Modul 3 : COMUNICATION

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

Percobaan ...

MODUL 3

COMUNICATION

1. Pendahuluan [Kembali]

Praktikum Modul III membahas tentang komunikasi data pada sistem mikrokontroler menggunakan protokol UART, SPI, dan I2C. Ketiga protokol komunikasi ini sangat penting dalam pengembangan sistem embedded karena digunakan untuk pertukaran data antara mikrokontroler dengan perangkat lain seperti sensor, display, maupun modul tambahan. Pada praktikum ini digunakan board STM32F103C8T6 dan STM32 NUCLEO G474RE sebagai media pembelajaran untuk memahami konfigurasi hardware dan software dari masing-masing protokol komunikasi. Selain mempelajari konsep dasar komunikasi serial, praktikan juga melakukan implementasi langsung pada beberapa proyek seperti kontrol greenhouse dan game sederhana berbasis komunikasi antar mikrokontroler. Dengan praktikum ini diharapkan praktikan mampu memahami cara kerja komunikasi serial serta mampu mengimplementasikan UART, SPI, dan I2C pada sistem embedded secara benar dan efisien. :contentReference[oaicite:0]{index=0}

2. Tujuan [Kembali]

Memahami cara penggunaan protokol komunikasi UART
SPI, dan I2C pada Development Board yang digunakan
Memahami cara penggunaan komponen input dan output yang berkomunikasi secara UART, SPI, dan I2C pada Development Board yang digunakan

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Mikrokontroler STM32F103C8

Microcontroller	ARM Cortex-M3
Operating Voltage	3.3 V
Input Voltage (recommended)	5 V
Input Voltage (limit)	2 – 3.6 V
Digital I/O Pins	32
PWM Digital I/O Pins	15
Analog Input Pins	10 (dengan resolusi 12-bit ADC)
DC Current per I/O Pin	25 mA
DC Current for 3.3V Pin	150 mA
Flash Memory	64 KB
SRAM	20 KB
EEPROM	Emulasi dalam Flash

Clock Speed

72 MHz

Mikrokontroler STM32 Nucleo G474RE

Microcontroller	STM32G474RE (ARM Cortex-M4F)
Operating Voltage	3.3 V
Input Voltage (recommended)	5 V via USB (ST-LINK) atau 7–12 V via VIN
Input Voltage (limit)	4.5 – 15 V (VIN board Nucleo)
Digital I/O Pins	±51 GPIO pins (tergantung konfigurasi fungsi)
PWM Digital I/O Pins	Hingga 24 channel PWM (advanced, general-purpose, dan high-resolution timers)
Analog Input Pins	Hingga 24 channel ADC (12-bit / 16-bit dengan oversampling)
DC Current per I/O Pin	Maks. 20 mA per pin (disarankan ≤ 8 mA)
DC Current for 3.3V Pin	Hingga ±500 mA (tergantung regulator & sumber daya)
Flash Memory	512 KB internal Flash
SRAM	128 KB SRAM (termasuk CCM RAM)
Clock Speed	Hingga 170 MHz

OLED

Motor Servo

Push Button

LED (Hijau, Kuning, Merah)

Buzzer

Resistor

Breadboard

Kabel jumper

Adaptor / sumber tegangan

4. Dasar Teori [Kembali]

1.3.1 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian
perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data
dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan
untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.
Cara Kerja Komunikasi UART

1.3.2 I2C (Inter-Intergrated Circuit)

Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar
komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus
untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL
(Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara
I2C dengan pengontrolnya.

Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari kondisi
start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1, Data Frame 2,
dan kondisi Stop. Kondisi start dimana saat pada SDA beralih dari logika high
ke low sebelum SCL. Kondisi stop dimana saat pada SDA beralih dari logika
low ke high sebelum SCL.
R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke slave
atau meminta data dari slave. (logika 0 = mengirim data ke slave, logika 1 =
meminta data dari slave) ACK/NACK bit berfungsi sebagai pemberi kabar jika
data frame ataupun address frame telah diterima receiver.

1.3.3 SPI (Series Peripheral Interface)

Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi
serial synchronous berkecepatan tinggi yang dimiliki oleh STM32F407VGT6
dan Raspberry Pi Pico. Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur utama yaitu
MOSI, MISO, dan SCK, serta jalur tambahan SS/CS. Melalui komunikasi ini,
data dapat saling dikirimkan baik antara mikrokontroler maupun antara
mikrokontroler dengan perangkat periferal lainnya.

• MOSI (Master Output Slave Input)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin MOSI berfungsi sebagai output.
Sebaliknya, jika dikonfigurasi sebagai slave, maka pin MOSI berfungsi sebagai
input.
• MISO (Master Input Slave Output)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin MISO berfungsi sebagai input.
Sebaliknya, jika dikonfigurasi sebagai slave, maka pin MISO berfungsi sebagai output.
• SCLK (Serial Clock)
Jika dikonfigurasi sebagai master, maka pin SCLK bertindak sebagai output
untuk memberikan sinyal clock ke slave. Sebaliknya, jika dikonfigurasi sebagai
slave, maka pin SCLK berfungsi sebagai input untuk menerima sinyal clock
dari master.
• SS/CS (Slave Select/Chip Select)
Jalur ini digunakan oleh master untuk memilih slave yang akan
dikomunikasikan. Pin SS/CS harus dalam keadaan aktif (umumnya logika
rendah) agar komunikasi dengan slave dapat berlangsung

Sinyal clock dialirkan dari master ke slave yang berfungsi untuk
sinkronisasi. Master dapat memilih slave mana yang akan dikirimkan data
melalui slave select, kemudian data dikirimkan dari master ke slave melalui
MOSI. Jika master butuh respon data maka slave akan mentransfer data ke
master melalui MISO.

1.3.4 STM32 NUCLEOG474RE

STM32 NUCLEO-G474RE merupakan papan pengembangan (development
board) berbasis mikrokontroler STM32G474RET6 yang dikembangkan oleh
STMicroelectronics. Board ini dirancang untuk memudahkan proses
pembelajaran, pengujian, dan pengembangan aplikasi sistem tertanam
(embedded system), baik untuk pemula maupun tingkat lanjut. STM32 Nucleo-
G474RE mengintegrasikan antarmuka ST-LINK debugger/programmer secara
onboard sehingga pengguna dapat langsung melakukan pemrograman dan
debugging tanpa perangkat tambahan. Adapun spesifikasi dari STM32
NUCLEO-G474RE adalah sebagai berikut:

1.3.5 STM32 F103C8

STM32F103C8 adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang
dikembangkan oleh STMicroelectronics. Mikrokontroler ini sering digunakan
dalam pengembangan sistem tertanam karena kinerjanya yang baik, konsumsi
daya yang rendah, dan kompatibilitas dengan berbagai protokol komunikasi.
Pada praktikum ini, kita menggunakan STM32F103C8 yang dapat diprogram
menggunakan berbagai metode, termasuk komunikasi serial (USART), SWD
(Serial Wire Debug) atau JTAG untuk berhubungan dengan komputer maupun
perangkat lain. Adapun spesifikasi dari STM32F4 yang digunakan dalam
praktikum ini adalah sebagai berikut:

1.4 Bagian Bagian Pendukung

1.4.1 STM32 NUCLEOG474RE

1. RAM (Random Access Memory)
RAM (Random Access Memory) pada STM32 NUCLEO-
G474RE digunakan sebagai memori sementara untuk menyimpan
data selama program berjalan. Mikrokontroler STM32G474RET6
memiliki RAM sebesar 128 KB yang berfungsi untuk menyimpan
variabel, buffer data, stack, dan heap.

2. Memori Flash Eksternal STM32
NUCLEO-G474RE tidak menggunakan memori flash eksternal.
Seluruh program dan data permanen disimpan pada memori Flash
internal mikrokontroler STM32G474RET6 dengan kapasitas 512
KB. Memori flash ini bersifat non-volatile, sehingga data dan
program tetap tersimpan meskipun catu daya dimatikan.

3. Crystal Oscillator
STM32 NUCLEO-G474RE menggunakan osilator internal (HSI –
High Speed Internal) sebagai sumber clock utama secara default.
Penggunaan clock internal ini membuat board dapat beroperasi
tanpa memerlukan crystal oscillator eksternal. Clock berfungsi sebagai sumber waktu untuk mengatur kecepatan kerja CPU dan seluruh peripheral.

4. Regulator Tegangan
Untuk memastikan pasokan tegangan yang stabil ke
mikrokontroler.

5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output):
Pin GPIO pada STM32 NUCLEO-G474RE digunakan sebagai
antarmuka input dan output digital yang fleksibel

1.4.2 STM32 F103C8

1. RAM (Random Access Memory)
STM32F103C8 dilengkapi dengan 20KB SRAM on-chip.
Kapasitas RAM ini memungkinkan mikrokontroler menjalankan
berbagai aplikasi serta menyimpan data sementara selama eksekusi
program.

2. Memori Flash Internal
STM32F103C8 memiliki memori flash internal sebesar 64KB atau
128KB, yang digunakan untuk menyimpan firmware dan program
pengguna. Memori ini memungkinkan penyimpanan kode program
secara permanen tanpa memerlukan media penyimpanan eksternal.

3. Crystal Oscillator
STM32F103C8 menggunakan crystal oscillator eksternal (biasanya
8MHz) yang bekerja dengan PLL untuk meningkatkan frekuensi
clock hingga 72MHz. Sinyal clock yang stabil ini penting untuk
mengatur kecepatan operasi mikrokontroler dan komponen lainnya.

4. Regulator Tegangan
STM32F103C8 memiliki sistem pengaturan tegangan internal yang
memastikan pasokan daya stabil ke mikrokontroler. Tegangan
operasi yang didukung berkisar antara 2.0V hingga 3.6V.

5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output)
STM32F103C8 memiliki hingga 37 pin GPIO yang dapat
digunakan untuk menghubungkan berbagai perangkat eksternal
seperti sensor, motor, LED, serta komunikasi dengan antarmuka
seperti UART, SPI, dan I²C.

1.3.1 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

1.3.2 I2C (Inter-Intergrated Circuit)