Timer dan Counter dalam MCS51 (II)

Mengatur Timer

Gambar 4 merupakan bagan susunan rangkaian yang bisa terjadi pada Timer 1 secara lengkap, digambarkan pula hubungan-hubungan semua register pembentuk dan pengatur Timer 1. Gambar ini berlaku pula untuk Timer 0.

Dalam pemakaian sesungguhnya, rangkaian yang dipakai hanya sebagian dari rangkaian lengkap tersebut, sesuai dengan keperluan sistem yang dibangun. Rangkaian yang dikehendaki dibentuk dengan mengatur register TMODE, sedangkan kerja dari Timer dikendalikan lewat register TCON.

Gambar 4
Skema lengkap Timer 1 dalam Mode 1

Setelah MCS51 di-reset register TMOD bernilai $00, hal ini berarti :

· bit C/T* =’0’, menurut Gambar 4 keadaan ini membuat saklar S1 ke posisi atas, sumber sinyal denyut berasal dari osilator kristal yang frekuensinya sudah dibagi 12, pencacah biner yang dibentuk dengan TL1 dan TH1 berfungsi sebagai timer. Jika sistem yang dirancang memang menghendaki Timer 1 bekerja sebagai timer maka bit C/T* tidak perlu diatur lagi.
Tapi jika sistem yang dirancang menghendaki agar Timer 1 bekerja sebagai counter untuk menghitung pulsa yang masuk lewat kakai T1 (P3.5), maka posisi saklar S1 harus dikebawahkan dengan membuat bit C/T* menjadi ‘1’.

· bit GATE=’0’, hal ini membuat output gerbang OR selalu ‘1’ tidak dipengaruhi keadaan ‘0’ atau ‘1’ pada kaki INT1 (P3.3). Dalam keadaan semacam ini, saklar S2 hanya dikendalikan lewat bit TR1 dalam register TCON. Jika TR1=’1’ saklar S2 tertutup sehingga sinyal denyut dari S1 disalurkan ke sistem pencacah biner, aliran sinyal denyut akan dihentikan jika TR=’0’.
Sebaliknya jika bit GATE=’1’, output gerbang OR akan mengikuti keadaan kaki INT1, saat INT1=’0’ apa pun keadaan bit TR1 output gerbang AND selalu =’0’ dan saklar S1 selalu terbuka, agar saklar S1 bisa tertutup kaki INT1 dan bit TR1 harus =’1’ secara bersamaan.

Jika sistem yang dirancang menghendaki kerja dari timer/counter dikendalikan dari sinyal yang berasal dari luar chip, maka bit GATE harus dibuat menjadi ‘1’

· bit M1 dan M0=’0’, berarti TL1 dan TH1 disusun menjadi pencacah biner 13 bit (Mode 0), jika dikehendaki Timer 1 bekerja pada mode 1 seperti terlihat dalam Gambar 4, maka bit M1 harus dibuat menjadi ‘0’ dan bit M0 menjadi ‘1’.

Pengetahuan di atas dipakai sebagai dasar untuk mengatur dan mengendalikan Timer seperti terlihat dalam contoh-contoh berikut :

Setelah reset TMOD bernilai $00, berarti Timer 1 bekerja sebagai pencacah biner 13 bit, sumber sinyal denyut dari osilator kristal atau Timer 1 bekerja sebagai ‘timer’, bit GATE =’0’ berarti kaki INT1 tidak berpengaruh pada rangkaian sehingga Timer 1 hanya dikendalikan dari bit TR1.

Dalam pemakaian biasanya dipakai pencacah biner 16 bit, untuk keperluan itu instruksi yang diperlukan untuk mengatur TMOD adalah :

MOV TMOD,#%00010000

Catatan dalam instruksi di atas tanda ‘#’ menyatakan bagian di belakangnya adalah bilangan konstan yang akan diisikan ke TMOD, ‘%’ merupakan awalan yang menandakan bahwa bilangan di belakangnya adalah bilangan biner. Penulisan dengan bilangan biner semacam ini, memudahkan untuk mengenali dengan cepat bit-bit apa saja yang diisikan ke TMOD.

Bilangan biner %00010000 diisikan ke TMOD, berakibat bit 7 TMOD (bit GATE) bernilai ‘0’, bit 6 (bit C/T*) bernilai ‘0’, bit 5 dan 4 (bit M1 dan M0) bernilai ‘01’, ke-empat bit ini dipakai untuk mengatur Timer 1, sehingga Timer 1 bekerja sebagai timer dengan pencacah biner 16 bit yang dikendalikan hanya dengan TR1.

Jika dikehendaki pencacah biner dipakai sebagai counter untuk mencacah jumlah pulsa yang masuk lewat kaki T1 (P3.5), instruksinya menjadi :

MOV TMOD,#%01010000

Perbedaannya dengan instruksi di atas adalah dalam instruksi ini bit 6 (bit C/T*) bernilai ‘1’. Selanjutnya jika diinginkan sinyal dari perangkat keras di luar chip MCS51 bisa ikut mengendalikan Timer 1, instruksi pengatur Timer 1 akan menjadi :

MOV TMOD,#%11010000

Dalam hal ini bit 7 (bit GATE) bernilai ‘1’.

Setelah mengatur konfigurasi Timer 0 seperti di atas, pencacah biner belum mulai mencacah sebelum diperintah dengan instruksi :

SETB TR1

Perlu diingatkan jika bit GATE = ‘1’, selama kaki INT1 bernilai ‘0’ pencacah biner belum akan mencacah. Untuk menghentikan proses pencacahan, dipakai instruksi

CLR TR1

Di atas hanya dibahas Timer 1 saja, tata canya untuk Timer 0 persis sama. Yang perlu diperhatikan adalah register TMOD dipakai untuk mengatur Timer 0 dan juga Timer 1, sedangkan TMOD tidak bisa dialamati secara bit (non bit addressable) sehingga jika jika kedua Timer dipakai, pengisian bit-bit dalam register TMOD harus dipikirkan sekali gus untuk Timer 0 dan Timer 1.

Bit TR1 dan TR0 yang dipakai untuk mengendalikan proses pencacahan, terletak di dalam register TCON (memori-data internal nomor $88) yang bisa dialamati secara bit (bit addressable). Sehingga TR0 dan TR1 bisa diatur secara terpisah (dengan perintah SETB atau CLR), tidak seperti mengatur TMOD yang harus dilakukan secara bersamaan.

Demikian pula bit penampung limpahan pencacah biner TF0 dan TF1, juga terletak dalam register TCON yang masing-masing bisa di-monitor sendiri.

Pemakaian waktu tunda

Waktu tunda banyak dipakai dalam pemerograman mikronkontroler untuk membangkitkan pulsa, membangkitkan sinyal periodik dengan frekuensi tertentu, untuk menghilangkan effek getar dari skalar dalam membuat key pad (keyboard sederhana) dan lain sebagainya.

Waktu tunda bisa dibangkitkan secara sederhana dengan menjalankan instruksi-instruksi yang waktu pelaksanaanya bisa diperhitungkan dengan tepat. Untuk mendapatkan waktu tunda yang panjang, tidak dipakai cara di atas tapi pakai Timer. Waktu tunda yang dibentuk dengan kedua cara tersebut sangat tergantung pada frekuensi kerja mikrokontroller, dalam contoh-contoh berikut dianggap mikrokontroller bekerja pada frekuensi 12 MHz.

Instruksi-instruksi berikut ini bisa dipakai untuk membangkitkan pulsa ‘0’ dengan lebar 3 mikro-detik pada kaki P1.0

01: CLR P1.0

02: NOP ; 1 mikro-detik

03: NOP ; 1 mikro-detik

04: SETB P1.0 ; 1 mikro-detik

Instruksi baris pertama membuat P1.0 yang mula-mula ‘1’ menjadi ‘0’, pelaksanaan instruksi NOP memerlukan waktu 1 mikro-detik (jika MCS51 bekerja pada frekuensi 12 MHz), instruksi SETB P1.0 juga memerlukan waktu 1 mikro-detik, total waktu sebelum P1.0 kembali menjadi ‘1’ adalah 3 mikro-detik (baris 2 3 dan 4). Dengan demikian terjadilah pulsa dengan lebar 3 mikro-detik pada kaki P1.0 seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5
Pulsa 3 mikro-detik pada P1.0

Dengan sedikit perubahan instruksi-instruksi di atas bisa membangkitkan sinyal dengan frekuensi 100 KHz pada kaki P1.0 :

01: Sinyal100KHz:

02: CPL P1.0 ; 1 mikro-detik

03: NOP ; 1 mikro-detik

04: NOP ; 1 mikro-detik

05: SJMP Sinyal100KHz ; 2 mikro-detik

Instruksi CPL P1.0 pada baris 1 membalik keadaan pada P1.0, bila mula-mula P1.0 bernilai ‘1’ akan dirubah menjadi ‘0’, sebaliknya bila mula-mula ‘0’ akan dirubah menjadi ‘1’. Total waktu tunda ke-empat baris di atas adalah 5 mikro-detik, sehingga yang terjadi adalah P1.0 bernilai ‘0’ selama 5 mikro-detik dan bernilai ‘1’ selama 5 mikro-detik berulang terus tanpa henti, dengan frekuensi sebesar 1/10 mikro-detik = 100.000 Hertz.

Program di atas bisa pula dibuat dengan memakai Timer 1 sebagai pengatur waktu tunda sebagai berikut :

01: MOV TMOD,#%00100000 ; Timer 1 bekerja pada Mode 2

02: MOV TH1,#$F6 ; Nilai pengisi ulang TL1

03: SET TR1 ; Timer 1 mulai mencacah

04: Ulangi:

05: BIT TF1,$ ; Tunggu sampai melimpah

06: CPL P1.0 ; Keadaan pada P1.0 di-balik

07: CLR TF1 ; Hapus limpahan pencacah

08: SJMP Ulangi ; Ulangi terus tiada henti…

Instruksi baris pertama mempersiapkan Timer 0 bekerja pada Mode 2 – Pencacah Biner 8 bit dengan Isi Ulang, bilangan pengisi ulang ditentukan sebesar $F0 yang disimpan ke register TH1 pada baris 2, instruksi berikutnya memerintahkan pencacah biner mulai mencacah.

Pencacah biner yang dibentuk dengan register TL1 akan mencacah naik seirama dengan sikluas sinyal denyut, mulai dari $F6 sampai $FF, saat pencacah melimpah dari $FF ke $00 bit TR1 pada register TCON akan menjadi ‘1’ dan TL1 secara otomatis di isi ulang dengan bilangan $F0 yang tersimpan pada register TH0. Hal ini akan terjadi terus menerus dan berulang setiap 10 siklus sinyal denyut ($F6, $F7, $F8, $F9, $FA, $FB, $FC, $FD, $FE, $FF kembali ke $00, total 10 siklus)

Instruksi BIT TR1,$ menunggu bit TR1 menjadi ‘1’, yakni saat pecacah biner melimpah dari $FF ke $00 yang dibahas di atas. Lepas dari penantian tersebut, P1.0 dibalik keadaanya dengan instruksi CPL P1.0, TR1 dikembalikan menjadi 0 (harus dikembalikan sendiri dengan instruksi ini), agar bisa ditunggu lagi sampai menjadi ‘1’ kembali setelah instruksi SJMP Ulangi.

Frekuensi dari sinyal di P1.0 sebesar 1 / 16 mikro-detik = 31,25 KHz.

Nilai awal yang diisikan ke pencacah biner di atas, adalah nilai negatip dari faktor pembagi yang dikehendaki. Dalam contoh di atas, bilangan pembaginya adalah 16 (atau $10 heksadesimal), nilai negatip dari $10 adalah $F0 (bilangan negatip komplemen 2 diturunkan dengan cara bilangan asal dibalik/di-not-kan kemudian ditambah 1, dalam hal ini $10 di-not-kan menjadi $EF dan ditambah 1 menjadi $F0).

Cara menentukan bilangan negatip di atas cukup merepotkan, tapi hal ini mudah diselesaikan dengan bantuan assembler, instruksi MOV TH1,#$F0 di atas bisa digantikan dengan MOV TH1,#-$10, assembler yang akan menghitung -$10 menjadi $F0.

Contoh pemakaian waktu tunda berikutnya adalah untuk mengatasi getaran saklar dalam membuat key pad (keyboard sederhana).

Pada saat saklar mekanis di tekan atau pada saat tekanan pada saklar dilepas, selama lebih kurang 30 mili-detik saklar tersebut akan bergetar atau sebelum mencapai keadaan stabil saklar tersebut akan on/off selama waktu lebih kurang 30 detik, mengakibatkan program mikrokontroller merasakan tombol berulang-ulang ditekan, meskipun sesungguhnya hanya ditekan satu kali saja.

Hal ini bisa diatasi dengan cara menunda waktu sekitar 50 mili-detik setelah program merasakan sebuah tombol ditekan, seperti berikut:

01: BacaTombol:

02: MOV TMOD,#%00010000 ; Timer 1 bekerja pada mode 1

03: JB T1,$ ; tunggu di sini sampai tombol ditekan

04: MOV TL1,#-50000/256 ; siapkan waktu tunda 50 mili-detik

05: MOV TH1,#-50000

06: CLR TF1 ; me-nol-kan bit limpahan

07: SETB TR1 ; timer mulai bekerja

08: JNB TF1,$ ; tunggu di sini sampai melimpah

09: CLR TR1 ; timer berhenti kerja

10: RET

Dalam program di atas, saklar dipasangkan antara kaki T1 dan Ground, pencacah biner yang dipakai adalah pencacah biner 16 yang sudah ditentukan dengan instruksi MOV TMOD,#%00010000. Pada baris berikut program menunggu saklar yang terhubung pada T1 ditekan, selama saklar belum ditekan mikrokontroller akan tertahan pada instruksi JB T1,$.

Dua baris berikutnya adalah cara mengisikan nilai –50000 yang terdiri dari 2 byte ke register TL1 dan TH1. Bit TF1 di-nol-kan dan akan kembali menjadi ‘1’ setelah Tl1/TH1 mencacah dari –50000 kembali menjadi $0000. Waktu tunda dimulai segera setelah instruksi SETB TR1, dan selesainya waktu tunda ditunggu dengan instruksi JNB TF1,$. Jika MCS51 bekerja dengan kristal 12 MHz, waktu tunda selama 50000 siklus sama dengan 50.000 x 1 mikro-detik = 50 mili-detik,

Setelah menunggu selama 50 mili-detik, pencacah biner kembali di-non-aktipkan dengan CLR TR1 dan berikutnya meninggalkan sub-rutin ini dengan instruksi RET. Dengan demikian mikrokontroller akan menungu saklar stabil, selama saklar masih bergetar mikrokontroller masih tertahan di dalam su-rutin BacaTombol.

Oleh Budhy Sutanto