Perancangan Program Simulasi Jembatan Angkat Otomatis Berbasis AT89S51

PERANCANGAN PROGRAM SIMULASI JEMBATAN ANGKAT

OTOMATIS BERBASIS AT89S51

TUGAS AKHIR

ELISA SIMATUPANG

052408089

PROGRAM STUDI FISIKA INSTRUMENTASI D-3

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PERSETUJUAN

Judul : PERANCANGAN PROGRAM SIMULASI

JEMBATAN ANGKAT OTOMATIS BERBASIS AT89S51

Kategori : TUGAS AKHIR

Nama : ELISA SIMATUPANG

Nomor Induk Mahasiswa : 052408089

Program Studi : DIPLOMA III FISIKA INSTRUMENTASI

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di Medan, Juli 2008

Diketahui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing

Ketua Program Studi

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Marhaposan Situmorang

PERNYATAAN

PERANCANGAN PROGRAM SIMULASI JEMBATAN ANGKAT OTOMATIS BERBASIS AT89S51

TUGAS AKHIR

Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2008

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan anugerah-Nya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang telah ditentukan.

ABSTRAK

Pada perancangan alat simulasi jembatan angkat otomatis ini terdapat 10 blok rangkaian utama. Sensor yang digunakan adalah 2 buah photodioda dan pemancar inframerah. Sensor 1 berfungsi untuk mendeteksi kapal yang akan melewati jembatan. Sensor 2 berfungsi untuk memberitahukan kepada mikorokontroller bahwa kapal telah melewati jembatan. Output dari sensor akan dikuatkan kembali oleh penguat sinyal sebelum masuk ke mikrokontroller. Hasil penguatan sensor yang telah diolah oleh penguat sinyal inilah yang akan di kirimkan oleh mikrokontroller.

DAFTAR ISI

2.1.3 SFR (Register Fungsi Khusus) Pada Keluarga 51 10

2.1.4 Motor Langkah (Stepper) 17

2.1.5 Photodioda 19

2.1.6 Dioda Pemancar Infrare Merah (LED infra merah) 20

2.2 Perangkat Lunak 22

2.2.1 Bahasa Assembly MCS-51 22

2.2.2 Software 8051 Editor,Assembler,Simulator ( IDE ) 26 2.2.3 Software Downloader 27

Bab 3 Perancangan Alat dan Cara Kerja Rangkaian 28

3.1 Diagram Blok 28

3.2 Perancangan Algoritma Program 29

3.3 Perancangan Program Utama 30

4.4 Rangkaian lengkap simulasi jembatan angkat otomatis 40

Bab 4 Pengujian dan Analisa Sistem 41

4.1 Rangkaian Power Supply ( PSA ) 41

4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 41

4.3 Pengujian Rangkaian Driver Motor Stepper 43

Bab 5 Kesimpulan dan Saran 51

5.1 Kesimpulan 51

5.2 Saran 52

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51F 14

Gambar 2.2. Diagram motor langkah (stepper) 17

Gambar 2.3. Pemberian data/pulsa pada motor stepper 18

Gambar 2.4. Photodioda 20

Gambar 2.5. Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED 21

Gambar 2.6. 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) 26

Gambar 2.7. ISP- Flash Programmer 27

Gambar 3.1. Diagaram blok 28

Gambar 3.2 Sub program buka 32

Gambar 3.3 Tampilan sub program sensor 34

Gambar 3.4 Tampilan sub program delay 35

Gambar 4.1 Rangkaian lengkap simulasi jembatan angkat otomatis 40

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Peta Register Fungsi Khusus SFR 10

Tabel 2.2 . Fungsi pin AT89S51 14

Tabel 4.1. Sinyal masukan pada motor stepper 45

ABSTRAK

Pada perancangan alat simulasi jembatan angkat otomatis ini terdapat 10 blok rangkaian utama. Sensor yang digunakan adalah 2 buah photodioda dan pemancar inframerah. Sensor 1 berfungsi untuk mendeteksi kapal yang akan melewati jembatan. Sensor 2 berfungsi untuk memberitahukan kepada mikorokontroller bahwa kapal telah melewati jembatan. Output dari sensor akan dikuatkan kembali oleh penguat sinyal sebelum masuk ke mikrokontroller. Hasil penguatan sensor yang telah diolah oleh penguat sinyal inilah yang akan di kirimkan oleh mikrokontroller.

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Kebutuhan manusia terhadap peralatan yang cerdas dan dapat bekerja secara otomatis semakin meningkat. Selain sistem kerjanya yang teliti juga peralatan ini tidak perlu dipantau setiap saat sebab peralatan otomatis dapat melakukan pekerjaannya sendiri tanpa harus dikendalikan oleh pengguna.

Penggunaan peralatan otomatis sangatlah efisien, jika menggunakan peralatan yang manual, maka satu peralatan harus dikendalikan oleh satu orang, ini sangatlah tidak efisien. Berbeda dengan peralatan otomatis, dimana satu orang dapat mengendalikan beberapa peralatan otomatis sekaligus, hanya butuh waktu yang sedikit untuk memantau peralatan tersebut, apakah bekerja dengan benar atau tidak.

Prinsip kerja dari pintu otomatis ini juga dapat diterapkan pada jembatan. Dengan demikian dengan menerapkan prinsip kerja dari pintu otomatis di atas kita juga dapat membuat sebuah jembatan yang dapat membuka dan menutup secara otomatis dengan cara mengangkat dan menurunkannya. jembatan tersebut akan terbuka secara otomatis apabila ada kapal yang lewat dibawahnya hal ini dilakukan untuk memperlancar lewatnya kapal tersebut dan meminimkan terjadinya kecelakaan yang disebabkan menyangkutnya tiang kapal pada konstruksi jembatan.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian yang terdapat dalam latar belakang di atas, maka dalam tugas akhir ini akan dibuat sebuah simulasi jembatan angkat yang dapat membuka dan menutup sendiri secara otomatis. Jika ada kapal yang akan lewat melaui jembatan tersebut maka jembatan akan membuka secara otomatis dan akan menutup kembali apabila kapal telah melewati jembatan tersebut.

Pemancar infra merah akan memancarkan infra merah terus menerus, dan jika ada kapal yang melintas di depannya, maka pancaran sinar infra merah ke photodioda akan terputus. pancaran dari sinar infra merah yang diterima oleh potodioda akan di olah oleh rangkaian penguat sinyal sehingga menghasilkan sinyal high (1) atau dan jika pancaran infra merah terputus maka penguat sinyal akan menghasilkan sinyal low (0) dan kemudian sinyal ini akan dikirimkan ke mikrokontroler. Sinyal sinyal yng dikirimkan oleh penguat sinyal inilah yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan kapal yang akan melewati jembatan.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah membuat sebuah simulasi jembatan otomatis yang dapat membuka dan menutup sendiri secara otomatis, jika ada kapal yang akan melewati jembatan tersebut dan akan menutup sendiri secara otomatis jika kapal telah melewati jembatan tersebut.

1.4 Batasan Masalah

Penulisan tugas akhir ini dibatasi pada:

1. Studi cara kerja rangkaian yang meliputi diagram blok dan menguraikan secara umum fungsi dari masing-masing komponen utama dalam blok tersebut

3. Mikrokontroler yang digunakan yaitu AT89S51, jadi hanya mikrokontroler ini yang akan diuaraikan cara kerjanya dan cara pemrogramannya

4. Untuk mengangkat dan menutup palang jalan digunakan motor stepper.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari simulasi jembatan angkat ,maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut:

BAB 1. PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB 2. LANDASAN TEORI

Landasan teori, dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian Teori pendukung itu antara lain tentang mikrokontroler AT89S51 (hardware dan software), bahasa program yang digunakan, serta cara kerja dari pemancar infra merah, cara kerja potodioda dan rangkaian penerimanya.

BAB 3. ANALISA RANGKAIAN DAN KERJA SISTEM

Analisa rangkaian dan sistem kerja, dalam bab ini dibahas tentang sistem kerja per-blok diagram dan sistem kerja keseluruhan.

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroler.

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Perangkat Keras.

2.1.1 Arsitektur Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar(market need)dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih.

yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan.

Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan system telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.

2.1.2 Kontruksi AT89S51

Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 1 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-Farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler.

Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda.

Read Only Memory(ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori progam.

Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.

disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah adaflash PEROMyang harganya jauh lebih murah.

Jenis memori yang dipakai untuk Memori Program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagaiAT89S51 Flash PEROM Programmer.

Memori Data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup.

Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasa. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7).

AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.

Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR).

2.1.3 SFR (Register Fungsi Khusus ) Pada Keluarga 51

Sekumpulan SFR atau Special Function Register yang terdapat pada Mikrokontroler Atmel Keluarga 51 ditunjukan pada tabel 2.1, pada bagian sisi kiri dan kanan dituliskan alamat-alamatnya dalam format heksadesimal.

8 Bytes

C8 (T2CON) (T2MOD) (RCAP2L) (RCAP2H) (TL2) (TH2) CF

C0 C7

88 TCON TMOD TLO TL1 THO TH1 8F

80 PO SP DPL DPH PCON 87

Tabel 2.1. Peta Register Fungsi Khusus SFR (Special Function Register) Tanda ( ) untuk SFR yang dijumpai di keluarga 51 dengan 3 Timer

Akumulator

ACC atau akumulator yang menempati lokasi E 0h digunakan sebagai register untuk penyimpanan data sementara, dalam program, instruksi mengacunya sebagai register A (bukan ACC).

Register B

Register B (lokasi F 0) digunakan selama operasi perkalian dan pembagian, untuk instruksi lain dapat diperlakukan sebagai registerscratch pad( papan coret-coret ).

Program Status Word (PSW)

Stack Pointer

Register SP atauStack Pointer(lokasi8 0h)merupakan register dengan panjang 8-bit, digunakan dalam proses simpan menggunakan instruksi PUSH dan CALL. Walau Stack bisa menempati lokasi dimana saja dalam RAM, register SP akan selalu diinisialisasi ke07hsetelah adanya reset, hal ini menyebabkan stackberawal di lokasi

08h.

Data Pointer

Register Data Pointer atau DPTR mengandung DPTR untuk byte tinggi (DPH) dan byte rendah (DPL) yang masing-masing berada dilokasi 83h dan82h, bersama-sama membentuk register yang mampu menyimpan alamat 16-bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16-bit atau ditulis dari/ke port, untuk masing-masing Port 0,Port 1, Port2 dan Port 3.

Serial Data Buffer

Time Register

Pasangan register (TH0, TL0) dilokasi 8Ch dan 8Ah,(TH1, TL1) dilokasi 8Dh dan 8Bh serta (TH2, TL2) dilokasi CDh dan CCH merupakan register-register pencacah 16-bit untuk masing-masing Timer 0, Timern 1 dan Timer 2.

Capture Register

Pasangan register (RCAP2H, RCAP21) yang menempati lokasi CBh dan CAh merupakan register capture untuk mode Timer 2 capture. Pada mode ini, sebagai tanggapan terjadinya suatu transisi sinyal di kaki (pin) T2EX (pada AT89C52/55), TH2 dan TL2 disalin masing-masing ke RCAP2H dan RCAP2L. Timer 2 juga memiliki mode isi-ulang-otomatis 16-bit dan RCAP2H serta RCAP2L digunakan untuk menyimpan nilai isi-ulang tersebut.

Control Register

Register-register IP, IE, TMOD, TCON, T2CON, T2MOD, SCON dan PCON berisi bit-bit control dan status untuk system interupsi, pencacah/pewaktu dan port serial. Berikut ini merupakan spesifikasi dari IC AT89C51 :

 Kompatible dengan produk MCS-51

 Empat K byte In-Sistem Reprogammable Flash Memory

 Daya tahan 1000 kali baca/tulis

 Fully Static Operation : 0 Hz sampai 24 MHz

 Tiga level kunci memori progam

 128x8 bit RAM internal

 32 jalur I/O

 Enam sumber interupt

 Jalur serial dengan UART

Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51

Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 :

VCC (Pin 40)

Suplai tegangan

GND (Pin 20)

Ground

Port 0 (Pin 39-Pin 32)

input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, por ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.

Port 2 (Pin 21 pin 28)

Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2special function register.Port ini mempunyaiinternal pull updan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.

Port 3 (Pin 10 pin 17)

Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :

Tabel 2.2. Fungsi pin AT89S51

Nama pin Fungsi

P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) INTO (interrupt 0 eksternal) P3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1)

P3.6 (pin 16) WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori)

RST (pin 9)

ALE/PROG (pin 30)

Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG) selama memprogam Flash.

PSEN (pin 29)

Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal.

EA (pin 31)

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.

XTAL1 (pin 19)

Input untuk clock internal.

XTAL2 (pin 18)

2.1.4 Motor Langkah (Stepper)

Motor langkah (stepper) banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, dipergunakan apabila dikehendaki jumlah putaran yang tepat atau di perlukan sebagian dari putaran motor. Suatu contoh dapat di jumpai pada disk drive, untuk proses pembacaan dan/atau penulisan data ke/dari cakram(disk), head baca-tulis ditempatkan pada tempat yang tepat di atas jalur atau track pada cakram, untuk head tersebut di hubungkan dengan sebuah motor langkah.

Aplikasi penggunaan motor langkah dapat juga di jumpai dalam bidang industri atau untuk jenis motor langkah kecil dapat di gunakan dalam perancangan suatu alat mekatronik atau robot. Motor langkah berukuran besar digunakan, misalnya, dalam proses pengeboran logam yang menghendaki ketepatan posisi pengeboran, dalam hal ini di lakukan oleh sebuah robot yang memerlukan ketepatan posisi dalam gerakan lengannya dan lain-lain.

Pada gambar di bawah ditunjukkan dasar susunan sebuah motor langkah (stepper).

Gambar 2.2 Diagram motor langkah (stepper)

Magnet permanen N-S berputar kearah medan magnet yang aktif. Apabila kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa, maka akan timbul medan magnet dan rotor akan berputar mengikuti medan magnet tersebut. Setiap pengalihan arus ke kumparan berikutnya menyebabkan medan magnet berputar berputar menurut suatu sudut tertentu, biasanya informasi besar sudut putar tertulis pada badan motor langkah yang bersangkutan. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran motor.Jika pengalihan arus di tentukan, makarotorakan berhenti pada posisi terakhir. Jika kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, maka slip akan dapat dihindari. Sehingga tidak di perlukan umpan balik(feedback)pada pengendalian motor langkah.

Motor langkah yang akan di gunakan memiliki 4 fase (pole atau kutub), pengiriman pulsa dari mikrokontroler ke rangkaian motor langkah dilakukan secara bergantian, masing-masing 4 data (sesuai dengan jumlah phase-nya), sebagian di tunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.3 Pemberian data/pulsa pada motor stepper

Pada saat yang sama ,untuk tiap motor langkah, tidak boleh ada 2 (dua) masukan atau lebih yang mengandung pulsa sama dengan 1 (high), atau dengan kata lain, pada suatu saat hanya sebuah masukan yang bernilai 1 (satu) sedangkan lainnya bernilai 0 (nol).

2.1.5 Photodioda

Pengertian : piranti semikonduktor dengan struktur p-n atau p-i-n untuk mendeteksi cahaya. Potodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Potodioda adalah piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut p-i-n atai PIN potodioda. Cahaya diserap di daerah penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya.

Mode operasi

Potodioda dapat dioperasikan dalam 2 mode yang berbeda:

1. Mode potovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada potodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun, tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linier, dan range perubahannya sangat kecil. 2. Mode potokonduktivitas : disini, potodioda diaplikasikan sebagai tegangan

revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menhantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus poto ( hal ini juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol). Ketergantungan arus poto pada kekuatan cahaya dapat sangat linier .

Karakteristik bahan potodioda:

2. Germanium (Ge): arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 sampai 1500 nm).

3. Indium Gallium Arsenida (InGaAs): mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan tinggi sensitivitas baik pada jarak 800 sampai 1700nm (terbaik antara 1300 sampai 1600nm)

Gambar Photodioda ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 2.4 Photodioda

2.1.6 Dioda Pemancar Cahaya Infra Merah (LED infra Merah)

Proses pemancaran cahaya akibat adanya energi listrik yang diberikan terhadap suatu bahan disebut dengan sifat elektroluminesensi. Material lain misalnya Galium Arsenida Pospat (GaAsP) atau Galium Pospat (GaP): photon energi cahaya dipancarkan untuk menghasilkan cahaya tampak. Jenis lain dari LED digunakan untuk menghasilkan energi tidak tampak seperti yang dipancarkan oleh pemancar laser atau inframerah.

Gambar 2.5 Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED

Pemancar inframerah adalah dioda solid stateyang terbuat dari bahan Galium Arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks cahaya ketika dioda ini dibias maju. Bila diberi bias maju elektron dari daerah-nakan menutup lubang elektron yang ada didaerah-p. Selama proses rekombinasi ini, energi dipancar keluar dari permukaan pdanndalam bentuk photon. Photon-photon yang dihasilkan ini ada yang diserap lagi dan ada yang meninggalkan permukaan dalam betuk radiasi energi.

330 VCC

5V

330 VCC

Perangkat Lunak

2.2.1 Bahasa Assembly MCS-51

Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Dari 51 instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10 instruksi. Instruksi instruksi tersebut antara lain :

1. Instruksi MOV

Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.

Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h

Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung

MOV 20h,#80h

2. Instruksi DJNZ meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.

3. Instruksi ACALL

Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh : ...

Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksiACALLdilaksanakan. Contoh,

ACALL TUNDA ...

TUNDA:

5. Instruksi JMP (Jump)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh, Loop:

... ... JMP Loop

6. InstruksiJB (Jump if bit)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh,

Loop:

JB P1.0,Loop ...

7. InstruksiJNB (Jump if Not bit)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh,

Loop:

JNB P1.0,Loop ...

8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal)

Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh,

Loop:

...

Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya..

9. InstruksiDEC (Decreament)

Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,

MOV R0,#20h R0 = 20h

...

DEC R0 R0 = R0 1

...

10. InstruksiINC (Increament)

Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,

MOV R0,#20h R0 = 20h

...

INC R0 R0 = R0 + 1

...

2.2.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)

Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya seperti di bawah ini.

Gambar 2.6 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)

Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.

2.2.3.Software Downloader

Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroller digunakan software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet. Tampilannya seperti gambar di bawah ini

Gambar 2.7 ISP- Flash Programmer

BAB 4

PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM

4.1 Pengujian Rangkaian Power Supplay (PSA)

Pengujian pada bagian rangkaian power supplay ini dapat dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran dari rangkaian ini dengan menggunakan voltmeter digital. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan keluaran sebesar + 5,1 volt.dan +12,2 volt Tegangan ini dipergunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian. Mikrokontroler AT89S51 dapat bekerja pada tegangan 4,0 sampai dengan 5,5 volt, sehingga tegangan 5,1 volt ini cukup untuk mensupplay tegangan ke mikrokontroler AT89S51. Dengan demikian rangkaian ini sudah dapat bekerja dengan baik.

4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller AT89S51

Untuk mengetahui apakah rangkaian mikrokontroller AT89S51 telah bekerja dengan baik, maka dilakukan pengujian.Pengujian bagian ini dilakukan dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller AT89S51. Programnya adalah sebagai berikut:

Loop:

Setb P0.0

Acall tunda

Clr P0.0

Acall tunda

Tunda:

Program di atas bertujuan untuk menghidupkan LED yang terhubung ke P0.0 selama ± 0,13 detik kemudian mematikannya selama ± 0,13 detik secara terus menerus. Perintah Setb P0.0 akan menjadikan P0.0 berlogika high yang menyebabkan LED menyala. Acall tunda akan menyebabkan LED ini hidup selama beberapa saat. Perintah Clr P0.0 akan menjadikan P0.0 berlogika low yang menyebabkan LED akan mati. Perintah Acall tunda akan menyebabkan LED ini mati selama beberapa saat. Perintah Sjmp Loop akan menjadikan program tersebut berulang, sehingga akan tampak LED tersebut tampak berkedip.

Tunda:

mov r7,#255 2

Tnd: mov r6,#255 2

djnz r6,$ 255 x 2 = 510 x 255 = 130.054 = 130.058 = 130.059 d djnz r7,loop3 2

djnz r2,loop8 2

ret 1

Jadi waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan program di atas adalah 130.059 detik atau 0,130059 detik dan dapat dibulatkan menjadi 0,13 detik.

Jika program tersebut diisikan ke mikrokontroller AT89S51, kemudian mikrokontroller dapat berjalan sesuai dengan program yang diisikan, maka rangkaian minimum mikrokontroller AT89S51 telah bekerja dengan baik

4.3 Pengujian Rangkaian Driver Motor Stepper

Gambar 4.1 Rangkaian driver motor stepper

Gambar 4.1 Rangkaian Driver Motor Stepper

Jika P0.0 diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor TIP 122 mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip. Hal ini akan menyebabkan terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber tegangan 12 volt ke kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini akan menarik logam yang ada pada motor, sehingga motor mengarah pada kumparan yang memiliki medan magnet tesebut.

Jika kemudian P0.0 di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada kumparan. Dan disisi lain P0.1 diberi logika high (1), sehingga kumparan yang terhubung ke P0.1 akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih kearah kumparan yang terhubung ke P0.1 tersebut. Seterusnya jika logika high diberikan secara bergantian pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper akan berputar sesuai dengan arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.

Untuk memutar dengan arah yang berlawanan dengan arah yang sebelumnya, maka logika high (1) pada input driver motor stepper harus diberikan secara bergantian dengan arah yang berlawanan dengan sebelumnya.

Tabel 4.1 Sinyal masukan pada motor stepper

P0

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

0 0 0 1 0 0 0 1

0 0 1 0 0 0 1 0

0 1 0 0 0 1 0 0

Tabel 4.2 Data masukan high (1) dan low (0) pada motor buka dan motor tutup.

Program yang diberikan pada driver motor stepper untuk memutar motor stepper adalah sebagai berikut :

Sensor 1 Sensor 2 Motor buka Motor tutup

Program diawali dengan memberikan nilai 11h pada pada accumulator (a), kemudian program akan memasuki rutin buka pintu. Nilai a diisikan ke port 0, sehingga sekarang nilai port 0 adalah 11h. ini berarti P0.0 dan P0.4 mendapatkan logika high sedangkan yang lainnya mendapatkan logika low, seperti table di bawah ini,

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

P0 0 0 0 1 0 0 0 1

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

P0 0 0 1 0 0 0 1 0

Sebelumnya telah dibahas bahwa P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3 dihubungkan ke masukan driver motor stepper, dengan program di atas maka P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3 akan mendapatkan nilai high (1) secara bergantian. Hal ini menyebabkan motor stepper akan berputar membuka pintu.Hal yang sama juga berlaku ketika motor berputar kaearah sebaliknya, perbedaannya hanya pada perintah rotate. Jika pada perintah berlawanan arah jarum jam digunakan rotate left ( Rl ), maka pada perintah searah jarum jam digunakan perintah rotate right ( Rr). Perputaran perintah Rr diperlihatkan pada table berikut,

ini menyebabkan LED indikator pada rangkaian penerima tidak menyala dan tegangan output dari rangkaian ini sebesar 4,8 volt.

Pengujian selanjutnya dilakukan dengan cara menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian mikrokontroler AT89S51, dan memberikan program tertentu pada mikrokontroler AT89S51.Untuk mendeteksi adanya sinyal yang dikirimkan oleh sensor, maka mikrokontroler harus diprogram untuk untuk dapat mengecek sinyal apa yang dikirimkan oleh sensor. Jika sinyal yang dikirimkan adalah sinyal high (1), berarti tidak ada kapal yang lewat, namun jika sinyal yang dikirimkan adalah sinyal low, maka ini berarti ada kapal yang lewat. Program untuk mendeteksi pengiriman sinyal dari rangkaian sensor ini adalah,

sensor_masuk Bit P1.3

Sensor_keluar Bit P1.2

Cek_sensor_masuk:

Jnb sensor_masuk,Cek_sensor keluar

Clr P3.7

. . . .

Cek_sensor_keluar:

Jnb sensor_ sensor keluar,Cek_Tombol_kanan

Setb P3.7

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Pada simulasi jembatan angkat otomatis ini digunakan sebuah mikrokontroler AT89S51, dua buah motor, dua buah sensor gerak dan rangkaian penguat sinyal.

2. Pada simulasi jembatan angkat otomatis ini, pemancar infra merah yang digunakan sudah dimodulasi dahulu agar pancaran yang dihasilkan menjadi lebih kuat sehingga fungsi fotodioda sebagai penerima akan menjadi lebih baik.

5.2. Saran

1. Sangat diharapkan jika alat ini dibuat dan dimanfaatkan serta disosialisasikan kegunaannya dikalangan mahasiswa maupun masyarakat. Untuk dimasa yang akan akan datang agar alat ini dapat lebih ditingkatkan lagi.

DAFTAR PUSTAKA

Agfianto, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Edisi Kedua, Penerbit: Gava Media, Yogyakarta, 2004.

Clayton George, Winder Steve, Operational Amplifiers, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2004.

Malvino, Albert paul, Prinsip-prinsip Elektronika, Jilid 1 & 2, Edisi Pertama, Penerbit: Salemba Teknika, Jakarta, 2003.