BAB II TEORI DASAR
2.1
Komunikasi Data Komunikasi
data
merupakan
proses
pengiriman
dan
penerimaan
data/informasi dari dua atau lebih device, dikirim dalam bentuk pulsa listrik yang kontinu yang disebut bit. Data dikirim satu bit demi satu bit secara berurutan melalui kanal komunikasi yang telah ditentukan. Penerima juga menerima data dalam bentuk bit-bit pulsa listrik yang kontinu. Ada tiga metode yang sering dijumpai pada komunikasi data serial yaitu Simplex, half duplex, dan full duplex. Pada transmisi data simplex, data hanya dikirim dalam satu arah saja. Pada half duplex data dapat ditransmisikan dalam dua arah secara bergantian. Transmisi data secara full duplex merupakan transmisi data dua arah dimana data dapat diterima oleh sistem dan sekaligus sistem tersebut dapat mengirim data secara bersamaan. Transmisi data secara full duplex dapat dijumpai pada sistem telepon.
6
7
Gambar 2.1 Metode Komunikasi Data Serial
Dalam komunikasi data serial, terdapat dua metode dasar yang digunakan yaitu komunikasi serial asinkron dan komunikasi data serial sinkron.
2.1.1
Komunikasi Data Serial Asinkron Komunikasi serial asinkron adalah komunikasi data yang memerlukan start bit
untuk menunjukkan mulainya data dan stop bit untuk menunjukkan selesainya data. Dalam teknik komunikasi serial asinkron, serial output line selalu pada level logika ’1’ (mark) kecuali pada saat data dikirim dan keadaan ini dinamakan marking. Setiap karakter dimulai dengan satu bit logika ’0’ (low). Bit yang pertama ini dinamakan start bit dan digunakan untuk sinkronisasi antara pengirim dan penerima. Gambar 2.2 menunjukkan bentuk umum format data komunikasi serial asinkron
Gambar 2.2 Data komunikasi serial Asinkron
8
Setelah start Bit, bit-bit data dikirim satu persatu yang dimulai mengirim dengan Least Significant Bit (LSB). Data dapat berisi 5, 6, 7, atau 8 bit tergantung pada sistem yang ada. Parity bit dikirim setelah bit-bit data. Parity bit ini digunakan untuk mendeteksi kesalahan pada data yang terjadi pada saat transmisi berlangsung. Setelah parity bit dikirim, maka dikirim satu atau dua bit logika ’1’ (High) untuk menunjukkan bahwa data satu karakter sudah berakhir. Bit-bit ini dinamakan stop bit. Sebagai contoh gambar 2.3 menunjukkan pengiriman data dalam bentuk serial asinkron dengan satu start bit, 8 bit data, tidak ada parity bit dan dua stop bit
3,33 ms
1 0 Start bit
1
0
1
1
1
1
1
1 byte 1 caracter
Gambar 2.3 Data serial Asinkron Kecepatan transmisi dapat dinyatakan dengan istilah Band Rate dengan satuan Bit per sekon (bit/sekon).
2.1.2
Komunikasi Data Serial Sinkron Telah dijelaskan bahwa pada komunikasi asinkron, setiap data memerlukan
start bit sebagai tanda awal dan stop bit sebagai tanda akhir karakter. Dengan demikian untuk setiap karakter sebesar 8 bit maka harus dikirim minimum 10 bit (1
9
stop bit,8 data bit, 1 stop bit). Sehingga terlihat bahwa 20 % dari waktu transmisi terbuang. Bila data yang dikirim dalam jumlah yang besar, kerugian ini makin terasa. Alternatif lain untuk menambah kecepatan transmisi adalah dengan komunikasi data serial sinkron. Pada mode ini setiap karakter tidak dikirim secara terpisah dengan dibatasi oleh start bit dan stop bit, melainkan karakter dikirim dalam bentuk blok data yang dibatasi oleh karakter sinkronisasi. Jumlah dan karakter sinkronisasi tersebut dapat diprogram.
2.2
Transmitter Transmitter adalah bagian dari sistem komunikasi wireles yang berfungi
untuk mengirimkan data ke tempat lain berupa gelombang radio. Prinsip kerja dari transmitter ini adalah adanya induksi medan magnetik dari sumber potensial yang menyebabkan arus dan menginduksi rangkain lainnya. Secara sederhana transmitter dapat dibuat dengan cara mengubah on dan off batere yang dihubungkan dengan kabel.
. Gambar 2.4 On/Off baterai
10
Swith diatas harus dibuat lebih halus yang akan membentuk gelombang sinus seperti pada gambar, karena jika tidak maka akan berupa squre ketika menghubungkan ke baterai. Kabel akan memiliki tegangan sebesar 1,5 volt, jika diputus akan nol, jika dilakukan secara cepat akan seperti pada gambar di bawah.
Gambar 2.5 Sine Wave dan Square Wave Transmitter diatas yang berupa gelombang sinnus ternyata tidak mengandung informasi apapun, maka diperlukan modulasi untuk menyampaikannya. Jenisnya ada 3 yaitu pulse modulation, amlitude modulation dan frequency modulation.
Gambar 2.6 Jenis pemodulasian gelombang sinus pada Transmitter
11
2.3 Gelombang Radio Gelombang radio adalah salah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik, dan terbentuk ketika objek bermuatan listrik dimodulasi (dinaikan frekuensinya) pada frekuensi yang terdapat dalam frekuensi gelombang radio (RF). Radiasi elektromagnetiknya bergerak dengan cara osilasi elektrik maupun magnetik. Gelombang elektromagnetik lainnya, yang memiliki frekuensi diatas gelombang radio meliputi sinar gamma, sinar-X, infra merah, ultraviolet, dan cahaya terlilhat. Ketika gelombang radio dipancarkan melalui kabel, osilasi dari medan listrik dan magnetik tersebut dinyatakan dalam bentuk arus bolak-balik dan voltase didalam kabel. Hal ini kemudian dapat diubah menjadi signal audio atau lainnya yang membawa informasi. Gelombang
radio
merambat
pada
frekuensi
100,000
Hz
sampai
100,000,000,000 Hz, sementara gelombang audio merambat pada frekuensi 20 Hz sampai 20,000 Hz. Pada siaran radio, gelombang audio tidak ditansmisikan langsung melainkan ditumpangkan pada gelombang radio yang akan merambat melalui ruang angkasa. Ada dua metode transmisi gelombang audio, yaitu melalui modulasi amplitude (AM) dan modulasi frekuensi (FM). Meskipun kata ‘radio’ digunakan untuk hal-hal yang berkaitan dengan alat penerima gelombang suara, namun transmisi gelombangnya dipakai sebagai dasr gelombang pada televise, radio, radar, dan telepon genggam pada umumnya.
12
2.5.
Receiver Receiver merupakan bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal atau data
yang dikirimkamn oleh transmitter. Bagian sederhana dari trasnmitter dapat tersusun dari komponen berikut : Dioda, kabel, batang logam untuk antena dan ground, dan earphone, seperti terlihat pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Dioda, kabel, batang logam untuk antena dan ground, dan earphone
2.6
Prinsip Modulasi dan Demodulasi Modulasi adalah suatu proses menumpangkan sinyal informasi ke dalam
frekuensi pembawa (Carrier). Dalam bahasa sederhananya modulasi adalah proses untuk memasukan sebuah pesan kedalam sinyal lain sehingga dapat ditranmisikan. ada banyak tipe-tipe modulasi yang sudah dikembangkan namun pada kali ini hanya modulasi berbasis frekuensi saja yang akan dibahas. Teknik modulasi dilakukan dengan cara mengubah parameter dari gelombang pembawa, yaitu amplitudo, frekuensi atau fasa sesuai dengan sinyal informasi yang dimodulasikan. Frekuensi carrier yang sudah dimodulasikan ini kemudian dipancarkan menjadi gelombang
13
radio. Sedangkan demodulasi adalah proses sebaliknya, dari modulasi yaitu mengambil kembali sinyal informasi dari frekuensi carrier yang diterima. Gelombang radio tersebut diterima oleh pesawat penerima, frekuensi carrier yang diterima dengan cara sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh sinyal informasi sebagaimana aslinya. Proses modulasi demodulasi dapat memancarkan dan menerima informasi yang ingin dikirimkan. Baik dalam bentuk komunikasi suara, data, fax, ataupun berupa video conference.
2.6.1 Modulasi Frekuensi Didalam modulasi frekuensi (frequency modulation/FM) kombinasi antara sinyal pemodulasi (informasi) dengan sinyal carrier menyebabkan output dari modulator FM mempunyai frekuensi yang bermacam-macam menurut amplitudo dari sinyal pemodulasi. Hal ini berlawanan dengan Modulasi Amplitudo, Gelombang pembawa memiliki amplitude yang berubah-ubah namun memiliki frekuensi yang tetap.
Gambar 2.8 Modulasi Sinyal Informasi dengan metode FM dan AM
14
2.6.2 Spektrum FM Bentuk gelombang dari modulasi frekuensi berupa sinyal termodulasi frekuensi yaitu mempunyai amplitudo tetap dengan besar frekuensi yang berubahubah atau menghasilkan banyak frekuensi. Bentuk gelombang termodulasi frekuensi ini akan mempunyai spektrum frekuensi dengan frekuensi yang cukup banyak atau mempunyai sinyal sideband hanya satu atau lebih dari satu. Banyaknya frekuensi dari hasil proses modulasi FM ini menentukan besarnya bandwidth dari suatu transmitter FM yang menyatakan lebar tempat kedudukan dari suatu transmitter. Semakin banyak sinyal sideband yang dihasilkan oleh transmitter FM, Semakin besar pula range frekuensi yang digunakan oleh transmitter FM tersebut. Pada sistem modulasi FM juga dikenal istilah index modulasi seperti yang digunakan pada sistem modulasi AM. Fungsi pengaturan index modulasi FM disini berbeda dengan yang digunakan pada sistem AM. Pada sistem FM fungsi index modulasi adalah untuk mengatur bandwidth frekuensi. Sedangkan pada sistem AM adalah untuk mengetahui atau mengatur kualitas dari sinyal termodulasi AM yang akan dipancarkan. Dalam pengaturan bandwidth untuk modulasi FM dikenal dua istilah yaitu NBFM (narrow band FM) dan WBFM (wideband FM). Pada NBFM mempunyai index modulasi lebih kecil atau sama dengan 1 dan sebaliknya untuk WBFM mempunyai index modulasi lebih besar dari 1.
2.6.3 Sistem Modulasi dan Demodulasi Pada prinsipnya data yang dikirim oleh bagian pemancar akan diterima oleh bagian penerima berupa sinyal digital. Namun pada dasarnya sinyal digital memiliki
15
kelemahan, sehingga dibutuhkan frekuensi pembawa atau frekuensi carrier, dimana frekuensi carrier tersebut lebih tinggi dari sinyal informasi tersebut dengan tujuan agar : 1. bisa dipancarkan ke berbagai penjuru 2. dapat mencapai jarak yang jauh 3. hasilnya dapat diproses, diperkuat ataupun ditranslasikan kedalam bentuk frekuensi yang lain 4. memiliki sifat elektromagnetik. Pada sisi penerima akan dilakukan proses kebalikan dari proses modulasi, yaitu proses demodulasi. Pada proses ini dilakukan pengambilan kembali sinyal informasi yang terdapat pada gelombang pembawa melalui proses penguatan, seleksi tuning, filtering, down converter dan lain sebagainya. Proses modulasi dan demodulasi pada dasarnya dibagi menjadi dua golongan yaitu: •
Modulasi untuk sinyal analog
•
Modulasi untuk sinyal digital
Dalam laporan ini penulis hanya akan menguraikan mengenai sistem modulasi digital. Sinyal digital hanya terdiri dari dua (2) jenis bit saja, yaitu bit 1 disebut high atau on dan bit 0 disebut low atau off. Modulasi digital sebenarnya adalah proses mengubah–ubah karakteristik dan sifat gelombang pembawa (carrier) dari sinyal analog menjadi digital yang hanya memiliki dua bit. Untuk frekuensi tinggi diberikan nilai bit 1 sedangkan untuk frekuensi rendah diberikan nilai bit 0.
16
Pada saat ini umumnya modem menggunakan modulasi digital, baik untuk informasi analog maupun digital. Pada informasi analog sebelum dimodulasi dengan sistem digital, terlebih dahulu diubah menjadi sinyal digital dengan menggunakan Analog–Digital converter. Dan pada saat proses demodulator menggunakan rangkaian Digital - Analog converter. Dengan menggunakan modulasi digital maka: •
Sinyal transmisi akan lebih tahan dalam perjalanan terhadap gangguan.
•
Sinyal yang diterima akan dalam keadaan baik, paling tidak cacat atau distorsi dapat dikurangi.
•
Bandwith yang dibutuhkan relatif lebih kecil karena hanya ada dua kondisi untuk BPSK dan empat kondisi untuk QPSK.
2.6.4 Teknik Modulasi dan Demodulasi Pada prinsipnya sistem modulasi digital hampir sama dengan sistem modulasi konvensional (AM,FM atau PM). Perbedaannya yaitu pada sistem modulasi digital inputnya hanya memiliki 2 level keadaan (tinggi dan rendah), sedangkan pada sistem konvensional dimasukkan input berupa sinyal analog. Ada tiga macam teknik modulasi digital, yaitu ASK (Amplitudo Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying) dan PSK (Phase Shift Keying). Ketiga modulasi ini mempunyai kelebihan dan kekurangan, sehingga penggunaannya dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk modulasi digital, sistem yang sering digunakan dalam komunikasi adalah :
17
a. ASK (Amplitudo Shift Keying) ASK (Amplitude Shift Keying) atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metoda modulasi dengan mengubahngubah amplitude. Dalam proses modulasi ini kemunculan frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit per baud (kecepatan digital) lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab itu metode ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini faktor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada sistem modulasi AM. Pada ASK, frekuensi dan phasanya tetap, yang berubah – ubah adalah amplitudonya. b. FSK ( Frequency Shift Keying ) Frequency Shift Keying (FSK) atau pengirim sinya melalui pergeseran frekuensi. Metode ini merupakan bentuk suatu modlasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara harga-harga yang telah ditentukan semula dengan gelombang output yang tidak mempunyai fasa terputus-putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. FSK merupakan metode modulasi yang paling popular. Dalam proses ini gelombang pembawa digeser ke atas dan ke bawah untuk memperoleh bit 1
18
dan bit 0. Kondisi ini masing-masing disebut space dan mark. Keduanya merupakan standar transmisi data yang sesuai dengan rekomendasi CCITT. FSK juga tidak tergantung pada teknik on-off pemancar, seperti yang telah ditentukan sejak semula. Kehadiran gelombang pembawa dideteksi untuk menunjukan bahwa pemancar telah siap. Dalam hal pengunaan banyak pemancar (multi transmitter), masing-masingnya dapat dikenal dengan frekuensinya. Prinsip pendeteksian gelombang pembawa umumnya dipakai untuk mendeteksi kegagalan sistem bekerja. Bentuk dari modulated carrier FSK mirip dengan hasil modulasi FM. Secara konsep, modulasi FSK adalah modulasi FM, hanya disini tidak ada bermacam-macam variasi/deviasi ataupun frekuensi, yang ada hanya 2 kemungkinan saja, yaitu more atau less (High atau Low, Mark atau Space). Pada sistem modulasi FSK sinyal digital Hi/Lo ( I/O ) merubah – rubah frekuensi carrier menjadi dua frekuensi yang tergeser atau tersimpang dari semula. i. Frekuensi yang lebih tinggi dibanding aslinya disebut mark atau Hi. ii. Frekuensi yang lebih rendah bila dibanding aslinya disebut space atau Low. Tentunya untuk deteksi (pengambilan kembali dari kandungan carrier atau proses demodulasinya) akan lebih mudah, kemungkinan kesalahan (error rate) sangat minim/kecil. Umumnya tipe modulasi FSK dipergunakan untuk komunikasi data dengan Bit Rate (kecepatan transmisi) yang relative rendah,
19
seperti untuk Telex dan Modem-Data dengan bit rate yang tidak lebih dari 2400 bps (2.4 kbps). c.
PSK ( Phase Shift Keying ) Modulasi PSK, digunakan untuk transmisi data atau sinyal digital dengan kecepatan yang lebih tinggi. Pada modulasi PSK sinyal digital akan mengubah – ubah fase dari sinyal pembawa ( carrier ). Sedang untuk proses pengambilan kembali sinyal informasi dari sinyal pembawanya digunakan fase detektor. Setelah diseleksi, dituning dan difiltering secara keseluruhan.
2.7
Mikrokontroler Mikrokontroller merupakan suatu komponen elektronika / mikrokomputer
yang dikemas secara internal dalam sebuah IC / Chip atau biasa disebut single chip computer yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan digunakan khusus untuk keperluan instrumentasi dan pengendalian. Jadi, didalam sebuah mikrokontroler, selain memiliki CPU (Central Prosessing Unit) juga terdapat memori dan perangkat I/O. Secara umum struktur sistem mikrokontroler adalah sebagai berikut : 1. Mikroprosessor, sebagai CPU yang berfungsi sebagai unit pengolah pusat seluruh sistem. 2. Memori, terdiri dari ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Acces Memory). ROM berfungsi untuk menyimpan program / perangkat lunak yang akan dijalankan oleh CPU. Sedangkan RAM berfungsi sebagai tempat penyimpan data sementara yang mungkin diperlukan oleh CPU sewaktu menjalankan perangkat lunak, misal digunakan untuk menyimpan
20
nilai-nilai pada suatu variabel. 3. Perangkat I/O, berfungsi untuk menhubungkan sistem mikrokontroler dengan dunia luar. 4. Clock, merupakan perangkat tambahan yang terletak diluar sistem mikrokontroler dan berfungsi untuk menyinkronkan kerja semua perangkat dalam sistem. Sumber sinyal clock biasanaya didapatkan dari oscilator kristal. Adapun keunggulan dari mikrokontroler adalah adanya sistem interrupt. Sebagai perangkat kontrol penyesuaian, mikrokontroler sering disebut juga untuk menaikkan respon semangat eksternal (interrupt) di waktu yang nyata. Perangkat tersebut harus melakukan hubungan switching cepat, menunda satu proses ketika adanya respon eksekusi yang lain.
2.7.1
Komponen Pemroses Utama Pemroses utama terdiri dari mikrokontroler AT89S52 dengan memori
internal sebesar 8 kbyte dan kristal 12 MHz. Mikrokontroler AT89S52 merupakan salah satu jenis mikrokontroler CMOS 8 bit yang memiliki performa yang tinggi dengan disipasi daya yang rendah, sesuai dengan produk MCS-51. Kemudian memiliki sistem pemograman kembali Flash Memori 8 kbyte dengan daya tahan 1000 kali write/erase.
21
Disamping itu terdapat RAM internal dengan kapasitas 256 x 8 bit. Dan frekuensi pengoperasian hingga 24 MHz. Mikrokontroler ini juga memiliki 32 port I/O yang terbagi menjadi 4 buah port dengan 8 jalur I/O, dua timer/counter 16 bit dan sebuah osilator internal dan rangkaian pewaktu.
2.7.2
Bagian-bagian dan Konfigurasi Mikrokontroler Untuk rangkaian minimum sistem mikrokontroler AT89S52 digambarkan
pada gambar 2.9. Mikrokontroler ini memiliki 40 konfigurasi pin seperti digambarkan pada gambar 2.10. Fungsi dari tiap-tiap pin dapat dikelompokkan menjadi sumber tegangan, kristal, kontrol, dan input-output. Adapun blok diagram dari mikrokontroler AT89S52 ditunjukkan pada gambar 2.11. V CC
R1 1K
P P P P P P P P
LED
P ort P ort P ort P ort P ort P ort P ort P ort
1
ort ort ort ort ort ort ort ort
P 1 .0 P 1 .1 P 1 .2 P 1 .3 P 1 .4 P 1 .5 P 1 .6 P 1 .7 R ST P 3 .0 P 3 .1 P 3 .2 P 3 .3 P 3 .4 P 3 .5 P 3 .6 P 3 .7 X TA L2 X TA L1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
V CC P 0 .0 P ort P 0 .1 P ort P 0 .2 P ort P 0 .3 P ort P 0 .4 P ort P 0 .5 P ort P 0 .6 P ort P O .7 P ort E A /V P P A L E /P R O G P SE N P 2 .7 P ort P 2 .6 P ort P 2 .5 P ort P 2 .4 P ort P 2 .3 P ort P 2 .2 P ort P 2 .1 P ort P 2 .0 P ort
2 A T 8 9 S5 2 X TA L
C1 33pF
C2 33pF
V CC
SW R E SE T
V CC
C3 10uF
R2 10K
Gambar 2. 9 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler AT89S52
22
Gambar 2.10 Konfigurasi Mikrokontroller AT89S52
Gambar 2.11 Blok Diagram Mikrokontroller AT89S52
23
Adapun fungsi pin-pin dari mikrokontroller AT89S52 adalah sebagai berikut ini : a. Pin 1 sampai 8 Ini adalah port 1 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit dua arah. Dengan internal pull-up yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Port ini juga digunakan sebagai saluran alamat pada saat pemograman dan verifikasi. b. Pin 9 Merupakan masukan reset (aktif tinggi), pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroler ini. c. Pin 10 sampai 17 Pin ini adalah port 3 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit dua arah dengan internal pull-up yang memiliki fungsi pengganti. Bila fungsi pengganti tidak dipakai, maka ini dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serbaguna. Selain itu sebagian dari port 3 dapat berfungsi sebagai sinyal kontrol pada saat proses pemograman dan verifikasi. Berdasarkan keterangan fungsi alternatif pada tabel 2.1, maka port 3.0 dan 3.1 dapat digunakan sebagai saluran komunikasi data serial. Adapun fungsi penggantinya ditunjukkan pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Fungsi Pengganti dari Port 3 Mikrokontroler AT89S52 Bit
Nama
Alamat Bit
Fungsi Alternatif
P3.0
RXD
B0H
Untuk menerima data port serial
P3.1
TXD
B1H
Untuk mengirim data port serial
P3.2
INT0
B2H
Interupsi eksternal 0
24
P3.3
INT1
B3H
Interupsi eksternal 1
P3.4
T0
B4H
Input Eksternal waktu/pencacah 0
P3.5
T1
B5H
Input Eksternal waktu/pencacah 1
P3.6
WR
B6H
Jalur menulis memori data eksternal
P3.7
RD
B7H
Jalur membaca memori data eksternal
d. Pin 18 dan 19 Ini merupakan masukan ke penguat osilator berpenguat tinggi. Pada mikrokontroller ini memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada serpih yang sama (on chip) kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Karenanya 18 dan 19 sangat diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal. Selain itu XTAL 1 dapat juga sebagai input untuk inverting oscilator amplifier dan input ke rangkaian internal clock sedangkan XTAL 2 merupakan output dari inverting oscilator amplifier. e. Pin 20 Merupakan ground sumber tegangan yang diberi simbol GND. f. Pin 21 sampai 28 Pin ini adalah port 2 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit dua arah dengan internal pull-ups. Saat pengambilan data dari program memori eksternal atau selama mengakses data memori eksternal yang menggunakan alamat 16 bit (MOVX @ DPTR), port 2 berfungsi sebagai saluran/bus alamat tinggi (A8 – A15). Sedangkan pada saat mengakses ke data memori eksternal yang
25
menggunakan alamat 8 bit (MOVX @ R1), port 2 mengeluarkan isi dari P2 pada Special Function Register. g. Pin 29 Program Store Enable (PSEN) merupakan sinyal pengontrol untuk mengakses program
memori
eksternal
masuk
ke
dalam
bus
selama
proses
pemberian/pengambilan instruksi (fetching). h. Pin 30 Address Latch Enable (ALE)/PROG merupakan penahan alamat memori eksternal (pada port 1) selama mengakses ke memori eksternal. Pena ini juga sebagai pulsa/sinyal input pemograman (PROG) selama proses pemograman. i. Pin 31 External Access Enable (EA) merupakan sinyal kontrol untuk pembacaan memori program. Apabila diset rendah (L) maka mikrokontroler akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program eksternal, sedangkan apabila di-set tinggi (H) maka mikrokontroler akan melaksanakan instruksi dari memori program internal ketika isi program counter kurang dari 4096. Ini juga berfungsi sebagai tegangan pemograman (VPP = +12V) selama proses pemograman. j. Pin 32 sampai 39 Pin ini adalah port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open colector, dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pada saat proses pemograman dan verifikasi port 0 digunakan sebagai saluran/bus data. External pull-ups diperlukan selama proses verifikasi.
26
k. Pin 40 Pin 40 merupakan positif sumber tegangan yang diberi simbol VCC.
2.7.3
Register Mikrokontroler AT89S51 mempunyai register – register sebagai berikut:
1. Accumulator (register A) Accumulator adalah sebuah register 8 bit yang merupakan pusat dari semua operasi accumulator termasuk didalam operasi aritmatika, operasi logika, membebani dan menyimpan serta operasi-operasi masukan. 2. Register B Register ini memiliki fungsi yang sama dengan register A. 3. Program Counter (PC) Pencacah program merupakan sebuah register 16 bit yang selalu menunjukkan lokasi memori dari instruksi yang akan diakses. 4. Stack Pointer (SP) Stack Pointer merupakan sebuah register 16 bit yang mempunyai fungsi khusus sebagai penunjuk alamat atau data yang berada paling atas pada operasi penumpukkan di RAM. Penunjukan penumpukkan selalu berkurang dua, setiap kali data didorong masuk kedalam lokasi penumpukkan dan selalu bertambah dua, setiap kali data ditarik ke luar dari lokasi penumpukkan. 5. Program Status Word (PSW)
27
Register
ini
berisi
beberapa
bit
status
yang
mencerminkan
keadaan
mikrokontroler. Definisi dari bit – bit dalam PSW dijelaskan seperti berikut. CY
•
AC
F0
RS1
RS2
OV
-
P
Bit carry flag (CY) Bit carry (bit ke - 8) mempunyai dua fungsi yaitu: pertama, carry akan menunjukkan apakah operasi penjumlahan mengandung carry (sisa) atau pada operasi pengurangan mengandung borrow (kurang). Apabila operasi ini mengandung carry, maka bit ini akan di-set satu. Sedangkan jika mengandung borrow, maka bit ini akan di-set nol. Kedua, carry dimanfaatkan sebagai bit ke delapan untuk operasi pergeseran (shift) atau perputaran.
•
Bit Auxiliary Carry (AC) Bit ini menunjukkan adanya carry (bawaan) dari bit ketiga menuju ke bit keempat pada operasi aritmatika atau dari 4 bit rendah ke 4 bit tinggi. Bit ini jarang digunakan dalam program, tetapi digunakan oleh mikrokontroler secara implisit pada operasi aritmatika bilangan BCD.
•
Bit Flag 0 (F0) Bit ini menunjukkan apakah hasil operasinya nol atau tidak. Apabila hasil operasi adalah nol, maka bit ini di-set 1, dan apabila hasil operasinya adalah tidak nol maka bit ini akan reset. Bit ini juga digunakan pada perbandingan dua buah data. Bila kedua data sama maka akan di-set 1 sedangkan jika kedua data itu berbeda maka akan di-reset nol.
•
Bit register select (RS)
28
RS0 dan RS1 digunakan untuk memilih bank register. Delapan buah register ini merupakan register serbaguna. Lokasinya pada awal 32 byte RAM internal yang memiliki alamat dari 00H sampai 1FH. Register ini dapat diakses melalui simbol assembler (R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6, dan R7). Pemilihan bank register diperlihatkan pada tabel 2.2. Tabel 2.2 Pemilihan Bank Register RS1
RS2
Bank
Lokasi Memori
0
0
0
00H – 07H
0
1
1
08H – 0FH
1
0
2
10H – 17H
1
1
3
18H – 1FH
Register R0 dan R1 dapat digunakan untuk pengalamatan tak langsung pada internal RAM. •
Bit Overflow (OV) Bit ini menunjukkan adanya kelebihan atau kekurangan bit pada operasi penjumlahan atau pengurangan.
•
Bit parity (P) Bit ini menunjukkan paritas dari hasil operasi, jika 1 maka hasil operasinya adalah genap, dan jika 0 maka hasil operasinya adalah ganjil.
29
6. Power Control Register (PCON) Register PCON berfungsi sebagai pengontrol mode kerja daripada CPU. Register PCON ini tidak dapat dialamati per bit. 7. Register Timer Mode (TMOD) Register yang berfungsi sebagai pengontrol pemilihan mode operasi untuk timer/counter. Sedangkan untuk pengontrol kerja timer/counter adalah register timer control (TCON). 8. Serial Control Register (SCON) Register yang berfungsi untuk mengontrol kerja port serial. Port serial pada mikrokontroler AT89S51 bersifat full duplex, yang berarti dapat mengirim dan menerima data secara bersamaan. Register penerima dan pengirim pada port serial diakses pada SBUF (serial buffer).
2.7.4
Unit Aritmatik Logika ALU (Arithmetic Logic Unit) berfungsi melaksanakan operasi-operasi
aritmatik maupun logika, seperti penjumlahan, pengurangan, operasi OR, operasi NAND dan sebagainya. Hasil operasi tersebut selanjutnya disimpan kembali ke dalam accumulator. Operasi yang terjadi pada ALU berhubungan erat dengan accumulator dan bit status pada register F/PSW.
30
2.7.5
Sumber Pencacah Pewaktuan AT89S52 Mikrokontroller AT89S52 dilengkapi dengan sumber detak/osilator internal
(on chip oscilator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi AT89S52. Untuk menggunakan osilator internal diperlukan tambahan kristal atau resonator keramik antara pena XTAL1 dan XTAL2 dan sebuah kapasitor ke ground. Untuk kristalnya dapat digunakan frekuensi dari 3 sampai 433 MHz. Sedangkan untuk kapasitornya dapat bernilai 30 pF+10 pF. Bila menggunakan sumber clock eksternal maka XTAL 2 NC (No Connection) dan sumber dihubungkan dengan XTAL1.
2.7.6
Interupsi Program yang sedang dijalankan oleh mikrokontroller AT89S52 dapat
dihentikan untuk sementara dengan meminta interupsi. Apabila AT89S52 mendapat permintaan interupsi maka program counter (PC) akan diisi alamat dari vektor interupsi, kemudian AT89S52 melaksanakan rutin pelayanan interupsi mulai dari alamat tersebut setelah selesai maka AT89S52 akan kembali ke pelaksanaan program utama yang ditinggalkan. Mikrokontroller AT89S52 menyediakan 6 sumber interupsi yaitu 2 buah interupsi eksternal (INT 0 dan INT 1), 3 buah interupsi timer (Timer 0, Timer 1, dan Timer 2), dan sebuah interupsi port serial. Selain itu ada juga sebuah non maskable interrupt yaitu reset yang tidak dapat dihalangi oleh perangkat lunak. Setiap sumber interupsi dapat diprogram secara individual (sendiri-sendiri) baik pengaktifannya maupun prioritasnya. Untuk mengaktifkan atau menonaktifkan interupsi dikontrol oleh register IE (interrupt
31
enable), sedangkan untuk tingkat prioritasnya diatur oleh register IP (interrupt priority).
2.7.7
Instruksi Mikrokontroler AT89S52 Mikrokontroller AT89S52 mempunyai 256 kode instruksi. Seluruh instruksi
dapat dikelompokkan dalam 4 bagian yang meliputi instruksi 1 byte sampai 4 byte. Semua instruksi tersebut dapat dibagi menjadi lima kelompok menurut fungsinya, yaitu: 1. Instruksi Pemindahan Data Bagian instruksi ini hanya menyalin data suatu lokasi memori (sumber) ke lokasi tertentu (tujuan), tanpa terjadi perubahan isi data dari sumber. Selain lokasi memori, data juga dapat dipindahkan dari suatu register ke register lain, pemindahan (penyalinan) antar muka-register dan antar muka-memori. 2. Instruksi Aritmatika Instruksi ini melaksanakan operasi aritmatika yang meliputi penjumlahan, pengurangan, penambahan satu (increment), pengurangan satu (decrement), perkalian dan pembagian. 3. Instruksi Logika dan Manipulasi Bit Instruksi ini berhubungan dengan operasi-operasi logika pada accumulator dan manipulasi bit. Macam dari instruksi ini adalah AND, OR, XOR, perbandingan, pergeseran, dan komplemen data.
32
4. Instruksi Percabangan Instruksi ini mengubah urutan normal pelaksanaan suatu program. Dengan instruksi ini program yang sedang dilaksanakan akan mencabang ke suatu alamat tertentu. Instruksi ini dibedakan atas percabangan bersyarat (misalnya CJNE) dan percabangan tanpa syarat (misalnya ACALL). 5. Instruksi Stack, I/O, dan Kontrol. Instuksi ini mengatur penggunaan stack, membaca/menulis port I/O, serta pengontrolan-pengontrolan.
2.8
Sensor Infra Merah Cahaya Infra Merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat
dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya Infra Merah akan Nampak pada spektrum electromagnet dengan panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkanya masih terasa atau dideteksi. Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan radiasi infra merah termasuk tubuh manusia maupun binatang.Cahaya infra merah, walaupun mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetap tidak dapat menembus bahan-bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang Nampak sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang Nampak oleh mata.
33
Semua gelombang elektromagnetik mempunyai medan magnet, elektrik dan merambat dengan sangat cepat. Di dalam ruang hampa, gelombang elektromagnetik meramba dengan kecepatan gelombang yang berbeda-beda tergantung pada bahan pemandu gelombang. Frekuensi ditentukan oleh sumber pemancar dan tdak berubah bila cahaya berjalan dari satu bahan ke bahan yang lain. Secara sederhana cahaya infra merah sebagai gelombang elektromagnetik dapat dilukiskan sebagai gelombang datar monokromatis, yaitu gelombang sinusoida yaitu berpropagasi dalam satu arah.Selain sebagai gelombang, cahaya juga bersifat sebagai partikel kecil yang disebut foton.Kuantitas partikel cahaya yang paling banyak digunakan adalah energi dan momentum. Perubahan energi atom dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat yang lebih tinggi disebut absorpsi, karena di dalamnya terdapat proses penyerapan energi. Sebaliknya jika atom jatuh dari tingkat energy yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah akan terjadi proses emisi, yaitu pancaran cahaya. Prinsip ini dipergunakan pada piranti optoelektronika seperti LED, Photodetektor maupun laser. Cahaya Infra merah sebagai gelombang datar mempunyai beberapa sifat seperti refleksi (pemantulan) dan refraksi (pembiasan), seperti halnya cahaya tampak. Cahaya infra merah dapat memantul bila mengenai cermin dan dapat menembus
34
inatinggi maka dibutuhkan kondisi line of sight (LOS) pada proses perambaratan – lurus tanpa halangan. Bila ada halangan maka sinyal yang dikirim tidak sampai kepada penerima.Ini merupakan salah satu sifat dari gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi. Pada kenyataannya gelombang infra merah ini dapat mengalami gangguan – gangguan interferensi seperti halnya dengan menggunakan gelombang radio.Cahaya dari filamen dan lampu flourecent intensitas tinggi serta sinar matahari yang ada disekitar rangkaian dapat mempengaruhi kerja rangkaian pemancar – penerima infra merah. Untuk mengurangi pengaruh ini dilakukan dengan beberapa cara, antara lain: 1. Pemilihan LED infra merah yang radiasinya besar dan penggunaan reflector. 2. Penyekatan photodetektor dari sumber –sumber cahaya luar. 3. Penggunaan photodetektor yang sensitivitasnya tinggi.
2.8.1
Karakteristik Infra Merah •
Tidak dapat dilihat pleh manusia
•
Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
•
Dapat ditimbulkan oleh komponenyang menghasilkan panas
35
•
Panjang gelombang pada infra merah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan
2.8.2
Sumber Cahaya Infra Merah Sumber cahaya infra merah bekerja sebagai pemancar cahaya yang membawa
informasi.Sumber cahaya tersebut harus memenuhi beberapa persyaratan yang diperlukan.Pertama sumber tersebut mempunyai keluaran cahaya yang berintensitas tinggi sesuai kebutuhan.Kedua, sumber cahaya yang dihasilkan harus bersifat monokromatis. Namun pada kenyataannya, sumber cahaya tidak hanya memancarkan cahaya pada satu gelombang saja, tetapi pada suatu rentang panjang gelombang yang disebut lebar spectral. Semakin kecil lebar spektral sumber semakin koheren.Sumber yang memancarkan cahaya pada satu panjang gelombang (lebar spektral nol) adalah monokromatis sempurna. Sumber cahaya infra merah yang digunakan untuk alat pemancar adalah yang dibangkitkan dari light emitting diode (LED) yang merupakan piranti optoelektronika. LED adalah suatu semikonduktor dioda p-n yang memancarkan cahaya dalam daerah panjang gelombang antara infra merah sampai ultraviolet.LED mempunyai lebar spektral dari 20 nm – 100 nm. LED mempunyai karakteristik yang sama dengan diode penyearah, perbedaannya jika pada dioda penyearah energi sebagai panas, sedangkan pada LED energi keluar sebagai cahaya. Intensitas cahaya yang dihasilkan LED rendah sehingga biasanya hanya digunakan untuk sistem komunikasi jarak pendek, misalnya dalam ruangan.
36
2.9
Motor Stepper Motor Stepper banyak digunakan untuk aplikasi - aplikasi yang biasanya
cukup menggunakan torsi yang kecil, seperti penggerak piringan disket atau piringan CD. Motor Stepper adalah suatu jenis motor yang dapat digunakan untuk memindahkan sebuah benda dengan jarak perpindahan yang kecil. Sesuai dengan namanya, Motor Stepper (Motor Langkah) tidak seperti Motor DC yang dialiri arus secara terus – menerus namun Motor Stepper dialiri oleh pulsa listrik. Tiap – tiap pulsa akan menggerakkan poros motor sedikit. Dalam hal kecepatan, kecepatan Motor Stepper cukup cepat jika dibandingkan dengan Motor DC. Dengan model motor seperti ini, Motor Stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan atau berputar ke arah yang diinginkan, baik searah jarum jam atau sebaliknya. Kecepatan Motor Stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka Motor Stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Motor Stepper mengubah pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan rotor discret yang disebut step (langkah). Satu derajat per langkah motor memerlukan 360 pulsa untuk menggerakkan melewati satu putaran. Juga ada motor mikro step dengan ribuan langkah per putaran. Ukuran kerja dari stepper biasanya diberikan dalam jumlah langkah per putaran per detik. Motor Stepper biasanya mempunyai kecepatan dan torsi rendah, dengan kontrol gerakan posisi yang cermat.
37
2.9.1
Tipe Motor Stepper Motor Stepper dibedakan menjadi dua macam berdasarkan magnet yang
digunakan yaitu tipe magnet permanen dan variabel reluktansi. Motor Stepper yang digunakan pada alat adalah Motor Stepper yang mempunyai variabel reluktansi. Cara yang paling mudah untuk membedakan antara tipe Motor Stepper di atas adalah dengan cara memutar rotor dengan tangan ketika Motor Stepper tidak sedang dihubungkan ke suplai. Pada Motor Stepper yang mempunyai magnet permanen apabila diputar dengan tangan akan terasa tersendat, karena adanya gaya yang ditimbulkan oleh magnet permanen. Tetapi pada Motor Stepper dengan variabel reluktansi apabila diputar dengan tangan akan terasa lebih halus karena sisa reluktansinya cukup kecil. Tipe Motor Stepper ada dua macam yaitu Motor Stepper Unipolar dan Motor Stepper Bipolar. Motor stepper dengan tipe unipolar adalah motor stepper yang mempunyai 2 buah lilitan yang masing-masing lilitan ditengah-tengahnya diberikan sebuah tap seperti tampak pada gambar 2.12
Gambar 2.12 Motor Stepper Unipolar
38
Sedangkan motor dengan tipe bipolar mempunyai konstruksi yang hampir sama dengan motor stepper tipe unipolar namun tidak terdapat tap pada lilitannya, seperti tampak pada Gambar 2.14.
Gambar 2.13 Motor Stepper Bipolar
Penggunaan motor dengan tipe bipolar ini membutuhkan rangkaian tambahan untuk mengatur agar motor ini dapat berputar dalam dua arah. Biasanya untuk menggerakkan Motor Stepper ini digunakan sebuah driver motor. Driver ini akan mengontrol tiap - tiap lilitan secara independen termasuk dengan polaritasnya untuk tiap - tiap lilitan.
2.10
IC ULN 2803 IC ULN 2803 adalah sebuah piranti tambahan yang dapat memenuhi
kebutuhan arus dan tegangan yang cukup besar sehingga dapat mengerakkan Motor Stepper. Penggerak Motor Stepper ini berfungsi untuk mengatur pulsa - pulsa listrik dengan nilai tertentu sehingga dapat menggerakkan Motor Stepper. Perintah dimasukkan ke Mikrokontroler yang kemudian diolah dan outputnya digunakan
39
untuk menentukan langkah (step) dari Motor Stepper. Komponen utama dari IC ULN 2803 ini tersusun dari 8 buah rangkaian inverter dengan konfigurasi darlingtonnya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Skema Rangkaian IC ULN 2803 Dari Gambar 2.14 di atas pin 1 hingga pin 8 pada IC ULN 2803 akan terhubung pada Mikrokontroler, sedangkan pin 11 hingga pin 18 akan terhubung dengan Motor Stepper. Tiap bagian pasangan darlington ini akan berfungsi sebagai rangkaian saklar bagi Motor Stepper. Sehingga apabila input mendapat logika 1 (high), maka output akan berlogika 0 (low).
Gambar 2.15 Konfigurasi Darlington Driver IC ULN 2803
40
2.11
Motor DC Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah
sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor. Motor DC memiliki 2 bagian dasar : 1.
Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen.
2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.
Gambar 2.16 Motor DC sederhana Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
41
•
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
•
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
2.12
Rangkaian Relay Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat
mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan otak dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay, walaupun dalam pemakaian kontak sederhana relay masih banyak digunakan. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini dapat didefinisikan sebagai alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup atau membuka kontak sakelar, dan sakelar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Di bawah ini contoh relay yang banyak beredar di pasaran
42
Gambar 2.17 Relay yang tersedia di pasaran
Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut : •
Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh
•
Pengatur logika kontrol suatu system
2.12.1 Prinsip Kerja Relay Relay terdiri dari coil dan kontak. Coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang kontak adalah sejenis sakelar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Pada umumnya, relay hanya mempunyai satu kumparan, tapi relay dapat mempunyai beberapa kotak. Pada relay elektromekanis terdapat kontak diam dan kontak bergerak. Sebuah kontak mempunyai 2 fungsi,
yaitu sebagai
Normally Open (NO) dan Normally Close (NC) apabila diberikan tegangan pada kumparan, maka akan terjadi medan elektromagnetis karena adanya
43
medan magnit pada kumparan, maka akan menyebabkan kontak bergeser atau bergerak dari NO ke NC. Posisi kontak NO membuka jika tidak terdapat arus mengalir pada kumparan, dan akan menutup ketika arus melewati kumparan sebagai efek dari medan magnit. Posisi kontak NC menutup jika tidak terdapat arus mengalir pada kumparan, dan akan membuka ketika arus melewati kumparan sebagai efek dari medan magnit. Secara sederhana prinsip kerja dari relay adalah ketika coil mendapat energi listrik, akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan kontak akan menutup.
Gambar. 2.18 Skema Relay Elektromekanik
