Pertemuan 3: GPIO & LED Programming

Mengontrol LED dengan General Purpose Input/Output

1x50 + 2x100 Menit

Sub-CPMK 2.1

Teori & Praktikum

Capaian Pembelajaran

Memahami konsep GPIO dan konfigurasinya
Mampu mengkonfigurasi pin sebagai input/output
Membuat program kontrol LED dasar
Memahami konsep current limiting resistor
Membuat berbagai pattern LED (blink, chase, dll)

1. Konsep Dasar GPIO

GPIO (General Purpose Input/Output) adalah pin pada mikrokontroler yang dapat dikonfigurasi sebagai input atau output sesuai kebutuhan program. Setiap pin GPIO dapat membaca sinyal digital (input) atau mengirim sinyal digital (output).

Karakteristik GPIO

Bidirectional - Dapat sebagai input atau output
Digital Only - Hanya sinyal HIGH (1) atau LOW (0)
Configurable - Diatur melalui software
Voltage Levels - Biasanya 5V atau 3.3V
Current Limited - Arus maksimum 20-40mA per pin

Register GPIO pada AVR

Register	Fungsi	Contoh	Keterangan
DDRx	Data Direction Register	DDRB, DDRC, DDRD	Mengatur arah pin (0=input, 1=output)
PORTx	Data Output Register	PORTB, PORTC, PORTD	Mengatur output level (HIGH/LOW)
PINx	Data Input Register	PINB, PINC, PIND	Membaca status input pin
Pull-up Resistor	Internal Pull-up	PORTx dengan DDRx=0	Mengaktifkan pull-up internal

Tips Konfigurasi GPIO

Selalu set DDRx sebelum menggunakan PORTx atau PINx
Gunakan bit manipulation untuk kontrol individual pin
Untuk input, aktifkan pull-up resistor jika diperlukan
Perhatikan current rating untuk menghindari kerusakan

2. Simulator Kontrol LED

Simulator Kontrol LED dengan GPIO

Klik pada pin untuk mengubah konfigurasinya, lalu gunakan kontrol untuk mengatur LED

ATMega328P - PORT B

PB7

OUTPUT HIGH

PB6

OUTPUT LOW

PB5

OUTPUT HIGH

PB4

OUTPUT LOW

PB3

INPUT

PB2

INPUT

PB1

INPUT

PB0

INPUT

Kontrol LED

Konfigurasi Pin:

Kontrol LED:

Status:

Pin PB5 configured as OUTPUT, currently HIGH - LED ON

Pentingnya Current Limiting Resistor

LED membutuhkan resistor pembatas arus untuk mencegah kerusakan. Tanpa resistor, arus yang mengalir akan terlalu besar dan merusak LED maupun pin mikrokontroler. Nilai resistor biasanya 220-470 ohm untuk LED standar.

3. Pemrograman LED Dasar

Program LED Blink Sederhana

blink_led.c - Program LED Berkedip

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void) {
    // Set PB5 sebagai OUTPUT (LED pada Arduino Uno)
    DDRB |= (1 << DDB5);
    
    while(1) {
        // Nyalakan LED (set PB5 HIGH)
        PORTB |= (1 << PORTB5);
        _delay_ms(500);  // Delay 500ms
        
        // Matikan LED (set PB5 LOW)
        PORTB &= ~(1 << PORTB5);
        _delay_ms(500);  // Delay 500ms
    }
    
    return 0;
}

// Output akan muncul di sini Klik "Run Code" untuk mengeksekusi program

Penjelasan Kode

Bit Manipulation pada AVR

DDRB |= (1 << DDB5) - Set bit 5 DDRB menjadi 1 (output)
PORTB |= (1 << PORTB5) - Set bit 5 PORTB menjadi 1 (HIGH)
PORTB &= ~(1 << PORTB5) - Clear bit 5 PORTB menjadi 0 (LOW)
_delay_ms(500) - Delay 500 milidetik

Variasi Program LED

led_patterns.c - Berbagai Pola LED

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

// Fungsi untuk inisialisasi LED
void led_init() {
    // Set PORT B semua pin sebagai OUTPUT
    DDRB = 0xFF;
}

// Fungsi LED chase (running light)
void led_chase() {
    uint8_t patterns[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};
    
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        PORTB = patterns[i];
        _delay_ms(200);
    }
}

// Fungsi LED binary counter
void led_binary_counter() {
    for(uint8_t i = 0; i < 255; i++) {
        PORTB = i;
        _delay_ms(100);
    }
}

// Fungsi LED knight rider
void led_knight_rider() {
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        PORTB = (1 << i);
        _delay_ms(100);
    }
    for(int i = 6; i > 0; i--) {
        PORTB = (1 << i);
        _delay_ms(100);
    }
}

int main(void) {
    led_init();
    
    while(1) {
        led_chase();
        // led_binary_counter();
        // led_knight_rider();
    }
}

// Pilih fungsi yang ingin dijalankan

4. LED Pattern Generator

Generator Pola LED 8-bit

Pola LED:

Kecepatan (ms): 200 ms

Kontrol:

Nilai PORTB: 0x00 | Binary: 00000000

5. Best Practices GPIO Programming

Tips dan Trik Pemrograman GPIO

Praktik Terbaik

Initialization - Selalu inisialisasi DDRx sebelum menggunakan PORTx
Bit Manipulation - Gunakan operasi bit untuk kontrol individual pin
Pull-up Resistors - Aktifkan untuk input yang membutuhkan state default HIGH
Current Limiting - Selalu gunakan resistor untuk LED dan komponen output
Debouncing - Implementasikan software debouncing untuk input mekanis

Common Mistakes to Avoid

Kesalahan Umum

Lupa mengatur DDRx sebelum menggunakan pin
Melebihi current rating pin (max 20-40mA)
Tidak menggunakan resistor current limiting untuk LED
Menggunakan PINx register untuk output
Tidak implement debouncing untuk push buttons

gpio_best_practices.c - Contoh Implementasi Terbaik

#include 
#include 

// Definisi pin untuk kemudahan maintenance
#define LED_PIN     PB5
#define BUTTON_PIN  PB0

// Inisialisasi GPIO
void gpio_init() {
    // Set LED pin sebagai OUTPUT
    DDRB |= (1 << LED_PIN);
    
    // Set button pin sebagai INPUT dengan pull-up
    DDRB &= ~(1 << BUTTON_PIN);
    PORTB |= (1 << BUTTON_PIN);
}

// Fungsi debouncing sederhana
uint8_t button_pressed() {
    if (!(PINB & (1 << BUTTON_PIN))) {
        _delay_ms(50);  // Debounce delay
        if (!(PINB & (1 << BUTTON_PIN))) {
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

int main(void) {
    gpio_init();
    
    while(1) {
        if (button_pressed()) {
            // Toggle LED
            PORTB ^= (1 << LED_PIN);
            
            // Tunggu sampai button dilepas
            while (!(PINB & (1 << BUTTON_PIN)));
            _delay_ms(50);  // Debounce release
        }
    }
    
    return 0;
}

Latihan Praktikum

Tugas untuk menguasai pemrograman GPIO dan kontrol LED

Tugas 1: Program LED Dasar

Buat program untuk mengontrol LED dengan berbagai pola:

LED blink dengan periode dapat diatur
Running light dari kiri ke kanan dan sebaliknya
Binary counter 0-255 dengan LED
Knight rider pattern (seperti KITT car)

Tugas 2: Kontrol LED dengan Input

Implementasikan kontrol LED menggunakan push button:

Toggle LED dengan single button press
Change LED pattern dengan multiple buttons
Adjust LED brightness menggunakan PWM
Implementasikan debouncing untuk button

Tugas 3: Project Mini - Traffic Light

Buat simulasi traffic light dengan 3 LED (Merah, Kuning, Hijau):

Implementasikan sequence: Merah -> Merah+Kuning -> Hijau -> Kuning -> Merah
Tambahkan pedestrian crossing button
Buat timing yang dapat disesuaikan
Tambahkan mode blink untuk maintenance

Download Template Project