Materi 4: Microprocessor-Based Control

Materi 4: Microprocessor-Based Control I Nyoman Kusuma Wardana Sistem Komputer STMIK STIKOM Bali

Mikroprosesor mengantarkan ke suatu era baru dlm sistem kontrol Mikroprosesor menawarkan fleksibilitas thd kontrol program utk menyelesaikan berbagai masalah Kontrol berbasis mikrokontroler scr cepat menggantikan sistem kontrol berbasis sirkuit analog dan relai elektromekanikal Salah satu sistem kontrol berbasis mikroprosesor adalah Programmable Logic Controller (PLC) Kusuma Wardana, M.Sc.

3

Mikroprosesor  BUKAN sebuah komputer Utk bekerja, mikroprosesor memerlukan komponen tambahan, sprt memori dan input/output Komponen yg sangat terkait dgn mikroprosesor adlh mikrokontroler Mikrokontroler memiliki semua fungsi komputer dlm satu IC

Kusuma Wardana, M.Sc.

4

Arsitektur Mikroprosesor dan mikrokontroler Kusuma Wardana, M.Sc.

5

1.

2. 3. 4. 5.

Bbrp alasan menggunakan sistem kontrol digital berbasis mikroprosesor adlh sbb: Sinyal bertegangan rendah dr sensor ketika dikonversi menjadi sinyal digital dpt ditransmisikan pd jarak yg jauh dgn error kecil Mikroprosesor dpt menghandel kalkulasi dan strategi kontrol yg rumit Kemampuan long-term memory Strategi kontrol dgn diganti scr mudah dgn memasukkan program yg baru Dpt dibuat dlm bentuk komputer jaringan Kusuma Wardana, M.Sc.

6

Gambar Struktur Top-level Komputer Kusuma Wardana, M.Sc

8

Komponen2 komputer digambarkan sbb:

Kusuma Wardana, M.Sc

PC = Program Counter IR = Instruction Reg. MAR = Memory Addrs Reg. MBR = Memory Buffer Reg. I/O AR = I/O Address Reg I/O BR = I/O Buffer Reg. 9

Fungsi dasar dr komputer adalah mengeksekusi program Program  terdiri dr set instruksi yg tersimpan di memori Sederhananya, trdapat 2 tahap dlm mengeksekusi program: 1. Prosesor membaca (fetch) instruksi dr memori, dan 2. Prosesor mengeksekusi setiap instruksi Kusuma Wardana, M.Sc

10

Sekarang, amati contoh berikut: Misal prosesor mempunyai satu register data bernama accumulator (AC) Regiter data dan register instruksi mempunyai lebar 16-bit  16-bit words Format instruksi menyediakan 4-bit utk opcode  24 = 16 opcode yg berbeda Sisanya, Format instruksi menyediakan 12bit utk alamat 212 = 4096 (4K) alamat yg berbeda Kusuma Wardana, M.Sc

11

• • •

• • •

Register internal CPU: Program Counter (PC) = alamat instruksi Instruction Reg. (IR) = Instruksi yg dieksekusi Accumulator (AC) = penyimpanan sementara List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC Kusuma Wardana, M.Sc dari memori

12

Langkah2 eksekusi program Contoh: tambahkan isi dari memori dengan alamat 940 dengan isi memori yg beralamat 941, dan simpan hasilnya di alamat 941.


13

Jawab:

List opcode: •0001 = load AC dari memori •0010 = simpan AC ke memori •0101 = tambahkan ke AC dari memori


14

Jawab:



15

Jawab:



16

Jawab:



17

Jawab:



18

Jawab:



19

tambahkan isi dari memori dengan alamat 940 dengan isi memori yg beralamat 941, dan simpan hasilnya di alamat 941 Kusuma Wardana, M.Sc

20

A block diagram of a microprocessor-based computer Kusuma Wardana, M.Sc.

22

Salah satu bagian terpenting dr suatu sistem kontrol adalah koneksi antara kontroler dan dunia nyata

Pd sistem kontrol digital, data masuk dan keluar melalui antarmuka secara: o Serial o Paralel


23

Antarmuka paralel mengirim data 8-bit (atau lebih) menggunakan 8 kabel yg berbeda Antarmuka paralel sangat cocok utk mengirim data dr alat yg memiliki nilai ON atau OFF Contoh aplikasi: digital-to-analog converter (DAC)


24

Contoh: 8-bit DAC Rumus tegangan keluaran DAC: 𝑉𝑜𝑢𝑡

input × 𝑉𝑟𝑒𝑓 = 256 Kusuma Wardana, M.Sc.

25

Contoh: Sebuah 8-bit DAC memiliki sebuah tegangan referensi Vref sebesar 10 V. Input biner 10011011. Tentukan tegangan output Jawab: Input biner 10011011 sama dgn nilai desimal 155. 𝑉𝑜𝑢𝑡

input × 𝑉𝑟𝑒𝑓 155 × 10V = = = 𝟔. 𝟎𝟓 𝐕 256 256 Kusuma Wardana, M.Sc.

26

Mengingat kembali: Ubah biner (10011011)2 ke desimal: (10011011)2 = 1x27 + 0x26 + 0x25 + 1x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 = 128 + 0 + 0 + 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = (155)10


27

Contoh: Sebuah 8-bit DAC memiliki sebuah tegangan referensi Vref sebesar 10 V. Input biner 11111111. Tentukan tegangan output Jawab: Input biner 10011011 sama dgn nilai desimal 155. 𝑉𝑜𝑢𝑡 =

input×𝑉𝑟𝑒𝑓 256

=

255×10V 256

= 𝟗. 𝟗𝟔𝐕 (bukan 10V)


28

Salah satu parameter yg paling penting dr DAC adalah resolusi Resolusi  error terbesar ketika proses konversi dilakukan Jika 8-bit DAC  memiliki 28-1 = 255 steps Resolusi = 1/255 = 0.39% Jika 10-bit DAC  memiliki 216-1 = 65.535 steps Resolusi = 1/ 65.535 = 0.0015%


29

Contoh: Sebuah komputer menggunakan DAC utk menghasilkan tegangan yg mewakili posisi dr antena. Antena dpt berotasi 180o dan harus dpt diatur setiap 1o. Apakah resolusi 8-bit dapat digunakan? Bgmn jika designer memerlukan rotasi yg lebih kecil, misalnya 0.5o. Apakah 8-bit dapat digunakan?


30

Jawab: Resolusi yg diperlukan adlh 1 bagian dari 180, dgn kata lain resolusi 1/180 = 0.0056. Jika menggunakan 8-bit DAC, maka dpt menjangkau resolusi 1/255 = 0.0039. Dgn demikian, resolusi 8-bit sudah cukup.

Jika diperlukan pergerakan setiap 0.5o, maka memerlukan resolusi 0.5/180 = 0.0027. dgn demikian, 8-bit tidaklah cukup. Kusuma Wardana, M.Sc.

31

Contoh: DAC0808 Merupakan 8-bit DAC


32

Analog-to-digital Converter (ADC) adalah komponen elektronik yg mengubah tegangan analog menjadi sinyal digital

ADC umumnya merupakan sebuah chip dgn komponen pendukung di dalamnya Asumsi kita memiliki ADC 8-bit: Tegangan input ADC merupakan tegangan 0V (0000 0000)sampai dgn Vref (1111 1111). Kusuma Wardana, M.Sc.

33

𝑉𝑖𝑛 × 255 output = 𝑉𝑟𝑒𝑓 Kusuma Wardana, M.Sc.

34

Contoh: Sebuah 8-bit ADC memiliki Vref sebesar 7 Vdc. ADC tsb diberi input analog sebesar 2.5Vdc. Tentukan output biner dr ADC tsb


35

Jawab: Output dr 8-bit ADC memiliki memiliki nilai desimal maksimum 255 ketika Vin = Vref. Oleh karena itu, Vin sebesar 7Vdc akan dikonversi mnjd 255. 𝐨𝐮𝐭𝐩𝐮𝐭 =

𝑽𝐢𝐧 ×𝟐𝟓𝟓 𝑽𝐫𝐞𝐟

=

2.5Vdc×255 7Vdc

= 𝟗𝟏

Nilai desimal 91 = 01011011 Kusuma Wardana, M.Sc.

36

Mengingat kembali: Ubah desimal (91)10 ke biner 91/2 = 45 sisa 1 (lsb) 45/2 = 22 sisa 1 22/2 = 11 sisa 0 11/2 = 5 sisa 1 5/2 = 2 sisa 1 2/2 = 1 sisa 0 1/2 = 0 sisa 1 (msb)

Hasilnya (91)10 = (01011011)2 Kusuma Wardana, M.Sc.

37

Contoh: ADC0804 Merupakan 8-bit ADC


38

Amati gambar berikut sbg acuan

User memilih aksi pada port 03. jika ditekan Start, maka set point akan dibaca melalui port 01. Data dari sensor akan dibaca melalui port 02. Sesuai dgn strategi kontrol, output kontroler yang melalui port 00 akan mengontrol putaran motor. Demikian dilakukan sampai tombol Stop ditekan

Contoh sistem kontrol menggunakan antarmuka paralel Kusuma Wardana, M.Sc.

39

Pd komunikasi serial, data dikirim 1 bit setelah bit sebelumnya melalui sebuah penghantar (kawat). Alasan menggunakan kom.serial: 1. Penghantar lebih sedikit 2. Kabel lebih sedikit, mudah utk perlakuan pengurangan derau (noise) 3. Dpt ditransmisi utk jarak yg jauh


40

Data dlm komputer ditransmisikan dlm format digital Agar dpt berkomunikasi dgn dunia luar, digunakan konverter parallel-to-serial


41

Antarmuka RS232 Kusuma Wardana, M.Sc.

42

Beberapa alat yg sering digunakan pd sistem kontrol berbasis mikroprosesor: Mikrokontroler 2. Single-Board Computers 3. Programmable Logic Controllers (PLC) 4. Personal Computers 1.


44

Kilian, C., 2001, Modern Control Technology: Components and Systems, ed. 2, Delmar Thompson Learning Stallings, W., 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance 8th edition, Prentice Hall Hamacher,C., Vranezic, Z., Zaky, S., Manjikian, N., 2012, Computer Organization and Embedded Systems 6th edition, McGrawHill Kusuma Wardana, M.Sc.

45

Materi 4: Microprocessor-Based Control

Recommend Documents