6
BAB II TEORI DASAR
Pada bab ini berisi uraian mengenai teori dasar yang digunakan dalam perancangan simulasi alat audiometer terdiri dari gambaran umum simulasi alat audiometer dan fungsi komponen yang digunakan dalam perancangan.
2.1
Struktur Koklea Alat pendengaran manusia terdiri dari tiga bagian, yaitu telinga luar,
telinga tengah dan telinga bagian dalam. 1. Telinga Luar Memliki bagian-bagian berupa daun telinga dan saluran telinga yang dindingnya dapat menghasilkan minyak cerumen. 2. Telinga Tengah atau ruang timpani Pada ruang timpani terdapat tulang-tulang pendengaran yang terdiri dari tiga tulang kecil yang tersusun pada rongga telinga tengah seperti rantai yang tersambung dari membrane timpani menuju rongga telinga dalam. Tulang-tulang pendengaran terdiri atas tulang martil atau malleus, tulang landasan atau inkus dan tulang sanggurdi atau stapes, membentuk rangkaian tulang yang melintang pada telinga tengah dan
7
menyatu dengan membrane timpani. Persatuan antara tulang stapes dengan membrane membentuk tingkap bulat yang menutupi rongga telinga bagian dalam disebut labirin. 3. Rongga telinga dalam dan labirin Labirin terdiri atas dua bagian yaitu labirin tulang dan labirin selaput. Dalam labirin tulang terdapat serambi dan vestibulum, saluran gelung atau kanalis semisirkualaria dan rumah siput atau koklea. Di dalam koklea inilah terdapat kortil yang merupakan alat pendengaran, untuk mempermudah dalam memahami struktur alat pendengaran dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah ini.
Gambar 2.1 Anatomi alat pendengaran
Koklea terletak pada bagian petrosa os temporal, dan merupakan bagian yang terbentuk seperti rumah siput dengan saluran yang melingkar spiral dua setengah kali lingkaran. Koklea terdiri dari tiga saluran, yaitu skala media atau duktus koklearis di tengah, skala vertibuli di bagian atas, dan skala timpani di
8
bagian bawah (gambar 2.1). Skala media dipisahkan dengan skala vestibuli oleh membrane reisner dan dipisahkan dengan skala timpani oleh membrane basiliris. Skala media berisi cairan endolimfe sedangkan skala vestibuli dan skala timpani berisi perilimfe. Endolimfe merupakan cairan ekstraseluler yang unik karena mempunyai kadar K+ yang tinggi dan NA+ yang rendah, yang mirip cairan intraseluler. Cairan Endolimfe memiliki potensial listrik positif yang kuat, berkisar antara +50 mV sampai dengan +120 mV, tegangan tertinggi terdapat di bagian lingkaran basal kohlea. Tegangan positif ini bukan berasal dari difusi seperti terdapat dalam sel-sel syaraf lainnya, atau dengan kata lain bukan berasal dari pergerakan pasif ion K+ akibat perbedaan konsentrasi, akan tetapi berasal dari potensial elektrogenik yang dihasilkan oleh pemompaan ion secara aktif pada stria vaskularis. Tegangan potensial timbul karena lebih banyak ion K+ dipompakan ke endolimfe daripada ion NA+ keluar. Kedua ion ini dipompakan berlawanan dengan perbedaan konsentrasinya, sehingga memerlukan energi yang didapat dari enzim ATP.
2.2. Fisiologi Pendengaran Secara fisiologis, seseorang dapat mendengar melalui getaran yang dialirkan melalui udara atau melalui tulang ke koklea. Hantaran suara melalui udara (air conduction) lebih baik dibandingkan dengan hantaran melalui tulang (bone conduction). Getaran suara ditangkap oleh daun telinga dan dialirkan ke liang telinga (panjang 2,5 sampai 3 cm dengan penampang 0,75 cm) dimana liang telinga ini memperkeras suara sekitar frekuensi 300 Hz dengan cara resonansi.
9
Suara kemudian diterima oleh membran timpani sehingga membran timpani bergetar, demikian juga tulang-tulang pendengaran yang berhubungan satu sama lainnya (maleus, inkus, dan stapes). Selanjutnya stapes menggerakkan foramen ovale sehingga mengakibatkan terjadi gelombang pada perylmphe. Telinga tengah merupakan suatu kesatuan sistem penguat bunyi yang diteruskan oleh membran timpani. Penguatan oleh sistem telinga tengah diperoleh akibat perbedaan penampang membran timpani dengan foramen ovale dan hasil kerja tulang-tulang pendengaran sebagai pengungkit. Bila keduanya dijumlahkan, maka akan terjadi penguatan tekanan sebesar 22 kali dan bila dikonversikan ke dalam satuan decibel (dB) adalah 20 log 22 atau sama dengan 30 dB. Getaran di membran timpani inilah yang akan menggetarkan cairan pada rumah siput, bila cairan pada rumah siput bergetar akan menstimulus atau memberikan rangsangan ke ujung syaraf. Impuls dari ujung syaraf ini diteruskan ke pusat syaraf pendengaran di otak. Otak besar akan memproses dan menerjemahkan dan timbullah persepsi bunyi. Tekanan suara yang terdengar oleh manusia bervariasi kisarannya mulai dari yang terendah, menyamakan dengan tekanan udara statis, kisaran antara 20 µPa (pascal) atau 0 dB sampai 100 Pa atau 130 dB. 20 µPascal adalah tekanan suara terendah yang masih dapat didengar oleh manusia dan disebut ambang pendengaran. Tekanan suara yang mendekati 100 pascal sangatlah keras yang menyebabkan rasa sakit dan disebut ambang sakit.
10
2.3. Pengertian Decibel (dB) Suara Penerapan skala yang linear dalam Pa (Pascal), untuk pengukuran tekanan suara menghasilkan angka-angka yang cukup banyak. Selain itu, respon telinga bukan nilai linear melainkan besaran logaritmis. Oleh sebab itu
lebih
praktis
untuk menyatakan parameter akustik dengan besaran ratio logaritmis yaitu membandingkan nilai yang diukur dengan nilai referensi. Ratio logaritmis ini disebut decibel atau dB. Sound Pressure Level (dB) disimbolkan sebagai Lp, dengan rumus sebagai berikut:
Di mana P adalah nilai yang diukur dalam satuan Pascal dan Po adalah nilai referensi = 20 µPascal = 20.10-6 Pa (ambang pendengaran). Contoh :
20 µPa = 0 dB 1 Pa
= 94 dB
31,7 Pa = 124 dB
11
Gambar 2.2 Ilustrasi penggunaan rumus perhitungan dB
2.4. Gambaran umum alat Audiometer Alat audiometer merupakan alat elektronik pembangkit bunyi yang dipergunakan untuk mengukur derajat ketulian, alat ini dapat membangkitkan bunyi pada berbagai frekuensi dan intensitas bunyi yang dihubungkan dengan earphone. Di dalam dunia kedokteran, Audiometer digunakan sebagai alat diagnosa guna menentukan sensitifitas pendengaran telinga pada berbagai frekuensi, tetapi tidak dapat menentukan kelainan mekanisme fungsi telinga. Prosedur pengukuran Audiometry, pasien diberikan suatu instruksi tentang nada test dimana pasien akan mendengar nada-nada berbeda atau manakala pasien
12
tidak mendengar nada ambang pintu penentuan. Penyajian suatu nada diberikan untuk menimbulkan suatu tanggapan yang jelas dimana pasien akan mengangkat tangannya ke atas atau dengan menekan tombol respon apabila tanggapan terjadi. Frekuensi bunyi yang diterima pasien tergantung pada jumlah getaran yang datang ke telinga setiap satuan waktu. Karena gerak relative antara pendengar dan sumber, jumlah getaran yang diterima oleh pendengar tidak selalu sama dengan jumlah getaran yang dihasilkan sumber bunyi tiap satuan waktu. Ambang batas (treshold hearing level) adalah intensitas terendah dimana masih terdengar oleh pasien pada tiap frekuensi. Ambang batas ini dibandingkan dengan garis 0 yang merupakan ambang dengar rata-rata dewasa muda dengan pendengaran normal. Mode pengukuran adalah ambang batas hantaran udara (AC) dengan earphone. Penilaian derajat ketulian pasien biasanya diambil rata-rata ambang dengar pada frekuensi 500, 1000 dan 2000 Hz.
1. Normal
: 0 sampai 20 dB
2. Ringan
: 20 sampai 40 dB
3. sedang
: 40 sampai 60 dB
4. Berat
: 60 sampai 80 dB
5. Sangat berat
: 80 sampai 100 dB
2.5 Penguat Operasional Sebagai Penguat Pembalik Rangkaian pada gambar 2.2 adalah salah satu dari rangkaian op-amp yang paling luas digunakan. Rangkaian tersebut merupakan sebuah penguat yang gain untaian tertutupnya dari Ei ke Vo ditentukan oleh Rf dan Ri , yang dapat
13
memperkuat isyarat ac atau dc. Untuk memahami cara kerja rangkaian ini dibuat dua pemisalan sederhana : 1. Tegangan antara masukan (+) dan masukan ( ) pada dasarnya 0. 2. Arus yang dialirkan oleh terminal masukan (+) atau ( ) dapat diabaikan. Rf V+
Ri
+ Ei
VIC 4558
RL
Vo
Gambar 2.3 Rangkaian penguat pembalik
Tegangan positif Ei diterapkan melalui tahanan masukan Ri ke masukan ( ) opamp. Umpan balik negatif dibuat oleh tahanan umpan balik R f . Karena ujung Ri yang satu ada di Ei dan yang lain di 0 Volt, penurunan tegangan melalui Ri adalah Ei. Arus I yang mengalir melalui R i didapat dari hukum Ohm :
(pers. 2.1)
Seluruh arus masukan I mengalir melalui R f, karena jumlah yang dialirkan oleh terminal masukan (-) dapat diabaikan. Penurunan tegangan yang melalui R f adalah :
VRf =
Rf
=
Rf
(pers. 2.2)
14
Karena ujung Rf dan satu ujung RL telah dihubungkan, maka tegangan hubungan ini ke ground adalah adalah Vo. Tegangan Vo menyamai VRf .
Vo =
Ei
(pers. 2.3)
Dengan memasukkan definisi bahwa gain untaian tertutup dari penguat tersebut adalah ACL, dapat ditulis kembali persamaan 2.1 sebagai berikut :
ACL =
=
(pers. 2.4)
Tanda minus dari persamaan 2.4 memperlihatkan bahwa polaritas keluaran V o terbalik terhadap Ei. Karenanya rangkaian 2.2 disebut penguat pembalik.
2.6 Mikrokontroler AT89C51 Mikrokontroler merupakan sebutan umum yang diberikan kepada suatu kombinasi yang terdiri dari mikroprosesor, I/O, dan memori yang digabungkan dalam suatu bentuk kemasan chip. Oleh karena itu mikrokontroler disebut juga Single Chip Mikrokontroler (SCM). Mikrokontroler AT89C51 termasuk dalam keluarga MCS-51, yaitu kelompok
komponen
produksi
intel
yang
beorientasi
pada
kontrol
(mikrokontroler) dan oleh intel, MCS-51 dimasukkan kedalam kelompok Embedded Controller yang diproduksi beberapa versi, seperti versi dengan ROM,
15
dengan EPROM dan tanpa ROM. Mikrokontroler AT89C51 termasuk kedalam versi EPROM. Mikrokontroler AT89C51 adalah suatu Integrated Circuit dengan 40 pin, Mikrokontroler AT89C51 memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Sebuah CPU 8 bit dengan pengoperasian 0 sampai 24 MHz. 2. Kompatible dengan produk MCS-51 TM. 3. 4 Kbyte Flash Memory yang dapat diprogram ulang sampai 1000 Kali. 4. 128
8 bit RAM internal.
5. 32 jalur I/O yang dapat deprogram. 6. 6 Jalur Interupsi. 7. 2 Timer/Counter 16 bit. 8. Jalur serial yang dapat deprogram. 9. Mode power Down dan Idle yang berdaya rendah. 10. Catu daya tunggal + 5 Volt.
2.6.1 Konfigurasi Mikrokontroler AT89C51 Gambar 2.4 memperlihatkan konfigurasi dari pin-pin Mikrokontroler AT89C51.
16
Gambar 2.4 Konfigurasi pin AT 89C51
Fungsi masing-masing pin adalah sebagai berikut : 1. VCC dan Ground (Pin 40 dan 20) merupakan pin-pin yang berfungsi sebagai masukan tegangan untuk mikrokontroler. 2. Port 0 (Pin 32 39) _ Input Output Port 0 adalah port I/O 8 bit dua arah open drain yang apabila digunakan sebagai I/O memerlukan pull up eksternal kecuali bila berfungsi sebagai Lower Order Address yang dimultipleks dengan bit data (AD0 AD7). Port 0 bernilai FF H bila dalam keadaan float. Port 0 dapat diberi beban maksimum 8 IC TTL. 3. Port 1 (Pin 1 8) _ Input Output
17
Port 1 adalah port I/O 8 bit dua arah dengan pull up internal yang mengakibatkan port 1 berisi FF H pada keadaan awal. Port 1 dapat dibebani maksimum 4 IC TTL. 4. Port 2 (Pin 21 28) _ Input Output Port 2 adalah port I/O 8 bit dua arah dengan pull up internal, seperti pada port 1, port 2 berisi FF H bila dalam keadaan awal. Selain port 2 juga digunakan sebagai High Order Address (A8 A15) pada saat pengambilan instruksi dari memori program eksternal dan pengaksesan memori data eksternal yang menggunakan alamat 16 bit. Port 2 dibebani sampai 4 buah IC TTL. 5. Port 3 (Pin 10
) adalah port Input Output
Port 3 juga merupakan port I/O 8 bit dua arah dengan pull up internal. Port 3 berisi FF H dalam keadaan awal dan dapat diberi beban maksimum 4 buah IC TTL. Port 3 juga mempunyai fungsi alternatif seperti terlihat pada tabel 2.1.
18
Tabel 2.1 Fungsi alternatif port 3 Pin
Fungsi Alternatif
P.3.0
RDX (Input Serial)
P.3.1
TXD (Output serial)
P.3.2
INT0 (Interupsi Eksternal 0)
P.3.3
INT1 (Interupsi Internal 1)
P.3.4
T0 (Input Timer 0)
P.3.5
T1 (Input Timer 1)
P.3.6
WR (Tulis ke Memori eksternal)
P.3.7
RD (Baca dari memori eksternal)
6. RST (Pin 9) – Input Merupakan masukan yang akan mereset mikrokontroler bila mempunyai taraf tinggi selama dua siklus mesin pada saat osilator bekerja. 7. ALE/PROG (Pin 30) – Output Address latch enable mengeluarkan sinyal untuk menahan lower address (A0 A7) pada saat mengakses memori eksternal. Pada saat operasi normal pin ini mampu dibebani sampai maksimum 8 buah IC TTL. 8. PSEN (Pin 29) –Input Program strobe enable adalah sinyal kontrol untuk pembacaan memori program eksternal ke sistem atau data bus pada saat operasi pengambilan (fetch) instruksi eksternal.
19
9. EA/VPP (Pin 31) – Input External Access harus diberi taraf rendah untuk membaca instruksi dari memori program eksternal. Bila EA/VPP diberi taraf tinggi maka mikroprosesor akan mengambil instruksi dari memori program internal. 10. XTAL1 (Pin 19) - Input Merupakan masukan dari penguat pembalik (Inverting Amplifier) yang merupakan bagian dari on chip oscilator. Pin ini harus diberi taraf rendah bila ingin menggunakan oscilator eksternal. 11. XTAL2 (Pin 18) – Input Merupakan masukan dari penguat pembalik (Inverting Amplifier) yang merupakan bagian dari on chip oscilator. Pin ini merupakan input bagi sinyal oscilator eksternal bila XTAL1 diberi taraf rendah.
Gambar 2.5 memperlihatkan diagram blok dari mikrokontroler AT89C51. Seluruh pembahasan pada pasal ini berdasarkan pada diagram blok tersebut.
20
P.0.0 - P.0.7
vcc
PORT 0 DRIVERS
P.2.0 - P.2.7
PORT 2 DRIVERS
GRD
RAM ADDR. REGISTER
B REGISTER
PORT 0 LACTH
RAM
PORT 2 LACTH
FHASH
PROGRAM ADDRESS REGISTER
STACK POINTER
ACC
TMP2
TMP 1 BUFFER
PC INCREMENTER
ALU INTERRUPT SERIAL PORT AND TIMER BLOCKS
PROGRAM COUNTER
PSW
PSEN ALE/PROG EA/Vpp RST
TIMING AND CONTROL
INSTRUCTION REGISTER
OSC
DPTR
PORT 1 LACTH
PORT 3 LACTH
PORT 1 DRIVERS
PORT 3 DRIVERS
P.1.0 - P.1.7
P.3.0 - P.3.7
Gambar 2.5 Diagram blok AT89C51
1. Port 0 sampai port 3 Port 0 sampai port 3 adalah port I/O 8 bit dua arah dimana register alamat berhubungan dengan port 0 dan port 2, selain digunakan sebagai port I/O juga digunakan untuk fungsi lainnya, seperti port 0 digunakan sebagai Low Order Address Bus yang dimultipleks dengan Data Bus (AD0 AD7) dan port 2 digunakan sebagai High Order Address Bus (AD8 AD15).
21
2. Register B Adalah register yang digunakan pada operasi perkalian dan pembagian, selain itu dapat pula digunakan sebagai register lainnya. 3. ACC Merupakan register utama pada mikroprosesor yang berguna dalam operasi aritmatika, operasi logika dan operasi lainnya. 4. TMP1 dan TMP2 TMP1 dan TMP2 bekerja sama dengan ALU sebagai register penyimpanan sementara. 5. PSW (Program Status Word) Adalah sebuah register yang menunjukkan status flag (Carry Flag, Auxiliary Flag, Overflow Flag, dan Parity Flag). 6. Stack Pointer Merupakan register yang berisikan alamat dari RAM saat terjadi percabangan. 7. Program Counter Program counter berisikan alamat yang digunakan untuk mengambil konstruksi pada ROM agar informasi program dapat diproses. 8. DPTR DPTR (Data Pointer) merupakan register 16 bit yang berfungsi sebagai penunjukan alamat pada memori eksternal. 9. Timing dan Control Timing dan control berfungsi untuk mengatur sinyal eksternal dan sinyal input agar mikrokontroler dapat berjalan selaras/sinkron.
22
10. Regiser Instruksi Register instruksi berupa register yang berisi instruksi yang sedang diproses. 11. Register alamat program Adalah register 16 bit berisikan alamat memori program eksternal.
2.6.2 Arsitektur Internal Mikrokontroler AT89C51 Semua mikrokontroler dalam keluarga MCS-51 termasuk mikrokontroler AT89C51 memiliki pembagian ruang alamat (Address Space) untuk program dan memori. Pemisahan memori program dan memori data membolehkan memori data untuk diakses oleh alamat 8 bit. Meskipun demikian alamat data dan memori 16 bit dapat dihasilkan melaluhi DPTR (Data Pointer Register).
2.6.3 System Interupsi Interupsi yang ada pada mikrokontroler AT89C51 terdiri dari 6 sumber interupsi dengan alamat vektor yang berbeda. Interupsi adalah suatu keadaan yang menyebabkan proses menghentikan proses yang sedang dikerjakan untuk melaksanakan proses lain. Alamat vektor adalah alamat tertentu yang dituju program bila terjadi interupsi yang bersangkutan.
23
Tabel 2.2 Vektor alamat interupsi Sumber Interupsi
Vektor Alamat
IE 0
0003H
TF0
0008H
IE1
0013H
TF1
0018H
R1
0023H
T1
0023H
Dari tabel 2.2 dapat dijelaskan sebagai berikut : IE0 dan IE1 adalah bendera interupsi eksternal 0 dan 1 yang terjadi bila INT0 (untuk IE0) dan INT1 (untuk IE1) berada dalam keadaan aktif (logika rendah). Bila IE0 set maka program yang sedang diproses dihentikan sambil menyimpan alamat proses terakhir pada stack pointer, program akan lompat ke alamat 0003H dan melaksanakan instruksi yang ada sampai instruksi
RET1
(return from interupt), kemudian program yang terhenti akan dilanjutkan. TF0 dan TF1 adalah bendera interupsi timer 0 dan 1 yang akan set bila timer tersebut mengalamai overflow, yaitu keadaan dimana harga timer adalah 0003H. pengaturan timer ini ada pada SFR (special function register) tersendiri yaitu TMOD dan TCON. R1 dan T1 adalah bendera interupsi receive atau transmite pada komunikasi serial yang juga diatur oleh SFR tersendiri yaitu TCON.
24
2.6.4 Register Serbaguna Disamping memori data, mikrokontroler AT89C51 juga mempunyai memori RAM berupa register untuk fungsi khusus yaitu SFR (special function register) dengan kapasitas 128 byte. RAM internal sebesar 128 byte ini terdiri dari 32 byte paling bawah yang dikelompokkan menjadi 4 bank, yang masing-masing terdiri dari 8 buah register serbaguna. Program dapat mengakses register-register tersebut dengan assemblernya (R0 R7). Register dengan fungsi khusus SFR (special function register) terletak pada 128 byte bagian atas memori dan berisi latch port, timer, PSW, dan kontrol peripheral. Register-register ini hanya bisa diakses dengan pengalamatan langsung, 16 alamat pada SFR dapat dialamati per bit.
2.6.5 Port Input output (I/O) Fasilitas I/O yang disediakan oleh mikrokontroler AT89C51 adalah 32 jalur yang selanjutnya dibagi menjadi 4 port dengan lebar jalur data 8 bit. Masingmasing port tersebut bersifat bi-directional yang dapat digunakan sebagai jalur masukan ataupun keluaran. Port 1, 2 dan 3 mempunyai pull up internal, sedangkan port 0 bersifat open drain. Alamat dari setiap port adalah seperti ditunjukkan pada tabel 2.3.
25
Tabel 2.3 Alamat port pada mikrokontroler AT89C51 Nama Port
Simbol
Alamat
Port 0
P0
80H
Port 1
P1
90H
Port 2
P2
A0H
Port 3
P3
B0H
2.6.6 Osilator Internal Mikrokontroler AT89C51 memiliki osilator internal (On-Chip Oscillator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi CPU. Untuk menggunakan osilator internal diperlukan sebuah kristal antara pin XTAL1 dan XTAL2 yang masing-masing pin diberi kapasitor pintas ke ground.
Untuk kristal dapat
digunakan antara 3,5 MHz sampai 24 MHz. sedangkan untuk kapasitornya digunakan nilai 30pF ± 3%.
AT89C51
Crystal
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.1/A10 P2.1/A11 P2.1/A12 P2.1/A13 P2.1/A14 P2.1/A15
XTAL1 P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
XTAL1
XTAL2 C
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 ___ EA/VPP
RST
18
19
C
Gambar 2.6 Osilator Internal Pada Mikrokontroler AT89C51
26
2.6.7 Fasilitas Lain Pada Mikrokontroler AT89C51 Mikrokontroler AT89C51 mengandung sebuah lock bit yang berfungsi untuk menjaga keamanan semua data yang tersimpan pada EEPROM internal mikrokontroler AT89C51. Lock bit akan menolak seluruh akses elektrik yang berasal dari luar. Untuk melakukan pengosongan dan pengisian data kembali, maka alat pengisi
program
akan
menon-aktifkan
lock-bit
dan
mengembalikan
mikrokontroler AT89C51 sepenuhnya sehingga dapat diprogram kembali.
2.7 Digital to Analog Converter (DAC) Digital to analog
converter (DAC) merupakan suatu rangkaian yang
berfungsi mengkonversi data digital menjadi data analog yang berupa tegangan. Secara umum rangkaian DAC ada dua jenis, yaitu rangkaian DAC tahanan berbobot dan metode tangga R 2R. Pada rangkaian ini digunakan DAC 0800 yang merupakan golongan rangkaian metode tangga R 2R. Rangkaian DAC metode tangga R 2R merupakan DAC yang memiliki ketelitian yang tinggi, karena dapat mengurangi jangkauan nilai resistor sampai 2 : 1. Berikut ini adalah gambar konfigurasi dasar DAC 0800.
27
Gambar 2.7 Konfigurasi pin DAC 0800
Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa rangkaian penjumlahnya memiliki masukan data digital 4 bit, yakni D0 sampai D3 yang tersusun sebagai bilangan biner dengan D3 sebagai MSB nya dan D0 sebagai LSB. Logika masukan rendah dinyatakan dengan posisi saklar tersambung ke tegangan referensi (Vref). Pada rangkaian tersebut keluaran DAC yang merupakan arus akan sebanding dengan masukan biner (binary input). Rangkaian ini menggunakan 4
28
paralel arus yang dikendalikan oleh saklar semikonduktor sebagai gerbang penghubung, status setiap saklar dikontrol oleh level logika pada masukan biner (binary input). Arus keluaran melalui tiap-tiap bagian tergantung besarnya terhadap Vref dan tiap-tiap masukan tersebut. Sedangkan total arus merupakan penjumlahan tiap arus keluaran. Pada rangkaian tersebut misal Vref = 10 Volt, dan R = 10 Kohm untuk mendapat resolusi skala penuh DAC menggunakan persamaan :
Io
(pers. 2.5)
1 mA
Iout merupakan nilai total arus sehingga keluaran tiap masukan biner (binary input) dari MSB ke LSB berturut-turut adalah 0,5mA; 0,25 mA dan 0,125 mA merupakan nilai resolusi DAC tersebut sehingga :
Iout = 1 + 0,5 + 0,25 + 0,125 = 1,875 mA
Tegangan keluaran DAC dirumuskan sebagai perkalian antara Iout dengan Rf atau dengan persamaan :
Vout =
Iout
Rf
(pers. 2.6)
29
Jika kita lihat hubungan masukan dan keluaran DCBA adalah keluaran dari sebuah sistem digital 24 = 16 untuk setiap angka masukan dan keluaran pada perubahan D/A merupakan angka yang khas, yang mana tegangan yang keluar (Vout) sama dengan tegangan dari pasangan angka, untuk menyatakan keluaran dari D/A maka ;
Analog Output = K
Digital input
(pers. 2.7)
Di mana K = faktor perbandingan
Dimana K merupakan faktor perbandingan dari sesuatu nilai yang stabil yang diberikan DAC. Keluaran analog dapat menjadi tegangan atau arus. Ketika menjadi tegangan K akan menjadi satuan tegangan dan ketika menjadi arus akan menjadi arus
Vout =
(VD + 1/2VC + 1/4VB + 1/8VA)
Jika K = 1 Volt maka Vout = 1
(pers. 2.8)
digital output, kita dapat menggunakan untuk
menghitung Vout untuk beberapa nilai pada masukan digital, contoh : masukan digital 11002 = 1210 maka nilai Vout = 1
12 = 12 Volt.
Dari uraian tersebut sebuah keluaran biner pencacah 4 bit diberikan ke input DAC. Pencacah akan menghasilkan 16 siklus status sesuai dengan clock sinyal, keluaran DAC adalah sebuah bentuk gelombang anak tangga (staircase) dengan kenaikan 1 Volt per step. Jika pencacah pada biner 1111 keluaran DAC pada tingkat maksimum yaitu 15 Volt. Titik ini disebut keluaran skala penuh
30
ketika pencacah pada biner 0000 maka keluaran DAC kembali pada 0 Volt. Resolusi atau ukuran step adalah ukuran kenaikan bentuk gelombang anak tangga (staircase) yaitu 1 Volt.
2.8 Photocoupler Photocoupler terdiri dari sebuah LED dan detector yang dikemas di dalam satu IC. Secara fisik Photocoupler
dapat digambarkan seperti pada
gambar 2.7.
Gambar 2.8 konfigurasi photocoupler
LED berfungsi sebagai sumber cahaya apabila mendapatkan arus dari pin 1 atau 2, yang seterusnya cahaya dari LED tersebut akan mengaktifkan detektor sehingga terjadi hubungan antara Emiter dan Collector.
31
2.9 DC Volume Control IC TDA8196 merupakan monolitic sirkuit terintegrasi dalam paket Mini DIP adalah mono BTL DC output dengan pengeras volume kontrol. Perangkat ini dirancang untuk digunakan dalam TV dan monitor tetapi juga cocok untuk perekam portabel dan radio. DC konvensional dalam volume sirkuit kontrol atau masukan AC-tahap yang digabungkan ke output melalui tahap eksternal kapasitor untuk menyimpan offset tegangan rendah.
TDA8196 DC kontrol volume
diintegrasikan ke dalam tahap input sehingga tidak memerlukan kopel kapasitor. Dengan konfigurasi ini, kerugian yang rendah tegangan masih dipertahankan dan minimum pasokan voltase tetap rendah. Prinsip BTL menawarkan keuntungan frekuensi dari riak pada pasokan tegangan adalah dua kali frekuensi sinyal. Untuk aplikasi alat portable ada kecenderungan untuk mengurangi pasokan tegangan, sehingga pengurangan output daya konvensional di tahap output. menggunakan prinsip meningkatkan output daya.
BTL
Perhatian khusus diberikan
untuk berpindah on-off dan beralih klik, HF radiasi rendah dan stabilitas yang baik secara keseluruhan.
Gambar 2.9 Blok IC TDA 8196
32
2.10 Transistor Sebagai Saklar Transistor berfungsi sebagai saklar apabila kita mengoperasikan transistor tersebut pada salah satu dari saturasi atau titik sumbat. Jika transistor berada dalam keadaan saturasi, transistor tersebut seperti sebuah saklar tertutup dari kolektor ke emiter. Jika transistor tersumbat (cut off) maka transistor seperti sebuah saklar yang terbuka.
Vcc
IC
Rc Vbb
Y-Axis
Saklar tertutup
Rb
V CC RC
Saklar terbuka
V CC
(a)
(b)
Gambar 2.10 (a) Rangkaian switching transistor. (b) Garis beban DC
Penjumlahan tegangan di loop input : IBRB
VBE
VBB = 0
(pers. 2.9)
Dari persamaan 2.9 dapat diketahui arus basis sebagai berikut :
IB
(pers. 2.10)
Apabila arus basis lebih besar atau sama dengan I B(sat) , titik kerja Q berada pada ujung atas garis beban sehingga transistor berfungsi sebagai saklar tertutup, jika
33
arus basis nol, transistor bekerja pada ujung bawah dari garis beban, dan transistor berfungsi sebagai saklar terbuka.
2.11 Liquid Crystal Display (LCD) Liquid Crystal display (LCD) merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk menampilkan suatu karakter baik itu angka, huruf atau karakter tertentu, sehingga tampilan tersebut dapat dilihat secara visual. Pemakaian LCD sebagai display tampilan banyak digunakan dikarenakan daya yang dibutuhkan LCD relative kecil (orde microwatt), disamping itu dapat juga menampilkan angka, huruf atau symbol dan karakter tertentu. Meskipun demikian komponen ini dibatasi oleh sumber cahaya ekternal/internal, suhu dan lifetime. LCD terdiri atas tumpukan tipis atau sel dari dua lembar kaca dengan pinggiran tertutup rapat. Antara dua lembar kaca tersebut diberi bahan kristal cair (liquid crystal) yang tembus terhadap cahaya. Permukaan luar masing-masing keping kaca mempunyai lapisan cahaya seperti oxide timah (tin oxide) atau oxide indium (indium oxide). Sel mempunyai ketebalan 1
10-5 meter dan diisi dengan
cairan kristal. Dasar pengoperasian LCD ini terdiri atas pengoperasian dasar pada register, busy flag, address counter, display dan RAM.
2.11.1 Register Kontroler dari LCD mempunyai dua 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
34
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 DR 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 dibaca maka alamat data ditulis pada IR sedangkan data akan dimasukan melalui DR dan mikrokontroler membaca data dari IR.
2.11.2 Busy Flag Busy flag berfungsi untuk menujukkan bahwa module sedang sibuk sehingga proses data dari mikrokontroler harus menunggu hingga kondisi sibuk selesai. Sebagaimana yang terlihat pada tabel 2.4, jika RS=0 dan R/W=1 maka keluaran register seleksi sinyal akan melalui DB 7. Jika bernilai 1 maka LCD sedang melakukan kerja internal dan instruksi tidak akan diterima. Oleh karena itu status dari flag harus diperiksa sebelum melakukan instruksi selanjutnya.
Tabel 2.4. Register seleksi RS
R/W
Operasi
0
0
IR Tulis instruksi internal
0
1
Busy Flag (DB7) @ counter (DB0 -DB6) read
1
0
Menulis data untuk DDRAM/CG RAM
1
1
Membaca data dari DDRAM/CG RAM
35
2.11.3 Address Counter Address counter menunjukkan lokasi memori LCD. Pemilihan lokasi alamat ini diberikan lewat register instruksi (IR), ketika data dibaca atau ditulis dari DD RAM atau CG RAM maka address counter secara otomatis menaikkan atau menurunkan alamat tergantung dari entry mode set.
2.11.4 Display Data RAM (DD RAM) DD RAM merupakan tempat karakter yang akan ditampilkan. Pada LCD masing-masing pin mempunyai range alamat tersendiri. Alamat ini diekspresikan dengan bilangan hexadecimal. Untuk line 1 range alamat berkisar antara 00H – 0FH.
2.11.5 Character Generator ROM (CG ROM) CG ROM mempunyai tipe dot matrik 5
7. Dimana pada LCD telah
tersedia ROM sebagai pembangkit karakter dalam kode ASCII.
2.11.6 Character Generator RAM (CG RAM) Masukan yang diperlukan untuk mengendalikan LCD berupa bus data yang masih termultiplek dengan bus alamat serta 3 bit sinyal control. Sementara pengendali LCD dilakukan secara internal oleh kontroler yang sedang terpasang dalam module LCD. Diagram blok untuk LCD dapat dilihat pada gambar 2.10.
36
D0..D7
Common signal
LCD
Controller RS
Serial Data
Segment Driver
R/W
Timing Signal
Gambar 2.11 Diagram blok LCD
LCD M1632 mempunyai 16 pin atau penyemat yang mempunyai fungsifungsi seperti ditunjukkan dalam tabel 2.5.
Rs R/W
Vdd
Modul LCD
E
Vo Vss
DB0 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7
Gambar 2.12 Konfigurasi pin LCD M1632
37
Tabel 2.5. Fungsi pin-pin LCD M1632 No. pin
Identitas Pin
Fungsi
1
Vss
Terminal ground
2
Vcc
Tegangan catu +5 Volt
3
Vee
Driver LCD Sinyal pemilihan register
4
RS
0 = Instruksi register (tulis) 1 = Data register (tulis dan baca) Sinyal seleksi tulis dan baca
5
R/W
0 = tulis 1 = baca
6
E
7…14
DB0…DB7
14
V + BL
15
V – BL
Sinyal operasi awal, sinyal ini mengaktifkan data tulis dan baca Merupakan saluran data, berisi perintah dan data yang akan ditampilkan Pengendali belakang LCD 4 – 4,42 V dan 50 – 500mA Pengendali LCD 0 V
Agar dapat dengan mudah memprogram tampilan LCD, maka perlu diketahui instruksi-instruksi pemprograman yang terdapat pada LCD ini. Instruksi pemprograman untuk LCD tipe M1632 sebagai berikut :
2.11.6.1 Set Fungsi Instruksi ini mengkonfigurasikan modul tampilan untuk perangkat keras yang dipakai. Bit Data Length (DL) menentukan lebar bus data (4 atau 8 bit). Bit
38
Display Line Number (N) menentukan jumlah baris yang akan ditampilkan. Bit Font memilih karakter dengan matriks 5
7 atau 5
8.
Tabel 2.6. Perintah-perintah set fungsi M1632 RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
0
0
0
0
1
DL
N
F
DB1
DB0
2.11.6.2 Hapus Tampilan Instruksi ini akan mengosongkan layar tampilan dan meletakkan kursor pada posisi awal tampilan.
Tabel 2.7. Perintah-perintah hapus tampilan M1632 RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
2.11.6.3 Kontrol ON/OFF Tampilan Instruksi ini mengendalikan tiga buah kemampuan dari tampilan. Bit display On/Off (D) mengaktifkan dan menonaktifkan tampilan. Bit kursor On/Off (C) menampilkan atau menyembunyikan kursor yang akan ditampilkan. Bit Blink (B) mendefinisikan apakah kursor akan berupa karakter yang berkedip atau akan berupa garis bawah saja.
39
Tabel 2.8. Perintah-perintah Kontrol On/Off M1632 RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
1
D
B
C
2.11.6.4 Set Mode Instruksi ini dipakai untuk untuk melakukan penambahan atau pengurangan secara otomatis pada program.
Tabel 2.9. Perintah-perintah Set Mode M1632 RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
2.11.6.5 Set Alamat DDRAM Alamat kursor pada DDRAM diisi dengan bit-bit A6 A0. Register data dikonfigurasikan untuk menerima dan menaruh data pada DDRAM. Sampai instruksi set alamat DDRAM dikirim untuk mengkonfigurasi ulang register data. Data akan tetap ditaruh di DDRAM. Setelah set instruksi set alamat DDRAM dikirim maka alamat DDRAM baru akan dikeluarkan.
Tabel 2.10. Perintah-perintah set alamat M1632 RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
40
2.12 IC 4094 IC 4094 merupakan IC monolitis yang memiliki 16 kaki yang dikemas dalam plastik atau keramik dan dikemas lagi dengan lapisan plastik yang tipis. IC ini memiliki serial register geser 8-stage yang didalamnya terdapat sebuah latch penyimpan dengan tiap stage untuk control strobe data dari serial ke keluaran 3state buffer paralel. Keluaran paralel bisa langsung dapat dihubungkan secara langsung ke jalur bus.
Data dari tiap register geser diteruskan ke register
penyimpanan ketika sinyal STROBE dalam keadaan high. Data yang ada pada register penyimpan akan dimunculkan pada output jika hanya pada saat kondisi OUTPUT-ENABLE mendapatkan sinyal high. Tersedia output serial data Qs yang dapat beroperasi bila mendapatkan sinyal clock tepi positif dengan waktu pembangkitan yang cepat, demikian juga sebaliknya tersedia output serial data Q’s yang beroperasi bila mendapatkan sinyal clock tepi negatif dengan waktu pembangkitan yang lambat.
Gambar 2.13 Pin-pin koneksi IC 4094
