KARYA AKHIR
PERANCANGAN
SISTEM PENGENDALIAN SUHU
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Oleh
MUHAMMAD SAFWAN
Nim. 02 5203 021
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERANCANGAN
SISTEM PENGENDALIAN SUHU
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Oleh
Muhammad Safwan Nim. 02 5203 021
Disetujui Oleh Pembimbing
Ir. Syahrawardi Nip. 131 273 469
Diketahui Oleh
Ketua Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik
Ir. Nasrul Abdi MT Nip.
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Pada ruang kontrol suatu industri atau pabrik banyak menggunakan peralatan yang membuat sistem kerja dari produksi berjalan secara otomatis. Peralatan tersebut diantaranya adalah PLC (Programmable Logic Controller) ataupun DCS (Distributed Control Sistem). Ruangan kontrol yang menggunakan PLC atau DCS ini temperaturnya harus di-setting dibawah 20 oC agar sistem kontrol dapat bekerja dengan baik.
Sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi temperatur dalam suatu ruangan adalah sensor suhu seperti LM35. Sensor ini bekerja berdasarkan kenaikan suhu ruangan, artinya setiap kenaikan suhu 1 oC akan menyebabkan kenaikan tegangan 1 mV. Perubahan tegangan pada sensor temperatur ini menjadi masukan untuk ADC (Analog to Digital Converter) yang akan diubah menjadi besaran digital 8 bit.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini, yang merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan perkuliahan pada Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Industri Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tak lupa selawat beriring salam penulis ucapkan kepada junjungan Nabi besar Muhammad SAW.
Karya akhir ini ditulis berdasarkan penelitian dan percobaan langsung terhadap rangkaian yang telah diteliti dan dipelajari dari buku dan internet. Pada Karya Akhir ini penulis membahas masalah proses pembuatan sebuah alat yang dapat mempertahankan temperatur dalam suatu ruangan . Karya akhir ini penulis beri judul ”PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN SUHU BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51”.
Selama berlangsungnya penulisan Karya Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis banyak mendapat bantuan dan dukungan serta masukan dalam penulisan Karya Akhir. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak penulis Abdul Aziz, Ibu penulis Husnaida, Kakak penulis Nurazizah SKM, Nurainun AMKeb, Zulkhairani Spd, Husnizar SP, Nasriana Spdi, Marlina, adik penulis Nurul Zakiah AM R.O
3. Bapak Rahmat Fauzi ST. MT. selaku Sekretaris Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Industri.
4. Bapak Ir. Syahrawardi . selaku dosen pembimbing Karya Akhir. 5. Seluruh staf pengajar serta pegawai administrasi.
6. Teman - teman angkatan 2002 khususnya Dedek, Indra, Yuliandra, Lany, Mia, Hafiz, Faisal, Kurniadi, Dannie, Riza, Fakhruddin dan lain-lain.
Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih belum sempurna dan masih banyak kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran serta kritikan yang konstruktif dan edukatif guna penyempurnaan Karya Akhir ini. Semoga Karya Akhir ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya.
Medan, November 2007 Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Abstrak ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... iv
Daftar Gambar... vii
Daftar Tabel ... viii
Daftar Lampiran ... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah...1
1.2. Tujuan Karya Akhir ...2
1.3. Rumusan Masalah ...2
1.4. Batasan Masalah ...2
1.5. Metode Penulisan ...4
1.6. Sistematika Penulisan ...5
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Perangkat Keras ...6
2.1.1. Mikrokontroler AT89S51 ...6
2.1.1.1. Konfigurasi Dan Fungsi Kaki Pin AT89S51 ...7
2.1.1.2. Struktur Memori...10
2.1.2. Analog to Digital Conevrter (ADC)...13
2.1.3 Sensor (LM 35) ...14
2.2. Perangkat Lunak ...16
2.2.1. Software 8051 Editor, Assemble, Simulator (IDE) ...16
2.2.2. Software Downloader (ISP – Flash Programer 3.0a) ...17
BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1. Diagram Blok ...19
3.2. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S51 ...20
3.3. Relay ...21
3.4. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) ...22
3.5. Rangkaian Jembatan H...24
3.6. Rangkaian Catu Daya...25
3.7. Rangkaian Peraga (Seven Segmen) ...27
3.8. Rangkaian Keypad 3 ...29
BAB IV PRINSIP KERJA ALAT DAN PROGRAM 4.1. Prinsip Kerja Alat...30
4.2. Program ...31
4.3. Diagram Alir ...32
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ...33
5.2. Saran...33
Lampiran 1 ...35
Lampiran 2 ...38
Lampiran 3 ...39
Lampiran 4 ...53
Lampiran 5 ...65
Lampiran 6 ...72
Lampiran 7 ...77
Lampiran 8 ...81
Lampiran 9 ...83
Daftar Gambar
Gambar 2.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51 ...7
Gambar 2.2. Konfigurasi Kaki ADC 0804...14
Gambar 2.3. Sensor Suhu Umum...15
Gambar 2.4. Tampilan Hasil Compile Program dengan menggunakan Notepad ..17
Gambar 3.1. Blok Diagram Sensor Temperatur...19
Gambar 3.2. Relay...21
Gambar 3.3. Rangkaian pembagi tegangan...23
Gambar 3.4. Penyearahan Gelombang Penuh...26
Gambar 3.5. Penyearahan Gelombang Penuh setelah diberi kapasitor...26
Gambar 3.6. Diagram pewaktuan (dari lembaran data) ...28
Gambar 3.7. Diagram pewaktuan bilangan 21 heksadesimal ...28
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
Lampiran 1. Rangkaian Perangkat Keras
Lampiran 2. Rangkaian Keseluruhan Dari Sensor Temperatur Lampiran 3. Program
Lampiran 4. LM 35 Lampiran 5. LM7805
Lampiran 6. Transistor NPN BD437 Lampiran 7. Transistor PNP BD438 Lampiran 8. Dioda 1N5399
ABSTRAK
Pada ruang kontrol suatu industri atau pabrik banyak menggunakan peralatan yang membuat sistem kerja dari produksi berjalan secara otomatis. Peralatan tersebut diantaranya adalah PLC (Programmable Logic Controller) ataupun DCS (Distributed Control Sistem). Ruangan kontrol yang menggunakan PLC atau DCS ini temperaturnya harus di-setting dibawah 20 oC agar sistem kontrol dapat bekerja dengan baik.
Sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi temperatur dalam suatu ruangan adalah sensor suhu seperti LM35. Sensor ini bekerja berdasarkan kenaikan suhu ruangan, artinya setiap kenaikan suhu 1 oC akan menyebabkan kenaikan tegangan 1 mV. Perubahan tegangan pada sensor temperatur ini menjadi masukan untuk ADC (Analog to Digital Converter) yang akan diubah menjadi besaran digital 8 bit.
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang Masalah
Pada zaman sekarang ini dibutuhkan suatu peralatan industri yang dapat
membuat suatu sistem kontrol dapat bekerja secara otomatis. Peralatan otomatis
ini harus efisien dan teliti dalam proses pengontrolan sehingga diharapkan sistem
menghasilkan suatu keluaran sesuai dengan yang diinginkan.
Untuk merancang suatu peralatan yang cerdas dan otomatis tersebut,
dibutuhkan suatu peralatan atau komponen yang dapat menghitung, mengingat
dan mengambil pilihan. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer (PC),
namun tidaklah efisien jika harus mengunakan komputer hanya untuk keperluan
diatas. Untuk itu komputer dapat digantikan dengan sebuah mikrokontroler.
Mikrokontroler merupakan sebuah chip atau IC (Integrated Circuit) yang
di dalamnya terdapat sebuah prosessor dan sebuah flash memori yang dapat
dibaca atau ditulis sampai 1000 kali, sehingga biaya pengembangan lebih murah
karena dapat dihapus kemudian diisi kembali dengan program lain sesuai dengan
kebutuhan.
Salah satu peralatan yang cerdas dan dapat bekerja secara otomatis yang
dibutuhkan di dalam dunia industri adalah alat pendeteksi temperatur dan
mengolah datanya secara otomatis sesuai kebutuhan. Peralatan pendeteksi
1.2.Tujuan Karya Akhir
Adapun tujuan dalam penulisan Karya Akhir ini adalah:
Untuk merancang suatu alat yang dapat mendeteksi temperatur berbasis
mikrokontroler AT89S51.
1.3.Rumusan Masalah
- Bagaimana cara kerja mikrokontroler yang berfungsi sebagai pusat
pengolahan data.
- Bagaimana cara membuat suatu perangkat yang dapat mendeteksi
temperatur mulai dari perancangan rangkaian hingga alat selesai dibuat.
1.4.Batasan Masalah
Mengingat masalah yang akan diangkat sebagai karya akhir ini
mempunyai ruang lingkup yang relatif luas, maka penulis membatasi masalah
karya akhir ini hanya pada :
- Hanya memaparkan cara kerja mikrokontroler sebagai pusat pengolahan
data.
- Hanya membahas prinsip kerja alat.
- Hanya membahas proses perancangan alat.
1.5.Tinjauan Pustaka
Mikrokontroler AT89S51, sebagai suatu terobosan teknologi
mikrokontroler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market
need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor
ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga
harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).
Perbandingan sederhana antara mikrokontroler dengan mikroprosesor
adalah di dalam mikrokontroler telah terdapat prosesor dan flash memori sehingga
tidak dibutuhkan lagi memori eksternal, sedangkan mikroprosesor di dalamnya
hanya terdapat prosesor saja sehingga masih diperlukan memori eksternal
(tambahan). Perbandingan lain antara mikrokontroler dengan mikroprosesor
adalah jumlah input/outputnya (I/O). Pada mikrokontroler AT89S51 terdapat 4
buah port yakni dari port 0 sampai port 3. Masing - masing port terdiri dari 8 buah
I/O, jadi jumlah keseluruhan I/O dari mikrokontroler AT89S51 ada 32 buah. Pada
mikroprosesor terdapat banyak I/O, misalkan mikroprosesor intel pentium 4 yang
memiliki 478 pin. Dari data di atas dapat dijelaskan bahwa jumlah I/O
mikroprosesor lebih banyak dari jumlah I/O mikrokontroler.
Pada perancangan sensor temperatur ini, mikrokontroler sangat penting
keberadaannya, yang mana di sini mikrokontroler berfungsi sebagai pusat
pengolahan data yang didapat dari ADC (Analog to Digital Converter). Besaran
analog yang didapat dari sensor temperatur (LM 35) diubah menjadi besaran
digital oleh rangkaian ADC sehingga keluaran dari ADC berupa besaran digital 8
bit berbentuk bilangan biner (01010101) yang dapat dikenali oleh mikrokontroler.
Juga rangkaian peraga/tampilan yakni dengan menggunakan tiga buah
”seven segment” agar dapat dikenali nilai yang didapat dari ADC. Display ini
dihubungkan ke port serial buffer dari mikrokontroler. Prinsipnya, nilai yang
didapat dari ADC dimasukkan ke salah satu port mikrokontroler dan kemudian
Kenaikan temperatur akan menyebabkan perubahan tegangan yang
dihasilkan oleh sensor sehingga besaran digital yang dihasilkan oleh ADC juga
berbeda. Untuk mengatur temperatur sesuai dengan yang di-setting, diperlukan
suatu peralatan yang dapat mempertahankan agar temperatur selalu stabil.
Pada perancangan sensor temperatur berbasis mikrokontroler AT89S51 ini
digunakan sebuah motor DC sebagai pengerak kipas untuk mendinginkan sensor.
Kecepatan putaran motor DC ini diatur sedemikian rupa agar temperatur yang
di-setting dapat tercapai. Misalkan temperatur yang di-setting 25 oC, maka pada
temperatur di atas 25 oC kipas akan berputar untuk mendinginkan ruangan. Untuk
mengatur sistem kendali otomatis inilah diperlukan mikrokontroler.
1.6.Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan karya akhir ini antara
lain adalah :
1. Dengan melakukan riset terlebih dahulu (try and error) dan mencari
rangkaian yang setara di internet dan buku-buku yang mendukung.
2. Merancang alat mulai dari perancangan PCB dengan mengunakan
software Eagle 4.13, mentransfer gambar dengan menggunakan kertas
transfer paper ke pcb polos, kemudian dilarutkan dan selanjutnya
mengebor dan mensolder komponen ke PCB.
3. Mempelajari cara pemrograman dari buku-buku yang mendukung dan
1.7.Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka
penulis membuat suatu sistematika penulisan. Sistematika penulisan ini
merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub-sub babnya. Adapun
sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang pemilihan judul, tujuan
penulisan karya akhir dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini berisikan tentang teori-teori dasar dan hardware serta
software yang digunakan.
BAB III : PERANCANGAN ALAT
Bab ini berisikan bagaimana langkah-langkah perancangan alat,
dimulai dari perancangan blok diagram rangkaian sampai dengan
pembuatan alatnya.
BAB IV : PEMBAHASAN RANGKAIAN DAN PROGRAM
Bab ini berisikan pengujian alat yang telah dibuat serta
pembahasan rangkaiannya dari segi prinsip kerja rangkaiannya
dan pembahasan program yang telah dibuat dan dimasukkan ke
dalam mikrokontroler.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang dapat diambil penulis
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Perangkat Keras
Dalam merancang sebuah peralatan yang cerdas, diperlukan suatu
perangkat keras (hardware) yang dapat mengolah data, menghitung, mengingat
dan mengambil pilihan. Mikrokontroler merupakan salah satu jawabannya.
Vendor dari mikrokontroler ini ada beberapa macam, diantaranya yang paling
terkenal adalah Atmel, Motorola dan Siemens. Selain mengunakan mikrokontroler
juga digunakan LM 35 sebagai sensor dan ADC sebagai pengkonversi besaran
analog menjadi besaran digital.
2.1.1. Mikrokontroler AT89S51
AT89S51 merupakan keluaran atmel dengan 4 Kbyte Flash PEROM
(Programmable and Erasable Read Only Memory). Isi memori tersebut dapat
diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. AT89S51 merupakan memori dengan
teknologi non-volatile memory (data tidak hilang walaupun catu daya dimatikan).
Memori ini biasa digunakan untuk menyimpan instruksi berstandar MCS-51 code
sehingga memungkinkan mikrokontroler ini bekerja dalam mode single chip
operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory
2.1.1.1 Konfigurasi dan Fungsi Kaki Pin AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 40 kaki, 32 kaki diantaranya adalah
kaki untuk keperluan Port paralel. Satu Port paralel terdiri dari 8 kaki, dengan
demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah Port paralel. Berikut adalah gambar
konfigurasi pin mikrokontroler AT89S51 :
Gambar 2.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51
Pada Gambar 2.1. terlihat bahwa AT89S51 mempunyai 4 buah port paralel,
yang masing-masing dikenal dengan Port 0, Port 1, Port 2, dan Port 3. Nomor dari
masing-masing jalur (kaki) dari Port paralel mulai dari 0 sampai 7, jalur pertama
Adapun fungsi dari masing-masing pin AT89S51 dapat kita lihat pada Tabel 2.1
1. Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O
biasa, low order multiplex address/data
ataupun menerima kode byte pada saat
Flash Programming.
2. Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini
dapat memberikan output sink kedelapan
buah TTL Input atau dapat diubah sebagai
input dengan memberikan logika 1 pada
port tersebut.
3. Pada fungsi sebagai low order
multiplex address/data port ini akan mempunyai internal pull up.
4. Pada saat Flash Programming
diperlukan external pull up terutama pada
saat verifikasi program.
1…8 P1.0…
P1.7
1. Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau
menerima low order address bytes selama pada saat Flash Programming.
2. Port ini mempunyai internal pull up
dan berfungsi sebagai input dengan
memberikan logika 1.
3. Sebagai output port ini dapat
memberikan output sink keempat buah input
TTL.
21…28 P2.0…
P2.7
A8…A15 1. Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau
memori secara 16 bit (Movx @ Dptr).
2. Pada saat mengakses memori secara 8
bit (Mov @ Rn), port ini akan
mengeluarkan isi dari P2 Special Function Register.
3. Port ini mempunyai internal pull up
dan berfungsi sebagai input dengan
memberikan logika 1.
4. Sebagai output, port ini dapat
memberikan output sink keempat buah input
TTL.
10…17
10
Port 3
P3.0 RXD
Sebagai I/O biasa Port 3 mempunyai sifat
yang sama dengan Port 1 maupun Port 2.
Sedangkan sebagai fungsi special port-port ini
mempunyai keterangan sebagai berikut :
Port Serial Input
16 P3.6 WR External Data Memory Write Strobe
17 P3.7 RD External Data Memory Read Strobe
9 RST Reset akan aktif dengan memberikan input
high selama 2 cycle.
30 ALE PROG 1. Pin ini dapat berfungsi sebagai
Address Latch Enable (ALE) yang me-latch low byte address pada saat mengakses
memori eksternal.
2. Sedangkan pada saat Flash
mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16
frekuensi oscillator kecuali pada saat
mengakses memorieksternal. Sinyal clock
pada pin ini dapat pula di-disable dengan
men-set bit 0 dari Special Function Register
di alamat 8EH.
3. ALE hanya akan aktif pada saat
mengakses memori eksternal (MOVX &
MOVC).
29 PSEN Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi
program yang terletak pada memori ekternal.
PSEN akan aktif dua kali setiap cycle.
31 EA VP 1. Pada kondisi low, pin ini akan
berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroller
akan menjalankan program yang ada pada
memori eksternal setelah di-reset.
2. Jika berkondisi high, pin ini akan
berfungsi untuk menjalankan program yang
ada pada memori internal.
3. Pada saat Flash Programming, pin ini akan mendapatkan tegangan 12 Volt (VP).
19 XTAL
1
Input Oscillator
18 XTAL
2
Output Oscillator
Tabel 2.1 Diskripsi Fungsi Pin Mikrokontroler AT89S51
2.1.1.2.Struktur Memori
AT89S51 mempunyai struktur memori yang terdiri dari RAM internal,
Special function register dan Flash PEROM. Spesifikasi dari masing-masing
1. RAM Internal: Merupakan memori sebesar 128 byte yang biasanya digunakan
untuk menyimpan variabel atau data yang sifatnya sementara. RAM internal
dialamati oleh RAM Address Register.
2. Special Function Register : Memori yang berisi register-register yang
mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler
tersebut, seperti timer, serial dan lain-lain. AT89S51 mempunyai 21 Special
Function Register yang terletak antara alamat 80H hingga FFH.
3. Flash PEROM : Memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi
MCS51. Flash PEROM dialamati oleh Program Address Register. AT89S51
mempunyai 4Kb Flash PEROM, yaitu ROM yang dapat ditulis ulang atau
dihapus menggunakan sebuah perangkat programmer, yang mempunyai
kemampuan untuk ditulis ulang hingga 1000 kali. Program yang ada pada
Flash PEROM akan dijalankan pada saat sistem di-reset, pin EA/VP berlogika
1 sehingga mikrokontroller aktif berdasarkan program yang ada pada Flash
PEROM-nya. Namun jika pin EA/VP berlogika 0, mikrokontroler aktif
berdasarkan program yang ada pada memori eksternal.
2.1.1.3. Antarmuka Serial AT89S51
Pada port serial AT89S51 penerimaan dan pengiriman data port serial
melalui register SBUF. Penulisan ke SBUF berarti mengisi register pengiriman ke
SBUF, sedangkan pembacaan dari SBUF berarti membaca register penerimaan
SBUF. Port serial pada AT89S51 bisa digunakan dalam 4 mode kerja yang
berbeda, terdiri dari 1 mode bekerja secara sinkron dan 3 lainnya bekerja secara
Adapun mode kerja dari port serial, antara lain yaitu :
1. Mode 0 : Mode ini bekerja secara sinkron, data serial dikirim dan diterima
melalui kaki P3.0 (Rxd), sedangkan kaki P3.1 (Txd) digunakan untuk
menyalurkan detak pendorong data serial yang dibangkitkan oleh AT89S51.
Data dikirim dan diterima 8 bit sekaligus dimulai dari bit LSB dan diakhiri
dengan bit MSB. Kecepatan boud rate 1/12 frekuensi kristal yang digunakan.
2. Mode 1 : Pada mode ini data dikirim melalui kaki P3.1 (Txd) dan diterima
melalui kaki P3.0 (Rxd) secara asinkron (juga mode 2 dan 3). Pada mode 1
data dikirim atau diterima 10 bit sekaligus, diawali dengan 1 bit start, disusul
dengan 8 bit data yang dimulai dari bit LSB dan diakhiri dengan 1 bit stop.
Pada AT89S51/52 yang berfungsi sebagai penerima bit stop adalah RB8
dalam register SCON. Kecepatan boud rate bisa diatur sesuai dengan
keperluan dengan menggunakan timer. Mode 2 dan 3 yang umum dikenal
dengan UART.
3. Mode 2 : Data dikirim atau diterima 11 bit sekaligus, diawali dengan 1 bit
start, disusul 8 bit data, kemudian bit ke 9 yang bisa diatur lebih lanjut,
diakhiri dengan 1 bit stop. Pada AT89S51/52 yang berfungsi sebagai
pengirim, bit 9 tersebut berasal dari bit TB8 dalam register SCON dan yang
berfungsi sebagai penerima, bit 9 ditampung pada bit RB8 dalam register
SCON, sedangkan bit stop diabaikan tidak ditampung. Boud rate bisa dipilih
antara 1/32 atau 1/64 frekuensi kristal yang digunakan.
4. Mode 3 : Mode ini sama dengan mode 2 hanya saja boud rate-nya bisa diatur
2.1.2. Analog to Digital Converter (ADC)
ADC digunakan sebagai rangkaian yang mengubah sinyal analog menjadi
sinyal digital. Hal yang paling penting dalam suatu rangkaian ADC adalah
resolusi, yaitu besaran analog terkecil yang masih dapat dikonversi menjadi satuan
digital, yaitu :
Resolusi (r) = n.Vref
2 1
... (2.3.)
dimana ; n adalah banyaknya bit ADC dan Vref adalah tegangan referensi yang
digunakan. Data-data digital yang dihasilkan ADC hanyalah merupakan
pendekatan proporsional terhadap masukan analog. Hal ini karena tidak mungkin
melakukan konversi secara sempurna berkaitan dengan kenyataan bahwa
informasi digital berubah dalam step-step, sedangkan analog berubahnya secara
kontinu.
ADC 0804 dapat mentransformasikan sebuah tegangan analog menjadi
sebuah angka dalam bentuk bilangan biner 8 bit. Jumlah bit yang dihasilkan,
didapat dari hasil pengkonversian tegangan yang biasanya besar tegangan tersebut
antara 0 volt sampai dengan +5 volt. Dengan demikian, apabila kita memasukan
sebuah tegangan antara 0 volt sampai dengan 5 volt pada sebuah ADC 8 bit maka
setelah proses konversi akan menghasilkan sebuah kombinasi bilangan biner
yang ditunjukkan dengan bilangan biner antara 0 sampai dengan 255.
Metode ADC yang digunakan dalam konversi analog ke digital adalah
menggerakkan masukan membalik dari sebuah pembanding, perbedaannya
dengan keluaran analog ke digital yaitu terletak pada proses yang ditempuh
register aproksimasi berturut-turut. Apabila konversi telah selesai dilaksanakan,
data digital yang ekivalen akan dipindahkan ke register buffer keluaran dan jika
konversi telah selesai rangkaian kendali mengirimkan sinyal selesai konversi yang
rendah, sinyal ini akan mengisikan data digital yang ekivalen kedalam register
buffer, dengan demikian keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun memulai
siklus konversi yang baru.
Gambar 2.2. konfigurasi kaki ADC 0804
2.1.3 Sensor (LM 35)
LM 35 adalah jenis sensor temperatur dengan rangkaian ketetapan yang
terintegerasi dan tegangan outputnya secara linier proposional terhadap derajat
celcius (oC), keuntungannya melebihi sensor temperatur yang dikalibrasi oleh
satuan Kelvin serta output impedansi yang rendah. LM 35 mempermudah dalam
(single) atau dengan suplay plus dan minus (Vin sebesar 5V). Pada karya akhir ini
sensor yang digunakan adalah sensor temperatur umum seperti terlihat pada
gambar 2.3. (a).
(a) (b)
Gambar 2.3. (a) Sensor Temperatur Umum (+2 oC sampai +150 oC) (b) Sensor Temperatur Dengan Rentang Penuh (-55oC- +150 oC)
Keuntungan menggunakan LM 35 adalah :
- Dikalibrasi langsung pada derajat celcius (oC).
- Skala faktor linier + 10,0 mV/ oC
- Jaminan akurasi 0,5 oC (pada +25 oC).
- Berkisar antara -55 oC - +150 oC.
- Arus kurang dari 2μA
- Beroperasi dari 4V sampai 30V.
- Pemanasan rendah 0,08 oC
- Tipe non linier hanya ±1⁄4°C
Ada beberapa jenis LM 35 yang terdapat di pasaran antara lain :
- LM 35, LM 35A berkisar antara -55 oC - +150 oC.
- LM 35C, LM 35CA berkisar antara -40 oC - +100 oC.
- LM 35D berkisar antara 0oC - +100 oC.
2.2. Perangkat Lunak
Dalam merancang suatu program mikrokontroler dibutuhkan suatu
software yang dapat menulis program dan mengubahnya menjadi bilangan
heksadesimal. Untuk menulis program dapat digunakan Software 8051 Editor,
Assembler, Simulator (IDE). Untuk men-download program heksadesimal ke
dalam mikrokontroler dapat digunakan Software Downloader (ISP – Flash
Programmer 3.0a).
2.2.1. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly dituliskan pada
sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Setelah program
selesai ditulis, kemudian di-save dan setelah itu di-Assemble (di-compile). Pada
saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada
kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau
ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai
tidak ada pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita
tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat
peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke
Apabila program yang telah di-compile dilihat dengan mengunakan
software notepad, maka akan jelas terlihat bilangan heksadesimal di dalamnya.
Gambar 2.4 Tampilan Hasil Compile Program dengan menggunakan Notepad
2.2.2. Software Downloader (ISP – Flash Programmer 3.0a)
Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler
digunakan software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat di download dari
internet.
Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk
mengambil file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write
untuk mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroler. Untuk mengecek
apakah mikrokontroler bisa ditulisi atau tidak dapat diketahui dengan dua cara,
yaitu dengan cara meng-klik Signature dan Read. Untuk mengamankan agar
dapat digunakan Lock Bit-1, Lock Bit-2 dan Lock Bit-3 yang masing-masingnya
memiliki tingkat keamanan yang berbeda. Makin tinggi tingkatan Lock Bitnya
maka makin sulit membongkar programnya. Tetapi apabila telah di lock (dikunci)
BAB III
PERANCANGAN ALAT 3.1. Diagram Blok
Secara garis besar, blok diagram sensor temperatur berbasis
mikrokontroler AT89S51 dapat ditunjukkan pada gambar 3.1. di bawah ini :
Gambar 3.1. Blok Diagram Sensor Temperatur
Pada diagram blok di atas jelas terlihat keterhubungan masing-masing
perangkat dari peralatan sensor temperatur. Mulai dari LM35 sebagai sensor
temperatur yang mendeteksi temperatur ruangan dan keluaran (output) dari LM35
dihubungkan ke input ADC pada rangkaian ADC untuk diubah menjadi besaran
digital. Data digital yang telah dikonversikan oleh ADC di hubungkan langsung
ke port 0 mikrokontroler AT89S51 guna diproses datanya. Data dari sensor
diproses oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada rangkaian peraga. Keypad
yang berfungsi sebagai tombol masukan berguna untuk memberikan masukan
temperatur yang diinginkan. Motor DC digunakan untuk memutar kipas dan
rangkaian relay digunakan untuk mengaktifkan hair dryer yang berfungsi untuk
3.2. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian skematik sistem minimum mikrokontroler AT89S51 dapat
dilihat pada Lampiran 1. Mikrokontroler AT89S51 membutuhkan logika high (1)
selama 2 siklus (cycle) pada kaki RST agar reset mikrokontroler dapat terjadi
secara otomatis. Dengan menggunakan kristal 11,0592 MHz, dari rumus :
t =
Waktu pengisian kapasitor elektrolis 10 uF 16v yang dihubungkan dengan
resistor 8k2 Ohm. Diketahui, Tahanan = R = 8200 Ohm, muatan kapasitor = Q =
10 x 10-6 Farad.
Konstanta waktu = Ts = 4T = 4RC
= 4 x 8200 x 10 x 10-6
= 0,328 detik
Jadi kapasitor 10 uF 16v sudah cukup untuk mereset otomatis
mikrokontroler. Dari kaki 9 dihubungkan ke sebuah keypad dan keluarannya
langsung dihubungkan ke Vcc. Keypad ini berguna untuk mereset mikrokontroler
secara manual.
Ada beberapa alasan kenapa mikrokontroler AT89S51 digunakan pada
perancangan ini, yaitu :
1. Dari segi harga, mikrokontroler AT89S51 harganya relatif murah jika
2. Dari segi ketersediaan benda, mikrokontroler AT89S51 ketersediaan
benda dipasaran (di kota Medan) relatif banyak dan mudah dicari.
3. Pemogramannya relatif mudah, karena jumlah instruksi yang sering
digunakan hanya sedikit.
3.3. Relay
Relay merupakan saklar elektromagnetik yang cara kerjanya ditentukan
oleh arus yang mengalir pada kumparan kawat penghantar yang dipasang pada
sebuah angker elektromagnetik bersama-sama dengan sebuah kumparan. Bila
relay dialiri arus, maka akan terjadi medan magnet disekitar kumparan sehingga
angker akan menjadi magnet. Medan magnet pada angker akan menarik saklar
sehingga akan menutup. Jika arus yang mengalir pada kumparan terlepas maka
hubungan akan terputus.
Gambar 3.2 Relay
Saklar dapat menjadi kontaktor magnet. Kontaktor magnet adalah
sejumlah kotak yang mempunyai aksi menutup dan membuka akibat adanya
tarikan magnet. Terdapat dua macam kontak yang berada dalam kontaktor
magnet, yaitu:
2. Normally Close (NC) yaitu kontak dalam kondisi tertutup, saat kontaktor
magnet bekerja.
Pada perancangan ini digunakan sebuah transistor C945 jenis NPN yang
berfungsi sebagai saklar. Pada saat transistor saturasi arus kolektor
transistor C945 sebesar 100 mA dan arus basisnya 10 mA (data dari
lembaran data transistor C945).
Rb Vbe Vcc
Ib ………(3.2)
Pada perancangan ini resistor yang digunakan bernilai 330 Ohm dan
tegangan yang digunakan bernilai 5 volt. Jadi arus yang diterima basis adalah
330
Arus ini sudah cukup untuk membuat transistor C945 saturasi. Pada
kondisi saturasi kolektor dan emiter terhubung singkat (short), sehingga arus
mengalir dari kolektor ke emiter atau dengan kata lain arus mengalir pada
kumparan kawat penghantar yang terdapat didalam relay sehingga relay bekerja.
3.4. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter)
Rangkaian skematik rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) dapat
dilihat pada Lampiran 1. Pada gambar skematik pin CS dan RD langsung
dihubungkan ke Ground agar selalu mendapatkan logika low yang dibutuhkan
ADC untuk konversi. Pin CLK dihubungkan antara resistor 10 kilo Ohm dan
kapasitor 100 piko Farad, hal ini berguna untuk mendapatkan frekwensi yang
berfungsi sebagai kecepatan konversi ADC. Pin WR dan INTR saling
dihubungkan ke salah satu pin mikrokontroler yang berguna untuk mengetahui
high pada saat pengkonversian dan akan berlogika low pada saat setelah selesai
pengkonversian.
Pin CLKR dihubungkan ke sebuah resistor 10 kilo Ohm dan kapasitor 100
piko Farad yang juga berguna untuk mendapatkan frekwensi yang dibutuhkan
oleh ADC. Pin AGND dan VI- langsung duhubungkan ke ground. Pin VI+
merupakan pin input sinyal analog yang akan dikonversikan ke sinyal digital,
yang pada perancangan ini dihubungkan ke keluaran sensor temperatur LM35. Pin
VREF merupakan pin sebagai masukan tegangan referensi ADC, yang pada
perancangan ini di-setting sebesar 2,5 volt.
Rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua resistor yang dirangkai
secara seri dan dihubungkan dengan suatu sumber tegangan. Tegangan output
diambil dari titik tengah rangkaian seri kedua resistor tersebut seperti ditunjukan
oleh gambar 3.3.
Gambar 3.3. Rangkaian pembagi tegangan.
Keterangan gambar 3.3. :
RA = Resistor pertama
RB = Resistor kedua
V = Sumber tegangan DC
Vout = Tegangan keluaran
CC
Dari persamaan (4), apabila nilai V tetap, maka perubahan nilai Vout hanya
bergantung pada perubahan nilai R atau RB. Nilai R pada rangkaian ADC
Tegangan keluaran dari titik ini dihubungkan ke trimmer potensio
(trimpot) 100k yang juga berfungsi untuk menurunkan tegangan (apabila tegangan
yang diinginkan belum tercapai). Dioda zener berfungsi sebagai pembatas
tegangan.
3.5. Rangkaian Jembatan H
Rangkaian skematik jembatan H (driver motor DC) dapat dilihat pada
Lampiran 1. Pada rangkaian ini digunakan tiga buah jenis transistor yaitu
transistor C945 NPN, transistor daya BD 437 NPN dan transistor daya BD 438
PNP. Transistor C945 digunakan karena harganya yang cukup murah, mudah
didapat dipasaran dan dapat bekerja pada frekwensi yang tinggi (30 MHz = dari
lembaran data) karena transistor ini digunakan pada rangkaian ini sebagai saklar.
Transistor daya yang digunakan adalah transistor daya yang menengah
(medium) yang berjenis NPN dan PNP. Pada saat saturasi, arus kolektor yang
dapat dilewatkan sekitar 2 Amper (dari lembaran data), arus ini cukup untuk
mensuplay arus untuk motor DC yang membutuhkan arus sekitar 700 mA (pada
kerja motor DC sedang). Kelebihan transistor ini juga tidak cepat panas jadi tidak
Pada basis transistor C945 digunakan resistor 330 Ohm karena arus basis
yang dibutuhkan transistor C945 pada saat saturasi sekitar 10 mA, tegangan yang
digunakan adalah tegangan 5 volt.
330
Jadi arus 10,9 mA cukup untuk membuat transistor C945 saturasi. Begitu
juga dengan transistor daya BD 437 atau BD 438. Arus basis yang dibutuhkan
transistor BD 437 atau BD 438 saturasi sekitar 200 mA (dari lembaran data). Oleh
karena itu digunakan resistor 18 Ohm dan tegangan 5 volt.
18
Jadi arus pada basis sekitar 210 mA cukup membuat transistor daya BD
437 dan BD 438 saturasi. Resistor 1 kilo Ohm digunakan agar rangkaian tidak
terhubung singkat saat transistor C945 saturasi.
3.6. Rangkaian Catu Daya
Rangkaian skematik catu daya dapat dilihat pada Lampiran 1.
transformator yang digunakan pada perancangan ini berjenis CT (Center Tap) 2
Amper (arus maksimum yang dapat disuply oleh transformator). Pada
perancangan ini digunakan dua buah dioda 5392 yang dapat melewatkan arus
sebesar 2 Amper dan untuk menyearahkan gelombang sinusoidal dari
transformator (AC) menjadi arus searah (DC).
Penyearahan dengan menggunakan dua buah dioda ini merupakan
penyearahan gelombang penuh. Setelah disearahkan dengan menggunakan dua
buah dioda, keluaran dari dioda ini sudah merupakan tegangan DC. Tetapi
Gambar 3.4. Penyearahan Gelombang Penuh
Untuk memperhalus riak puncak ke puncak keluaran penyearah yang
menggunakan dua buah dioda tersebut dapat digunakan kapasitor, sehingga
keluarannya seperti gambar 3.5 dibawah ini.
Gambar 3.5. Penyearahan Gelombang Penuh setelah diberi kapasitor
Semakin besar muatan kapasitor maka semakin halus riak gelombangnya
dan semakin mendekati tegangan seperti baterai. Pada perancangan ini digunakan
kapasitor 1000 uF 25 volt. Jika diketahui arus yang dibutuhkan rangkaian sensor
temperatur sekitar 900 mA, tegangan ideal kapasitor yang digunakan adalah 25
penuh, maka frekwensinya menjadi 100 Hz), tegangan riak puncak ke puncak
sekitar 10 % dari tegangan ideal yang dapat diterima. Dari rumus :
Vrip =
Jadi yang paling ideal kapasitor yang digunakan adalah kapasitor 3200 uF,
tetapi jika kapasitor hanya untuk memperkecil riak (ripple) gelombang, cukup
menggunakan kapasitor 1000 uF 25 Volt. Arus input untuk regulator tegangan
LM7805 sekitar 230 mA (dapat dilihat pada lembaran data LM7805) , untuk itu
digunakan resistor 47 Ohm sebagai pembatas arus. Jika diketahui tegangan
keluaran dioda 12 volt dan tahan yang digunakan 47 Ohm maka :
I = V / R = 12 / 47 = 0,255 Amper atau 255 mA
Arus 255 mA sudah cukup untuk kerja maksimum regulator tegangan
LM7805 dan memberikan output arus sebesar 1 Amper
3.7. Rangkaian Peraga (Seven Segment)
Rangkaian skematik rangkaian peraga (seven segment) dapat dilihat pada
Lampiran 1. Seven Segment yang digunakan pada perancangan ini adalah seven
segment common anoda. Jadi, keluaran dari IC 4094 yang bernilai low yang dapat
menghidupkan LED yang terdapat dalam seven segment. Pengiriman data dari
0
Gambar 3.6. Diagram Pewaktuan (dari lembaran data)
Dari diagram pewaktuan jelas terlihat metode pengiriman data serial dari
mikrokontroler yang diterima oleh IC 4094. Jika nilai yang dikirim 21H yang
berarti 00100001 biner, maka bentuk data masukannya adalah :
Gambar 3.7. Diagram pewaktuan bilangan 21 heksadesimal
Bilangan inilah yang akan diubah oleh IC 4094 serial to paralel menjadi
data paralel yang langsung dihubungkan ke kaki-kaki masukan seven segment
common anoda. Dioda 5392 dapat menurunkan tegangan sebesar 0,6 volt (setelah
diukur dengan menggunakan multimeter digital). Jika digunakan tiga buah dioda,
maka tegangan yang dapat diturunkan sebesar 1,8 volt. Tegangan yang digunakan
adalah 5 volt jadi tegangan yang diterima oleh seven segment common anoda
pada kerja LED sedang. Pada seven segment common anoda yang digunakan
tegangan balik tiap segment sebesar 5 volt. DC arus maju tiap segment sebesar 15
mA (dari lembaran data seven segment).
3.8. Rangkaian Keypad 3
Rangkaian skematik rangkaian keypad 3 dapat dilihat pada lampiran 1.
Rangkaian ini terdiri dari tiga buah keypad yang masing-masing keypad berfungsi
untuk :
1. Menaikkan temperatur (Keypad Atas)
2. Enter (Keypad Tengah)
3. Menurunkan temperatur (Keypad Bawah)
Masing-masing keypad dihubungkan ke Ground yang berfungsi untuk
BAB IV
PRINSIP KERJA ALAT DAN PROGRAM
Pada bab ini akan dibahas prinsip kerja alat secara keseluruhan dan
program yang diisikan kedalam mikrokontroler AT89S51.
4.1. Prinsip Kerja Alat
Prinsip kerja dari perangkat sensor temperatur dapat dilihat dengan jelas
pada rangkaian keseluruhan sensor temperatur. Rangkaian keseluruhan dapat
dilihat pada lampiran 2.
Prinsip kerja sensor temperatur dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Sensor menerima temperatur awal dari tempat sensor diletakkan dan
mengubahnya menjadi tegangan.
2. Tegangan yang keluar dari output sensor LM35 dihubungkan ke input
rangkaian ADC 0804 sebagai input ADC.
3. Tegangan yang berasal dari sensor temperatur (besaran analog) diubah
menjadi besaran digital yang akan dikirim ke mikrokontroler untuk
diproses. Tiap kenaikan tegangan sebesar 10 mV akan menyebabkan
kenaikan temperatur sebesar 1 oC (dari lembaran data).
4. Sesuai program yang dimasukkan kedalam mikrokontroler AT89S51,
maka mikrokontroler akan menunggu masukkan dari tiga buah tombol
(keypad) yaitu tombol menaikkan temperatur, tombol menurunkan
5. Jika tombol naik ditekan, maka temperatur akan naik sebanyak 1 oC,
hingga di-setting sesuai dengan yang diinginkan. Jika dimisalkan
temperatur awal adalah 27 oC dan akan dinaikkan menjadi 40 oC, maka
penekanan tombol dilakukan sebanyak 13 kali.
6. Jika tombol enter ditekan, maka hair drayer akan aktif dan menaikkan
temperatur ruangan dan akan berhenti jika temperatur yang di-setting telah
tercapai, temperatur ini akan terus dipertahankan
7. Jika tombol turun ditekan, maka temperatur akan turun sebanyak 1 oC,
hingga di-setting sesuai dengan yang diinginkan. Jika dimisalkan
temperatur awal adalah 40 oC dan akan diturunkan menjadi 30 oC, maka
penekanan tombol dilakukan sebanyak 10 kali.
8. Jika tombol enter ditekan, maka motor dc akan berputar memutar kipas
dan mendinginkan ruangan dan akan berhenti jika suhu yang di-setting
telah tercapai. Temperatur ini akan terus dipertahankan
9. Tampilan temperaturnya dapat dilihat pada rangkaian peraga (seven
segment).
4.2. Program
Agar perangkat sensor temperatur dapat bekerja sesuai dengan yang
diharapkan, maka program harus diisikan kedalam mikrokontroler. Program yang
diisikan kedalam mikrokontroler. Listing program yang diisikan kedalam
4.3. Diagram alir
Prinsip kerja dan program dapat dijelaskan dalam bentuk diagram alir.
Diagram alir umum dapat dilihat pada Gambar 4.1.
33
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Sensor suhu LM 35 dapat digunakan sebagai pengukuran temperatur
dengan range temperatur -55 oC sampai +150 oC.
2. Untuk tiap kenaikan tegangan keluaran dari LM 35 sebesar 10 mV akan
menyebabkan kenaikan temperatur sebesar 1 oC.
3. Untuk mengetahui apakah suhu ruangan sama dengan suhu yang ukur
sensor suhu LM35, dapat digunakan Thermometer sebagai pembanding
5.2. Saran
1. Agar pendinginan ruangan lebih efektif, sebaiknya digunakan air
conditioner (AC).
2. Agar pengukuran temperatur ruangan lebih merata, sebaiknya ditambah
beberapa sensor LM 35 pada tiap sudut ruangan.
3. Agar pengukuran temperatur lebih mendetail (range temperatur terdapat
