1
PERANCANGAN TRAFIC LIGHT BERBASIS DIGITAL
LAPORAN PRAKTIKUM MATA KULIAH TEKNIK DIGITAL
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknik Digital, Yang Dibimbing Oleh ALFITH S.Pd, M.Pd
DIAJUKAN OLEH : KELOMPOK II AJRON
2013330008
FITRAH YULIA ASTARI
2013330009
RANDI AFRINALDI
2013330006
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO D-III FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI PADANG PADANG, 07 NOVEMBER 2013
2
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah swt. berkat rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini tentang ”Perancangan Trafic Light Berbasis Digital”. Laporan ini disusun dalam rangka memenuhi tugas akhir Mata Kuliah Teknik Digital yang dibimbing oleh Alfith, S.Pd., M.Pd. Dalam penyusunan laporan ini, penulis mendapat bantuan dan dorongan baik moril maupun non moril dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih, khususnya kepada Bapak Alfith, S.Pd., M.Pd. selaku pembimbing mata kuliah Teknik digital yang telah membimbing penulis untuk menyelesaikan laporan ini. Serta kepada teman sejawat yang telah memberikan motivasi, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas ini tepat waktu. Semoga dengan bimbingan dan petunjuk yang telah diberikan kepada penulis, menjadi amal saleh dan mendapatkan balasan yang berlipat ganda dari Allah swt. Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritikan dari pembaca. Mudah-mudahan laporan ini bermanfaat bagi pembaca dan pengelola pendidikan di masa yang akan datang. Semoga Allah swt. senantiasa memberikan ridho dan hidayah-Nya. Amin.
Padang, 07 November 2013
Penulis
i
3
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii A. Tujuan .......................................................................................................... 1 B. Teori Singkat ................................................................................................ 1 C. Alat Dan Bahan Serta Rancangan Anggaran Biaya ....................................... 10 D. Gambar Lay Out Dan Tata Letak Komponen ................................................ 10 E. Skema Rangkaian ......................................................................................... 11 F. Simulasi Trafic Light Berbasis Digital .......................................................... 11 G. Langkah Kerja .............................................................................................. 12 H. Perancangan (Program) ................................................................................ 12 I. Analisa Pembuatan Rancangan Trafic Light Berbasis Digital ....................... 16 J. Kesimpulan Dan Saran ................................................................................. 16
ii
1
A. Tujuan Tujuan dari proposal ini adalah sebagai persyaratan mengikuti ujian semester ganjil untuk Teknik Digital, sehingga dengan adanya laporan ini bisa menjadikan awal dari proyek untuk mata kuliah Teknik Digital. Sekaligus untuk menambah wawasan dalam rangkaian perancangan Trafic Light Berbasis Digital. Dan juga kepada pembaca agar dapat membantu untuk merangkai perancangan Trafic Light Berbasis Digital. Semoga laporan ini dapat diterima dan dipahami / mudah dimengerti oleh pembaca, maupun Dosen Pembimbing. B. Teori Singkat 1. Mikrokontroler ATmega 8535 AVR termasuk kedalam jenis mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 yang berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Pada mikrokontroler dengan teknologi RISC semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock, sedangkan pada teknologi CISC seperti yang diterapkan pada mikrokontroler MCS-51, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 12 siklus clock. Secara garis besar, arsitektur mikrokontrole ATMEGA8535 terdiri dari : 1. 32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C dan Port D) 2. 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) 3. 4 Channel PWM 4. 6 Sl eep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-Down, Standby and Extended Standby 5. 3 buah timer/counter. 6. Analog Compararator 7. Watchdog timer dengan osilator internal 8. 512 byte SRAM 9. 512 byte EEPROM 10. 8 kb Flash memory dengan kwmampuan Read While Write 11. Unit interupsi (internal dan external) 12. Port antarmuka SPI8535 “memory map” 13. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps 14. 4,5 V sampai 5,5 V operation, 0 sampai 16 MHz
2
Gambar IC ATmega 8535 Peta Memory ATMega8535 ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah . Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Selain itu AVR ATmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bisa sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. Status Register Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Status Register ATMega8535 1.
Bit7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk mengenable semua jenis interupsi.
3
2.
Bit6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T. Sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR
dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD. 3. Bi5 --> H (Half Cary Flag) 4. Bit4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow). 5. Bit3 --> V (Two's Component Overflow Flag), Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis. 6. Bit2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif. 7. Bit1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set, apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0. 8. Bit0 --> C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set, apabila suatu operasi menghasilkan carry. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 4 0 pin untuk model PDIP, dan 44 pin untuk model TQFP dan PLCC. Nama-nama pin pada mikrokontroler ini adalah : 1. VCC : merupakan pin y ang berfungsi sebagai pin masukan catu daya 2. GND : merupakan pin ground. 3. Port A (PA0...PA7) : merupakan pin I/O dan pin masukan ADC 4. Port B (PB0 – PB7) : merupakan akan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI. 5. Port C (PC0 – PC7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komperator analog, input ADC dan Timer Osilator. 6. Port D (PD0 – PD7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komperator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial. 7. RESET : merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 : merupakan pin masukan clock eksternal. 9. AVCC : merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 10. AREF : merupakan pin tegangan referensi ADC
4
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler ATMega8535 : 1.
Port A Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter. 2.
Port B Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB)harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi - fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut. 3. Port C Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2. 4. Port D Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan.
5
Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jik sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi -fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.
Tabel 2 Fungsi Pin-pin Port B 5. RESET RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka system akan di -reset. 6. XTAL1 XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit. 7. XTAL2 XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier. 8. AVcc Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter. 9. AREF AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus dibeikan ke kaki ini. 10. AGND AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki anlaog ground yang terpisah.
6
Bahasa Pemrograman ATMega8535 Pemrograman mikrokontroler ATMega8535 dapat menggunakan low level language (assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa Assembler mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika pemrograman satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan dengan mudah menguasai pemrograman keseluruhan mikrokontroler jenis mikrokontroler AVR. Namun bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C. Untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan waktu yang lama serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa C memiliki keunggulan dibanding bahasa assembler yaitu independent terhadap hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar. Bahasa C memiliki keuntungan -keuntungan yang dimiliki bahasa assembler (bahasa mesin), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dapat dilakukan dengan bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly . 1. Seven Segment Peraga/Penampil 7 segmen adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk memdekodekan data dari bahasa mesin ke dalam bentuk tampilan data desimal. Peraga/penampil 7 segmen pada dasarnya adalah konfigarasi LED yang disusun sedemikian rupa sehingga nyala dari LED tersebut dapat membentuk karakter angka desimal. Struktur tampilan dari peraga/penampil tujuh segmen tersebut dilabelkan dari a sampai g yang dapat menampilkan 10 karakter bilangan desimal pertama dari 0 sampai 9. Konstruksi dari penampil tujuh segmen ditunjukan pada gambar berikut.
Gambar 4 Konstruksi Internal Peraga/Penampil 7 Segmen
7
Untuk menggunakan peraga/penampil 7 segmen katoda bersama (common cathoda) maka pin A – G penampil 7 segment harus diberikan input berupa tegangan DC positif kemudian terminal common pada penampil 7 segmen dihubungkan ke ground. Kemudian untuk mengoperasikan penampil 7 segmen anoda bersama (common anoda) maka terminal input A – G pada penampil 7 segmen harus dihubungkan ke ground kemudian terminal common dihubungkan ke sumber tegangan DC positif. Resistor pembatas arus untuk LED pada penampil 7 segmen sebaiknya dipasang seri pada setiap pin atau jalur input A – G pada peraga/penampil 7 segmen tersebut. Pemasangan resistor seperti ini bertujuan untuk mendapatkan arus bias LED yang stabil pada setiap perubahan karakter tampilan pada penampil 7 segmen. 2. LED LED merupakan singkatan dari Light Emitting Diode. Dari sisi penggolongan, LED merupakan komponen aktif
bipolar
semikonduktor,
karena
itu
hanya
mampu
mengalirkan arus dalam satu arah saja. Untuk menyalakan LED, cukup dengan mengalirkan arus dari anoda ke katoda (for ward biass) dengan beda potensial minimum berkisar antara 1,5 hingga 2 volt dan arusnya berkisar di 20mA. Perlu diperhatikan juga bahwa LED juga memiliki tegangan nyala maksimum, jika tegangan tersebut terlewati maka LED akan rusak. Di Pasaran umumnya LED dikemas berkaki dua (katoda dan anoda) dengan bermacam‐macam warna nyala. Untuk membedakan kedua kaki tersebut, kaki anoda biasanya dibuat lebih panjang daripada katoda. Harganya sangat terjangkau, berkisar dari 250 rupiah hingga beberapa ribu rupiah. LED banyak digunakan untuk indikator dan transmisi singal atau bahkan untuk penerangan. LED banyak digunakan karena hemat daya, tahan lama dan ekonomis, maka wajar jika popularitas LED mengalahkan tabung nixie maupun lampu pijar.
8
Gambar LED
Antarmuka LED LED dapat menyala pada arus searah (DC) maupun arus bolak‐balik (AC), yang membedakan adalah kontinyuitas. Pada arus DC LED menyala secara kontinyu. Sedangkan pada arus AC, LED akan menyala secara tidak kontinyu (nyala‐padam secara
eriodic), menyala pada setengah gelombang pertama dan padam pada setengah
gelombang berikutnya. Hal ini terjadi secara periodik pada frekuensi senilai dengan frekuensi AC yang diterapkan. Hal ini terjadi karena LED hanya mengalirkan arus satu arah saja, sebagai akibatny a LED hanya akan menyala pada fasa dimana LED mendapatkan forward biasa (hanya setengah gelombang). Mata manusia terkadang terlalu lambat untuk merespon aktifitas nyala‐padam tersebut, pada frekwensi tertentu (biasanya 85Hz atau lebih) LED akan terlihat tetap menyala meskipun faktanya berkedip‐kedip. Prinsip ini lebih lanjut digunakan untuk memultipleks LED maupun untuk penghambatan daya.
3. Resistor Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Semakin besar nilai resistansi sebuah resistor yang dipasang, semakin kecil arus yang mengalir.
9
Gambar Resistor
4. Kapasitor Kondensator ialah suatu komponen listrik/elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.
Gambar Kapasitor 5.
Transistor Merupakan salah satu dari komponen elektronika yang berfungsi sebagai sakelar
otomatis.
Gambar Transistor
10
C. Alat Dan Bahan Serta Rancangan Anggaran Biaya No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Nama bahan IC Atmega 8535 LED Merah LED Kuning LED Hijau Socket IC Socket 6 kaki Saklar Switch Black Housing Transistor L7805 CN Kapasitor 47µf/16v Kapasitor 100µf/16v Kapasitor keramic Kristal 12MHz Papan PCB Pelarut Timah Kabel pelangi
Quantity 1pcs 4pcs 4pcs 4pcs 1pcs 1pcs 1pcs 5pcs 1pcs 1pcs 1pcs 1pcs 1pcs 1pcs 1pcs 1bks 2mtr 1/2mtr Total
Harga Rp. 70.000 Rp. 300 Rp. 300 Rp. 300 Rp. 2.500 Rp. 3.000 Rp. 1.500 Rp. 500 Rp. 3.000 Rp. 5.000 Rp. 1.000 Rp. 1.200 Rp. 1.000 Rp. .3000 Rp. 4.000 Rp. 3.000 Rp. 1.000 Rp. 5.000
D. Lay Out Dan Tata Letak Komponen
Jumlah Rp. 70.000 Rp. 1.200 Rp. 1.200 Rp. 1.200 Rp. 2.500 Rp. 3.000 Rp. 1.500 Rp. 2.500 Rp. 3.000 Rp. 5.000 Rp. 1.000 Rp. 1.200 Rp. 1.000 Rp. 3.000 Rp. 4.000 Rp. 3.000 Rp. 2.000 Rp. 2.500
Rp. 108.800
11
E. Skema Rangkaian
F. Simulasi Trafic Light Berbasis Digital
12
G. Langkah Kerja 1. Membuat layout dengan program eagle, yang di print dengan menggunakan kertas putih. 2. Pindahkan gambar layout ke PCB, dengan cara setrika, sehingga layout tersebut benar-benar terlihat jelas, jika tidak perjelaslah dengan spidol. 3. Melarut PCB dengan larutan, kemudian di gosok dengan kertas ampalas. 4. Membor PCB, kemudian memasang komponen sesuai dengan tata letaknya. 5. Kreasikan bentuk rangkaian, sesuai dengan keinginan. H. Perancangan (Program) Blog diagram rancangan miniature traffic light
Blog diagram rancangan miniature traffic light
13
Penjelasan blog diagram 1.
Membuat listing program traffic light, dalam percobaan ini pertama-tama yang dilakukan adalah membuat listing program dari miniature traffic light. Listing program untuk aplikasi ini adalah sebagai berikut : //Library yang digunakan #include #include //deklarasi array untuk menampilkan karakter pada seven sgmen unsigned char bil[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //fungsi utama void main(void){ //variabel untuk counter down int kanan; //setting port pada mikrokontroler PORTA=0x00; DDRA=0xFF;
PORTB=0x00; DDRB=0xFF;
PORTC=0x00; DDRC=0xFF;
PORTD=0xFF; DDRD=0xFF; //program utama while (1){ //perulangan untuk counter down pada seven segmen for (kanan=10;kanan>=0;kanan--){ //nyalakan ke empat seven segmen PORTD.7=0; PORTD.6=0; PORTD.5=0; PORTD.4=0;
14
//output port a sama dengan nilai varibel bil sesuai nilai variabel kanan PORTA=bil[kanan]; delay_ms(1000); if(kanan>3){ PORTB=0b10000100; PORTC=0b10000100; } if(kanan<=2 && kanan>=1){ PORTB=0b10000010; PORTC=0b10000010; delay_ms(50); PORTB=0b10000000; PORTC=0b10000000; } if(kanan==0){ PORTB=0b00100001; PORTC=0b00100001; }
} for (kanan=10;kanan>=0;kanan--){ PORTD.7=0; PORTD.6=0; PORTD.5=0; PORTD.4=0; PORTA=bil[kanan]; delay_ms(1000); if(kanan>3){ PORTB=0b00100001; PORTC=0b00100001; } if(kanan<=2 && kanan>=1){ PORTB=0b01000001; PORTC=0b01000001;
15
delay_ms(50); PORTB=0b00000001; PORTC=0b00000001; } if(kanan==0){ PORTB=0b10000100; PORTC=0b10000100; } } } }
2.
Membuat rangkaian minimum system dari ATmega 8535, yang nantinya dihubungkan dengan rangkaian output, yaitu rangkaian yang mencakup seven segmen dan led. Dibawah ini merupakan gambar rangkaian dalam pcb minimum system dan simulasi darirangkaian traffic light.
Rangkaian output pada pcb
rangkaian minimumsistem
16
Simulasi dari rangkaian miniature traffic light 3.
Mendownload program kedalam mikrokontroler ATmega 8535, sehingga dapat mengantarmukakan seven segmen dan led.
4.
Setelah rangkaian diberi sumber tegangan DC sebesar 5V maka miniature traffic light dapat berjalan sesuai dengan perintah program. I. Analisa Pembuatan Rancangan Traffic Light Berbasis Digital. Traffic Light adalah rambu-rambu yang biasanya digunakan dalam pengaturan
perjalanan lalu lintas, agar pengemudi / pengguna jalan dapat mematuhi peraturan lau lintas, sehingga mengurangi kecelakaan. Pada perancangan Traffic Light Berbasis Digital yang kami buat, maka antara led merah, kuning dan hijau Akan bergantian hidup pada waktu 5detik, namun waktu penggantian hidup antara led dapat diubah pada program, sesuai keinginan kita. J. Kesimpulan Dan Saran Kesimpulan Dari percobaan yang sudah dilkasanakan, maka dapat disimpulkan bahwa dalam project mengantarmukakan mikrokontroler dengan led dan seven segment melibatkan semua port pada ATmega 8535 yang digunakan sebagai output. Seven segment yang digunakan dalam dalam miniature traffic light ini bekerja dengan diprogram sebagai counter down. Dan nyala led dikendalikan oleh program agar bekerja sesuai seperti traffic light. Saran Harapan penulis dari uraian diatas, agar dapat mengambil manfaatnya bagi pembaca. Dan juga dari uraian tersebut, dapat menambah wawasan kita, khususnya bagi penulis. Sehingga dapat diterapkan dalam pemasangan rangkaian Traffic Light Berbasis Digital.
