TUGAS AKHIR

(1)

ALAT UKUR NILAI RMS

( PENGUBAH TEGANGAN RMS MENJADI

TEGANGAN DC)

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

disusun oleh

R.WICAKSONO WIJAYANTO

035114006

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

(2)

FINAL PROJECT

Rms based AC Voltmeter

(Rms TO DC VOLTAGE converter)

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

by:

R.WICAKSONO WIJAYANTO

Student Number: 035114006

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

(3)

(4)

(5)

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,

kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka,

sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

Yogyakarta, 29 Januari 2007

(6)

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO

“Untuk segala sesuatu ada masanya, untuk apapun di bawah

langit ada waktunya. Ada waktu untuk lahir, ada waktu untuk

meninggal, ada waktu untk menanam, ada waktu untuk mencabut

yang ditanam; …… ada waktu untuk menangis, ada waktu untuk

tertawa; …… Ia membuat segala sesuatu indah pada

waktunya,………”

PENGKHOTBAH

3:1~11

Suka dan duka,

Dari sumber yang sama, yang mengalirkan tawa,

Betapa seringnya mengalirkan air mata.

Bahwa keduanya tak terpisahkan.

Bersama-sama keduanya datang, dan bila yang satu

Sendiri bertamu di meja makanmu

I ngatlah bahwa yang lain sedang ternyenyak di pemba-

ringanmu

KAHLI L

GI BRAN

Kupersembahkan karya tulis ini

kepada :

* Papa dan mamaku

(7)

INTISARI

Voltmeter yang sudah ada di Laboratorium Elektronika dan

Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma

menghasilkan tingkat kesalahan yang lebih besar, apabila digunakan untuk

mengukur tegangan rms dari tegangan AC yang berbentuk pulsa kotak dan

segitiga. Voltmeter ini hanya akurat untuk mengukur tegangan rms dari

tegangan AC yang berbentuk sinusoidal. Tegangan rms diperlukan untuk

menentukan keakuratan penghantaran suatu alat.

Voltmeter nilai rms AC merupakan sebuah alat yang dirancang

untuk mengukur tegangan rms dari tegangan AC yang berbentuk sinusoidal,

pulsa kotak, dan segitiga. Untuk dapat mengukur tegangan rms, langkah

pertama adalah mengambil 256 cuplikan data tegangan dengan kecepatan

pengambilan data yang konstan. Selanjutnya, data diolah oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler mengkuadratkan 256 cuplikan data tegangan, mencari rerata

dari kuadrat 256 cuplikan data tegangan, dan mikrokontroler mencari nilai

akarnya. Proses ini dilakukan sebanyak 16 kali dan mikrokontroler mencari

nilai reratanya. Nilai rerata dari 16 nilai tegangan rms tersebut dikirimkan

menuju DAC dan juga ditampilkan pada LCD. Alat ukur ini dapat

direalisasikan menggunakan rangkaian penguat pembalik, penyearah presisi,

ADC, DAC, mikrokontroler, dan LCD.

Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat menghasilkan

pengukuran nilai rms dengan tingkat kesalahan kurang dari 2,5% untuk

masukan tegangan AC pada skala 0,5Volt, pengukuran nilai rms dengan

tingkat kesalahan kurang dari 2,5% untuk masukan tegangan AC pada skala

5Volt, pengukuran nilai rms dengan tingkat kesalahan kurang dari 2% untuk

masukan tegangan AC pada skala 50Volt, pengukuran nilai rms dengan

tingkat kesalahan 1% untuk masukan tegangan AC pada skala 500Volt. Untuk

pengukuran terbaik, disarankan agar alat ini digunakan pada jangkauan

masukan dari 0,04Vp sampai 500Vp dan jangkauan frekuensi dari 10Hz

sampai 1000Hz. Pengukuran di luar jangkauan di atas dapat menghasilkan

tingkat kesalahan yang lebih besar.

(8)

ABSTRACT

Existing voltmeters in Electronic and Electric Circuit Laboratory

Electrical Engineering Department, Sanata Dharma University usually gives

more error when it is used to measure pulse and triangle AC rms voltage. This

voltmeters only accurate when it is needed to measure sinusoidal AC rms

voltage. Rms voltage need to be measured accurately to determine the

conduction in a device.

AC voltmeter true rms is an instrument that is designed to measure

rms voltage from sinusoidal, pulse, and triangle AC voltage. The first step in

measuring rms voltage is taking 256 voltage data samples with constant

sampling rate. Afterwards, data are processed by microcontroller.

Microcontroller then squaring the 256 voltage data sample, find the mean of

256 voltage data samples square, and then microcontroller find the root of

them. This process repeated 16 times and then microcontroller find the mean

of them. The mean of 16 rms voltage value is sent to DAC and displayed in

LCD. The realization of this instrument can be done using inverting

amplifiers, precision amplifiers, ADC, DAC, microcontroller, and LCD.

This instrument can measure rms voltage with less than 2.5% error

for AC voltage input in scale of 0.5 Volt, less than 2.5% AC voltage input in

scale of 5 Volt, less than 2% error for AC voltage input in scale of 50 Volt,

and less than 1% error for AC voltage input in scale of 500 Volt. For the best

result, it is recommended to use this instrument for range from 0.04 Vp input

to 500 Vp input, and frequency range from 10 Hz to 1000 Hz. Measurement

out of range above may give more error.

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis

berjudul “

Rms based AC Voltmeter

”.

Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata

Dharma. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis

dapatkan selama tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.

Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk

itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1.

Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa

yang tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas

akhir ini.

2.

Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis

yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk

membimbing penulis.

3.

Bapak Ir. Tjendro, selaku dosen pembimbing II karya tulis yang telah

meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing

(10)

4.

Bapak Ir. Bayu Primawan, M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5.

Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6.

Rekan-rekan yang telah membantu penulis dalam pengerjaan karya

tulis ini: Iin TI’01, David TE’02, Rony TE’03 (

downloader

μ

C), Didit

TE’03 (matematis), Uci TE’03 (LCD M1632), Denis TE’03 (

scanner

),

Gigih (

Software

), Boy TE’03 (dasi), Dian TE’03 (

printer

), Adi TE’02

(surat-surat), Guntur TE’03 (

printer

), Anggi TE’05.

7.

Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata

Dharma.

8.

Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.

9.

Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak

yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari

penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat

(11)

Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat

menjadi bahan kajian lebih lanjut.

Yogyakarta,

29

Januari

2007

(12)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

... i

HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGIS

... ... ii

HALAMAN PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING

... iii

HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI

... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

... v

PERSEMBAHAN DAN MOTTO

... vi

INTISARI

... vii

ABSTRACT

... viii

KATA PENGANTAR

... ix

DAFTAR ISI

... xii

DAFTAR GAMBAR...

xvi

DAFTAR LAMPIRAN...

xxi

BAB I. PENDAHULUAN

... 1

1.1

Latar Belakang ... 1

1.2

Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3

Batasan Masalah ... 2

1.4

Metodologi Penelitian ... 3

(13)

BAB II. DASAR TEORI

... 5

2.1 Nilai Rms ... 5

2.1.1 Nilai Rms dari Gelombang Sinusoidal... 6

2.1.2 Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak... 7

2.1.3 Nilai Rms dari Gelombang Segitiga... 8

2.2 Pencuplikan ... 9

2.3 Penguat Operasional... 11

2.3.1 Penguat Operasional sebagai Penguat

Inverting

... 11

2.3.2 Penguat Operasional sebagai Penyearah Presisi Gelombang

Penuh... 12

2.3.3 Penguat Operasional sebagai Pengubah Arus Menjadi

Tegangan ... 13

2.4

Pengubahan Analog ke Digital ... 14

2.5

Pengubahan Digital ke Analog ... 17

2.6

Transistor sebagai Saklar... 19

2.7 LCD

HD44780 ...

21

2.7.1 DDRAM...

22

2.7.2 CGRAM ...

22

2.7.3 CGROM ...

23

BAB III. PERANCANGAN RANGKAIAN

... 24

(14)

3.2 Perancangan

Perangkat

Keras ...

26

3.2.1

Rangkaian

Penguat

Inverting

dengan

Gain

dan Saklar

Rotary

.. 26

3.2.2 Rangkaian Penyearah Presisi... 29

3.2.3 Hubungan Sinyal Terkokndisi dengan AC0804... 31

3.2.4 Antarmuka ADC0804 degnan MIkrokontroler AT89s51 ... 32

3.2.5 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan DAC0808 ... 33

3.2.6 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan HD44780 ... 35

3.2.7 Indikator Berdasarkan Saklar

Rotary

... 36

3.3

Perancangan Perangkat Lunak ... 39

3.3.1 Kerangka Utama Program ... 39

3.3.2

Inisialisasi

LCD...

40

3.3.3 Ambil Nilai Tegangan, Kuadratkan, dan Jumlahkan ... 43

3.3.4 Cari Rerata dan Akar... 45

3.3.5 Keluaran dan Tampilan ... 50

3.3.6

Subrutin

Tunda ...

52

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...

54

4.1 Skala

0,5Volt...

55

4.2 Skala

5Volt...

65

4.3 Skala

50Volt...

75

4.4 Skala

500Volt...

86

(15)

5.1 Kesimpulan ...

90

5.2 Saran...

91

DAFTAR PUSTAKA

(16)

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2-1 Gelombang Sinusoidal ...

6

2. Gambar 2-2 Pulsa Kotak ...

7

3. Gambar 2-3 Gelombang Segitiga...

8

4. Gambar 2-4 Sinyal analog

x(t)

... 10

5. Gambar 2-5 Deretan pulsa

x

p

(t)

... 10

6. Gambar 2-6 Hasil pencuplikan

x

s

(t)

... 11

7. Gambar 2-7 Rangkaian penguat operasional sebagai penguat

inverting

... 12

8. Gambar 2-8 Penyearah presisi gelombang penuh...

13

9. Gambar 2-9 Pegubah arus menjadi tegangan...

13

10. Gambar 2-10 Diagram blok pengubah analog ke digital ...

14

11. Gambar 2-11 Pin ADC0804...

17

12. Gambar 2-12 Pin DAC0808...

18

13. Gambar 2-13 Rangkaian transistor sebagai saklar ...

19

14. Gambar 2-14 Pin LCD HD44780 ...

21

15. Gambar 2-15 Hubungan posisi tampilan dan alamat DDRAM ...

22

14. Gambar 3-1 Diagram blok rancangan ...

24

15. Gambar 3-2 Rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

... 29

(17)

18. Gambar 3-5 Antarmuka AT89s51 dengan ADC0804...

32

19.Gambar 3-6 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan

DAC0808 ... 34

20. Gambar 3-7 Antarmuka AT89s51 dengan HD44780 ...

35

21. Gambar 3-8 Rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah...

36

22.

Gambar 3-9 Antarmuka rangkaian indikator dengan

Mikrokontroler AT89s51 ...

38

23. Gambar 3-10 Diagram alir kerangka utama program ...

40

24. Gambar 3-11 Diagram alir subrutin inisialisasi LCD ...

41

25. Gambar 3-12 Diagram alir subrutin kirim perintah ...

42

26. Gambar 3-13 Diagram alir subrutin ambil nilai tegangan,

kuadratkan, dan jumlahkan ...

44

27. Gambar 3-14 Diagram alir subrutin cari reratadan akar ...

46

28. Gambar 3-15 Diagram alir subrutin keluaran dan tampilan...

50

29. Gambar 3-16 Diagram alir subrutin kirim data...

51

30.Gambar 4-1 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal

pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

tegangan tetap (%) ...

56

(18)

32.Gambar 4-3 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga

tegangan tetap (%) ...

57

pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap (%) ...

58

34.Gambar 4-5 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak

58

35.Gambar 4-6 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak

pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap (%) ...

59

36.Gambar 4-7 Gelombang tegangan masukan pada skala 0,5Volt ...

63

38.Gambar 4-8 Gelombang keluaran rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

pada skala 0,5Volt...

63

39.Gambar 4-9 Gelombang keluaran rangkaian penyearah presisi

pada skala 0,5Volt...

64

pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

66

pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap

(19)

42.Gambar 4-12 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga

67

pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap

(%)... 68

44.Gambar 4-14 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa

kotak pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

68

kotak pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap (%) ...

69

46.Gambar 4-16 Gelombang tegangan masukan pada skala 5Volt. ...

73

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

pada skala 5Volt...

73

48.Gambar 4-18 Gelombang keluaran rangkaian penyearah presisi

pada skala 5Volt...

74

76

50.Gambar 4-20 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal

pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

(20)

77

pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap (%) ...

78

kotak pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan

amplitudo tegangan tetap (%) ...

78

kotak pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan

frekuensi tetap (%) ...

79

55.Gambar 4-25 Gelombang tegangan masukan pada skala 50Volt ...

84

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

pada skala 50Volt...

84

57.Gambar 4-27 Gelombang keluaran rangkian penyearah presisi

85

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

86

59.Gambar 4-29 Gelombang keluaran rangkian penyearah presisi

(21)

DAFTAR LAMPIRAN

1. Gambar

Rangkaian...

L2

2. Perhitungan

Tegangan

Rms ...

L3

3. Pencuplikan Gelombang Sinusoidal Sebanyak 256 kali...

L6

4. Foto Perangkat Keras Hasil Perancangan ...

L10

5. Listing

Program...

L11

6. Tabel 1 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada

skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

tetap... ... L27

skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap... ... L33

8. Tabel 3 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada

skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

tetap... ... L39

skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap... ... L45

(22)

11. Tabel 6 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada

tetap... ... L54

12. Tabel 7 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada

tetap... ... L57

tetap... ... L63

tetap... ... L69

tetap... ... L75

skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo

tetap... ... L81

(23)

18. Tabel 13 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada

tetap... ... L87

19. Tabel 14 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada

tetap... ... L92

tetap... ... L97

skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi

tetap... ... L103

tetap... ... L109

tetap... ... L112

24.

Datasheet

ADC0804... ... L115

25.

Datasheet

DAC0808... ... L147

26.

Datasheet

LF351…... L155

27.

Datasheet

HD44780U... L160

(24)

29.

Datasheet

1N4148…... L177

30.

Datasheet

PSS9012... L179

(25)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah

Dalam perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata

Dharma, mahasiswa sering melakukan pengukuran nilai rms (

root-mean-square

) dari tegangan AC dengan menggunakan voltmeter (baik voltmeter

analog maupun digital), misalnya untuk melakukan tugas kuliah atau

praktikum. Sebagian besar voltmeter yang ada di Laboratorium

Elektronika dan Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas

Sanata Dharma hanya akurat jika digunakan untuk mengukur nilai rms

tegangan AC yang berbentuk sinusoidal. Oleh karena itu, lebih baik jika

laboratorium menyediakan voltmeter yang akurat untuk mengukur nilai

rms tegangan AC yang mempunyai bentuk selain sinusoidal, misalnya

mempunyai bentuk pulsa kotak, dan segitiga.

Pada penelitian ini, akan dirancang sebuah alat ukur nilai rms dari

tegangan AC yang berbentuk sinusoidal, pulsa kotak, dan segitiga dengan

menggunakan Mikrokontroler AT89s51 sebagai pengendali utama. Alat

(26)

dan menyediakan tegangan DC yang merupakan representasi dari nilai

rms masukan tegangan AC.

1.2

Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang akan dicapai dalam perancangan ini adalah membuat

suatu peralatan sebagai aplikasi Mikrokontroler AT89s51 yang berfungsi

sebagai penampil nilai rms dari masukan tegangan AC dan juga penyedia

tegangan DC yang merepresentasikan nilai rms dari masukan tegangan

AC.

Manfaat yang akan dicapai adalah:

a.

Menambah literatur aplikasi mikrokontroler untuk instrumentasi, yaitu

alat ukur nilai rms dari masukan tegangan AC dan juga penyedia

tegangan DC yang merepresentasikan nilai rms dari masukan tegangan

AC.

b.

Memudahkan pengguna laboratorium untuk melakukan pengukuran

nilai rms dari masukan tegangan AC.

c.

Memberi hasil nilai rms yang akurat untuk masukan tegangan AC

yang mempunyai bentuk selain sinusoidal.

1.3

Batasan Masalah

Perangkat yang akan dirancang mempunyai batasan-batasan

sebagai berikut:

(27)

b.

Tegangan masukan dengan frekuensi masukan maksimum 1000Hz

dan frekuensi masukan minimum 40Hz.

c.

Tegangan masukan berbentuk sinusoidal, pulsa kotak, dan segitiga.

d.

Untuk tegangan masukan berbentuk pulsa maka lebar pulsa

minimumnya adalah 0,5mS.

e.

Tampilan alat menggunakan LCD.

f.

Mikrokontroler yang digunakan adalah Mikrokontroler AT89s51.

1.4

Metodologi Penelitian

Penulis melakukan penelitian dengan melakukan metodologi

sebagai berikut:

a.

Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet.

b.

Menyusun referensi dan literatur yang ada.

c.

Perancangan dan pembuatan alat yang terencana meliputi perancangan

keras dan perangkat lunak.

d.

Penyusunan laporan.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu:

BAB I.

Berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian,

batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika

(28)

BAB II. Berisi dasar teori meliputi nilai rms (

root-mean-square

),

penguat operasional, pengubahan analog menjadi digital

(ADC), pengubahan digital menjadi analog (DAC), transistor

sebagai saklar, LCD HD44780.

BAB III. Berisi perancangan alat yang meliputi diagram blok

perancangan, perancangan perangkat keras, dan perancangan

perangkat lunak.

BAB IV. Berisi data pengamatan dan pembahasan.

(29)

BAB II

DASAR TEORI

2.1

Nilai Rms (root-mean-square)

Nilai rms digunakan untuk mengukur efektifitas sebuah sumber

tegangan dalam memberikan daya pada sebuah beban dan menentukan

keakuratan penghantaran suatu alat dan tingkat tegangan suatu alat. Nilai

rms suatu gelombang dapat dihitung sebagai:

Vrms =

∫

T

dt

V

T

₀

2

.

1

(2-1)

dengan

T

adalah perioda waktu dan

V

adalah tegangan dari gelombang.

Nilai rms gelombang tegangan yang berbentuk pulsa sinusoidal dan pulsa

kotak dapat dihitung juga dengan persamaan 2-1. Secara umum, nilai rms

merupakan akar dari kuadrat rata-rata suatu gelombang. Apabila

gelombang menjadi rusak sampai pada harmonisanya, nilai rms dapat

dihitung secara individual. Nilai rms dari gelombang, sesungguhnya dapat

didekati dengan kombinasi nilai rms setiap harmonisanya, seperti

ditunjukkan pada persamaan 2-2.

(30)

dengan

Vdc

adalah tegangan komponen DC,

Vrms

dan

Vrms

adalah

nilai rms dari frekuensi fundamental dan komponen harmonik ke-

n

, secara

individu.

) 1

( (n)

Pengukuran nilai rms berguna dalam perhitungan daya, seperti

dalam rumus berikut ini:

R

Vrms

P

2

=

(2-3)

dengan

P

adalah daya dan

R

adalah nilai resistor.

2.1.1 Nilai Rms dari Gelombang Sinusoidal

Nilai puncak (

peak

) gelombang tegangan yang berbentuk

sinusoidal merupakan nilai maksimum gelombang baik pada bagian

positif ataupun negatif. Nilai ini ditunjukkan oleh

V

p1

dan -

V

p1

pada

gambar 2-1.

Vs

T

1

V

p1

0

t

-V

p1

T

01

(31)

Nilai puncak-ke-puncak (

peak-to-peak

) gelombang merupakan nilai dari

puncak positif ke puncak negatif dan dapat dihitung dengan

Vpp = 2 V

p1

(2-4)

Nilai rms dari gelombang tegangan yang berbentuk sinusoidal adalah

Vrms =

2

1

p

V

(2-5)

Untuk gelombang tegangan yang berbentuk setengah gelombang

sinusoidal, nilai rms yang dihasilkan dapat dihitung dengan

Vrms = V

p1

1 01

.

2

T

(2-6)

2.1.2

Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak

Nilai puncak (

peak

) gelombang tegangan yang berbentuk pulsa

kotak merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai

ini ditunjukkan oleh

V

p2

pada gambar 2-2.

Vs

T

2

V

p2

0

t

T

02

(32)

Nilai rms dari gelombang tegangan yang berbentuk pulsa kotak adalah

Vrms = V

p2

2 02

T

(2-7)

2.1.3

Nilai Rms dari Gelombang Segitiga

Nilai puncak (

peak

) gelombang tegangan yang berbentuk segitiga

merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai ini

ditunjukkan oleh

V

p3

pada gambar 2-3.

Vs

T

3

V

p3

0

t

T

03

Gambar 2-3. Gelombang segitiga.

Nilai rms dari gelombang segitiga adalah

Vrms =

3

3 03 3 3 2 03 3 03

03 3

3

)

(

)

(

T

V

_p

−

+

−

(2-8)

Untuk nilai

T

3

=

2 T

03

maka nilai rms dari gelombang segitiga yang

(33)

Vrms

=

V

p3

3

1

(2-9)

2.2

Pencuplikan

Proses pencuplikan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Cara

paling populer adalah dengan operasi

sample and hold

. Dalam operasi ini,

saklar dan mekanisme penyimpan bekerja untuk menghasilkan deretan

cuplikan dari sinyal masukan yang kontinyu. Hasil dari proses

pencuplikan disebut

Pulse Amplitude Modulation

(PAM) karena interval

keluaran yang berturutan dapat digambarkan sebagai deretan pulsa dengan

amplitudo tertentu sesuai dengan sinyal masukan. Sinyal analog yang

mendekati sinyal masukan bisa didapatkan kembali (direkonstruksi) dari

sinyal PAM dengan

low-pass filter

sederhana.

Sinyal dengan

band

terbatas, yaitu sinyal yang tidak mempunyai

komponen spektral diatas

f

m

hertz. Sinyal dengan

band

terbatas dapat

ditentukan secara unik dengan nilai tercuplik pada interval

T

s

detik,

dengan

m s

f

T

2

1

≤

(2-10)

dan laju pencuplikan (

sampling rate

) adalah

s s

T

f

=

1

(2-11)

Dalam hal ini terdapat batasan untuk laju pencuplikan, dikenal sebagai

(34)

(2-12)

m

s

f

≥

2

sehingga laju pencuplikan sering juga disebut sebagai laju

Niquist

. Kriteria

ini merupakan syarat cukup supaya sinyal analog masukan bisa didapatkan

kembali seutuhnya dari sinyal diskret tercuplik.

Pencuplikan yang ditinjau dari segi yang lebih praktis, sering

disebut dengan pencuplikan praktis. Gelombang pencuplik pada

pencuplikan praktis mempunyai amplitudo dan lebar pulsa yang

berhingga. Gelombang yang dicuplik merupakan isyarat terbatasi waktu.

Pencuplikan dilakukan dengan mengkalikan sinyal analog

x(t)

pada

gambar 2-4 dengan deretan pulsa

x

p

(t)

pada gambar 2-5.

x(t)

0

t

Gambar 2-4. Sinyal analog

x(t)

.

T

t

-4T

s

-2T

s

0

2T

s

4T

s

(35)

Setiap pulsa mempunyai lebar

T

dan amplitudo 1

/ T

. Proses pengkalian

dapat diartikan sebagai proses pembukaan dan penutupan suatu saklar.

Deretan data hasil pencuplikan

x

s

(t)

yang ditunjukkan pada gambar

2-6 dinyatakan sebagai

(2-13)

)

(

)

(

)

(

t

x

t

x

t

x

s

=

p

Pencuplikan ini juga disebut pencuplikan natural karena puncak dari tiap

pulsa

x

s

(t)

mempunyai bentuk yang sesuai dengan sinyal analog.

t

-4T

s

-2T

s

0

2T

s

4T

s

Gambar 2-6. Hasil pencuplikan

x

s

(t)

.

2.3

Penguat Operasional

2.3.1

Penguat Operasional Sebagai Penguat Inverting

Rangkaian penguat operasional sebagai penguat

inverting

terdiri atas

sebuah penguat operasional dan dua buah resistor. Rangkaian ini

menggunakan

feedback

supaya penguatan dari penguat operasional lebih

kecil dibandingkan dengan penguatan

large signal voltage gain

sebesar

(36)

penguat operasional sebagai penguat

inverting

ditunjukkan pada gambar

2-7.

Rf

1k

Vo

+

-Vi

Ri

Gambar 2-7. Rangkaian penguat operasional sebagai penguat

inverting.

Besarnya penguatan dapat dihitung dengan

Ri

Rf

pengua

tan

=

(2-14)

2.3.2

Penguat Operasional sebagai Penyearah Presisi Gelombang

Penuh

Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi

gelombang penuh terdiri atas dua buah penguat operasional. Penguat

operasional yang pertama berfungsi sebagai penyearah presisi setengah

gelombang

inverting

dan penguat operasional yang kedua berfungsi

sebagai penjumlah pembalik. Keuntungan menggunakan rangkaian ini

adalah tegangan keluaran yang tidak mengalami pengurangan tegangan

yang disebabkan oleh prasikap tegangan maju dioda, sehingga tegangan di

bawah prasikap tegangan maju dioda juga dapat disearahkan. Besarnya

penguatan dapat dihitung dengan

R

Rf

(37)

Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi gelombang

penuh ditunjukkan pada gambar 2-8.

D2

R

+

-D1

R

Rf R/2

R

+

-Vo Vi

Gambar 2-8. Penyearah presisi gelombang penuh.

2.3.3 Penguat Operasional Sebagai Pengubah Arus Menjadi

Tegangan

Rangkaian penguat operasional sebagai pengubah arus menjadi

tegangan menggunakan sebuah penguat operasional dan sebuah resistor.

I

R

+

-Vo

Gambar 2-9. Pengubah arus menjadi tegangan.

Masukan rangkaian ini berupa arus, arus tersebut akan melewati

ground

semu dan selanjutnya akan melewati resistor sehingga menimbulkan

(38)

(2-16)

R

I

Vo

=

−

×

Rangkaian penguat operasional sebagai pengubah arus menjadi tegangan

ditunjukkan pada gambar 2-9.

2.4

Pengubahan Analog ke Digital

Pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital disebut penyandi

atau

encoder

. Gambar 2-10 memperlihatkan diagram blok pengubah

analog ke digital.

MSB LSB

Pengubah analog ke digital

D

C

B

A

Masukan analog

Gambar 2-10. Diagram blok pengubah analog ke digital.

Gambar 2-10 memperlihatkan masukan berupa sinyal analog yang diubah

menjadi bentuk biner pada bagian keluaran dari bit paling rendah (LSB)

sampai bit yang paling tinggi (MSB).

Pengubah analog ke digital yang digunakan oleh penulis adalah

ADC0804 yang dibuat untuk dapat langsung berhubungan dengan

mikroprosesor baik Zilog 80, 8080, atau mikroprosesor 8 bit lainnya.

Sinyal masukan maupun sinyal keluaran dari IC ini, sesuai untuk MOS

(39)

pengubahan masukan dan mengeluarkan dalam bentuk biner. Beroperasi

pada daya standar +5volt dan dapat menerima masukan analog berkisar

0Volt sampai 5Volt. Macam-macam pin (kaki) yang dimiliki oleh IC

ADC0804:

a.

CS

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai chip

select

dari

kontrol mikroprosesor.

b.

RD

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai kontrol untuk

membaca data dari mikroprosesor.

c.

WR

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai kontrol untuk

menulis data ke mikroprosesor.

d.

CLK IN

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai pengatur detak.

e.

INTR

Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai sarana untuk

memberikan interupsi pada masukan interupsi mikroprosesor.

f.

V

_IN

(+)

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk

(40)

g. V

_IN

(-)

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk

bagi sinyal analog masukan negatif.

h.

A GND

Berfungsi sebagai masukan daya. Pin ini sebagai pembulatan

analog.

i.

V

_REF

/2

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk

bagi tegangan acuan yang lain (±).

j.

D GND

Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai pembulatan digital.

k.

DB7-DB0

Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini merupakan jalan keluaran

bagi data keluaran bit7 sampai bit0.

l.

CLKR

Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai pengatur detak

dengan menghubungkannya ke resistor eksternal.

m.

V

_CC

(Or ref)

Berfungsi sebagai masukan daya. Pin ini sebagai jalan masuk

untuk catu daya +5volt dan tegangan acuan primer.

(41)

ADC0804

6 7

9

11 12 13 14 15 16 17 18 19

4 5 1 2 3

10 8

20

+IN -IN

VREF/2

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 CLKR

CLKIN INTR CS RD WR

D GND A GND

VCC

Gambar 2-11. Pin ADC0804.

Resolusi ADC dengan jumlah bit (n) dapat dihitung dengan

1

2

−

=

V

_nmak

resolusi

Volt/step

(2-17)

2.5

Pengubahan Digital ke Analog

Pengubah digital ke analog sering disebut dengan

Digital to Analog

Converter

(DAC). Secara umum, DAC merupakan suatu penerjemah

informasi berbentuk digital ke dalam informasi berbentuk analog

ekuivalennya. Peralatan pengubah sinyal digital ke sinyal analog disebut

juga pengawasandi atau

decoder

. DAC yang digunakan oleh penulis

adalah IC DAC0808. IC DAC0808 ini mempunyai keluaran berupa arus,

sehingga perlu diubah terlebih dahulu agar menjadi tegangan. Keluaran

dari IC DAC0808 diumpankan sebagai masukan rangkaian pengubah arus

menjadi tegangan, sehingga keluarannya berupa gelombang

ramp

yang

akan meningkat amplitudonya jika hitungan pencacah biner semakin

(42)

ramp

dapat tersusun menjadi 255 langkah dengan skala maksimum sebesar

2mA. Tegangan keluaran rangkaian IC DAC0808 dan rangkaian pengubah

arus menjadi tegangan dapat dihitung dengan

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

+

=

256

8

128

7

64

6

32

5

16

4

8

3

4

2

1

)

(

A

Vref

Vo

(2-18)

Akurasi (ketelitian) adalah seberapa dekat nilai keluaran

sebenarnya dari pengubah digital ke analog terhadap nilai keluaran secara

teoritis. Semakin kecil prosentase ketelitian, maka semakin dekat dengan

nilai secara teoritis. Resolusi adalah pertambahan terkecil pada tegangan

yang dapat diamati. Pertambahan terkecil pada tegangan keluaran terutama

ditentukan oleh tegangan masukan bit terkecil atau LSB, karena resolusi

merupakan fungsi banyaknya bit dalam sinyal masukan digital. Gambar

2-12 menunjukkan konfigurasi kaki pada DAC0808.

DAC0808 6 7 9 10 11 12 13 14 15 4 5 1 2 3 8 16 A2 A3 A5 A6 A7 A8 VCC VREF(+) VREF(-) IO A1 NC GND VEE A4 CMPS

Gambar 2-12. Pin DAC0808.

Resolusi DAC dengan jumlah bit (n) dapat dihitung dengan

min

−

=

V

mak_n

V

(43)

2.6

Transistor sebagai Saklar

Transistor mempunyai 2 keadaan ekstrim

yaitu daerah

cut off

(titik

sumbat) dan daerah jenuh (saturasi). Keadaan ekstrim menjadikan

transistor dapat digunakan sebagai

switch

atau saklar. Pada saat arus basis

Ib

= 0, transistor identik dengan saklar yang sedang

off

, karena transistor

hanya melewatkan arus kolektor

Ic

yang kecil, sehingga tegangan emitor

kolektor V

EC

mendekati Vcc. Pada saat arus basis

Ib

cukup besar,

transistor identik dengan saklar yang sedang

on

, karena transistor

melewatkan arus kolektor

Ic

yang besar, sehingga tegangan emitor

kolektor V

EC

kecil. Tegangan ini merupakan tegangan saturasi

emitor-kolektor (V

EC

) yang besarnya antara 0,2Volt sampai 0,3Volt.

Rangkaian transistor sebagai saklar yang digunakan oleh penulis

ditunjukkan pada gambar 2-13.

)

(Sat

VCC

RC RB

VBB

Q1 PNP

(44)

Arus kolektor saat saturasi

dapat dihitung dengan

Rc

V

Vcc

Ic

₍_Sat₎

=

−

EC(sat)

Ampere (2-20)

Dengan demikian, nilai arus basis yang akan menimbulkan saturasi adalah

hfe

Ic

Ib

Sat Sat

) ( )

(

=

Ampere

(2-21)

dengan

Ib

adalah arus basis pada saat penjenuhan,

Ic

adalah arus

kolektor pada saat penjenuhan, dan

hfe

adalah penguatan arus DC.

Tegangan emitor-kolektor pada saat penjenuhan adalah

)

(Sat (Sat)

V

EC

= V

EC₍_Sat₎

Volt

(2-22)

Daerah aktif dari transistor merupakan semua titik operasi di antara

daerah

cut off

dengan daerah saturasi. Di dalam daerah aktif, sambungan

emitor-basis diberi prasikap tegangan maju. Persamaan 2-23 digunakan

untuk menghitung arus basis dalam setiap rangkaian prasikap tegangan

basis. Pada daerah aktif, arus kolektor

Ic

dianggap tetap. Dengan nilai

Ib

tertentu,

Ic

tidak banyak berubah walaupun Vcc bertambah.

Rb

V

Ib

=

CC

−

EB

−

BB

Ampere

(2-23)

dengan

Ib

adalah arus basis,

V

BB

adalah tegangan basis,

V

EB

adalah

(45)

2.7

LCD HD44780

HD44780 merupakan matriks LCD dengan konfigurasi 16 karakter

dan 2 baris. Setiap karakter dibentuk oleh 8x5 atau 10x5 pixel. Gambar

2-14 menunjukkan konfigurasi kaki pada LCD HD44780.

GND VCC VO RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 V61 V60

HD44780 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Gambar 2-14. Pin LCD HD44780.

Pin–pin pada LCD HD44780 adalah sebagai berikut:

•

Pin 1 (V

CC

): tegangan +5Volt untuk catu LCD.

•

Pin 2 (GND): tegangan 0Volt (

ground

) modul LCD.

•

Pin 3 (V

EE

/V

LCD

): tegangan pengatur kontras LCD, maksimum pada

0Volt.

•

Pin 4 (RS):

Register Select

, pin pemilih

register

yang akan diakses.

1 = akses ke

register

data

0 = akses ke

register

perintah

•

Pin 5 (R/W): mode baca atau tulis LCD

(46)

0 = mode penulisan.

•

Pin 6 (E): pin untuk mengaktifkan

clock

LCD.

•

Pin 7-14 (D0-D7): jalur bus data.

•

Pin 15 (Anoda): tegangan positif

backlight

modul LCD sekitar 4,5Volt.

•

Pin 16 (Katoda): tegangan negatif

backlight

modul LCD sebesar 0Volt.

2.7.1 DDRAM (Display Data Random Access Memory)

DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan

berada. Contoh, untuk karakter ‘A’ atau 41H yang ditulis pada alamat 00h,

maka karakter tersebut akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama

dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis di alamat 40h, maka karakter

tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD.

Hubungan posisi tampilan dan alamat DDRAM ditunjukkan gambar 2-15.

Gambar 2-15. Hubungan posisi tampilan dan alamat DDRAM.

2.7.2 CGRAM (Character Generator Random Access Memory)

CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah

(47)

memori ini akan hilang saat

power supply

tidak aktif, sehingga pola

karakter akan hilang.

2.7.3 CGROM (Character Generator Read Only Memory)

CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah

karakter dan pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari

HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubah lagi. Memori ini

bersifat permanen, sehingga pola karakter tidak akan hilang meski

power

(48)

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1 Diagram

Blok

Gambar 3-1 menunjukkan diagram blok perancangan alat ukur nilai

rms dan penyedia tegangan DC yang merepresentasikan nilai rms dari

masukan tegangan AC berbasis mikrokontroler AT89S51.

Tegangan

masukan

Mikrokontroler

AT89S51

AC

Penyearah Presisi

ADC

DAC

LCD

Tegangan DC

Penguat

Inverting

dengan gain

dan saklar

rotary

4

8 10

8

4

Indikator

(49)

Tegangan masukan AC terlebih dahulu melewati rangkaian penguat

inverting

yang dapat diatur penguatannya dengan saklar

rotary

agar sesuai

dengan jangkauan ADC dan penguat operasional. Keluaran dari penguat

inverting

akan melewati penyearah presisi sehingga keluaran dari

penyearah presisi selalu mempunyai nilai positif. Keluaran penyearah

presisi diumpankan menuju ADC yang digunakan agar nilai tegangan

masukan ADC bisa diproses oleh mikrokontroler karena sebelumnya

merupakan sinyal analog yang perlu diubah terlebih dahulu menjadi sinyal

digital.

Mikrokontroler mengambil data keluaran dari ADC sebanyak 8 bit

dengan 256 kali pencuplikan dengan kecepatan pengambilan data yang

konstan. Nilai tegangan rms hasil pencuplikan akan dicari oleh

mikrokontroler. Nilai rms sebanyak 8 bit akan diteruskan mikrokontroler

menuju DAC dan akan menampilkannya ke LCD setelah disesuaikan

dengan pemilihan jangkauan level tegangan pada saklar

rotary

. Proses

penampillan nilai rms ke LCD membutuhkan 10 bit data dan 4 bit data

dibutuhkan untuk pemilihan jangkauan level tegangan pada saklar

rotary

.

Keluaran DAC adalah nilai tegangan DC yang merepresentasikan nilai

rms dari masukan tegangan AC dengan indikator sebagai pengali nilai

(50)

3.2 Perancangan

Perangkat

Keras

3.2.1

Rangkaian Penguat Inverting dengan Gain dan Saklar

Rotary

Rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

ini

digunakan untuk membatasi nilai amplitudo tegangan masukan AC, saat

amplitudo tegangan masukan AC melebihi tegangan masukan maksimum

ADC0804 yaitu 5Volt. Sesuai dengan batasan masalah, maka digunakan 4

gain

untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 500Volt, 50Volt,

5Volt dan 0,5Volt. Pemilihan Ri

inv

dan Rf

inv

, didasarkan pada kebutuhan

gain

sebesar 10; 1; 0,1; dan 0,01kali. Resistor terbesar yang ada di pasaran

adalah 1Mega

Ω

. Untuk

gain

sebesar 10 yaitu

gain

terkecil dalam

perancangan rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

maka akan digunakan resistor

feedback

Rf

inv1

sebesar 1Mega

Ω

sesuai

dengan resistor terbesar yang ada di pasaran.

Nilai

gain

untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum

0,5Volt ditentukan sebagai berikut:

Av

inv1

=

Vi

Vo

(3-1)

Av

inv1

=

5

,

0

5

Av

inv1

= 10

(51)

Rf

inv1

= Av

inv1

. Ri

inv

(3-2)

Ri

inv1

=

10

6

Ri

inv1

= 100K

Ω

Nilai

gain

untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 5Volt

ditentukan sebagai berikut:

Av

inv2

=

Vi

Vo

(3-3)

Av

inv2

=

5

Av

inv2

= 1

Dengan menggunakan Ri

inv

sebesar 100K

Ω

sesuai persamaan 3-2, maka

nilai Rf

inv2

dapat dihitung

Rf

inv2

= Av

inv2

. Ri

inv

(3-4)

Rf

inv2

= 1 . 10

5

Rf

inv2

= 100k

Ω

Nilai penguatan untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum

50Volt ditentukan sebagai berikut:

Av

inv3

=

Vi

Vo

(3-5)

Av

inv3

=

50

(52)

Av

inv3

=

0

,

1

inv

sebesar 100K

Ω

nilai Rf

inv3

dapat dihitung

Rf

inv3

= Av

inv3

. Ri

inv

(3-6)

Rf

inv3

= 0,1 . 10

5

Rf

inv3

= 10 k

Ω

Nilai penguatan untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum

500Volt ditentukan sebagai berikut:

Av

inv4

=

Vi

Vo

(3-7)

Av

inv4

=

500

5

Av

inv4

=

0

,

01

inv

sebesar 100K

Ω

nilai Rf

inv4

dapat dihitung

Rf

inv4

= Av

inv4

. Ri

inv

(3-8)

Rf

inv4

= 0,01 . 10

5

Rf

inv4

= 1k

Ω

Rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

(53)

Ri inv

100k

Rf inv 3

10k Rf inv 2

100k Rf inv 1

1Meg

SW1

SW ROTARY 2P-5W

12

1 2 3 4 5 6

7 8 9 10

11

+

-U1 LF356

3 2

6 tegangan masukan AC

tegangan keluaran pembalik

Rf inv 4

1k

Gambar 3-2. Rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

.

3.2.2 Rangkaian Penyearah Presisi

Rangkaian penyearah presisi digunakan untuk mendapatkan harga

mutlak dari tegangan keluaran rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

. Tegangan keluaran maksimum dari rangkaian penguat

inverting

dengan

gain

dan saklar

rotary

telah sesuai dengan tegangan

masukan ADC0804 yaitu 5Volt, maka penguatan untuk rangkaian

penyearah presisi ditentukan sebagai berikut:

Av

pp

=

Vi

Vo

(3-9)

Av

pp

=

5

(54)

Dengan mengacu pada gambar 2-8, maka dua buah resistor yang dibutuhkan

adalah sebesar R dan

R

2

. Resistor yang terdapat dipasaran untuk

memenuhi kedua nilai resistor tersebut tanpa menghubungkan resistor

secara seri maupun paralel, adalah pasangan resistor R sebesar 20K

Ω

dan

resistor

R

2

sebesar 10K

Ω

. Dengan pemilihan R

pp

sebesar 20K

Ω

maka nilai

Rf

pp

dapat dihitung

Rf

pp

= Av

pp

. R

pp

(3-10)

Rf

pp

= 1 . 2.10

5

Rf

pp

= 20k

Ω

Dioda yang digunakan adalah 1N4148 karena gelombang keluarannya

bisa tetap stabil dengan frekuensi tinggi dan mempunyai kecepatan respon

yang tinggi. Rangkaian penyerah presisi ditunjukkan gambar 3-3.

R2 pp 20K

Rf pp 20K

+

-U3 LF356

3 2

6 tegangan keluaran pembalik

D2 pp 1N4148 R1 pp

20K

R pp/2 10K D1 pp

1N4148

+

-U2 LF356

3 2

6

R3 pp 20K

tegangan keluaran peny earah presisi

(55)

3.2.3 Hubungan Sinyal Terkondisi dengan ADC0804

start conversion

ADC (

C

S

) dihubungkan ke

ground

agar

ADC0804 selalu melakukan konversi data. Pin

R

D

pada ADC 0804 juga

dihubungkan ke

ground

sehingga ADC selalu membaca data dari

mikrokontroler. Pin

WR

dihubungkan dengan P0.0 pada Mikrokontroler

AT89s51 yang bertujuan agar penulisan data dari ADC0804 menuju

mikrokontroler dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.

Tegangan masukan ADC0804 adalah tegangan keluaran

penyearah presisi yang dihubungkan pada pin +IN. Berdasarkan

datasheet

, untuk mencapai waktu konversi ADC0804 sebesar 100µs,

dibutuhkan resistor 10K

Ω

dan kapasitor 150pF. Pada rangkaian ini, juga

digunakan dioda zener 5,1Volt sebagai pembatas tegangan agar saat

tegangan masukan ADC0804 bernilai sama dengan tegangan saturasi

penguat operasional, tegangan tersebut tidak merusak IC ADC0804.

CAP ADC 150pf D5 5,1V R ADC 10k 5 Volt

tegangan keluaran peny earah presisi

U4 ADC0804 6 7 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 4 5 1 2 3 10 8 20 +IN -IN VREF/2 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 CLKR CLKIN INTR CS RD WR D GND A GND VCC

Gambar 3-4. Hubungan sinyal terkondisi dengan ADC0804.

Tegangan masukan positif dibatasi sebesar 5,1Volt sesuai dengan nilai

(56)

–0,7Volt, sesuai dengan tegangan maju dioda silikon. Hubungan sinyal

terkondisi dengan ADC ditunjukkan pada gambar 3-4.

3.2.4 Antarmuka ADC 0804 dengan Mikrokontroler AT89s51

Antarmuka antara ADC0804 dengan Mikrokontroler AT89s51

ditunjukkan pada gambar 3-5.

5V P0.1 P0.5 P0.3 P0.6 P1.7 P0.7 P1.6 P3.2 P1.4 P0.4 VCC EA/VPP P1.5 P1.3 RST P0.2 P1.0 P1.2 P0.0 ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 GND XTAL1 XTAL2 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.1 P3.0 P1.1 U5 AT89s51 38 18 36 19 7 20 6 21 4 30 17 40 31 5 3 8 37 1 2 39 9 10 11 12 13 14 15 16 35 34 33 32 29 28 27 26 25 24 23 22 U4 ADC0804 6 7 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 4 5 1 2 3 10 8 20 +IN -IN VREF/2 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 CLKR CLKIN INTR CS RD WR D GND A GND VCC

Gambar 3-5. Antarmuka AT89s51 dengan ADC0804.

Jalur data dari ADC0804 pada pin 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11

(57)

pada Mikrokontroler AT89s51. Pin

start conversion

ADC (

C

S

)

dihubungkan ke

ground

agar ADC0804 selalu melakukan konversi data.

R

D

pada ADC 0804 juga dihubungkan ke

ground

sehingga ADC

selalu membaca data dari mikrokontroller. Pin

W

R

dihubungkan dengan

P0.0 pada Mikrokontroler AT89s51 yang bertujuan agar penulisan data

dari ADC0804 menuju mikrokontroler dapat dikendalikan oleh

mikrokontroler. Dengan mengacu pada persamaan 2-17, resolusi pada

ADC adalah

1

2

5

8

−

=

Volt

resolusi

= 0,0196Volt/step

3.2.5 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan DAC0808

Antarmuka antara Mikrokontroler AT89s51 dengan DAC0808

ditunjukkan pada gambar 3-6. Jalur data dari DAC0808 pada pin 12, 11,

10, 9, 8, 7, 6, 5 dihubungkan dengan pin P3.0, P3.1, P3.2, P3.3, P3.4,

P3.5, P3.6, P3.7 pada Mikrokontroler AT89s51. DAC0808 berfungsi

untuk mengubah masukan dengan bentuk digital menjadi keluaran dengan

bentuk analog. Keluaran DAC0808 merupakan masukan bagi rangkaian

pengubah arus menjadi tegangan karena IC DAC0808 mempunyai

keluaran berupa arus. Dengan mengacu pada persamaan 2-19, resolusi

pada DAC adalah

1

2

0

5

8

−

=

Volt

(58)

Arus Io yang dibutuhkan adalah 2mA, apabila menggunakan Vref(+)

sebesar 5Volt dibutuhkan resistor sebesar:

R

Vref

Io

=

(

+

)

(3-11)

₃

10

.

2

5

)

(

−

=

+

=

Io

Vref

R

= 2,5K

Ω

Arus Io akan berbentuk gelombang

ramp

dan dibagi menjadi 256 bagian

oleh biner 8 bit.

P0.1 P0.5 P0.3 P0.6 P1.7 P0.7 P1.6 P3.2 P1.4 P0.4 VCC EA/VPP P1.5 P1.3 RST P0.2 P1.0 P1.2 P0.0 ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 GND XTAL1 XTAL2 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.1 P3.0 P1.1 U5 AT89s51 38 18 36 19 7 20 6 21 4 30 17 40 31 5 3 8 37 1 2 39 9 10 11 12 13 14 15 16 35 34 33 32 29 28 27 26 25 24 23 22 U6 DAC0808 6 7 9 10 11 12 13 14 15 4 5

1 2 3 8

16 A2 A3 A5 A6 A7 A8 VC C VR EF (+ ) V R EF (-) IO A1 NC GN D VE E A4 CMP S R4 DAC 5k -5V R3 DAC 5k 5V R5 DAC 2k2 R1 DAC 2k2

tegangan keluaran DAC

Cap DAC 0.1uF ₊ -U7 LF351/TO 3 2 6 R2 DAC 2k2 R6 DAC 5k

(59)

3.2.6 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan HD44780

Antarmuka antara Mikrokontroler AT89s51 dengan HD44780

ditunjukkan pada gambar 3-7. Jalur data dari HD44780 pada pin 7, 8, 9,

10, 11, 12, 13, 14 dihubungkan dengan pin P2.0, P2.1, P2.2, P2.3, P2.4,

P2.5, P2.6, P2.7 pada Mikrokontroler AT89s51. Pin E (

enable clock

)

pada HD44780 dihubungkan dengan pin P0.7 pada Mikrokontroler

AT89s51. Pin RS (

register select

) pada HD44780 dihubungkan dengan

pin P0.6 pada mikrokontroler AT89s51. Pin

W

R

dihubungkan dengan

ground

supaya HD44780 selalu melakukan proses menulis.

12MHz CRY STAL/SM 5V GND VCC VO RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 V61 V60 U8 HD44780 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 P0.1 P0.5 P0.3 P0.6 P1.7 P0.7 P1.6 P3.2 P1.4 P0.4 VCC EA/VPP P1.5 P1.3 RST P0.2 P1.0 P1.2 P0.0 ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 GND XTAL1 XTAL2 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.1 P3.0 P1.1 U5 AT89s51 38 18 36 19 7 20 6 21 4 30 17 40 31 5 3 8 37 1 2 39 9 10 11 12 13 14 15 16 35 34 33 32 29 28 27 26 25 24 23 22

C2 mikro 30pF C1 mikro 30pF

(60)

3.2.7 Indikator Berdasarkan Saklar

Rotary

Indikator yang digunakan berupa LED dengan rangkaian transistor

sebagai saklar aktif rendah. Rangkaian transistor sebagai saklar aktif

rendah dipilih agar saat terjadi perubahan pada masukkan mikrokontroler,

dapat dideteksi oleh mikrokontroler karena mikrokontroler mempunyai

kondisi normal aktif tinggi. Indikator ini berguna sebagai pengali hasil

tegangan keluaran DAC agar sesuai dengan pemilihan skala pada saklar

rotary

, karena tegangan keluaran DAC maksimal 5Volt.

Pada perancangan rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah

dipilih transistor PSS9012 yang merupakan

general purpose transistor

.

Gambar 3-8 menunjukkan rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah.

Q1 PNP

VBB

VCC

D1 LED

RC 330 RB

3,3K

Gambar 3-8. Rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah.

Berdasarkan

datasheet

, didapatkan tegangan emitor kolektor saturasi

sebesar 250mVolt,

hfe

minimum sebesar 40, tegangan pada LED sebesar

(61)

maka penulis menggunakan 10mA. Dengan mengacu pada persamaan

2-20, besar nilai RC adalah

m

RC

10

2

,

1

25

,

0

5

−

=

m

RC

10

55

,

3

=

RC

=

355

Ω

Dengan mengacu pada persamaan 2-21, besar nilai arus basis adalah

40

10

m

Ib

=

Ib

=

250

µA

Keadaan saturasi terjadi apabila nilai

Ib

cukup besar, sehingga untuk

memastikan terjadinya keadaan saturasi maka digunakan 1mA (4x250µA).

Dengan mengacu pada persamaan 2-23, besar nilai RB adalah

₃

10

1

7

,

0

5

−

×

−

=

RB

=

4

,

3

K

Ω

Berhubung nilai resistor 4,3K

Ω

tidak terdapat di pasaran maka digunakan

resistor 3,3K

Ω

sedangkan untuk resistor 355

Ω

digunakan nilai

pendekatannya yaitu 330

Ω

. Nilai RB sebesar 3,3K

Ω

akan mengakibatkan

nilai

Ib

yang semakin besar dan akan lebih memastikan untuk terjadinya

saturasi. Dengan mengacu pada persamaan 2-23, besar nilai arus basis bila

(62)

K

Ib

3

,

3

7

,

0

5

−

=

=1,3mA

Ib

Sesuai dengan batasan masalah maka digunakan 4 gain yaitu

dengan tegangan masukan maksimum 500Volt, 50Volt, 5Volt dan

0,5Volt yang berarti menggunakan 4 rangkaian transistor sebagai saklar

aktif rendah, dengan RC1=RC2=RC3=RC4=RC, dan

RB1=RB2=RB3=RB4=RB.

D1 LED Q4 9012 RC4 330 VCC RC1 330 SW1

SW ROTARY 2P-5W

12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 VCC VCC RB1 3,3K Q1 9012 RB4 47K Q3 9012 RC2 330 VCC P0.1 P0.5 P0.3 P0.6 P1.7 P0.7 P1.6 P3.2 P1.4 P0.4 VCC EA/VPP P1.5 P1.3 RST P0.2 P1.0 P1.2 P0.0 ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 GND XTAL1 XTAL2 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.1 P3.0 P1.1 U5 AT89s51 38 18 36 19 7 20 6 21 4 30 17 40 31 5 3 8 37 1 2 39 9 10 11 12 13 14 15 16 35 34 33 32 29 28 27 26 25 24 23 22 RB3 3,3K D2 LED D4 LED D3 LED Q2 9012 RC3 330 RB2 3,3K

Gambar 3-9 Antarmuka rangkaian indikator dengan Mikrokontroler

(63)

VBB dari masing-masing rangkaian transisitor sebagai saklar aktif rendah

dihubungkan dengan pin P0.1, P0.2, P0.3, dan P0.4 pada Mikrokontroler

AT89s51 serta saklar

rotary

sehingga saat VBB terhubung ke

ground

maka LED akan menyala dan juga akan memberi perubahan masukan

pada mikrokontroler. Gambar 3-9 menunjukkan antarmuka 4 rangkaian

transistor sebagai saklar aktif rendah dengan Mikrokontroler AT89s51.

3.3 Perancangan

Perangkat

Lunak

3.3.1 Kerangka Utama Program

Kerangka utama program tampak pada gambar 3-10. Secara garis

besar, program dimulai dengan inisialisasi LCD. Program kemudian

mengambil nilai tegangan dengan 256 kali pencuplikan dengan kecepatan

pengambilan data yang konstan. Kecepatan pengambilan tiap data adalah

sebesar 400µS.

Nilai tegangan digunakan untuk mencari nilai

root mean

square

dengan cara menghitung kuadrat nilai-nilai tegangan, kemudian

mencari reratanya dan akhirnya mencari akar kuadrat. Proses mencari nilai

root mean square

dilakukan sebanyak 16 kali. Mikrokontroler akan

mencari rerata dari enam belas nilai

root mean square

yang telah

didapatkan. Hasil rerata tersebut dikirimkan juga menuju DAC dan

ditampilkan pada LCD. Selanjutnya program kembali melakukan

(64)

MULAI

SUBRUTIN

AMBIL NILAI

TEGANGAN,

KUADRATKAN DAN

JUMLAHKAN

SUBRUTIN CARI RERATA

DAN AKAR

SUBRUTIN INISIALISASI LCD

SUBR

DAN T

UTIN KELUARAN

AMPILAN

SUDAH

16

KALI?

T

Y

Gambar 3-10. Diagram alir kerangka utama program.

3.3.2

Inisialisasi LCD

Diagram alir subrutin inisialisasi LCD ditunjukkan pada gambar

3-11, dan diagram alir subrutin kirim perintah ditunjukkan pada gambar

3-12. Subrutin inisialisasi LCD digunakan untuk mengatur operasi LCD.

(65)

instruksi LCD, sehingga pin RS harus mendapat logika rendah. LCD

memerlukan waktu untuk memproses instruksi-instruksi dan waktu tunda

sebelum dapat memproses instruksi-instruksi selanjutnya.

PANGGIL DELAY 2mS SEBANYAK 10 KALI

SUBRUTIN KIRIM PERINTAH

AKUMULATOR = #0DH

AKUMULATOR = #38H

AKUMULATOR = #03H

MULAI