TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Dasar Penelitian
2.6.1. Regulasi Tegangan dengan Regulasi IC
Karena regulasi tegangan untuk catu daya seringkali dibutuhkan, maka tersedia berbagai jenis IC yang memenuhi kebutuhan ini. Salah satu IC yang dipakai adalah seri 78xx, dimana xx merupakan tegangan keluaran IC tersebut. Tabel 2.3 merupakan spesifikasi dari IC 78xx. Supply (belum teregulasi) + Penguat differensial Umpan Balik
Tabel 2.3. Jenis IC dan keluaran tegangan [7]
IC 78xx mempunyai tiga kaki seperti terlihat dalam Gambar 2.8, satu untuk Vin, satu untuk Vout, dan satu untuk Ground. Dalam IC ini juga terdapat rangkaian pelindung agar di dalam IC tidak terjadi arus yang kuat atau daya yang terlalu tinggi yang membebani IC tersebut.
Gambar 2.8. Rangkaian regulasi tegangan dengan IC 78xx[6].
2.7. Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler yang digunakan untuk penelitian ini adalah AVR ATMega8535 dan mikrokontroler ini termasuk salah satu jenis dari kelas ATMega [16]. Seri ATMega8535 dipilih karena mikrokontroler ini memiliki beberapa fasilitas yang mampu menunjang perancangan dan pembuatan tensimeter digital. Fasilitas tersebut diantaranya system mikroprosesor 8 bit berbasis RISCyang dikemas dalam kode 16 bit, serial I/O sebanyak 32 buah ( Port A, Port B, Port C, Port D ), ADC ( Analog Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8channel.
Jenis IC Output Tegangan (V) Minimum V1 (V) 7805 +5 7,3 7806 +6 8,3 7808 +8 10,5 7810 +10 12,5 7812 +12 14,6 7815 +15 17,7 7818 +18 21,0 7824 +24 27,1
Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan untuk kerja dan paralelisme. Intruksi-intruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi yang lain atau berikutnya sudah diambil (pre-fetched) dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock [3].
Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.9, dari gambar tersebut dapat dijelaskan konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :
a. VCC, sebagai pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. b. GND, sebagai pin ground.
c. Port A (PA0..PA7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin masukan analog ke ADC.
d. Port B (PB0..PB7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin dengan fungsi khusus, sepertiTimer/Counter, komparator analog, dan SPI.
e. Port C (PC0..PC6), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin fungsi khusus seperti
Timer Oscilator, TWI, dan komparator analog.
f. Port D (PD0..PD7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin fungsi khusus seperti komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.
g. RESET, sebagai pin untuk me-reset mikrokontroler. h. XTAL1, sebagai inputOscilator.
i. XTAL2, sebagai outputOscilator.
j. AVCC, sebagai pin masukan tegangan ADC.
k. AREF, sebagai pin masukan tegangan referensi ADC.
2.7.1. Port I/O (Input/Output)
ATMega8535 mempunyai 32 pin I/O dan dikelompokkan menjadi empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Port I/O pada mikrokontroler ATMega8535 dapat berfungsi sebagai masukan atau keluaran, tergantung pada pengaturan yang digunakan. Untuk mengatur fungsi port I/O sebagai masukan atau keluaran perlu dilakukan pengaturan pada DDR dan port [3]. Konfigurasi pengaturan portI/O pada ATMega8535 terlihat dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Konfigurasi Pengaturan Port I/O pada ATMega8535
DDR bit =1 DDR bit = 0 Port bit =1 Keluaran aktif tinggi Masukan aktif rendah Port bit =0 Keluaran aktif rendah Masukan aktif tinggi
2.7.2. ADC ( Analog Digital Converter )
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki fasilitas Analaog to Digital Converter yang sudah built-in dalam chip, fitur inilah yang menjadi kelebihan dari ATMega8535 bila dibandingkan dengan mikrokontroler lainnya. Dengan adanya ADC internal ini kita tidak akan direpotkan lagi dengan kompleksitas hardware saat membutuhkan proses pengubahan sinyal dari analog ke digital seperti yang harus dilakukan jika kita memakai komponen IC ADC eksernal.
ATMega8535 memiliki resolusi ADC 10-bit dengan 8 saluran input dan mendukung 16 macam penguat beda. ADC ini dapat dikonfigurasi baik sebagai single ended input maupun differential input dalam mode pengoperasiannya. Selain itu ADC ini memiliki konfiguarsi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel sehingga dapat dengan mudah desesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri. Rangkaian internal ini memiliki catu daya tersendiri yaitu pin AVCC, tegangan dari pin ini harus sama dengan VCC ± 0.3 Volt [3].
Masukan analog ADC tegangan harus lebih besar dari 0 Volt, dan harus lebih kecil dari tegangan referensi (Vref). Masukan ADC dihubungkan dengan konfigurasi potensio yang dihubungkan dengan VCC dan GND untuk memperoleh rentang masukan analog ADC. ADC adalah pengubahan sinyal analog menjadi suatu nilai diskrit, sehingga terdapat error pada ADC. Error yang terjadi pada ADC ini dikenal oleh banyak orang elektronika sebagai error kuantisasi [3].
Data hasil konversi ADC dirumuskan sebagai berikut : a. Untuk Konversi tunggal :
= 1024 (2.1)
di mana Vin : tegangan masukan pada pin yang dipilih Vref : tegangan referensi yang dipilih
1024 : karena reolusiADC10 bit, 810= 1024 b. Untuk penguat beda :
= ( )
di mana :
Vpos : tegangan masukan pada pin positif Vneg : tegangan masukan pada pin negatif Gain : faktor penguatan
Vref : tegangan referensi yang dipilih
Register yang perlu di set nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection IO
Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function
IO Register). ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan referensi
ADC, format data keluaran (output), dan saluran ADC yang digunakan [3]. Register ADMUX ditunjukkan pada Gambar 2.10.
REFS 0 REFS 1 ADLAR MUX 4 MUX 3 MUX 2 MUX 1 MUX 0
Gambar 2.10.Register ADMUX
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. REFS [1..0] merupakan bit pengaturan tegangan referensi ADC ATMega 8535. memiliki nilai awal 00 sehingga referensi tegangna berasal dari pin AREF. Untuk nilai yang lain dapat dilihat pada tabel 2.5.
Tabel 2.5. Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC
REFS [1..0] Mode Tegangan Referensi
00 Berasal dari pin AREF 01 Berasal dari pin AVCC 10 Tidak digunakan
11 Berasal dari tegangan referensi internal
b. ADLAR merupakan bit pemilihan mode data keluaran ADC yang digunakan untuk menentukan konfigurasi isi dari register ADCH dan ADCL sebagai tempat menyimpan hasil konversi.
Gambar 2.11.Format DataADCdengan ADLAR=0
Gambar 2.12.Format DataADCdengan ADLAR=1
c. MUX [4...0] merupakan bit pemilih saluran pembaca ADC.
Dalam pembacaan hasil konversi ADC, dilakukan pengecekan pada bit ADIF
(ADC Interrupt Flag) pada register ADCSRA. ADIF akan bernilai satu jika
konversi saluran ADC telah selesai dilakukan dan data hasil konversi siap untuk diambil, demikian pula sebaliknya.
2.8. Penguat Operasional (Op-Amp)
Penguat operasional (operational amplifier) atau sering disingkat dengan Op-Amp, biasa dikenal sebagai IC, di mana banyak transistor yang digabungkan dalam satu kristal semikonduktor. Op-Amp merupakan penguat gandeng langsung (direct coupled) dengan perolehan tinggi yang mempunyai impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran
rendah. Istilah operasional menunjukkan bahwa penambahan komponen luar yang sesuai dapat dikonfigurasikan untuk melakukan berbagai operasi [6].
Masukan op-amp yang berlabel inverting (-) dan non inverting (+) merupakan masukan beda (difference input). Umumnya sinyal masukan diberikan pada salah satu masukan. Adapun masukan yang lain digunakan untuk mengendalikan karakteristik komponen. Penguatan antara keluaran dan masukan inverting adalah negatif sedangkan pengauatan antara keluaran dan masukannon invertingadalah positif [9].
Penguat operasional mempunyai dua tegangan catu yang berlabel V+ dan V- yang sama dan berpolaritas berlawanan seperti terlihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13.Simbol Penguat Operasional (Op-Amp)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa op-amp memiliki dua masukan, perbedaan antara keduanya sebagai berikut :
1. Jika sinyal masukan diumpan kenon inverseatau positif (+) maka keluarannya sefase dengan masukan.
2. Jika sinyal melalui masukan inverse atau negative (-) maka keluarannya berbeda fase 1800 atau setengah siklus. Jika sinyalnya positif maka keluarannya menjadi negatif.
Aplikasi dari penguat operasional diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Penguatinverse (inverting amplifier).
2. Penguatnon inverse(non inverting amplifier). 3. Pengikut tegangan (voltage follower).
4. Penguat jumlah (summing amplifier). 5. Penguat beda (difference amplifier).