MODUL III

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Tugas Pendahuluan
2. Laporan Akhir

 

MODUL III

COMMUNICATION

1. Pendahuluan [kembali]

Modul praktikum Communication ini membahas penerapan berbagai protokol komunikasi serial pada sistem embedded menggunakan mikrokontroler STM32, yaitu UART, SPI, dan I2C. Praktikum dirancang agar praktikan memahami cara kerja komunikasi data antar perangkat mikrokontroler maupun antara mikrokontroler dengan perangkat periferal seperti sensor, OLED, LED, fan, dan motor servo. Selain mempelajari teori dasar komunikasi serial, praktikan juga melakukan konfigurasi perangkat menggunakan STM32CubeIDE dan STM32CubeMX sehingga dapat memahami implementasi komunikasi secara langsung pada hardware.

Pada modul ini terdapat beberapa proyek aplikasi seperti kontrol greenhouse berbasis SPI, game sederhana menggunakan komunikasi SPI dan I2C, smart entry indicator berbasis UART, serta sistem parkir otomatis dua pintu. Setiap percobaan menggunakan konsep master-slave untuk mengirim dan menerima data secara real-time antar board STM32. Melalui praktikum ini, mahasiswa diharapkan mampu memahami proses pengolahan data, sinkronisasi komunikasi serial, serta integrasi sensor dan aktuator dalam pengembangan sistem embedded yang lebih kompleks dan interaktif.

2. Tujuan [kembali]

1. Memahami cara penggunaan protokol komunikasi UART, SPI, dan I2C pada Development Board yang digunakan 
2. Memahami cara menggunakan komponen input dan output yang mengimplementasikan PWM, ADC, dan Interrupt 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]

A. UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

UART merupakan protokol komunikasi serial asynchronous yang digunakan untuk pertukaran data antar perangkat tanpa menggunakan sinyal clock tambahan. Komunikasi UART menggunakan dua jalur utama yaitu TX (Transmit) sebagai pengirim data dan RX (Receive) sebagai penerima data. Agar komunikasi berjalan dengan baik, kedua perangkat harus memiliki baudrate yang sama. UART banyak digunakan karena sederhana, mudah diimplementasikan, dan cocok untuk komunikasi antar mikrokontroler maupun komunikasi dengan komputer.

B. SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI merupakan protokol komunikasi serial synchronous dengan kecepatan transfer data yang tinggi. Komunikasi SPI menggunakan empat jalur utama yaitu MOSI (Master Output Slave Input), MISO (Master Input Slave Output), SCK (Serial Clock), dan SS/CS (Slave Select/Chip Select). Pada SPI terdapat perangkat master yang mengatur jalannya komunikasi dan slave yang menerima atau mengirim data. SPI sering digunakan pada sistem embedded karena memiliki proses transfer data yang cepat dan stabil.

C. I2C (Inter-Integrated Circuit)

I2C adalah protokol komunikasi serial synchronous yang menggunakan dua jalur komunikasi yaitu SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock). Dalam komunikasi I2C, perangkat master mengontrol komunikasi dan perangkat slave memiliki alamat tertentu sehingga beberapa perangkat dapat terhubung dalam satu jalur yang sama. Keunggulan I2C adalah penggunaan pin yang lebih sedikit sehingga lebih efisien dalam menghubungkan banyak perangkat seperti sensor, OLED, dan modul lainnya pada sistem embedded.

D. STM32 NUCLEO-G474RE

STM32 NUCLEO G474RE merupakan papan pengembangan (development board) berbasis mikrokontroler STM32G474RET6 yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Board ini dirancang untuk memudahkanproses 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 :

Gambar 1. STM32 NUCLEO-G474RE

E. STM32F103C8

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

Gambar 2 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

F. BAGIAN BAGIAN PENDUKUNG

1. STM32 NUCLEO G474RE

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

2. STM32

1. RAM (Random Access Memory)

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

2. Memori Flash Internal

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

3. Crystal Oscillator

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

4. Regulator Tegangan

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

5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output)

STM32F103C8 memiliki hingga 37 pin GPIO yang dapat digunakan untuk menghubungkan berbagai perangkat eksternal seperti sensor, motor, LED, serta komunikasi dengan antarmuka seperti UART, SPI, dan I²C.