RANCANG BANGUN AUDIO GENERATOR ITNTIJK FRI,KUENSI 20 Hz - 10 kIIz BERBASIS I\,IIKROKONTROLTR AT89S52 Oleh
:
Bagus Falkhurrozi, Ibrahim Nawawi, Sudaryanto Fakult$ Tekdk Utriversitas Tidar Magelang ABSTRACT
Dtgital audk Eenerctor can be made u)ith ni$ocontro et To pto&ce the de:ned frequency, then one vq, is rtilized to Eeneb ate signals niuocontrollq sinus. Sine o|ltpt4 signal processed t,ro"gh signalyoce:sing, so that the ottput signat can be sed Implemehtation of the design up oudio generutor derrgn incl der bltildinghat4eare annsofware. Fo. ha varc ststem cohsis,s ofa nintn n iticrocontrolkr AT89552, kelpad nabix 3 x 4, LCD 2 t 16, DAC ladder R2-R, AGC, e plifet, anplitude adj stet anA conputea *hile softaare is written using ptogqnners notepad 2. Test rcsdts show thal ,h; tool up audio generatot desiged functioninE less be ilaxi4al. Raised the flequency between2o Hz 9999 Hz t ith a srep increqse each I Hz.
Neleotdt : a^dio gettetulot, ,ntcrocorrfio et AT89552, dnqtinule adjutlet.
4'l
RMngB@su
Audio
G.,entor,,-. (Bas6 F
tkawt,ltratid NN@.
S&4t
do
ltal :4745)
A. PENDATIULUAN
1. Latar Belakang
Mikokonholer sebagai suatu terobosa:l teknologi di bidang rnikroelektronik4 hadir memenuhi kebutuhan pasar dan teknologi. Penggunaan mikrokonholer sangat luas, tidak hanya untuk akuisisi data rnelainkan juga untuk pengendalian di pabrik-pabrik, kebutuhan peralatan kantot peralatao lumah tangga, automobil, dan sebagainya. [Ial ini disebabkan mikrokontroler merupakatr sistem mikroprosesor (didalamya terdapat CPU, R0[4 RAM dan V0) yang telah terpadu pada satu keping, selain itu komponenqya (AT89S52) mwah.dan mu
48
l.oh6e t2,
No. 2. I t As'tstw 2009
2. Pembatasatr Masalah Dalam penelitian ini penulis hanya akan rnelakukan rancang bangun audio generator dengan frekuensi 20 Hz l0 kHz berbasis mikrokontroler AI89S52. Pada sistem audio generator ini perangkat - pelangkat yang digunakan antara lain : power supply 5\/3A, +lzVllA d^i -l2VllA, sistem minimum mikrokontroter AI89S52 dan modul LCD M1632 untuk menampilkan nilai frekuensi, keypad Datrik 3 x 4 serta IC Op-Amp CA 3140 dan LF 353, ua 741 sebagai pengolah sinyal. Sedangkan penbatasan masalah pada skipsi ini
-
meliputi:
.
Implemetrtasi mikokontroler AI89S52 sebagai audio generator dengan ftekuensi 20 tlz - 10 kHz serta amplitudonya 0,1V - 10
v;
.
Kenaikan ftekuensi setiap step sebesar I 1{z pada ftekuensi 20 Hz 100 llz,10 llz pada ftekuensi 100 Hz lkHz dan 20Hz pada frekueui lkllz - 10kHz.
-
-
3. Tinjauan Purtaka Suatu osilator uji atau generator sinyal merupakan alat yang sangat diperlukan dalam pekerjaan perbaikan alat - alat elekhonik, laboratoiium p€nelitian, atau pada bidang produlai. (Wllianr. 1984
:303). Generator sinyal standar sering diguakan untuk p€ngukwan
49
Rfuane sasu Auth A?drtu
.
.
(Basb
FatktMEi ftntn N^tut, sudeldo Ea!
.7a,
penguata!, lebar bidang (bandwith), perbandingan sinyal terhadap derur (sigal to noise iatio) dan sifet - sifat ratrgkaian lainnya. (William, 1984 ; 323). Pengolahan sinyal melibatkan pemakaian rangkaian khusus yang i:ampu mengubah atau memodiflkasi sinyal masukan yang diberikan. Sinyal keluaran yang dihasilkan rangkaian ini selanjutoya dapat dipakai untuk merumpilkan fiugsi yang berbeda. Rangkaian pembentuk gelombang sesungguhnya merombak bentuk sinyal secara keseluruhan, seperti integrasi datr diferensiasi. @redricl 1990 : 't1). kngkaian pengolahan sinyal lerdiri dari mngkaian pasifdan rangkaian aktif. Rangkaian pasif menggunakan komponen - komponen pasif sebagai penyusunnya, seperti : rcsistor, kapasitor, maupun induktor. Kelenahan dari rangkaian pasif adalah energi yarg 1slrang cukup banyak dafl ukurannya cerderutrg lebih besar. Sebaliknya uduk rangkaian aktif kelebihannya adalah lebih kompa( paduan komponen - komponeo pasifjumlahnya sedikii (resistor dan perlga,'. tolid state dtskif lainnya) danjuga memperkuat atau paliDg tidak rnempertahankan amplitudo sioyal masukan. (Frcdrich 1990 :
71).' Pembangkiran sinyal sinus dengan milaokontroler merupakan pekedaan yang sulit. Untrik satu periode sinyal, dihasilkan dengan melahrkan pembalikan polaritas sebanyak dua kali. Dengan demikian, untuk memperoleh satu g€lombang penuh pedDtah cpl yang
dilalo*an juga harus sebanyak dua kali. Jarak urtara perintah cpl dengan perintah cpl berikutnya merupakan setengah periode gelombang. (Snlhan , 2006 : 129).
uot@e 32, No. 2, ]s .4eatu 2A09
a. Mihokontroler AI89S52 Mikrokontoler AI89S52 merupakan milsokompuler CMoS 8 Kbyte Flash Proganuable dan Ercsable Read Only Memoi (PER0M). Mikokonholer ini berteknologi memori non volatile kerapatan tinggi dad Atnel yang kompatibel dengan milqokonbole! standar indushi MCS-51 baik pin IC maupun set instruksirya serta harganya yang relatif murah. Untuk fitur dad 8 bit dengan
AT89S52 antala lain: o kompatibel deogan keluarga mikrokoatroler MCS-51 sebelumnya.;
'
o nremiliki 8 Kbyle In-ststem Programmable
. . . . . .
a
.
ory .dengan kemampuan 1000 kali bacttulis; tegangan kerja 4 - 5.5 V; 256 x 8 bit RAM intemal; 32 jalur I I 0 yang dapat diprogram: trgabu?J.'rtimer / cou tet l6bit;
(ISP)
fash nen-
delapar sunber itrterubsi; saluraD!'full - duplea serial UART; trdtch dog tit tell mode pemrograman ISP yang fleksibel (byb dut page mode).
5l
PaME Btugd htait Catu.att
.... (Baga
Fatttxtur| lbtuhin
NMi,
&ldeytto lhl : 474t)
Gambar 1 . Bentuk Chip AT89S52
Mikrokontroler Af89S52 memputryai kapasitas I Kbyte Flash PEROM (Prograrnmable and Erasable Read Only Memory). Di dalamnya sudah terdapat fasilitas timer port serial,32kl&i110 daa RAM. Fasilitas-fasilitas piranti tersebut dapat dilihat Fada Gambar 2.
AI89S52 merupakan mcmori deogan tektrologi: non volatile aemory yutt mampu menyimpan data yang telah di download meskipun tegangan catu diqratikan.
Uolm.
32, No. 2,
I5
Agtu
2009
I
000s '
Gambar
2 Blok diagmmAT89S52
4. Ttrjuan ilan Manfrat Tujuan yang hendak dicapai adalah rancang bangun rangkaian digital audio geaerator dengan mikokontroler AI89S52 rmtuk ftekuensi 20 llz - 10 kHz dan meneliti kerirampuan cr? mikokontroler i{T89S52 sebagai aplikasi audio generator untuk ftekuensi 20 Hz- l0 kJlz. Sedangkan manfaatnya adalah untuk membuat suatu alat yang berfimgsi unhrk inenguji respor ftekuensi dengan menggunakan sinyal sinus.
53
Rarca,s
Eqsu Adio G.Erular
.-. (Bas6 FatvnEtuu,
tbtuhid
Nasti
Sud.u-.wto Eal : 17-65)
B, Metode Penelitisn
3.1.
Desaitr Sistem
Desain sistem merupakan bagian terpenting dari implementasi suatu sistem. Pada Gambar 3. ditunjukkan diagram blok dad sistem audio gelerator, yang terdiri dari beberapa subsistem antara lain: sistem minimum mikrokontroler AI89S52. keypad mahik3x4, modul LCD 2x16, rangkaian DAC R-2R ladder, tangkaiat elekhonik dan rangkaian perlgatul amplitudo.
fE"d"- l 1.*-*-l
u
t ^-fi;l fl,rv-lasin6 | ' I | ",T' ouEiui
.
I
Gambar 3. Blokdiagram sistem audio generator
Realisasi sistem audio generator berbasis mikrokontroler AT89S52 terdiri dari mikokontroler yang berfungsi menghasilkan sinyal sinus dan rangkaia4 DAC R-2R ladder S bit yang berfungsi sebagai penerjemah informsi data sinyal sinus berbentuk digital ke
54
YolM.
32, No. 2, 15
lEstu
2009
dalam informasi shyal sinus berbentuk analog. Agar shyal sinus dapat dimanfaatkan oleh perangkat lain, keluaran dari DAC R-2R ladder dikuatkan oleh qutomqtic gqin conbol, raflgkaia[ penguat tegangan seria amplitudo output diatur, Irputan nilai frekuensi diberikan melalui penekanan tombol keypad matrik 3 x 4. LCD sebagai modul penampil akan menampilkan setingan inputan nilai frekuensi yang diiuput melalui keypad. Adapun rangkaian sistem audio gerreralor dirunjukkan Cambar 4. dibawah ini.
::i.l
.
:.F
Gambar 4. Rangkaian sistem audio generator
3.2. Mikrokontroler Rangkaian sistem minimum mikrokonftoler AT89S52 berfirngsi sebagai pusat pengolah data dan pengendali seluruh sistem. Mitrokontrolerjuga berhrgas menerima program dalam format intel
55
RatcstE BmAn Ardio Generatt
-.
(BaEq Fatv'tu
E| Iirohin NNd'
SUA'4ado Hol :
174,
heksadesimal (.ihx) dari komputer dan menyimpannya dalamJ?arlt PEROM serta melaksdnakan program sesuai dengan instrtksi yang
dimasukkan ke dalam memorinya. Mikrokontroler membangki&an sinyal sinus yang kemudian diteruskan DAC R-2R. Dalam rangkaian ini, data sinyal sinus digital diubel: menjadi sinyal sinus analog. Sistem minimum mihokontroler ditunjukka! Gambar 5. berikut :
Gambar 5. Sistem minimum
mikokofltroler
C. Hasil dan Peubahasan 3.1. Pengkondisi Sinyal
Untuk pengkondisi sinyal digunakan rangkaian DAC R-2R
56
uolwe J2,
No. 2,
ti aetu
20A9
ladder 8 bit yang berfungsi sebagai penerjemah informasi daia sinyal sinus berbentuk digital ke dalam informasi sinyal sinus berbentuk analog. Data cuplikan sinyal sinus dari mikrckonholer kemudian diubah menjadi sinyal sinus yang patah - patah. Sinyal id kemudian diperhalus oleh kapasitor dan amplitudonya diatur oleh rangkaian pengatur amplitudo. 3.2. Modul LCD
Display yang digunakan adalah LCD M1632, memptmyai tampilan sebanyak 16 karakter 2 baris. LCD ini bedmgsi untuk menanpilkao data Aekuensi yang diinputkan melalui keypad. Modul LCD M1632 yang diguakan ditunjukkan pada Gambar 6. berikut :
.
Gambar'6. Modul LCD M1632
3.3. Ket'adlt.''rttikSx4 Keypod yaag digunakan dalam aptikasi iri adalah kzypad nBttiks 3 x 4 ya[g terdiri dari 3 kolom dan 4 baris. Berisikan angka
57
Rancole
Easu
Audto
6.wdor.... pdgB
lattlwi,
lbtolun
Nd^\ dardoEat:1?4,
0 sampai 9 dan 2 tombol yang tersisa dimanfaatkan rmtuk *, #. Pembuatan keypad, disini dimaksudkan unhrk mengetikkan nilai frekuensi, Untuk mengenali bagian kolom dan baris yang altifmaka freypad ini dihubungkan dengan minimum sistem AI89S52 kemudian dibuat program yang dapat meng€mli tombol yang sedang ditekan. Masing - masing kolom dihubungkan dengan P1.4, P1.5, Pl.6 dan masing - masing baris dihubungkan dengan PI.0, Pl.l, P1.2, P1.3. Pada k€ypad ini menggunakan rnetadE scanning keypad dalam pengambilan data. 3.4. Rrngkaisn Elektrotrikr
Rangkaiao elekhoaika dimanfaatkan untuk menguatkan sinyal yang berasat dari DAC R-2R ladder. Sinyal keluaran yang dihasilkan masih kecil serta membutuhka[ stabilitas amplitudo. Rangkaian elektronika terdiri dari rangkaian penguat iavefiing dan AGC (automalic gain cohftol\. 3.5. Pengatur
Amplitudo
Pada rancangan alat ini, dikehendaki FmFlitudo output dapat
diatut dari 0,1V- lov. Untuk menghasilkan tegangan arnplitudo terendah 0,1 Y maka sebelum masuk ke rangkaian pengatur amplitudo sinyal sinus sinyal diperlemah atau dikuatkan sebesar 0,04 kali. Dengan iegangan masukan 2,5 V akan dipercleh output 0,1 v. Rangksian pengatur amplitudo dituqiukkan pada Gambar 7. berikut.
58
UolM
Gambar 7. Rangkaian
32, No. 2, 15
tEufiB 2009
anplifer
Sinyal tersebut kemudian dikuatkan oleh raugkaia pengatur amplitudo sebesar 100 kali, sehingga didapatkan sinyal sinus ouSut 10 V. Dengan memutar potsnsiometer 100k seperti pada Gambar 8. maka besamya amplihrdo output antata 0,1 V- t0V.
Gambar 8. Rangkaian p€ngahlr amptiMo
59
RtMq
B@Eu
lrdio e.E4tot
3.6. P€rrtrgkat
...,
Aasa Fdkntm, Ibratttu NN@i,
Hal : 17-6t)
't&4qto
Lulak Audio Generator
Pemlogramarl mikrokontroler menggurakan bahasa C dengan baJotta(t compilet SDCC dan programmer otepqd 2. Setslah program selesai dicomp ile, progran kemudian didownloqd ke chip mikokonholer AI89S 52 melalui sofnare ISP Flash Microconnol/er. Diagram alir pemlograman mikrokontrol€! ditunjukkan Garnhar 9. di bawah ini.
Gambar 9. Diagram alir audio generalor
uolw. t2, No.2, l5 Asutut 2009
P€rnrograman sistem audio generator direalisasikan berdasardiagam alir yang ditunjukkan pada Gambar 9. Program program yang digunakan antara lain :
kan pada
r . r . a o
a
. o
.
mulai Program mulai dijalankan; inisialisasi Proses yang pertama dilakukan, inisialisasi ttmer,LCD dutkeypad; ubah fiekuensi Jika nilai frekuensi tidak diubah, maka ftekuensi berada pada ftektrcnsi defoult, yaitu 1000 IIz; ributrtr Jika Aekuensi diuba[ maka nilai ribuan akan dikalikan seribu; rafusao Nilai mtusan akan dikalikan seratus; puluhan Nilai puluhan akan dikalikan sepuluh; satuan Nilai satuan akan dikalikan satu;
konvelsi Nilai ribuarl ratusan, piluhan dan satual hasil perka.liao dijumlahkan; periode Sehlah nilai frekuensi akhir diketahui, maka periode dihihlng; hitung nilai tim er ?izer akal menghitung nilai periode sampai ovefow;
3qE6Atltt
aAnnttu.,.. (E@u
islrnlai timer Tizer akan diisi
sesirai dengan
Rt"ceA
t . r
FdMwL lbntd,tastuLserF
o
Hat. 17-65)
nilai periode yang &ekuensi masu-
kani
jalar*$ timet finar akan menghitung nilai periode dan mengambit
data tabel;
selesai
Program selesai dijdla*an. 3,7. Ilasil Pengujian Sisten
Pengujiao yang dilakukan meliputi pengujian output mikroko[aoler
dao peogujian sibtem seoara
keseluruhat
Tabel 1. Hasil pengujian output sinyal sinus mihokontrolor
T.$r4'r
vlifv
Et
o2v
5{mEz
0,1v
l@0
0,56
02o,
Berdasarka'r Tabel
l.
TqI!6
Sbyd
V
0,17V
menunjukkan output mihokontoler
62
uolM t2, N., z
15
tstthu
2009
berubah secara nonlinear. Amplitudo output berubah secara oonlini-
er disebabkan karena adanya kapasitor pacla rangkaian DAC R-2R ladder. Ketika frekuensi b€rubah semakin besar, ahtlitudo outsut turun secara nonlinier atau perubahan amplitudo output berbatrdng lurus dengan besamya reakt$si kapasitit Tabel 2. Hasil pengujlin sinyal sinus input.output sistem secara kes-
eluruhao
ln
508
SooEz
0,5
v
1V
Tapir! shrd
ot
pr& o$nodo9
5V
10v
2V
5V
D€ngatr merghitung nilai ftekuensi tampilan pada osciloskop unhrk ftekuensi 50. tlz dan 500 IIz, Nilai pergeseran ftekuensi paling besar diperoleh pada freku€lsi 500 Hz sebesar 177,M tIz dar dupal disimpulkan bahwa semakin b€s6r Aekuensi pequjiaD, maka semakin besar pula selisih ftekuensinya
6t
Fmotg RaEn Atttio G.urutq
,,,. (Bos6
Fatltatu,
htd1itu
NNN, Suaardo Hd : 47-6,
D. Kesimpulan
Dad pengujian rancang bangun sistem audio
generator
diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil pengujian sistem a:Cio gen$ato! berfirngsi kurang maksimal karena ftekuensi yang dibangkitkan tidak mencapai I 0 kHz; 2. Frekuensi sinus yang dibangkitkan berkisar arLtatu2l Hz - 9999 Hz karena keterbatasan RAM dalam AT89S52; 3. Sinyal output sistem dipengaruhi oleh tata letak komponerl pemililan komponen, kabel jumper serta IC 0p-amp yang digunakan; 4. Impedansi output audio getrerator stabil, namun unttrk nilainya tidak dapat dihitung secara real. Hal ini, telah penulis buktikan melalui pengujian derga! cara yang sudah ada; 5. Odput mihokontroler berubah secara nonlinier. Pada ftekuensi rendah X. bertambah besar, sehingga amplitudo output bertambah besar. Pada ftekuensi tinggi X" berkurang, sehingga amplitudo output berkurang pula.
DATTAR PUSTAKA
.
Anonim,2007, Hatdbook Miqocontroller for Advance Appli. cation MCS-51/AT89552, CIG Inshumentation Group : Yogyakarta.
!i4
Barmawi, M dan M.0, 1991, Elewonika Wadu: Rangksian don Sistem Analog dan Digital, Jilid 2, Etlaagga : Jatarta. Budihalio, Widodo dan Firmausyah, S, 20 05 , Elehronika Digital don Miboprosesor,Penerbit Andi : Yogyakarta
tblw
J2, No. 2,
t
t t9tma
2009
Budiharto, Mdodo, 2005, Perancanga Sistem den Aplikasi Milqokonttoler, PT. Elek Media Komputindo : Jakarta, Cooper, William D, 198:,6, Instrunentasi dan Teknik Penguhuraz, Erlangga: Jakarta Hughies, Fredrick W., 1986, Pand.uan OP - Amp, PT. Elex Media Komputindo: Jakatta, Purra, Agfianto Eko, 2004, Belqjsr Mibokantroler A789C51/52/ 55 Qeori dan Aplilasr), Penerbit Gava Media : YogyakartaSpiegel, munay
R,
1974, Advanced Calcrr&r, Mc Graw-Hill.Inc :
USA. Tim Lab: Mikoprosesor BLPT Surabaya, 2007, Pemrograman i.likrokontoler AI8935l dengan C/C++, Percrbit Andi : Yoryakarta. WardhanalinggA200 6, Betaiar Senditl Milqokontroler . ATMegq S53S,PeigrbitAndi : Yogyatarta.
65
AW seri
