2. TEORI PENUNJANG
Pada bab ini akan dibahas tentang teori kelembaban dan komponen penunjang yang dipakai, yaitu: sensor SHT1x / SHT7x, microcontroller AT89C4051, Liquid Crystal Display (LCD), komunikasi serial.
1.1. Teori Kelembaban
Kelembaban dapat diartikan dalam beberapa cara. Relative Humidity secara umum mampu mewakili pengertian kelembaban. Untuk mengerti Relative Humidity pertama harus diketahui Absolute Humidity. Absolute Humidity merupakan jumlah uap air pada volume udara tertentu yang dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan.
ah = 217 ( e ) T ah : absolute humidity e : tekanan oleh uap air T : temperatur saat pengukuran
Relative Humidity merupakan persentase rasio dari jumlah uap air yang terkandung dalam volume tersebut dibandingkan dengan jumlah uap air maksimal yang dapat terkandung dalam volume tersebut (terjadi bila mengalami saturasi).
Relative Humidity juga merupakan persentase rasio dari tekanan uap air saat dilakukan pengukuran dan tekanan uap air saat mengalami saturasi.
ƒ = 100( ah) = 100( eh) as es ƒ : relative humidity
ah : absolute humidity saat pengukuran as : absolute humidity saat saturasi eh : tekanan uap air saat pengukuran es : tekanan uap air saat saturasi
Pembacaan 100 %RH berarti udara telah saturasi (udara penuh dengan uap air). Berkeringat merupakan upaya tubuh untuk menjaga temperatur tubuh.
Saat 100%RH, keringat tidak menguap ke udara, sehingga tubuh terasa lebih panas. Sebaliknya bila RH rendah ,maka tubuh akan merasa lebih dingin. Contoh:
saat temperatur udara 24 ºC dan kelembaban 0%RH maka tubuh akan merasa temperatur udara seperti 21 ºC, tetapi bila temperatur udara 24 ºC dan kelembaban 100%RH maka tubuh merasa temperatur udara seperti 27 ºC.
Biasanya besarnya RH yang dianggap nyaman sekitar 45 %RH.
1.2. Sensor SHT1x / SHT7x
SHT1x / SHT7x merupakan multi sensor untuk kelembaban dan temperatur secara digital. Produk ini mulai dipasarkan February 2002 yang diproduksi oleh SENSIRION Company di Zurich (Switzerland).
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.1. SHT11/71
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.2. Dimensi SHT1x
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.3. Blok Diagram SHT11/71
SHT1x/SHT7x menggunakan teknologi CMOS yang telah dipatenkan, sehingga menjamin kestabilan dan reliability yang tinggi.
Dalam chip ini terdiri dari capacitive polymer sensing element untuk relative humidity sensor dan bandgap temperatur sensor. Keduanya dihubungkan pada 14 bit ADC (Analog to Digital Convertion) dan interface serial, di dalam chip itu sendiri. Output yang dihasilkannya berupa kualitas sinyal yang superior, waktu respon yang cepat, tidak sensitif terhadap external disturbance, dan dengan harga yang kompetitif.
Tiap SHTxx dikalibrasikan pada precision humidity chamber dengan chiled mirror hygrometer sebagai referensi. Hasil kalibrasi diprogram pada OTP memory. Koefisien yang terdapat dalam OTP memory digunakan secara internal selama pengukuran untuk mengkalibrasi pembacaan sinyal oleh sensor.
2-wire serial interface dan internal voltage regulation membuat sistem integrasi yang mudah dan cepat. Juga karena bentuknya yang kecil dan konsumsi powernya yang hemat, sensor ini merupakan pilihan yang terbaik. Sensor ini tersedia dalam tipe bentuk yaitu surface-mountable LCC (Lealess Chip Carrier) dan pluggable 4-pin single-in-line, seperti gambar 2.1.
SHTxx dapat diaplikasikan dalam bermacam-macam bidang seperti:
automotif, medis, weather stations, penyimpanan barang, HVAC (ventilation and air conditioning system), data logging, alat ukur, dll.
Sensor ini terdiri dari elemen polimer kapasitif (digunakan untuk mengukur kelembaban), sensor temperatur, 14 bit ADC (Analog to Digital Converter) , dan interface serial 2 kabel. Di dalamnya juga terdapat memory kalibrasi yang digunakan untuk menyimpan koefisien kalibrasi hasil pengukuran sensor. Data hasil pengukuran dari SHT11/71 ini berupa digital logic yang diakses secara serial.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Gambar 2.4. Grafik Akurasi Temperatur & Kelembaban
Pada gambar 2.4 di atas terlihat akurasi sensor SHT1x / SHT7x untuk pengukuran temperatur dan kelembaban.
• Akurasi pengukuran temperatur Tipe SHT11 / SHT71:
Untuk – 40 °C < T < 28 °C error pengukuran ± 2.25 °C Untuk 28 °C < T < 123.8 °C error pengukuran ± 3 °C Tipe SHT15 / SHT75:
Untuk – 40 °C < T < 8 °C error pengukuran ± 1.5 °C Untuk 8 °C < T < 45 °C error pengukuran 0.5 °C Untuk 45 °C < T < 123.8 °C error pengukuran ± 2 °C
• Akurasi pengukuran kelembaban:
Tipe SHT11 / SHT71:
Untuk 0 %RH < H < 23 %RH error pengukuran ± 5 %RH Untuk 23 %RH < H < 85 %RH error pengukuran ± 4 %RH Untuk 85 %RH < H < 100 %RH error pengukuran ± 5 %RH Tipe SHT15 / SHT75:
Untuk 0 %RH < H < 13 %RH error pengukuran ± 3 %RH Untuk 13 %RH < H < 95 %RH error pengukuran 2.5 %RH Untuk 95 %RH < H < 100 %RH error pengukuran ± 3 %RH
Di bawah ini tabel dari karakteristik SHT11 / SHT71 Tabel 2.1. Karakteristik Sensor SHT11/SHT71
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet (telah diolah kembali)
SHT11/71 mempunyai karakteristik antara lain : range kelembaban 0%RH- 100%RH, ketelitian + 4%RH untuk range kerja 23%RH - 84%RH sedangkan untuk RH < 23% atau RH > 84% ketelitiannya + 5%RH , range temperatur -40°C – 123.8°C (untuk jelasnya karakteristik dan akurasi kelembaban
dan temperatur dapat dilihat pada gambar 2.4); waktu respon normalnya 4s, untuk jelasnya respon waktu dapat dilihat pada tabel 2.1.
1.2.1. Spesifikasi Interface
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.5. Aplikasi Sirkuit 1.2.1.1. Power Pin
SHTxx memerlukan supply antara 2,4V – 5,5V. Setiap kali power-up, chip ini memerlukan 11ms untuk mencapai keadaan stabil, sebelum keadaan ini tercapai tidak diperbolehkan adanya pengiriman “Command”. Power supply pin (VCC dan GND) disarankan di-kople dengan kapasitor sebesar 100nF.
1.2.1.2. Serial Interface
Serial Interface dari SHTxx dioptimalkan untuk pembacaan sensor dan konsumsi power, dan tidak kompatibel dengan I2C interface.
• Serial Clock Input (SCK)
Digunakan untuk men-sinkronisasi komunikasi antara microcontroller dan SHTxx. Karena interface ini terdiri dari static logic sepenuhnya maka tidak ada batasan frekuensi minimum dari SCK.
• Serial Data (DATA)
Data Pin merupakan tri-state pin yang digunakan untuk transfer data in dan data out. DATA berubah setelah transisi turun, dan valid pada transisi naik dari serial clock SCK. Selama transmisi, DATA line harus stabil selama SCK high.
Untuk menghindari adanya signal contention, microcontroller hanya diperbolehkan men-drive DATA dengan low. Eksternal pull-up resistor (10K) diperlukan untuk memastikan logic high.
1.2.1.3. Mengirim Command
Untuk memulai transmisi dikirimkan “Transmisi Start” yang berupa men-drive low DATA line ketika SCK high, diikuti pulsa low pada SCK dan men- drive high DATA line ketika SCK masih ber-logic high.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.6. Transmisi Start
Selanjutnya bagian “Command” terdiri dari 3 bit address (yang mendukung hanya 000) dan 5 bit “Command”. SHTxx mengindikasikan penerimaan “Command” dengan men-drive DATA low (ACK bit) setelah transisi low ke-8 dari clock SCK. Kontrol DATA line dilepas (sehingga menjadi high dikarenakan pull-up) setelah transisi turun ke-9 clock SCK.
Tabel 2.2. Command SHTxx Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
1.2.1.4. Pengukuran sensor
Setelah mengirimkan “Command Measure...” , microcontroller menunggu proses pengukuran selesai, ini memakan waktu kurang lebih 11/55/210 ms untuk pengukuran 8/12/14 bit. Waktu sesungguhnya bervariasi sampai ±15%
kecepatan dari internal oscillator. Untuk menandakan bahwa pengukuran selesai, SHTxx men-drive low DATA line. Microcontroller harus menunggu tanda ini sebelum menjalankan clock SCK lagi.
Kemudian 2 byte hasil pengukuran dan 1 byte CRC ditransmisikan, microcontroller harus memberi signal acknowledge untuk tiap byte dengan men- drive DATA line low. Semua nilai output dimulai dengan MSB atau right justified, (misal: SCK ke-5 adalah MSB untuk output 12 bit; sedangkan untuk output 8 bit, byte pertama tidak digunakan). Komunikasi berhenti setelah acknowledge bit dari CRC output. Bila CRC tidak diperlukan, maka microcontroller dapat menghentikan komunikasi setelah output pengukuran LSB (dengan membiarkan acknowledge high). Chip otomatis masuk dalam mode
“ sleep” setelah pengukuran dan komunikasi berakhir. Beda waktu antar pengukuran sekitar 1 detik. Detail penjelasan pengukuran pada bab 3 Perancangan Sistem subbab 3.2.1 Low Level Language halaman 51.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.7. Timing Diagram Pengukuran
Bila komunikasi dengan chip hilang maka diperlukan reset serial interface (dengan menjalankan clock SCK lebih dari 9 kali dengan menjaga DATA tetap high yang kemudian diikuti dengan “Transmision Start” dan
“Command”). Reset ini tidak berpengaruh pada isi status register.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.8. Reset
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.9. Skematik Pengukuran 1.2.2. Status Register
Beberapa fungsi dari SHTxx terdapat pada “Status Register”, di bawah ini akan dideskripsikan lebih lanjut.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.10. Skematik Status Register
Tabel 2.3. Status Register Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
1.2.2.1. Resolusi Pengukuran
Default resolusi pengukuran adalah 14 bit (temperatur) dan 12 bit (RH).
Resolusi ini dapat diubah menjadi 12 bit (temperatur) dan 8 bit (RH) untuk kegunaan transfer data kecepatan tinggi dan low power application.
1.2.2.2. End of Battery
Fungsi dari End of Battery untuk mendeteksi VDD di bawah 2,47 V.
Tingkat akurasi ± 0,05V. Bit ini hanya di-update bila terjadi pengukuran.
1.2.2.3. Heater
Di dalam chip SHTxx terdapat elemen heater yang dapat dinyalakan.
Heater ini bila dinyalakan akan meningkatkan temperatur dari sensor ± 5°C (9°F), dan konsumsi power naik ~8mA @ 5V. Dengan membandingkan hasil pengukuran temperatur dan RH sebelum dan sesudah penggunaan Heater maka akan diketahui berfungsi tidaknya sensor tersebut.
Dalam lingkungan dengan kelembaban tinggi (RH>95%), penggunaan Heater akan menghambat terjadinya kondensasi, meningkatkan waktu respon dan tingkat akurasi. Bila SHTxx mengalami panas, pengukuran menunjukkan hasil pengukuran temperatur yang lebih tinggi dan RH yang lebih rendah daripada pengukuran pada kondisi normal.
1.2.2.4. Kalibrasi reload sebelum pengukuran
Untuk menghemat power dan meningkatkan kecepatan pengukuran maka OTP reload tiap pengukuran dapat di-bypass, ini menghemat ~8,2ms tiap pengukuran.
1.2.3. Karakteristik Elektrikal
Tabel 2.4. SHTxx Karakteristik DC Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Tabel 2.5. SHTxx Karakteristik I/O Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.11. Timing Diagram
1.2.4. Konversi Output SHTxx ke Nilai Fisik 1.2.4.1. Relative Humidity
Sensor kelembaban tidak dipengaruhi secara signifikan oleh besarnya voltage. Untuk kompensasi ke-tidak linear-an dari sensor kelembaban dan untuk memperoleh akurasi yang tinggi, maka untuk temperatur 25°C disarankan menggunakan rumus sesuai tabel 2.6, sedangkan untuk temperatur selain 25°C, kompensasi RH menggunakan rumus sesuai tabel 2.7:
Tabel 2.6. Koefisien Konversi Kelembaban Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
SORH merupakan output dari chip
Tabel 2.7. Kompensasi oleh Temperatur Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Gambar 2.12. Konversi Output Sensor Kelembaban terhadap RH
1.2.4.2. Temperature
Sensor temperatur PPAT (Proportional To Absolute Temperature) merupakan sensor yang linear, konversi digital output menggunakan rumus sesuai tabel 2.8:
Tabel 2.8. Koefisien Konversi Temperatur Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
1.2.4.3. Dewpoint
Dewpoint adalah temperatur udara dimana udara mampu mengandung jumlah uap air maksimum. Bila temperatur mencapai titik dewpoint-nya, maka udara berada dalam keadaan saturasi dan berkabut. Dengan diketahuinya nilai fisik temperatur dan RH maka nilai dewpoint-nya dapat dihitung dengan rumus Berry :
Semua temperatur dari gambar di atas dalam satuan °C
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet
Gambar 2.13. Contoh Perhitungan dan Rumus Berry
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.14. Grafik Akurasi Dewpoint 1.2.5. Kondisi Operasi
Kondisi di luar daerah rekomendasi membuat toleransi pengukuran RH menjadi ±4% RH, setelah kembali ke kondisi normal kalibarasinya pelan-pelan normal kembali.
Sumber: SHT1x / SHT7x Datasheet Gambar 2.15. Grafik Rekomendasi Operasi Kerja
.
1.3. Microcontroller AT89C4051
Microcontroller AT89C4051 ini merupakan salah satu variant dari keluarga MCS-51 dengan Flash PEROM yang dapat dihapus dan ditulis ulang hingga 1000 kali.
Secara garis besar microcontroller ini memiliki karakteristik, antara lain memiliki 4 Kbytes Flash PEROM ( Programmable and Erasable Read Only Memory ), internal data memory sebesar 128 bytes RAM ( Random Access Memory ), 15 bit I/O yang terbagi dalam port 1 dan port 3, dilengkapi dengan tambahan dua 16 bit timer/counters yang dapat beroperasi dalam auto reload mode atau capture mode, 5 vektor interupsi, full duplex serial port, analog comparator yang presisi (positif input pada (AIN0) port 1.0 dan negatif input (AIN1) port 1.1), on-chip oscillator dan rangkaian clock.
Sebagai tambahan AT89C4051 mempunyai 2 mode untuk menghemat tegangan yaitu Idle Mode dimana microcontroller berhenti bekerja tetapi fungsi akses RAM, timer/counters, serial port dan sistem interupsi tetap berjalan; Power Down Mode dimana microcontroller tetap menyimpan isi RAM tetapi semua fungsi dihentikan sampai reset berikutnya ditekan.
Port 3 memiliki fungsi-fungsi khusus seperti read, write, serial interrupt untuk keperluan komunikasi serial, external interrupt, dan timer/counter interrupt. Untuk keperluan I/O, port 1.0 dan port 1.1 diperlukan pul-up resistor.
Sumber: AT89C4051 Datasheet
Gambar 2.16. Blok Diagram Microcontroller AT89C4051 1.3.1. Organisasi Memory
Sesudah penekanan reset pada AT89C4051, CPU mulai melakukan eksekusi pada alamat 0000H. Dalam 4KB program memory terdapat 5 alamat interrupt masing-masing mempunyai daerah sebesar 8 byte dimulai dari alamat 0003H. Jika interrupt ini tidak digunakan maka daerah ini dianggap sebagai program memory biasa.
Data memory (RAM) menggunakan alamat terpisah dari program memory. AT89C4051 mempunyai interna1 data memory 128 byte. Alamat data memory diakses dengan 1 byte. AT89C4051 tidak men-support data atau program memory eksternal.
Pada Lower 128 byte RAM, 32 byte dikelompokkan menjadi 4 bank dari 8 register (R0 - R7). Untuk mengontrol register bank yang akan diaktifkan, digunakan 2 bit dari PSW. Dengan adanya register membuat program memory lebih efisien karena perintah register lebih pendek daripada perintah direct addressing. 16 byte di atas register bank membentuk blok alamat yang dapat diakses per bit. Alamat bit pada area ini dari 00H sampai 7FH.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.17. Lower 128 byte RAM
Semua byte pada Lower 128 byte RAM dapat diakses secara direct maupun indirect.
SFR terdiri dari port latches, timer, peripheral control, dll. Register ini hanya dapat diakses dengan direct addressing.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.18. Special Function Register
Program Status Word (PSW) terdiri dari beberapa status bit yang menggambarkan kondisi CPU. PSW berada dalam SFR yang terdiri dari Carry bit, auxiliary carry, 2 bit untuk mengontrol register bank, overflow flag, parity bit dan 2 bit user-defined.
Carry bit berfungsi sebagai carry pada operasi aritmetik dan juga sebagai accumulator untuk sejumlah operasi boolean. RS0 dan RS1 digunakan untuk memilih satu dari 4 register bank yang akan diaktifkan. Parity bit digunakan untuk menandai banyaknya logic high pada accumulator. P=1 jika Accumulator mempunyai logic high yang jumlahnya ganjil sedangkan jika P=0 Accumulator mempunyai logic high yang jumlahnya genap. 2 user-defined bit dapat digunakan sesuai keperluan user.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.19. Program Status Word 1.3.2. Struktur Interrupt
Masing-masing interrupt dapat diaktifkan atau dinon-aktifkan dengan menggunakan kontrol bit IE (interrupt enable), yang merupakan salah satu register dalam SFR. Register ini juga mempunyai global bit yang dapat langsung mematikan semua interrupt sekaligus.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.20. Interrupt Enable (IE)
1.3.3. Prioritas Interrupt
Untuk menentukan prioritas interrupt digunakan register IP (terletak dalam SFR). Interrupt dengan prioritas lebih rendah dapat diinterupsi oleh interrupt yang mempunyai prioritas lebih tinggi. Sedangkan interrupt dengan prioritas lebih tinggi tidak dapat diinterupsi oleh interrupt lain.
Jika 2 interrupt dengan prioritas berbeda secara bersamaan diterima maka request dari interrupt yang lebih tinggi secara langsung dijalankan dengan mengabaikan interrupt level yang rendah. Jika request dari interrupt dengan level prioritas yang sama terjadi, maka interrupt yang akan dijalankan sesuai dengan urutan internal polling
Jadi isi IP dan urutan polling menentukan interrupt yang akan diaktifkan.
Berikut adalah urutan prioritas interrupt pada level yang sama:
• IE0 (0003H)
• TF0 (000BH)
• IE1 (0013H)
• TF1 (001BH)
• R1 atau T1 (0023H)
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.21. Interrupt Priority(IP)
1.3.4. Timer/Counter
MCS51 mempunyai 16 bit timer/counter register: timer 0 dan timer 1.
Keduanya dapat dioperasikan sebagai timer maupun counter. Pada fungsi timer, register bertambah setiap satu siklus mesin. Sehingga dapat juga dianggap sebagai counter dari siklus mesin. Karena satu siklus mesin terdiri dari 12 periode osilator maka count rate-nya adalah 1/12 frekuensi osilator.
Pada fungsi counter, register bertambah setelah ada perubahan dari 1 ke 0 pada external input pin, T0 atau T1. Fungsi timer atau counter dapat dipilih dengan menggunakan control bit C/T dalam Special Function Register TMOD.
Kedua timer/counter mempunyai 4 mode operasi, yang dapat dipilih dengan bit dari M1 dan M0.
Sumber: AT89C4051Datasheet
Gambar 2.22. Timer/Counter Mode Control (TMOD) Register
Sumber: AT89C4051 Datasheet
Gambar 2.23. Timer/Counter Control (TCON) Register 1.3.4.1. Mode 0
Timer Register pada mode ini mempunyai lebar 13 bit. Jika semua bit pada register timer bernilai 1 dan counter bertambah lagi, maka semua bit timer register akan berubah menjadi 0 sehingga interrupt flag TF1 berubah menjadi 1.
Dengan membuat Gate ber-logic high maka timer dapat dikontrol oleh external input INT 1. TR1 adalah control bit dalam Special Function Register TCON. Gate ada di dalam TMOD.
13 bit register terdiri dari 8 bit TH1 dan 5 bit terendah dari TL1 (3 bit sisanya tidak terpakai). Dengan men-set TR1 tidak merubah register ini. Operasi pada mode 0 untuk Timer 0 berlaku sama dengan Timer 1.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.24. Bagan Interrupt Timer Mode 0
1.3.4.2. Mode 1
Mode 1 sama dengan mode 0, kecuali timer register mempunyai lebar 16 bit.
1.3.4.3. Mode 2
Mode 2 mempunyai konfigurasi timer register sebagai 8 bit counter (TL1) dengan reload secara otomatis, seperti terlihat pada gambar 2.25. Akibat overflow dari TL1, TF1 tidak hanya di-set tapi juga secara otomatis men-load isi TH1 ke TL1. Nilai TH1 (yang telah di-set dari software) tidak berubah.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.25. Bagan Interrupt Timer Mode 2 1.3.4.4. Mode 3
Timer 0 pada mode 3 menganggap TL0 dan TH0 sebagai 2 bagian terpisah seperti terlihat pada gambar 2.26. TL0 digunakan sebagai 8-bit counter yang menggunakan timer control bit: C/T, Gate, TR0, INT0. Sedangkan TH0 digunakan untuk fungsi timer (menghitung siklus mesin) menggunakan TR1 dan TF1. Oleh karena itu Timer 1 pada mode 3 dikontrol oleh TH0. Mode 3 ini disediakan untuk aplikasi yang memerlukan ekstra 8 bit timer atau counter.
Sumber: AT89C4051 Datasheet Gambar 2.26. Bagan Interrupt Timer Mode 3 1.3.5. Serial Port
Serial port dapat berkomunikasi dengan sistem full duplex yang berarti proses pengiriman dan penerimaan data bisa berlangsung secara bersamaan. Serial port memiliki buffer penerima yang dapat menerima byte kedua dari data keseluruhan yang akan diterima, sebelum byte pertama yang telah diterima dibaca dari register (namun jika byte pertama masih belum dibaca oleh microcontroller pada waktu pembacaan byte kedua selesai maka byte pertama tersebut akan hilang). Register serial port untuk mengirim dan menerima data, diakses melalui SFR SBUF. Interrupt serial mempunyai 4 mode:
1.3.5.1. Mode 0
Serial data masuk dan keluar melalui RXD. TXD mengeluarkan sinyal shift clock, 8 bit dikirim/diterima (LSB dulu) melalui RXD. Baud rate tetap bernilai 1/12 frekuensi osilator.
1.3.5.2. Mode 1
TXD mengeluarkan sinyal shift clock, 10 bit dikirim (melalui TXD) atau diterima (melalui RXD): sebuah start bit (0), 8 data bit dan stop bit (1). Pada saat proses menerima data, isi RB8 pada SFR SCON merupakan stop bit. Baud Rate variabel.
1.3.5.3. Mode 2
TXD mengeluarkan sinyal shift clock, 11 bit dikirim (melalui TXD) atau diterima (melalui RXD): sebuah start bit (0), 8 data bit (dengan urutan LSB
terlebih dahulu), programable bit (bit ke-9) dan stop bit (1). Pada saat pengiriman data, bit ke-9 (yang merupakan TB8 dalam SCON) dapat ditentukan sendiri 1 atau 0. Misal, parity bit dalam PSW dapat dipindahkan ke dalam TB8. Pada saat menerima data, bit ke-9 disimpan di dalam RB8 pada SFR SCON, sedangkan stop bit diabaikan. Baud rate bisa 1/32 atau 1/64 frekuensi osilator.
1.3.5.4. Mode 3
Sama seperti mode 2 hanya baud rate-nya dapat di-set .
Pada semua mode, transmisi diinisialisasi oleh perintah yang menggunakan SBUF sebagai register tujuan. Untuk mode 0, proses penerimaan data diinisialisasi pada kondisi RI = 0 dan REN = 1. Sedangkan untuk mode lainnya proses penerimaan data diinsialisasi oleh datangnya start bit, jika REN=1.
Sumber: AT89C4051 Datasheet
Gambar 2.27. Serial Port Control (SCON) Register
1.4. Liquid Cyrstal Display
Liquid Crystal Display (LCD) sudah banyak digunakan untuk display baik dalam bentuk huruf ataupun gambar. Ada berbagai macam tipe LCD (yang
akan dibahas disini adalah LCD dengan tipe M1632 buatan Seiko Instrument Inc).
LCD ini mudah diaplikasikan karena sudah mempunyai rangkaian kontrol sendiri, sehingga dapat dioperasikan dengan memberikan instruksi dari main processor.
Beberapa spesifikasi penting dari tipe ini:
• Tampilan 16 karakter, dengan 2 baris liquid crystal display, setiap karakter dengan lebar dot matrix 5x7 dan cursor.
• Rasio kerja 1/16.
• Tegangan kerja 5 volt.
• Memiliki character generator ROM dengan kapasitas 192 karakter terdiri dari karakter berukuran dot matrix 5x7.
• Karakter generator RAM yang dapat menampung 8 karakter dengan ukuran dot matrik 5x7.
• Memory tampilan (Display Data RAM) sebesar 80x2 karakter.
• Rangkaian osilator
Sumber: M1632 LCD Datasheet Gambar 2.28. Blok Diagram Kontroler LCD
Tabel 2.9. Konfigurasi Pin LCD
Sumber: M1632 LCD Datasheet (telah diolah kembali)
Pin Symbol Keterangan
1 Vss Ground
2 Vdd Supply 5 V
3 Vo Tegangan variabel untuk contrast LCD
4 RS H : data, L : instruksi
5 R/W H : read, L : write
6 E Chip enable lcd, H -> L
7 DB0 Data bit 0
8 DB1 Data bit 1
9 DB2 Data bit 2
10 DB3 Data bit 3
11 DB4 Data bit 4
12 DB5 Data bit 5
13 DB6 Data bit 6
14 DB7 Data bit 7
15 A Anoda untuk backlight LCD
16 K Katoda untuk backlight LCD
1.4.1. Terminal
• VLC+BL, kaki nomor 15 digunakan sebagai supply untuk backlight.
• VLC-BL, kaki nomor 16 untuk terminal ground dari backlight.
• DB0-DB7, kaki nomor 7-4 (tri-state bidirectional 8 bit data bus).
Digunakan untuk memberikan perintah ke LCD, atau mengirimkan data karakter ke LCD.
• E, kaki nomor 6 memberikan sinyal operasi pada LCD (untuk mengaktifkan operasi write atau read).
• R/W, kaki nomor 5 memberikan sinyal write (1) atau read (0) (untuk membedakan apakah data yang dikirimkan pada DB0-DB7 atau dibaca dari DB0-DB7).
• RS, kaki nomor 4 bila diberi sinyal high (1), maka data yang dikirimkan ke DB0-DB7 berupa data karakter; bila low (0) data yang dikirimkan ke DB0-DB7 berupa perintah.
• VLC, kaki nomor 3, supply tegangan bagi LCD, (dengan memberikan tegangan supply antara 0 – 5 V), maka kontrast pada LCD dapat diatur.
• VDD, kaki nomor 2, supply tegangan utama untuk rangkaian kontrol LCD, 5V
• VSS, kaki nomor 1 sebagai terminal ground.
1.4.2. Basic Operations
Ada beberapa hal yang perlu diketahui merancang rangkaian kontrol LCD dan melakukan pemrograman dari main processor unit.
1.4.2.1. Register
Kontroler memiliki dua macam register 8 bit yaitu Instruction Register (IR) dan Data Register (DR), penggunaannya ditentukan pada Register Select pin (RS). IR berisi kode – kode instruksi yang dapat diberikan kepada rangkaian kontrol LCD yang dapat ditulis dari main processor unit tetapi tidak dapat dibaca.
Tabel 2.10. Register Selection Sumber: M1632 LCD Datasheet
1.4.2.2. Busy Flag (BF)
Sebagai tanda untuk mengetahui apakah kontroler LCD siap untuk menerima perintah selanjutnya. Busy Flag dapat dibaca pada bit ke 7 (DB7) dari data bus (saat RS=0 R/W=1). Bila bit tersebut bernilai 1 maka perintah tidak dapat diterima, bila 0 maka rangkaian kontrol siap untuk menerima perintah selanjutnya.
1.4.2.3. Display Data RAM (DD RAM)
Menyimpan data yang ditampilkan pada LCD, memiliki kapasitas 80x8 bit menyimpan kode karakter 8 bit. Baris pertama dari DD RAM memiliki address 00H – 27H dan baris kedua memiliki address 40H sampai 67H. Pada LCD dengan lebar 16 karakter (8x2) atau 24 karakter (16x2), data pada DD RAM akan hanya ditampilkan perbagian dan data yang tidak tampak dapat ditampilkan dengan menggeser tampilan LCD.
1.4.2.4. Character Generator ROM (CG ROM)
Berisi data kode 5x7 dot-matrix karakter yang dapat langsung digunakan untuk ditampilkan pada LCD.
1.4.2.5. Character Generator RAM(CG RAM)
Selain menggunakan data kode karakter yang telah tersedia di CG ROM, pola 5x7 dot matrix karakter dapat didefinisikan sendiri lalu disimpan di CG RAM yang kemudian dapat ditampilkan pada DD RAM.
Tabel 2.11. Character Generator ROM/RAM Sumber: M1632 LCD Datasheet
1.4.3. Instruksi Operasi
Main processor unit dapat mengontrol rangkaian kontrol LCD melalui program. Beberapa instruksi yang dapat diberikan kepada rangkaian kontrol LCD dapat dilihat pada tabel 2.12 di bawah ini.
Tabel 2.12. Daftar Instruksi Sumber: LCD M1632 Datasheet
1.4.4. Inisialisasi LCD
LCD tipe M1632 ini dapat diinisialisasi sesuai dengan keperluan desain port data yang akan digunakan, apakah menggunakan 4 bit data atau 8 bit data.
Pada dasarnya cara pengoperasian keduanya hampir sama hanya bedanya pada 4 bit semua proses dilakukan sebanyak dua kali untuk satu proses dalam 8 bit.
Setelah prosedur inisialisasi LCD ini, maka tampilan LCD dapat diatur dengan
langsung mengirimkan perintah atau data ke LCD. Berikut ini adalah prosedur inisilaisasi LCD secara 8 bit dan inisialiasi LCD secara 4 bit.
power on
tunggu selama lebih dari 15 ms setelah Vcc mencapai 4.5 V
RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 1 1 * * * *R /W function set 8 bit
tunggu selama lebih dari 4.1 ms
RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 * * * *R/W
tunggu selama lebih dari 100 sµ
function set 8 bit
RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 1 1 * * * *R/W function set 8 bit
RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 1 1 N F * *R/W function set 8 bit, number display, font
selesai
Sumber: M1632 LCD Datasheet Gambar 2.29. Flowchart Inisialisasi LCD 8 Bit
power on
tunggu selama lebih dari 15 ms setelah Vcc mencapai 4.5 V
RS DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1R/W
tunggu selama lebih dari 4.1 ms
RS DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1R/W
tunggu selama lebih dari 100 sµ
function set 8 bit
function set 8 bit
RS DB7 DB6 DB5 DB4
0 0 0 0 1 1R/W function set 8 bit
RS DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 N F * *
W
R/ function set 4 bit
function set 4 bit, number display, font
selesai
Sumber: M1632 LCD Datasheet Gambar 2.30. Flowchart Inisialisasi LCD 4 Bit
1.5. Komunikasi Serial
Untuk kepentingan komunikasi antara host system (Data Terminal
Equipment) dengan peripheral system (Data Circuit-Terminating Equipment) yang lain, digunakan suatu protokol komunikasi. Di dalam dunia industri elektronika, komunikasi serial lebih banyak digunakan dibandingkan komunikasi parallel, ini dikarenakan kemudahan penggunaan maupun kemudahan dalam desain secara hardware. Saat ini komunikasi serial lebih dikenal dengan nama RS-232, dimana RS merupakan singkatan dari Recommended Standard.
Untuk nilai logic 0 digunakan level tegangan antara +5 sampai dengan +15V, sebaliknya untuk logic 1 digunakan level tegangan antara -5 sampai dengan -15V. Oleh karena itu untuk keperluan komunikasi serial ini hanya dibutuhkan 3 jalur, yaitu transmit (TX), receive (RX), dan ground.
Sumber: MAX232 Datasheet Gambar 2.31. Logic Level Pada RS232 1.5.1. Pengiriman data pada RS-232
Untuk format pengiriman data biasanya digunakan format 8, N, 1 ( 1 start bit, 8 data bits, 1 stop bit . Start bit digunakan sebagai tanda dari pengiriman data yang baru, digunakan juga untuk men-sinkron-kan antara transmitter dan receiver (start bit ini selalu bernilai logic 0). Sedangkan data dikirimkan mulai dari bit ke 0 (LSB) hingga bit yg terakhir (MSB). Stop bit digunakan untuk memisahkan antara pengiriman data yg satu dengan yang berikutnya, dan bernilai logic 1.
Pada komputer, transmisi data secara serial dapat dilakukan hingga kecepatan 115.200 bps ( bits per second ). Tapi biasanya digunakan 300 bps, 1200 bps, 2400 bps, dan 9600 bps. Dan nilai impedansi serial port pada komputer berkisar antara 2 Kohm (pada 5 mA, 10V)
Untuk panjang kabel data yang dapat digunakan secara umum dibatasi hingga 50 feet untuk standard RS-232. Tetapi selain itu panjang kabel maksimum (yang dapat dipakai) juga dibatasi oleh kecepatan transfer data yang digunakan.
Tabel 2.13. Panjang Kabel Maksimum Untuk RS-232 Sumber: http://www.epanorama.net/links/project_pc.html
Baud rate Panjang shielded cable panjang unshielded cable 110
300 1200 2400 4800 9600
5000 ft 5000 ft 3000 ft 1000 ft 1000 ft 250 ft
3000 ft 3000 ft 3000 ft 500 ft 250 ft 250 ft
1.5.2. Konfigurasi Pin RS-232
Pada komputer terdapat 9 pin male untuk komunikasi serial. Berikut ini adalah gambar konektor 9 pin female.
Sumber: http://www.epanorama.net/links/project_pc.html Gambar 2.32. Konektor 9 Pin Female
Tabel 2.14. Konektor 9 Pin RS-232
Sumber: http://www.epanorama.net/links/project_pc.html (telah diolah kembali) Nama pin Nomer pin Keterangan
TxD RxD RTS CTS DTR DSR RI DCD GND -
3 2 7 8 4 6 9 1 5 -
Transmit Data Receive Data Request To Send Clear To Send Data Terminal Ready Data Set Ready Ring Indicator Data Carrier Detect Signal ground Protective ground
TxD, RxD : bila data yang akan ditransfer bernilai logic 1 maka akan dikirimkan sebagai low level sedangkan nilai logic 0 dikirimkan sebagai high level.
RTS, CTS : digunakan sebagai tanda untuk mengawali atau menghentikan komunikasi antara host system (DTE) dan peripheral system (DCE). Setelah DTE siap mengirimkan data maka RTS akan di-set high yang diikuti DCE dengan memberi logic high agar pengiriman data dapat segera dimulai.
DTR, DSR : digunakan pada saat awal komunikasi antara DTE dan DCE yang telah terhubung, ini untuk memastikan bahwa keduanya berada dalam keadaan telah siap untuk menerima atau mengirimkan data. awalnya DTR harus high dan kemudian akan dibalas dengan DSR yang bernilai high.
DCD : akan bernilai high selama DCE menerima sinyal yang sesuai dengan kriteria sinyal yang sesuai
RI : untuk menandakan bahwa sinyal ring telah diterima GND : sebagai referensi level tegangan untuk semua sinyal.
Protective ground : digunakan untuk menghindari tidak adanya arus besar yang mengalir melalui ground pada kedua alat.
