BAB 2 LANDASAN TEORI

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Motor.

Motor merupakan perangkat elektromagnetik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan merubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektromagnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. Dengan cara inilah energi listrik dapat diubah menjadi energi mekanik.

Energi mekanik ini diguanakan untuk, misalnya memutar impeler pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga dirumah (mixer, bor listrik, afan angin) dan industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban total industri.

Secara umum motor listrik dapat dibagi menjadi motor ac dan motor dc, bembagian ini berdasarkan pada arus listrik yang digunakan untuk menggerakkannya. Namun penulis pada bagian ini kita hanya membahas mengenai motor dc

2.2 Motor DC

Motor arus searah (motor dc) merupakan salah satu jenis motor listrik yang bergerak dengan menggunakan arus searah. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet,

Universitas Sumatera Utara

maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arahnya pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor yang paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas diantara kutub-kutub magnet permanen

Gambar 2.1. Struktur motor dc sederhana

Catu tegangan dc dari baterai menuju lilitan melalui sikat menyentuh komutator dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar diatas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar diantara medan magnet.

Motor ini memiliki keunggulan dari motor ac yaitu mudah dalam mengatur dan mengontrol kecepatan putarnya. Ada bebarapa cara untuk dapat mengendalikan kecepatan motor dc, antara lain dengan mengatur lebar pulsa tegangan setiap detiknya yang diberikan pada motor dc (teknik PWM) atau secara manual yaitu mengataur jumlah arus dan tegangan yang diberikan pada motor dc. Pada penelitian ini penulis akan mengendalikan kecepatan putar motor dc dengan mengatur tegangan yang diberikan pada motor dc


Gambar 2.2 Motor dc

Motor dc tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dalam perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih basar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan diarea yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.

2.2.1. Prinsip kerja motor dc

Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet disekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Gambar 2.3 medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor

Aturan Genggaman Tangan kanan dapat dipakai untuk menentukan arah garis fluks disekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah ada aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Medan magnet hanya terjadi disekitar sebuah konduktor jika ada arus yang mengalir


pada konduktir tersebut. Pada motor listrik, konduktor berbentuuk U disebut angker dinamo.

Gambar 2.4 medan megnet mengelilingi konduktor diantara dua kutub

Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan diantara kutub utara dan selatan yang kuat dalam medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan magnet kutub

Gambar 2.5. Reaksi garis fluks

Lingkaran A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B.

Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat dibawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak kearah atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat diatas konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak turun agar keluar dari yang kuar tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum: * Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya


* jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/ loop, maka kedua sisi loop, yaitu yaitu sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. * Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. * Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putar yang lebih seragam dan medan magnet yang dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar 2.6 berikut.

Gambar 2.6. Prinsip kerja motor dc

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus dari pada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran motor.


Dalam memahami sebuah motor, penting dimengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tegangan putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikatagorikan dalam tiga kelompok: 

Beban torque konstan Adalah beban dimana keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan



Beban dengan variabel torque Adalah beban dengan torque bervariasi dengan kecepatan operasinya. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan)



Beban dengan energi konstan Adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatanpralatan mesin industri

2.2.2 Karakteristik Motor DC Karakteristik yang dimiliki suatu motor DC dapat digambarkan melalui kurva daya dan kurva torsi/kecepatannya, dari kurva tersebut dapat dianalisa batasan-batasan kerja dari motor serta daerah kerja optimum dari motor tersebut.

Gambar 2.7 kurva torsi vs kecepatan motor dc


Dari grafik terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan untuk suatu motor dc tertentu. dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran, dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan putaran motor. Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu: a. Stall torque, menunjukkan titik pada grafik dimana torsi maksimum, tetapi tidak ada putaran pada motor. b. No load speed,,menunjukkan titik pada grafik dimana terjadi kecepatan putaran maksimum, tetapi tidak ada beban pada motor 2.3 Motor Stepper Motor Stepper adalah motor DC yang gerakannya bertahap (step per step) dan memiliki akurasi yang tinggi tergantung pada spesifikasinya. Setiap motor stepper mampu berputar untuk setiap stepnya dalam satuan sudut (0.75, 0.9, 1.8), makin kecil sudut per step-nya maka gerakan per step-nya motor stepper tersebut makin presisi. Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya cukup menggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau piringan CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika dibandingkan dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanent. Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau sebaliknya. Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup cepat. Untuk mengatur gerakan motor per step-nya dapat dilakukan dengan 2 cara berdasarkan simpangan sudut gerakannya yaitu full step dan half step.


Tabel 2.1 . Motor Stepper dengan Gerakan Full Step Step

S3

S2

S1

S0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

3

0

1

0

0

4

1

0

0

0

Motor stepper yang umum digunakan mempunyai jangkauan langkah berputar antara 0,9 derajat sampai 30 derajat. Motor-motor tersebut adalah motor stepper dua atau empat fase. Secara teoritis, sebuah motor stepper berukuran kecil dapat digerakkan langsung oleh mikroprosesor atau mikrokontroler. Dalam kenyataannya, arus dan tegangan yang dapat dikeluarkan oleh alat pemroses tadi masih terlalu kecil. Sebagai perbandingan, gerbang-gerbang logika tipe TTL hanya mampu mengeluarkan arus dalam orde mili-ampere dan tegangan antara 2 sampai 5 V. Sementara itu untuk menggerakkan motor langkah dibutuhkan arus yang cukup besar (dalam orde ampere) dengan tegangan berkisar 5-24 V.

Gambar 2.8 Motor stepper

Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan sebuah piranti tambahan yang dapat memenuhi kebutuhan arus dan tegangan tadi yaitu dengan menambahkan rangkaian penggerak seperti transistor yang dipasang secara Darlington, rangkaian penggerak gabungan atau menggunakan IC-IC yang kompatibel.


2.4 Sensor optocoupler

Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis.

Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu: 1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang. 2. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen Photodiode. Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum inframerah mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah.

Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µm – 1mm.

LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi bias maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer.


Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.

Fototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi bias maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.

Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada dinding logam yang tertutup.

Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacammacam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode). Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi. Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC.


Prinsip kerja dari optocoupler adalah : * Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high. * Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.

Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Komponen ini merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.9 Optocoupler

Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat optocoupler untuk mendeteksi putaran. Penggunaan dari optocoupler tergantung dari kebutuhannya. Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type. Seperti MOC 3040 atau 3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya.


Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.

2.5 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah singel chip yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan dirancang khusus untuk aplikasi kontrol serta dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. Mikrokontroler merupakan satu hasil dari kemampuan komputasi yang sangat cepat dengan bentuk yang sangat kecil dan harga yang yang murah. Mukrokontroler terus berkembang dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan pasar terhadap alat-alat elektronik dengan perangkat cerdas, cepat sebagai pengontrol dan pemroses data.

2.5.1

Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 adalah satu anggota dari keluarga MCS-51seri 8052 merupakan pengembangan dari seri 8051, dirancang oleh atmel yang paling banyak digunakan karena dilengkapai dengan internal 8 Kbyte Flash PEROM (Prigrammable and Erasable Read Only Memory), yang memungkinkan memori program untuk dapat diprogram berkali-kali (1000 siklus baca/tulis).


Gambar 2.10 Blok diagram fungsional AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 memiliki spesifikasi sebagai berikut:

1. Read Only Memory (ROM) sejumlah 8 Kbyte ROM atau Read Only memory merupakan memori penyimpan data yang isinya tidak dapat diubah atau dihapus (hanya dapat dibaca). ROM biasanya diisi dengan program untuk menjalankan mikrokontroler setelah power dinyalakan dan berisi data-data konstanta/ kode yang diperlukan oleh program. Kapasitas memori yang disediakan oleh AT89S52 ini sejumlah 8 Kbyte

2. Random Access Memory (RAM) sejumlah 256 byte RAM atau Random Access Memory merupakan memori penyimpanan data yang isinya daoat diubah dan dihapus. RAM biasanya berisi data-data variabel dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat votile (hilang jika catu daya yang terhubung dimatikan/diputuskan).


3. Empat buah port I/O, yang masing-masing terdiri dari 8 bit I/O (Input/Output) port merupakan sarana yang dipergunakan oleh mikrokontroler untuk mengakses peralatan-peralatan lain, berupa pin-pin yang dapat berfungsi untuk mengeluarkan data-data digital atau berfungsi untuk mengimput data. Selain itu, dapat digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial (pin 10 dan pin 11)

4. Tiga buah 16 bit timer/couter/time 16 bit (2 byte) timer/couter merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah/ penghitung eksekusi program mikrokontroler.

5. Interface Komunikasi Serial Interface kmunikasi serial merupakan suatu fungsi port yang terdapat dalam mikrokontroler dalam melakukan antarmuka (interface) serial yaitu pada p3.0 dan p3.1

6. Memiliki kemampuan Arithmatic and Logic Unit (ALU) Arithmatic and Logic Unit (ALU) memiliki kemampuan mengerjakan prosesproses aritmatika (penyumlahan, pengurangan, pengalian, pembagian) dan operasi logika (AND, OR, XOR, NOT) terhadap bilangan bulat 8 atau 16 bit.

Arsitektur hardware mikrokontroler AT89S52 dari perspektif luar atau biasa disebut pin out digambarkan pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.11 konfigurasi pin AT89S52


Berukut ini penjelasan mengenai fungsi dari tiap-tiap pin (kaki) yang ada pada mikrokontroler AT89S52:

a. Port 0 (Pin 39 – Pin 32) Merupakan dual-purpose port (port yang memiliki dua kegunaan), pada disain yang minimum (sederhana), port 0 digunakan sebagai port Input/output (I/0). Sedangkan pada desain lebih lanjut pada perancangan dengan memori eksternal digunakan sebagai data dan address (alamat) yang di-multiplex.

b. Port 1 (Pin 1 – Pin 8) Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa, pada kaki ke 6, ke 7 dan ke 8 terdapat Mosi, Miso dan Sck sebagai masukan dari ISP Programmer yang terhubung ke komputer. Tanpa adanya port ini maka mikrokontroler tidak dapat diprogram oleh ISP programer.

c. Port 2 (Pin 21 – Pin 28) Merupakan dual-purpose port. Pada desain minimum digunakan sebagai port I/O (Input/Output). Sedangkan pada desain lebih lanjut digunakan sebagai high byte dari address (alamat)

d. Port 3 (Pin 10 – Pin 17) Merupakan dual-porpuse port. Selain sebagai port I/O (Input/Ouput), port 3 juga mempunyai fungsi khusus. Fungsi khusus tersebut diperlihatkan pada tabel 2.1

Tabel 2.2 fungsi khusus port 3 No. Pin

Port

Nama

Fungsi

pin

Port

10

P3.0

RXD

Menerima data untuk port serial

11

P3.1

TXD

Mengirim data untuk port paralel

12

P3.2

INT 0

Interrupt 0 eksternal

13

P3.3

INT 1

Interrupt 1 eksternal

14

P3.4

T0

Timer 0 input eksternal


15

P3.5

T1

Timer 1 input eksertal

16

P3.6

WR

Memori data eksternal write strobe

17

P3.6

RD

Memori data eksternal read strobe

e. PSEN (Pin 29) PSEN (Program Store Enable) madalah sinyal kontrol yang mengizinkan untuk mengakses program (code) memori eksternal. Pin ini dihubungkan ke pin OE (output Enable) dari EPROM. Sinyal PSEN akan ‘0’ (low) pada tahap fetch (penjemputan) instrusi. PSEN akan sellau bernilai ‘1’ (high) pada pembacaan program memori internal.

f. ALE (Pin 30) ALE (Addres Latch Enable) digunakan untuk men-demultiplex address (alamat) data bus. Ketika menggunakan program memori eksternal, port 0 akan berfungsi sebagai address (alamat) dan data bus. Pada setengah paruh pertama memori cycle ALE akan bernilai ‘1’ (high) sehingga akan mengizinkan penulisan address (alamat) pada register eksternal. Pada setenah paruh berikutnya akan bernilai ‘1’ (high) sehingga port 0 dapat digunakan sebagai data bus.

g. EA (Pin 31) EA (xternal Access) pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program ayang ada pada memori eksternal setelah sistem di-reset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal.

h. RST (Pin 9) Jika pin ini diberi input ‘1’ (high) selama minimal 2 cycle, maka sistem akan direset (kembali keawal)

i. On-Chip oscillator

j. AT89S52 telah memiliki on-chip oscilator yang dapat bekerja jika didrive menggunakan kristal. Tambahan kapasitor diperlukan untuk menstabilkan sistem.


Nilai kristal yang biasa digunakan pada AT89S52 ini aalah 12 MHz. On-chip oscillator pada AT89S52 terdiri dari XTAL1 (pin 19) input untuk clock internal dan XTAL2 (pin 18) output dari osilator.

k. Koneksi Power AT89S52 beroperasi pada tegangan 5 volt. Pin Vcc terdapat pada pin 40, sedangkan ground (gnd) terdapat pada pin 20.

Instruksi-instruksi mikrokontroler

Instruksi-instruksi yang dimaksud merupakan seperangkat instruksi yang disusun menjadi sebuah program untuk memerintahkan mikrokontroler melakukan sesuatu pekerjaan. Sebuah instruksi selalu berisi kode operasi (op-code), kode pengoperasian inilah yang disebut dengan bahasa mesin yang dapat dimengerti oleh mikrokontroler. Inastruksi-instruksi yang digunakan dalam memogram suatu program yang diisikan AT98S52 adalah instruksi bahasa pemograman assembler.

2.5.2

Instruksi Transfer Data

Instruksi tranfer data terbagi menjadi dua kelas operasi sebagai berikut: •

Tranfer data umum (General Purpose Transfer), yaitu : MOV, PUSH dan POP

•

Transfer spesifik akumulator (Accumulator Specific Transfer), yaitu :XCH, XCHD, dan MOVC

Instruksi transfer data adalah instruksi pemindahan/ pertukaran data antara oprand sumber dengan opran tujuan. Operand-nya dapat berupa register, memori atau lokasi suatu memori. Penjelasan instruksi transfer data dapat dijelasan sebagai berikut. Mov

:

Transfer dari register satu ke register yang laian, antara register dengan memory

Push

:

Transfer byte atau dari operan sumber ke suatu lokasi dalam strack yang alamatnya ditunjuk oleh register penunjuk

Pop

:

Transfer byte atau dari dalam strack ke operan tujuan


Xch

:

pertukaran data antara operand akumulator dengan operand sumber

Xcdh

:

Pertukaran nibble orde rendah antara RAM internal (lokasinya ditunjukkan oleh r0 dan r1)

Movc

;

Pertukaran data dengan menjumlahkan isi data pointer dengan isi akumulator

2.5.3

Instruksi Aritmatik

Operasi dasar aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian dimiliki oleh AT89S52 dengan mnemonic : Inc, Add, subb, Dec, Mul dan Div. Penjelasan dari operasi mnemonic tersebut dijelaskan sebagai berikut : Inc

:

Menambahkan satu isi sumber operand dan menyiman hasilnya ke operand tersebut

Add

:

Penjumlahan antara akumulator dengan sumber operand dan hasilnya disimpan di akumulator

Subb

:

Pengurangan akumulator dengan sumber operand, hasilnya disimpan dalam operand tersebut

Dec

:

Mengurangi sumber operand dengan 1, dan hasilnya dismpan pada operan tersebut

Mul

:

Perkalian antara Akumulator dengan Register B

Div

:

Pembagian antara Akumulator dengan Register B dan hasilnya disimpan dalam Akumulator, sisanya di Register B

2.5.4 Instruksi Logika

Mikrokontroler AT98S52 dapat melakukanoperasi logika bit maupun operasi logika byte. Operasi logika tersebut terbagi atas dua bagian yaitu: •

Operasi logika operan tunggal, yaitu terdiri dari clr, setb, cpl, rl dan rr

•

Oprasi logika dua operand seperti : anl, orl dan xlr

Operasi yang dilakukan oleh AT89S52 dengan pembacaan instruksi logika tersebut dijelaskan dibawah ini: Crl

:

Menghapus byte atau bit menjadi nol

Setb

:

Membuat bit mejadi satu


Cpl

:

Mengkomplemenkan akumulator

Rl

:

Rotasi akumulator 1 bit kekiri

Rr

:

Rotasi akumulator 1 bit kekanan

Anl

:

Meng-and kan data bit secara langsung dengan isi akumulator

Orl

:

Meng-or kan data bit secara langsung dengan isi akumulator

Xrl

:

meng-xor kan data bit secara langsung dengan isi akumulator

2.5.5 Instruksi Percabangan

Instruksi percabangan terdiri dari (3) tiga kelas oprasi, yaitu: •

Lompatan tak bersyarat (unconditional Jump) seperti : sjmp, ajmp, ljmp

•

Lompatan bersyarat (Conditional Jump) seperti : jb, jnb jz, jnz, jc, jnc, cjne, dan djnz

•

Insterupsi seperti: ret dan reti

Penjelasan dari instruksi diatas sebagai berikut : Sjmp

: Lompatan untuk percabangan dengan jankauan masumum 1 Kbyte

Ajmp

: Lompatan untuk percabangan masimum 2 Kbyte

Lcall

: Pemanggilan subroutine yang mempunyai alamat antara 2 Kbyte – 64 Kbyte.

Jb

: Percabangan yang akan lompat ke label atau alamat yang dituju jika dalam keadaan bit

Jnb

: Percabangan yang akan lompat ke label atau alamat yang dituju jika dalam keadaan tidak bit

Jz

: Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah nol

Jnz

: Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah tidak nol

Jc

: Percabangan terjadi jika CF (Carry Flag) diset ‘1’

Jne

: Percabangan terjadi jika CF (Carry Flag) diset ‘0’

Cjne

: Operasi perbandingan Operand pertama dengan operand kedua, jika tidak sama akan dilakukan percabngan

Djnz

: Mengurangi nilai operand sumber dengan satu dan percabangan akan dilakukan bila hasilnya tidak nol

Ret

: Kembali ke subrutine.

Reti

: Kembali ke program interupsi utama


2.6 Liquid Crystal Display (LCD)

LCD mwerupakan salam satu komponen yang banyak dipilih untuk dipergunakan sebagai tampilan karena kemudahannya dalam mengetur tampilan layar agar lebih menarik. Salah satu contoh LCD yang banyak digunakan yaitu LCD M1632 (LCD 2x16)

DB 0-7

Timing Signal

Controller RS

Segment Driver

Serial Data

R/W EN

Comon Signal

LCD (16 x 2)

Gambar 2.12 blok tampilan kristal cair (LCD)

LCD display module M1632 terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk karakter dua baris, masing masing baris menampung 16 karakter.

Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik panel LCD, berfungsi mengatir tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lainya cukup mengirim kode0kode ASCII dari informasi yang ditampilkan. Spesifikasi LCD M1632, yaitu: a. Tampilan 16 karakter 2 baris b. RAM data tampilan dan RAM pembangkit dapat dibaca dari unit mikroprosesor c. Beberapa fungsi perintah anatara lain adalah penghapusan tampilan (display clear), posisi kursor awal (cursor home), tampilan karakter kedip (display


character blink), penggeseran kursor (cursor shift) dan penggeseran tampilan (display shift) d. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan e. Catu daya tunggal +5 volt

2.8. Transistor Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Gambar 2.13. Ilustrasi transistor sebagai kran listrik Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.


2.8.1 Prinsip Kerja Transistor Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan : IE = IC + IB

Gambar 2.14 : Arus emitor

Persamanaan tersebut mengatakan arus emiter IE adalah jumlah dari arus kolektor IC dengan arus base IB. Karena arus IB sangat kecil sekali atau disebutkan IB << IC, dapat di nyatakan IE = IC ;

Pada tabel data transistor sering dijumpai spesikikasi adc (alpha dc) yang tidak lain adalah : adc = IC/IE. Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besaradc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memilikiadc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99. Sedangkan beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base. b = IC/IB. Dengan kata lain,b adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook transistor dan sangat


membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya.

Misalnya jika suatu transistor diketahui besar b=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu : IB = IC/b = 10mA/250 = 40 uA Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki b = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah : IC = b IB = 200 x 0.1mA = 20 mA Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.

2.8.2. Common Emitter (CE) Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.

Gambar 2.15 : Rangkaian CE

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk menunjukkan


besar tegangan pada satu titik, misalnya VC = tegangan kolektor, VB = tegangan base dan VE = tegangan emiter.

Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit. Diantaranya adalah : VCE = tegangan jepit kolektoremitor VBE = tegangan jepit base - emitor VCB = tegangan jepit kolektor - base Notasi seperti VBB, VCC, VEE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

2.8.3 Kurva Base Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah : IB = (VBB - VBE) / RB VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari VBE. Sehingga arus IB mulai aktif mengalir pada saat nilai VBE tertentu.

Gambar 2.16: Kurva IB -VBE


Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan VBE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal VBE = 0 volt.

2.8.4. Kurva Kolektor Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base IB, arus kolektor IC dan tegangan kolektor-emiter VCE. Dengan mengunakan rangkaian01, tegangan VBB dan VCC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut telah diplot beberapa kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana arus IB dibuat konstan.

Gambar 2.17. Kurva kolektor Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.

2.8.5 Daerah Aktif Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC


hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region). Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan : VCE = VCC - ICRC Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah : PD = VCE.IC Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektoremitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.

2.8.6 Daerah Saturasi dan Daerah Cut-Off Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.


Gambar 2.18. Rangkaian driver LED

Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan b = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Dan seharusnya resistansi RL yang dipakai. IC = bIB = 50 x 400 uA = 20 mA Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini. RL = (VCC - VLED - VCE) / IC = (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA = 2.6V / 20 mA = 130 Ohm


BAB 2 LANDASAN TEORI

Recommend Documents