2.1 Mikrokontroler AVR ATmega8
Mikrokontroler adalah sebuah computer kecil (“special purpose computers”) di dalam satu IC yang berisi CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial dan parallel, Port input/output, ADC. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suau program (Andrianto.2013).
Pada saat ini penggunaan mikrokontroler dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya peralatan yang terdapat di rumah, seperti telpon digital, microwave oven, televisi, mesin cuci, sistem keamanan rumah, PDA, dan lain-lain. Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai plikasi misalnya untuk pengendalian, otomasi industri, akuisisi data, telekomunikasi dan lain-lain. Saat ini keluarga mikrokontroler yang ada di pasaran yaitu Intel 8048 dan 8051(MCS51), Motorola 68HC11, Microchip PIC, Hitachi H8, dan Atmel AVR (Andrianto.2013).
AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 8K byte in-System Programmable Flash. Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan kecepatan maksimum 16MIPS pada frekuensi 16MHz. Jika dibandingkan dengan ATmega8L perbedaannya hanya terletak pada besarnya tegangan yang diperlukan untuk bekerja. Untuk ATmega8 tipe L, mikrokontroler ini dapat bekerja dengan tegangan antara 2,7 - 5,5 V sedangkan untuk ATmega8 hanya dapat bekerja pada tegangan antara 4,5 – 5,5 V (http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/535/jbptunikompp-gdl-indrapurna-26711-5-unikom_i-i.pdf).
ATmega8 adalah low power mikrokontroler 8 bit dengan arsitektur RISC. Mikrokontroler ini dapat mengeksekusi perintah dalam satu periode clock untuk setiap instruksi. Berikut ini adalah contoh gambar ATmega8 yang terdapat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.1. Mikrokontroler ATmega8
(http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Nondegree-14534-paperpdfpdf.pdf)
Mikrokontroler ini diproduksi oleh atmel dari seri AVR. Untuk seri AVR ini banyak jenisnya, yaitu ATmega8, ATmega8535, Mega8515, Mega16, dan lain-lain. Beberapa fitur dari ATmega8 adalah sebagai berikut :
1. 8 Kbyte Flash Program 2. 12 Kbyte EEPROM 3. 1 Kbyte SRAM
4. 2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit 5. Analog to digital converter 6. USART
7. Analog comparator
2.1.1 Konfigurasi Pin ATmega8
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin ATmega8
(http://www.atmel.com/images/atmel-2486-8-bit-avr-microcontroller atmega8_l_datasheet.pdf)
ATmega8 memiliki 28 Pin, yang masing-masing pinnya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8 yaitu sebagai berikut :
1. VCC
Merupakan supply tegangan digital. 2. GND
Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding. 3. Port B (PB7...PB0)
oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.
4. Port C (PC5…PC0)
Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing-masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source). 5. RESET/PC6
Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapat pada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja.
6. Port D (PD7…PD0)
Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.
7. AVcc
menghubungkannya secara terpisah dengan VCC. Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.
8. AREF
Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC (http://elib.unikom.ac.id/files/ disk1/535/jbptunikompp-gdl-indrapurna-26711-5-unikom_i-i.pdf).
Gambar 2.3. Blok Diagram ATmega8
Pada AVR status register mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini digunakan untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa pengoperasian. Register ini di-update setelah operasi ALU (Arithmetic Logic Unit) hal tersebut seperti yang tertulis dalam datasheet khususnya pada bagian Instruction Set Reference. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat membuang penggunaan kebutuhan instruksi perbandingan yang telah didedikasikan serta dapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan dan kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis tersimpan ketika memasuki sebuah rutin interupsi dan juga ketika menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal tersebut harus dilakukan melalui software. Berikut adalah gambar status register.
Gambar 2.4. Status Register ATmega8
(http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/535/jbptunikompp-gdl-indrapurna-26711-5-unikom_i-i.pdf)
1. Bit 7(I)
2. Bit 6(T)
Merupakan bit Copy Storage. Instruksi bit Copy Instructions BLD (Bit Load) and BST (Bit Store) menggunakan bit ini sebagai asal atau tujuan untuk bit yang telah dioperasikan. Sebuah bit dari sebuah register dalam Register File dapat disalin ke dalam bit ini dengan menggunakan instruksi BST, dan sebuah bit di dalam bit ini dapat disalin ke dalam bit di dalam register pada Register File dengan menggunakan perintah BLD.
3. Bit 5(H)
Merupakan bit Half Carry Flag. Bit ini menandakan sebuah Half Carry dalam beberapa operasi aritmatika. Bit ini berfungsi dalam aritmatika BCD.
4. Bit 4(S)
Merupakan Sign bit. Bit ini selalu merupakan sebuah ekslusif di antara Negative Flag (N) dan two’s Complement Overflow Flag (V).
5. Bit 3(V)
Merupakan bit Two’s Complement Overflow Flag. Bit ini menyediakan fungsi aritmatika dua komplemen.
6. Bit 2(N)
Merupakan bit Negative Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil negative di dalam sebuah fungsi logika atai aritmatika.
7. Bit 1(Z)
Merupakan bit Zero Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah jasil nol “0” dalam sebuah fungsi aritmatika atau logika.
8. Bit 0(C)
2.1.2 Peta Memori ATmega8
Gambar 2.5. Peta Memori ATmega8
(http://www.atmel.com/images/atmel-2486-8-bit-avr-microcontroller atmega8_l_datasheet.pdf)
Memori atmega terbagi menjadi tiga yaitu :
1. Memori Flash
2. Memori Data
Memori data adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi menjadi empat bagian yaitu :
32 GPR (General Purphose Register) adalah register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh ALU (Arithmatich Logic Unit), dalam instruksi assembler setiap instruksi harus melibatkan GPR. Dalam bahasa C biasanya digunakan untuk variabel global atau nilai balik fungsi dan nilai-nilai yang dapat memperingan kerja ALU. Dalam istilah processor komputer sahari-hari GPR dikenal sebagai “chace memory”.
I/O register dan Aditional I/O register adalah register yang difungsikan khusus untuk mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler seperti pin port, timer/counter, usart dan lain-lain. Register ini dalam keluarga mikrokontrol MCS51 dikenal sebagi SFR(Special Function Register).
3. EEPROM
EEPROM adalah memori data yang dapat mengendap ketika chip mati (off), digunakan untuk keperluan penyimpanan data yang tahan terhadap gangguan catu daya.
2.1.3. Timer/Counter 0
Timer/counter 0 adalah sebuah timer/counter yang dapat mencacah sumber pulsa/clock baik dari dalam chip (timer) ataupun dari luar chip (counter) dengan kapasitas 8-bit atau 256 cacahan. Timer/counter dapat digunakan untuk :
1. Timer/counter biasa
2. Clear Timer on Compare Match (selain Atmega 8) 3. Generator frekuensi (selain Atmega 8)
2.1.4. Komunikasi Serial Pada ATmega8
Mikrokontroler AVR Atmega 8 memiliki Port USART pada Pin 2 dan Pin 3 untuk melakukan komunikasi data antara mikrokontroler dengan mikrokontroler ataupun mikrokontroler dengan komputer. USART dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron, dan asinkron. Sinkron berarti clock yang digunakan antara transmiter dan receiver satu sumber clock. Sedangkan asinkron berarti transmiter dan receiver mempunyai sumber clock sendiri-sendiri. USART terdiri dalam tiga blok yaitu clock generator, transmiter, dan receiver.
Gambar 2.6.Blok USART
2.1.4.1 Clock Generator
Clock generator berhubungan dengan kecepatan transfer data (baud rate), register yang bertugas menentukan baud rate adalah register pasangan.
2.1.4.2. USART Transmitter
Usart transmiter berhubungan dengan data pada Pin TX. Perangkat yang sering digunakan seperti register UDR sebagi tempat penampungan data yang akan ditransmisikan. Flag TXC sebagai akibat dari data yang ditransmisikan telah sukses (complete), dan flag UDRE sebagai indikator jika UDR kosong dan siap untuk diisi data yang akan ditransmisikan lagi.
2.1.4.3. USART Receiver
Usart receiver berhubungan dengan penerimaan data dari Pin RX. Perangkat yang sering digunakan seperti register UDR sebagai tempat penampung data yang telah diterima, dan flag RXC sebagi indikator bahwa data telah sukses (complete) diterima (http: // elib. unikom. ac. Id / files / disk1 / 535 / jbptunikompp – gdl -indrapurna – 26711 – 5 - unikom_i-i.pdf).
2.1.5. Sistem Minimum ATmega8
Gambar 2.7. Sistem Minimum ATmega8
2.2. Driver Motor
2.2.1 Driver H-Bridge Motor DC
Pada driver motor H-Bridge ini terdapat komponen transistor dan dioda. Transistor pada rangkaian driver motor DC H-Bridge berfungsi sebagai saklar elektronik untuk mengalirkan arus ke motor DC secara bridge. Daya maksimum pengendalian motor DC dengan metode bridge ini ditentukan oleh kapasitas maksimum transistor mengalirkan arus listrik.
Gambar 2.8. Rangkaian Driver Motor H-bridge
2.2.2 Driver Relay Motor DC
Pada rangkaian driver relay motor DC alat terdapat konponen IC ULN2003 dan juga relay.
IC ULN2003 berfungsi sebagai penguat daya (arus/tegangan) sehingga dapat menggerakkan relay karena sinyal yang diterima dari mikrokontoler tidak dapat mencukupi (http://pccontrol.wordpress.com/2011/05/04/driver-relay/).
Gambar 2.9 Rangkaian Driver Relay Motor DC
2.3. Motor DC
Sebuah motor listrik adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC mengembangkan momen yang besar dan memungkinkan pengaturan jumlah putaran tanpa tahapan. Jumlah putaran motor dapat melebihi medan putarnya (Handayani,dkk.2008).
Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dan lain-lain. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri.
2.3.1. Konstruksi Dasar Motor DC
Gambar 2.10. Konstruksi Dasar Motor DC (Handayani,dkk.2008)
Bagian rotor (pada mesin DC seringkali disebut jangkar) terbuat dari poros baja beralur dan lilitan kawat pada alur-alur tersebut. Untuk mesin dengan daya hingga 1 kW, terdiri dari sebuah komutator berkutub utama, yang terbuat dari baja atau lempeng elektro dengan lilitan kawat. Sepatu-sepatu kutub dari kutub utama terdapat lilitan kompensasi. Gambar 2.11 menunjukkan potongan sebuah mesin DC, dengan komutator di ujung motor. Sikat arang (carbon brush) adalah bagian dari stator. Sikat ini ditahan oleh pemegang sikat (brush holder).
Sebuah komutator terdiri dari segmen-segmen tembaga, dimana setiap ujungnya disambungkan dengan ujung lilitan rotor. Komutator adalah bagian mesin listrik yang perlu sering dirawat dan dibersihkan. Bagian ini bersinggungan dengan sikat arang untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor. Gambar 2.12 menunjukkan bagian dari sebuah komutator dan bagian lain yang saling berkaitan.
Gambar 2.12. Potongan Mesin DC (Handayani,dkk.2008)
2.3.2. Prinsip Kerja Motor DC
Motor-motor DC pada awalnya membutuhkan momen gerak (gaya torsi) yang besar dan tidak memerlukan kontrol kecepatan putar. Kecepatan putar motor selanjutnya akan dikontrol oleh medan magnet. Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua garis medan magnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utara-selatan melewati jangkar. Lilitan jangkar yang dialiri arus listrik DC mengasilkan magnet dengan arah kekiri ditunjukkan anak panah.
Gambar 2.13. Medan Eksitasi dan Medan Jangkar (Handayani,dkk.2008)
2.3.3. Jenis-jenis Motor DC 2.3.3.1 Motor Shunt
Rangkaian eksitasi motor shunt terletak paralel dengan jangkar. Putaran akan turun dengan naik-nya momen torsi. Pada kondisi tanpa beban, karakteristik motor shunt arus eksitasinya tidak tergantung dari sumber tegangan yang mencatunya. Putaran jangkar akan turun dengan naiknya momen torsi.
Gambar 2.15. Karekeristik Motor Shunt (Handayani,dkk.2008)
2.3.3.2 Motor Seri
Rangkaian eksitasi motor seri dipasang secara seri terhadap jangkar. Diantara jenis motor DC lainnya, motor seri memerlukan momen torsi awal paling besar. Hal yang perlu diperhatikan, bahwa motor seri tidak boleh dioperasikan dalam kondisi tanpa beban.
Gambar 2.16. Rangkaian Ekivalen Motor Seri
2.3.3.3 Motor Kompon
Pada motor kompon, kutub utama berisi rangkaian seri dan paralel. Dalam kondisi tanpa beban, motor kompon mempunyai sifat seperti motor shunt. Pada kondisi beban terpasang, dengan momen torsi yang sama, akan didapat putaran sedikit lebih tinggi.
Gambar 2.18. Rangkaian Ekivalen Motor Kompon
Gambar 2.19. Karekteristik Motor Kompon (Handayani,dkk.2008)
2.4. Motor Power Window
difungsikan sebagai driver motor yang sangat cocok sebagai pengendali motor DC yang input tegangannya ≥ 12.
Gambar 2.20. Motor DC Power Window (Husna,2012)
Motor DC power window biasanya digunakan untuk menaikan dan menurunkan kaca pada pintu mobil. Motor ini memiliki gear yang dapat mengunci pergerakan, sehingga posisi putaran hanya akan tearah oleh motor DC itu sendiri. Motor ini dibedakan menjadi dua arah posisi motor, yaitu motor kiri dan kanan yang keduanya memiliki posisi gear yang berlawanan.
Berikut ini meupakan spesifikasi dari motor DC (Motor Power Window) dan Relay Power Window :
Motor Power Window Rate voltage : DC 12 volt
Operating Voltage Range : DC 10 – 16 volt
Operating Temperature Range : - 300 C – (+) 800 C -220 F – (+) 1760 F Speed : 40 ± 5 rpm
Load : 4 N.m
