akan dicounter down
agar dapat berpindah ke jalur persimpangan berikutnya. Insturksi baris ke 23, 66,
103, 139 untuk menyimpan data terakhir jalur persimpangan yang aktif sebelum
program memasuki pemanggilan subrutin pengecekan informasi pada baris 25,
68, 105, dan 141. Baris 26, 39, 48, 69, 81, 106, 118, 143, 155 adalah instruksi
39
untuk menentukan jenis lampu yang akan dinyalakan. Pada saat akan menyala
lampu hijau program memanggil subrutin antrian kendaraan pada baris ke 28,
70, 107, 144. Jika ada antrian kendaraan yaitu register 7 bernilai logika 1 maka
program akan lompat dari baris 29 ke 31, 71 ke 73, 108 ke 110, 143 ke 145.
Sedangkan apabila tidak ada antrian maka program akan memberikan penyalaan
lampu hijau selama 5 detik pada pin-pin lampu hijau yaitu pada baris 30 – 36
(P0.0 untuk jalur utara), 72 – 84 (P0.2 untuk pin jalur timur), 109 – 115 (P0.4
untuk pin jalur selatan), 144 - 150 (P0.6 untuk pin jalur barat) yang sebelumnya
mematikan lampu merah pada persimpangan yang akan dinyalakan lampu hijau.
Setelah itu program akan mematikan lampu hijau terlebih dahulu dengan
memberikan logika 0 pada pin lampu hijau tersebut, kemudian pada
persimpangan yang akan dinyalakan lampu kuning selama 2 detik diberikan
logika 1 untuk pin-pin lampu kuning. Program penyalan lampu kuning terdapat
pada baris 38 – 45 (P0.1 untuk pin jalur utara), 74 – 81 (P0.3 untuk pin jalur
timur), 117 - 124 (P0.5 untuk pin jalur selatan), 145 -152 (P0.7 untuk pin jalur
barat). Begitu juga dengan program untuk menyalakan lampu merah yang
terdapat pada baris 47 – 62 (P2.7 untuk pin jalur utara), 89 – 99 (P2.6 untuk pin
jalur timur), 126 – 136 (P2.5 untuk pin jalur selatan),163 – 173 (P2.4 untuk pin
jalur barat). Pada program utama ini looping terjadi akibat pengurangan register 4
yang digunakan untuk memberikan jumlah waktu penyalaan lampu. Program
looping ini terdapat pada baris 35 – 36, 44 – 45, 57 -58, 77 – 78, 86 – 87, 97 –
yang merupakan selektor sensor sekaligus penentu waktu penyalaan lampu
hijau), sedangkan lampu pada arah utara, timur, selatan menyala merah (P2.7,
P2.6 dan P2.5 bernilai 1). Untuk hasil simulasinya sama dengan hasil
pengujian, dimana pada saat lampu hijau di barat menyala (P0.6 bernilai 1)
selama 20 detik (P1.4 bernilai 1, P1.5 bernilai 1) maka arah lainnnya menyala
merah (P2.7, P2.6 dan P2.5 bernilai 1) seperti yang ditunjukkan pada Gambar
4.17. Hal ini sesuai dengan perancangan pada bab 3 Tabel 3.5.
60
Gambar 4.17 Simulasi Program Untuk Sistem Antrian Kendaraan Selama 20
Detik Di Barat
4.7.2 Pengamatan Sistem Prioritas Kendaraan Bersirine
Tabel 4.6 Hasil Pengujian sistem prioritas kendaraan bersirine untuk arah utara Baris P0.0 P0.1 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
Pada Tabel 4.6 untuk baris pertama menunjukkan terdeteksinya kendaraan
bersirine yang datang dari arah utara (P3.0 dan P3.1 bernilai 1) sehingga
lampu lalu lintas pada simpang utara menyala lampu hijau (P0.0 bernilai 1).
Sedangkan lampu pada simpang timur, selatan, barat menyala lampu merah
(P2.6, P2.5, P2.4 bernilai 1). Seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.18.
61
Gambar 4.18 Simulasi Program Sistem Kendaraan Sirine Datang Dari Arah Utara
Apabila kendaraan bersirine yang datang dari simpang utara kemudian
terdeteksi oleh sensor melewati salah satu simpang lainnya (timur (P3.2dan
P3.3) atau selatan (P3.4 danP3.5) ataupun barat (P3.6 dan P3.7) bernilai 1),
maka lampu lalu lintas di utara akan menyala kuning (P0.1 bernilai 1) dan
seterusnya merah (kembali ke status normal). Seperti yang ditunjukkan pada
Tabel 4.6 pada baris kedua dan Gambar 4.19.
Gambar 4.19 Contoh Simulasi Program Sistem Kendaraan Sirine Datang
Dari Arah Utara Dan Melewati Arah Timur
Tabel 4.7 Hasil Pengujian sistem prioritas kendaraan bersirine untuk arah timur Baris P0.2 P0.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
1;**************** PROGRAM 2 ******************************** 2 RATUSAN EQU 20 ;20 X 50000 ud = 1 DETIK 3 CACAH EQU -50000 4 ORG 0H 5 MOV TMOD, #01H 6 MOV P0, #0 7 MOV P1, #0 8 MOV P2, #0 9 MOV P3, #0 10 SETB P1.7 ; HIDUPKAN LL INDIKATOR 11 12 ADAKERETA1: JNB P1.0, ADAKERETA2 ; CEK KERETA DI SENSOR 1 13 LCALL KERETADATANG1 14 15 ADAKERETA3: LCALL TUNDA1 16 JNB P1.1, ADAKERETA3 ; CEK KERETA DI SENSOR 2 17 18 BLMLEWAT1: LCALL TUNDA1 19 JB P1.1, BLMLEWAT1 ; CEK KERETA DI SENSOR 2 20 LCALL KERETALEWAT1 21 LEWAT1: SJMP ADAKERETA1 22 23 ADAKERETA2: JNB P1.1, ADAKERETA1 ; CEK KERETA DI SENSOR 2 24 LCALL KERETADATANG2 25 26 ADAKERETA4: LCALL TUNDA1 27 JNB P1.0, ADAKERETA4 ; CEK KERETA DI SENSOR 2 28 29 BELUMLEWAT2: LCALL TUNDA1 30 JB P1.0, BELUMLEWAT2 ; CEK KERETA DI SENSOR 2 31 LCALL KERETALEWAT2 32 LEWAT2: SJMP ADAKERETA1 33 34 KERETADATANG1: SETB P1.6 ; HIDUPKAN ALARM KERETA DATANG 35 SETB P0.1 35 CEKKENDARAAN1: JB P1.2, CEKKENDARAAN1 36 JB P1.3, CEKKENDARAAN1 ; CEK KENDARAAN DI SENSOR 2 37 CLR P1.2 38 CLR P1.3 39 CALL TUNDA 40 SETB P1.4 ; TURUNKAN PALANG 1 41 CLR P1.5 ; TURUNKAN PALANG 2 42 CALL TUNDA 43 CLR P1.4 44 LJMP ADAKERETA3 45 KERETALEWAT1: CLR P1.6 ; MATIKAN ALARM KERETA SUDAH LEWAT 46 CLR P0.1 ; KIRIM DATA KE UNIT KENDALI UTAMA 47 CALL TUNDA 48 CLR P1.4 ; BUKA PALANG1 49 SETB P1.5 ; BUKA PALANG2 50 CALL TUNDA 51 52 CLR P1.4 53 CLR P1.5
54 CLR P1.0 55 CLR P1.1 56 CLR P1.2 57 CLR P1.3 58 LJMP LEWAT1 59 60 KERETADATANG2: SETB P1.6 ; HIDUPKAN ALARM KERETA DATANG 61 SETB P0.1 ; KIRIM DATA KE UNIT KENDALI UTAMA 62 CEKKENDARAAN2: JB P1.2, CEKKENDARAAN2 63 JB P1.3, CEKKENDARAAN2 ; CEK KENDARAAN DI SENSOR 2 64 CLR P1.2 65 CLR P1.3 66 CALL TUNDA 67 SETB P1.4 ; TURUNKAN PALANG 1 68 CLR P1.5 ; TURUNKAN PALANG 2 69 CALL TUNDA 70 CLR P1.4 71 LJMP ADAKERETA4 72 73 74 KERETALEWAT2: CLR P1.6 ; MATIKAN ALARM KERETA SUDAH LEWAT 75 CLR P0.1 ; KIRIM DATA KE UNIT KENDALI UTAMA 76 CALL TUNDA 77 CLR P1.4 ; BUKA PALANG1 78 SETB P1.5 ; BUKA PALANG2 79 CALL TUNDA 80 81 CLR P1.4 82 CLR P1.5 83 CLR P1.0 84 CLR P1.1 85 CLR P1.2 86 CLR P1.3 87 LJMP LEWAT2 88;********************************************************
8-bit Microcontroller with 4K Bytes In-System Programmable Flash
AT89S51
Rev. 2487A–10/01
Features• Compatible with MCS-51® Products• 4K Bytes of In-System Programmable (ISP) Flash Memory
– Endurance: 1000 Write/Erase Cycles• 4.0V to 5.5V Operating Range• Fully Static Operation: 0 Hz to 33 MHz• Three-level Program Memory Lock• 128 x 8-bit Internal RAM• 32 Programmable I/O Lines• Two 16-bit Timer/Counters• Six Interrupt Sources• Full Duplex UART Serial Channel• Low-power Idle and Power-down Modes• Interrupt Recovery from Power-down Mode• Watchdog Timer• Dual Data Pointer• Power-off Flag• Fast Programming Time• Flexible ISP Programming (Byte and Page Mode)
DescriptionThe AT89S51 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcontroller with 4Kbytes of in-system programmable Flash memory. The device is manufactured usingAtmel’s high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the indus-try-standard 80C51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the programmemory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory pro-grammer. By combining a versatile 8-bit CPU with in-system programmable Flash on amonolithic chip, the Atmel AT89S51 is a powerful microcontroller which provides ahighly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applications.
The AT89S51 provides the following standard features: 4K bytes of Flash, 128 bytes ofRAM, 32 I/O lines, Watchdog timer, two data pointers, two 16-bit timer/counters, a five-vector two-level interrupt architecture, a full duplex serial port, on-chip oscillator, andclock circuitry. In addition, the AT89S51 is designed with static logic for operationdown to zero frequency and supports two software selectable power saving modes.The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM, timer/counters, serial port, andinterrupt system to continue functioning. The Power-down mode saves the RAM con-tents but freezes the oscillator, disabling all other chip functions until the next externalinterrupt or hardware reset.
Port 0 Port 0 is an 8-bit open drain bidirectional I/O port. As an output port, each pin can sink eightTTL inputs. When 1s are written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedanceinputs.
Port 0 can also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus duringaccesses to external program and data memory. In this mode, P0 has internal pull-ups.
Port 0 also receives the code bytes during Flash programming and outputs the code bytesduring program verification. External pull-ups are required during program verification.
Port 1 Port 1 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pull-ups. The Port 1 output buffers cansink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 1 pins, they are pulled high by theinternal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 1 pins that are externally beingpulled low will source current (IIL) because of the internal pull-ups.
Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and verification.
Port 2 Port 2 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pull-ups. The Port 2 output buffers cansink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 2 pins, they are pulled high by theinternal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 2 pins that are externally beingpulled low will source current (IIL) because of the internal pull-ups.
Port 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory andduring accesses to external data memory that use 16-bit addresses (MOVX @ DPTR). In thisapplication, Port 2 uses strong internal pull-ups when emitting 1s. During accesses to externaldata memory that use 8-bit addresses (MOVX @ RI), Port 2 emits the contents of the P2 Spe-cial Function Register.
Port 2 also receives the high-order address bits and some control signals during Flash pro-gramming and verification.
Port 3 Port 3 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pull-ups. The Port 3 output buffers cansink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 3 pins, they are pulled high by theinternal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 3 pins that are externally beingpulled low will source current (IIL) because of the pull-ups.
Port 3 receives some control signals for Flash programming and verification.
Port 3 also serves the functions of various special features of the AT89S51, as shown in thefollowing table.
Port Pin Alternate Functions
P1.5 MOSI (used for In-System Programming)
P1.6 MISO (used for In-System Programming)
P1.7 SCK (used for In-System Programming)
4 AT89S512487A–10/01
AT89S51
RST Reset input. A high on this pin for two machine cycles while the oscillator is running resets thedevice. This pin drives High for 98 oscillator periods after the Watchdog times out. The DIS-RTO bit in SFR AUXR (address 8EH) can be used to disable this feature. In the default stateof bit DISRTO, the RESET HIGH out feature is enabled.
ALE/PROG Address Latch Enable (ALE) is an output pulse for latching the low byte of the address duringaccesses to external memory. This pin is also the program pulse input (PROG) during Flashprogramming.
In normal operation, ALE is emitted at a constant rate of 1/6 the oscillator frequency and maybe used for external timing or clocking purposes. Note, however, that one ALE pulse isskipped during each access to external data memory.
If desired, ALE operation can be disabled by setting bit 0 of SFR location 8EH. With the bit set,ALE is active only during a MOVX or MOVC instruction. Otherwise, the pin is weakly pulledhigh. Setting the ALE-disable bit has no effect if the microcontroller is in external executionmode.
PSEN Program Store Enable (PSEN) is the read strobe to external program memory.
When the AT89S51 is executing code from external program memory, PSEN is activatedtwice each machine cycle, except that two PSEN activations are skipped during each accessto external data memory.
EA/VPP External Access Enable. EA must be strapped to GND in order to enable the device to fetchcode from external program memory locations starting at 0000H up to FFFFH. Note, however,that if lock bit 1 is programmed, EA will be internally latched on reset.
EA should be strapped to VCC for internal program executions.
This pin also receives the 12-volt programming enable voltage (VPP) during Flashprogramming.
XTAL1 Input to the inverting oscillator amplifier and input to the internal clock operating circuit.
XTAL2 Output from the inverting oscillator amplifier
Port Pin Alternate Functions
P3.0 RXD (serial input port)
P3.1 TXD (serial output port)
P3.2 INT0 (external interrupt 0)
P3.3 INT1 (external interrupt 1)
P3.4 T0 (timer 0 external input)
P3.5 T1 (timer 1 external input)
P3.6 WR (external data memory write strobe)
P3.7 RD (external data memory read strobe)
52487A–10/01
Special Function Registers
A map of the on-chip memory area called the Special Function Register (SFR) space is shownin Table 1.
Note that not all of the addresses are occupied, and unoccupied addresses may not be imple-mented on the chip. Read accesses to these addresses will in general return random data,and write accesses will have an indeterminate effect.
Table 1. AT89S51 SFR Map and Reset Values
0F8H 0FFH
0F0HB
000000000F7H
0E8H 0EFH
0E0HACC
000000000E7H
0D8H 0DFH
0D0HPSW
000000000D7H
0C8H 0CFH
0C0H 0C7H
0B8HIP
XX0000000BFH
0B0HP3
111111110B7H
0A8HIE
0X0000000AFH
0A0HP2
11111111AUXR1
XXXXXXX0WDTRST
XXXXXXXX0A7H
98HSCON
00000000SBUF
XXXXXXXX9FH
90HP1
1111111197H
88HTCON
00000000TMOD
00000000TL0
00000000TL1
00000000TH0
00000000TH1
00000000AUXR
XXX00XX08FH
80HP0
11111111SP
00000111DP0L
00000000DP0H
00000000DP1L
00000000DP1H
00000000PCON
0XXX000087H
6 AT89S512487A–10/01
AT89S51
User software should not write 1s to these unlisted locations, since they may be used in futureproducts to invoke new features. In that case, the reset or inactive values of the new bits willalways be 0.
Interrupt Registers: The individual interrupt enable bits are in the IE register. Two prioritiescan be set for each of the five interrupt sources in the IP register.
Dual Data Pointer Registers: To facilitate accessing both internal and external data memory,two banks of 16-bit Data Pointer Registers are provided: DP0 at SFR address locations 82H-83H and DP1 at 84H-85H. Bit DPS = 0 in SFR AUXR1 selects DP0 and DPS = 1 selects DP1.The user should always initialize the DPS bit to the appropriate value before accessing therespective Data Pointer Register.
Table 2. AUXR: Auxiliary Register
AUXR Address = 8EH Reset Value = XXX00XX0B
Not Bit Addressable
– – – WDIDLE DISRTO – – DISALE
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
– Reserved for future expansion
DISALE Disable/Enable ALE
DISALEOperating Mode
0 ALE is emitted at a constant rate of 1/6 the oscillator frequency
1 ALE is active only during a MOVX or MOVC instruction
DISRTO Disable/Enable Reset out
DISRTO
0 Reset pin is driven High after WDT times out
1 Reset pin is input only
WDIDLE Disable/Enable WDT in IDLE mode
WDIDLE
0 WDT continues to count in IDLE mode
1 WDT halts counting in IDLE mode
72487A–10/01
Power Off Flag: The Power Off Flag (POF) is located at bit 4 (PCON.4) in the PCON SFR.POF is set to “1” during power up. It can be set and rest under software control and is notaffected by reset.
Memory Organization
MCS-51 devices have a separate address space for Program and Data Memory. Up to 64Kbytes each of external Program and Data Memory can be addressed.
Program Memory If the EA pin is connected to GND, all program fetches are directed to external memory.
On the AT89S51, if EA is connected to VCC, program fetches to addresses 0000H throughFFFH are directed to internal memory and fetches to addresses 1000H through FFFFH aredirected to external memory.
Data Memory The AT89S51 implements 128 bytes of on-chip RAM. The 128 bytes are accessible via directand indirect addressing modes. Stack operations are examples of indirect addressing, so the128 bytes of data RAM are available as stack space.
Watchdog Timer (One-time Enabled with Reset-out)
The WDT is intended as a recovery method in situations where the CPU may be subjected tosoftware upsets. The WDT consists of a 14-bit counter and the Watchdog Timer Reset(WDTRST) SFR. The WDT is defaulted to disable from exiting reset. To enable the WDT, auser must write 01EH and 0E1H in sequence to the WDTRST register (SFR location 0A6H).When the WDT is enabled, it will increment every machine cycle while the oscillator is running.The WDT timeout period is dependent on the external clock frequency. There is no way to dis-able the WDT except through reset (either hardware reset or WDT overflow reset). WhenWDT overflows, it will drive an output RESET HIGH pulse at the RST pin.
Using the WDT To enable the WDT, a user must write 01EH and 0E1H in sequence to the WDTRST register(SFR location 0A6H). When the WDT is enabled, the user needs to service it by writing 01EHand 0E1H to WDTRST to avoid a WDT overflow. The 14-bit counter overflows when it reaches16383 (3FFFH), and this will reset the device. When the WDT is enabled, it will incrementevery machine cycle while the oscillator is running. This means the user must reset the WDTat least every 16383 machine cycles. To reset the WDT the user must write 01EH and 0E1Hto WDTRST. WDTRST is a write-only register. The WDT counter cannot be read or written.When WDT overflows, it will generate an output RESET pulse at the RST pin. The RESETpulse duration is 98xTOSC, where TOSC=1/FOSC. To make the best use of the WDT, it
Table 3. AUXR1: Auxiliary Register 1
AUXR1Address = A2H
Reset Value = XXXXXXX0B
Not Bit Addressable
– – – – – – – DPS
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
– Reserved for future expansion
DPS Data Pointer Register Select
DPS
0 Selects DPTR Registers DP0L, DP0H
1 Selects DPTR Registers DP1L, DP1H
8 AT89S512487A–10/01
AT89S51
should be serviced in those sections of code that will periodically be executed within the timerequired to prevent a WDT reset.
WDT During Power-down and Idle
In Power-down mode the oscillator stops, which means the WDT also stops. While in Power-down mode, the user does not need to service the WDT. There are two methods of exitingPower-down mode: by a hardware reset or via a level-activated external interrupt, which isenabled prior to entering Power-down mode. When Power-down is exited with hardware reset,servicing the WDT should occur as it normally does whenever the AT89S51 is reset. ExitingPower-down with an interrupt is significantly different. The interrupt is held low long enough forthe oscillator to stabilize. When the interrupt is brought high, the interrupt is serviced. To pre-vent the WDT from resetting the device while the interrupt pin is held low, the WDT is notstarted until the interrupt is pulled high. It is suggested that the WDT be reset during the inter-rupt service for the interrupt used to exit Power-down mode.
To ensure that the WDT does not overflow within a few states of exiting Power-down, it is bestto reset the WDT just before entering Power-down mode.
Before going into the IDLE mode, the WDIDLE bit in SFR AUXR is used to determine whetherthe WDT continues to count if enabled. The WDT keeps counting during IDLE (WDIDLE bit =0) as the default state. To prevent the WDT from resetting the AT89S51 while in IDLE mode,the user should always set up a timer that will periodically exit IDLE, service the WDT, andreenter IDLE mode.
With WDIDLE bit enabled, the WDT will stop to count in IDLE mode and resumes the countupon exit from IDLE.
UART The UART in the AT89S51 operates the same way as the UART in the AT89C51. For furtherinformation on the UART operation, refer to the ATMEL Web site (http://www.atmel.com).From the home page, select ‘Products’, then ‘8051-Architecture Flash Microcontroller’, then‘Product Overview’.
Timer 0 and 1 Timer 0 and Timer 1 in the AT89S51 operate the same way as Timer 0 and Timer 1 in theAT89C51. For further information on the timers’ operation, refer to the ATMEL Web site(http://www.atmel.com). From the home page, select ‘Products’, then ‘8051-Architecture FlashMicrocontroller’, then ‘Product Overview’.
Interrupts The AT89S51 has a total of five interrupt vectors: two external interrupts (INT0 and INT1), twotimer interrupts (Timers 0 and 1), and the serial port interrupt. These interrupts are all shown inFigure 1.
Each of these interrupt sources can be individually enabled or disabled by setting or clearing abit in Special Function Register IE. IE also contains a global disable bit, EA, which disables allinterrupts at once.
Note that Table 4 shows that bit position IE.6 is unimplemented. In the AT89S51, bit positionIE.5 is also unimplemented. User software should not write 1s to these bit positions, since theymay be used in future AT89 products.
The Timer 0 and Timer 1 flags, TF0 and TF1, are set at S5P2 of the cycle in which the timersoverflow. The values are then polled by the circuitry in the next cycle
92487A–10/01
.
Figure 1. Interrupt Sources
Table 4. Interrupt Enable (IE) Register
(MSB) (LSB)
EA – – ES ET1 EX1 ET0 EX0
Enable Bit = 1 enables the interrupt.
Enable Bit = 0 disables the interrupt.
Symbol Position Function
EA IE.7 Disables all interrupts. If EA = 0, no interrupt is acknowledged. If EA = 1, each interrupt source is individually enabled or disabled by setting or clearing its enable bit.
– IE.6 Reserved
– IE.5 Reserved
ES IE.4 Serial Port interrupt enable bit
ET1 IE.3 Timer 1 interrupt enable bit
EX1 IE.2 External interrupt 1 enable bit
ET0 IE.1 Timer 0 interrupt enable bit
EX0 IE.0 External interrupt 0 enable bit
User software should never write 1s to reserved bits, because they may be used in future AT89 products.
IE1
IE0
1
1
0
0
TF1
TF0
INT1
INT0
TIRI
10 AT89S512487A–10/01
AT89S51
11
Oscillator Characteristics
XTAL1 and XTAL2 are the input and output, respectively, of an inverting amplifier that can beconfigured for use as an on-chip oscillator, as shown in Figure 2. Either a quartz crystal orceramic resonator may be used. To drive the device from an external clock source, XTAL2should be left unconnected while XTAL1 is driven, as shown in Figure 3. There are no require-ments on the duty cycle of the external clock signal, since the input to the internal clockingcircuitry is through a divide-by-two flip-flop, but minimum and maximum voltage high and lowtime specifications must be observed.
Figure 2. Oscillator Connections
Note: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals = 40 pF ± 10 pF for Ceramic Resonators
Figure 3. External Clock Drive Configuration
Idle Mode In idle mode, the CPU puts itself to sleep while all the on-chip peripherals remain active. Themode is invoked by software. The content of the on-chip RAM and all the special functionregisters remain unchanged during this mode. The idle mode can be terminated by anyenabled interrupt or by a hardware reset.
Note that when idle mode is terminated by a hardware reset, the device normally resumes pro-gram execution from where it left off, up to two machine cycles before the internal resetalgorithm takes control. On-chip hardware inhibits access to internal RAM in this event, butaccess to the port pins is not inhibited. To eliminate the possibility of an unexpected write to aport pin when idle mode is terminated by a reset, the instruction following the one that invokesidle mode should not write to a port pin or to external memory.
Power-down Mode
In the Power-down mode, the oscillator is stopped, and the instruction that invokes Power-down is the last instruction executed. The on-chip RAM and Special Function Registers retaintheir values until the Power-down mode is terminated. Exit from Power-down mode can be ini-tiated either by a hardware reset or by activation of an enabled external interrupt into INT0 orINT1. Reset redefines the SFRs but does not change the on-chip RAM. The reset should notbe activated before VCC is restored to its normal operating level and must be held active longenough to allow the oscillator to restart and stabilize.
C2XTAL2
GND
XTAL1C1
XTAL2
XTAL1
GND
NC
EXTERNALOSCILLATOR
SIGNAL
2487A–10/01
Program Memory Lock Bits
The AT89S51 has three lock bits that can be left unprogrammed (U) or can be programmed(P) to obtain the additional features listed in the following table.
When lock bit 1 is programmed, the logic level at the EA pin is sampled and latched duringreset. If the device is powered up without a reset, the latch initializes to a random value andholds that value until reset is activated. The latched value of EA must agree with the currentlogic level at that pin in order for the device to function properly.
Programming the Flash – Parallel Mode
The AT89S51 is shipped with the on-chip Flash memory array ready to be programmed. Theprogramming interface needs a high-voltage (12-volt) program enable signal and is compati-ble with conventional third-party Flash or EPROM programmers.
The AT89S51 code memory array is programmed byte-by-byte.
Programming Algorithm: Before programming the AT89S51, the address, data, and controlsignals should be set up according to the Flash programming mode table and Figures 13 and14. To program the AT89S51, take the following steps:
1. Input the desired memory location on the address lines.
2. Input the appropriate data byte on the data lines.
3. Activate the correct combination of control signals.
4. Raise EA/VPP to 12V.
5. Pulse ALE/PROG once to program a byte in the Flash array or the lock bits. The byte-write cycle is self-timed and typically takes no more than 50 µs. Repeat steps 1 through 5, changing the address and data for the entire array or until the end of the object file is reached.
Data Polling: The AT89S51 features Data Polling to indicate the end of a byte write cycle.During a write cycle, an attempted read of the last byte written will result in the complement ofthe written data on P0.7. Once the write cycle has been completed, true data is valid on all out-puts, and the next cycle may begin. Data Polling may begin any time after a write cycle hasbeen initiated.
Table 5. Status of External Pins During Idle and Power-down Modes
Mode Program Memory ALE PSEN PORT0 PORT1 PORT2 PORT3
Idle Internal 1 1 Data Data Data Data
Idle External 1 1 Float Data Address Data
Power-down Internal 0 0 Data Data Data Data
Power-down External 0 0 Float Data Data Data
Table 6. Lock Bit Protection Modes
Program Lock Bits
LB1 LB2 LB3 Protection Type
1 U U U No program lock features
2 P U U MOVC instructions executed from external program memory are disabled from fetching code bytes from internal memory, EA is sampled and latched on reset, and further programming of the Flash memory is disabled
3 P P U Same as mode 2, but verify is also disabled
4 P P P Same as mode 3, but external execution is also disabled
12 AT89S512487A–10/01
AT89S51
Ready/Busy: The progress of byte programming can also be monitored by the RDY/BSY out-put signal. P3.0 is pulled low after ALE goes high during programming to indicate BUSY. P3.0is pulled high again when programming is done to indicate READY.
Program Verify: If lock bits LB1 and LB2 have not been programmed, the programmed codedata can be read back via the address and data lines for verification. The status of the individ-ual lock bits can be verified directly by reading them back.
Reading the Signature Bytes: The signature bytes are read by the same procedure as a nor-mal verification of locations 000H, 100H, and 200H, except that P3.6 and P3.7 must be pulledto a logic low. The values returned are as follows.
Chip Erase: In the parallel programming mode, a chip erase operation is initiated by using theproper combination of control signals and by pulsing ALE/PROG low for a duration of 200 ns -500 ns.
In the serial programming mode, a chip erase operation is initiated by issuing the Chip Eraseinstruction. In this mode, chip erase is self-timed and takes about 500 ms.
During chip erase, a serial read from any address location will return 00H at the data output.
Programming the Flash – Serial Mode
The Code memory array can be programmed using the serial ISP interface while RST ispulled to VCC. The serial interface consists of pins SCK, MOSI (input) and MISO (output). AfterRST is set high, the Programming Enable instruction needs to be executed first before otheroperations can be executed. Before a reprogramming sequence can occur, a Chip Eraseoperation is required.
The Chip Erase operation turns the content of every memory location in the Code array intoFFH.
Either an external system clock can be supplied at pin XTAL1 or a crystal needs to be con-nected across pins XTAL1 and XTAL2. The maximum serial clock (SCK) frequency should beless than 1/16 of the crystal frequency. With a 33 MHz oscillator clock, the maximum SCK fre-quency is 2 MHz.
Serial Programming Algorithm
To program and verify the AT89S51 in the serial programming mode, the following sequenceis recommended:
1. Power-up sequence:
Apply power between VCC and GND pins.
Set RST pin to “H”.
If a crystal is not connected across pins XTAL1 and XTAL2, apply a 3 MHz to 33 MHzclock to XTAL1 pin and wait for at least 10 milliseconds.
2. Enable serial programming by sending the Programming Enable serial instruction to pin MOSI/P1.5. The frequency of the shift clock supplied at pin SCK/P1.7 needs to be less than the CPU clock at XTAL1 divided by 16.
3. The Code array is programmed one byte at a time in either the Byte or Page mode. The write cycle is self-timed and typically takes less than 0.5 ms at 5V.
4. Any memory location can be verified by using the Read instruction that returns the con-tent at the selected address at serial output MISO/P1.6.
5. At the end of a programming session, RST can be set low to commence normal device operation.
132487A–10/01
Power-off sequence (if needed):
Set XTAL1 to “L” (if a crystal is not used).
Set RST to “L”.
Turn VCC power off.
Data Polling: The Data Polling feature is also available in the serial mode. In this mode, dur-ing a write cycle an attempted read of the last byte written will result in the complement of theMSB of the serial output byte on MISO.
Serial Programming Instruction Set
The Instruction Set for Serial Programming follows a 4-byte protocol and is shown in Table 8on page 18.
Programming Interface – Parallel Mode
Every code byte in the Flash array can be programmed by using the appropriate combinationof control signals. The write operation cycle is self-timed and once initiated, will automaticallytime itself to completion.
All major programming vendors offer worldwide support for the Atmel microcontroller series.Please contact your local programming vendor for the appropriate software revision.
Notes: 1. Each PROG pulse is 200 ns - 500 ns for Chip Erase.2. Each PROG pulse is 200 ns - 500 ns for Write Code Data.3. Each PROG pulse is 200 ns - 500 ns for Write Lock Bits.4. RDY/BSY signal is output on P3.0 during programming.5. X = don’t care.
Table 7. Flash Programming Modes
Mode VCC RST PSEN
ALE/
PROG
EA/
VPP P2.6 P2.7 P3.3 P3.6 P3.7
P0.7-0
Data
P2.3-0 P1.7-0
Address
Write Code Data 5V H L(2)
12V L H H H H DIN A11-8 A7-0
Read Code Data 5V H L H H L L L H H DOUT A11-8 A7-0
Write Lock Bit 1 5V H L(3)
12V H H H H H X X X
Write Lock Bit 2 5V H L(3)
12V H H H L L X X X
Write Lock Bit 3 5V H L(3)
12V H L H H L X X X
Read Lock Bits
1, 2, 35V H L H H H H L H L
P0.2,P0.3,P0.4
X X
Chip Erase 5V H L(1)
12V H L H L L X X X
Read Atmel ID 5V H L H H L L L L L 1EH 0000 00H
Read Device ID 5V H L H H L L L L L 51H 0001 00H
Read Device ID 5V H L H H L L L L L 06H 0010 00H
14 AT89S512487A–10/01
AT89S51
Figure 4. Programming the Flash Memory (Parallel Mode)
Figure 5. Verifying the Flash Memory (Parallel Mode)
P1.0-P1.7
P2.6
P3.6
P2.0 - P2.3
A0 - A7ADDR.
0000H/FFFH
SEE FLASHPROGRAMMINGMODES TABLE
3-33 MHz
P0
V
P2.7
PGMDATA
PROG
V /VIH PP
VIH
ALE
P3.7
XTAL2 EA
RST
PSEN
XTAL1
GND
VCC
AT89S51
P3.3
P3.0RDY/BSY
A8 - A11
CC
P1.0-P1.7
P2.6
P3.6
P2.0 - P2.3
A0 - A7ADDR.
0000H/FFFH
SEE FLASHPROGRAMMINGMODES TABLE
3-33 MHz
P0
P2.7
PGM DATA(USE 10KPULLUPS)
VIH
VIH
ALE
P3.7
XTAL2 EA
RST
PSEN
XTAL1
GND
VCC
AT89S51
P3.3
A8 - A11
VCC
152487A–10/01
Figure 6. Flash Programming and Verification Waveforms – Parallel Mode
Flash Programming and Verification Characteristics (Parallel Mode)TA = 20°C to 30°C, VCC = 4.5 to 5.5V
Symbol Parameter Min Max Units
VPP Programming Supply Voltage 11.5 12.5 V
IPP Programming Supply Current 10 mA
ICC VCC Supply Current 30 mA
1/tCLCL Oscillator Frequency 3 33 MHz
tAVGL Address Setup to PROG Low 48tCLCL
tGHAX Address Hold After PROG 48tCLCL
tDVGL Data Setup to PROG Low 48tCLCL
tGHDX Data Hold After PROG 48tCLCL
tEHSH P2.7 (ENABLE) High to VPP 48tCLCL
tSHGL VPP Setup to PROG Low 10 µs
tGHSL VPP Hold After PROG 10 µs
tGLGH PROG Width 0.2 1 µs
tAVQV Address to Data Valid 48tCLCL
tELQV ENABLE Low to Data Valid 48tCLCL
tEHQZ Data Float After ENABLE 0 48tCLCL
tGHBL PROG High to BUSY Low 1.0 µs
tWC Byte Write Cycle Time 50 µs
tGLGHtGHSL
tAVGL
tSHGL
tDVGLtGHAX
tAVQV
tGHDX
tEHSH tELQV
tWC
BUSY READY
tGHBL
tEHQZ
P1.0 - P1.7P2.0 - P2.3
ALE/PROG
PORT 0
LOGIC 1LOGIC 0EA/VPP
VPP
P2.7(ENABLE)
P3.0(RDY/BSY)
PROGRAMMINGADDRESS
VERIFICATIONADDRESS
DATA IN DATA OUT
16 AT89S512487A–10/01
AT89S51
Figure 7. Flash Memory Serial Downloading
Flash Programming and Verification Waveforms – Serial Mode
Figure 8. Serial Programming Waveforms
P1.7/SCK
DATA OUTPUT
INSTRUCTIONINPUT
CLOCK IN
3-33 MHz
P1.5/MOSI
VIH
XTAL2
RSTXTAL1
GND
VCC
AT89S51
P1.6/MISO
VCC
7 6 5 4 3 2 1 0
172487A–10/01
Notes: 1. The signature bytes are not readable in Lock Bit Modes 3 and 4.2. B1 = 0, B2 = 0 → Mode 1, no lock protection
After Reset signal is high, SCK should be low for at least 64 system clocks before it goes high to clock in the enable databytes. No pulsing of Reset signal is necessary. SCK should be no faster than 1/16 of the system clock at XTAL1.
For Page Read/Write, the data always starts from byte 0 to 255. After the command byte and upper address byte arelatched, each byte thereafter is treated as data until all 256 bytes are shifted in/out. Then the next instruction will be ready tobe decoded.
Read data from Program memory in the Page Mode (256 bytes)
Write Program Memory(Page Mode)
0101 0000 xxxx Byte 0 Byte 1... Byte 255
Write data to Program memory in the Page Mode (256 bytes)
Each of the lock bits needs to be activated sequentially before Mode 4 can be executed.
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
A7
A6
A5
A4
A3
A2 A1
A0
A11
A10 A
9A
8B
2B
1
A11
A10 A
9A
8
A7
A6
A5
A4
A3
A2 A1
A0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
LB3
LB2
LB1
A5
A4
A3
A2
A1
A11
A10 A
9A
8
A11
A10 A
9A
8
A0
18 AT89S512487A–10/01
AT89S51
192487A–10/01
Serial Programming Characteristics
Figure 9. Serial Programming Timing
MOSI
MISO
SCK
tOVSH
tSHSL
tSLSHtSHOX
tSLIV
Table 9. Serial Programming Characteristics, TA = -40° C to 85° C, VCC = 4.0 - 5.5V (Unless Otherwise Noted)
Symbol Parameter Min Typ Max Units
1/tCLCL Oscillator Frequency 0 33 MHz
tCLCL Oscillator Period 30 ns
tSHSL SCK Pulse Width High 8 tCLCL ns
tSLSH SCK Pulse Width Low 8 tCLCL ns
tOVSH MOSI Setup to SCK High tCLCL ns
tSHOX MOSI Hold after SCK High 2 tCLCL ns
tSLIV SCK Low to MISO Valid 10 16 32 ns
tERASE Chip Erase Instruction Cycle Time 500 ms
tSWC Serial Byte Write Cycle Time 64 tCLCL + 400 µs
Notes: 1. Under steady state (non-transient) conditions, IOL must be externally limited as follows:Maximum IOL per port pin: 10 mAMaximum IOL per 8-bit port:Port 0: 26 mA Ports 1, 2, 3: 15 mAMaximum total IOL for all output pins: 71 mAIf IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greaterthan the listed test conditions.
2. Minimum VCC for Power-down is 2V.
Absolute Maximum Ratings*Operating Temperature.................................. -55°C to +125°C *NOTICE: Stresses beyond those listed under “Absolute
Maximum Ratings” may cause permanent dam-age to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.
Storage Temperature ..................................... -65°C to +150°C
Voltage on Any Pinwith Respect to Ground .....................................-1.0V to +7.0V
Maximum Operating Voltage ............................................ 6.6V
DC Output Current...................................................... 15.0 mA
DC CharacteristicsThe values shown in this table are valid for TA = -40°C to 85°C and VCC = 4.0V to 5.5V, unless otherwise noted.
Symbol Parameter Condition Min Max Units
VIL Input Low Voltage (Except EA) -0.5 0.2 VCC-0.1 V
VIL1 Input Low Voltage (EA) -0.5 0.2 VCC-0.3 V
VIH Input High Voltage (Except XTAL1, RST) 0.2 VCC+0.9 VCC+0.5 V
VIH1 Input High Voltage (XTAL1, RST) 0.7 VCC VCC+0.5 V
VOL
Output Low Voltage(1) (Ports 1,2,3) IOL = 1.6 mA
0.45 V
VOL1
Output Low Voltage(1)
(Port 0, ALE, PSEN) IOL = 3.2 mA0.45 V
VOH
Output High Voltage(Ports 1,2,3, ALE, PSEN)
IOH = -60 µA, VCC = 5V ± 10% 2.4 V
IOH = -25 µA 0.75 VCC V
IOH = -10 µA 0.9 VCC V
VOH1
Output High Voltage(Port 0 in External Bus Mode)
IOH = -800 µA, VCC = 5V ± 10% 2.4 V
IOH = -300 µA 0.75 VCC V
IOH = -80 µA 0.9 VCC V
IIL
Logical 0 Input Current (Ports 1,2,3) VIN = 0.45V
-50 µA
ITL
Logical 1 to 0 Transition Current (Ports 1,2,3) VIN = 2V, VCC = 5V ± 10%
CIO Pin Capacitance Test Freq. = 1 MHz, TA = 25°C 10 pF
ICC
Power Supply Current
Active Mode, 12 MHz 25 mA
Idle Mode, 12 MHz 6.5 mA
Power-down Mode(2) VCC = 5.5V 50 µA
20 AT89S512487A–10/01
AT89S51
AC Characteristics Under operating conditions, load capacitance for Port 0, ALE/PROG, and PSEN = 100 pF; load capacitance for all otheroutputs = 80 pF.
External Program and Data Memory Characteristics
Symbol Parameter
12 MHz Oscillator Variable Oscillator
UnitsMin Max Min Max
1/tCLCL Oscillator Frequency 0 33 MHz
tLHLL ALE Pulse Width 127 2tCLCL-40 ns
tAVLL Address Valid to ALE Low 43 tCLCL-25 ns
tLLAX Address Hold After ALE Low 48 tCLCL-25 ns
tLLIV ALE Low to Valid Instruction In 233 4tCLCL-65 ns
tLLPL ALE Low to PSEN Low 43 tCLCL-25 ns
tPLPH PSEN Pulse Width 205 3tCLCL-45 ns
tPLIV PSEN Low to Valid Instruction In 145 3tCLCL-60 ns
tPXIX Input Instruction Hold After PSEN 0 0 ns
tPXIZ Input Instruction Float After PSEN 59 tCLCL-25 ns
tPXAV PSEN to Address Valid 75 tCLCL-8 ns
tAVIV Address to Valid Instruction In 312 5tCLCL-80 ns
tPLAZ PSEN Low to Address Float 10 10 ns
tRLRH RD Pulse Width 400 6tCLCL-100 ns
tWLWH WR Pulse Width 400 6tCLCL-100 ns
tRLDV RD Low to Valid Data In 252 5tCLCL-90 ns
tRHDX Data Hold After RD 0 0 ns
tRHDZ Data Float After RD 97 2tCLCL-28 ns
tLLDV ALE Low to Valid Data In 517 8tCLCL-150 ns
tAVDV Address to Valid Data In 585 9tCLCL-165 ns
tLLWL ALE Low to RD or WR Low 200 300 3tCLCL-50 3tCLCL+50 ns
tAVWL Address to RD or WR Low 203 4tCLCL-75 ns
tQVWX Data Valid to WR Transition 23 tCLCL-30 ns
tQVWH Data Valid to WR High 433 7tCLCL-130 ns
tWHQX Data Hold After WR 33 tCLCL-25 ns
tRLAZ RD Low to Address Float 0 0 ns
tWHLH RD or WR High to ALE High 43 123 tCLCL-25 tCLCL+25 ns
212487A–10/01
External Program Memory Read Cycle
External Data Memory Read Cycle
tLHLL
tLLIV
tPLIV
tLLAXtPXIZ
tPLPH
tPLAZtPXAV
tAVLL tLLPL
tAVIV
tPXIX
ALE
PSEN
PORT 0
PORT 2 A8 - A15
A0 - A7 A0 - A7
A8 - A15
INSTR IN
tLHLL
tLLDV
tLLWL
tLLAX
tWHLH
tAVLL
tRLRH
tAVDV
tAVWL
tRLAZ tRHDX
tRLDV tRHDZ
A0 - A7 FROM RI OR DPL
ALE
PSEN
RD
PORT 0
PORT 2 P2.0 - P2.7 OR A8 - A15 FROM DPH
A0 - A7 FROM PCL
A8 - A15 FROM PCH
DATA IN INSTR IN
22 AT89S512487A–10/01
AT89S51
External Data Memory Write Cycle
External Clock Drive Waveforms
tLHLL
tLLWL
tLLAX
tWHLH
tAVLL
tWLWH
tAVWL
tQVWXtQVWH
tWHQX
A0 - A7 FROM RI OR DPL
ALE
PSEN
WR
PORT 0
PORT 2 P2.0 - P2.7 OR A8 - A15 FROM DPH
A0 - A7 FROM PCL
A8 - A15 FROM PCH
DATA OUT INSTR IN
tCHCX
tCHCX
tCLCX
tCLCL
tCHCLtCLCHV - 0.5VCC
0.45V0.2 V - 0.1VCC
0.7 VCC
External Clock DriveSymbol Parameter Min Max Units
1/tCLCL Oscillator Frequency 0 33 MHz
tCLCL Clock Period 30 ns
tCHCX High Time 12 ns
tCLCX Low Time 12 ns
tCLCH Rise Time 5 ns
tCHCL Fall Time 5 ns
232487A–10/01
Shift Register Mode Timing Waveforms
AC Testing Input/Output Waveforms(1)
Note: 1. AC Inputs during testing are driven at VCC - 0.5V for a logic 1 and 0.45V for a logic 0. Timing measurements are made at VIHmin. for a logic 1 and VIL max. for a logic 0.
Float Waveforms(1)
Note: 1. For timing purposes, a port pin is no longer floating when a 100 mV change from load voltage occurs. A port pin begins tofloat when a 100 mV change from the loaded VOH/VOL level occurs.
Serial Port Timing: Shift Register Mode Test ConditionsThe values in this table are valid for VCC = 4.0V to 5.5V and Load Capacitance = 80 pF.
Symbol Parameter
12 MHz Osc Variable Oscillator
UnitsMin Max Min Max
tXLXL Serial Port Clock Cycle Time 1.0 12tCLCL µs
tQVXH Output Data Setup to Clock Rising Edge 700 10tCLCL-133 ns
tXHQX Output Data Hold After Clock Rising Edge 50 2tCLCL-80 ns
tXHDX Input Data Hold After Clock Rising Edge 0 0 ns
tXHDV Clock Rising Edge to Input Data Valid 700 10tCLCL-133 ns