BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Bendungan
2.1.1
Pengertian Bendungan
Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Kata bendungan (dam) dapat ditelusuri kembali ke Inggris dan Belanda di abad pertengahan, seperti terlihat pada nama-nama dari banyak kota tua di sana. Pembangunan bendungan paling awal terjadi di Mesopotamia dan Timur Tengah. Bendungan di Mesopotamia digunakan untuk mengontrol tingkat air dikarenakan pengaruh cuaca di sekitar sungai Eufrat dan Tigris yang bisa sangat tidak terduga. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Bendungan Penadah Air Tangga (Tangga Intake Dam) yang terletak di Tangga dan berfungsi untuk membendung air yang telah dipakai PLTA Siguragura untuk dimanfaatkan kembali pada PLTA Tangga.
Gambar 2.1 Bendungan pada PLTA Tangga Siguragura Bendungan ini merupakan bendungan busur pertama di Indonesia. Stasiun Pembangkit Tangga memiliki 4 unit Generator. Total kapasitas tetap dari keempat generator tersebut adalah 223 MW. Tipe bendungan ini adalah beton massa berbentuk busur dengan ketinggian 82 meter. 2.1.2
Fungsi Bendungan
Tujuan dari pembangunan bendungan dimaksud mencakup penyediaan air untuk irigasi pertanian ataupun pasokan air untuk kebutuhan kota, meningkatkan kualitas
navigasi, menciptakan penampungan air untuk memasok kebutuhan air bagi industri, menghasilkan listrik tenaga air, menciptakan area rekreasi, wilayah bagi perikanan, habitat untuk ikan dan binatang liar, menahan aliran air di musim hujan untuk mengurangi risiko banjir di hilir, ataupun untuk mencegah aliran limbah dari pabrik ataupun pertambangan untuk mengalir ke sungai. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan. Beberapa bendungan dapat juga berfungsi sebagai jembatan bagi pejalan kaki ataupun kendaraan di seberang sungai. Ketika penggunaan bendungan dikombinasikan dengan sumber tenaga yang sifatnya sebentar-sebentar (intermittent power source) seperti angin atau matahari, waduk dapat berfungsi sebagai tempat penyimpanan air terpompa untuk memfasilitasi pengurangan beban dasar dari jaringan tenaga listrik. Beberapa bendungan melayani semua tujuan ini tetapi beberapa bendungan serbaguna melayani lebih dari satu tujuan. Berikut adalah fungsi bendungan secara umum: 1. Sebagai Pembangkit: Listrik tenaga air adalah sumber utama listrik di dunia. banyak negara memiliki sungai dengan aliran air yang memadai, yang dapat dibendung. 2. Untuk Menstabilkan aliran air / irigasi: Bendungan sering digunakan untuk mengontrol dan menstabilkan aliran air, untuk pertanian tujuan dan irigasi. Mereka dapat membantu menstabilkan atau mengembalikan tingkat air danau dan laut pedalaman. Mereka menyimpan air untuk minum dan kebutuhan manusia secara langsung 3. Untuk Pencegahan banjir: Bendungan diciptakan untuk pengendalian banjir 4. Untuk Reklamasi: Bendungan (sering disebut tanggul-tanggul atau tanggul) digunakan untuk mencegah masuknya air ke suatu daerah yang seharusnya dapat tenggelam, sehingga para reklamasi untuk digunakan oleh manusia 5. Untuk Air pengalihan: Bendungan yang digunakan untuk tujuan hiburan 2.2
Transistor
Transistor merupakan alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching) dan dapat juga sebagai stabilisasi tegangan. Pada umumnya transistor memiliki 3 terminal dasar, yaitu basis, kolektor dan emitor. Transistor merupakan salah satu jenis komponen aktif yang banyak digunakan, baik dalam rangkaian analog, maupun digital. Transistor yang paling banyak digunakan adalah transistor bipolar. Dinamakan bipolar karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan yaitu elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik.
Transistor bipolar terdiri dari dua jenis, yaitu tipe NPN dan PNP dan pada perancangan alat pengendalian pintu air ini digunakan transistor bipolar tipe NPN. 2.3
Transistor NPN Sebagai Saklar
Pada penggunaan transistor sebagai switching tegangan nol volt pada Vbe transistor jenis NPN berarti mengaktipkan transistor tersebut sebagai saklar dengan keadaan terbuka, sedangkan memberi tegangan ≥ 0,7 volt untuk transistor silikon dan ≥ 0,3 volt untuk transistor germanium pada Vbe transistor akan memfungsikan transistor itu sebagai saklar dengan keadaan tertutup (Gambar 2.3). Transistor dapat juga difungsikan sebagai saklar dengan mengatur arus basis Ib sehingga transistor dalam keadaan jenuh (saturasi) atau keadaan mati (cut-off).
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik dan Garis Beban Transistor
•
Daerah aktif Transitor dapat bekerja pada daerah aktif jika transistor mendapat arus basis (IB) > 0. Tetapi jika lebih kecil dari arus basis maksimalnya, keluaran arus kolektor akan berubah-ubah sesuai dengan perubahan pemberian arus basisnya.
•
Daerah jenuh (Saturasi) Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh jika transistor mendapat arus basis (IB) lebih besar dari arus basis maksimalnya. Hal ini menimbulkan keluaran arus kolektor tidak dapat bertambah lagi.
•
Daerah mati (Cut Off) Daerah mati merupakan daerah kerja saat transistor mendapat bias arus basis (IB) = 0, maka arus kolektor dengan basis terbuka menjadi arus bocor dari basis ke emitor (ICEO). Hal yang sama dapat terjadi pada transistor hubungan kolektorbasis. Jika arus emitor sangat kecil (IE = 0), emitor dalam keadaan terbuka dan arus mengalir dari kolektor ke basis (ICBO).
2.3.1
Transistor Saklar Tertutup
Dengan mengatur Ib > Ic / β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan kolektor dan emitor terhubung (short circuit). Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan dan Vce ≈ 0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (On). Berikut adalah gambaran transistor dalam kondisi jenuh ekivalen dengan saklar tertutup: Vcc
Vcc
Ic
Rc
Rc VCE = 0
C
Ib
V=0 C
NPN
Tertutup
Rb
E
Vs
E
Gambar 2.3 Transistor Saklar Tertutup 2.3.2
Transistor Saklar Terbuka
Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cutoff), sehingga tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor ( Ic ≈ 0 ) dan Vce ≈ Vcc. Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka (off). Berikut adalah gambaran transistor dalam kondisi mati ekivalen dengan saklar terbuka: Vcc
Ic = 0
Ib = 0
Vcc
Rc
Rc VCE = VCC
C
V = VCC C
NPN Rb Vs
Terbuka E
E
Gambar 2.4 Transistor Saklar Tertutup 2.3.3
Perhitungan Transistor Sebagai Saklar
Perhitungan secara teori untuk menentukan kondisi transistor sebagai saklar sebagai berikut:
•
Kondisi Jenuh atau Saturasi Vce = Vcc – Ic . Rc…………………………………….. (2.1) Karena kondisi jenuh Vce = 0V (keadaan ideal), maka: Ic = Vcc / Rc……………………………………………(2.2) Menentukan tahanan basis Rb untuk memperoleh arus basis pada keadaan jenuh adalah: Rb = (Vi – Vbe) / Ib jenuh Sehingga besar arus basis Ib jenuh: Ib jenuh > Ic / β
•
Kondisi Mati atau Cutt Off Vce = Vcc – Ic . Rc…...................................................... (2.3) Karena kondisi mati Ic = 0 (kondisi Ideal) maka: Vce = Vcc – 0 . R c Vce = Vcc……………………………………………….. (2.4) Besar arus basis Ib: Ib = Ic / β Ib = 0/β = 0
2.4
Mikrokontroller AT89S51
Dalam merancang aplikasi elektronika digital dibutuhkan sebuah alat/komponen yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan dan digunakan sebagai otaknya. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer, namun tidaklah efisien jika harus menggunakan komputer hanya untuk keperluan tersebut. Untuk itu komputer dapat digantikan dengan sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler sebenarnya adalah pengembangan dari mikroprosesor, namun dirancang khusus untuk keperluan instrumentasi sederhana. Mikrokontroler seri MCS-51 termasuk sederhana, murah dan mudah didapat dipasaran. Salah satu mikrokontroler seri MCS-51 adalah mikrokontroler AT89S51.
2.4.1
Konstruksi Mikrokontroller AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler keluaran ATMEL.Inc. Mikrokontroler ini kompatibel dengan keluaran mikrokontroler 80C51. Mikrokontroller AT89S51 terdiri dari 40 pin dan sudah memiliki memory flash didalamnya, sehingga sangat praktis untuk digunakan. Beberapa kemampuan (fitur) yang dimiliki adalah sebagai berikut : •
Memiliki 4K Flash EPROM yang digunakan untuk menyimpan program.
•
Flash EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) dapat ditulis dan dihapus sebanyak 1000 kali (menurut manual). Memiliki internal RAM 128 byte.
•
RAM (Random Access Memory), suatu memori yang datanya akan hilang bila catu padam, diakses secara random, tidak sekuensial, artinya dialamat mana saja dapat dicapai secara langsung dengan cepat. 4 buah 8-bit I/O (Input/Output) port
•
Port ini berfungsi sebagai terminal input dan output. Selain itu, dapat digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial (pin10 dan 11). Dua buah timer/counter 16 bit.
•
Tegangan operasi dinamis dari 2,7 volt hingga 6 volt.
•
Operasi clock dari 0 hingga 24 MHz
•
Program bisa diproteksi, sehingga tidak dapat dibaca oleh orang lain.
•
Menangani 6 sumber interupsi.
•
Ada kemampuan Idle mode dan Down mode
Berikut adalah gambar susunan pin pada Mikrokontroller AT89S51: P1.0
1
40
P1.1
2
39
P0.0 (AD0)
P1.2
3
38
P0.1 (AD1)
P1.3
4
37
P0.2 (AD2)
P1.4
5
36
P0.3 (AD3)
VCC
6
35
P0.4 (AD4)
7
34
P0.5 (AD5)
P1.7
8
33
P0.6 (AD6)
RST
9
32
P0.7 (AD7)
31
EA/ VPP
(RXD) P3.0
10
AT89S51
P1.5 P1.6
(TXD) P3.1
11
(INT 0) P3.2
12
(INT 1) P3.3
13
28
P2.7 (A15)
(T0) P3.4
14
27
P2.6 (A14)
(T1) P3.5
15
26
P2.5 (A13)
(WR) P3.6
16
25
P2.4 (A12)
(RD) P3.7
17
24
P2.3 (A11)
XTAL 2
18
23
P2.2 (A10)
XTAL 1
19
22
P2.1 (A9)
GND
20
21
P2.0 (A8)
30
ALE / PROG
29
PSEN
Gambar 2.5 Susunan Pin pada Mikrokontroller AT89S51 Keterangan fungsi-fungsi masing-masing pin adalah sebagai berikut : Pin 40 Pin 20 Pin 32-39
Pin 1-8 Pin 10-17
Pin 9 Pin 30 Pin 29 Pin 31 Pin 19 Pin 18
2.4.2
Vcc, Masukan catu daya +5 volt DC Gnd, Masukan catu daya 0 volt DC P0.0-P0.7, Port input/output delapan bit dua arah yang juga dapat berfungsi sebagai bus data dan bus alamat bila mikrokontroler menggunakan memori luar (eksternal). P1.0-P1.7, Port input/output dua arah delapan bit dengan internal pull up. P3.0-P3.7Port input/output delapan bit dua arah, selain itu Port 3 juga memiliki alternativef fungsi sebagai : RXD (pin 10) Port komunikasi input serial TXD (pin 11) Port komuikasi output serial INT0 (pin 12) Saluran Interupsi eksternal 0 (aktif rendah) INT1 (pin 13) Saluran Interupsi eksternal 1 (aktif rendah) T0 (pin 14) Input Timer 0 T1 (pin 15) Input Timer 1 WR (pin 16) Berfungsi sebagai sinyal kendali tulis, saat prosesor akan menulis data ke memori I/O luar. RD (pin 17) Berfungsi sebagai sinyal kendali baca, saat prosesor akan membaca data dari memori I/O luar. RESET, Pin yang berfungsi untuk mereset mikrokontroller AT89S51 ke keadaan awal. ALE (Address Latch Enable), berfungsi menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal. PSEN (Program Store Enable), Sinyal pengontrol yang berfungsi untuk membaca program dari memori eksternal. EA, Pin untuk pilihan program, menggunakan program internal atau eksternal. Bila ‘0’, maka digunakan program eksternal. X1, Masukan ke rangkaian osilator internal. Sumber osilator eksternal atau quartz crystal kristal dapat digunakan. X2, Masukan ke rangkaian osilator internal, koneksi quartz crystal atau tidak dikoneksikan apabila digunakan eksternal osilator.
Instruksi MCS-51
Pengalamatan adalah pengelompokkan berdasarkan orientasi lokasi memori, tipetipe instruksi adalah pengelompokkan berdasarkan fungsi instruksi. Beberapa fungsi pada instruksi MCS-51 yang akan digunakan yaitu Aritmatika, Transfer data,dll. Pada table-
tabel perlu dijelaskan arti dari simbol-simbol yang digunakan pada mnemonics sebagai berikut : Rn Direct @Rn
#Data #Data 16 Addrl1 Addr16 Rel
Register serbaguna R0 sd R7 di register bank yang diseleksi oleh PSW. 8 bit alamat internal RAM (0-127) atau SFR (128-255) lokasi internal RAM yang alamatnya ditunjukkan oleh R0 atau R1 (pengalamatan tak langsung dengan R0 sd R7). Perhatikan; tidak untuk R2, R3, R4, R5, R6, dan R7 konstanta 8 bit konstanta 16 bit alamat 11 bit (untuk akses memori hingga 2K) alamat 16 bit (untuk akses memori hingga 64K) 8 bit offset relative bertanda (2’S complement), digunakan untuk SJMP, lompat dalam jangkauan 128 (mundur) hingga +127 (maju)
Instruksi-instruksi diperlihatkan disajikan pada table 2.5, yang menunjukkan ragam pengalamatan yang dapat digunakan dengan masing-masing instruksi. Tabel 2.1 Instruksi Aritmatika Mnemonic Diskripsi ADD A, <source>
A=A+<source
ADDC A, <source>
A=A+<source>+C
SUBB A, <source>
A=A-<source>-C
INC A
A=A+1
INC <source>
<source>=<source>+1
DEC A
A=A-1
DEC <source>
<source>=<source>-1
INC DPTR
DPTR=DPTR+1
MUL AB
AB = A X B
DIV AB
A = Hasil A/B; B = sisa A/B
DA A
Decimal Adjust
Source (sumber) adalah operand dengan ragam pengalamatan; register direct, indirect atau immediate. Contoh program penjumlahan pada ragam pengalamatan untuk instruksi aritmatika seperti berikut ini : ADD A, 7FH ;a diisi dengan a+isi dri memori lokasi 7FH ;(pengalamatan langsung)
ADD A, @R1 ;a diisi dengan a+isi dari memori yang alamatnya disimpan di R1 (pengalamatan tak langsung) ADD A, R7 ;a diisi dengan a+isi dari R7 ADD A, #127 ;a diisi dengan a+127 (pengalamatan segera)
;
Untuk penggunaan kristal 12 MHz, kebanyakan instruksi aritmatik dieksekusi dalam 1 µs kecuali instruksi INC DPTR yang memerlukan waktu 2 µs dan instruksiinstruksi perkalian dan pembagian yang memerlukan waktu 4 µs. Data didalam memori internal dapat dinaikkan atau diturunkan (increment atau decrement), tanpa melalui akumulator , demikian juga pada DPTR yang digunakan untuk menghasilkan pengalamatan 16 bit di memori eksternal. Instruksi MUL AB mengalikan dengan data yang ada pada register B dan meletakkan hasil 16 bit ke dalam register A dan B. Register A berisi lo-byte dan register B berisi hi-byte. Bila hasilnya lebih besar dari 255 (0FFh), maka bit OV set, sedangkan bit C selalu akan diclearkan (‘0’). Instruksi DIV AB membagi isi akumulator dengan data dalam register B dan meletakkan hasil bagi (quotient) 8 bit dalam akumulator, dan sisanya (remainder) 8 bit dalam register B. Operasi DIV akan membuat bit-bit CY dan OV menjadi ‘0’. MOV adalah proses move (pindahkan) data dari sumber ke tujuan yang sebenarnya adalah proses mengcopy, artinya data di sumber tidak berubah. Proses data transfer yang lain adalah PUSH dan POP, XCH dan XCHD seperti yang diperlihatkan pada tabel 2.6. Tabel 2.2 Data Transfer Mnemonic
ARTI
MOV <dest>,<source>
<dest>=<source>, memori int
MOV DPTR,#data 16 MOVC A,@A+
MOVX <dest>,<source>
Dptr = data16
PUSH direct
Simpan data ke memori stack
POP direct
Ambil data dari memori stack
A = isi dilokasi A+ <dest>=<source>,data mem
MOV<dest>,<source> adalah copy data dari source ke destination, atau sumber ke tujuan, semua memori internal dan SFR dapat berlaku sebagai source dan sebagian besar dapat berlaku sebagai destination. Ragam pengalamatan dari kedua operand bisa semua kombinasi, berikut contoh proses transfer data.
Mov R0,#30h Mov A,@R0 Mov R1,A
;keadaan awal isi RAM dengan alamat 30h adalah ;40h, lokasi 40h berisi 10h, P1 berisi 11001010b ;R0 berisi 30h ;A berisi 40h ;R1 berisi 40h
Mov B,@R1 Mov @R1,P1 Mov P2,P1
;B berisi 10h ;RAM lokasi 40h berisi 11001010b ;P2=P1=11001010b
Program asembler bersifat sekuensial, seperti pada program basic klasik(awal mula basic), dan biasanya diperlukan pencabangan untuk tujuan tertentu, yaitu lompat ke lokasi instruksi dengan alamat tertentu. Pencabangan ini terdiri dari: pelaksanaan subrutin, pencabangan tanpa syarat dan bersyarat. Subrutin adalah penggal program yang sering digunakan, tanpa harus menulis ulang perintahnya. Proses ACALL dan LCALL menggunakan memori stack untuk menyimpan data-data alamat yang ditinggalkan sebelum melaksanakan subrutin, agar apabila kembali melaksanakan subrutin, mikrokontroller ingat lokasinya kembali. Berikut tabel pencabangan program. Tabel 2.3 Pencabangan Program Mnemonic ARTI ACALL addr11
<dest>=<source>, memori int
LCALL addr16
Dptr = data16
RET
A = isi dilokasi A+
SJMP rel
Lompat maju atau mundur sejauh rel
JMP @A+DPTR CJNE <dest-byte>,<scrbyte>,rel CJNE A,#data,rel
Lompat ke alamat a+dptr
DJNZ direct, rel NOP
Bila <dest>#<source> lompat sejauh rel Bila A#data lompat sejauh rel Direct= direct-1,bila #0 lompat sejauh rel No Operation, tidak ada operasi
Pencabangan bersyarat adalah lompat ke alamat tertentu bila persyaratan terpenuhi. Secara umum perintahnya adalah : CJNE <dest-byte>,<src-byte>, rel; artinya Compare destination byte dan source byte, Jump if Not Equal along rel(active). Source byte adalah A, yang dibandingkan dengan destination byte berupa direct memory atau immediate constant. Source dapat juga berupa direct Rn atau indirect @Rn yang dibandingkan dengan immediate constant. START : CJNE A,#040h, LABEL1
;bandingkan dengan 40h, jika tak ;sama lompat ke LABEL1 CJNE A,P1,LABEL1 ;bandingkan a dengan P1, jika tak ;sama lompat ke LABEL1 CJNE R1,#040h,LABEL1 ;bandingkan R1 dengan 40h, jika ;tak sama lompat ke LABEL1
CJNE @R1,#0CCh,LABEL1 ;bandingkan indirect R1 dengan ;CCh,jika tak sama lompat ke ;LABEL1 LABEL1: --------Instruksi DJNZ direct, rel, adalah : Decrement Jump if Not Zero, artinya kurangi satu dahulu data di direct, kemudian bila isinya nol, maka lomatlah ke rel. Biasanya instruksi ini digunakan untuk pencacah. Berikut contoh penggunaan instruksi tersebut ; START : Mov R0,#5 Mov R1,#40h
;isi R0 dengan 5 ;isi R1 dengan 40h
LOOP: Mov @R1,#0AAh ;isi memori di dengan AAh Inc R1 ;R1=R1+1 DJNZ R0,LOOP ;R0=R0-1, jika belum 0 kembali ke LOOP Sjmp $ :usai Perintah diatas adalah mengisi memori lokasi 40h,41h,42h,43h dan 44h dengan data AAh, disini R0 digunakan sebagai pencacah sebanyak 5 kali, sedangkan R1 digunakan sebagai pointer memori dengan alamat awal 40h. Perintah SJMP $ memerintahkan mikrokontroller untuk melompat ke tempat yang sama, artinya looping ditempat. Instruksi NOP adalah tidak memerintahkan MCU mengerjakan apa-apa, proses ini hanya menunda kerja mikrokontroller, karena satu instruksi NOP memakan 1 mikrodetik, sehingga beberapa perintah NOP bisa digunakan untuk proses penundaan atau delay. 2.4.3
Register Fungsi Khusus ( Special Function Register )
Tidak semua alamat pada SFR digunakan, alamat-alamat yang tidak digunakan diimplementasikan pada chip. Jika dilakukan usaha pembacaan pada alamat-alamat yang tidak terpakai tersebut akan menghasilkan data acak dan penulisannya tidak menimbulkan efek sama sekali. Pengguna perangkat lunak sebaiknya jangan menuliskan ‘1’ pada lokasi-lokasi ‘tak bertuan’ tersebut, karena dapat digunakan untuk mikrokontroler generasi selanjutnya. Dengan demikian, nilai-nilai reset atau non-aktif dari bit-bit baru ini akan selalu ‘0’ dan nilai aktifnya adalah ‘1’. Berikut akan dijelaskan secara singkat SFRSFR beserta fungsinya: • Akumulator Acc atau akumulator yang menempati lokasi E0h digunakan sebagai register untuk penyimpanan data sementara, dalam program, instruksi mengacunya sebagai register A.
•
Register B Register B (lokasi F0h) digunakan selama operasi perkalian dan pembagian, untuk instruksi lain dapat diperlakukan sebagai register scratch pad (“papan coret-coret”) lainnya.
•
Program Status Word (PSW) Register PSW (lokasi D0h) mengandung informasi status program.
•
Stack Pointer Register SP atau Stack Pointer (lokasi 81h) merupakan register dengan panjang 8bit, digunakan dalam proses simpan menggunakan instruksi PUSH dan CALL. Walau Stack bisa menempati lokasi dimana saja dalam RAM, register SP akan selalu diinisialisasi ke 07h setelah adanya reset, hal ini menyebabkan stack berawal di lokasi 08h.
•
Data Pointer Register Data Pointer atau DPTR mengandung DPTR untuk byte tinggi (DPH) dan byte rendah (DPL) yang masing-masing berada dilokasi 83h dan 82h, bersama-sama membentuk register yang mampu menyimpan alamat 16-bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16-bit atau ditulis dari/ke port, untuk masing-masing Port 0,Port 1, Port2 dan Port 3.
•
Serial Data Buffer SBUF atau Serial Data Buffer (lokasi 99h) sebenarnya terdiri dari dua register yang terpisah, yaitu register penyangga pengirim (transmit buffer) dan penyangga penerima (receive buffer). Pada saat data disalin ke SBUF, maka data sesungguhnya dikirim ke penyangga pengirim dan sekaligus mengawali transmisi data serial. Sedangkan pada saat data disalin dari SBUF, maka sebenarnya data tersebut berasal dari penyangga penerima.
•
Time Register Pasangan register (TH0, TL0) dilokasi 8Ch dan 8Ah,(TH1, TL1) dilokasi 8Dh dan 8Bh serta (TH2, TL2) dilokasi CDh dan CCH merupakan register-register pencacah 16-bit untuk masing-masing Timer 0, Timer 1 dan Timer 2.
•
Capture Register Pasangan register (RCAP2H, RCAP21) yang menempati lokasi CBh dan CAh merupakan register capture untuk mode Timer 2 capture. Pada mode ini, sebagai tanggapan terjadinya suatu transisi sinyal di kaki (pin) T2EX (pada AT89C52/55), TH2 dan TL2 disalin masing-masing ke RCAP2H dan RCAP2L. Timer 2 juga
memiliki mode isi-ulang-otomatis 16-bit dan RCAP2H serta RCAP2L digunakan untuk menyimpan nilai isi-ulang tersebut. •
Kontrol Register Register-register IP, IE, TMOD, TCON, T2CON, T2MOD, SCON dan PCON berisi bit-bit kontrol dan status untuk sistem interupsi, pencacah/pewaktu dan port serial.
2.5
INTERFACING
Agar mikrokontroller dan PC dapat berkomunikasi maka dibutuhkan sebuah antarmuka yang dapat digunakan sebagai penghubungnya. Dalam perancangan alat ini digunakan metode parallel DB 25 dan metode serial DB 9. Dalam perancangan alat ini digunakan metode komunikasi serial DB 9. 2.5.1
Serial Port DB 9
Komunikasi serial adalah pengiriman data secara serial (data dikirim satu persatu secara berurutan), sehingga komunikasi serial jauh lebih lambat daripada komunikasi parallel. Serial port lebih sulit ditangani karena peralatan yang dihubungkan ke serial port harus berkomunikasi dengan menggunakan transmisi serial, sedang data yang ada pada computer diolah secara parallel. Oleh karena itu data dari dan ke serial port harus dikonversikan ke dan dari bentuk parallel untuk bias digunakan. Dengan menggunakan bantuan sebuah hardware. Selain itu kelebihan dari komunikasi serial ialah pengiriman data dapat dilakukan lebih jauh disbanding pengiriman secara parallel, karena serial port mengirimkan logika “1” dengan kisaran tegangan -3 Volt hingga -25 Volt dan logika 0 dengan kisaran +3 Volt hingga +25 Volt sehingga kehilangan daya karena panjangnya kabel bukan masalah utama. Bandingkan dengan port parallel yang memiliki kemungkinan lebih besar kesalahan dalam hal pengiriman data karena port paralel menggunakan level TTL berkisar dari 0 Volt untuk logika “0” dan +5 Volt untuk logika “1”. 2.5.2
Komunikasi serial Pada Mikrokontroller AT89S51
Mikrokontroller 89S51 mempunyai On Chip Serial Port yang dapat digunakan untuk komunikasi data serial secara Full Duplex sehingga Port Serial ini masih dapat menerima data pada saat proses pengiriman data terjadi. Untuk menampung data yang diterima atau data yang akan dikirimkan, 89S51 mempunyai sebuah register yaitu SBUF yang terletak pada alamat 99H di mana register ini berfungsi sebagai buffer sehingga pada saat mikrokontroler ini membaca data yang pertama dan data kedua belum diterima secara penuh, maka data ini tidak akan hilang.
Pada kenyataannya register SBUF terdiri dari dua buah register yang memang menempati alamat yang sama yaitu 99H. Register tersebut adalah Transmit Buffer Register yang bersifat write only (hanya dapat ditulis) dan Receive Buffer Register yang bersifat read only (hanya dapat dibaca). Pada proses penerimaan data dari Port Serial, data yang masuk ke dalam Port Serial akan ditampung pada Receive Buffer Register terlebih dahulu dan diteruskan ke jalur bus internal pada saat pembacaan register SBUF sedangkan pada proses pengiriman data ke Port Serial, data yang dituliskan dari bus internal akan ditampung pada Transmit Buffer Register terlebih dahulu sebelum dikirim ke Port Serial. TXD (P3.1)
RXD (P3.0)
D SHIFT REGISTER Clk SBUF Receive Buffer Register (read only)
Baud rate clok (receive)
SBUF Transmit Buffer Register (write only)
Baud rate clok (transmit)
Bus Internal 89s51
Gambar 2.6
Diagram blok port serial
Port Serial 89S51 dapat digunakan untuk komunikasi data secara sinkron maupun asinkron. Komunikasi data serial secara sinkron adalah merupakan bentuk komunikasi data serial yang memerlukan sinyal clock untuk sinkronisasi di mana sinyal clock tersebut akan tersulut pada setiap bit pengiriman data sedangkan komunikasi asinkron tidak memerlukan sinyal clock sebagai sinkronisasi. Pengiriman data pada komunikasi serial 89S51 dilakukan mulai dari bit yang paling rendah (LSB) hingga bit yang paling tinggi (MSB).
Gambar 2.7 Komunikasi Sinkron dan Komunikasi Asinkron 2.5.3
Baud Rate Serial Pada Mikrokontroller AT89S51
Baud rate clok berkaitan erat dengan frekuensi kristal yang digunakan dan pada mode 1,2 dan 3 juga di tentukan oleh bit SMOD pada PCON register. Baud rate clok tiap mode ditentukan sebagia berikut • Mode 0 adalah 1/12 frekuensi kristal •
Mode 2, untuk SMOD = 0 adalah 1/64 frekuensi kristal
•
Mode 2, untuk SMOD =1 adalah 1/32 frekuensi kristal
•
Mode 1 dan 3 untuk SMOD = 0 adalah 1/32 dari timer overflow
•
Mode 1 dan 3 untuk SMOD = 1 adalah 1/16 dari timer overflow
PCON tidak dapat di akses secara bit, sehingga pengaturan bit SMOD dapat dilakukan dengan perintah dibawah ini, dalam hal ini SMOD di clearkan MOV A, PCON ; ambil nilai PCON CLR Acc.7 ; clear bit 7 MOV PCON,A ; kembali ke PCON Baud rate dari Port Serial 89C51 dapat diatur pada Mode 1 dan Mode 3, namun pada Mode 0 dan Mode 2, baud rate tersebut mempunyai kecepatan yang permanen yaitu untuk Mode 0 adalah 1/12 frekwensi osilator dan Mode 2 adalah 1/64 frekwensi osilator. Dengan mengubah bit SMOD yang terletak pada Register PCON menjadi set (kondisi awal pada saat sistem reset adalah clear) maka baud rate pada Mode 1, 2 dan 3 akan berubah menjadi dua kali lipat. Pada Mode 1 dan 3 baud rate dapat diatur dengan menggunakan Timer1. Cara yang biasa digunakan adalah Timer Mode 2 (8 bit auto reload) yang hanya menggunakan register TH1 saja. Pengiriman setiap bit data terjadi setiap Timer 1 overflow sebanyak 32 kali sehingga dapat disimpulkan bahwa: Lama pengiriman setiap bit data = Timer 1 Overflow X 32 ...........
1 …… (2.5) TimerOverflowx32 Apabila diinginkan baud rate 9600 bps maka timer 1 harus diatur agar overflow setiap 1 detik 9600 x32 Baud rate (jumlah bit data yang terkirim tiap detik) =
Timer 1 overflow setiap kali TH1 mencapai nilai limpahan (overflow) dengan frekwensi sebesar fosc/12 atau periode 12/fosc. Dari sini akan ditemukan formula 12 x[256 − TH 1] 1 = fosc 9600 x32 sebagai berikut: 9600 =
fosc 12 x[256 − TH 1]x32
Dengan frekwensi osilator sebesar 11,0592 MHz maka TH1 adalah 253 atau 0FDH. Selain variabel-variabel di atas, masih terdapat sebuah variabel lagi yang menjadi pengatur baud rate serial yaitu Bit SMOD pada Register PCON. Apabila bit ini set maka faktor pengali 32 pada formula 3.1 akan berubah menjadi 16. Oleh karena itu dapat disimpulkan formula untuk baud rate serial untuk Mode 1 dan Mode 3 adalah: Baudrate =
fosc 12 x[256 − TH 1]xK
……………(2.6)
Tabel 2.5 memberikan bermacam nilai pada TH 1 pada pembangkit baud reat komunikasi data serial melalui port serial pada metode 1 dan 3, penggunaan kristal 12 MHz hanya di perbolehkan hingga kecepatan 4800 bps saja. Penggunaan kecepatan 4800 untuk komunikasi dengan computer, baik suntuk programming atau untuk emulator.
Tabel 2.4 Mode Serial vs baud rate Mode 0 1
Baud rate 1/12 fosc SMOD = 0
SMOD = 1
2
1/32 fosc
1/32 fosc
3
Table.2.5 penentuan nilai TH1 pada pembangkit Baud rate: BPS 4800 2400 2400 1200 1200 19200 9600 BPS 9600 4800 4800 2400 2400 1200 1200
2.5.4
Kristal 12 12 12 12 12 11.059 11.059 Kristal 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059
SMOD 1 0 1 1 1 1 0 SMOD 1 0 1 0 1 0 1
TH1 reload -13(F3h) -13(F3h) -26(E6h) -26(E6h) -56(CCh) -3(FDh) -3(FDh) TH1 reload -6(Fah) -6(Fah) -12(F4h) -12(F4h) -24(E8h) -24(E8h) -48(D0h)
REAL BPS 4807 2404 2404 1202 1202 19200 9600 REAL BPS 9600 4800 4800 2400 2400 1200 1200
ERROR 0.16% 0.16% 0.16% 0.16% 0.16% 0% 0% ERROR 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
Standar RS 232
Dalam hal interfacing secara serial antara PC dengan Mikrokontroller AT89S51 disini digunakan gerbang interkoneksi dari dan ke komputer melalui sinyal level RS 232. Standar RS 232 ditetapkan oleh Industry Association and Telecomunication Industry Association pada tahun 1962 jauh sebelum IC TTL popular, oleh karena itu level tegangan yang ditentukan untuk RS 232 tidak ada hubungannya dengan level tegangan TTL. Beberapa parameter yang ditetapkan oleh EIA (Electronics Industry Association) antara lain:
•
Logika “0” (Low) antara tegangan +3 V s/d +25 V
•
Logika “1” (High) antara tegangan -3 V s/d -25 V
•
Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 V (dengan acuan ground)
•
Arus hubungan singkat rangkaian tidak boleh lebih dari 500 mA.
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin DB 9
Tabel 2.6 Pin Pada DB 9
Komunikasi pada RS 232 dengan PC adalah komunikasi asinkron. Dimana sinyal clocknya tidak dikirim bersamaan dengan data. Masing-masing data disinkronkan menggunakan clock internal pada tiap-tiap sisinya. Format transmisi satu byte pada RS 232 adalah 8 bit, sebelum data tersebut ditransmisikan maka akan diawali oleh start bit dengan logika “0” (0 Volt) kemudian 8 bit data akan diakhiri oleh satu stop bit dengan logika “1” (5 Volt).
2.5.5
IC MAX 232
Untuk dapat berkomunikasi antara mikrokontroller dengan komputer, maka diperlukan suatu penyetaraan level tegangan. Besarnya level tegangan komunikasi serial (Level Tegangan RS232) adalah -25 s.d -3 V untuk logika high (1) dan +3 s.d +25 V untuk logika low (0). Hal ini sangat berbeda dengan level tegangan pada mikrokontroller (Level Tegangan TTL/CMOS) dimana untuk logika high (1) level tegangannya adalah 5 V dan untuk logika low (0) level tegangannya adalah 0 V. Oleh karena itu diperlukan sebuah pengantarmuka yang dapat menyamakan level tegangan dari komunikasi serial pada komputer dengan mikrokontroller, yaitu IC RS232 produksi MAXIM yang disebut MAX232.
Gambar 2.9 Bentuk Fisik IC MAX232 MAX232 adalah saluran driver/receiver ganda yang termasuk pembangkit tegangan kapasitip yang menyediakan level tegangan RS232 dari sebuah sumber tegangan 5V. Setiap receiver pada IC MAX232 ini mengkonversikan level tegangan RS232 ke level tegangan TTL/CMOS sebesar 5 V. Dan setiap receiver ini mempunyai ambang batas sebesar 1.3 V, dan histeresis sebesar 0.5 V, serta dapat menerima masukan level tegangan ±30 V. Sedangkan untuk setiap driver pada IC MAX232 ini mengkonversikan level tegangan masukan TTL/CMOS menjadi level tegangan RS232. Dalam satu chip MAX232 terdapat dua
pasang konvertor TTL ke RS232 dan kebalikannya. Pada aplikasinya yang digunakan biasanya hanya satu pasang saja. 2.6
Microsoft Visual Basic 6.0
Microsoft Visual Basic adalah sebuah aplikasi yang digunakan untuk pengembangan dengan memanfaatkan keistimewaan konsep- konsep antar muka grafis dalam Microsoft Windows. Aplikasi yang dihasilkan Visual Basic dapat digunakan sebagai tampilan pada PC yang berhubungan dengan piranti lain seperti mikrokontroller. Untuk menjalakan program Visual Basic dari Windows Xp, pilih Start, All Program kemudian pilih Microsoft Visual Basic 6.0, selanjutnya double klik pada ikon Visual Basic 6.0. Lalu akan ditampilkan pembuka Visual Basic 6.0, seperti gambar berikut ini:
ToolBar
Project
ToolBox
Form
Property
Gambar 2.10 Tampilan Visual Basic 6.0 Dalam pemrograman Visual Basis banyak istilah dan konsep untuk menyebut sesuatu yang membentuk sebuah aplikasi. Istilah- istilah tersebut memiliki arti yang sama dalam lingkungan pemrograman Visual lainnya, seperti misalnya Objek, Property dan Event. Defenisi objek adalah sesuatu yang dapat melakukan hal- hal tertentu. Dalam Visual Basic contoh dari objek adalah, Command Button, Label, List Box, Chek Box, dan lainlain. Atau dapat dikatakan Objek adalah komponen- komponen yang membuat aplikasi. Dalam lingkungan pengembangan Visual, sekarang objek yang dibuat dapat langsung ditampilkan dilayar. Objek yang dibuat tersebut akan sama hasilnya pada saat program dijalankan, dengan demikian tidak perlu lagi melakukan perubahan kode program secara
manual. Setelah objek diletakkan diform, maka semua atribut objek tersebut akan disimpan sebagai suatu kode program yang dapat langsung dijalankan. Dalam gambar 2.10 terdapat beberapa jendela window yang aktif, diantaranya : 1.
Windows property Windows property dalam Visual Basic merupakan mekanisme normal yang akan menjelaskan atribut- atribut dari objek. Setiap objek Visual Basic memiliki property tertentu yang settinggnya mengontrol tampilan dan ulah dari objek dalam suatu aplikasi.
Gambar 2.11 Window Property Gambar 2.12 Beberapa property terbatas pada nilai-nilai tertentu contoh, Property Visible hanya bias diatur dengan True atau False saja. 2.
Windows Form Sebuah Form adalah area tampilan yang berhubungan dengan sebuah jendela yang akan terlihat ketika aplikasi berjalan. Ketika memulai sebuah proyek baru, Visual Basic menciptakan sebuah form kosong dan memberinya judul Form1. Dalam Form inilah ditempatkan control untuk keperluan aplikasi.
Gambar 2.13 Window Form
3.
Windows Project Pada dasarnya Project adalah sekumpulan Form, Module, Class dan file sumber yang membentuk sebuah aplikasi. Jadi windows Project merupakan Windows yang menampilkan listing semua file pembentuk Project. File Form berisi Deskripsi dari form dan kode- kode yang berhubungan dengannya.
Gambar 2.14 Windows Project Sedangkan Modul berisi deklarasi dan Prosedure. File class memuat karakteristikkarakteristik tertentu dalam Class, meliputi Property dan Metodenya. Dua tombol yang terdapat pada sisi atas windows Project digunakan untuk menampilkan window Form (View Form) dan menampilkan window kodenya (Tombol View Code). 4.
ToolBar ToolBar merupakan kumpulan tombol- tombol yang mempunyai tugas untuk pengaksesan terhadap aplikasi yang berada dibawah kendalinya dengan cepat. Dan ToolBox berisi kontrol- kontrol atau objek- objek yang akan ditempelkan pada form sebagai element program aplikasi.
Gambar 2.15 ToolBar
2.7
Motor Langkah (Stepper)
Pada dasarnya prinsip kerja motor stepper sama dengan motor DC, yaitu membangkitkan medan magnet untuk memperoleh gaya tarik ataupun gaya tolak menolak dengan menggunakan catu tegangan DC pada lilitan/kumparannya. Motor stepper menggunakan gaya tarik untuk menarik fisik kutub magnet yang berlawanan sedekat mungkin ke posisi kutub magnet yang dihasilkan oleh kumparan. Dilihat dari lilitannya motor stepper terbagi menjadi 2 jenis yaitu : a.
Motor Stepper Bipolar
Motor stepper bipolar memiliki empat kabel masukan. Namun untuk menggerakan motor stepper tipe ini lebih rumit jika dibandingkan dengan menggerakan motor stepper tipe unipolar. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi motor stepper bipolar pada gambar berikut :
Gambar 2.16 Konstruksi Motor Stepper Bipolar Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar.
b. Motor Stepper Unipolar Motor stepper unipolar terdiri dari dua lilitan yang memiliki center tap. Center tap dari masing masing lilitan ada yang berupa kabel terpisah sudah terhubung didalamnya sehingga center tap yang keluar hanya satu kabel. Center tap dari motor stepper dapat dihubungkan ke ground atau dapat juga yang menghubungkannya ke +Vcc, tergantung pada driver yang digunakan. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi motor stepper unipolar pada gambar berikut:
Gambar 2.17 Konstruksi Motor Stepper Unipolar Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch pada setiap lilitannya. Agar motor ini berputar, tegangan positif diberikan pada terminal center tap, kemudian tegangan positif diberikan secara bergantian dan berurutan terus- menerus pada keempat terminal masing-masing lilitan. Oleh karena itu, pada alat ini digunakan motor stepper jenis unipolar. Pada motor stepper ini, suplai tegangan yang dibutuhkan adalah V = 12 volt dan sudut rotasi 1,80 per step. Maka dalam satu putaran penuh (3600) terjadi 3600/1,80= 200 step (Np). Kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (= pulsa per second) dan kecepatan putar umumnya ditulis sebagai ω (= rotasi / menit atau rpm). Kecepatan putar motor stepper (rpm) dapat dihitung menggunakan rumus pada kecepatan pulsa (pps) sebagai berikut.
ω = 60
ω=
pps [rotasi / menit ] Np
60 pps ............................................................................................................ (2.7) Np
Np = step/putaran (pulsa/rotasi) pps = pulsa per detik Torsi yang dapat dihasilkan oleh motor stepper dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya kerja motor terhadap kecepatan putarannya. Atau dapat dirumuskan sebagai berikut:
τ=
P
ω
(2.8)
dengan P adalah daya kerja motor dalam satuan watt dan ω adalah kecepatan perputaran motor dalam satuan rotation per minute (rpm). Untuk mengetahui beban maksimum yang dapat digerakkan motor stepper dapat diperoleh dengan menghitung torsi dengan menggunakan rumus:
τ = F.r .................................................................................................................... (2.9) dengan F adalah gaya berat yang bekerja terhadap motor dan r adalah jarak sumbu putar pada motor. Gaya berat yang bekerja terhadap motor dapat dituliskan dengan: F = m.g (Newton).................................................................................................. (2.10) dengan, m = massa (kg) dan g = percepatan gravitasi (m/s2). Motor stepper dapat diatur posisinya dengan akurat pada posisi tertentu dan dapat berputar kearah yang diinginkan dengan memberi pulsa-pulsa digital dengan pola seperti pada table 2.8 dibawah ini. Untuk memutar motor stepper adalah dengan memberi pulsa ke koil secara berurutan dari koil 1 ke koil 2, dan seterusnya. Arah putaran motor stepper tergantung urutan pulsa yang diberikan ke koil, apabila diinginkan putaran dengan arah yang berlawanan, maka urutan pulsa yang dimasukkan ke koil pun digeser berlawanan pula. Motor stepper dapat diatur posisinya dengan akurat pada posisi tertentu dan dapat berputar kearah yang diinginkan dengan memberi pulsa-pulsa digital dengan pola seperti pada table 2.4 dibawah ini. Untuk memutar motor stepper adalah dengan memberi pulsa ke koil secara berurutan dari koil 1 ke koil 2, dan seterusnya. Arah putaran motor stepper tergantung urutan pulsa yang diberikan ke koil, apabila diinginkan putaran dengan arah yang berlawanan, maka urutan pulsa yang dimasukkan ke koil pun digeser berlawanan pula. Tabel 2.7 Arah Perputaran Motor
Searah jarum jam
Berlawanan arah jarum jam
Putaran koil 1 koil 2
koil 3 koil 4
koil 1 koil 2 koil 3 koil 4
step 1
1
0
0
0
0
0
0
1
step 2
0
1
0
0
0
0
1
0
step 3
0
0
1
0
0
1
0
0
step 4
0
0
0
1
1
0
0
0
Pada tabel 2.4 diatas, ‘1’ diartikan bahwa lilitan yang bersangkutan dilewati arus sehingga menghasilkan gaya tolak untuk rotor, sedangkan ‘0’ diartikan lilitan dalam
kondisi off, yakni tidak mendapatkan arus. Pada tabel juga ditunjukkan, untuk membalik putaran motor stepper cukup membalik urutan pemberian pulsa pada lilitan. Untuk memperlambat atau mempercepat putaran motor stepper, dengan mengatur waktu urutan pemberian pulsa, akan tetapi, pemberian waktu pulsa jika terlalu lamban akan menyebabkan motor stepper bergetar dan jika terlalu cepat akan mengakibatkan motor tidak mau berputar.
