BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroler ATmega16 Mikrokontroler merupakan suatu system kendali dengan program yang tertanam di dalamnya digunakan untuk suatu aplikasi tertentu. Pada alat ini, digunakan mikrokontroler dari ATMEL yaitu ATmega 16.
Gambar 2.1 IC ATmega 16
IC ini memiliki 40 buah pin yang dibagi menjadi beberapa port dan pin – pin dengan fungsi yang berbeda. Setiap port dapat digunakan sebagai masukan ataupun keluaran setiap instruksi dan informasi yang tersedia. Beberapa fungsi dari setiap pin ATMega 16 yaitu : VCC
:
Tegangan supply +5V
GND
: Ground / Pembumian
Port A
: Port A menyediakan input tegangan analog ke ADC, sebagai port I/O 8 bit (Jika fungsi ADC tidak digunakan) dengan internal pull-up.
5
6
PorB
:
Port B sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor.
Port C
:
Port C sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor.
Port D
: Port D sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor. :
Input reset. Sinyal low pada pin ini untuk pulsa yang lebih panjang dari minimum akan membangkitkan reset, bahkan jika clock sedang tidak berjalan.
XTAL1
: Input ke penguat inverting isolator dan input ke rangkaian pengoperasian clock internal.
XTAL2
: Output dari penguat inverting isolator.
AVCC
:
AVCC adalah pin tegangan supply untuk port A dan ADC. Port ini sudah seharusnya terhubung ke Vcc, meskipun ADC tidak digunakan
AREF
:
AREF adalah pin referensi analog untuk ADC.
ATmega 16 memiliki dua buah memori utama, yaitu memori program dan memori data. ATmega 16 memiliki 16 kb on-chip in-system reprogrammable flash memory untuk menyimpan program. Memori flash dibagi ke dalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan aplikasi. Sedangkan untuk memori data ATMega 16 dibagi menjadi tiga bagian, yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 1 kb SRAM internal.
7
2.2
IC LM 317 Sebagai Regulator Tegangan Positif LM 317 adalah sebuah regulator tegangan positif yang dapat diatur, memiliki 3 terminal ( pin ) dan mampu untuk mencatu lebih dari 1,5A. IC ini mudah digunakan, karena hanya memerlukan dua resistor eksternal yang dihubungkan pada pin adjust dan pin output guna menentukan tegangan keluaran. Pada IC ini terdapat pula pembatas arus dan pengaman terhadap pembebanan suhu lebih.
Gambar 2.2 IC LM 317
IC regulator tegangan variabel LM317 selain memiliki kemampuan mengalirkan arus 1,5 ampere dan juga dilengkapi dengan proteksi over heating ( panas yang berlebih ). Contoh aplikasi penggunaan regulator tegangan variabel LM317 pada simulasi alat stirer magnetik ini dapat dilihat seperti gambar 2.6 dibawah ini.
8
5
4
8
1
12 V 1 220V1
2 1 4 -
+ 2
2 1
VIN
VOUT
ADJ
3
2A
4 3 5
1K
10 uF BD 139 -
+
5
A
3
LM317 4700 uF 3 4 1 2 10 k BD139
Gambar 2.3 Aplikasi rangkaian regulator tegangan
Rangkaian power supply variable diatas terdiri dari beberapa bagian yaitu trafo step down transformer 2 A , Rectifier atau penyearah gelombang menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh dari dioda bridge. Tapis DC pertama adalah kapasitor C1 4700 uF/ 50V yang berfungsi untuk menghilangkan ripple dari penyearah gelombang penuh dioda bridge. Regulator tegangan variabel menggunakan IC LM317 sebagai pengontrol tegangan output rangkaian power supply variabel ini. Pengatur tegangan referensi regulator tegangan IC LM317 adalah konfigurasi pembagi tegangan R1 1 K Ω dan variable resistor 10 K Ω. Pada kaki 1 yaitu kaki adjustment pada IC LM317 terhubung dengan variable resistor 10 K Ω, yang berfungsi untuk mengatur tegangan output pada kaki ke 3 LM317 yaitu kaki v out. Setelah mikrokontroler mengaktifkan transistor BD 139, maka variable resistor 10 K Ω pada rangkaian kecepatan motor akan terhubung ke kaki adjustment IC LM317, dan keluaran dioda bridge pada rangkaian power supply akan terhubung ke kaki Vin pada IC LM317. terhubungnya kaki Vin
9
ke rangkain power supply dan kaki adjustmen ke rangkaian kecepatan motor menyebabkan IC LM 317 dapat mengontrol tegangan keluaran pada kaki v out dengan memutar variable resistor yang terhubung dengan kaki adjustment yang, tegangan keluaran pada kaki Vout tersebutyang kemudian akan menjadi tegangan masukan dari brushless DC motor. Semakin besar tegangan yang yang masuk ke brushless DC motor, maka akan semakin cepat pula kecepatan brushless DC motor.
2.3 Teori LED LED adalah kepanjangan dari Light Emitting Diode (Dioda Pemancar Cahaya). Dioda ini akan mengeluarkan cahaya bila diberi tegangan sebesar 1,8 V dengan arus 1,5 mA. LED banyak digunakan sebagai lampu indicator dan peraga (display). Simbol dan gambar LED ditunjukkan pada gambar.
Gambar 2.4 Simbol LED
Keuntungan penggunaan LED dibandingkan lampu pijar yaitu tegangannya rendah, umurnya lebih panjang, dan mampu dioperasikan pasda saklar elektronik yang nyala matinya cepat (nano detik). Agar LED tidak rusak dan tahan lama, maka perlu dipasang resistor secara seri sebagai pembatas arus.
10
LED pada umumnya dipasang seri dengan tahanan untuk membatasi arus agar tidak melebihi kemampuan dari LED itu sendiri, sehingga arus yang mengalir tidak merusak LED. Besarnya pembatas arus (R seri) untuk sebuah LED dapat dihitung dengan rumus berikut: (2.7) Keterangan: Rs = tahanan seri (Ω) Vf = tegangan drop LED (V) Vs = sumber tegangan (V) If = arus maju pada LED (A)
2.4 Teori Resistor Resistor atau hambatan atau disebut juga tahanan adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat arus listrik pada suatu rangkaian,
pada
pemakaiannya
resistor
selain
digunakan
untuk
menentukan besarnya arus listrik yang mengalir, juga digunakan sebagai pembagi tegangan (voltage divider), satuan resistor adalah ohm dengan simbol (R). Terdapat dua jenis resistor yaitu resistor tetap dan resistor berubah-ubah.
R
Gambar 2.5 Simbol resistor
11
Pembagi tegangan dibentuk dengan merangkai dua resistor yang dirangkaikan seri, kemudian dihubungkan dengan tegangan sumber, seperti terlihat di gambar dibawah.
Gambar 2.6 Resistor Sebagai Pembagi Tegangan Tegangan sumber jatuh (drop) pada kedua resistor. Karena adanya tegangan drop pada R2, maka titik diantara kedua resistor terhadap bumi (ground) dalam pembagi tegangan akan lebih positif dari 0 volt atau akan sama dengan tegangan jatuh (drop) di R2, arus yang mengalir pada dua resistor sama besar karena rangkaian terhubung seri dan tegangan jatuh pada masing – masing resistor akan sebanding dengan besar tahanannya. Menentukan harga tahanan yang sesuai dengan tegangan yang diinginkan, dapat digunakan persamaan : VR1 =
R1 R1 R2
x Vcc
(2.6)
12
VR2 =
Keterangan :
R2 x Vcc R1 R2
VR1 = Tegangan Drop pada R1 (Volt) VR2 = Tegangan Drop pada R2 (Volt) VCC = Tegangan sumber (Volt)
2.5 Induktor Induktor adalah suatu piranti pasif yang terjadi dari kumparan kawat yang digulung pada former. Induktor itu digunakan dalam bermacam-macam peranti antara lain rangkaian tertala dan penguat tertala, beberapa osilator (osilator Colpitt’s dan Hartley) dan tapis. Kumparan atau gulungannya dipakai untuk memasukan induktansi kedalam rangkaian, yang merupakan sifat suatu komponen guna melawan perubahan dalam arus, kalau arus yang mengalir dalam kumparan berubah, fluks magnet yang ditimbulkan oleh arus juga berubah dan hal ini menginduksikan gaya gerak lawan dalam kumparan.
2.6 Teori PCB PCB ini sudah disediakan jalur-jalur rangkaian suatu peswat tertentu misalnya kit suara burung, kit power amplifier, kit radio, kit equalizer dan sebagainya. Printed circuit board biasa disingkat dengan PCB. PCB dibuat dari lembaran pertinak dan lembaran pertinak yang lunak dan lembaran pertinak. Kedua lembaran ini ditempal menjadi satu
13
lembar dengan dua lapis, lapisan yan gtebal adlah pertinak dan lapisan yang tipis adalah lembaran tembaga. PCB ada beberapa macam antara lain : a. PCB berlubang (PCB bentuk titik) - PCB yang berlubang ini ada yang berintik-bintik seperti cincin tembaga kecil yang banyak sekali menempel pada papan pertinak yang disebut PCB bentuk titik. - PCB bentuk titik dengan jarak 4 mm antara lubang-lubang penempatan onderdil- onderil. PCB ini digunakan untuk praktek perakitan pesawat. - PCB bentuk titik yang jarak lubang-lubangnya cocok dengan kedudukan kaki IC. PCB ini digunakan untuk praktek perakitan suatu pesawat yang memakai IC sebagai salah satu komponenya. - PCB berlubang-lubang yang pada bagian tembaganya seperti petak-petak b. PCB yang sudah dibuat untuk rangkaian pesawat tertentu. Di pasaran biasanya disebut kit padat. c. PCB kosong, adalah PCB yang masih polos tanpa berlubang sedikit pun pada lembaran pertinak maupun lembaran tembaganya. Jika kita ingin agar rangkaian pesawat tersusun secara rapih dan bagus maka kita dapat membuat rangkaian tersebut pada lembaran tembaga PCB ini, kemudian mencairkan bagaian tembaga yang tidak dibutuhkan dengan bahan kimia yang disebut ferri klorida. Bahan kimia ini seperti batu lembek berwarna kulit jeruk matang (warna orange), mudah dicairkan dalam air panas, dan gunanya untuk menghancurkan bagian tembaga PCB yang tidak tertutup cat atau tinta spidol yang tidak luntur.
14
Cara membuat rangkaian suatu pesawat pada PCB kosong dapat dilakukan sebagai berkut: Gambarlah ramcangan jalur-jalur rangkaian pesawat pada kertas HVS. Sesudah rancangan jalur-jalur rangkaian suatu pesawat tergambar rapi dan benar susunanya, maka pindahkanlah rangkaian tersebut ke lembaran tembaga PCB yang telah dihaluskan dengna amplas dan telah dibersihkan dengan kain bersih. Jalur-jalur rangkain pesawat dapat dipindahkan kelembaran tembaga PCB jika memakai karbon baru. Setelah semua jalur-jalur rangkaian pesawat pindah ke tembaga PCB, maka jalur-jalur rangkaian pesawat tersebut digamabar lagi dengan mengikuti copi-nya. Rangkaian ini digambar dengan cat atau spidol secara rapi dan tebal. Setelah selesai menggambar jalur-jalur rangkaian pesawat dengan spidol pada bagian tembaga PCB, maka cat tersebut dibiarkan sampai kering, jika cat sudah kering PCB tersebut direndam dengan cairan ferri klorida sambil diaduk-aduk sampai bagian tembaga yang tidak di cat hancur seluruhnya, kurang lebih dibutuhkan waktu satu atau setengah jam. Larutnya bagian tembaga yang tidak kena cat tergantung kepekatan
larutan
ferri
klorida
yang
dipergunakakn
untuk
menghancurkannya. Makin pekat larutan ferri klorida maka makin cepat hancurnya begian tembaga yang tidak kena cat. Setelah bagian tembaga yang tidak kena cat hancur seluruhnya, maka PCB tersebut di cuci dengan air bersih dan jalur-jalur rangkaian pesawat dicat dibersihkan dengan tinner atau amplas halus. Setelah PCB tersebut dibersihkan lalu diberi lubang yang diprlukan, sesudah selesai maka PCB sudah siap dipergunakan.
15
2.7 Teori Sinyal Kereta Api Sinyal adalah sebuah tanda yang disepakati untuk memberitahu dan pembaca sinyal dapat memahami perintah dari sinyal aau tanda yang diberikan. Pada kereta api sinyal atau tanda sangat berperan penting, dimana sinyal akan menjadi pedoman agar perjalanan kereta api dapat berjalan dengan normal sesuai dengan skema dan peraturan perkereta apian. Pada awalnya perjalanan kereta api diatur secara manual, yaitu dengan mengirimkan sebuah pesan berupa telegram dari stasiun satu ke stasiun lainya. Formula yang diterapkan adalah seperti gambaran berikut : 1. Ketika stasiun A akan memberangkatkan kereta api, maka petugas stasiun A akan segera memberitahukan kepada stasiun B melalui pesan telegram. 2. Stasiun B menerima pesan telegram, maka stasiun B akan mengkonfirmasi tanda dengan mengirimkan sinyal hijau ke stasiun A. 3. Stasiun A menerima sinyal hijau, kereta api dapat diperintahkan untuk berjalan. 4. Kondisi sinyal stasiun B adalah warna merah, yang berarti kereta api tidak di ijinkan melintas dari stasiun B ke stasiun A.
16
5. Sinyal merah stasiun B akan berubah reset (normal), apabila kereta api yang datang dari stasiun A telah menginjak interlock atau sensor pengunci. 6. Seiring kemajuan jaman, pesan sinyal yang disampaikan oleh petugas PPKA (Pengatur Perjalanan Kereta Api) menggunakan telepon dering. 7. Perkembangan tekhnologi menjadikan kereta api membuat perubahan sistem pengaturan sinyal melalui blok-blok sinyal yang terbagi antar stasiun. 8. Dalam hal ini, penulis membuat rancangan pengaturan sinyal kereta api dengan alat berupa mikrokontroller. 9. Mikrokontroller yang digunakan penulis adalah ATmega 16 dimana alat ini akan mengontrol sinyal-sinyal yang dirancang oleh penulis guna mengerjakan sebuah sistem.
