Bab IV Perancangan Sistem
4.1 Perancangan Hardware
4.1.1 Perancangan Minimum Sistem AT89S51
Mikrokontroler yang digunakan pada Kit ini adalah AT89S51. Mikrokontroler
ini mendapat supply tegangan (VCC) sebesar 5VDC yang dihubungkan pada
pin 40 (VCC). Selain itu, Mikrokontroler ini juga memiliki empat port yang
dapat berfungsi sebagai input dan juga output, yaitu port 0 – 3. Dan
masing-masing port memiliki 8 buah bit untuk input-outputnya. Clock untuk
Mikrokontroler ini diperoleh dari luar (clock external) yang terhubung pada
pin 18 (XTAL2) dan 19 (XTAL1). Pada Mikrokontroler ini tidak terdapat fitur
Gambar 4.1 Skematik minimum sistem AT89S51
Mikrokontroler ini juga dapat dikomunikasikan secara serial dengan
menambah rangkaian serial tambahan MAX232 yang dihubungkan pada pin
10 (RXD) dan 11 (TXD). Mikrokontroler ini juga dilengkapi fitur yang
memungkinkan pemakai untuk melakukan reset yang terdapat pada pin 9
(RST).
4.1.2 Perancangan Seven Segment Tiga Digit dan Driver
Dalam perancangan seven segment pada Kit ini, penulis menggunakan
• IC Driver seven segment 74LS47
IC driver ini adalah driver dari seven segment tipe Common Anode.
Dimana IC 74LS47 merupakan IC decoder yang berfungsi mengubah kode
biner menjadi tampilan angka pada seven segment dengan tipe common
anode.
• Transistor BC557 sebagai switching seven segment untuk tampilan satuan, puluhan, dan ratusan
• Seven segment yang berfungsi sebagai display
Gambar 4.2 Skematik Seven Segment
Input data dari Mikrokontroler yaitu berupa data 8-bit. Dimana empat bit awal
(MSB) merupakan data untuk switching seven segment (S1 – S3) dan data Dot
yang akan masuk menuju IC driver 74LS47 yang kemudian akan di cacah agar
dapat ditampilkan oleh seven segment.
4.1.3 Perancangan LED 8-Bit
LED yang terdapat pada Kit yang dirancang oleh penulis berfungsi
sebagai display bit keluaran dari Mikrokontroler. Display bit sebanyak 8-bit
dan LED aktif low, sehingga diperlukan IC 74LS14 sebagai komponen untuk
membuat kondisi keluaran bit Mikrokontroler menjadi low dari aktif (1
menjadi 0) untuk membuat LED menyala.
Gambar 4.3 Skematik LED 4.1.4 Perancangan Switch 8 Bit
Switch yang penulis gunakan dalam rancangan kit ini adalah toggle switch
dengan posisi, yaitu posisi high dan low. Pada saat low posisi switch
dengan VCC. Dalam kit ini terdapat 8 buah switch yang dapat mengirimkan
data 8-bit ke Mikrokontroler. Pada saat switch dalam posisi high artinya
switch mengirimkan data berlogika 1 ke Mikrokontroler, sedangkan pada saat
low switch mengirimkan data berlogika 0 ke Mikrokontroler.
Gambar 4.4 Skematik Switch 4.1.5 Perancangan LCD 16x2
Pada Kit yang dibuat oleh penulis, jenis LCD yang dipergunakan adalah tipe
16x2 (16 buah kolom yang tersusun berderet dalam 2 baris). Dalam rangakian
ini, pengiriman data dari mikrokotroler ke LCD ada 2 jenis, yaitu pengiriman
data 4-bit dan 8-bit.
Pengiriman data 4 bit artinya data input LCD dan sinyal eksekusi melalui 1
port (bersamaan), sedangakan pengiriman data 8-bit, data input dan sinyal
Gambar 4.5 Skematik LCD
Pada rangkaian LCD yang dibuat oleh penulis, terdapat sebuah potensio pada
kaki 3 LCD, dan dioda pada kaki 15 LCD. Potensio berfungsi sebagai
pengatur kontras LCD, sedangkan dioda berfungsi sebagai back light.
Pada saat Mikrokontroler mengirimkan data 4 bit ke LCD, maka data tersebut
akan di masuk ke LCD melalui pin D4 – D7, sedangkan pin R/W akan
berfungsi sebagai baca (read) data atau tulis (write) data dan pin E akan
berfungsi sebagai indikasi sinyal operasi ketika proses read atau write terjadi.
4.1.6 Perancangan ADC 8 Bit
ADC yang digunakan dalam kit yang dirancang oleh penulis adalah
ADC0804. A/D ini menggunakan metode approksimasi berturut-turut untuk
mengkonversikan masukan analog (0 – 5V) menjadi data digital 8-bit yang
ekivalen. ADC0804 mempunyai pembangkit clock internal dan memerlukan
Gambar 4.6 Skematik ADC
Pada gambar diatas Pin 11 sampai 18 (keluaran digital) adalah keluaran tiga
keadaan, yang terhubung ke LED. Apabila CS (pin 1) atau RD (pin 2) dalam
keadaan high (“1”), pin 11 sampai 18 akan mengambang (high impedanze),
apabila CS dan RD rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada
saluran keluaran.
Sinyal mulai konversi pada WR (pin 3). Untuk memulai suatu konversi, CS
harus rendah. Bilamana WR menjadi rendah, konverter akan mengalami reset,
dan ketika WR kembali kepada keadaan high, konversi segera dimulai. A/D
ini mempunyai dua buah ground, A GND (pin 8) dan D GND (pin 10).
4.1.7 Perancangan Keypad 4x4
Gambar 4.7 Skematik Keypad
Keypad merupakan salah satu piranti yang berfungsi sebagai media input
dalam perancangan Kit ini. Data yang diperoleh dari keypad langsung dikirim
menuju Mikrokontroler melalui port yang tersedia. Data yang diperoleh dari
penekanan keypad adalah data 8 bit, dimana data 0 – 3 merupakan data baris
sedangkang data 4 – 7 merupakan data kolom. Data yang diperoleh
Mikrokontroler dari keypad adalah dalam bentuk bilangan hexa.
4.1.8 Perancangan Motor Servo 80 Derajat
Gambar 4.8 Skematik Motor Servo
Perancangan motor servo 80 derajat pada Kit yang dibuat oleh penulis
masukan yang dapat menggerakkan motor servo dengan sudut putar 80 derajat
(- 400 00 + 400)
4.1.9 Perancangan Motor Stepper Tipe 6 Kabel
Gambar 4.9 Schematic Motor Stepper
Pada perancangan motor stepper tipe 6 kabel, penulis menggunakan empat
buah transistor dan empat buah dioda, dimana masing-masing transistor di
paralelkan dengan dioda. Fungsi transistor pada rangkaian motor stepper
adalah sebagai switch atau saklar yang mengatur input tegangan ke setiap pole
atau kutub yang dimiliki oleh motor stepper. Sedang fungsi dioda sendiri
hanya sebagai penyearah tegangan (pengaman).
Motor stepper pada Kit yang dibuat penulis menerima input power sebesar 12
Vdc. Bit kontrol yang diperoleh dari mikrokontroler berjumlah 8 bit, namun
pole atau kutub motor stepper). Bit ini yang akan mengontrol transistor untuk
mengeluarkan output ke masing-masing pole atau kutub motor stepper.
4.1.10 Perancangan Motor DC 12 V
Gambar 4.10 Skematik Motor DC
Dalam perancangan motor DC pada Kit ini, penulis menggunakan jenis motor
DC 12V. Pada perancangan rangkaian motor DC ini, penulis menggunakan
beberapa komponen pendukung, yaitu transistor, IC 4N25, dan IC 74LS00.
Fungsi dari transistor dan IC 4N25 pada rangkaian ini adalah sebagai
switching pada input bit dari mikrokontroler dan juga input tegangan untuk
mengaktifkan motor DC.
Pada IC 4N25, bit kcontrol dari mikrokontroler yang diterima pada pin 1
berfungsi sebagai switching untuk mengalirkan tegangan +12V yang terdapat
pada pin 6 menuju pin 4 untuk dialirkan menuju transistor. Tegangan yang
sehingga tegangan +12V dapat masuk menuju motor DC dan mengaktifkan
motor DC.
Bit dari Mikrokontroler yang masuk menuju IC 74LS00 (IC logika AND)
akan di-AND-kan, dan hasil proses AND akan diteruskan menuju transistor
pada pin 11. Bila hasil proses AND adalah 1 (high) berarti tegangan Vcc
masuk menuju kaki Basis dari transistor dan mengaktifkan gerbang transistor
(saklar aktif), sehingga terjadi bedapotensial yang memungkinkan motor DC
aktif.
4.1.11 Perancangan Power Supply
Power Supply atau catu daya merupakan perangkat elektronik yang sangat
penting bagi perangkat-perangkat elektronik yang memerlukan tegangan DC.
Banyak sekali perangkat-perangkat elektronik kita temukan di pasaran yang
memerlukan tegangan DC, antara lain MP3 player, radio, VCD dan termasuk
komputer (PC). Dalam perancangan power supply sebaiknya power supply
tersebut dapat menghasilkan tegangan DC searah yang murni. Hal-hal yang
perlu diperhatikan dalam perancangan power supply adalah sebagai berikut :
• Transformator (trafo) step down (berfungsi untuk menurunkan tegangan
AC yang bersumber dari 220 VAC).
• Dioda penyearah atau dioda bridge (berfungsi untuk menyearahkan AC menjadi tegangan DC).
• Filter kapasitor (berfungsi sebagai filter).
Rangkaian power supply ini digunakan sebagai sumber tegangan dari semua
rangkaian pada sistem kit Mikrokontroler. Pada rangkaian power supply ini
digunakan trafo 3A. Oleh trafo tersebut, tegangan 220VAC diturunkan
menjadi tegangan sekunder 15 VAC.
Untuk menyearahkan tegangan sehingga tegangan AC berubah menjadi
tegangan DC, maka dibutuhkan suatu penyearah. Pada rangkaian power
supply yang dirancang, menggunakan full wave rectifier dengan dua buah
dioda sebagai penyearah. Agar keluaran dari penyearah terhindar dari noise,
maka digunakanlah kapasitor. Semakin besar nilai suatu kapasitor maka hasil
keluaran tegangannya akan semakin bagus. Untuk menstabilkan tegangan
digunakan IC regulator, pada rangkaian ini digunakan IC regulator jenis
LM7805, dan LM7812. LM7805 menyatakan keluaran tegangan 5VDC,
LM7812 menyatakan keluaran tegangan 12 Vdc. Tegangan keluaran 5VDC
digunakan sebagai input power untuk Mikrokontroler dan motor servo 80
derajat. Sedangkan tegangan keluaran 12VDC digunakan sebagai input power
untuk motor stepper dan motor DC.
4.1.12 Perancangan Mekanik Tool Box dan Tata Letak
Tool Box atau koper yang penulis rancang ini memiliki spesifikasi fisik, yaitu:
• Panjang : 362 mm
• Lebar : 310 mm
Hardware yang dirancang dan disusun pada proyek ini ditata pada sebuah
acrylic dengan Mikrokontroler terletak di tengah agar mempermudah proses
koneksi port.
Adapun layout atau tata letak komponen adalah sebagai berikut :
Gambar 4.11 Tata Letak Komponen
• Komponen yang terletak di tengah yaitu Mikrokontroler AT89S51.
• Komponen yang terletak di sisi kiri Mikrokontroler, yaitu seven segment tiga digit, LCD 16x2, ADC 8-bit, keypad 4x4.
• Komponen yang terletak di sisi kanan Mikrokontroler, yaitu Switch 8-bit, Motor Servo 80 derajat, Motor Stepper tipe 6 kabel, Motor DC 12V.