BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler,
sebagai
suatu
terobosan
teknologi
mikrokontroler
dan
mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semi konduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan microprocessor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih serta dalam bidang pendidikan. Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya), Mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin- rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan Pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program kontrol disimpan dalam ROM yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara, termasuk register-register yang digunakan pada Mikrokontroler yang bersangkutan.
4
Mikrokontroler ATMega8535 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran Atmel. Jenis Mikrokontroler ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengolah data per bit ataup un data 8 bit secara bersamaan. Pada prinsipnya program pada Mikrokontroler dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan secara bertahap atau berurutan. Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler ATMega8535 adalah sebagai berikut : •
Sebuah Central Processing Unit 8 bit
•
Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu
•
RAM internal 128 byte
•
Flash memori 2 Kbyte
•
Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal)
•
Empat buah programable port I/O yang masing- masing terdiri dari delapan buah jalur I/o
•
Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART
•
Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika
•
Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi 12 MHz.
2.1.1 Kontruksi ATMega8535 Microcontroller ATMega8535 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 micro- fard dan resistor 10 kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini AT89C2051 otomatis
5
diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24MHz dan kapasitor 30 mikro-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja Mikrokontroler. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada Mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program. Random Access Memory (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Ada berbaga i jenis ROM. Untuk Mikrokontroler dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC Mikrokontroler dicetak dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu Mikrokontroler menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PROM (PEROM). Dulu banyak UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89C2051 adalah flash PEROM, program untuk mengendalikan Mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai ATMega8535 flash PEROM Programmer. Memori data yang disediakan dalam chip AT*(S51 sebesar 128 kilo byte meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. ATMega8535 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. pada kaki nomor 2 dan 3, sehingga
6
kalau sarana input/output bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1/T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0 dan T1 dipakai. ATMega8535 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. Port1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register (SFR).
2.1.2 Pin-Pin pada Microcontroler ATMega8535 Deskripsi pin-pin pada Microcontroler ATMega8535 : ATMega8535 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
VCC
GND
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
Gambar 2.1 IC Mikrokontroler ATMega8535
VCC (Pin 20) Suplai tegangan GND (Pin 10) Ground
7
Port 3 (Pin 2,3,6 – pin 9,11) Port 3 merupakan 7 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing- masing, yaitu sebagai berikut : Tabel 2.1 Fungsi dari Masing – masing Pin Nama pin
Fungsi
P3.0 (pin 2)
RXD (Port input serial)
P3.1 (pin 3)
TXD (Port output serial)
P3.2 (pin 6)
INTO (interrupt 0 eksternal)
P3.3 (pin 7)
INT1 (interrupt 1 eksternal)
P3.4 (pin 8)
T0 (input eksternal timer 0)
P3.5 (pin 9)
T1 (input eksternal timer 1)
P3.7 (pin 11)
RD (untuk membaca eksternal data memori)
RST (pin 1) Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. XTAL1 (pin 4) Input untuk clock internal. XTAL2 (pin 5) Output dari osilator.
2.1.3 EEPROM ATMega8535 Mikrokontroler ATMega8535 memiliki EEPROM sebesar 2 Kbyte untuk tempat penyimpanan data, dan 256 byte memory RAM. 128 byte dari memory tersebut menempati ruang sejajar dengan register fungsi khusus. Hal ini berarti memory yang 128 byte tersebut memiliki alamat yang sama tetapi berada pada ruang yang terpisah dengan SFR.
8
Bila suatu perintah diperlukan menuju alamat memory dengan alamat diatas 7FH, maka diperlukan mode pengalamatan yang berbeda sehingga CPU dapat menuju RAM atau menuju memori. Sebagai contoh, perintah pengalamatan langsung berikut ini akan menuju SFR dengan alamat 0A0H, yaitu P2. Mov 0A0H, #data Sementara perintah yang untuk menuju memori dengan alamat 0A0H dikerjarakan dengan cara pengala matan tidak langsung, memori akan dituju bukan alamat P2. Mov @R0, #data Dalam hal ini, operasi stack adalah contoh untuk pengalamatan tidak langsung, sehingga memori dengan alamat diatas 128 pada RAM tersedia untuk keperluan stack. Demikian juga dengan EEPROM yang ada pada ATMega8535, data pada memori tersebut diset dengan memberikan nilai logika 1 pada bit EEMEM, yaitu bit pada register WMCOM pada alamat SFR dengan nilai lokasi 96H. EEPROM memiliki alamat mulai dari 000H sampai dengan 7FF. Untuk mencapai data dengan alamat tersebut diatas digunakan perintah MOVX, sementara untuk mencapai data dengan alamat diluar chip digunakan perintah yang sama tetapi dengan mengatur nilai EEMEN dengan logika LOW. Selama penulisan ke EEPROM, dapat juga dilakukan pembacaan tetapi harus dimulai dari bit MSB, sekali penulisan telah selesai, data yang benar telah tersimpan dengan baik pada lokasi memori EEPROM tersebut.
2.2 Infra Merah Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya
9
tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm. Inframerah ditemukan secara tidak sengaja oleh Sir William Herschell, astronom kerajaan Inggris ketika ia sedang mengadakan penelitian mencari bahan penyaring optik yang akan digunakan untuk mengurangi keceraha n gambar matahari dalam tata surya teleskop
2.2.1 Karakteristik Infra Merah 1. tidak dapat dilihat oleh manusia 2. tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang 3. dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas panjang gelombang pada infra merah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
2.2.2 Jenis – jenis Infra Merah Berdasarkan Panjang Gelombang 1. Infra merah jarak dekat dengan panjang gelombang 0.75 – 1.5 µm 2. Infra merah jarak menengah dengan panjang gelombang 1.50 – 10 µm 3. Infra merah jarak jauh dengan panjang gelombang 10 – 100 µm
2.3 Algoritma Enkripsi Rivest Code 5 (RC-5)
RC-5 (Rivest Code-5) merupakan enkripsi stream simetrik yang dibuat oleh RSA Data Security, Inc (RSADSI). Metode enkripsi ini pada awalnya dirancang untuk enkripsi yang menggunakan mikroprosesor (perangkat keras), tetapi pada tahap pengembangannya algoritma ini cocok diterapkan dengan menggunakan perangkat keras maupun perangkat lunak. Secara ringkas algoritma ini bekerja dengan penambahan modulus 2w, melakukan EX-
10
OR dan melakukan rotasi x kekiri dengan jumlah y bit. RC-5 memiliki kelebihan dalam menentukan jumlah kata kunci yang digunakan, hal ini berarti akan memilih tingkat keamanan yang digunakan sesuai dengan aplikasinya. Tulisan ini membahas tentang algoritma enkripsi RC-5 yang dikemukakan oleh Ronald L. Rivest dari MIT Laboratory for Computer Science.
2.4 Remote Control Remote control bukanlah alat yang asing lagi untuk kita, dimana- mana kita dapat menemukan adanya remote control, seperti remote contorl TV mobil remot DVD atau alat elektronik lainya. Apalagi kita sebagai anak elektro atau sebagai penggemar dari alat-alat elektronik. Pada remote control terdapat dua bagian yang utama yaitu : bagian transmiter dan bagian receiver. Bagian transmitter dalam hal ini menggunakan remote yang sudah jadi, yaitu remote untuk TV. Sedangkan bagian penerimanya dibangun dari dioda infra merah, filter, dan penguat sinyal/amplifier.
2.5 Komponen Pendukung 2.5.1 Transistor Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan :
11
1. Transistor germanium PNP 2. Transistor silikon NPN 3. Transistor silikon PNP 4. Transistor germanium NPN Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor. C
C B
B E NPN
E PNP
Gambar 2.2 simbol tipe transistor
Keterangan : C = kolektor E = emiter B = basis Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor. Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung (short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (VCE) = 0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on seperti pada gambar :
12
Vcc
Vcc IC
RB VB
R
Saklar On VCE
IB
VBE
Gambar 2.3 Transistor sebagai Saklar ON
Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturi adalah : I max =
Vcc ……………………………………………..…………….(2.1) Rc
hfe . I B =
IB =
Vcc ………………………………………….…………….(2.2) Rc
Vcc ………………………………………………………….(2.3) hfe . Rc
Hubungan antara tegangan basis (V B) dan arus basis (I B) adalah :
IB =
VB − VBE ……………………………………………………….(2.4) RB
VB = IB . RB + VBE…………………………………………………..(2.5)
VB =
Vcc . R B + VBE …………………………………………………(2.5) hfe . Rc
Jika tegangan VB telah mencapai VB =
Vcc . R B + VBE , maka transistor akan saturasi, dengan hfe . Rc
Ic mencapai maksimum. Gambar dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan VCE (sat) adalah harga VCE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan pada lembar data.
13
Biasanya VCE (sat) hanya beberapa perpuluhan volt, walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada gambar dikenal sebagai daerah saturasi.
IC Penjenuhan (saturation)
IB > IB IB = IB
Vcc Rc
(sat) (sat)
IB Titik Sumbat (Cut off)
IB = 0 VCE
Gambar 2.4 Karakteristik daerah saturasi pada transistor
Pada daerah penyumbatan, nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka (open). Keadaan ini menyebabkan tegangan (VCB) sama dengan tegangan sumber (Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti gambar dibawah ini :
Vcc
Vcc IC
RB
R
Saklar Off VCE
VB
IB
VBE
Gambar 2.5 Transistor Sebagai Saklar OFF
14
Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (VB) sama dengan tegangan kerja transistor (V BE) sehingga arus basis (IB) = 0 maka :
IB =
IC ……………………………………………………………(2.6) hfe
IC = IB . hfe ….………………………………………………………(2.7) IC = 0 . hfe ………..…………………………………………………(2.8) IC = 0 ………………………………………………………………..(2.9) Hal ini menyebabkan VCE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus : Vcc
= Vc + VCE …………..…………………………………………(2.10)
VCE
= Vcc – (Ic . Rc) …..……………………………………………(2.11)
VCE
= Vcc …..………………………………………………………(2.12)
2.5.2 Capasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah pla t metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lainlain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan- muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif karena terpisah oleh bahan elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas phenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif diawan.
15
dielektrik
Elektroda
Elektroda
Gambar 2.6 Skema Capasitor
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini.
2.5.2.1 Electrolytic Capacitor (ELCO)
Gambar 2.7 Electrolytic Capacitor (ELCO)
Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membrane oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan
16
polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati – hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “MELEDAK”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt.
2.5.2.2 Ceramic Capacitor Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas.
Gambar 2.8 Ceramic Capacitor
2.5.2.3 Nilai Kapasitor Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka/kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah,
17
karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 2.2 Nilai Kapasitor
Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µF sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).
2.5.3 Resistor Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan Variable R esistor Dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain. Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan–bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari
18
bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.
2.5.3.1 Fixed Resistor Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yang dikeluarkan oleh ELA (Electronic Industries Association)
Gambar 2.9 Resistor karbon
Tabel 2.3 Gelang Resistor WARNA
GELANG I
GELANG II
GELANG III
GELANG IV
Hitam
0
0
1
-
Coklat
1
1
10
-
Merah
2
2
100
-
Jingga
3
3
1000
-
Kuning
4
4
10000
-
19
Hijau
5
5
100000
-
Biru
6
6
1000000
-
Violet
7
7
10000000
-
Abu-abu
8
8
100000000
-
Putih
9
9
1000000000
-
Emas
-
-
0,1
5%
Perak
-
-
0,01
10%
Tanpa Warna
-
-
-
20%
Resitansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor penggalinya.
2.5.3.2 Variable Resistor Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan denga n mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah semifixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh
20
penggunaan dari semi- fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai Variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara nya terbatas sampai 300 derajat putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau “Trimmer Potentiometers”.
Gambar 2.10 Potensio meter
Pada gambar di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada PCB (Printed Circuit Board). Sedangkan bentuk 1 dpotentiometers, ada 3 tipe didalam perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar:
Gambar 2.11 Grafik Perubahan nilai pada potensiometer
Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya menjadi sangat
21
cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia. Karena telinga sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi tidak terlalu sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A ini juga disebut sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan resistansinya adalah linier dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control, resistance value adjustment in circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan resistansinya kebalikan dati tipe A.
2.5.4 Dioda Dioda adalah suatu bahan yang dibuat dari bahan yang disebut PN Junction yaitu suatu bahan campuran yang terdiri dari bahan positif (P type) dan bahan negatif (N type). Apabila kedua bahan tersebut dipertemukan maka akan menjadi komponen aktif yang disebut Dioda. P type akan membentuk kaki yang disebut kaki Anoda dan N type akan membentuk Katoda. Pada dioda, arus listrik hanya akan dapat mengalir dari anoda ke kutub katoda.
A
K
Gambar 2.12 Simbol Dioda
Sifat umum dioda adalah hanya dapat menghantarkan arus listrik ke satu arah saja. Oleh karena itu bila pemasangan dioda terbalik maka dioda tidak akan dapat menghantarkan arus listrik. Prinsip ini biasanya digunakan sebagai pengaman alat elektronika yaitu untuk menunjukkan benar atau salah penyambungan catu daya. Dioda memiliki dua elektroda (kaki), yaitu anoda dan katoda. Kaki – kaki ini tidak boleh terbalik dalam pemasangannya. Kaki katoda biasanya dekat dengan tanda cincin sedangkan kaki yang jauh dari tanda cincin berarti kaki anoda.
22
Jika P (anoda) diberi tegangan positif dan N (katoda) diberi tegangan negatif maka pemberian tegangan ini disebut bias maju (biased forward), seperti yang diperlihatkan pada (Gambar a). Sebaliknya, bila diberi tegangan yang terbalik yaitu P (anoda) diberi tegangan negatif dan N (katoda) diberi tegangan positif maka pemberian tegangan ini disebut bias mundur (biased reverse). Pada keadaan ini, arus yang mengalir dalam dioda sangat kecil sehingga dapat diabaikan (Gambar b).
P
N K
A
I
a. Bias Maju ( Biased Forward )
P A
N K
I=0
b. Bias Mundur ( Biased Reverse )
Gambar 2.13 (a) Sifat dioda jika diberi bias maju dan (b)bias mundur
Pada saat diberi biased forward, dioda dapat dialiri arus dengan resistansi yang cukup kecil, yang dikenal dengan nama resistansi maju (forward). Sebaliknya, jika dioda diberi biased reverse, maka arus listrik akan mengalami resistansi yang amat besar dan disebut resistance reverse
23
Dioda dapat dianggap suatu Voltage Sensitive Electronic Switch, dimana dioda akan menutup atau dalam kondisi ON jika anoda lebih positif dari katoda dan dioda akan terbuka jika kondisi sebaliknya. Macam – macam dioda yang harus diketahui adalah : 1.
Dioda Penyearah (Rectifier)
2.
Dioda Zener
3.
Dioda Cahaya (LED – Light Emiting Dioda)
2.5.4.1 Dioda Penyearah (Rectifier) Dioda ini biasanya digunakan pada power supply, namun digunakan juga pada rangkaian radio sebagai detektor, dan lain – lain. Prinsip kerja dari dioda penyearah adalah sebagai berikut :
A
K
a. Simbol
Input
Output
b. Cara kerja dioda penyearah
Gambar 2.14 Dioda penyearah (Rectifier) yang diberi arus bolak – balik (AC)
Arus AC yang mendorong elektron keatas melalui resistor, saat melewati dioda hanya ½ periode positif dari teganga n input yang akan memberikan biased forward pada dioda, sehingga dioda akan menghantarkan selama ½ periode positif. Tetapi untuk ½ periode negatif, dioda dibias reverse dan terjadilah penyumbatan karena kecil sekali arus yang dapat
24
mengalir. Dengan demikian, arus AC telah disearahkan oleh dioda ini menjadi arus yang searah (DC).
2.5.4.2 Dioda Zener Dioda zener merupakan dioda yang banyak sekali digunakan setelah dioda penyearah. Lambang dari dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.15 Simbol Dioda Zener
2.5.4.3 Dioda Cahaya (LED : Light Emitting Dioda) LED merupakan salah satu jenis dioda yang mengubah energi perpindahan electronelectron yang jatuh dari pita konduksi ke pita valensi menjadi cahaya. Berwana – warninya cahaya yang dipancarkan ini, dikarenakan jenis bahan yang digunakan berbeda – beda. Bahan-bahannya antara lain gallium, arsen dan fosfor. Penggunaan LED biasanya berhubungan dengan segala hal yang dilihat oleh manusia, seperti untuk mesin hitung, jam digital, dan lain – lain.
A
K
Gambar 2.16 Simbol Dioda Cahaya ( LED)
2.6 Relay Relay adalah suatu rangkaian switch magnetik yang bekerja bila mendapat catu dan suatu rangkaian trigger. Relay memiliki tegangan dan arus nominal yang harus dipenuhi 25
output rangkaian pendriver atau pengemudinya. Arus yang digunakan pada rangkaian adalah arus DC. Konstruksi dalam suatu relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan aliran arus, inti besi lunak kontak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya listrik magnet sehingga berpidah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay. Dan relay akan kembali keposisi semula yaitu normaly ON atau Normaly OFF, bila tidak ada lagi arus yang mengalir padanya, posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Dan pemakaian jenis relay tergantung pada kadaan yang diinginkan dalam suatu rangkaian. Menurut kerjanya relay dapat dibedakan menjadi : a. Normaly Open (NO), saklar akan tertutup bila dialiri arus b. Normaly Close (OFF), saklar akan terbuka bila dialiri arus c. Change Over (CO), relay ini mempunyai saklar tunggal yang nomalnya tertutup yang lama, bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A, sebaliknya bula kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B. Analogi rangkaian relay yang digunakan pada tugas akhir ini adalah saat basis transistor ini dialiri arus, maka transistor dalam keadaan tertutup yang dapat menghubungkan arus dari kolektor ke emiter yang mengakibatkan relay terhubung. Sedangkan fungsi dioda disini adalah untuk melindungi transistor dari tegangan induksi berlebih, dimana tegangan ini dapat merusak transistor. Jika transistor pada basis tidak ada arus maju, transistor terbuka sehingga arus tidak mengalir dari kolektor ke emiter, relay tidak bekerja karena tidak ada arus yang mengalir pada gulungan kawat.
26
Bentuk relay yang digunakan da bentuk relay dengan rangkaian driver dapat dilihat pada gambar : Vcc Dioda
VB
a. Simbol
Tr
b. Relay dengan rangkaian driver
Gambar 2.17 Simbol Dioda Relay
2.7 Perangkat Keras (Hardware) Pengertian dari hardware atau dalam bahasa indonesianya disebut juga dengan nama perangkat keras adalah salah satu komponen dari sebuah komputer yang sifat alat nya bisa dilihat dan diraba oleh manusia secara langsung atau yang berbentuk nyata, yang berfungsi untuk mendukung proses komputerisasi. Hardware dapat bekerja berdasarkan perintah yang telah ditentukan ada padanya, atau yang juga disebut dengan dengan istilah instruction set. Dengan adanya perintah yang dapat dimengerti oleh hardware tersebut, maka hardware tersebut dapat melakukan berbagai kegiatan yang telah ditentukan oleh pemberi perintah. Secara fisik, Komputer terdiri dari beberapa komponen yang merupakan suatu sistem. Sistem adalah komponen-komponen yang saling bekerja sama membentuk suatu kesatuan. Apabila salah satu komponen tidak berfungsi, akan mengakibatkan tidak berfungsinya suatu komputer dengan baik. Komponen komputer ini termasuk dalam kategori elemen perangkat keras (hardware). Berdasarkan fungsinya, perangkat keras komputer dibagi menjadi : 1.
Perangkat masukan (Input device)
27
Perangkat masukan berfungsi untuk memasukkan data, baik berupa teks, foto, maupun gambar ke dalam komputer.Contoh perangkat input misalnya keyboard, mouse, lightpen, scanner, dan sebagainya. 2.
perangkat keluaran (Output device) perangkat keluaran dipergunakan untuk menampung dan menghasilkan data yang dikeluarkan, misalnya monitor dan printer.
3.
Perangkat pengolah data (Processor) Perangkat pengolah data dipergunakan untuk mengolah data.Pengolah data meliputi unit pengolah pusat (CPU/Central Processing Unit) dan juga mikroprosesor.
2.8 LCD (Liquid Cristal Display) LCD merupakan penampil karakter elektronik, kapasitas karakter yang dapat ditampungoleh LCD bergantung kepada spesifikasi dari pabrik. Disini digunakan LCD Display Module M1632 buatan Seiko Instrument Inc terdiri atas dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing- masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. LCD ini memiliki ciri-ciri sebgai berikut : a.
LCD ini terdiri atas 32 karakter dengan 2 baris masing- masing 16 karakter dengan displsy dot matrik 5x7.
b.
Karakter generator ROM dengan 192 tipe karakter.
c.
Karakter generator RAM dengan 8 bit karakter.
d.
80x8 bit display data RAM.
e.
Dapat diinterfacekan ke MCU 8 atau 4.
28
f.
Dilengkapi fungsi tambahan; display clear, cursor home, display on / off, corsor on / off, display character blink, cursor shift, display shift.
g.
Internal data.
h.
Internal otomatis, reset pada saat power on.
i.
Tegangan +5 Volt PSU tunggal Liquid cristal display ini mempunyai konsumsi daya relatif rendah dan terdapat sebuah
kontroler CMOS di dalamnya. Kontroler tersebut sebgai pembangkit dari karakter ROM/RAM dan display data RAM. Semua fungsi tampilan dikontrol oleh suatu instruksi dan modul LCd dapat dengan mudah untuk diinterfacekan dengan mikrokontroller. Masukan yang diperlukan untuk mengendalikan modul ini berupa bus data yang masih termultiflex dengan bus alamat serta 3 bit sinyal kontrol. Sementra pengendalian dot matrik LCD dilakukan secara internal oleh kontroler yang sudah ada pada modul LCD. Dasar-dasar pengoperasian LCD ini terdiri atas pengoperasian dasar pada register, busy flag, address counter, display data RAM. a. Register Kontroller dari LCD mempunyai 2 buah register 8 bit yaitu register instruksi (IR) dan register data (DR). IR menyimpan instruksi seperti display clear, cursor shift dan display data (DD RAM) serta character generator (CG RAM). DR menyimpan data untuk ditulis di DD RAM atau CG RAM ataupun membaca data dari DD RAM atau CG RAM. Ketika data ditulis ke DD RAM atau CG RAM, maka DR secara otomatis menulis data ke DD RAM atau CG RAM. Ketika data pada DD RAM atau CG RAM akan di baca maka alamat data ditulis pada IR, sedangkan data akan dimasukan melalui DR dan mikrokontroller membaca data Dr. b. Busy Flag
29
Busy flag menunjukan bahwa module siap untuk menerima instruksi selanjutnya. Register seleksi sinyal akan melalui BD 7 jika RS=0 dan R/W=1. jika bernilai 1 maka modul LCD sedang melakukan kerja internal dan instruksi tidak akan diterima. Oleh karena itu status dari flag harus diperiksa sebelum melaksanakan instruksi selanjutnya. c. Address Counter Address Counter menunjukan lokasi memori dalam modul LCD. Pemilihan lokasi alamat itu diberikan lewat register instruksi (IR). Ketika data di baca atau ditulis dari DD RAM atau CG RAM maka Address Counter secara otomatis menaikan atau menurunkan alamat tergantung dari entry mode set. d. Display Data RAM (DD RAM) Pada LCD masing- masing pin mempunyai ringe alamat tersendiri. Alamat itu diekspresikan dengan bilangan hexadesimal. Untuk line 1 range alamat berkisar antara 00 H -0F H sedangkan untuk line 2 alamat berkisar antara 40 H -4F H . e. Character Generator ROM (CG ROM) CG ROM mempunyai tipe dot matrik 5x7. alamat pada LCD telah tersedia ROM sebagai pembangkit character dalam kode ASCII. f. Character Generator RAM (CG RAM) CG RAM untuk membuat karakter tersendiri melauli program. Berikut bentuk dan Susunan pin kaki LCD M1632 pada gambar 2.5 :
30
Gambar 2.18 Bentuk dan Susunan pin kaki LCD M1632 (Nelwan, P. A)
Untuk mengetahi fungsi masing- masing terminal dan pin dari LCD tipe ini dapat dilihat dalam tabel 2.5.1 dan tabel 2.5.2 sebagai berikut : Tabel 2.4 Fungsi-fungsi terminal pada LCD (LCD M1632 Data Sheet)
Nama Sinyal
No.Term
I/O
Tujuan
DB 0 -DB 3
4
I/O
MPU
DB 4 -DB 7
4
I/O
MPU
E R/W
1 1
I I
MPU MPU
RS
1
I
MPU
VLC VDD VSS
1 1 1
-
PSU PSU PSU
Fungsi Sebagai lalu lintas data dan instruksi ke dan dari MPU, lower byte Sebagai lalu lintas data dan instruksi ke dan dari MPU, lower byte Sinyal start (read/write) Sinyal seleksi register, 0 : write 1 : Read Sinyal seleksi register 0 : Instruksi register Busy Flag & @ (read) Driver LCD 5 volt Ground Terminal : 0 volt
31
Tabel 2.5 Fungsi pin modul LCD (LCD M1632 Data Sheet) Fungsi
No
Simbol
Level
1
Vss
-
2
Vcc
-
POWER
3
Vee
-
SUPPLY
4
RS
H/L
H : Data Input
5
R/W
H/L
L : Instruksi Input
6
E
H,
H : Baca L : Tulis
7
DB0
H/L
Enable Signal
8
DB1
H/L
9
DB2
H/L
10
DB3
H/L
11
DB4
H/L
12
DB5
H/L
13
DB6
H/L
14
DB7
H/L
15
V+BL
-
Tegangan lampu
4 - 4,2V
16
V-BL
-
Penerangan
Gnd
Gnd 5V ± 10% Lcd Drive
DATA BUS
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik panel LCD, berfungsi mengatur tampilan informasi selain berfungsi mengatur komunikasi M1632 dengan mikrokontroler. Dengan demikian pemakaian M1632 menjadi sederhana, sistem lain pada Ml632 cukup mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang ditampilkan seperti memakai sebuah printer. Hitachi M1632 LCD Module dapat diakses secara 4 bit maupun 8 bit interface, namun rutin-rutin built in program yang ada pada DST-51 sudah dirancang untuk meng-akses LCD Module ini secara 4 bit interface. Pada dasarnya akses dari microcontroller ke Modul LCD ini terdiri dari 4 jenis sebagai berikut: ² Pengiriman Instruksi Register ²
Pembacaan Address Counter dan Busy Flag
32
² Pengiriman Data Register ² Pembacaan Data Register
2.9 Perancangan PCB (Printed Circuit Board) PCB adalah tempat komponen dimana komponen – komponen tersebut diletakkan seperti dioda, resistor dan komponen lainnya. PCB harus diproses menjadi jalur – jalur yang dapat menghubungkan komponen – komponen agar membentuk rangkaian yang diinginkan. Proses pembuatan PCB dibagi menjadi tiga tahap yaitu : 1.
Pembuatan lay out PCB
2.
Pembuatan jalur PCB
3.
Proses Pembuatan PCB
2.9.1 Pembuatan Lay Out PCB Proses ini adalah langkah pertama didalam pembuatan PCB, dimana tata letak komponen harus dirancang terlebih dahulu agar nantinya komponen dapat dipasang teratur dan rapi. Pengaturan tata letak komponen disesuaikan dengan bentuk dan besar komponen serta hubungannya dalam rangkaian. Perencanaan tata letak komponen dapat dibuat pada kertas milimeter agar mudah diketahui ukuran – ukurannya dan hubungan – hubungannya antara komponen agar tidak terjadi kekeliruan atau tidak terjadi pertemuan antara satu jalur dengan jalur yang lainnya. Membuat jalur yang menghubungkan antara komponen harus sependek mungkin dan penyusunan komponen diusahakan serapi mungkin.
2.9.2 Pembuatan Jalur PCB Perencanaan jalur – jalur pada kertas milimeter sesuai dengan tata letak komponen, hubungan dibuat sesingkat mungkin dan sedapat mungkin dihindari penggunaan kabel
33
penghubung. Jika perencanaan jalur – jalur sudah jadi maka rangkaian itu digambar pada kertas transparan (kalkir). Jalur dibuat dengan rapido, ukuran rapido disesuaikan dengan tebal jalur. Kertas transparan berguna sebagai klise dalam proses untuk pembuatan PCB.
2.9.3 Proses Pembuatan PCB Dalam proses pembuatan PCB ada beberapa langkah yang dapat dilakukan, hal pertama yang dilakukan adalah lapisan tembaga dibersihkan dengan menggunakan bahan pencuci sehingga permukaan bebas dari debu dan bahan lemak yang melekat. Pola yang telah dibuat pada kertas dipindahkan kepermukaan PCB, jalurnya digambar dengan menggunakan spidol atau letraset. Letraset adalah gambar tempel yang dapat ditempelkan pada kertas atau PCB. Bila penggunaan pola ini telah dianggap sempurna maka proses pembuatan ini dapat dilanjutkan dengan menggunakan cairan kimia yang dapat melarutkan tembaga yaitu FeClO 3 (ferri klorit). Bahan kimia ini dapat diperoleh dari took dalam bentuk padat, larutan ini dibuat dengan perbandingan volume FeClO 3 dan air kira – kira 1 : 5 maka proses pelarutan tembaga akan memerlukan waktu kira – kira 15 menit sampai 20 menit. FeClO 3 ini dapat dilarutkan kedalam air panas, tapi harus diperhatikan bahwa larutan ini dapat menyebabkan korosi sehingga wadah yang digunakan harus terbuat dari bahan non logam. PCB yang telah dipersiapkan dimasukkan kedalam larutan dengan permukaan tembaganya menghadap keatas sambil digoyang – goyangkan sampai lapisan tembaga yang tidak tertutup spidol atau letraset larut dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah mencuci PCB ini dengan menggunakan air sampai PCB ini benar – benar bersih kemudian dikeringkan. PCB yang telah dikeringkan dibor untuk pemasangan komponen dengan menggunakan mata bor 0.8 sampai dengan 1 milimeter. Bila telah selesai bersihkan serbuk – serbuk yang menempel pada papan PCB tersebut.
34
2.9.4 Pelapisan Dan Pemasangan Komponen Dalam pelapisan dan pemasangan komponen yang pertama sisi jalur PCB diamplas untuk meyakinkan jalur tersebut benar – benar bersih, kemudian jalur PCB dipoleskan dengan lotfet. Jalur yang telah dipoles lalu dilapisi dengan timah tipis secara merata kemudian pemasangan komponen dapat dilakukan.
35
