🔗 Protokol Komunikasi

UART, I2C, dan SPI — tiga cara MCU "berbicara" dengan chip lain.

📌 1. Kenapa Butuh Protokol Komunikasi?

Pin GPIO terbatas (14 di Uno). Solusinya: protokol serial — data dikirim bit demi bit lewat sedikit pin, dan banyak perangkat bisa berbagi jalur yang sama.

Protokol	Kabel	Kecepatan	Perangkat per bus	Contoh
UART	2 (TX, RX)	9.600 - 921.600 bps	1 pasang (point-to-point)	Serial Monitor, GPS, Bluetooth HC-05
I2C	2 (SDA, SCL)	100 / 400 kbps	Banyak (alamat unik)	MPU6050, RTC, LCD I2C, EEPROM
SPI	4 (MOSI, MISO, SCK, CS)	10+ Mbps	Banyak (masing-masing CS)	SD card, display TFT, flash

📌 2. UART: Komunikasi Paling Dasar

UART antar dua board: TX ke RX, RX ke TX

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) mengirim data bit demi bit tanpa kabel clock — kedua pihak harus sepakat baud rate (kecepatan bit/detik).

MCU A (TX) ──────────────> MCU B (RX)
MCU A (RX) <────────────── MCU B (TX)

Baud rate umum: 9600, 19200, 57600, 115200
Kesalahan baud rate = data jadi "sampah" (garbage)

UART adalah jalur Serial yang sudah kamu pakai. Di Arduino Uno, pin 0 (RX) dan 1 (TX) terhubung ke chip USB — itulah alasan Serial Monitor bekerja.

Protokol Perintah via UART

Pola umum: host (komputer/remote) mengirim perintah teks, MCU menafsirkannya. Ini fondasi banyak proyek IoT.

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    pinMode(13, OUTPUT);
    Serial.println("Kontrol LED via UART (perintah disimulasikan):");

    // Simulasi: user mengetik di Serial Monitor
    simSerialSend("ON\n");
    simSerialSend("STATUS\n");
    simSerialSend("OFF\n");
    simSerialSend("STATUS\n");
    simSerialSend("XYZ\n");
}

void loop() {
    if (Serial.available()) {
        String cmd = Serial.readString(); // baca sampai baris baru
        if (cmd == "ON") {
            digitalWrite(13, HIGH);
            Serial.println("OK: LED dinyalakan");
        } else if (cmd == "OFF") {
            digitalWrite(13, LOW);
            Serial.println("OK: LED dimatikan");
        } else if (cmd == "STATUS") {
            Serial.print("LED: ");
            Serial.println(digitalRead(13) ? "ON" : "OFF");
        } else {
            Serial.println("ERROR: perintah tidak dikenal");
        }
    }
    if (millis() > 1000) simStop();
}

Output:

📌 3. I2C: Banyak Perangkat, Dua Kabel

I2C (I²C / I-squared-C) memakai 2 kabel: SDA (data) dan SCL (clock). Setiap perangkat punya alamat 7-bit unik (misal 0x68, 0x48). Master (MCU) memanggil alamat, lalu membaca/menulis register di perangkat itu.

        SCL (clock)
   ┌────┼────┼────┼────┐
   |    |    |    |    |
  [MCU] [0x68] [0x48] [0x50]   <- master + 3 slave
   |    |    |    |    |
   └────┼────┼────┼────┘
        SDA (data)

Master: "Hei 0x48, baca register 0x00!"
Slave 0x48: "Ini nilainya: 27"

// Simulasi bus I2C: "sensor" di alamat 0x48
const int ADDR_SENSOR = 0x48;
int regSuhu = 27;  // register 0x00
int regMode = 1;   // register 0x01

// "Fungsi" yang meniru perilaku library Wire
int i2cRead(int addr, int reg) {
    if (addr != ADDR_SENSOR) return -1;   // NACK: alamat tidak ada
    if (reg == 0x00) return regSuhu;
    if (reg == 0x01) return regMode;
    return -1;
}
void i2cWrite(int addr, int reg, int val) {
    if (addr != ADDR_SENSOR) return;
    if (reg == 0x00) regSuhu = val;
    if (reg == 0x01) regMode = val;
}

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    Serial.println("=== Simulasi I2C ===");

    Serial.print("1. Baca register suhu: ");
    Serial.println(i2cRead(ADDR_SENSOR, 0x00));

    i2cWrite(ADDR_SENSOR, 0x00, 35);
    Serial.print("2. Tulis 35, baca lagi: ");
    Serial.println(i2cRead(ADDR_SENSOR, 0x00));

    Serial.print("3. Alamat salah (0x99): ");
    Serial.println(i2cRead(0x99, 0x00));

    simStop();
}
void loop() {}

Output:

💡 Di Arduino asli, I2C dipakai lewat library Wire:

Wire.beginTransmission(0x48); Wire.write(0x00); Wire.endTransmission();
                        Wire.requestFrom(0x48, 1); int v = Wire.read();

📌 4. SPI: Cepat dan Full-Duplex

SPI (Serial Peripheral Interface) memakai 4 kabel dan punya kabel clock — jadi jauh lebih cepat dari I2C, dan bisa kirim-terima secara bersamaan (full-duplex).

MOSI: Master Out Slave In  (MCU -> perangkat)
MISO: Master In Slave Out  (perangkat -> MCU)
SCK : clock (dikendalikan master)
CS  : Chip Select — satu per perangkat (aktif LOW)

Kelemahan SPI: butuh 1 kabel CS per perangkat,
dan tidak ada "alamat" — semua slave mendengar semua data!

Pilih UART jika...

Komunikasi point-to-point, kecepatan sedang, protokol teks sederhana (Serial Monitor, GPS, BLE).

Pilih I2C jika...

Banyak sensor berbagi bus, kecepatan tidak ekstrem, kabel seminimal mungkin.

Pilih SPI jika...

Butuh kecepatan tinggi / transfer data besar: SD card, layar TFT, flash memori, kamera.

🧠 Latihan

Perluas protokol UART di atas: tambah perintah BRIGHT <0-255> yang mengatur PWM pin 9 (petunjuk: cmd.substring(7).toInt()).
Buat simulasi I2C dengan 2 slave (0x48 sensor suhu, 0x50 RTC) — baca keduanya, cetak hasilnya.
Jelaskan dengan kata-kamu sendiri kenapa SPI butuh kabel CS per perangkat.
Hitung: pesan 100 byte lewat UART 9600 bps (1 start + 8 data + 1 stop bit) butuh berapa milidetik?