PERANCANGAN KARTU KOMPUTER MULTI I/O
BERBASIS PPI 8255 48 I/O YANG DAPAT DIPROGRAM
(Skripsi)
Oleh
NORMAN MEYER GULTOM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
ABSTRACT
DESIGN OF MULTI I/O (48 I/O) COMPUTER CARD BASES ON PPI 8255 PROGRAMMABLE
By
NORMAN MEYER GULTOM
In computer system, a lot of facilities are offered by each of computer type, from the old type of computer until the very newest type. One of facility that being offered is slot that available in motherboard such as ISA slots (Industry Standard Architecture). To use this slot facility, a computer card is needed. Computer card that will be design in this research have a general function as I/O (input/output) component that can be programmed.
This computer card have PPI 8255 basis that have 48 I/O facilities. PPI was a chip that been design to used in microprocessor system. In this case, 2 pieces of IC PPI 8255 is needed to supply 48 I/O, so it is necessary to addressing each of PPI 8255. For 1 IC PPI 8255 needs 4 address which 1 of address is for Control port and the other for I/O port. Addressing for this computer card is processed by 2 pieces of IC Decoder 74LS138. Computer card that designed in here is address at 300H to 307H. Data process that happened in this computer card is able to result and to receive data. Chip Select signal’s in each of PPI 8255 confirming computer card is access or not.
From this computer card, facility uses that offered by computer can be more effective, more over from this computer card consumer can use it for controlling activity as they need it.
ABSTRAK
PERANCANGAN KARTU KOMPUTER MULTI I/O BERBASIS PPI 8255 48 I/O YANG DAPAT DIPROGRAM
Oleh:
NORMAN MEYER GULTOM
Dalam sistem komputer, banyak fasilitas yang disediakan oleh berbagai komputer, baik oleh komputer jenis lama maupun komputer jenis terbaru. Salah satu fasilitas yang disediakan adalah slot yang terdapat pada motherboard seperti slot ISA (Industry Standard Architecture). Untuk memanfaatkan fasilitas slot ini dibutuhkan suatu kartu komputer. Kartu komputer yang akan dirancang disini memiliki fungsi umum sebagai komponen I/O (input/output) yang dapat diprogram.
Kartu komputer ini berbasis PPI 8255 yang memiliki fasilitas I/O sebanyak 48 I/O. PPI merupakan chip yang didesain untuk digunakan dalam sistem mikroprosesor. Dalam hal ini dibutuhkan 2 buah IC PPI 8255 agar dapat menyediakan 48 I/O, sehingga dibutuhkan suatu pengalamatan untuk masing-masing PPI 8255. Untuk masing-masing-masing-masing IC PPI 8255 membutuhkan 4 buah alamat dimana satu alamat untuk Port Control dan lainnya untuk Port I/O. Pengalamatan pada kartu komputer ini dikerjakan oleh 2 buah IC Decoder 74LS138. Kartu komputer yang dirancang disini beralamat pada 300H - 307H. Proses data yang terjadi pada kartu komputer ini 2 arah dimana dapat menghasilkan data menerima data. Sinyal Chip Select pada masing-masing PPI 8255 menentukan diakses atau tidaknya kartu komputer.
Melalui kartu komputer ini pemanfaatan fasilitas yang disediakan oleh komputer dapat lebih efektif, selain itu juga melalui kartu komputer ini para konsumen juga dapat memanfaatkannya untuk kebutuhan pengendalian sesuai kebutuhan.
PERANCANGAN KARTU KOMPUTER MULTI I/O
BERBASIS PPI 8255 48 I/O YANG DAPAT DIPROGRAM
Oleh
NORMAN MEYER GULTOM
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
Judul Skripsi : PERANCANGAN KARTU KOMPUTER MULTI I/O BERBASIS PPI 8255 48 I/O YANG DAPAT DIPROGRAM
Nama Mahasiswa : Norman Meyer Gultom Nomor Pokok Mahasiswa : 0515031067
Program Studi : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing
Sumadi, S.T., M.T. Wahyu Eko Sulistiono, S.T., M.Sc. NIP 197311042000031001 NIP 197412012001121001
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua : Sumadi, S.T., M.T. ...
Sekretaris : Wahyu Eko Sulistiono, S.T., M.Sc. ...
Penguji
Bukan Pembimbing : Agus Trisanto, Ph.D. ...
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
Dr. Lusmeilia Afriani, DEA NIP 196505101993032008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Belitang, Sumatera Selatan pada tanggal 29 April 1987, sebagai anak ketiga dari lima bersaudara dari pasangan Bapak E. Gultom (Alm) dan Ibu R. Siregar.
Jenjang pendidikan yang ditempuh oleh penulis dimulai dari Sekolah Dasar Xaverius 15 Gumawang diselesaikan pada tahun 1999, dilanjutkan ke Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Xaverius 01 Belitang diselesaikan pada tahun 2002, kemudian dilanjutkan di Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Belitang diselesaikan pada tahun 2005.
MOTTO
“ JIKA ADA YANG TERBAIK,
UNTUK APA HANYA MEMILIH YANG BAIK “
“ Berbahagialah orang yang mendapat hikmat,
orang yang memperoleh kepandaian,
karena keuntungannya melebihi keuntungan perak,
dan hasilnya melebihi emas “
i
Atas Anugerah dari Tuhan Yesus Kristus
Dengan rasa hormat, cinta dan sayangku
ku dedikasikan karya sederhana ini teruntuk Mama
(ROSMALIZAR SIREGAR)
,
Yang senantiasa mencintai, memotivasi, dan mendoakan ku,
Selalu ada untukku.
Terimakasih atas kepercayaan yang diberikan kepadaku,
Karya kecilku ini ku persembahkan kepada:
Adikku Ribka Oktaviani br. Gultom, Bernard Gultom,
Kakakku Ridho Asih br. Gultom, Arigato Gultom
Karya kecilku ini ku persembahkan kepada:
Guru-guru dan Dosen-dosen ku
dan
i
Atas Anugerah dari Tuhan Yesus Kristus
Dengan rasa hormat, cinta dan sayangku
ku dedikasikan karya sederhana ini teruntuk Mama
(ROSMALIZAR SIREGAR)
,
Yang senantiasa mencintai, memotivasi, dan mendoakan ku,
Selalu ada untukku.
Terimakasih atas kepercayaan yang diberikan kepadaku,
Karya kecilku ini ku persembahkan kepada:
Adikku Ribka Oktaviani br. Gultom, Bernard Gultom,
Kakakku Ridho Asih br. Gultom, Arigato Gultom
Karya kecilku ini ku persembahkan kepada:
Guru-guru dan Dosen-dosen ku
dan
ii
SANWACANA
Puji Tuhan, segala Puji dan Hormat penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus. Hanya karena Anugerah dan Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul ”Perancangan Kartu Komputer Multi I/O Berbasis PPI 8255 48 I/O Yang Dapat Diprogram” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Hariyanto, M. S. selaku Rektor Universitas Lampung;
2. Ibu Dr. Lusmeilia Afriani, DEA., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung;
3. Bapak Ir. Abdul Haris, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;
4. Bapak Sumadi, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama dan Pembimbing Akademik atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, motivasi, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini;
iii 6. Bapak Agus Trisanto, Ph.D., selaku Penguji Utama pada ujian skripsi. Terima
kasih untuk masukan dan saran-saran pada seminar proposal, seminar hasil dan ujian komprehensif;
7. Bapak F.X. Arinto S., S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;
8. Seluruh dosen Teknik Elektro Unila yang telah memberikan banyak ilmu dan pengetahuan kepada penulis;
9. Seluruh staf administrasi Jurusan Teknik Elektro dan staf administrasi Fakultas Teknik Universitas Lampung;
10.Untuk saudaraku, B’Rio, Ito Ika, Linggom, Dek Marta, B’Roy, K’Nani thx buat masukan serta doanya;
11.Teman seperjuangan Irman Septiansyah, sebagai teman senasib dan sepenanggungan dalam penyelesaian tugas akhir ini;
12.Keluarga Inang Serti, B’Ben, K’Ser beserta keluarga, K’Lia, Tante Teo,
B’Ben Simamora beserta keluarga, terimakasih atas support yang diberikan; 13.Teman-teman nongkrong Ganda Manullang, Tonggo Dup-Dup; terimakasih
atas kebersamaannya yang mewarnai hari-hari dalam pengerjaan tugas akhir ini;
14.Mandarway 2 Crew: Bembeng, Lala, Baim, Fritz, Anto, Edoy, Septa + kakaknya..hehe, Dar, Dito, Sehan, terimakasih atas hari-hari yang diwarnai dengan senyuman;
iv 17.Rekan-rekan mahasiswa senasib di Konsentrasi Teknik Kendali; terima kasih
atas support, cerita-cerita manis, dan masa-masa sulit yang pernah kita lewati bersama di konsentrasi ini;
18.Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2005 dan rekan-rekan konsentrasi lain, terima kasih atas kebersamaan, semangat, serta supportnya; 19.“Seseorang”, thx bgt buat warna pelangi yang pernah diberikan dalam
hari-hari penulis;
20.Dan semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ditjen Dikti Kementerian Pendidikan Nasional yang telah membantu pendanaan Penelitian ini sebagai bagian dari Surat Perjanjian Penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2009. Nomor: 357/H26/8/PL/2009. a.n. peneliti utama: Sumadi, S.T., M.T.
Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandarlampung, Mei 2010 Penulis
ii
SANWACANA
Puji Tuhan, segala Puji dan Hormat penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus. Hanya karena Anugerah dan Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul ”Perancangan Kartu Komputer Multi I/O Berbasis PPI 8255 48 I/O Yang Dapat Diprogram” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Hariyanto, M. S. selaku Rektor Universitas Lampung;
2. Ibu Dr. Lusmeilia Afriani, DEA., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung;
3. Bapak Ir. Abdul Haris, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;
4. Bapak Sumadi, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama dan Pembimbing Akademik atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, motivasi, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini;
iii dan ujian komprehensif;
7. Bapak F.X. Arinto S., S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;
8. Seluruh dosen Teknik Elektro Unila yang telah memberikan banyak ilmu dan pengetahuan kepada penulis;
9. Seluruh staf administrasi Jurusan Teknik Elektro dan staf administrasi Fakultas Teknik Universitas Lampung;
10.Untuk saudaraku, B’Rio, Ito Ika, Linggom, Dek Marta, B’Roy, K’Nani thx buat masukan serta doanya;
11.Teman seperjuangan Irman Septiansyah, sebagai teman senasib dan sepenanggungan dalam penyelesaian tugas akhir ini;
12.Keluarga Inang Serti, B’Ben, K’Ser beserta keluarga, K’Lia, Tante Teo,
B’Ben Simamora beserta keluarga, terimakasih atas support yang diberikan; 13.Teman-teman nongkrong Ganda Manullang, Tonggo Dup-Dup; terimakasih
atas kebersamaannya yang mewarnai hari-hari dalam pengerjaan tugas akhir ini;
14.Mandarway 2 Crew: Bembeng, Lala, Baim, Fritz, Anto, Edoy, Septa + kakaknya..hehe, Dar, Dito, Sehan, terimakasih atas hari-hari yang diwarnai dengan senyuman;
iv 16.Noviyanto + Wawan Songkot, terimakasih atas ilmu yang dibagikan kepada
penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini;
17.Rekan-rekan mahasiswa senasib di Konsentrasi Teknik Kendali; terima kasih atas support, cerita-cerita manis, dan masa-masa sulit yang pernah kita lewati bersama di konsentrasi ini;
18.Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2005 dan rekan-rekan konsentrasi lain, terima kasih atas kebersamaan, semangat, serta supportnya; 19.“Seseorang”, thx bgt buat warna pelangi yang pernah diberikan dalam
hari-hari penulis;
20.Dan semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ditjen Dikti Kementerian Pendidikan Nasional yang telah membantu pendanaan Penelitian ini sebagai bagian dari Surat Perjanjian Penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2009. Nomor: 357/H26/8/PL/2009. a.n. peneliti utama: Sumadi, S.T., M.T.
Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandarlampung, Mei 2010 Penulis
vi
III. METODE PENELITIAN ... 38
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 38
B. Alat dan Bahan ... 38
C. Tahap-tahap Dalam Perancangan Tugas Akhir... 39
D. Bagan Alir Proses Penelitian ... 40
E. Perancangan Perangkat Lunak ... 42
F. Perancangan Perangkat Keras ... 45
1. Perancangan Arsitektur Kartu Komputer ... 45
2. Perancangan PCB single layer ... 50
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... . 52
A. Karakteristik Kartu Komputer ... 52
B. Pembuatan Kartu Komputer ... 56
C. Prinsip Kerja Kartu Komputer... 65
D. Rangkaian Penguji ... 71
E. Grafik User Interface (GUI) ... 72
V. SIMPULAN DAN SARAN ... 89
A. Simpulan ... 89
B. Saran ... 90
vii DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Tabel kebenaran IC decoder ... 27
2. Operasi dasar PPI 8255... 32
3. Daftar pin dari slot ISA ... 46
4. Hubungan pin-pin antar komponen ... 47
5. Mode pengalamatan IC PPI 8255 ... 55
6. Tabel kebenaran IC 74LS138 ... 57
7. Mode pengalamatan dan pemilihan port ... 60
8. Daftar port I/O kartu komputer ... 64
9. Pengalamatan tiap-tiap port IC PPI 8255 ... 65
10. Format Control Word ... 68
11. Variasi konfigurasi I/O ... 69
12. Konfigurasi pengiriman data ke control word ... 71
ix DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Sebuah contoh sistem kendali ... 9
2. Subsistem pada sebuah sistem kendali kalang-terbuka ... 11
3. Subsistem pada sebuah sistem kendali kalang-tertutup ... 11
4. Servo ... 13
5. Regulator ... 13
6. Diagram Blok Sistem Kendali ON-OFF ... 14
7. Blok diagram kendali on-off berbasis mikroprosesor ... 15
8. Modul-modul komputer ... 19
9. Pola interkoneksi bus ... 21
10. Konfigurasi pin male kartu komputer ... 25
11. Konfigurasi pin female slot ISA 16-bit ... 26
12. Blok diagram rangkaian decoder ... 27
13. Rangkaian Decoder 3x8 ... 28
x 15. Pin IC PPI 8255 ... 29
16. Group Control PPI 8255 ... 36
17. Diagram Control Word ... 36
18. (i) Diagram Alir pembuatan PCB Double Layer ... 41 (ii) Diagram alir rekayasa perangkat lunak kartu PPI 8255 ... 41
19. Arsitektur PPI 8255 dapat diprogram ... 42
20. Blok Diagram hubungan antar perangkat pengendali ... 43
21. Diagram alir GUI ... 45
22. Desain konektor slot ISA ... 48
23. Desain kartu komputer double layer (tampak depan) ... 48
24. Desain kartu komputer double layer (tampak belakang) ... 49
25. Kabel Pelangi ... 49
26. Desain rangkaian penguji output kartu komputer ... 50
27. Desain rangkaian penguji input kartu komputer ... 50
28. PCB konektor slot ISA ... 56
29. Diagram alir pengaktifan pin Chip Select ... 58
30. Skematik Rangkaian Dekoder ... 59
xi 33. Kartu komputer ... 62
34. Port I/O pada kartu komputer ... 64
35. Penguji Output dan konektor ... 72
36. Penguji Input dan power supply ... 72
37. Tampilan awal GUI ... 73
38. Tampilan Kendali I/O 1, port I/O sebagai input ... 76
39. Tampilan Kendali I/O 2, port I/O sebagai output ... 80
40. Tampilan Kendali I/O 3, port I/O sebagai input-output ... 83
41. Slot ISA pada komputer ... 88
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Teknologi perangkat kontrol mengalami perkembangan sangat pesat, berkembang dari masa ke masa seiring dengan meningkatnya kemampuan dan kebutuhan hidup manusia. Seiring dengan makin banyaknya kebutuhan manusia tersebut, dibutuhkan suatu peralatan yang bersifat pengontrolan untuk dapat membantu pekerjaan manusia. Dengan terus berkembangnya dunia teknologi ini akan terus menciptakan suatu peralatan-peralatan canggih dan meninggalkan peralatan yang sudah lama atau ketinggalan jaman. Begitu juga dalam dunia komputer, komputer-komputer lama seperti komputer pentium I, II, dan III telah ditinggalkan para konsumen yang beralih ke jenis komputer dengan spesifikasi yang lebih canggih seperti Dual Core, Core 2 Duo, maupun Centrino. Dengan adanya pengadaan alat yang lebih canggih ini maka dibutuhkan juga pendanaan yang lebih besar juga sehingga tidak semua kalangan masyarakat dapat menikmati kecanggihannya.
lama dan bernilai murah seperti komputer pentium III, didesain suatu kartu komputer berbasis multi I/O (input/output) yang dapat diprogram sesuai dengan keperluan konsumen. Telah diketahui bersama bahwa komputer dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan, diantaranya sebagai pusat pengontrolan peralatan-peralatan tertentu yang diantarmukakan pada port masukan dan port keluaran (I/O port). Dengan adanya kartu komputer multi I/O yang dapat diprogram ini, para konsumen dapat dengan leluasa memanfaatkannya untuk kebutuhan pengendalian sesuai kebutuhan seperti pengendalian sistem penerangan pada gedung bertingkat.
3
Disamping itu juga kartu komputer ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan yang berbasis komputer tergantung kebutuhan pengguna atau konsumen. Dengan demikian para konsumen dapat berkreasi untuk menciptakan suatu aksi kontrol dengan telah adanya suatu kartu komputer yang siap pakai ini.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah menciptakan kartu komputer baru yang dapat diprogram yang memiliki fasilitas multi input/output (48 I/O) yang berbasis PPI 8255.
C. Manfaat Penelitian
D. Permasalahan
Suatu rangkaian kendali elektronik atau piranti luar lainnya dapat dihubungkan dengan sebuah komputer melalui suatu slot ekspansi yang disediakan oleh komputer. Pada jenis komputer IBM PC menyediakan beberapa slot ekspansi seperti slot ISA. Untuk menciptakan suatu kartu komputer dibutuhkan proses pengantarmukaan (interface) antara kartu dengan komputer melalui slot ISA. Dalam hal ini pengantarmukaan dilakukan oleh PPI 8255, namun jumlah PPI yang digunakan disini berjumlah lebih dari satu karena akan diciptakan suatu kartu multi I/O. Untuk itu dibutuhkan suatu perancangan baru yang dapat mengatur komunikasi penggantarmukaan beberapa PPI dengan slot ISA.
E. Batasan Masalah
1. Penelitian ini dibatasi hanya sampai pembuatan kartu komputer berbasis PPI 8255 multi I/O yaitu 48 I/O yang bisa diprogram. Pengaplikasian penggunaan kartu ini tidak dibahas dalam penelitian ini.
5
F. Hipotesis
Penggabungan beberapa PPI 8255 dapat dilakukan dengan pemberian alamat yang berbeda-beda pada masing-masing PPI 8255 dengan memanfaatkan fungsi dari rangkaian pendekoder sehingga dapat dihasilkan kartu komputer multi I/O.
G. Sistematika Penulisan
Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut adalah:
BAB I. PENDAHULUAN : Menjelaskan tentang latar belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan dilakukannya penelitian, manfaat yang dapat diberikan, ruang lingkup pembahasaan, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA : Menjelaskan mengenai Sistem Kendali On-Off, Arsitekstur Sistem Komputer, teori dasar mengenai slot ISA, IC PPI 8255, serta IC 74LS138 sebagai dekoder.
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN : Bagian ini akan menjelaskan metode yang digunakan dalam proses perancangan dan pembuatan kartu komputer.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengantar Sistem Kendali
Sistem kendali adalah suatu sistem yang keluaran sistemnya dikendalikan pada suatu nilai tertentu atau untuk mengubah beberapa ketentuan yang telah ditetapkan oleh masukan ke sistem. Sebagai contoh adalah sebuah kendali suhu pada sistem pusat pemanasan di sebuah rumah, mempunyai masukan dari thermostat atau panel kendali yang telah ditentukan suhunya dan menghasilkan keluaran berupa suhu aktual. Suhu ini diatur dengan sistem kendali sehingga sesuai dengan nilai yang ditentukan oleh masukan pada sistem.
Sebuah model adalah sesuatu yang berfungsi untuk mengubah beberapa hubungan dari setting aktual menjadi bentuk lain dengan catatan peralihan hanya pada hubungan yang sesuai. Sebagai contoh adalah peta hanya menggunakan alih-hubungan termasuk jarak dan lokasi, bukan alih-alih-hubungan polusi udara atau kebisingan sebuah negara.
Secara umum sistem kendali dapat dikelompokan sebagai berikut: a. Dengan operator (manual) dan otomatik
c. Kontinu (analog) dan diskontinu (diskrit) d. Servo dan regulator
e. Menurut sumber penggerak: elektris, pneumatis (udara, angin), hidrolis (cairan) dan mekanis.
1. Manual dan otomatis
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, sedangkan pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan manusia.
Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya layar televisi, pengaturan aliran air melalui keran, pengaturan kecepatan kendaraan, dan lain-lain; sedangkan pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri, pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik dan lain-lain. Sebagai contoh adalah pengaturan aliran, temperature dan tekanan dengan menggunakan katup pengatur, pengontrolan suhu ruangan oleh thermostat, pengontrolan daya listrik oleh relay, circuit breaker (pemutus arus) dan lain-lain.
2. Jaringan terbuka dan tertutup
9
masukan sistem berbasis pengalaman untuk memberikan nilai keluaran yang diinginkan, dalam hal ini keluaran tidak dapat dimodifikasi untuk mengatasi perubahan kondisi. Sedangkan pada sistem kalang-tertutup sebuah isyarat dari keluaran diumpan-balikan ke masukan dan digunakan untuk mengubah masukan sehingga keluaran dipertahankan pada posisi ajeg dengan mengabaikan pada beberapa perubahan kondisi. Secara diagram kotak, perbedaan antara sistem kalang-terbuka dan sistem kalang-tertutup dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Sebuah sistem kalang-terbuka terdiri dari sejumlah subsistem dasar yang disusun seperti pada gambar 2, subsistem-subsistem tersebut adalah:
1. elemen kendali, elemen ini menentukan aksi yang akan dilakukan sebagai masukan sistem kendali
2. elemen pengoreksi, elemen ini menanggapi masukan dari elemen kendali dan mulai aksi untuk mengubah peubah yang dikendalikan untuk nilai acuan
3. proses, proses atau plant adalah sistem suatu variabel dikendalikan
Sebuah sistem kalang-tertutup terdiri dari sejumlah subsistem dasar yang disusun seperti pada gambar 3, subsistem-subsistem tersebut adalah:
1. elemen pembanding, elemen ini membandingkan nilai variabel acuan yang dikendalikan dengan nilai yang dicapai dan menghasilkan sebuah galat isyarat yang mengindikasikan besar selisih antara nilai yang dicapai dengan nilai acuan
2. elemen kendali adalah elemen yang menentukan aksi yang harus dilakukan untuk mengatasi galat yang terjadi
3. elemen koreksi, elemen ini berfungsi untuk menghasilkan sebuah perubahan di dalam proses untuk menghilangkan galat dan sering pula disebut sebagai aktuator
4. elemen proses, proses atau plant adalah sistem dengan suatu peubah dikendalikan
11
memberikan isyarat umpan-balik ke elemen pembanding untuk menentukan aksi jika terjadi sebuah galat.
Gambar 2. Subsistem pada sebuah sistem kendali kalang-terbuka (Sumber: Sri Ratna Sulistiyanti FX. Arinto Setyawan. 2006)
Gambar 3. Subsistem pada sebuah sistem kendali kalang-tertutup (Sumber: Sri Ratna Sulistiyanti, FX. Arinto Setyawan. 2006)
3. Kontinu dan Diskontinu
a. Kontinu (analog)
Pengontrolan jenis ini dapat dibagi:
2. Integral (I): Keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding dengan penyimpangan. Misalnya level cairan di dalam tangki, sistem tekanan gas. Karena keluaran yang selalu berubah ini, tipe ini
disebut juga “proportional speed floating control”
3. Derivatif (D): Pengendali bentuk derivative mempunyai keluaran yang sebanding dengan galat e terhadap waktu
4. Kombinasi P, I, D.
Pengontrolan tipe integral dan derivatif jarang dipakai secara tersendiri, tetapi digabungkan dengan jenis proporsional untuk menghilangkan keragu-raguan jika jenis proporsional ini memerlukan karakteristik yang stabil. Dengan penggabungan akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih stabil sehingga sensitivitas atau kecepatan responnya akan menjadi lebih besar.
b. Digital (diskrit)
Pengontrolan ini dilakukan oleh komponen-komponen diskrit dan dapat dibagi atas:
1. pengontrolan dengan dua posisi (bang-bang control), misalnya rele, thermostat, level, saklar ON-OFF. Jenis ini bersifat isolasi
13
4. Servo dan regulator
Servo merupakan sistem kendali yang berumpan balik dengan keluaran berupa posisi, kecepatan atau percepatan. Regulator merupakan bentuk lain dari servo. Perbedaan utama adalah bahwa pada regulator diberikan sinyal tambahan sehingga akan menghasilkan output yang berbeda dengan servo. Istilah regulator diperoleh dari pemakaiannya mula-mula, yaitu sebagai pengontrol kecepatan dan tegangan. Blok diagram (gambar 4 dan 5) berikut ini menunjukan perbedaan antara servo dan regulator.
Gambar 4. Servo Gambar 5. Regulator
Secara garis besar, sistem kendali jika ditinjau dari ketelitian dan kestabilan sistem dapat dibagi atas dua bagian, yaitu :
1. Sistem kendali dengan menggunakan PID kontroller
Sistem Kendali On-off
Pada sistem kontrol ON-OFF, elemen pembangkit hanya memiliki dua posisi, yaitu ON dan OFF. Kontrol ON-OFF memiliki karakteristik sinyal keluaran dari kontroler u(t) tetap pada salah satu nilai maksimum atau minimum tergantung pada sinyal pembangkit kesalahan positif atau negatif. Diagram blok Sistem Kendali ON-OFF yang memiliki masukan e(t) dan keluaran u(t), ditunjukkan pada Gambar berikut.
Gambar 6. Diagram Blok Sistem Kendali ON-OFF
Aksi kontrol ON-OFF ditunjukkan pada persamaan berikut:
15
Mikroprosesor dapat digunakan sebagai pengendali sistem kendali on-off. Secara umum sistem kendali on-off berbasis mikroprosesor dapat digambarkan seperti blok sebagai berikut.
Gambar 7. Blok diagram kendali on-off berbasis mikroprosesor (Sumber: William Stallings. 1996)
B. Arsitektur Sistem Komputer
Komputer adalah sebuah entitas yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia (lingkungan luar). Secara umum seluruh kaitan (linkage)-nya dengan dunia luar dapat diklasifikasikan sebagai perangkat peripheral atau saluran komunikasi. Terdapat 4 (empat) struktur utama komputer:
1. Central Processing Unit (CPU): Mengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi-fungsi pengolahan datanya.
2. Memori utama: Menyimpan data
3. I/O: Memindahkan data antara komputer dengan lingkungan luarnya 4. System Interconnection: Beberapa mekanisme komunikasi antara CPU,
memori utama, dan I/O
Adapun komponen-komponen struktur utama dari CPU:
1. Control Unit: Mengontrol operasi CPU dan pada gilirannya mengontrol komputer
2. Arithmetic and Logic Unit (ALU): Membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer
3. Register: Sebagai penyimpan internal bagi CPU
4. CPU Interconnection: Sejumlah mekanisme komunikasi antara control
17
1. Struktur Interkoneksi
Sebuah komputer terdiri dari sekumpulan komponen-komponen atau modul-modul tiga jenis dasar (CPU, memori, dan I/O) yang saling berkomunikasi satu dengan yang lainnya. Akibatnya, sebuah komputer merupakan suatu jaringan dari modul-modul dasar. Dengan demikian, harus terdapat lintasan untuk menghubungkan berbagai modul tersebut. Kumpulan lintasan yang menghubungkan berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancangan struktur ini akan tergantung pada pertukaran data yang harus dibuat antara modul-modul. Gambar 8 menjelaskan jenis pertukaran yang diperlukan dengan mengindikasikan bentuk-bentuk utama input dan output bagi masing-masing jenis modul:
Memori: Umumnya modul memori terdiri dari N word yang memiliki panjang yang sama. Masing-masing word diberi alamat numerik yang unik
(0, 1, …., N – 1). Sebuah word data dapat dibaca dari memori atau ditulis ke memori. Sifat operasinya ditandai dengan sinyal-sinyal kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.
Modul I/O: Berdasarkan pandangan internal (sistem komputer), I/O berfungsi sama dengan memori. Terdapat dua buah operasi, baca dan tulis. Selain itu modul-modul I/O dapat mengontrol lebih dari satu perangkat eksternal. Kita dapat mengaitkan setiap interface ke perangkat eksternal sebagai sebuah port dan memberikan alamat yang unik (misalnya, 0, 1,
perangkat eksternal. Terakhir, modul I/O dapat mengirimkan sinyal-sinyal ke interrupt ke CPU.
CPU: CPU membaca instruksi dan data, menulis data setelah diolah, dan menggunakan sinyal-sinyal kontrol untuk mengontrol operasi sistem secara keseluruhan. CPU juga menerima sinyal-sinyal interrupt.
Data di atas mendefinisikan data yang akan dipertukarkan. Struktur interkoneksi harus mendukung jenis perpindahan berikut:
Memori ke CPU: CPU membaca sebuah instruksi atau satuan data dari memori
CPU ke memori: CPU menuliskan sebuah satuan data ke memori
I/O ke CPU: CPU membaca data dari perangkat I/O melalui sebuah modul I/O
CPU ke I/O: CPU mengirimkan data ke perangkat I/O
2. Interkoneksi Bus
Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus, dan suatu signal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat diterima oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikian, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transmisi pada waktu tertentu.
Umumnya sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran dapat menstransmisikan sinyal yang menunjukan biner 1 dan 0. Serangkaian digit biner dapat ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkannya, beberapa saluran dari sebuah bus dapat digunakan menstransmisikan digit biner secara bersamaan (paralel). Misalnya sebuah satuan data 8-bit dapat ditransmisikan melalui bus delapan saluran.
21
Gambar 9. Pola interkoneksi bus (Sumber: Albert Paul Malvino.1996)
3. Struktur Bus
Biasanya sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan, fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga (3) kelompok ( Gambar 9): data, alamat, dan saluran kontrol. Selain itu mungkin terdapat saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul yang terhubung.
Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya CPU akan membaca sebuah word (8, 16, 32 bit) data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksudkan pada saluran alamat. Jelas, lebar bus alamat menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port I/O. Biasanya bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul. Misalnya pada bus 8-bit, alamat 01111111 dan di bawahnya dapat mereferensi lokasi-lokasi di dalam modul memori (modul 0) dengan 128 word memori, dan alamat 10000000 dan di atasnya berkaitan dengan perangkat-perangkat yang terhubung dengan sebuah modul I/O (modul 1).
Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan di antara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal perintah menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi:
Memory Write: Menyebabkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat
Memory Read: Menyebabkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus
23
I/O Read: Menyebabkan data dari port I/O yang beralamat ditempatkan pada bus
Transfer ACK: Menunjukann bahwa data telah diterima dari bus atau telah ditempatkan pada bus
Bus request: menunjukan bahwa modul memerlukan control bus
Bus Grant: menunjukan bahwa modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus
Interrupt Request: menandakan bahwa sebuah interrupt ditangguhkan
Interrupt ACK: memberitahukan bahwa interrupt yang ditangguhkan telah diketahui
Clock: Digunakan untuk mensinkronkan operasi-operasi
Reset: menginisialisasi seluruh modul
4. Bus ISA
ISA 8-bit
Bus ISA 8-bit merupakan varian dari bus ISA, dengan bus data selebar 8-bit, yang digunakan dalam IBM PC 5150 (model PC awal). Bus ini telah ditinggalkan pada sistem-sistem modern ke atas tapi sistem-sistem Intel 286/386 masih memilikinya. Kecepatan bus ini adalah 4.77 MHz (sama seperti halnya prosesor Intel 8088 dalam IBM PC), sebelum ditingkatkan menjadi 8.33 MHz pada IBM PC/AT. Karena memiliki bandwidth 8-bit, maka transfer rate maksimum yang dimilikinya hanyalah 4.77 Mbyte/detik atau 8.33 Mbyte/detik. Meskipun memiliki transfer rate yang lamban, bus ini termasuk mencukupi kebutuhan saat itu, karena bus-bus I/O semacam serial port, parallel port, kontrolir floppy disk, kontrolir keyboard dan lainnya sangat lambat. Slot ini memiliki 62 konektor.
Meski desainnya sederhana, IBM tidak langsung mempublikasikan spesifikasinya saat diluncurkan tahun 1981, tetapi harus menunggu hingga tahun 1987, sehingga para manufaktur perangkat pendukung agak kerepotan membuat perangkat berbasis ISA 8-bit.
ISA 16-bit
25
dan motherboard harus dilakukan dalam ordinal 16-bit. Meski prosesor ini dapat diinstalasikan di atas motherboard yang memiliki bus I/O dengan bandwidth 8-bit, hal ini dapat menyebabkan terjadinya bottleneck pada bus sistem yang bersangkutan.
Daripada membuat bus I/O yang baru, IBM ternyata hanya merombak sedikit saja dari desain ISA 8-bit yang lama, yakni dengan menambahkan konektor ekstensi 16-bit (yang menambahkan 36 konektor, sehingga menjadi 98 konektor), yang pertama kali diluncurkan pada Agustus tahun 1984, tahun yang sama saat IBM PC/AT diluncurkan. Ini juga menjadi sebab mengapa ISA 16-bit disebut sebagai AT-bus. Hal ini memang membuat interferensi dengan beberapa kartu ISA 8-bit, sehingga IBM pun meninggalkan desain ini, ke sebuah desain dimana dua slot tersebut digabung menjadi satu slot.
Gambar 11. Konfigurasi pin female slot ISA 16-bit (Sumber: http://www.hardwarebook.info/ISA)
PCI
PCI (kepanjangan dari bahasa Inggris: Peripheral Component Interconnect) adalah bus yang didesain untuk menangani beberapa perangkat keras. Standar bus PCI ini dikembangkan oleh konsorsium PCI Special Interest Group yang dibentuk oleh Intel Coorporation dan beberapa perusahaan lainnya, pada tahun 1992. Tujuan dibentuknya bus ini adalah untuk menggantikan Bus ISA/EISA yang sebelumnya digunakan dalam komputer IBM PC atau kompatibelnya.
Komputer lama menggunakan slot ISA, yang merupakan bus yang lamban. Sejak kemunculannya sekitar tahun 1992, bus PCI masih digunakan sampai sekarang, hingga keluar versi terbarunya yaitu PCI Express (add-on).
C. IC Decoder
27
Gambar 12. Blok diagram rangkaian decoder (Sumber: hhtp//labdasar.ee.itb.ac.id)
Beberapa rangkaian decoder yang sering dijumpai adalah decoder 3x8 ( 3 bit input dan 8 output line), decoder 4x16, decoderBCD to Decimal (4 bit input dan 10 output line), decoderBCD to 7 segment (4 bit input dan 8 output line). Khusus untuk BCD to 7 segment mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan decoder-decoder yang lain, dimana kombinasi dari setiap inputnya dapat mengaktifkan beberapa output line-nya (bukan salah satu line). Salah satu jenis IC Decoder adalah 74LS138. IC ini mempunyai 3 input biner dan 8 output, dimana nilai
output adalah ‘1’ untuk salah satu dari ke 8 jenis kombinasi inputnya. Tabel Kebenaran sebuah Decoder 3 x 8 (74LS138) ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 1. Tabel kebenaran IC Decoder
Berdasarkan output dari Tabel Kebenaran di atas, dibuat rangkaian decoder yang merupakan aplikasi dari gerbang AND, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 13. Rangkaian Decoder 3x8 (Sumber: hhtp//labdasar.ee.itb.ac.id)
29
D. PPI 8255 (Programmable Peripheral Interface)
PPI 8255 adalah IC yang dirancang untuk membuat port masukan dan keluaran paralel, IC ini mempunyai 24 bit I/O yang terorganisir menjadi 3 port 8 bit ( 24 jalur ) dengan nama Port A, Port B, dan Port C.
Gambar 15. Pin IC PPI 8255
(Sumber: http//opi.110mb.com/opihomepage/ppi_8255.htm)
1. Deskripsi fungsi 8255
a. Data bus buffer
Buffer bidirectional theree state ini digunakan untuk antar muka 8255 ke sistem bus data, data dikirim dan diterima oleh buffer berdasarkan eksekusi input atau output dari CPU. Kata kontrol dan status informasi juga dikirimkan melalui buffer data bus.
b. Read/Write dan kontrol logik.
Fungsi dari blok ini adalah untuk mengatur semua pengiriman baik internal maupun eksternal dari data dan kata kontrol. Blok ini menerima input dari alamat CPU dan bus kontrol dan selanjutnya blok ini mengirimkan perintah ke kedua group kontrol.
c. Chip Select
Chip Select, logika low pada pin input ini maka komunikasi antara 8255 dan CPU akan enable.
d. Read
Read, logika low pada pin input ini maka 8255 akan mengirimkan data atau status informasi ke CPU pada bus data.
e. Write
31
f. A0 dan A1
Port select 0 dan port select 1, sinyal input ini berhubungan dengan input RD dan WR, mengontrol pemilihan satu dari tiga port atau register kontrol pin tersebut umumnya dihubungkan ke least significant bus dari bus addres (A0 dan A1)
g. Reset
Logika high pada pin input ini akan menyebabkan reset pada register kontrol dan semua port (A,B,C) akan berfungsi dalam mode input.
h. Port A,B dan C
8255 terdiri dari tiga buah port 8 bit (A,B dan C). semuanya dapat dikonfigurasikan dalam berbagai variasi fungsi bergantung pada sistem software yang diberikan.
Port A (PA0-PA7). 8 bit data Output latch buffer dan 8 bit data input latch.
Port B (PB0-PB7). 8 bit data Output latch buffer dan 8 bit data input latch.
Port C (PC0-PC7). 8 bit data Output latch buffer dan 8 bit data input latch.
Tabel 2. Operasi dasar PPI 8255
2. Group Control
Group control dibagi menjadi 2 group, yaitu group A dan group B. Group tersebut menerima Read/Write Control.
Group Control A digunakan :
a. Mengatur port A yang bias disetting sebagai input/output latch buffer
b. Mengatur 4 upper bit (C4..C7), port C sebagai input buffer atau output latch/buffer jika bekerja pada mode 0.
c. Mengatur 4 upper bit (C4..C7), port C sebagai control group A jika bekerja pada mode 1 atau 2.
33
Group Control B digunakan :
a. Mengatur port B yang bisa disetting sebagai input/output latch buffer
b. Mengatur 4 lower bit (C0..C3), port C sebagai input buffer atau output latch/ buffer jika bekerja pada mode 0
c. Mengatur 4 lower bit (C0..C3), port C sebagai control group B jika bekerja pada mode 1 atau 2
3. Mode/Protokol komunikasi
Transfer data pada PPI 8255 dibagai menjadi 3 protokol komunikasi: 1. Mode 0 (Simple protocol)/Basic input-output
Transfer data yang tidak memerlukan sinyal khusus yang menandakan apakah telah terjadi transfer data atau belum. Semua Port I/O dipakai sebagai Input
dan Output. Tidak diperlukan sinyal “ Handshake “. Data langsung ditulis atau
dibaca dari port yang bersangkutan. Fungsi dasar dari 8255 mode 0 adalah :
– Dua Port-8 bit (Port A & B) serta 2 Port - 4 bit (Port c).
– Setiap Port dapat dipakai sebagai input atau output.
– Output di-latch (ditahan); input tidak di-latch (ditahan).
– Menyediakan 16 kombinasi konfigurasi input/output pada mode ini.
2. Mode 1 (Single handshaking protocol)/Strobed input-output
atau ke port yang dimaksud yang berhubungan dengan sinyal strobe (sinyal
kontrol) memakai aturan “Handshake”. Port A dan Port B dipakai untuk jalur
transfer data. Port C untuk menghasilkan atau menerima sinyal “Handshake” tersebut.
Definisi fungsional dari mode 1 adalah :
– 2 kelompok sinyal kontrol dengan Handshake.
– Tiap kelompok terdiri dari satu buah port data 8 bit (port A atau B) dan satu buah port kontrol/data 4 bit.
– Port data-8 bit dapat digunakan sebagai input ataupun output. Keduanya dapat di- latch.
– 4 Port lainnya (4 bit) dipakai untuk port kontrol/status dari port data 8 bit. 1 bit lagi dipakai untuk port data input/output. Transfer data semacam ini bisa kita lihat pada printer. Cara kerjanya sebagai berikut:
Mikroprosesor mengeluarkan sinyal strobe ke printer seolah-olah
memberitahukan ini ‘ada data untukmu, terimalah’. Jika printer telah menerima
data maka printer memberikan sinyal acknowledge ke mikroprosesor, seolah-olah
memberitahukan ‘data sudah saya terima’.
3. Mode 2 (Double handshaking protocol)/Bi-directional bus
35
yang terdapat pada mode ini.Fungsinya mirip dengan mode 1, hanya arah datanya Bidirectional (Dua arah).
Fungsi dasar dari mode 2 :
• Digunakan hanya dalam grup A.
• Sebuah port bus 8 bit Bidirectional (port A) dan 5 bit port kontrol
(port c).
• Data input dan output di-latch.
Transfer data semacam ini menggunakan aturan sebagai berikut:
Mikroprosesor sebagai pengirim mengeluarkan sinyal strobe low seolah-olah
mengatakan ke printer ‘anda siap dikirim data?’ Jika printer siap maka printer sebagai penerima data mengeluarkan sinyal acknowledge high seolah-olah mengatakan ke mikroprosesor ‘ya saya siap!’ Setelah ada persetujuan, mikroprosesor mengeluarkan sinyal strobe high diikuti dengan pengiriman data seolah-olah mengatakan ‘ini data untukmu!’ Jika data telah ditansfer printer mengeluarkan sinyal acknowledge low seolah-olah mengatakan ‘data sudah siap
di terima’.
Gambar 16. Group Control PPI 8255
(Sumber: http//opi.110mb.com/opihomepage/ppi_8255.htm)
Gambar 17. Diagram Control Word
37
Control Word Port digunakan untuk inisialisasi awal yang menentukan PPI 8255 bekerja pada mode 0, 1, 2 dan menentukan port-port mana saja yang digunakan sebagai input dan output serta sebagai sinyal kontrol.
4. Set/Reset Bit
Pada PPI 8255 terdapat port untuk set dan reset sebuah bit, dimana jika terjadi Set atau Reset hanya salah satu port pada Port C.
Contoh:
1. Jika Port C saat ini datanya adalah FFH (1111 1111), jika kita akan mereset Port C5 (PC5) maka port C hasilnya adalah EFH (1101 1111).
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Kendali Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai dari bulan Juli 2009 sampai Maret 2010.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan tugas akhir ini yaitu:
1 unit personal komputer slot ISA komputer Pentium 2 beserta slot ISA
IC PPI 8255
Kabel data beserta header male dan female
IC Decoder 74LS138
software pendukung, antara lain: Borland Delphi 7, Dip Trace, dan Microsoft Office 2007
39
Multi tester
Project Board sebagai sarana uji coba rangkaian sebelum diterapkan ke PCB
PCB double layer dan PCB single layer
Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB
C. Tahap - Tahap Dalam Perancangan Tugas Akhir
1. Perancangan blok diagram sistem
Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk mempermudah realisasi sistem yang akan dibuat.
2. Implementasi rangkaian, dengan tahap-tahap sebagai berikut: a. Memilih rangkaian dari masing-masing blok diagram. b. Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian.
c. Merangkai dan uji coba rangkaian dari masing-masing blok diagram. d. Menggabungkan rangkaian dari setiap blok dalam papan percobaan
(project board) dan dilakukan uji coba. e. Merangkai komponen dalam PCB.
f. Membuat Grafik User Interface dengan Borland Delphi 7 sebagai penguji dari kartu komputer yang telah dibuat
3. Pengujian alat
yang dibuat menggunakan software Borland Delphi sebagai interfacing dari komputer dengan peralatan luar (input/output).
4. Analisis dan simpulan, serta pembuatan laporan.
D. Bagan Alir Proses Penelitian
41
Gambar 18. (i) Diagram Alir pembuatan PCB Double Layer
(ii) Diagram alir rekayasa perangkat lunak kartu PPI 8255
(ii) Pengujian kartu PPI 8255 slot ISA dihasilkan
Dihasilkan kartu PPI 48 I/O dapat diprogram
Gambar 19. Arsitektur PPI 8255 dapat diprogram
E. Perancangan Perangkat Lunak
Pemrograman Grafik User Interface
Pemrograman komputer disini adalah sebagai Interfacing antara komputer dengan peripheral di luar komputer. Pemrograman disini menggunakan software Borland Delphi 7. Interfacing disini bertujuan untuk memberikan pemberian output kepada kartu komputer dan juga pembacaan input dari kartu komputer. Program yang melalui Delphi ini akan dianggap sebagai Source Code oleh compiler pada Delphi itu sendiri secara otomatis dan akan diterjemahkan ke dalam Object Code. Object Code ini adalah bahasa yang dimengerti oleh komputer dan akan dijadikan urutan perintah. Melalui perintah-perintah inilah akan dilakukan pengujian kartu komputer yang dihasilkan dengan menggunakan LED sebagai indikator. Berikut merupakan blok diagram hubungan antar perangkat pengendali:
PPI 8255
PPI 8255 74LS138
DATA
43
Gambar 20. Blok Diagram hubungan antar perangkat pengendali
Penjelasan mengenai hubungan antar perangkat pengendali:
Delphi berfungsi untuk memberikan perintah-perintah dalam bentuk bahasa program ke komputer sebagai pengendali.
Komputer berfungsi sebagai pusat pengendali yang berfungsi mengatur IC PPI 8255 untuk digunakan sebagai input atau output dan memproses data dengan cara mengirimkan bit alamat komputer melalui slot
ISA dan bit data sinyal pulsa ‘0’ atau ‘1’ dari bit alamat komputer ke IC PPI
8255. Tampilan pada komputer berupa Grafik User Interface (GUI). Bit alamat digunakan untuk menginisialisasi control word PPI 8255 dan mengalamatkan port-port PPI 8255. Dan bus data digunakaan sebagai isyarat
digital yang diterima atau dikirim ke IC PPI 8255. Jika bus data bernilai ‘0’
maka tegangan pada port IC PPI 8255 adalah 0 volt, tetapi bila bus data
bernilai ‘1’ maka tegangan pada port IC PPI 8255 adalah sekitar + 4,2 VDC.
Kartu Komputer multi I/O berbasis PPI 8255 48 I/O yang dapat diprogram berfungsi sebagai pengantarmukaan atau perangkat keras yang menghubungkan komputer dengan alat terkendali sehingga komputer dapat mengendalikan rangkaian elektronika sesuai dengan keinginan pembuat program.
Alat terkendali merupakan perangkat keras (plant) yang dapat diatur penggunaannya dari sebuah komputer.
Melalui sebuah GUI maka dapat diatur sistem kerja suatu plant dengan memberikan perintah melalui tampilan pada komputer. Tampilan GUI pada komputer berupa tampilan kondisi yaitu 1 dan 0, dimana saat ingin memberikan output High (1) cukup dengan menekan button 1 dan untuk memberikan output Low (0) dengan menekan button 0, sama halnya ketika ingin membaca input,
yaitu dengan menekan tombol ‘Execute’ dimana pada tampilan GUI akan
45
Adapun diagram alir GUI ini adalah sebagai berikut:
Gambar 21. Diagram alir GUI
F. Perancangan Perangkat Keras
1. Perancangan Arsitektur Kartu Komputer
Kartu komputer yang akan didesain disini akan dipasang pada slot ISA , dimana socket pada slot ISA memiliki fungsi yang berbeda-beda. Berikut keterangan slot ISA 8-bit yang memiliki fungsi serta karakterisitik yang berbeda.
TIDAK
YA
Mulai
Form Password
Password cocok
Form Kendali
Selesai
Tabel 3. Daftar pin dari slot ISA
47
Tabel 4. Hubungan pin-pin antar komponen
Slot ISA IC 74LS138 PPI 1 PPI 2
tampak atas
tampak bawah
Gambar 22. Desain konektor slot ISA
Setelah melakukan percobaan serta pengujian rangkaian yang benar barulah dilanjutkan dengan pembuatan kartu komputer yang sebenarnya. Kartu komputer yang akan dibuat haruslah double layer sebab slot-slot pada slot ISA berada pada dua sisi. Adapun desain kartu komputer dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
49
Gambar 24. Desain kartu komputer double layer (tampak belakang)
Kabel data yang digunakan untuk menghubungkan kartu dengan peralatan luar menggunakan kabel pelangi beserta konektor, dimana yang terpasang pada kartu adalah berupa konektor male. Namun dalam desainnya port-port I/O pada kartu komputer tidak urut atau acak, hal ini dimaksudkan agar kartu yang didesain tidak memiliki banyak jumper.
2. Perancangan PCB single layer
Desain PCB single layer ini ditujukan sebagai rangkaian penguji kartu komputer. Dalam desain ini terdapat 2 buah rangkaian penguji, dimana pada rangkaian penguji pertama terdapat sebanyak 48 buah LED dan 48 Resistor 220 Ω serta 48x2 header male, sedangkan pada rangkaian penguji yang kedua terdapat power supply , 48 buah saklar serta 48 resistor 1 kΩ. Adapun desain rangkaian pengujinya adalah sebagai berikut:
Gambar 26. Desain rangkaian penguji output kartu komputer
51
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Karakteristik Kartu Komputer
1. Pin-pin IC PPI 8255
Programmable Peripheral Interface (PPI) 8255 merupakan sebuah chip yang dirancang atau didesain sedemikian untuk digunakan dalam sistem mikroprosesor atau dalam sistem komputerisasi. Adapun fungsi umum penggunaan IC ini adalah sebagai komponen I/O. Sifat dari PPI 8255 dapat diatur melalui pemrograman.
Port A pada IC PPI 8255
PA0-PA7 adalah pin-pin dari port A yang terdiri dari 8 bit, yaitu bit 0 sampai bit 7. Bit-bit dari port ini bisa dijadikan masukan secara bersamaan menjadi satu kesatuan (satu register saja) dan bisa juga dijadikan sebagai keluaran. Tetapi tidak dapat dipisahkan untuk masing-masing bit masukan maupun keluaran. Berikut adalah contoh dari penggunaan port A yang diperbolehkan dan yang tidak diperbolehkan.
53
Bit 0 - bit 7 (sebagai keluaran) diperbolehkan
Bit 0 - bit 3 (sebagai masukan) tidak diperbolehkan
Bit 4 - bit 7 (sebagai keluaran) tidak diperbolehkan
Port B pada IC PPI 8255
Sama halnya juga dengan port A, port PB0-PB7 adalah pin-pin dari port B yang terdiri dari 8 bit, yaitu bit 0 sampai bit 7. Bit-bit dari port B ini bisa dijadikan sebagai masukan secara bersamaan sehingga menjadi satu kesatuan dan bisa juga dijadikan sebagai keluaran. Dalam suatu waktu bersamaan, bit-bit ini tidak dapat dipisahkan untuk menjadi masukan dan keluarannya.
Bit 0 - bit 7 (sebagai masukan) diperbolehkan
Bit 0 - bit 7 (sebagai keluaran) diperbolehkan
Bit 0 - bit 3 (sebagai masukan) tidak diperbolehkan
Bit 4 - bit 7 (sebagai keluaran) tidak diperbolehkan
Port C pada IC PPI 8255
keluaran. Walaupun demikian register port C ini tetap hanya untuk satu alamat saja, pembagian port atas dan port bawah diatur dari data bus buffer. Untuk itu port ini juga dapat difungsikan secara bersamaan, baik sebagai masukan semua dari bit 0 sampai bit 7 dan dapat juga dijadikan sebagai keluaran semua dari bit 0 sampai bit 7, seperti pada contoh berikut:
Bit 0 - bit 3 (sebagai masukan) diperbolehkan
Bit 4 - bit 7 (sebagai masukan) diperbolehkan
Bit 0 - bit 3 (sebagai keluaran) diperbolehkan
Bit 4 - bit 7 (sebagai keluaran) diperbolehkan
Bit 0 - bit 1 (sebagai masukan) tidak diperbolehkan
Bit 2 - bit 3 (sebagai keluaran) tidak diperbolehkan
Bit 4 - bit 4 (sebagai masukan) tidak diperbolehkan
Bit 6 - bit 7 (sebagai keluaran) tidak diperbolehkan
2. Mode pengalamatan
55
data tidak salah tujuan. Mode pengalamatan IC PPI 8255 dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 5. Mode pengalamatan IC PPI 8255
Logika Kendali
Operasi CS* Reset RD* WR* A1 A0
0 0 1 0 0 0 penulisan ke Port A 0 0 1 0 0 1 penulisan ke port B 0 0 1 0 1 0 penuilsan ke port C
0 0 1 0 1 1 Penulisan ke Control register 0 0 0 1 0 0 pembacaan dari port A 0 0 0 1 0 1 pembacaan dari port B 0 0 0 1 1 0 pembacaan dari port C
1 0 x x x x IC tidak aktif
B. Pembuatan Kartu Komputer
Dalam melakukan pembuatan kartu komputer ini dilakukan melalui tahapan-tahapan yaitu dengan melakukan perancangan pada Project Board terlebih dahulu baru dilanjutkan dengan perancangan rangkaian dekoder kemudian dilakukan pembuatan kartu komputer dengan PCB Double Layer. Dalam hal ini yang dilakukan pertama kali adalah membuat sebuah konektor PCB untuk penghubung ke slot ISA. Pembuatan PCB konektor ini dimaksudkan adalah untuk mempermudah pengujian rangkaian awal. Jadi dengan konektor slot ISA ini dapat dilakukan berbagai percobaan sampai akhirnya mendapatkan rangkaian yang diharapkan. Berikut PCB yang telah dihasilkan:
Gambar 28. PCB konektor slot ISA
57
address 8 pin serta pin Addres Enable (AEN). Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah dengan memperhatikan tabel kebenaran IC 74LS138.
Tabel 6. Tabel kebenaran IC 74LS138
INPUT OUTPUT
Urutan kerja cara pengaktifan pin Chip Select pada masing-masing IC PPI 8255 yang dikerjakan oleh 2 buah IC 74LS138 sebagai rangkaian pendekoder, dapat dilihat pada diagram alir berikut ini:
Gambar 29. Diagram alir pengaktifan pin Chip Select
YA 74LS138 (II) baca input data
59
Adapun rangkaian dekoder yang dihasilkan dari penggabungan 2 buah IC 74LS138 dapat dilihat pada skematik di bawah:
Gambar 30. Skematik Rangkaian Dekoder
Dari skematik di atas terlihat bahwa pin Y0 pada 74LS138 yang pertama digunakan untuk menghubungkan ke 74LS138 yang kedua. Untuk pin G1 pada masing-masing IC dihubungkan dengan pin VCC yang diteruskan ke tegangan 5 VDC, karena nilai G1 harus selalu dalam keadaan level tinggi atau logika 1, sedangkan pin G2A dan G2B harus selalu dalam keadaan level rendah atau logika 0.
Tabel 7. Mode pengalamatan dan pemilihan port
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 DATA (Hex) PORT 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 $300 Port A1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 $301 Port B1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 $302 Port C1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 $303 Port Kontrol 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 $304 Port A2 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 $305 Port B2 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 $306 Port C2 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 $307 Port kontrol 2
Mode pengalamatan yang dilakukan bertujuan untuk memberikan alamat yang berbeda untuk masing-masing IC PPI 8255 agar tidak terjadi tumpang tindih alamat.
61
Setelah dalam pengujian tersebuat didapatkan rangkaian yang benar kemudian dilanjutkan dengan pembuatan rancangan kartu komputer dengan menggunakan software Diptrace, dan diteruskan pembuatan secara hardware. Untuk memudahkan pengerjaan perancangan desain layout dengan Diptrace, sebelum itu dibuat dahulu skematik dari rangkaian keseluruhan. Ini dimaksudkan guna mempermudah jalur-jalur PCB yang akan didesain.
Gambar 32. Skematik Kartu Komputer
Adapun urutan kerja pembuatan kartu komputer ini adalah:
Pengeprintan rancangan desain kartu ke kertas tranparans
Memindahkan desain dari kertas transparan ke PCB Double layer
Melarutkan PCB double layer menggunakan Ferit Klorit (FeCL2) untuk mendapatkan jalur rangkaian sesuai rancangan
Menanamkan komponen-komponen pada PCB (2 buah IC PPI 8255, 2
buah IC 74LS138, serta pin male 8 sebanyak 6 buah)
Adapun kartu yang telah dihasilkan dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 33. (i) Kartu tampak atas (ii) Kartu tampak bawah
Dari gambar kartu di atas dapat dilihat hubungan-hubungan antar pin-pin pada IC PPI 8255, IC 74LS138 serta slot pada ISA. Slot pada ISA A2-A9 dihubungkan ke pin IC 74LS138, hal ini dimaksudkan untuk melakukan pengalamatan pada kedua
63
IC PPI 8255. Adapun output dari IC 74LS138 ini di teruskan ke pin Chips Select pada masing-masing IC PPI. Y0 pada IC 74LS138 dihubungkan ke pin CS PPI 8255 pertama, sedangkan untuk pin CS PPI yang kedua dihubungkan dengan pin Y1. Masing-masing outputan pada IC 74LS138 ini hanya bertugas mengaktifkan masing-masing PPI sesuai dengan perintah dari mikroprosesor atau melalui slot ISA. Untuk mengaktifkan PPI 8255 sinyal yang harus diberikan adalah Low, untuk itu diperlukan kombinasi penggunaan 2 buah IC 74LS138 untuk memanfaatkan output Low. Kemudian slot pada ISA D0-D7 dihubungkan ke pin IC PPI 8255 D0-D7 sebagai data bus buffer.
Gambar 34. Port I/O pada kartu komputer
Tabel 8. Daftar port I/O kartu komputer
65
C. Prinsip Kerja Kartu Komputer
Masing-masing IC PPI 8255 memiliki 4 alamat yang harus dialamati yaitu Port A, port B, port C, serta port Kontrol, untuk itu adapun cara pengalamatannya dalam membedakan masing-masing IC PPI 8255 adalah melalui pin-pin pada IC 74LS138.
Tabel 9. Pengalamatan tiap-tiap port IC PPI 8255
Melalui fasilitas pengalamatan tersebut, untuk itulah IC PPI 8255 dirancang dengan memanfaatkan pin A1 dan A0 yang dihubungkan langsung dengan slot A1 dan A0 pada slot ISA untuk melakukan pemilihan dari 3 register yaitu port A, port B, dan port C dan digunakan 74LS138 untuk memfasilitasi lebih banyak lagi pengalamatan untuk beberapa IC PPI. Pengalamatan pada IC PPI 8255 sudah diatur secara berurutan, misalnya kita mengalamati port A di $300, maka untuk alamat selanjutnya $301, $302, $303 secara berturut-turut adalah untuk register port B, port C, dan port kontrol. Untuk memberikan pengalamatan pada masing-masing port di IC PPI adalah dengan memberikan alamat seperti:
alamat $300 untuk port A PPI 1
alamat $304 untuk port A PPI 2
alamat $301 untuk port B PPI 1
alamat $305 untuk port B PPI 2
67
alamat $306 untuk port C PPI 2
alamat $303 untuk port kontrol PPI 1
alamat $307 untuk port kontrol PPI 2
Tabel 10. Format Control Word
No bit Fungsi Keterangan
D0 port C
69
Tabel 11. Variasi konfigurasi I/O
D4 D3 D1 D0 PORT A PORT C UPPER PORT B PORT C LOWER
ke port A. Dalam pemrograman kartu ini pengiriman control word harus dalam bentuk Hexadecimal maupun dalam Decimal. Sebagai contoh, jika ingin menjadikan semua port pada kartu komputer sebagai output , maka data yang harus dikirim ke control word adalah :
- Jika dalam Hexadecimal maka data yang harus dikirim ke control word ($303 dan $307) adalah $80
71
Berikut tabel konfigurasi pengiriman data ke control word yang bisa dilakukan.
Tabel 12. Konfigurasi pengiriman data ke control word
CW
Pada dasarnya rangkaian ini dibuat untuk membuktikan keberhasilan kartu komputer yang telah dibuat. Rangkaian penguji terdiri dari 2 buah rangkaian, yang pertama adalah rangkaian penguji untuk output dan yang kedua berupa rangkaian penguji input berupa Input Tester. Rangkaian penguji output dibuat
dengan PCB single layer dengan 48 buah lampu LED, 48 buah resistor 220 Ω
serta 48x2 header male, sedangkan untuk rangkaian Input Tester berupa 48 saklar
Gambar 35. Penguji Output dan konektor
Gambar 36. Penguji Input dan power supply
E. Grafik User Interface (GUI)
Adapun pembuatan Grafik User Interface ini menggunakan Borland Delphi 7 yang digunakan untuk pengujian kartu komputer yang telah dibuat apakah berhasil atau tidak. GUI disini dirancang untuk memberikan data ke kartu komputer ataupun menerima data dari kartu komputer tersebut. GUI yang telah dibuat terdiri dari satu form saja, hanya dalam tampilan aplikasinya terlihat seperti dalam beberapa form, hal ini dapat diatur dalam pemrogramannya. Spesifikasi GUI yang telah dibuat terdiri dari beberapa component pallete, seperti:
Komponen Button
73
Komponen Edit
Komponen Timer
Pada dasarnya untuk komputer-komputer yang menggunakan Operating System diatas Windows 2000, Delphi tidak bisa secara langsung mengakses port paralel pada CPU, maka dari itu untuk menghubungkan software Delphi dengan peralatan diluar CPU adalah dengan menggunakan fasilitas inpout.dll. Tetapi untuk komputer yang menggunakan Operating System di bawah Windows 2000 (Win 95 atau Win 98) dapat langsung mengakses port paralel. GUI yang dibuat dalam penelitian ini dibuat menggunakan inpout.dll untuk memudahkan pengujian agar aplikasi GUI ini dapat digunakan untuk semua Operating System.
Tampilan awal GUI disini berupa form password. Adapun tampilan form password dapat dilihat dari gambar di bawah:
