PROYEK AKHIR
1
PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI
DINI GEMPA PADA GEDUNG
Rachmat Winadi
NRP.7104 030 050
Dosen Pembimbing :
Alridjajis, Dipl.Eng
NIP. 132.233.833
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
PROYEK AKHIR
PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK
PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG
Rachmat Winadi
7104 030 050
Dosen Pembimbing :
Alrijadjis, Dipl. Eng.
132 233 833
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG
Oleh:
RACHMAT WINADI 7104 030 050
Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md.)
Di
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Disetujui Oleh:
Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing
1. Ir. Retno Sukmaningrum, MT. 1. Alrijadjis, Dipl. Eng NIP. 132 233 199 NIP. 132 233 833
2. Firman Arifin, ST. NIP. 132 296 743
3. Ali Husein Alasiry, ST, M.Eng. NIP. 132 256 937
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Elektronika
Mohammad Syafrudin, ST, M.Eng NIP. 131 884 954
Abstrak
Hasil monitoring gempa bumi yang dilakukan oleh BMG menunjukkan bahwa aktifitas gempa bumi di Indonesia tergolong sangat aktif. Oleh sebab itu, diperlukan sebuah alat yang dapat memberikan informasi dengan cepat dan tepat. Proyek akhir ini merupakan aplikasi dari Hukum Faraday, dimana lilitan digunakan sebagai sensor pendeteksi getaran. Namun, pada proyek akhir ini digunakan metode yang berbeda dimana kumparan sekunder diganti dengan dua buah resistor yang dihubungkan secara paralel dan terletak melingkari kumparan primer. Jika sensor mendeteksi getaran pada range skala richter tertentu maka secara otomatis akan mengaktifkan sistem keamanan pada gedung. Dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan dapat diketahui bahwa sensor yang telah dibuat mampu mendeteksi getaran maksimal 6 skala richter.
Kata kunci: gempa bumi, primer, sekunder,skala richter
Abstract
The result from earthquake monitoring done by BMG indicate that earthquake activity in Indonesia was very active. Because of that, an appliance which can give information swiftly and precisely needed. This final project represent application from Faraday Law, where the circumference used as a censor to detect vibration. But with different method where the secondary bobbin changed with two resistor connected parallelly and located encircle to the primary bobbin. If the censor detect vibration at any certain range of scale richter it will automatically activate security system of the building. From whole system examination result the censor which have been made are able to detect 6 scale richter maximal vibration.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kehadhirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan kepada kami sehingga kami dapat menyelesaikan buku laporan proyek akhir kami yang berjudul:
“ PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI
DINI GEMPA PADA GEDUNG ”
Proyek akhir ini disusun untuk melengkapi persyaratan akademik dalam menyelesaikan kuliah program Diploma III di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
Kami menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu saran dan kritik yang sifatnya membangun senantiasa kami nantikan. Harapan kami adalah semoga apa yang telah kami tulis pada buku proyek akhir ini dapat bermanfaat bagi kami dan rekan-rekan mahasiswa pada khususnya dan seluruh pembaca pada umumnya.
Demikian pengantar yang dapat kami sampaikan semoga setiap apa yang kami kerjakan akan menjadi amal dan manfaat baik bagi diri kami ataupun orang lain.
Surabaya, Juli 2007
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih dan rasa syukur yang tak terhingga, kami persembahkan kepada Allah SWT semata karena atas Rahmat dan Hidayah-Nya, maka proyek akhir ini dapat kami selesaikan. Pada kesempatan ini kami juga ingin sampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan proyek akhir ini, mulai dari persiapan hingga akhirnya dapat kami selesaikan proyek akhir ini, secara khusus kami ucapkan banyak-banyak terima kasih kepada:
1. Ibunda dan Ayahanda serta kakak-kakakku yang senantiasa mendo’akan dan memberikan dukungannya dalam menyelesaikan proyek akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Titon Dutono, M.Eng, selaku Direktur Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS.
3. Bapak Mohammad Syafruddin, ST, M.Eng, selaku Kepala Jurusan Teknik Elektronika.
4. Bapak Alrijadjis, Dipl Eng, selaku dosen pembimbing yang selalu membina kami dengan kesabarannya.
5. Bapak dan Ibu dosen Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS yang telah memberikan ilmunya kepada kami.
6. Seluruh Mahasiswa jurusan Elektronika PENS-ITS angkatan 2004 terima kasih atas dukungannya.
7. Buat arek Eb-D3 spesial buat KUKUH alias “BUDI” dan Qiky F.Z alias “BAIM WONG” thanks 4 a lot lah.
8. Arek-arek Lab. Workshop atas segala bantuan dan dukungannya selama ini.
9. Dan kepada semua yang tak dapat disebutkan satu-persatu. Semoga segala bantuan yang telah diberikan diterima oleh Allah SWT. Menyadari atas keterbatasan dan kemampuan yamg kami miliki, maka dalam penulisan buku Proyek Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kami menghargai apabila ada kritik maupun saran yang bersifat membangun untuk perbaikan buku Proyek Akhir ini.
Terakhir, kami minta maaf atas segala kesalahan kami baik yang disengaja maupun yang tidak. Semoga Allah SWT membalas segala amal kebaikan anda semua. Amin.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...i
HALAMAN PENGESAHAN ...iii
ABSTRAK...v
KATA PENGANTAR ...vii
UCAPAN TERIMA KASIH...ix
DAFTAR ISI...xi DAFTAR GAMBAR ...xv DAFTAR TABEL...xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1 1.2 Tujuan...1 1.3 Permasalahan...1 1.4 Batasan Masalah...2 1.5 Metodologi ...2 1.6 Sistematika Pembahasan ...3
BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Sensor Getaran ...5
2.2 Operasional Amplifier ...7
2.2.1 Rangkaian Penguat Membalik...8
2.2.2 Rangkaian Penguat Tak membalik ...9
2.2.3 Rangkaian Pengikut Tegangan ...10
2.3 Mikrokontroller ...10
2.3.1 Gambaran Umum ...10
2.3.2 Perlengkapan Dasar Mikrokontroler...11
2.3.2.1 CPU ...11 2.3.2.2 Alamat ...11 2.3.2.3 Data...11 2.3.2.4 Pengendali ...11 2.3.2.5 Memori ...11 2.3.2.6 RAM...12 2.3.2.7 ROM...12 2.3.2.8 Input / Output...12
2.3.3 Mikrokontroler AVR ATmega 16 ...12
2.3.4 Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 ...14
2.3.5 Struktur Memori ...16
2.3.7 Port sebagai input/output digital...20
2.3.8 Port sebagai Analag Digital Converter (ADC)...21
2.3.9 Timer...26
2.3.10 Serial pada ATmega16 ...34
2.4 Bahasa C ...39
2.4.1 Sejarah dan Standar C ...39
2.4.2 Tipe Data...39
2.4.3 Pengenalan Fungsi-Fungsi Dasar ...41
2.4.4 Pengenalan Praprosesor #include...41
2.4.5 Operator Relasi...42 2.4.6 Operator Logika ...42 2.4.7 Pernyataan Bahasa C...42 2.4.7.1 Pernyataan if...42 2.4.7.2 Pernyataan if-else ...43 2.4.7.3 Pernyataan Switch ...44
2.4.7.3.1 Pernyataan switch Tunggal...44
2.4.8 Perulangan FOR ...45
2.4.9 Perulangan While dan Do While...45
2.4.10 Lompatan...45
2.5 Skala Richter ...46
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK 3.1 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras...49
3.1.1 Sistem Kerja ...49
3.1.2 Perancangan Sensor Getaran ...50
3.1.3 Perancangan Rangkaian Operasional Amplifier...52
3.1.3.1 Penguat Non-Inverting ...52
3.1.3.2 Rangkaian Penyearah ...53
3.1.3.3 Rangkaian Pengubah AC ke DC ...54
3.1.3.4 Rangkaian Differensial...54
3.1.4 Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega16...55
3.1.4.1 Port Paralel ...56
3.1.4.3 Diagram Blok dan Konfigurasi Pin ADC...57
3.1.4.4 Perancangan Rangkaian untuk simulasi ...59
3.2 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak...60
3.2.1. CodeVision AVR ...60
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Perangkat Keras...65
4.1.1 Pengujian Sensor Getaran...65
4.1.2 Pengujian Operasional Amplifier ...67
4.1.2.1 Pengujian Penguat Non-Inverting...67
4.1.2.2 Pengujian Rangkaian Rectifier dan Pengubah AC ke DC...69
4.1.2.3 Pengujian Rangkaian differensial ...71
4.2. Pengujian Sistem Keseluruhan ...72
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan...77
5.2 Saran...77
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN 1 : LISTING PROGRAM AVR LAMPIRAN 2 : PENGUJIAN FREKUENSI LAMPIRAN 3 : FOTO ALAT
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Medan magnet menghasilkan arus konstanpada rangkaian... 5
Gambar 2.2 Dua buah Voltmeter yang identik mengukur tegangan yang berbeda pada titik A dan B ... 5
Gambar 2.3 Rangkaian percobaan sensor... 7
Gambar 2.4 Rangkaian Penguat Inverting... 8
Gambar 2.5 Rangkaian Penguat Non-Inverting... 9
Gambar 2.6 Rangkaian Buffer... 10
Gambar 2.7 Blok Diagram Arsitektur Atmega16... 14
Gambar 2.8 Pin-pin Atmega16 Kemasan 40 pin ... 15
Gambar 2.9 Peta Memori Flash... 17
Gambar 2.10 Peta Memori SRAM ... 18
Gambar 2.11 Register alamat EEPROM Bit 15…8 ... 18
Gambar 2.12 Register data EEPROM Bit Bit 7…0... 19
Gambar 2.13 Register kontrol EEPROM Bit Bit 7…0... 19
Gambar 2.14 Timing diagram untuk Mode single-conversion... 22
Gambar 2.15 Register ADMUX... 22
Gambar 2.16 Register ADCSRA... 23
Gambar 2.17 Register ADCLAR = 0 ... 24
Gambar 2.18 Register ADCLAR = 1 ... 24
Gambar 2.19 Register SFIOR... 25
Gambar 2.20 Blok diagram timer/counter ... 26
Gambar 2.21 Timing diagram timer/counter, Tanpa prescaling... 27
Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, Dengan prescaling ... 28
Gambar 2.23 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8)... 28
Gambar 2.24 Timing diagram timer/counter, menyetingOCFO, pengosongan data timer sesuai dengan datapembanding, dengan pescaler (fclk_I/O/8) ... 29
Gambar 2.25 Regiter timer counter 8 bit ... 29
Gambar 2.26 Register timer TCNT0 ... 32
Gambar 2.27 Register timer OCR0 ... 33
Gambar 2.28 Register timer TIFR... 33
Gambar 2.29 Block diagram clock generasi logic... 35
Gambar 2.31 Diagram alir if ...43
Gambar 2.32 Diagram alir if-else...44
Gambar 2.33 Perhitungan Skala Richter ...46
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian ...49
Gambar 3.2 Desain konstruksi sensor ...51
Gambar 3.3 Flowchart sistem...52
Gambar 3.4 Rangkaian penguat non-inverting...53
Gambar 3.5 Rangkaian Penyearah ...53
Gambar 3.6 Rangkaian pengubah ac-ke-dc...54
Gambar 3.7 Rangkaian differensial...54
Gambar 3.8 Rangkaian mikrokontroler Atmega16 ...55
Gambar 3.9 Rangkaian Downloader ...57
Gambar 3.10 Blok Diagram ADC Mikrokontroler ATmega16...58
Gambar 3.11 Rangkaian simulasi pada gedung ...59
Gambar 3.12 Tampilan CodeVisionAVR ...60
Gambar 3.13 Tampilan new file...61
Gambar 3.14 Tampilan option di Wizard AVR ...61
Gambar 3.15 Tampilan option IC port ...62
Gambar 3.16 Tampilan Port C AVR...62
Gambar 3.17 Tampilan Save general project ...63
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor getaran ...65
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian penguat non-inverting ...67
Gambar 4.3 Bentuk sinyal output penguat ...69
Gambar 4.4 Rangkaian pengujian rectifier dan pengubah ac ke dc ...70
Gambar 4.5 Rangkaian pengujian differensial ...71
Gambar 4.6 Perhitungan Skala Richter ...73
Gambar 4.8 Data yang terbaca ADC...74 ..
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Interrupt vektor... 20
Tabel 2.2 Konfigurasi pin port ... 21
Tabel 2.3 Bit pemilih tegangan ref ... 23
Tabel 2.4 Pemilihan scaning ADC ... 25
Tabel 2.5 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang ... 30
Tabel 2.6 Mode Output Pembanding, tanpa PWM... 30
Tabel 2.7 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM ... 31
Tabel 2.8 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM ... 31
Tabel 2.9 Deskripsi bit clock select... 32
Tabel 2.10 Persamaan untuk menyeting perhitungan register boud rate ... 36
Tabel 2.11 Tipe-tipe data dasar ... 40
Tabel 2.12 Operator Relasi... 42
Tabel 2.13 Operator Logika ... 42
Tabel 2.14 Skala Richter ... 47
Tabel 4.1 Hasil pengujian sensor... 66
Tabel 4.2 Hasil pengukuran rangkaian penguat... 68
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Rangkaian Pengubah AC ke DC... 70
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Rangkaian Differensial... 72
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ... 74 .
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dengan berkembangnya teknologi serta tingkat mobilitas manusia yang semakin meningkat maka manusia dituntut untuk segera mengetahui sesuatu yang terjadi secara cepat.
Selama ini masyarakat mengetahui Hukum Faraday hanya sebatas prinsip “perubahan fluks magnetik menyebabkan perubahan ggl induksi pada ujung kumparan”. Padahal dari prinsip ini, kita bisa mengembangkan ke berbagai macam aplikasi yang sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari kita. Misalnya digunakan untuk pendeteksi gempa bumi secara real time sekaligus mengontrol aksi pada sebuah gedung dengan cara mengolah sinyal analog yang dihasilkan.
Pada proyek akhir ini kami mencoba membuat sebuah sensor yang dapat mendeteksi getaran dengan menggunakan prinsip Hukum Faraday. Sensor ini terdiri dari sebuah kumparan dengan intinya yang dapat bergerak. Dari pergerakan kumparan dan inti ini menyebabkan perubahan ggl induksi yang dihasilkan. Perubahan ggl induksi ini menghasilkan suatu bentuk sinyal tertentu. Sinyal analog ini kemudian diubah ke data digital melalui rangkaian ADC (Analog Digital Converter) dan kemudian digunakan untuk mengontrol suatu aksi pada simulasi gedung.
1.2. TUJUAN
Adapun tujuan dari proyek akhir ini adalah:
1. Sebagai penelitian untuk mengetahui hubungan antara getaran mekanis (pegas) yang merubah posisi solenoid terhadap perubahan ggl induksi.
2. Membuat simulasi untuk mengontrol sistem pada gedung berdasarkan perubahan ggl induksi.
1.3. PERMASALAHAN
Masalah yang ditangani dari proyek akhir ini adalah mempelajari hubungan atau pengaruh getaran yang merubah posisi solenoid terhadap sinyal ggl induksi yang dihasilkan dan melakukan aksi pada sebuah gedung.
1.4. BATASAN MASALAH
Dalam proyek akhir ini masalah akan dibatasi pada:
1. Ukuran solenoid (diameter email, panjang email, diameter inti ferit dan panjang inti ferit) tidak ditentukan atau diabaikan. 2. Konstanta pegas diabaikan, hanya dipakai pegas yang
memiliki kelenturan yang sebanding dengan berat dari soleniod.
3. Sensor yang digunakan hanya satu dan perubahan posisi solenoid hanya berada pada posisi vertikal (naik-turun).
4. Kebebasan getaran tidak dapat melebihi jarak lintasan. 5. Besar tegangan yang terdeteksi tidak ditampilkan.
6. Software yang dibuat digunakan untuk mengontrol aksi pada simulasi gedung berdasarkan tegangan dari sensor.
1.5. METODOLOGI
Metodologi dalam pembuatan proyek akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Study Literatur
Mempelajari tentang Hukum Faraday, pengubah data analog ke digital, mikrokontroler Atmega16, dan komunikasi serial. 2. Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras dan Lunak
Untuk perangkat keras mendesain bentuk konstruksi dari sensor dan menentukan nilai-nilainya agar didapatkan sensor yang memiliki sensitifitas yang tinggi, membuat sebuah simulasi aksi pada gedung, membuat rangkaian driver (penguat), minimum sistem mikrokontroler dan komunikasi serial menggunakan RS-232. Untuk perangkat lunak adalah membuat inisialisasi terhadap jalur RS-232 dan inisialisasi terhadap banyaknya bit per karakter, stop bit, parity, baud rate. Mengecek status dari port serial dan mengambil data dari hardware melalui jalur komunikasi serial RS-232.
3. Pengujian dan Analisa Perangkat Keras dan Lunak
Untuk perangkat keras melakukan pengujian dan pengambilan data terhadap rangkaian sensor, penguat, ADC dan komunikasi serial serta melakukan analisa praktis terhadap hasil yang diperoleh.
4. Penulisan Laporan
Penulisan laporan dilakukan sesuai data yang diperoleh dari proyek akhir.
1.6. SISTEMATIKA PEMBAHASAN
Sistematika pembahasan proyek akhir ini disusun dengan kerangka pembahasan sebagai berikut:
• BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang uraian latar belakang, tujuan, permasalahan, batasan masalah, metodologi dan sistematika pembahasan.
• BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini berisi tentang teori-teori penunjang dalam proses perancangan dan pembuatan perangkat keras dan lunak dari proyek akhir yang secara garis besar menguraikan tentang sensor, operasional amplifier, pengubah data analog ke digital dan interfacing RS-232 .
• BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK
Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai perancangan serta realisasi studi yang meliputi pembuatan sensor, operasional amplifier, komunikasi serial dan program untuk mengontrol aksi pada simulasi gedung.
• BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini berisi tentang pengujian dan analisa praktis terhadap hasil pengamatan secara keseluruhan dari sistem yang telah dibuat.
• BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pembahasan sebelumnya serta saran-saran guna pengembangan dan penyempurnaan proyek akhir lebih lanjut.
BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1. SENSOR GETARAN
Gambar 2.1 menunjukkan dua buah resistor R1 (1kΩ) dan R2 (3kΩ) yang terhubung secara parallel. Menurut Hukum Faraday, perubahan medan magnet H meningkat secara linier terhadap waktu, menghasilkan arus konstan sebesar 1mA di dalam rangkaian. Apa tegangan yang melewati titik A-B? Berdasarkan Hukum Ohm, tegangan yang melewati dua resistor seharusnya berbeda, tapi bagaimana bisa berbeda jika kedua resistor tersebut terhubung pada titik yang sama A dan B?
Gambar 2.1 Medan magnet menghasilkan arus konstan pada rangkaian1
Tegangan yang terukur tergantung pada posisi kawat yang menghubungkannya ke voltmeter. Jika dua voltmeter yang identik dihubungkan melewati titik A-B seperti pada gambar 2.2, simulasi tegangan yang terukur akan bernilai -1V dan +3V.
Gambar 2.2 Dua buah voltmeter yang identik mengukur tegangan yang berbeda pada titik A dan B2
Tegangan digambarkan sebagai integral garis dari medan listrik dari titik A ke B sepanjang alur C (Persamaan 2.1). Medan listrik induksi dalam contoh ini tidak konservatif karena integral rangkaian tertutup dari medan listrik tidak bernilai 0 (nol) (persamaan 2.2). Jadi, tegangan di persamaan 1 tergantung dari arah aliran ( dalam contoh ini ).
Integrasi medan listrik dari titik A ke B sepanjang alur C1 (gambar 2.2) mempunyai nilai yang berbeda dengan integrasi sepanjang alur C2. Kemudian, tegangan yang terukur tergantung dari voltmeter berada pada alur mana. Cara lain untuk memahami kejadian ini adalah dengan mempertimbangkan arus di dalam rangkaian, dimana arus 1mA melewati kedua transistor.
VAB = −∫c E · dl ...(2.1)
∫E · dl = −
dt d
∫ B · da ...(2.2) Untuk mengamati penomena ini, dibuat percobaan seperti gambar 2.3. Medan magnet dihasilkan oleh inti ferit induktor (solenoid) yang digerakkan oleh gelombang sinus. Ukuran solenoid, amplitudo dan frekuensi gelombang sinus dan nilai resistor tidak ditentukan, tapi resultan dari tegangan induktansi harus cukup besar untuk pengukuran. Dengan menggunakan oscilloscope dual channel, pengukuran tegangan secara bersama-sama dengan probe pertama pada R1 dan probe kedua pada R2. Diharapkan untuk penunjukkan nilai, amplitudo gelombang sinus induksi pada R2 adalah tiga kali lebih besar daripada R1 dan mempunyai polaritas yang berbeda.
Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian detektor yang membandingkan amplitudo gelombang sinus dari sensor dengan tegangan referensi yang dihasilkan dari perbandingan antara R3 dan R4 dengan tegangan supply (Vcc). Saat komparator mengukur R1, amplitudo gelombang sinus terlalu kecil untuk mengaktifkan komparator sehingga outputnya bernilai 0 (nol) atau berlogic rendah. Saat komparator mengukur R3, amplitudonya cukup besar untuk
membangkitkan osilasi pada output komparator. Sinyal ini menghasilkan logic high pada output komparator.
Gambar 2.3 Rangkaian percobaan3
2.2. OPERATIONAL AMPLIFIER
Penguat operasional atau Op-Amp adalah rangkaian elektronika yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Hingga kini Op-Amp yang dirakit dari kompoenen-komponen diskrit dan dikemas dalam rangkaian tersegel masih dirasakan begitu mahal oleh insinyur dan teknisi yang pernah menggunakannya. Namun, kini dengan teknologi rangkaian terpadu (IC) yamg telah ditingkatkan, Op-Amp dalam bentuk kemasan IC menjadi jauh lebih murah dan amat luas pemakaiannya.
Pada mulanya Op-Amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog rangkaian pengaturan dan rangkaian instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi matematika linier (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Kini Op-Amp dapat dijumpai dimana saja, dalam berbagai bidang : reproduksi suara, sistem komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial, dan aneka macam perangkat hobby.
Dalam konfigurasinya kita akan menemukan Op-Amp dengan masukan dan keluaran tunggal, masukan dan keluaran differensial atau masukan differensial dan keluaran tunggal. Konfigurasi terakhir ini
banyak digunakan dalam industri elektronika. Konfigurasi ini juga akan dipakai sebagai kerangka landasan dari buku ini. Setiap orang yang terlibat dalam elektronika mau tak mau harus memahami kegunaan Op-Amp, mengetahui karakteristiknya, mampu mengenali konfigurasi dasar rangkaian Op-Amp dan mampu bekerja sama dengannya.
2.2.1. Rangkaian Penguat Membalik ( Inverting Amplifier )
Sebuah penguat menerima arus atau tegangan kecil pada input dan menjadikan arus atau tegangan lebih besar pada outputnya. Penguat Op-Amp memiliki penguatan yang relatif linier outputnya dikendalikan sebagai fungsi input.
Gambar 2.4 Rangkaian Penguat Inverting4
Penyusunan loop seperti gambar 2.4 disebut umpan balik negatif (degenaratif). Tegangan dengan fasa yang berlawanan pada output dibalikkan kembali pada masukan membalik sehingga cenderung melawan tegangan input aslinya sehingga output merupakan tegangan membalik tegangan input, dimana:
Vin Ri Rf Vout =−
⎟
•⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
...(2.3) Ri Rf Av=− ...(2.4)Tanda minus diabaikan dalam hitungan dan hanya menunjukkan bahwa output berlawanan fasa terhadap input. Impedansi input
4 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, “Operational Amplifiers and Linier
rangkaian sama dengan Ri, sedangkan lebar pita (bandwidth) dibagi satu ditambah penguatan loop tertutup.
2.2.2. Rangkaian Penguat Tak Membalik (Non Inverting Amplifier)
Sebuah penguat impedansi tinggi tak membalik ditunjukkan pada gambar 2.5. Impedansi input rangkaian ini sangat besar dimana sama dengan impedansi antara input-input differensialnya dikalikan penguatan loop (penguatan loop terbuka dibagi penguatan loop tertutup). Tegangan pada output tidak dibalik polaritasnya (sama) terhadap tegangan input.
Gambar 2.5 Rangkaian Penguat Non Inverting5
Rangkaian Op-Amp ini akan memberikan penguatan loop tertutup sebesar Rf/Ri ditambah satu, sehingga tegangan pada output adalah:
Vin Ri Rf Vout= +
⎟
•⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
1 ...(2.5) 1 + = Ri Rf Av ...(2.6)Lebar pita 3 dB loop tertutup diberikan oleh frekuensi penguatan satu Op-Amp dibagi penguatan loop terttutup.
5 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, “Operational Amplifiers and Linier
Satu hal yang penting untuk diperhatikan perbedaannya dengan penguat membalik adalah output akan menjadi saturasi bila input dibiarkan mengambang.
2.2.3. Rangkaian Pengikut Tegangan (Buffer)
Pengikut tegangan didefinisikan sebagai rangkaian dengan penguatan satu atau kurang dengan output mengikuti input, diantara input dan output terhadap isolasi impedansi. Op-Amp yang berguna sebagai pengikut tegangan digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.6 Rangkaian Buffer6
Rangkaian ini memiliki impedansi input yang sangat tinggi serta impedansi output yang sangat rendah. Keuntungan ini menjadikannya amat ideal untuk meyangga atau mengisolasi rangkaian.
2.3 MIKROKONTROLER 2.3.1 Gambaran Umum
Sering kita mendengar istilah mikrokomputer, mikroprosesor, dan mikrokontroler. Mikroprosesor adalah bagian CPU (central processing unit) dari sebuah komputer, tanpa memori, I/O, dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu sistem lengkap. Supaya dapat bekerja, mikroprosesor memerlukan perangkat pendukung seperti RAM, ROM dan I/O.
Bila sebuah miroprosesor dikombinasi dengan I/O dan memori (RAM/ROM) akan dihasilkan sebuah mikrokomputer. Sebagai terobosan mikrokomputer ini dapat juga dibuat dalam bentuk single chip yaitu Single Chip Microcomputer (SCM) yang selanjutnya disebut sebagai mikrokontroler.
6 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, “Operational Amplifiers and Linier
Perbedaan yang menonjol antara mikrokomputer dengan mikrokontroler (SCM) adalah pada penggunaan perangkat I/O dan media penyimpan program. Bila mikrokomputer menggunakan disket atau harddrive lainnya maka mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai penyimpan programnya. Sedangkan keuntungan mikrokontroler dibandingkan dengan mikroprosesor adalah pada mikrokontroler sudah terdapat RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu menambahkannya.
2.3.2 Perlengkapan Dasar Mikrokontroler 2.3.2.1 CPU
Unit pengolah pusat (CPU) terdiri atas dua bagian yaitu unit pengendali (CU) serta unit aritmatika dan logika (ALU). Fungsi utama unit pengendali adalah untuk mengambil, mengkode, dan melaksanakan urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Sedangkan unit aritmatika dan perhitungan bertugas untuk menangani operasi perhitungan maupun bolean dalam program.
2.3.2.2 Alamat
Pada mikroprosesor/mikrokontroler, apabila suatu alat dihubungkan dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan terlebih dahulu alamat (address) dari alat tersebut. Untuk menghindari terjadinya dua alat bekerja secara bersamaan yang mungkin akan meyebabkan kerusakan.
2.3.2.3 Data
Mikrokontroler ATmega16 mempunyai lebar bus data 8 bit. Merupakan mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan.
2.3.2.4 Pengendali
Selain bus alamat dan bus data mikroprosesor/mikrokontroler dilengkapi juga dengan bus pengendali (control bus), yang fungsinya untuk menyerempakkan operasi mikroprosesor/mikrokontroler dengan operasi rangkaian luar.
2.3.2.5 Memori
Mikroprosesor/mikrokontroler memerlukan memori untuk menyimpan program/data. Ada beberapa tingkatan memori,
diantaranya register internal, memori utama, dan memori massal. Sesuai dengan urutan tersebut waktu aksesnya dari yang lebih cepat ke yang lebih lambat.
2.3.2.6 RAM
RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau ditulisi. Data dalam RAM akan terhapus bila catu daya dihilangkan. Oleh karena itu program mikrokontroller tidak disimpan dalam RAM. Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat RAM, yaitu RAM static dan RAM dynamic.
2.3.2.7 ROM
ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data dalam ROM tidak akan terhapus meskipun catu daya dimatikan. Oleh karena itu ROM dapat digunakan untuk menyimpan program. Ada beberapa jenis ROM antara lain ROM murni, PROM, EPROM, EAPROM. ROM adalah memori yang sudah diprogram oleh pabrik, PROM dapat diprogram oleh pemakai sekali saja. Sedangkan EPROM merupakan PROM yang dapat diprogram ulang.
2.3.2.8 Input / Output
I/O dibutuhkan untuk melakukan hubungan dengan piranti di luar sistem. I/O dapat menerima data dari alat lain dan dapat pula mengirim data ke alat lain. Ada dua perantara I/O yang dipakai, yaitu piranti untuk hubungan serial (UART) dan piranti untuk hubungan paralel (PIO).
2.3.3 Mikrokontroler AVR ATmega 16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash
on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Untuk lebih jelas tentang arsitektur dari ATmega16 ditunjukan pada gambar 2.3.3.1 ATmega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses.
Beberapa keistimewaan dari AVR ATmega16 antara lain: 1. Advanced RISC Architecture
130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
32 x 8 General Purpose Fully Static Operation
Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
On-chip 2-cycle Multiplier
2. Nonvolatile Program and Data Memories
8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
512 Bytes EEPROM
512 Bytes Internal SRAM
Programming Lock for Software Security 3. Peripheral Features
Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode
Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes
One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
Real Time Counter with Separate Oscillator
Four PWM Channels
8-channel, 10-bit ADC
Byte-oriented Two-wire Serial Interface
Programmable Serial USART 4. Special Microcontroller Features
Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
Internal Calibrated RC Oscillator
External and Internal Interrupt Sources
Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby
5. I/O and Package
32 Programmable I/O Lines
40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF
6. Operating Voltages
2.7 - 5.5V for ATmega16L
4.5 - 5.5V for Atmega16
Gambar 2.7 Blok Diagram Arsitektur ATmega161 2.3.4 Konfigurasi Pin AVR ATmega 16
Pin-pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 2.3.4.1 Kemasan pin tersebut terdiri dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D yang masing masing Port terdiri dari 8 buah pin. Selain itu juga terdapat RESET, VCC, GND 2 buah, VCC, AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF.
Gambar 2.8 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin2
Diskripsi dari pin-pin ATmega 16L adalah sebagai berikut : 1. VCC : Supply tegangan digital.
2. GND : Ground
3. Port A : Port A sebagai input analog ke A/D konverter. Port A juga sebagai 8-bit bi-directional port I/O, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin-pin port dapat menyediakan resistor-resistor internal pull-up. Ketika port A digunakan sebagai input dan pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port A adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif.
4. Port B : Port B adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port B mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port B yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port B adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif.
5. Port C : Port C adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port C mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port C yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port C adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif. Jika antarmuka JTAG enable, resistor-resistor pull-up pada pin-pin PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) akan diktifkan sekalipun terjadi reset. 6. Port D : Port D adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan
resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port D mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port D yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port D adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif.
7. Reset : Sebuah low level pulsa yang lebih lama daripada lebar pulsa minimum pada pin ini akan menghasilkan reset meskipun clock tidak berjalan.
8. XTAL1 : Input inverting penguat Oscilator dan input intenal clock operasi rangkaian.
9. XTAL2 : Output dari inverting penguat Oscilator.
10. AVCC : Pin supply tegangan untuk PortA dan A/D converter . Sebaiknya eksternalnya dihubungkan ke VCC meskipun ADC tidak digunakan. Jika ADCdigunakan seharusnya dihubungkan ke VCC melalui low pas filter.
11. AREF : Pin referensi analog untuk A/D konverter.
2.3.5 Struktur Memori
Untuk memaksimalkan performa dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Instruksi pada memori program dieksekusi dengan pipelining single level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program.
1. Flash Memori
ATmega16 memiliki 16K byte flash memori dengan lebar 16 atau 32 bit. Kapasitas memori itu sendiri terbagi manjadi dua bagian yaitu bagian boot program dan bagian aplikasi program.
Gambar 2.9 Peta Memori Flash 3
Flash memori memiliki kemampuan mencapai 10.000 write dan erase.
2. Memori SRAM
Penempatan memori data yang lebih rendah dari 1120 menunjukkan register, I/O memori, dan data internal SRAM. 96 alamatmemori pertama untuk file register dan memori I/O, dan 1024 alamat memori berikutnya untuk data internal SRAM. Lima mode pengalamatan yang berbeda pada data memori yaitu direct, indirect, indirect dis-placement, indirect pre-decreament dan indirect post-increament .Pada file register, mode indirect mulai dari register R26-R31. Pengalamatan mode direct mencapai keseuruhan kapasitas data. Pengalamatan mode indirect dis-placement mencapai 63 alamat memori dari register X atau Y. Ketika meggunakan mode pengalamatan indirect dengan pre-decrement dan post increment register X, Y, dan Z akan di-dicrement-kan atau di-increment-kan. Pada ATmega16 memiliki 32 register, 64 register I/O dan 1024 data internal SRAM yang dapat mengakses semua mode-mode pengalamatan.
Gambar 2.10 Peta Memori SRAM4 3. Memori EEPROM
Pada EEPROM ATmega16 memiliki memori sebesar 512 byte engan daya tahan 100.000 siklus write/read.
Register-register pada memori EEPROM :
Bit 15…9 – Res:reserved bits
Bit ini sebagai bit-bit bank pada ATmega16 dan akan selalu membaca
Gambar 2.11 Register alamat EEPROM Bit 15…85
4
Bit 8..0 – EEAR8..0:EEPROM address Bit-bit ini sebagai alamat EEPROM.
Bit 7..0 – EEDR7..0:EEPROM data Bit-bit ini sebagai data EEPROM.
Gambar 2.12 Register data EEPROM Bit Bit 7…06 Bit 7..4 – Res:reserved bits
Bit-bit ini terdapat pada register kontrol.
Bit ini sebagai Enable Interupt Ready pada EEPROM.
Gambar 2.13 Register kontrol EEPROM Bit Bit 7…07 Bit 2
Bit ini sebagai Enable Interupt Master pada EEPROM.
Bit 1
Bit ini sebagai write enable pada EEPROM.
Bit 0
Bit ini sebagai read enable pada EEPROM.
6
2.3.6 Interupt
Tabel 2.1 Interrupt vektor8
2.3.7 Port sebagai input/output digital
ATmega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin
dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1)atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.
Tabel 2.2 Konfigurasi pin port9
Bit 2 – PUD : Pull-up Disable
Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).
2.3.8 Port sebagai Analag Digital Converter (ADC)
ATmega16 mempunyai ADC (Analog to Digital Converter) internal dengan fitur sebagai berikut (untuk lebih detil dapat mengacu pada datasheet) :
10-bit Resolution
65 - 260 μs Conversion Time
Up to 15 kSPS at Maximum Resolution
8 Multiplexed Single Ended Input Channels
Optional Left Adjustment for ADC Result Readout
Selectable 2.56V ADC Reference Voltage
Free Running or Single Conversion Mode
ADC Start Conversion by Auto Triggering on Interrupt Sources
9Ibit l 49ha
Interrupt on ADC Conversion Complete
Sleep Mode Noise Canceler
Dibawah ini gambar timing diagram untuk mode single convertion maksudnya hanya satu input chanel saja yang dikonversi.
Gambar 2.14 Timing diagram untuk Mode single-conversion10
Register-register yang dipakai untuk mengakses ADC adalah:
1. ADMUX – ADC Multiplexer Selection Register
Gambar 2.15 Register ADMUX11 Bit 7:6 – REFS1:0 : Bit Pemilih tegangan referensi
Bit ini berfungsi untuk memilih tegangan referensi ADC untuk lebih jelasnya terdapat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Bit pemilih tegangan ref12
10Ibit hal 203 11Ibit hal 211
Bit 5 – ADLAR : ADC Left Adjust Result
Bit 4:0 – MUX4:0 : Bit pemilih Analog Channel dan Gain
2. ADCSRA – ADC Control and Status Register
Gambar 2.16 Register ADCSRA13 Bit 7 – ADEN : ADC Enable
Diisi 1 untuk mengaktifkan ADC, diisi 0 untuk mematikan ADC sekaligus memberhentikan konversi yang sedang berlangsung.
Bit 6 – ADSC : ADC Start Conversion
Pada mode single-conversion, set bit ini untuk memulai tiap konversi. Pada mode free-running, set bit ini untuk konversi pertama kalinya. Bit ADSC bila dibaca akan bernilai 1 selama proses konversi, dan bernilai 0 bila konversi selesai. Mengisi bit ini dengan nilai 0 tidak akan mempunyai dampak.
Bit 5 – ADATE : ADC Auto Trigger Enable
Bila bit ini diisi 1 maka auto trigger ADC akan diaktifkan. ADC akan memulai konversi pada saat tepi positif dari sumber sinyal trigger yang dipilih. Sumber sinyal trigger ditentukan dengan menseting bit ADTS pada register SFIOR.
Bit 4 – ADIF : ADC Interrupt Flag
Bit ini akan bernilai 1 pada saat ADC selesai mengkonversi dan Data register telah diupdate. ADC Conversion Complete Interrupt akan dijalankan bila bit ADIE dan bit-I pada register SREG diset 1. ADIF akan di-clear secara hardware bila mengerjakan penanganan vektor interrupt yang bersesuaian.
Alternatifnya, ADIF dapat di-clear dengan menuliskan 1. Hati-hati bila bekerja dengan Read-Modify-Write pada ADCSRA, interrupt yang tertunda dapat dinonaktifkan/batal. Hal ini juga berakibat sama bila instruksi SBI dan CBI digunakan.
Bit 3 – ADIE : ADC Interrupt Enable
Mengisi bit ini dan bit-I pada register SREG menjadi 1 akan mengaktifkan ADC Conversion Complete Interrupt.
Bit 2:0 – ADPS2:0 – Bit pemilih ADC Prescaler
Menentukan bilangan pembagi antara sumber clock XTAL ke clock ADC.
3. ADCL, ADCH – ADC data register Bila ADLAR = 0
Gambar 2.17 Register ADCLAR = 014 Bila ADLAR = 1
Gambar 2.18 Register ADCLAR = 115
Setelah ADC selesai melakukan konversi kedua register ini berisi hasil konversi. Bila channel differensial dipilih maka hasilnya dalam format 2’s complement. Saat ADCL dibaca, data register tidak akan meng-update data sampai ADCH dibaca. Jika hasilnya dirata kiri (left adjust) dan hanya butuh 8-bit maka cukuplah dengan membaca ADCH. Jika butuh 10-bit, baca ADCL dahulu kemudian ADCH. Register SFIOR berfungsi untuk sumber
auto triger. Dimana kita dapat memilih beberapa mode untuk konversi.
4. SFIOR – Special Function I/O Register untuk sumber auto trigger
14Ibit hal 214 15Ibit hal 214
Gambar 2.19 Register SFIOR16
Dengan konfigurasi seperti dibawah maka dapat memilih mode start ADC, ADC akan konversi ketika berdasarkan mode yang dipilih.
Tabel 2.4 Pemilihan scaning ADC17
ADTS2 ADTS1 ADTS0
Trigger
source
0 0 0
Free
Running
mode
0 0 1
Analog
Comparator
0
1
0
External Interupt Request 0
0
1
1
TimerCounter0 Compare Match
1 0 0
TimerCounter0
Overflow
1
0
1
TimerCounter1 Compare Match 8
1 1 0
TimerCounter1
Overflow
1 1 1
TimerCounter1
Capture
Event
Bit 7:5 – ADTS2:0 : ADC Auto Trigger Source
Bila ADATE dalam register ADCSRA diset 1, maka nilai dalam bit-bit ini akan menentukan sumber mana yang akan mentrigger konversi ADC. Bila bit ADATE bernilai 0, maka bit-bit ini tidak
akan mempunyai efek. Sebuah konversi ditrigger oleh sinyal rising-edge dari interrupt flag yang dipilih. Perlu diingat bahwa memindah sumber trigger yang di-clear ke sumber trigger lain yang di-set akan menyebabkan positive-edge pada sinyal trigger. Bila ADEN dalam register ADCSRA diset, juga akan memulai konversi. Memindah mode ke mode freerunning tidak akan menyebabkan pulsa trigger, meskipun bila flag interrupt ADC diset.
Bit 4 – RES : Reserved bit
Bit cadangan, bila dibaca hasilnya nol.
2.3.9 Timer
Timer/couter adalah tujuan umum single channel, module 8 bit timer/counter. Beberapa fasilitas chanel dari timer counter antara lain:
Counter channel tunggal
Pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding
Bebas -glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulator (PWM)
Pembangkit frekuensi
Event counter external
Gambar diagram block timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar di bawah ini. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan pada bagian I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pinpin I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit pada gambar 2.3.9.1
18Ibit hal 67
1. Timing Diagram Timer/Counter
Timer/counter disain sinkron clock timer (clkT0) oleh karena itu ditunjukan sebagai sinyal enable clock pada gambar berikut. Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.
Gambar 2.21 Timing diagram timer/counter, tanpa
prescaling19
Sesuai dengan gambar dibawah timing diagram timer/counter dengan prescaling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal.
Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, dengan
prescaling20
Sama halnya timing timer diatas, timing timer/counter dengan seting OCFO timer mode ini memasukan data ORCn sebagai data input timer. Ketika nilai ORCn sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali ke nilai 0 (overflow).
Gambar 2.23 Timing diagram timer/counter, menyeting
OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8)21
Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembalimkenilai 0 (overflow).
Gambar 2.24 Timing diagram timer/counter, menyeting
OCFO, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan pescaler (fclk_I/O/8)22
2. Deskripsi Register Timer/Counter 8 bit
Gambar 2.25 Regiter timer counter 8 bit23 Bit 7 – FOCO : perbandingan kemampuan output.
FOCO hanya akan aktif ketika spesifik-spesifik bit WGM00 tanpa PWM mode. Adapun untuk meyakinkan terhadap kesesuaian dengan device-device yang akan digunakan,bit ini harus diset nol ketika TCCRO ditulisi saat mengoperasikan mode PWM. Ketika menulisi logika satu ke bit FOCO, dengan segera di paksakan untuk disesuaikan pada unit pembangkit bentuk gelombang. Output OCO diubah disesuaikan pda COM01: bit 0 menentukan pengaruh daya pembanding. Sebuah FOC0 stobe tidak akan membangkitkan beberepa interrupt, juga tidak akan membersihkan timer pada mode CTC mengunakan OCR0 sebagai puncak. FOC0 selalu dibaca nol.
Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter, sumber untuk harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari pembangkit bentuk gelombang yang digunakan. Mode-mode operasi didukung oleh unit timer/counter sebagai berikut : mode normal, pembersih timer pada mode penyesuaian dengan pembanding ( CTC ), dan dua tipe mode Pulse Width Modulation ( PWM ).
Tabel 2.5 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk
Gelombang24
catatan : definisi nama-nama bit CTC0 dan PWM0 sekarang tidak digunakan lagi. Gunakan WGM 01: 0 definisi. Bagaimanapun lokasi dan fungsional dan lokasi dari masing-masing bit sesuai dengan versi timer sebelumnya.
Bit 5:4– COMO1:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output. Bit ini mengontrol pin output compare (OCO), jika satu atau kedua bit COM01:0 diset,output OC0 melebihi fungsional port normal I/O dan keduanya terhubung juga. Bagaimanapun, catatan bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke pin OC0 yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan.Ketika OC0 dihubungkan ke pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari pengesetan bit WGM01:0.
Tabel di bawah menunjukan COM fungsionality ketika bit-bt WGM01:0 diset ke normal atau mode CTC (non PWM ).
Tabel di bawah menunjukan bit COM01:0 fungsionality ketika bit WGM01:0 diset ke mode fast PWM.
Tabel 2.7 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM26
Tabel di bawah menunjukan bit COM01:0 fungsionality ketika bit WGM01:0 diset ke mode phase correct PWM.
Tabel 2.8 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM27
Bit 2:0 – CS02:0 : Clock Select.
Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan timer/counter.
Tabel 2.9 Deskripsi bit clock select28
26Ibit hal 78 27Ibit hal 79
Jika mode pin eksternal digunakan untuk timer counter0, perpindahan dati pin T0 akan memberi clock counter dengan tetap jika pin digunakan sebagai output. Dalam hal ini software diijinkan untuk mengontrol perhitungan.
3. Register Timer/Counter TCNT0
Gambar 2.26 Register timer TCNT029
Register timer/counter memberikan akses secara langsung, keduanya dugunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk penghitung unit 8-bit timer/counter. Menulis ke blok-blok register TCNT0 ( removes ) disesuaikan dengan clock timer berikutnya. Memodifikasi counter ( TCNT0 ) ketika perhitungan berjalan, memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0 dengan register OCR0.
4. Register Timer/Counter OCR0
28Ibit hal 79 29Ibit hal 79
Gambar 2.27 Register timer OCR030
Register output pembanding berisi sebuah haraga 8 bit yang mana secara terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0). Sebuah penyesuaian dapat digunakan untuk membangkitkan output intrrupt pembanding, atau untuk membangkitakan sebuah output bentuk gelombang pada pin OC0.
5. Register Timer/Counter Interrupt Mask
Bit 1 – OCIE0: outpu timer counter menyesuaikan dengan kesesuaian interrupt yang aktif. Ketika bit OCIE0 ditulis satu, dan I-bit pada register status dalam kondisi set (satu), membandingkan timer/counter pada interrupt yang sesuai diaktifkan. Mencocokkan interrupt yang dijalankan kesesuaianpembanding pada timer/counter0 terjadi, ketika bit OCF0 diset pada register penanda timer/counter-TIFR.
Bit 0 – TOIE0: Timer/Counter 0 Overflow Interrupt Enable. Ketika bit TOIE0 ditulis satu, dan I-bit pada register status dalam kondisi set ( satu ), timer/counter melebihi interrupt diaktifkan. Mencocokkan interrupt dijalankan jika kelebihan pada timer/counter0 terjadi, ketika bit TOV0 diset pada register penanda timer/counter- TIFR.
Gambar 2.28 Register timer TIFR31
al 80 Bit 1 – OCF0: Output Compare Flag0.
OCF0 dalam kondisi set ( satu ) kesesuaian pembanding terjadi antara timer/counter dan data pada OCRO – Register 0 keluaran pembanding. OCF0 diclear oleh hardware ketika eksekusi pencocokan penangan vector interrupt. Dengan alternatif mengclearkan OCF0 dengan menuliskan logika satu pada flag. Ketika I-bit pada SREG, OCIE0 (Timer/Counter0 penyesuaian pembanding interrupt enable), dan OCF0 diset (satu ), timer/counter pembanding kesesuaian interrupt dijalankan.
30Ibit hal 80 31Ibit h
Bit 0 – TOV0: Timer/Counter Overflow Flag.
Bit TOV0 di ser ( satu ) ketika kelebihan terjadi pada timer/counter0. TOV0 diclearkan dengan hardware ketika penjalanan pencocokan penanganan vector interrupt. Dengan alternatif, TOV0 diclearkan dengan jalan memberikan logika satu pada flag. Ketika I-bit pada SREG, TOIE0 ( Timer/Counter0 overflow interrupt enable), dan TOV0 diset ( satu ), timer/counter overflow interrupt dijalankan. Pada tahap mode PWM yang tepat, bit ini di set ketika timer/counter merubah bagian perhitungan pada $00.
2.3.10 Serial pada ATmega16
Universal synchronous dan asynchronous pemancar dan penerima serial adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah :
Operasi full duplex ( register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri )
Operasi Asychronous atau synchronous
Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous
Pembangkit boud rate dengan resolusi tinggi
Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit
Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware
Pendeteksian data overrun
Pemfilteran gangguan ( noise ) meliputi pendeteksian bit false start dan pendeteksian low pass filter digital
Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX complete.
Mode komunikasi multi-processor
Mode komunikasi double speed asynchronous
1. Generasi Clock
Logic generasi clock menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima.USART mendukung empat mode operasi clock : Normal Asynchronous, Double Speed Asynchronous mode Master Synchronous dan Slave Synchronous. Bit UMSEL pada USART control dan status register C (UCSRC) memilih antara operasi Asychronous dan Synchronous. Double speed (hanya pada mode Asynchronous) dikontrol oleh U2X yang mana terdapat pada register UCSRA. Ketika mengunakan mode operasi synchronous (UMSEL = 1) dan data direction register untuk pin XCk (DDR_XCK) mengendalikan apakah sumber clock tersebut adalah internal (master mode) atau eksternal ( slave mode ) pin-pin XCK hanya akan active ketika menggunakan mode Synchronous.
Gambar 2.29 Block diagram clock generasi logic32
Txclk : clock pengirim ( internal clock )
Rxclk : clock dasar penerima ( internal clock )
xcki : input dari pin XCK ( sinyal internal ). Digunakan untuk operasi slave synchronous.
Xcko : clock output ke oin XCK ( sinyal internal ).
32Ibit hal 139
Digunakan untuk operasi master synchronous
Fosc : frekuensi pin XTAL ( system clock )
2. Generasi Internal Clock – Pembangkit Boud rate
Generasi internal clock digunakan untuk mode-mode operasi master asynchronous dan synchronous. Register USART boud rate (UBRR) dan down-counter dikoneksikan kepada fungsinya sebagai programmable prescaler atau pembangkit boud rate. Down-counter, dijalankan pada system clock (fosc), dibebani dengan nilai UBRR setiap counter telah dihitung mundur ke nol atau ketika register UBRRL ditulisi. Clock dibangkitkan setiap counter mencapai nol. Clock ini adalah pembangkit boud rate clock output (fosc/( UBBR+1)). Pemancar membagi boud rete generator clock output dengan 2, 8, atau 16 cara tergantung pada mode. Pembnagkit output boud rate digunakan secara langsung oleh penerima suatu mesin status yang menggunakan 2, 8, atau 16 negara yang tergantung pada cara menyimpan status dari UMSEL, bit-bit U2X dan DDR_XCK. Table di bawah menunjukan penyamaan perhitungan boud rate dan nilai UBRR tiap mode operasi mengunakan sumber pembangkit clock internal.
Catatan : boud rate menunjukan pengiriman rate bit tiap detik
(bps)
BAUD : boud rate (pada bit-bit per detik,bps) fosc frekuensi system clock osilator
UBRR : terdiri dari UBRRH dan UBBRL,(0-4095)
33Ibit hal 140
3. Eksternal Clock
Eksternal clock digunakan untuk operasi mode slave synchronous. Eksternal clock masuk dari pin XCK dicontohkan oleh suatu daftar sinkronisasi register untuk memperkecil kesempatan metastabilitas. Keluaran dari sinkronisasi register kemudian harus menerobos detector tepi sebelum digunakan oleh pengirim dan penerima. Proses ini mengenalkan dua period delay clock CPU danoleh karena itu maksimal frekuensi clock XCK eksternal dibatasi oleh persamaan sebagai berikut :
Keterangan : bahwa fosc tergantung pada stabilitas system sumber clock. Oleh karena derekomendasikan untuk menambahkan beberapa garis tepi untuk menghindari hilangnya mungkin data dalam kaitan dengan variasi frekwensi.
4. Operasi Synchronous Clock
Ketika mode sinkron digunakan (UMSEL=1), pin XCK akan digunakan sama seperti clock input (slave) atau clock output (master). Dengan ketergantungan antara tepi clock dan data sampling atau perubahan data menjadi sama. Prinsip dasarnya adalah data input (on RxD) dicontohkan pada clock XCK berlawanan tepi dari tepi data output (TxD) sehingga mengalami perubahan.
Gambar 2.30 Operasi synchronous Clock34
UCPOL bit UCRSC memilih yang mana tepi clock XCK digunakan untuk data sampling dan yang mana digunakan untuk perubahan data. Seperti yang ditunjukan pada gambar di atas, ketika UCPOL nol data akan diubah pada tepi kenaikan XCK dan dicontohkan pada tepi XCK saat jatuh. Jika UCPOL dalam kondisi set, data akan mengalami perubahan pada saat tepi XCK jatuh dan data akan dicontohkan pada saat tepi XCK naik.
5. Inisialisasi USART
USART harus diinisialisasi sebelum komunikasi manapun dapat berlansung. Proses inisialisasi normalnyaterdiri daripengesetan boud rate, penyetingan frame format dan pengaktifan pengirim atau penerimatergantung pada pemakaian. Untuk interrupt menjalankan operasi USART , global interrupt flag ( penanda ) sebaiknya dibersihkan ( dan interrupt global disable ) ketika inisialisasi dilakukan. Sebelum melakukan inisialisasi ulang dengan mengubah boud rate atau frame format, untuk meyakinkan bahwa tidak ada transmisi berkelanjutan sepanjang peiode register yang diubah. Flag TXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa pemancar telah melengkapi semua pengiriman, dan flag RXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa tidak ada data yang tidak terbaca pada buffer penerima. Tercatat bahwa flag TXC harus dibersihkan sebelum tiap transmisi ( sebelum UDR ditulisi ) jika itu semua digunakan untuk tujuan tersebut. USART sederhana inisialisasi kode contoh berikut menunjukan fungsi satu assembly dan satu C itu mempunyai kesamaan dalam kemampuan. Pada contoh tersebit mengasumsikan bahwa operasi asinkron menggunakan metode poling ( tidak ada interrupt enable ) frame
format yang tetap. Boud rate diberikan sebagai fungsi parameter. Untuk kode assembly, parameter boud rate diasumsikan untuk di simpan pada register r16, r17. Ketika menulis fungsi pada register UCSRC, bit URSEL (MSB) harus diset dalam kaitan dengan pembagian penempatan I/O oleh UBRRH dan UCSRC. Lebih mengedepankan inisialisasi rutin dapat dibuat seperti itu meliputi frame format sebagai parameter, disable interrupt dan lain-lain. Bagai manapun juga banyak aplikasi menggunakan seting tetap boud dan register control, dan untuk aplikasi jenis ini dapat ditempatkan secara langsung pada keseluruhan routine, atau dikombinasikan dengan inisialisasi kode untuk modul I/O yang lain.
2.4 BAHASA C
2.4.1 Sejarah dan Standar C
Akar dari bahasa C adalah dari bahasa BCPL yang dikembangkan oleh Martin Richards pada tahun 1967. Bahasa ini memberikan ide kepada Ken Thomson yang kemudian mengembangkan bahasa yang disebut dengan B pada tahun 1970. Perkembangan selanjutnya dari bahasa B adalah Bahasa C oleh Dennis Ricthie sekitar tahun 1970-an di Bell Telephone Laboratories Inc. (sekarang adalah AT dan T Bell Laboratories). Bahasa C pertama kali digunakan di komputer Digital Equipment Corporation PDP-11 yang menggunakan sistem opersi UNIX C adalah bahasa yang standar, artinya suatu program yang ditulis dengan bahasa C tertentu akan dapat dikonversi dengan bahasa C yang lain dengan sedikit modifikasi. Standar bahasa C yang asli adalah standar dari UNIX. Patokan dari standar UNIX ini diambil dari buku yang ditulis oleh Brian Kerningan dan Dennis Ritchie berjudul “The C Programming Language”, diterbitkan oleh Prentice-Hall tahun 1978. Deskripsi C dari Kerninghan dan Ritchie ini kemudian kemudian dikenal secara umum sebagai “K dan R C”.
2.4.2 Tipe Data
Didalam bahasa pemrograman computer, data yang digunakan umumnya dibedakan menjadi data nilai numerik dan nilai karakter. Nilai numerik dapat dibedakan lagi menjadi nilai numerik integer dan nilai numerik pecahan. Nilai numeric pecahan dapat dibedakan lagi menjadi nilai numerik pecahan ketetapan tungga dan nilai numerik pecahan ketetapan ganda. Bahasa-bahasa pemrograman
computer membedakan data ke dalam beberapa tipe dengan tujuan supaya data menjadi efisien dan efektif. C menyediakan lima macam tipe data dasar, yaitu tipe data integer (nilai numerik bulat yang dideklarasikan dengan int), floatingpoint (nilai numerik pecahan ketetapan tunggal yang dideklarasikan dengan float), double-precision (nilai numerik pecahan ketetapan ganda yang dideklarasikan dengan double).
Tabel 2.11 Tipe-tipe data dasar
Karakter (dideklarasikan dengan char), dan kosong (dideklarasikan dengan void). Int,float, double dan char dapat dikombinasikan dengan pengubah (modifier) signed, unsigned,
long dan short. Hasil dari kombinasi tipe data ini dapat dilihat pada tabel.
2.4.3 Pengenalan Fungsi-Fungsi Dasar
Fungsi main() harus ada pada program, sebab fungsi inilah yang menjadi titik awal dan titik akhir eksekusi program. Tanda { di awal fungsi menyatakan awal tubuh fungsi dan sekaligus awal eksekusi program, sedangkan tanda } di akhir fungsi merupakan akhir tubuh fungsi dan sekaligus adalah akhir eksekusi program. Jika program terdiri atas lebih dari satu fungsi, fungsi main() biasa ditempatkan pada posisi yang paling atas dalam pendefinisian fungsi. Hal ini hanya merupakan kebiasaan. Tujuannya untuk memudahkan pencarian terhadap program utama bagi pemrogram. Jadi bukanlah merupakan suatu keharusan.
2.4.4 Pengenalan Praprosesor #include
#include merupakan salah satu jenis pengarah praprosesor (preprocessor directive). Pengarah praprosesor ini dipakai untuk membaca file yang di antaranya berisi deklarasi fungsi dan definisi konstanta. Beberapa file judul disediakan dalam C. File-file ini mempunyai ciri yaitu namanya diakhiri dengan ekstensi .h. Misalnya pada program #include <stdio.h> menyatakan pada kompiler agar membaca file bernama stdio.h saat pelaksanaan kompilasi.Bentuk umum #include:
#include “namafile”
Bentuk pertama (#include <namafile>) mengisyaratkan bahwa pencarian file dilakukan pada direktori khusus, yaitu direktori file include. Sedangkan bentuk kedua (#include “namafile”) menyatakan bahwa pencarian file dilakukan pertama kali pada direktori aktif tempat program sumber dan seandainya tidak ditemukan pencarian akan dilanjutkan pada direktori lainnya yang sesuai dengan perintah pada sistem operasi.
2.4.5 Operator Relasi
Operator relasi biasa dipakai untuk membandingkan dua buah nilai. Hasil pembandingan berupa keadaan benar atau salah. Keseluruhan operator relasi pada C.
Tabel 2.12 Operator Relasi
2.4.6 Operator Logika.
Operator logika biasa dipakai untuk menghubungkan ekspresi relasi. Keseluruhan operator logika ditunjukkan pada tabel 2.13.
Tabel 2.13 Operator Logika
Bentuk pemakaian operator && dan || adalah:
operand1 operator operand2 2.4.7 Pernyataan Bahasa C
2.4.7.1 Pernyataan if
if (kondisi ) pernyataan;
Bentuk ini menyatakan :
Jika kondisi yang diseleksi adalah benar (bernilai logika = 1), maka pernyataan yang mengikutinya akan diproses.
Sebaliknya, jika kondisi yang diseleksi adalah tidak benar (bernilai logika = 0), maka pernyataan yang mengikutinya tidak akan diproses. Mengenai kodisi harus ditulis diantara tanda kurung, sedangkan pernyataan dapat berupa sebuah pernyataan tunggal, pernyataan majemuk atau pernyataan kosong. Diagram alir dapat dilihat seperti gambar 2.31.
Gambar 2.31 Diagram alir if
kondisi
pernyataan
benar
salah
2.4.7.2 Pernyataan if-else
Pernyataan if-else memiliki bentuk : if (kondisi) pernyataan-1;
else pernyataan-2;
Jika kondisi benar, maka pernyataan-1 dijalankan.
Sedangkan bila kondisi bernilai salah, maka pernyataaan-2
yang dijalankan.
Masing-masing pernyataan-1 dan pernyataan-2 dapat berupa sebuah pernyataan tunggal, pernyataan majemuk ataupun pernyataan kosong.
Gambar 2.32 Diagram alir if-else
kondisi
Pernyataan1
benar salahPernyataan2
2.4.7.3 Pernyataan Switch2.4.7.3.1 Pernyataan switch Tunggal
Bentuk sintak dari statement switch tunggal adalah sebagai berikut:
switch(kondisi) { case konstanta1: statemen-statemen; break; casekonstanta2: statemen-statemen; break; . . default; statemen-statemen; }