Mengatur Alur Program MCS51

Pada dasarnya program dijalankan intruksi demi instruksi, artinya selesai menjalankan satu instruksi mikrokontroler langsung menjalankan instruksi berikutnya, untuk keperluan ini mikrokontroler dilengkapi dengan Program Counter yang mengatur pengambilan intruksi secara berurutan. Meskipun demikian, program yang kerjanya hanya berurutan saja tidaklah banyak artinya, untuk keperluan ini mikrokontroler dilengkapi dengan instruksi-instruksi untuk mengatur alur program.

Secara umum kelompok instruksi yang dipakai untuk mengatur alur program terdiri atas instruksi-instruksi JUMP (setara dengan statemen GOTO dalam Pascal), instruksi-instruksi untuk membuat dan memakai sub-rutin/modul (setara dengan PROCEDURE dalam Pascal), instruksi-instruksi JUMP bersyarat (conditional Jump, setara dengan statemen IF .. THEN dalam Pascal). Di samping itu ada pula instruksi PUSH dan POP yang bisa memengaruhi alur program.

Karena Program Counter adalah satu-satunya register dalam mikrokontroler yang mengatur alur program, maka kelompok instruksi pengatur program yang dibicarakan di atas, semuanya merubah nilai Program Counter, sehingga pada saat kelompok instruksi ini dijalankan, nilai Program Counter akan tidak akan runtun dari nilai instruksi sebelumnya.

Selain karena instruksi-instruksi di atas, nilai Program Counter bisa pula berubah karena pengaruh perangkat keras, yaitu saat mikrokontroler di-reset atau menerima sinyal interupsi dari perangkat input/output. Hal ini akan dibicarakan secara detail dibagian lagi.

Kelompok Instruksi JUMP

Mikrokontroler menjalankan intruksi demi instruksi, selesai menjalankan satu instruksi mikrokontroler langsung menjalankan instruksi berikutnya, hal ini dilakukan dengan cara nilai Program Counter bertambah sebanyak jumlah byte yang membentuk instruksi yang sedang dijalankan, dengan demikian pada saat instruksi bersangkutan dijalankan Program Counter selalu menyimpan nomor memori-program yang menyimpan instruksi berikutnya.

Pada saat mikrokontroler menjalankan kelompok instruksi JUMP, nilai Program Counter yang runtun sesuai dengan alur program diganti dengan nomor memori-program baru yang dikehendaki programer.

Mikrokontroler MCS51 mempunyai 3 macam intruksi JUMP, yakni instruksi LJMP (Long Jump), instruksi AJMP (Absolute Jump) dan instruksi SJMP (Short Jump). Kerja dari ketiga instruksi ini persis sama, yakni memberi nilai baru pada Program Counter, kecepatan melaksanakan ketiga instruksi ini juga persis sama, yakni memerlukan waktu 2 periode instruksi (jika MCS51 bekerja pada frekuensi 12 MHz, maka instruksi ini dijalankan dalam waktu 2 mikro-detik), yang berbeda dalam jumlah byte pembentuk instruksinya, instruksi LJMP dibentuk dengan 3 byte, sedangkan instuksi AJMP dan SJMP cukup 2 byte.

Instruksi LJMP

Kode untuk instruksi LJMP adalah $02, nomor memori-program baru yang dituju dinyatakan dengan bilangan biner 16 bit, dengan demikian instruksi ini bisa menjangkau semua memori-program MCS51 yang jumlahnya 64 KiloByte. Instruksi LJMP terdiri atas 3 byte, yang bisa dinyatakan dengan bentuk umum 02 aa aa, aa yang pertama adalah nomor memori-program bit 8 sampai dengan bit 15, sedangkan aa yang kedua adalah nomor memori-program bit 0 sampai dengan bit 7.

Pemakaian instruksi LJMP bisa dipelajari dari potongan program berikut :

      LJMP TugasBaru

…

      ORG $2000

TugasBaru:

      MOV A,P3.1

Dalam potongan program di atas, ORG adalah perintah pada assembler agar berikutnya assembler bekerja pada memori-program nomor yang disebut di belakang ORG (dalam hal ini minta assembler berikutnya bekerja pada memori-program nomor $2000). TugasBaru disebut sebagai LABEL, yakni sarana assembler untuk menandai/ menamai nomor memori-program. Dengan demikian, dalam potongan program di atas, memori-program nomor $2000 diberi nama TugasBaru, atau bisa juga dikatakan bahwa TugasBaru bernilai $2000. (Catatan : LABEL ditulis minimal satu huruf lebih kiri dari instruksi, artinya LABEL ditulis setelah menekan tombol Enter, tapi instruksi ditulis setelah menekan tombol Enter, kemudian diikuti dengan 1 tombol spasi atau tombol TAB).

Dengan demikian intruksi LJMP TugasBaru di atas, sama artinya dengan LJMP $2000 yang oleh assembler akan diterjemahkan menjadi 02 20 00 (heksadesimal).

Instruksi AJMP

Nomor memori-program baru yang dituju dinyatakan dengan bilangan biner 11 bit, dengan demikian instruksi ini hanya bisa menjangkau satu daerah memori-program MCS51 sejauh 2 KiloByte. Instruksi AJMP terdiri atas 2 byte, byte pertama merupakan kode untuk instruksi AJMP (00001b) yang digabung dengan nomor memori-program bit nomor 8 sampai dengan bit nomor 10, byte kedua dipakai untuk menyatakan nomor memori-program bit nomor 0 sampai dengan bit nomor 7.

Berikut ini adalah potongan program untuk menjelaskan pemakaian instruksi AJMP:

      ORG $800

      AJMP DaerahIni

      AJMP DaerahLain

      ORG $900

DaerahIni:

      . . .

      ORG $1000

DaerahLain:

      . . .

Potongan program di atas dimulai di memori-program nomor $800, dengan demikian instruksi AJMP DaerahIni bisa dipakai, karena nomor-memori $800 (tempat instruksi AJMP DaerahIni) dan LABEL DaerahIni yang terletak di dalam satu daerah memori-progam 2 KiloByte yang sama dengan. (Dikatakan terletak di dalam satu daerah memori-program 2 KiloByte yang sama, karena bit nomor 11 sampai dengan bit nomor 15 dari nomor memorinya sama).

Tapi AJMP DaerahLain akan di-salah-kan oleh Assembler, karena DaerahLain yang terletak di memori-program nomor $1000 terletak di daerah memori-program 2 KiloByte yang lain.

Karena instruksi AJMP hanya terdiri dari 2 byte, sedangkan instruksi LJMP 3 byte, maka memakai instruksi AJMP lebih hemat memori-program dibanding dengan LJMP. Hanya saja karena jangkauan instrusksi AJMP hanya 2 KiloByte, pemakaiannya harus hati-hati.

Memori-program IC mikrokontroler AT89C1051 dan AT89C2051 masing-masing hanya 1 KiloByte dan 2 KiloByte, dengan demikian program untuk kedua mikrokontroler di atas tidak perlu memakai instruksi LJMP, karena program yang ditulis tidak mungkin menjangkau lebih dari 2 KiloByte memori-program.

Instruksi SJMP

Nomor memori-program dalam instruksi ini tidak dinyatakan dengan nomor memori-program yang sesungguhnya, tapi dinyatakan dengan ‘pergeseran relatip’ terhadap nilai Program Counter saat instruksi ini dilaksanakan.

Pergeseran relatip tersebut dinyatakan dengan 1 byte bilangan 2’s complement, yang bisa dipakai untuk menyakatakan nilai antara –128 sampai dengan +127. Nilai minus dipakai untuk menyatakan bergeser ke instruksi-instruksi sebelumnya, sedangkan nilai positip untuk menyatakan bergeser ke instruksi-instruksi sesudahnya.

Meskipun jangkauan instruksi SJMP hanya –128 sampai +127, tapi instruksi ini tidak dibatasi dengan pengertian daerah memori-program 2 KiloByte yang membatasi instruksi AJMP.

      ORG $0F80

      SJMP DaerahLain

      . . .

      ORG $1000

DaerahLain:

Dalam potongan program di atas, memori-program $0F80 tidak terletak dalam daerah memori-program 2 KiloByte yang sama dengan $1000, tapi instruksi SJMP DaerahLain tetap bisa dipakai, asalkan jarak antara instruksi itu dengan LABEL DaerahLain tidak lebih dari 127 byte.

Kelompok Instruksi Untuk Sub-Rutin

Instruksi-instruksi untuk membuat dan memakai sub-rutin/modul program, selain melibatkan Program Counter, melibatkan pula Stack yang diatur oleh Register Stack Pointer.

Sub-rutin merupakan suatu potong program yang karena berbagai pertimbangan dipisahkan dari program utama. Bagian-bagian di program utama akan ‘memanggil’ (CALL) sub-rutin, artinya mikrokontroler sementara meninggalkan alur program utama untuk mengerjakan instruksi-instruksi dalam sub-rutin, selesai mengerjakan sub-rutin mikrokontroler kembali ke alur   program utama.

Satu-satunya cara membentuk sub-rutin adalah memberi instruksi RET pada akhir potongan program sub-rutin. Program sub-rutin di-’panggil’ dengan instruksi ACALL atau LCALL.

Agar nantinya mikrokontroler bisa meneruskan alur program utama, pada saat menerima instruksi ACALL atau LCALL, sebelum mikrokontroler pergi mengerjakan sub-rutin, nilai Program Counter saat itu disimpan dulu ke dalam Stack (Stack adalah sebagian kecil dari memori-data yang dipakai untuk menyimpan nilai Program Counter secara otomatis, kerja dari Stack dikendalikan oleh Register Stack Poiner).

Selanjutnya mikrokontroler mengerjakan instruksi-instruksi di dalam sub-rutin sampai menjumpai instruksi RET yang berfungsi sebagai penutup dari sub-rutin. Saat menerima instruksi RET, nilai asal Program Counter sebelum mengerjakan sub-rutin yang disimpan di dalam Stack, dikembalikan ke Program Counter sehingga mikrokontroler bisa meneruskan pekerjaan di alur program utama.

Instruksi ACALL dipakai untuk me-‘manggil’ program sub-rutin dalam daerah memori-program 2 KiloByte yang sama, setara dengan instruksi AJMP yang sudah dibahas di atas. Sedangkan instruksi LCALL setara dengan instruksi LCALL, yang bisa menjangkau seluruh memori-program mikrokontroler MCS51 sebanyak 64 KiloByte. (Tapi tidak ada instrusk SCALL yang setara dengan instruksi SJMP).

Program untuk AT89C1051 dan AT89C2051 tidak perlu memakai instruksi LCALL.

Instruksi RET dipakai untuk mengakhiri program sub-rutin, di samping itu masih ada pula instruksi RETI, yakni instruksi yang dipakai untuk mengakhiri Program Layanan Interupsi (Interrupt Service Routine), yaitu semacam program sub-rutin yang dijalankan mikrokontroler pada saat mikrokontroler menerima sinyal permintaan interupsi.

Catatan : Saat mikrokontroler menerima sinyal permintaaan interupsi, mikrokontroler akan melakukan satu hal yang setara dengan intruksi LCALL untuk menjalankan Program Layanan Interupsi dari sinyal interupsi bersangkutan. Di samping itu, mikrokontroler juga me-‘mati’-kan sementara mekanisme layanan interupsi, sehingga permintaan interupsi berikutnya tidak dilayani. Saat menerima instruksi RETI, makanisme layanan interusi kembali diaktipkan dan mikrokontroler melaksanakan hal yang setara dengan instruksi RET.

Kelompok Instruksi Jump Bersyarat

Instruksi Jump bersyarat merupakan instruksi inti bagi mikrokontroler, tanpa kelompok instruksi ini program yang ditulis tidak banyak berarti. Instruksi-instruksi ini selain melibatkan Program Counter, melibatkan pula kondisi-kondisi tertentu yang biasanya dicatat dalam bit-bit tertentu yang dihimpun dalam Register tertentu.

Khusus untuk keluarga mikrokontroler MCS51 yang mempunyai kemampuan menangani operasi dalam level bit, instruksi jump bersyarat dalam MCS51 dikaitkan pula dengan kemampuan operasi bit MCS51.

Nomor memori-program baru yang harus dituju tidak dinyatakan dengan nomor memori-program yang sesungguhnya, tapi dinyatakan dengan ‘pergeseran relatip’ terhadap nilai Program Counter saat instruksi ini dilaksana¬kan.

Cara ini dipakai pula untuk instruksi SJMP.

Instruksi JZ / JNZ

Instruksi JZ (Jump if Zero) dan instruksi JNZ (Jump if not Zero) adalah instruksi JUMP bersyarat yang memantau nilai Akumulator A.

      MOV A,#0

      JNZ BukanNol

      JZ Nol

      . . .

BukanNol:

      . . .

Nol :

      . . .

Dalam contoh program di atas, MOV A,#0 membuat A bernilai nol, hal ini mengakibatkan instruksi JNZ BukanNol tidak akan pernah dikerjakan (JNZ artinya Jump kalau nilai A<>0, syarat ini tidak pernah dipenuhi karena saat instruksi ini dijalankan nilai A=0), sedangankan instruksi JZ Nol selalu dikerjakan karena syaratnya selalu dipenuhi.

Instruksi JC / JNC

Instruksi JC (Jump on Carry) dan instruksi JNC (Jump on no Carry) adalah instruksi jump bersyarat yang memantau nilai bit Carry di dalam Program Status Word (PSW).

Instruksi JB / JNB / JBC

Instruksi JB (Jump on Bit Set), instruksi JNB (Jump on not Bit Set) dan instruksi JBC (Jump on Bit Set Then Clear Bit) merupakan instruksi Jump bersyarat yang memantau nilai-nilai bit tertentu. Bit-bit tertentu bisa merupakan bit-bit dalam register status maupun kaki input mikrokontroler MCS51.

Kelompok Instruksi Proses Dan Test

Instruksi-instruksi Jump bersyarat yang dibahas di atas, memantau kondisi yang sudah terjadi yang dicatat MCS51. Ada dua instruksi yang melakukan dulu suatu proses baru kemudian memantau hasil proses untuk menentukan apakah harus Jump. Kedua instruksi yang dimaksud adalah instruksi DJNZ dan instruksi CJNE.

Instruksi DJNZ

Instruksi DJNZ (Decrement and Jump if not Zero), merupakan instruksi yang akan mengurangi 1 nilai register serbaguna (R0..R7) atau memori-data, dan Jump jika ternyata setelah pengurangan 1 tersebut hasilnya tidak nol.

Contoh berikut merupakan potongan program untuk membentuk waktu tunda secara sederhana :

MOV    R0,#$23

DJNZ   R0,$

Instruksi MOV R0,#$23 memberi nilai $23 pada R0, selanjutnya setiap kali instruksi DJNZ R0,$ dikerjakan, MCS51 akan mengurangi nilai R0 dengan ‘1’, jika R0 belum menjadi nol maka MCS51 akan mengulang instruksi tersebut (tanda $ dalam instruksi ini maksudnya adalah kerjakan kembali instruksi ini). Selama mengerjakan 2 instruksi di atas, semua pekerjaan lain akan tertunda, waktu tundanya ditentukan oleh besarnya nilai yang diisikan ke R0.

Instruksi CJNE

Instruksi CJNE (Compare and Jump if Not Equal) membandingkan dua nilai yang disebut dan MCS akan Jump kalau kedua nilai tersebut tidak sama!

      MOV A,P1

      CJNE A,#$0A,TidakSama

      …

      SJMP EXIT

;

TidakSama:

      …

Instruksi MOV A,P1 membaca nilai input dari Port 1, instruksi CJNE A,#$0A,Tidaksama memeriksa apakah nilai Port 1 yang sudah disimpan di A sama dengan $0A, jika tidak maka Jump ke TidakSama.

Selamat Belajar, Semoga Materi Singkat Tentang “Mengatur Alur Program MCS51” Diatas Mudah Dipahami.