PENGGUNAAN ADC (Analog to Digital Converter) 0804
PADA PERANCANGAN SENSOR INTENSITAS CAHAYA
Oleh :
NIM. 02 5203 006 Angga Mouammar
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk memperoleh Gelar
Sarjana Sains Terapan (SST)
PROGRAM DIPLOMA-IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
ADC (Analog to Digital Converter) adalah sebuah rangkaian elektronika
yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran digital. Pada setiap sensor
yang berbasis mikrokontroler (sebagai pusat pengolah data) diperlukan adanya
rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah sinyal yang
diterima oleh sensor untuk menjadi besaran digital supaya sinyal tersebut bisa
diterjemahkan atau dibaca mikrokontroler.
Sensor- sensor disini dapat berupa sensor suhu, sensor level, sensor
tekanan, dan lain- lain. Pada perancangan ini ADC diperlukan untuk merubah
besaran yang diterima sensor berupa LDR (Light Dependent Resistor) menjadi
suatu besaran atau tegangan yang dapat dibaca.
Maka untuk membaca besaran dari sensor tersebut diperlukanlah ADC
(Analog to Digital Converter) 0804. Perbedaan warna cahaya akan menyebabkan
perbedaan tegangan dan output pada ADC. Untuk itulah penulis mengambil judul
“ Penggunaan ADC (Analog to Digital converter) 0804 pada Perancangan
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, yang mana telah membawa
umatnya dari zaman jahilliyah menuju jaman islamiah yang penuh dengan ilmu
pengetahuan seperti saat sekarang ini.
Karya akhir ini ditulis berdasarkan penelitian dan percobaan langsung
terhadap rangkaian yang telah diteliti dan dipelajari dari buku dan internet. Karya
akhir ini penulis beri judul . “ Penggunaan ADC (Analog to Digital converter)
0804 pada Perancangan Sensor Intensitas Cahaya”
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. Papa dan Mama serta seluruh keluarga yang senantiasa memberikan
dukungan semangat dan materi serta mendoakan penulis.
2. Bapak Prof. Ir. M. Nawawiy Loebis, M.Phil, Phd. selaku Dekan
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Diploma IV
Teknologi Instrumentasi Industri Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
4. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT. selaku Sekretaris Program Diploma IV
Teknologi Instrumentasi Industri.
5. Bapak Ir. Mansyur, Msi. selaku dosen pembimbing Karya Akhir.
6. Seluruh staf pengajar serta pegawai administrasi pada Program Diploma
IV Teknologi Instrumentasi Industri pada Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
7. Teman - teman angkatan 2002 khususnya Indra, Dedek, Yuliandra, Lany,
Mia, Safwan, Faisal, Kurniadi, Riza dan lain-lain.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna adanya,
karena masih banyak kekurangan baik dari segi ilmu maupun susunan bahasanya.
Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi
menyempurnakan laporan ini.
Akhir kata bantuan dan budi baik yang telah penulis dapatkan,
menghaturkan terima kasih dan hanya ALLAH SWT yang dapat memberikan
limpahan pahala yang setimpal. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita
semua dan bagi penulis sendiri tentunya.
Medan, Juli 2007 Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Abstrak ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi... iv
Daftar Gambar ... vi
Daftar Tabel ... viii
Daftar Rumus ... ix
Daftar Lampiran ... x
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 ... 3
1.6. Sistematika Penulisan... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Umum ... 5
2.2. Resistor ... 5
2.2.1. Resistor Linear ... 6
2.2.2. Resistor Seri ... 8
2.3. Kapasitor ... 10
2.4. Filter RC ... 14
2.5. Diode Zener ... 15
2.6. LED (Light Emitting Diode) ... 16
2.7. Trimpot (Trimmer Potensio) ... 17
2.8. LDR (Light Dependent Resistor) ... 17
2.9. IC Regulator (LM 7809 dan LM 7805) ... 19
2.10. Komparator (Pembanding) ... 19
2.11. ADC (Analog to Digital Converter) ... 20
2.12. Intensitas Cahaya ... 25
2.13. Mikrokontroler AT89S51 ... 27
2.13.1. Struktur Memori ... 30
2.14. Gerbang OR ... 31
2.15. Gerbang NOR (Not OR) ... 32
BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) 0804 ... 33
3.2. Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya ... 37
3.3. Rangkaian Seven Segmen ... 39
3.4. Rangkaian Output LED ... 40
BAB IV PEMBAHASAN RANGKAIAN ADC 0804 4.1. Pembahasan ADC (Analog to Digital Converter) 0804 ... 41
4.2. Pegujian ADC (Analog to Digital Converter) 0804 ... 44
dengan Mikrokontroler ... 45
4.2.2. Pengujian ADC 0804 Inteface dengan Mikrokontroler ... 46
4.3. Pengujian Sensor Intensitas Cahaya... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 49
5.2. Saran ... 49
Daftar Pustaka ... 50
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Simbol untuk resistor linear ... 6
Gambar 2.2. Sistem pemberian kode pita warna ... 7
Gambar 2.3. Contoh kode warna resistor ... 8
Gambar 2.4. Resistor hubungan seri ... 9
Gambar 2.5. Resistor hubungan paralel ... 10
Gambar 2.6. Simbol kapasitor nonelektrolitis... 12
Gambar 2.7. Simbol kapasitor elektrolitis... 12
Gambar 2.8. Kapasitor hubungan seri dan paralel ... 13
Gambar 2.9. Nilai kapasitor tertera langsung ... 13
Gambar 2.10. Nilai kapasitansi dengan kode angka ... 14
Gambar 2.11. Filter RC ... 14
Gambar 2.12. Simbol LED... 16
Gambar 2.13. Trimmer potensio ... 17
Gambar 2.14. LDR (Light Dependent Resistor) ... 17
Gambar 2.15. Bentuk fisik LM 7809 dan LM 7805 ... 19
Gambar 2.16. Blok diagram suatu pembanding tegangan ... 20
Gambar 2.17. Tegangan kesalahan (V error) dari pembanding. ... 20
Gambar 2.18. IC ADC 0804 ... 21
Gambar 2.19. Operasi pengubah A/D jenis pendekatan berturut-turut ... 23
Gambar 2.20. Diagram balok sederhana untuk A/D jenis ... 25
Gambar 2.21 Konfigurasi pin mikrokontroller AT89S5 pendekatan berturut-turut ... 27
Gambar 2.23. Gerbang OR ... 31
Gambar 2.24. Gerbang NOR ... 32
Gambar 3.1. Rangkaian skematik ADC (Analog to Digital Converter) ... 33
Gambar 3.2. Pemberian tegangan refferensi. ... 36
Gambar 3.3. Rangkaian clock ADC ... 37
Gambar 3.4. Frekuensi clock vs clock kapasitor... 37
Gambar 3.5. Rangkaian skematik Sensor LDR ... 37
Gambar 3.6. Rangkaian Seven Segmen. ... 39
Gambar 3.7. Rangkaian output LED ... 40
Gambar 4.1. Blok diagram ADC 0804... 43
Gambar 4.2. Flowchart prinsip kerja ADC metode SAR sederhana ... 43
Gambar 4.5. Pengujian ADC 0804 ... 44
Gambar 4.6. Pengujian ADC 0804 tanpa Interface dengan Mikrokontroler ... 45
Gambar 4.7. Pengujian ADC 0804 Interface dengan Mikrokontroler ... 46
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kode warna resistor ... 7
Tabel 2.2. Tabel kebenaran gerbang OR ... 31
Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang NOR ... 32
Tabel 4.1. Hasil pengujian ADC ... 44
Tabel 4.2. Percobaan terhadap 5 buah LED berbeda warna ... 45
Tabel 4.3. Percobaan terhadap 5 buah LED berbeda warna ... 46
DAFTAR RUMUS
Rumus 2.1. Persamaan Hukum Ohm ... 5
Rumus 2.2. Persamaan Besar Daya... 7
Rumus 2.3. Persamaan Resistor dihubungkan Seri ... 8
Rumus 2.4. Persamaan Arus pada Resistor Seri ... 9
Rumus 2.5. Persamaan Resistor dihubungkan Paralel ... 9
Rumus 2.6. Persamaan Arus total pada Resistor Paralel ... 10
Rumus 2.7. Persamaan Tegangan pada resistor Paralel ... 10
Rumus 2.8. Persamaan Kapasitansi ... 11
Rumus 2.9. Persamaan Energi Yang Tersimpan Dalam Kapasitor ... 11
Rumus 2.10. Persamaan Arus Dioda Zener Maksimum ... 15
Rumus 2.11. Persamaan Flux Cahaya ... 26
Rumus 2.12. Persamaan Hukum Kuadrat Terbalik ... 26
Rumus 2.13. Bentuk lain dari Persamaan Hukum Kuadrat Terbalik ... 26
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. ADC 0804
Lampiran 2. AT89S51.
Lampiran 3. Light Dependent Resistor.
Lampiran 4. IC Regulator LM 7809 dan LM 7805.
Lampiran 5. Pemrograman bahasa Assembler AT89S51.
ABSTRAK
ADC (Analog to Digital Converter) adalah sebuah rangkaian elektronika
yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran digital. Pada setiap sensor
yang berbasis mikrokontroler (sebagai pusat pengolah data) diperlukan adanya
rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah sinyal yang
diterima oleh sensor untuk menjadi besaran digital supaya sinyal tersebut bisa
diterjemahkan atau dibaca mikrokontroler.
Sensor- sensor disini dapat berupa sensor suhu, sensor level, sensor
tekanan, dan lain- lain. Pada perancangan ini ADC diperlukan untuk merubah
besaran yang diterima sensor berupa LDR (Light Dependent Resistor) menjadi
suatu besaran atau tegangan yang dapat dibaca.
Maka untuk membaca besaran dari sensor tersebut diperlukanlah ADC
(Analog to Digital Converter) 0804. Perbedaan warna cahaya akan menyebabkan
perbedaan tegangan dan output pada ADC. Untuk itulah penulis mengambil judul
“ Penggunaan ADC (Analog to Digital converter) 0804 pada Perancangan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang MasalahUntuk merubah besaran analog menjadi besaran digital diperlukan sebuah
peralatan ADC. Dalam perancangan ini digunakan ADC 0804 yang berupa IC
(Integrated Circuit) 8- bit. Pada perancangan ini besaran analog yang digunakan
sebagai input berupa tegangan yang berasal dari sensor intensitas cahaya.
Perubahan besaran analog akan menghasilkan besaran digital yang berbeda-beda
sebagai keluaran dari peralatan ADC.
Didalam ADC 0804 sudah tedapat rangkaian logika, rangkaian inilah yang
mengubah besaran analog menjadi besaran digital. Didalam ADC juga terdapat
ladder and decoder, sar, 8-bit shift register, integer, clock, auto zero comparator
dan gerbang-gerbang logika lainnya, serta output latches sebagai keluaran ADC.
IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan
dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit
komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat
mengkonversikan secara cepat suatu masukan tegangan. Ada banyak cara yang
dapat digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital yang
nilainya proposional. Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan adalah
jenis successive approximation convertion atau pendekatan berturutan yang
memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak tergantung pada nilai
1.2.Tujuan Karya Akhir
Adapun tujuan dalam penulisan Karya Akhir ini adalah:
− Untuk membahas cara kerja ADC (Analog to Digital Converter) 0804
pada perancangan sensor intensitas cahaya.
1.3.Rumusan Masalah
- Bagaimana cara kerja ADC (Analog to Digital Converter) 0804 yang
berfungsi untuk mengubah besaran analog menjadi besaran digital.
- Bagaimana membuat suatu rangkaian presisi ADC dengan tegangan
referensi 2,56 volt (8- bit).
1.4.Batasan Masalah
Mengingat masalah yang akan diangkat sebagai karya akhir penulis ini
mempunyai ruang lingkup yang relatif luas, maka penulis membatasi masalah ini
hanya pada :
- Hanya memaparkan cara kerja ADC sebagai alat pengubah besaran atau
sinyal.
- Tidak membahas pemrograman mikrokontroler secara keseluruhan
- Tidak membahas prinsip kerja alat secara keseluruhan.
1.5.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 ada di internet dan buku-buku yang mendukung.
2. Merancang alat mulai dari perancangan PCB dengan mengunakan
software Eagle 4.16r, kemudian melakukan percobaan alat sebagai alat
ukur Intensitas Cahaya.
3. Mempelajari cara kerja ADC dari buku-buku yang mendukung dan
melakukan percobaan dengan try and error.
1.6.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 serta pembahasan
komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan alat
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 ADC 0804
Bab ini berisikan pengujian alat yang telah dibuat serta
pembahasan rangkaiannya dari segi prinsip kerja rangkaiannya,
dan pengujian alat berdasarkan warna- warna yang dideteksinya.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang dapat diambil penulis
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. UmumDidalam perancangan sensor Intensitas Cahaya, sensor yang digunakan
berupa LDR (Light Dependent Resistor) yang langsung dihubungkan ke rangkaian
ADC. Di dalam rangkaian skematik ADC selain IC ADC 0804 (Integrated
Circuit) 8- bit juga terdapat beberapa komponen seperti : Resistor, Dioda zener,
Trimpot, IC Regulator (LM 7809 dan LM 7805), dan LED (Light Emitting
Diode).
2.2. Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi menghambat arus
dalam suatu rangkaian listrik. Resistor yang digunakan dalam elektronika dibagi
dalam dua kategori utama, yaitu :
1. Resistor linear adalah Resistor yang tidak tergantung kepada
keadaan disekitarnya (nilainya tetap).
2. Resistor nonlinear terdiri dari tiga jenis, yaitu :
a. Fotoresistor : Peka terhadap sinar.
b. Thermistor : Peka terhadap panas.
c. Resistor yang tergantung pada tegangan listrik.
Sifat-sifat resistor adalah :
- Jika pada ujung-ujungnya dipasang tegangan akan mengalir
arus :
- Dapat mengalirkan arus searah maupun bolak-balik.
- Dapat mengalirkan arus bolak-balik berfrekuensi tinggi.
Pada perancangan ini resistor yang digunakan hanya resistor linear saja
jadi resistor nonlinear tidak dibahas dalam Bab II ini.
2.2.1. Resistor Linear
Simbol untuk resistor linear diperlihatkan pada gambar 2.1. dan unit
satuannya adalah ohm (simbol : huruf besar Yunani omega, Ω). Satuan lain yang
umum dipangkatkan tiga :
kiloohm (kΩ) 1.000 ohm
megaohm (MΩ) 1.000.000 ohm
R
Gambar 2.1. Simbol untuk resistor linear.
Dalam banyak diagram sirkuit dan literatur pabrik, ”koma” desimal
ditunjukkan oleh posisi huruf multiplier, contoh :
1. 4700 Ω = 4,7 kΩ = 4K7
2. 3 300 000 Ω = 3,3 MΩ = 3M3
3. 6,8 Ω = 6R8
Selain itu, suatu sistem huruf digunakan untuk menunjukkan persentase
toleransi :
F = ± 1% ; G = ± 2% ; J = ± 5%
K = ± 10% ; M = ± 20%
Contoh : resistor 1K8J = resistor mempunyai tahanan 1,8 kΩ dengan
Hal lain yang paling penting setelah besar tahanan adalah besar daya atau watt
resistor. Untuk suatu tahanan yang diperlukan, besar daya dapat dihitung dengan
rumus :
Jenis resistor yang digunakan dalam elektronika bervariasi dari 1/8 W ke
atas, yaitu : 1/8 W, ¼ W, ½ W, 1W, 2W, 5W, 10W, dan seterusnya.
Selain itu resistor kecil mempunyai ukuran yang ditunjukkan dengan
sistem kode pita warna seperti pada gambar 2.2. sedangkan nilai kode warna
ditunjukkan pada tabel 2.1.
.
Gambar 2.2. Sistem pemberian kode pita warna.
Tabel 2.1. Kode Warna resistor
Warna Ukuran Pengali Toleransi
Contoh : carilah besar ukuran resistor dan toleransinya pada gambar 2.3. dibawah
ini.
Coklat Abu-abu Merah Emas
Gambar 2.3. Contoh kode warna resistor
Pada Tabel 2.1 didapat :
Coklat = 1
Abu-abu = 8
Merah = 100
Emas = ± 5
Jadi nilai resistor adalah 18 x 100 = 1800 Ω dengan toleransi ± 5 atau
1K8J = 1,8 kΩ ± 5.
2.2.2 Resistor Seri
Pada gambar 2.4. dibawah ini merupakan gambar dari tiga buah resistor
yang dihubungkan secara seri dengan rumus sebagai berikut :
RT = R1 + R2 +R3 ... (2.3.)
dimana : RT = Besar tahanan sirkuit dari resistor
R1 = Tahanan resistor 1
R2 = Tahanan resistor 2
VT
R1 R2 R3
Sedangkan arus yang didapat pada resistor seri adalah :
IT = VS / RT ... (2.4.)
dimana : IT = Besar arus total sirkuit dari resistor
Vs = Tegangan sirkuit
RT = Tahanan total dari resistor seri
Dengan : IT = I1 = I2 = I
Gambar 2.4. Resistor hubungan seri.
2.2.3 Resistor Paralel
Pada gambar 2.5. dibawah ini merupakan gambar dari tiga buah resistor
yang dihubungkan secara paralel dengan rumus sebagai berikut :
1/R
3
Ini berarti semua bagian dari rangkaian seri arusnya adalah sama.
T = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 ... (2.5.)
dimana : 1/RT = Besar tahanan sirkuit dari resistor
1/R1 = Tahanan resistor 1
1/R2 = Tahanan resistor 2
1/R3 = Tahanan resistor 3
Sedangkan arus total pada resistor paralel adalah :
V
TR
1R
2R
3 dimana : IT = Besar arus total sirkuitI1 = Arus tahanan 1
I2 = Arus tahanan 2
I3 = Arus tahanan 3
Sedangkan tegangan yang didapat pada resistor paralel adalah :
VT = IT x RT ... (2.7.)
dimana : IT = Besar arus total sirkuit dari resistor.
VT = Tegangan total sirkuit.
RT = Tahanan total dari sirkuit.
Dengan : VT = V1 = V2 = V
Gambar 2.5. Resistor hubungan paralel.
2.3. Kapasitor
3
Kapasitor banyak digunakan dalam peralatan elektronika. Pada dasarnya
kapasitor merupakan alat penyimpan muatan listrik yang dibentuk dari dua
permukaan (piringan) yang berhubungan, tetapi dipisahkan oleh suatu penyekat.
Bila elektron berpisah dari suatu plat ke plat yang lain, akan terdapat muatan
diantara mereka pada medium penyekat tadi. Muatan ini disebabkan oleh muatan
memperoleh elektron. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan disebut
kapasitansi (simbol C). Rumus kapasitansi adalah :
C = Q / V ... (2.8.)
dimana : C = kapasitansi (Farad)
Q = Muatan (Coulomb)
V = Tegangan (Volt)
Energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan rumus :
Energi = ½ CV2
C
joule ... (2.9.)
Energi ini mampu berada dalam kapasitor selama beberapa waktu, bahkan setelah
suplai ke sirkuit dimatikan.
Kapasitor yang digunakan terdapat beberapa macam, tetapi semuanya
terbagi dalam dua kelompok yaitu : nonelektrolitis, yang tidak mempunyai kutub
dan elektrolitis, yang mempunyai terminal positif dan negatif.
Kapasitor nonelektrolitis seperti terlihat pada gambar 2.6. untuk
memperoleh kapasitor yang mempunyai kapasitansi terbesar dengan volume dan
berat terkecil, plat-plat kapasitor dibuat dari foil alumunium atau perak yang tipis.
Biasanya foil ini digulung dan dipisahkan oleh kertas lilin, polythene, film
polikarbonat atau polyster. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitansi maksimum
sebesar ratusan pikofarad. Contohnya : kapasitor mika, kertas, keramik, polyster
(plastik).
Kapasitor elektrolitis seperti terlihat pada gambar 2.7. adalah mula-mula
dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat alumunium dan menggantikan
medium dielektrisnya dengan elektrolit basah. Di sini kapasitansi dibentuk pada
lapisan oksida. Elektrolit pasta menjadikan kapasitor yang terbuat dari foil dapat
mempunyai kapasitansi yang amat besar dan berukuran kecil. Kekurangan utama
kapasitor ini adalah bahwa kapasitansinya hanya diperoleh dalam satu arah karena
adanya kutub positif dan kutub negatif, maka sangatlah penting untuk
menghubungkan terminal kapasitor ke kutub suplai yang benar. Kesalahan dalam
menghubungkan akan menyebabkan hubungan singkat dan kapasitor itu tentusaja
akan rusak, contoh kapasitornya : ELCO dan tantalum
C
+Ve -Ve
Gambar 2.7. Simbol kapasitor elektrolitis.
Ada berbagai cara untuk mengenali terminal kapasitor elektrolitis :
1. Tanda positif lebih dekat ke ujung positif.
2. Penghenti berwarna merah pada ujung positif, ataupun penghenti
berwarna biru atau hitam pada ujung negatif.
3. Alur pada ujung positif.
4. Kedua terminal ditandai.
Kapasitansi total dapat diubah dengan cara menghubungkan beberapa
kapasitor secara seri atau paralel. Apabila kapasitor dihubungkan secara seri maka
kapasitansi total akan berkurang, dan apabila kapasitor dihubungkan paralel maka
seri paralel
Gambar 2.8. Kapasitor hubungan seri dan paralel.
Cara membaca nilai kapasitansi ada dua :
1. Nilai kapasitor tertera langsung pada kasitor seperti pada gambar
2.9. di bawah ini.
Gambar 2.9. Nilai Kapasitansi tertera langsung.
2. Nilai kapasitansi dengan kode angka (kapasitor mika) seperti
gambar 2.10. jadi nilai kapasitansi kapasitornya dengan kode angka
104 adalah :
C = 10 x 104 pF = 100.000 pF = 100 nF = 0.1µF
Vdc Vdc’ R
Xc
Gambar 2.10. Nilai kapasitansi dengan kode angka.
2.4. Filter RC
Gambar 2.11. menunjukkan filter RC antara kapasitor input dan resistor
beban. Dalam perencanaan sengaja R dibuat jauh lebih besar dari pada Xc.
Karena R jauh lebih besar dari Xc, ripple out jauh lebih kecil dari ripple input.
Biasanya, R paling sedikit 10 kali Xc, ini berartiripple output diperlemah atau
dikurangi paling sedikit dengan faktor 10. kerugian utama filter RC adalah
kehilangan tegangan dc pada resistensi R, karena R seri dengan RL, kita dapatkan
aksi pembagi tegangan. Di satu pihak kita memerlukan R yang besar agar
penyaringannya baik. Di pihak lain, kita memerlukan R yang kecil untuk
mencegah kehilangan tegangan dc yang berlebihan. Kebutuhan yang
bertentangan ini berarti bahwa filter RC hanya praktis untuk arus beban kecil (RL –
2.5. Diode Zener
Diode zener merupakan tipe khusus dari diode sambungan silikon yang
kerapkali digunakan sebagai pengatur tegangan atau penstabil tegangan. Seperti
halnya dengan diode penyearah silikon, maka diode zener pun mempunyai
tahanan yang sangat rendah terhadap aliran arus jika ia dibias maju. Jika ia dibilas
balik pada tegangan rendah, ia hanya mengizinkan aliran arus yang sangat kecil.
Tetapi jika tegangan bias terbalik yang dikenakan dinaikkan secara
perlahan-lahan, maka akan tercapai suatu titik dimana diode zener akan dadal (Breakdown)
dan tiba-tiba mulai melakukan konduksi. Perubahan yang tajam dari tidak
melakukan konduksi menjadi konduksi disebut efek zener.
Tingkat tegangan yang mana terjadi pendadalan pada diode zener dapat
dikendalikan sampai batas tertentu yang diinginkan selama dalam proses
pembuatannya. Oleh sebab itu alat ini dapat dirancang agar mempunyai daerah
tegangan dadal yang luas dengan nilai serendah kira-kira 2V dan sampai setinggi
beberapa ratus volt. Bila dikenai tegangan yang lebih besar dari tegangan
dadalnya, maka penurunan tegangan pada diode zener yang melakukan konduksi
pada hakikatnya adalah konstan walaupun arus yang melalui diode bertambah
dengan bertambahnya tegangan yang dikenakan. Hal ini menyebabkan alat
tersebut sesuai untuk digunakan sebagai elemen acuan tegangan konstan atau
elemen kendali. Besarnya arus zener maksimum adalah :
Izmax = Pz x Vz ... (2.10.)
dimana : Iz max = Arus zener maksimum
Pz = Daya diode zener
2.6. LED (Light Emitting Diode)
LED (Light Emitting Diode) atau diode pemancar cahaya adalah diode
semikonduktor yang memancarkan cahaya jika dibias maju. Berbagai bahan telah
digunakan dalam pembentukan bahan tipe-P dan tipe-N untuk sambungan diode.
Salah satu pembuat alat ini menggunakan gallium arsenida dan gallium
alumunium arsenida untuk bahan sambungannya. Sambungan yang dibuat dari
bahan ini memancarkan cahaya infra merah. Bahan lain yang berbeda digunakan
untuk memancarkan cahaya warna lain seperti hijau atau kuning.
Jika LED dibias maju maka arus bias akan menyebabkan diinjeksikannya
elektron ke dalam bahan tipe-P dan lubang diinjeksikan ke dalam bahan tipe-N.
Dinyatakan dalam tingkat energi, elektron bebas berada pada tingkat yang lebih
tinggi dari pada lubang. Jika elektron bebas bergerak melalui daerah dekat
sambungan, mereka bergabung kembali dengan lubang. Dalam proses
penggabungan kembali ini, energi dilepas, sebagian dalam bentuk cahaya sangat
rendah, yakni kurang dari satu persen.
Diode pemancar cahaya mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan
dengan sumber cahaya lain. LED bekerja pada tegangan rendah, sehingga sesuai
dengan alat semikonduktor lainnya. Mereka mempunyai waktu respon yang
sangat cepat, ukurannya kecil dan umurnya panjang. Keuntungan ini
menyebabkan LED sesuai sekali khususnya untuk memperagakan informasi yang
diperoleh dari peralatan elektronik.
2.7. Trimpot (Trimmer Potensio)
Trimmer potensio atau potensiometer kecil seperti pada gambar 2.13.
adalah jenis resistor variabel yang tahanannya dapat diubah-ubah. Potensiometer
bergungsi untuk membagi tegangan. Ujung-ujungnya dipasang paralel dengan
sumber tegangan. Nilai resistansi variabel diperoleh diantara kaki tengah dengan
salah satu kaki pada ujung kiri atau kanan, sedangkan diantara ujung-ujung kaki
kiri atau kanan nilai resistansinya konstan.
Gambar 2.13. Trimmer potensio.
2.8. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu resistor yang nilai
hambatannya tergantung pada intensitas cahaya. Tampilan fisik dan simbol LDR
dapat dilihat pada gambar 2.14. dibawah ini :
Gambar 2.14. LDR (Light Dependent Resistor).
Biasanya LDR (atau lebih dikenal dengan fotoresistor) dibuat berdasarkan
tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu
terkena sinar.
Resistor peka cahaya atau fotoresistor adal
mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light dependent resistor
(LDR), atau fotokonduktor.
Fotoresistor dibuat dari
yang mengenainya memiliki
semikonduktor akan menyebabka
meloncat ke
Besarnya tahanan LDR / fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan
ohm dan turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan terang. LDR dapat
digunakan dalam suatu jaringan kerja (network) pembagi potensial yang
menyebabkan terjadinya perubahan tegangan kalau sinar yang datang berubah.
LDR digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya, yang mana intensitas
cahaya sendiri dinyatakan dalam dua satuan fisika, yaitu lumens per meter persegi
dan Watt per meter persegi. Kedua satuan itu agak berbeda. yang satu
berdasarkan pada kepekaan mata manusia, yang satu lagi berdasarkan energi
2.9. IC Regulator (Lm 7809 dan LM 7805)
IC Regulator fungsinya adalah untuk penstabil tegangan. Pada
perancangan ini tegangan 12 V yang masuk dari power suplai masuk ke LM 7809
untuk tegangannya diturunkan menjadi 9 V, kemudian tegangan 9 V tersebut
dimasukkan kembali ke LM 7805 untuk diturunkan menjadi 5 V stabil. Tegangan
5 V inilah yang menjadi sumber tegangan ke ADC 0804, seperti pada gambar
2.15.
Gambar 2.15. Bentuk fisik LM 7809 dan 7805.
2.10. Komparator (pembanding)
Komparator adalah pembanding yang membandingkan dua tegangan dan
menyatakan mana yang lebih besar dari tegangan tersebut. Gambar 2.16. memuta
diagram blok dasar suatu pembanding. Bila tegangan masukan A lebih besar dari
tegangan masukan B, maka pembanding memberikan keluaran logis 1. Bila
tegangan pada masukan B lebih besar dari masukan A, maka keluarannya adalah
Komparator
A
B
Vout
Vout
Verror +Vsat
-Vsat
Gambar 2.16. Blok diagram suatu pembanding tegangan.
Komponen terpenting dari pembanding adalah op amp. Gambar 2.17.
meringkaskan gerakan tersebut. Tegangan kesalahan positif mendorong output ke
+Vsat, harga positif maksimum dari tegangan output. Tegangan kesalahan negatif
menimbulkan tegangan output –Vsat.
Gambar 2.17. Tegangan kesalahan (V error) dari pembanding.
2.11. ADC (Analog to Digital Converter)
ADC (Analog to Digital Conveter) 0804 merupakan suatu alat yang dapat
mengubah besaran analog menjadi besaran digital. Dalam fungsinya ada
beberapa jenis ADC yang masing-masing mempunyai kelebihan, berdasarkan
pada metode pengubahan isyarat analog kedigital ADC dibedakan menjadi :
1. Metode Pencacah (Counting)
2. Metode Pengubahan jenis Simultan
3. Metode Pengubahan jenis Kontinu
Untuk menentukan jenis ADC yang digunakan dalam sistem akuisisi data
ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
1. Kecepatan konversi
2. Resolusi
3. Rentang masukan analog maksimum
4. Jumlah kanal masukan
Pemilihan ADC umumnya ditentukan oleh metode yang digunakan untuk
konversi data, sedangkan Rentang tegangan masukan analog maksimum adalah
watak untai ADC ang digunakan sehingga masukan analog yang akan dimasukkan
ke ADC tersebut terlebih dahulu harus disesuaikan dengan tegangan analog
maksmal yang diizinkan. Resolusi ADC berkaitan dengan cacah bit dan rentang
tegangan pada masukan analog. Dengan pertimbangan diatas penulis sengaja
memilih ADC 0804 sebagai Konverter A/D . ADC 0804 adalah suatu IC CMOS
pengubah analog ke digital 8-bit dengan satu kanal masukan seperti pada gambar
2.16. dibawah ini.
Deskripsi Fungsi Pin ADC 0804
1. Pin WR (Write), pulsa high pada input write maka ADC akan
melakukan konversi data, tegangan analog menjadi data digital.
Pin WR dihubungkan dengan pin INTR. Setelah selesai konversi
pin INTR akan memberi pulsa low pada pin WR
2. Pin INTR (Interrupt), bila konversi data analog menjadi digital
telah selesai maka pin INTR akan mengeluarkan pulsa low ke pin
WR. Perangkat ADC dapat diopersikan dalam mode free running
dengan menghubungkan pin INT ke input WR.
3. Pin CS (Chip select), agar ADC dapat aktif , melakukan konversi
data maka input chip select harus diberi logika low. Data output
akan berada pada kondisi three state apabila CS mendapat logika
high.
4. Pin RD (Read), agar data ADC data dapat dibaca oleh sistem
mikroprosessor maka pin RD harus diberi logika low.
5. Pin Vin (+) dan Vin (-) merupakan input tegangan deferensial
yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input. Dengan
memanfaatkaninput Vin maka dapat dilakukan offset tegangan
nol pada ADC.
6. Pin Vref, tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input
tegangn pada Vin (+) dan Vin (-), Vref = Vin / 2.
110
7. Pin CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU
atau RC eksternal dapat ditambahkan untuk memberikan
generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger.
ADC jenis pendekatan berturut-turut membandingkan masukan analog
terhadap sebuah tegangan referensi DAC yang berulang-ulang menjadi dua
bagian. Proses ini dijelaskan pada gambar 2.19. dimana sebuah bilangan biner
tiga angka (100) yang menyatakan tegangan penuh sumber referensi, dibagi
menjadi dua bagian (bilangan biner 100) menyatakan ½ V. Perbandingan antara
tegangan referensi ini (½ V) terhadap masukan analog dilakukan. Jika hasil
perbandingan menunjukkan bahwa pendekatan pertama ini terlalu kecil (½ V
adalah terlalu kecil dari pada masukan analog), maka perbandingan berikutnya
akan dilakukan terhadap ¾ V (bilangan biner 110). Jika perbandingan
menunjukkan bahwa perkiraan pertama terlalu besar (½ V lebih besar dari pada
masukan analog), maka pembanding berikutnya dilakukan terhadap ¼ V (bilangan
biner 010). Setelah tiga pendekatan berturut-turut, bilangan digital dipisahkan.
Metoda pendekatan berturut-turut sedikit lebih rumit dari pada metoda
yang lain, karena dia memerlukan sebuah register pengontrol khusus untuk
membuka pulsa-pulsa ke bit pertama, kemudian ke bit kedua dan seterusnya.
Akan tetapi biaya tambahan untuk register pengontrol ini adalah kecil, sehingga
pengubah dapat menengani sinyal-sinyal kontinu dan tidak kontinu dengan
resolusi yang besar dan kecil pada kecepatan dan biaya yang sedang.
Diagram balok yang dasar diperlihatkan pada gambar 2.20. Pengubah ini
menggunakan sebuah register pengontrol digital yang mampu membuka masukan
1 dan masukan 0 ; sebuah pengubah digital ke analog beserta sumber daya
referensi; sebuah rangkaian pembanding, sebuah loop pengontrol waktu, dan
register distribusi. Register distribusi menyerupai sebuah pencacah melingkar
(ring counter) dengan sebuah angka 1 yang bersirkulasi didalamnya menentukan
langkah mana yang berlangsung.
Pada permulaan siklus pengubahan, SAR dibuat ”set” dengan angka 1
didalam bit yang paling berarti (MSB-most significant bit) dan 0 didalam semua
bit yang kurang berarti. Dengan demikian register distribusi mencatat bahwa
siklus telah dimulai dan bahwa proses adalah dalam fasa membaca 100...,
menyebabkan suatu tegangan keluaran pada bagian pengubah digital ke analog
sebesar setengah dari tegangan referensi. Pada saat yang sama, sebuah pulsa
memasuki susunan pengatur waktu keterlambatan. Sementara pengubah D/A dan
pembanding telah diam, pulsa yang terlambat ini dimasukkan ke gerbang bersama
keluaran pembanding. Bila bit paling berarti dibuat ”set” di dalam register
Keterlambatan
keadaan 1 ataupun kembali ke keadaan 0, bergantung pada keluaran pembanding.
Angka tunggal 1 di dalam register distribusi digeser keposisi berikutnya dan
mengawasi jumlah perbandingan yang dilakukan.
Gambar 2.20.Diagram balok sederhana untuk A/D jenis pendekatan berturut-turut.
Prosedur ini berulang mengikuti diagram gambar 2.17. sampai
pendekatan akhir telah dikoreksi dan register distribusi menunjukkan akhir
pengubahan. Di dalam sistem ini sinkronisasi tidak dibutuhkan karena
pembanding hanya mengontrol satu flip-flop pada satu waktu. Pada pengubah
jenis pendekatan berturut-turut, keluaran digital berhubungan dengan suatu nilai
yang telah dimiliki oleh masukan analog selama pengubahan. Jadi waktu celah
sama dengan waktu pengubahan total. Waktu celah pengubahan ini dapat
dikurangi dengan menggunakan teknik redundansi atau sebuah rangkaian cuplik
dan tahan (sample and hold circuit).
2.12. Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya dan flux: Satuan intensitas cahaya I adalah candela (cd)
juga dikenal dengan international candle. Satu lumen setara dengan flux cahaya,
jika sumber cahayanya isotropik 1-candela (yang bersinar sama keseluruh arah)
merupakan pusat isotropik lingkaran. Dikarenakan luas lingkaran dengan jari-jari
1m memiliki luas 4πm2, dan oleh karena itu flux cahaya total yang dipancarkan
oleh sumber cahaya isotropik dengan intensitas I adalah :
Fluxcahaya (lm) = 4π x intensitas cahaya (cd) ... (2.11.)
Perbedaan antara lux dan lumen adalah bahwa lux berkenaan dengan luas
areal pada mana flux menyebar 1000 lumens, terpusat pada satu areal dengan luas
satu meter persegi, menerangi meter persegi tersebut dengan cahaya 1000 lux. Hal
yang sama untuk 1000 lumens, yang menyebar ke sepuluh meter persegi, hanya
menghasilkan cahaya suram 100 lux.
Hukum Kuadrat Terbalik : Mendefenisikan hubungan antara pencahaya
dari sumber titik dan jarak. Rumus ini menyatakan bahwa intensitas cahaya per
satuan luas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumbernya (pada
dasarnya jari-jari).
E = I / d2 ... (2.12.)
Dimana : E = Emisi cahaya
I = Intensitas cahaya
d = Jarak
Bentuk lain dari persamaan ini yang lebih mudah adalah :
E1 d12 = E2 d22
Jarak diukur dari titik uji kepermukaan yang pertama-tama kena cahaya
kawat lampu pijar yang jernih, atau pembungkus dari lampu pijar yang
permukaannya seperti es. Dapat dicontohkan jika seseorang mengukur 10 lm/m ... (2.13.)
dari sebuah cahaya bola lampu pada jarak satu meter, berapakah kerapatan flux
pada jarak setengahnya. Dari rumus dapat diselesaikan :
E1m = (d2/d1)2 x E2
= (1,0 / 0,5)2 x 10
= 40 lm/m2
AT89S51 adalah mikrokontroller keluaran Atmel dengan 4K byte Flash
PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory), AT89S51
merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory, isi memori tersebut
dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori ini biasa digunakan untuk
menyimpan instruksi (perintah) berstandar MCS-51 code sehingga
memungkinkan mikrokontroller ini untuk bekerja dalam mode single chip
operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory
(memori luar) unruk menyimpan source code tersebut.
Gambar 2.21Konfigurasi pin mikrokontroller AT89S5. .
Deskripsi Mikrokontroller AT89S51
VCC (power supply) GND (ground)
Port 0, yaitu pin p0.7..p0.0
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex addres/data
ataupun menerima kode bye pada saat Flash Programming. Pada saat
sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah
Transistor Transistor Logic (TTL) input atau dapat diubah sebagai input
dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.
Port 1, yaitu pin p1.0...p1.7
Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address bytes
selama pada saat Flash Programming. Port ini mempunyai internal pull
updan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai
output port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.
Fasilitas khusus dari port 1 ini adalah adanya In-System Programming,
yaitu port 1.5 sebagai MOSI, port 1.6 sebagai MISO, port 1.7 sebagai
SCK.
Port 2, yaitu mulai pin p2.0...p2.7
Port 2 berfungsi sebagai I\O biasa atau high order address, pada saat
mengakses memori secara 16 bit (Movx @DPTR). Pada saat mengakses
memori secara 8 bit (Mov @Rn), port ini akan mengeluarkan sisi dari
Special Function Register. Port ini mempunyai pull up dan berfungsi
sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat
Pin 3.0, sebagai RXD (Port Serial Input). Pin 3.1, sebagai TXD (Port Seial Output). Pin 3.2, sebagai INT0 (Port External Interupt 0).
Pin 3.3, sebagai INT1 (Port External Interupt 1).
Pin 3.4, sebagai T0 (Port External Timer 0).
Pin 3.5, sebagai T1 (Port External Timer 1).
Pin 3.6, sebagai WR (External Data Memory Write Strobe).
Pin 3.7, sebagai RD (External Data Memory Read Strobe).
Pin 9, sebagai RST
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
Pin 30, sebagai ALE/PROG
Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE) yang
me-latch low byte address pada saat mengakses memori external. Sedangkan
pada saat Flash Programming (PROG) berfungsi sebagai pulse input. Pada
operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16
frekwensi oscillator, kecuali pada saat mengakses memori external. Sinyal
clock pada saat ini dapat pula di disable dengan men-set bit 0 Special
Function Register.
Pin 29, sebagai PSEN
Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada
memori eksteranal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle.
Pin 31, Sebagai EA/VPP
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroller
di reset. Jika berkondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan
program yang ada pada memori internal. Pada saat Flash Programming pin
ini akan mendapat tegangan 12 Volt (VPP).
Pin 19, sebagai XTALL1 (Input Oscillator).
Pin 18, sebagai XTALL2 (Output Oscillator).
2.13.1 Struktur Memori
AT89S51 mempunyai stuktur memori yang terdiri atas :
RAM Internal, memori sebesar 128 byte yang biasanya
digunakan untuk menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara.
Special Function Register (Register Fungsi Khusus), memori yang berisi
register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan
oleh mikrokontroller tersebut, seperti timer, serial dan lain-lain.
Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan
instruksi-instruksi MCS51.
Gambar 2.22.Struktur memori AT89S51.
AT89S51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM
internal dan Flash PEROMnya. RAM internal dialamati oleh RAM Address
perintah-perintah bahasa Assembler dialamati oleh program Address Register
(Register alamat program). Dengan adanya struktur memori yang terpisah
tersebut, RAM internal dan Flash PERROM mempunyai alamat yang sama, yaitu
alamat 00, namun secara fisiknya kedua memori tidak saling berhubungan.
2.14. GERBANG OR
Gerbang OR seperti terlihat pada gambar 2.23. dua input ungkapan booleannya
dapat disimbolkan dengan A + B = Y. Dimana A dan B adalah input , sedangkan
Y adalah output. Output Y akan bernilai 1 (high) apabila salah satu dari input A
atau B bernilai 1, dan akan bernilai 0 (Low) apabila A dan B bernilai 0.
Perhitungan gerbang OR dapat dilihat pada tabel kebenaran 2.2. dibawah ini.
Gambar 2.23. Gerbang OR
Tabel 2.2. Tabel kebenaran gerbang OR
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Jadi perhitungan gerbang OR adalah :
A + B = Y
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
2.15. GERBANG NOR (Not OR)
Gerbang NOR (kependekan dari Not-OR) seperti terlihat pada gambar
2.24. merupakan ingkaran atau kebalikan dari gerbang OR. Gerbang NOR dua
input dapat disimbolkan dengan A + B = Y. Dimana A dan B adalah input ,
sedangkan Y adalah output. Output Y akan bernilai 1 (high) apabila kedua input A
atau B bernilai 0, dan akan bernilai 0 (Low) apabila salah satu input A atau B
bernilai 1. Perhitungan gerbang NOR dapat dilihat pada tabel kebenaran 2.3.
dibawah ini.
A
B Y
Gambar 2.24. Gerbang NOR
Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang NOR
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Jadi perhitungan gerbang NOR adalah :
A + B = Y
0 + 0 = 1
0 + 1 = 0
1 + 0 = 0
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) 0804
Rangkaian skematik ADC seperti pada gambar 3.1. diperoleh dari
berbagai sumber dengan terlebih dahulu dilakukan percobaan try and error.
.
Gambar 3.1. Rangkaian Skematik ADC 0804.
Ada beberapa cara dalam mengoperasikan ADC 0804 yaitu :
1. Operasi Kontinu
Agar ADC 0804 dapat dioperasikan Kontinu (proses membaca
terus menerus dan tanpa proses operasi jabat tangan), maka pin CS dan
kemanapun. Prinsip kerja operasi kontinu ini yaitu ADC akan
memulai konversi ketika INTR kembali tidak aktif (logika ’1’).
Setelah proses konversi selesai, INTR akan aktif (Logika ’0’). Untuk
memulai konversi pertama sekali pin WR harus di groundkan, ini
digunakan untuk mereset SAR. Namun pada konversi berikutnya
untuk mereset SAR dapat menggunakan sinyal INTR saat aktif (logika
’0’) dan mulai konversi saat tidak aktif (logika ’1’). Ketika selesai
konversi data hasil konversi akan dikeluarkan secara langsung untuk
dibaca karena RD di groundkan. Saat sinyal INTR aktif, sinyal ini
digunakan untuk mereset SAR. Saat INTR kembali tidak aktif proses
konversi dimulai kembali.
2. Operasi Hand Shaking
Agar ADC 0804 dapat dioperasikan CS harus diberi logika ’0’.
Ketika WR logika ’0’ register SAR akan direset, sedangkan ketika WR
logika ’1’ maka proses konversi segera dimulai. Selama konversi
sedang berlangsung, sinyal INTR akan tidak aktif (logika ’1’),
sedangkan saat konversi selesai ditandai dengan aktifnya sinyal INTR
(logika ’0’).
Output dari LDR (antara resistor 1000 Ohm dan LDR) dihubungkan ke
kaki 6 VI+ sebagai tegangan input ADC. Hal ini berarti setiap perubahan
tegangan yang terjadi pada input ADC ini maka akan terjadi perubahan pada
output ADC.
Tegangan 12 V dihubungkan ke IC 7809 untuk diturunkan tegangannya
mengalir melalui IC 7809, sedangkan R3 = 1 kOhm sebagai pembatas arus pada
LED. R3 = 1 kOhm didapat dari rumus :
R = 12 V / 15 mA = 800 ohm
Pada R3 dipasang 1000 ohm ini tidak melewati batas arus maksimal dari
LED 15 mA karena :
I = 12 V / 1000 ohm = 0,012 A = 12 mA
Output dari IC 7809 dihubungkan ke IC 7805, ini bertujuan untuk
menurunkan tegangan dari 9 V menjadi 5 V. Tegangan 5 V ini yang menjadi
tegangan input dari ADC 0804. output dari IC 7805 dihubungkan ke LED dan R7
= 5000 / 2000 = 2,5 V
= 330 ohm. Dioda Zener 5,1 V berfungsi untuk membatasi arus yang masuk pada
ADC yaitu hanya 5 V. Apabila terjadi short circuit pada rangkaian, komponen
yang lain tidak ikut rusak, karena arus yang berlebih tadi hanya berada disekitar
Dioda Zener.
V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data
tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-).
Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan
input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari
tegangan input maksimal yaitu 2,56 Volt. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan
maksimal data digital juga akan maksimal. Pin Vref dihubungkan ke R4 dan R5
seperti pada gambar 3.2.
Vcc
Vref R4
R5
Gambar 3.2. Pemberian tegangan refferensi.
Vref dihubungkan ke R2 (Trimmer Potensio) 100 kOhm dan ujung dari
kaki-kaki Trimmer Potensio dihubungkan ke R5 = 1 kOhm dan R4 = 1 kOhm.
Keluaran tegangan dari Trimmer Potensio dihubungkan ke kapasitor C2 = 100 pF.
C2 disini untuk memperkecil noise yang timbul dari tegangan yang keluar dari
Trimmer Potensio.
Rtotal = R2 + R4 + R5= 1 kOhm + 100 kOhm + 1 kOhm = 102 kOhm
Xc = 1 / 2πfC = 1 / 2 x 3,14 x 100 Hz x 100 (10-12)
= 15923 kOhm (Xc lebih besar 10 kali dari Rtotal)
Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C
eksternal pada pin Rclk dan Cclk seperti pada gambar 4.3. dengan ketentuan :
Fclk = 1 / (1,1 RC) ... (3.1.)
Range frekuensi yang diperbolehkan adalah 100 khz sampai 1280 khz.
Jika R1= 10 kOhm dan C1 = 100 pF maka frekuensi clocknya adalah :
Fclk = 1/(1,1 x 10000 x 100 x 10-12)
= 9,09 x 105
= 9,09 x 105
Gambar 3.3. Rangkaian clock ADC 0804.
Gambar 3.4. Frekuensi clock vs clock kapasitor.
3.2. Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya
Rangkaian skematik sensor Intensitas Cahaya dapat dilihat pada gambar
3.5. di bawah ini:
Pada perancangan ini sensor Intensitas Cahaya disini berupa LDR (Light
Dependent Resistor). Dari gambar 3.5. Rangkaian Skematik sensor Intensitas
Cahaya jelas terlihat salah satu kaki LDR (Light Dependent Resistor)
dihubungkan terlebih dahulu ke tahanan 1000 Ohm sebelum dihubungkan ke Vcc
5 volt dan kaki yang lain dari LDR langsung dihubungkan ke ground. Sebagai
input untuk ADC, jalur rangkaian sensor intensitas cahaya antara kaki LDR
dengan tahanan 1000 Ohm di sambungkan ke salah satu output sensor intensitas
cahaya. Output sensor intensitas cahaya inilah yang digunakan untuk input ADC.
Jika LDR terkena cahaya, maka tahanan pada LDR akan berkurang,
sehingga tegangan antara kaki LDR dengan tahanan 1000 Ohm juga akan
berubah. Perubahan tegangan inilah yang dikonversikan ADC menjadi output
digital.
Tahanan 1000 Ohm digunakan agar arus yang diterima LDR tidak begitu
besar. Tahanan 1000 Ohm sesuai dengan arus maksimum yang boleh diterima
oleh LDR. Arus maksimum yang boleh diterima LDR adalah 5 mA. Jadi apabila
tegangan yang digunakan tegangan Vcc 5 volt maka tahanan yang dapat
digunakan adalah :
R = V / I = 5 Volt / 5 mA = 1000 Ohm
3.3. Rangkaian Seven Segmen
Gambar 3.6. Rangkaian Seven Segmen.
Rangkaian Seven Segmen adalah berfungsi untuk menampilkan nilai
Intensitas Cahaya. Jadi nilai yang tertera pada Seven Segmen merupakan nilai
Intensitas Cahaya. Seven Segmen disini terdiri dari 3 buah, jadi nilai Intensitas
Cahaya yang dapat muncul dari 0 – 999 lumen.
seven segmen yang dihubungkan ke IC HEF 4094BP yang merupakan
IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi
keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1
AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang
disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal
Tiga Dioda 5392 dc berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 5 V
menjadi 3,7 V, karena tegangan maksimum Seven Segmen 3,7 V. Satu Dioda
5392 dc dapat menurunkan tegangan hingga 0,6 V
3.4. Rangkaian Out Put LED
Rangkaian Out Put LED ini berupa 8 buah LED, ini berarti 8-bit keluaran
dari ADC 0804. Rangkaian Out Put LED ini dapat dilihat pada gambar 3.7. di
bawah ini.
Gambar 3.7. Rangkaian Out Put LED.
Kaki katoda dari LED dihubungkan ke ground sedangkan kaki anoda dari
LED dihubungkan ke resistor 330 Ohm. Jika arus dari LED maksimum yang bisa
diterima adalah 15 mA dan tegangan suplai adalah 5 V maka :
R = V / I
R = 5 / 0,015 = 333,33 Ohm
BAB IV
PEMBAHASAN RANGKAIAN ADC 0804
4.1. Pembahasan ADC (Analog to Digital Converter) 0804Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-).
ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.
Adapun blok diagram ADC 0804 dapat dilihat pada gambar 4.1. Data outputan
digital sebanyak 8 byte (D0-D7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111,
sehingga kemungkinan angka desimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255
dengan ketepatan keluaran biner berkisar antara ½ LSB sampai 2 LSB dan
keluaran desimal berkisar antara 0,01 % sampai 0,05 %. Waktu konversi 66
sampai 73 µs. Resolusi untuk ADC dapat dihitung dari :
Resolusi = (Tegangan skala penuh / 2n
Adapun prinsip kerja ADC 0804 secara umum adalah saat keadaan logika
WR atau RD dalam kondisi low (0 volt), ADC ini dalam keadaan reset. Jika salah
satu dari keadaan logika tersebut dalam kondisi high maka ADC mulai bekerja.
SAR mengeluarkan 8-bit yang kemudian diubah menjadi tegangan analog oleh
DAC. Tegangan ini dibandingkan dengan tegangan masukan analog, jika keluaran
DAC lebih kecil dari tegangan masukan analog (Vout DAC<Vin , bit set = 1)
maka SAR terus bekerja sampai pada kondisi dimana tegangan keluaran DAC
lebih besar dari tegangan masukan analog (Vout DAC>Vin , bit set = 0) . Pada
saat itu keluaran komparator akan menghentikan SAR. Data pada keluaran SAR
adalah data digital hasil konversi tegangan analog. Setelah selesai konversi, ADC – 1) ... (4.1.)
akan memberi tanda dengan mengaktifkan INTR. Keluaran SAR disimpan
sementara oleh latch.
Jadi prinsip kerja ADC dengan metode Successive Aproximation
Converter (SAR) dapat kita misalkan sebagai berikut : Jika kita masukkan 5 V
pada masukan analog, mula-mula pengubah A/D (SAR) mengadakan ’dugaan’
terhadap tegangan masukan analog. Dugaan ini dilakukan dengan mengeset MSB
menjadi 1. Ini diperlihatkan pada blok 1, pekerjaan ini dilakukan oleh unit logika
(SAR). Hasilnya (100) dimasukkan kembali ke pembanding melalui pengubah
D/A. Pembanding menjawab pertanyaan pada blok 2. Apakah 100 tinggi atau
rendah dibandingkan dengan tegangan masukan? Pada kasus ini jawabannya
’rendah’. Kemudian logika (SAR) mengerjakan tugas pada blok 6. Bagiaan 2-an
diset menjadi 1. Hasilnya (110) dikirim kembali ke pembanding. Pembanding
menjawab pertanyaan pada blok 7, apakah 110 tinggi atau rendah dibandingkan
tegangan masukan? Jawabannya ’rendah’. Kemudian logika SAR mengerjakan
mengerjakan tugas pada blok 9. Bagian 1-an diset menjadi 1. Hasil akhir biner
111. Ini menyatakan 5 V yang terpasang pada masukan pengubah A/D. Cara
kerja di atas dapat dilihat pada gambar 4.2. flowchart prinsip kerja ADC metode
Set MSB
4.2. Pengujian ADC (Analog to Digital Converter) 0804
Setelah rangkaian selesai dibuat maka selanjutnya diadakan pengujian
untuk rangkaian ADC 0804 seperti pada gambar 4.5. Hasil pengujian ADC dapat
dilihat pada tabel 4.1. dibawah ini.
Gambar 4.5. Pengujian ADC 0804.
Tabel 4.1. Hasil pengujian ADC
Tegangan input
analog (Volt)
Keluaran ADC (Biner)
0 1 2 3 4 5 6 7
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,2 0 1 0 1 0 0 0 0
0,6 0 1 1 1 1 0 0 0
1 1 1 0 0 1 1 0 0
1,4 1 1 1 0 0 0 1 0
1,8 0 0 1 1 1 0 1 0
2,2 0 0 0 0 1 1 1 0
2,6 0 0 1 0 0 0 0 1
3 1 0 0 1 1 0 0 1
3,4 1 0 1 1 0 1 0 1
3,8 0 1 0 0 0 0 1 1
4,2 0 1 1 0 1 0 1 1
4,6 0 1 0 1 0 1 1 1
5 1 1 1 1 1 1 1 1
Keluaran biner diatas dapat kita uji dengan resolusi ADC 8-bit 19,6 mV.
Ingat, setiap 19,6 mV sama dengan nilai biner tunggal. Jadi jika tegangan analog
1,0 V bilangan binernya sama dengan 1,0 V dibagi 19,6 mV sama dengan desimal
51. mengubah desimal 51 menjadi biner sama dengan 00110011.
4.2.1. Pengujian ADC 0804 tanpa Interface dengan Mikrokontroler
Setelah selesai pengujian ADC 0804 dengan tegangan analog ≤ 5 Volt,
kemudian dilakukan pengujian dengan 5 buah LED yang berbeda warna tanpa
Interface dengan Mikrokontroler. Pin 11 sampai pin 18 dari ADC 0804 yang
tadinya dihubungkan dengan Mikrokontroler dihubungkan ke 8 buah LED seperti
pada gambar 3.7. sebagai Output dari ADC 0804. Gambar blok Pengujian ADC
0804 tanpa Interface dengan Mikorokontroler dapat dilihat pada gambar 4.6.
Input LED
Gambar 4.6. Pengujian ADC 0804 tanpa Interface dengan mikrokontroler.
Tabel 4.2. Percobaan terhadap 5 buah LED berbeda warna.
Warna Bilangan Desimal Tampilan 8 buah LED
(8-bit)
Putih Super 66 01000010
Biru Super 115 01110010
Hijau Super 59 00111011
Merah Biasa 123 01111011
4.2.2. Pengujian ADC 0804 Interface dengan Mikrokontroler
Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan pin WR dari ADC
0804 dengan pin 23 atau port 2.2 dari Mikrokontroler. Pemrograman bahasa
Assemblernya dapat dilihat pada lampiran. Rangkaian Blok pengujian ini dapat
dilihat pada Gambar 4.7.
Input LED 5
Gambar 4.7. Rangkaian Blok Pengujian ADC 0804 Interface dengan
Mikrokontroler.
Tabel 4.3. Percobaan terhadap 5 buah LED berbeda warna.
Warna Tampilan Seven Segmen
Putih Super 66
Biru Super 115
Hijau Super 59
Merah Biasa 123
Kuning Biasa 110
4.3. Pengujian Sensor Intensitas Cahaya.
Gambaran umum rangkaian Sensor Intensitas Cahaya dapat dilihat pada
Gambar 4.8. di bawah ini. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 11,0592 MHz
dan dua buah kapasitor 30 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan
mikrokontroler AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program.
Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi
Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 merupakan saluran/bus I/O 8-bit open collector
dan juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama
adanya akses ke memori program eksternal. Untuk men-download file
heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd terletak
pada kaki 6, 7, 8, 9, 40 dan 20 dari mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45
sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP
Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel.
Pada permulaan pengujian dilakukan pengkalibrasian dengan lampu
pijar 25 watt, 40 watt dan 60 watt. Kemudian dari data yang diperoleh dilakukan
perbandingan dengan bahasa Assembler untuk menentukan range intensitas
cahaya, yaitu dari 0 – 999 lumen. Perbandingan ini dilakukan untuk mendapatkan
hasil pengukuran yang lebih akurat. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada
lampiran bahasa pemrograman. Hasil pengujian terhadap lampu pijar dapat diliha
pada tabel 4.4.
Tabel 4.4. Hasil pengujian lampu pijar.
Daya lampu pijar (watt) Intensitas (Lumen)
5 W lampu hemat energi Setara 25 W lampu pijar = 220 lumen
5 W 35 lumen
20 W lampu cool day light > 999 lumen
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan• ADC 0804 dapat dioperasikan dengan Mikrokontroler dan tanpa
Mikrokontroler.
• Ketepatan keluaran biner berkisar antara ½ LSB sampai 2 LSB dan keluaran
desimal berkisar antara 0,01 % sampai 0,05 %.
• Perubahan input pada LDR akan menyebabkan perubahan output ADC. • Resolusi untuk ADC 0804 8-bit adalah 19,6 mV.
• Sensor Intensitas Cahaya ini dapat mengukur antara 0 – 999 lumen.
• Sensor Intensitas Cahaya ini lebih akurat digunakan untuk pengukuran
intensitas cahaya lampu pijar, karena pengkalibrasian dilakukan dengan lampu
pijar.
5.2. Saran
• Agar pihak jurusan memberikan kemudahan dalam meminjamkan fasilitas
laboratorium untuk pengujian alat perancangan.
• Pada pembuatan peralatan ini ADC yang digunakan hanya 8-bit, untuk
pengembangannya diharapkan dapat membuat peralatan dari ADC 16-bit dan
Daftar Pustaka
1. David cooper. William, 1994, Instrumentasi Elektronik dan Teknik
Pengukuran, Edisi ke-2, Penerbit Erlangga.
2. Hendrianto. Dedek, 2007, ”Perancangan sensor Intensitas Cahaya Berbasis
Mikrokontroler AT89S51”, Karya Akhir, USU.
3. Malvino, 1981, Prinsip-prinsip Elektronik, Edisi kedua, Penerbit Erlangga.
4. Leach. Malvino, 1981, Digital Principles and Application, third edition,
Mcgraw- Hill, inc. United State of America.
5. Tokheim. Roger l, 1995, Elektronika Digital, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga.
6. Tirtamihardja, Samuel H, 1996, Elektronika Digital, Penerbit Andi
Yogyakarta.
Delay_ADC: mov r7,#80h Dly_ADC: mov r6,#40h djnz r6,$
djnz r7,Dly_ADC ret
