BAB 2
LANDASAN TEORI
Kemajuan teknologi semikonduktor telah memungkinkan manusia untuk memadukan ribuan transistor beserta komponen yang lain dalam suatu chip yang dikenal sebagai IC (Integrated Circuit). Namun demikian, kebutuhan manusia yang jauh lebih kompleks menuntut spesifikasi khusus dan unik dari semikonduktor pada setiap kasusnya. Sebagai solusinya, para ilmuan dan produsen semikonduktor mengembangkan piranti yang dapat diprogram (Programmable Devices) sesuai dengan keperluan.
Penggunaan piranti yang diprogrammable memiliki banyak keuntungan, terutama dalam hal penekanan biaya, penghematan ruang dan fleksibilitas tinggi. Dengan manipilasi software, piranti programmable dapat meminimkan pengunaan piranti fisik dan mengoptimalkan unjuk kerja sistem. Selain praktis dan murah, mikrokontroller juga mudah untuk diaplikasikan pada berbagai keperluan.
2.1. Mikrokontroler jenis AVR
pendukung tidak seperti mikrokontroller yang sistem pendukungnya terpisah atau terbentuk secara parsial, seperti RAM, ROM, dan mikroprosessor sendiri.
Keunggulan AVR dibanding dengan mikrokontroller lain, memiliki kecepatan eksekusi, karena sebagian besar instruksi diproses dalam satu siklus clock, jika dibandingkan dengan mikrokontroller jenis MCS-51 yang mengeksekusi satu instruksi dengan 12 siklus clock.
AVR memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, Watchdog timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, komparator) sehingga fasilitas ini programmer dan desainer dapat menggunakannya dalam berbagai aplikasi elektronika seperti robot, automasi industri, peralatan telekomunikasi dan keperluan lainnya.
Beberapa produsen mikrokontroller mengeluarkan jenis mikrokontroller yang memiliki fitur-fitur yang sangat beragam jenisnya seperti AVR jenis ATtiny, ATmega dan AT90. Dari segi jumlah pin dan memori dapat kita lihat perbedaan jenis mikrokontroller seperti table di bawah ini.
Tabel 2. 1 Jenis-jenis AVR
Mikrokontroller Memori
Tipe Jumlah Pin Flash EEPROM SRAM
Pemograman AVR dengan bahasa C lebih baik dari bahasa pemograman lainnya. Karena bahasa pemograman independen terhadap hardware C. keunggulan lainnya penyusunan program besar dapat dilakukan dengan mudah dan program yang telah jadi dapat digunakan ke jenis AVR lainnya dengan hanya mengubah fungsi – fungsi port dan registernya.
Beberapa faktor pertimbangan penting untuk memilih mikrokontroller jenis AVR antara lain:
- Harga mikrokontroller yang lebih murah dibanding mikroprosesor;
- Ukuran memori mikrokontroller yang cukup besar dan untuk menambah memorinya dapat digunakan memori eksternal;
- Fitur ADC, Timer, PWM, USART, dan fasilitas lainnya yang memudahkan Designer dalam merancang sistem;
- Kecepatan eksekusi program dimana instruksi dieksekusi dalam 1 clock sementara mikrokontroller jenis MCS51 atau mengeksekusi instruksi dalam 12 clock;
- Adanya clock internal sehingga mikrokontroller dapat digunakan tanpa menggunakan crystal;
2.2. Mikrokontroller AVR ATmega8535
Mikrokontroller ATmega8535 adalah mikrokontroller 8bit CMOS dengan menggunakan daya rendah dan menjalankan semua instruksi dalam satu siklus clock. Mikrokontroller ATmega8535 dikombinasikan dengan 16 buah register. Semua register terhubung dengan langsung dengan ke Aritmetical Logical Unit, membiarkan 2 register untuk diakses di dalam satu instruksi dieksekusi dalam satu clock.
2.2.1 Spesifikasi ATmega8535
• High-performance, Low-power AVR® 8-bit Microcontroller • Advanced RISC Architecture
– 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution – 32 x 8 General Purpose Working Registers
– Fully Static Operation
– Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz – On-chip 2-cycle Multiplier
• Nonvolatile Program and Data Memories
– 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash Endurance: 10,000 Write/Erase Cycles
– Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits In-System Programming by On-chip Boot Program True Read-While-Write Operation
– 512 Bytes EEPROM
Endurance: 100,000 Write/Erase Cycles – 512 Bytes Internal SRAM
– Programming Lock for Software Security • Peripheral Features
– Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes – One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
– Four PWM Channels – 8-channel, 10-bit ADC
8 Single-ended Channels
7 Differential Channels for TQFP Package Only
2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x for TQFP Package Only
– Byte-oriented Two-wire Serial Interface – Programmable Serial USART
– Master/Slave SPI Serial Interface
– Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator – On-chip Analog Comparator
• 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
• I/O and Packages
– 32 Programmable I/O Lines
– 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF • Operating Voltages
– 2.7 - 5.5V for ATmega8535L – 4.5 - 5.5V for ATmega8535 • Speed Grades
– 0 - 16 MHz for ATmega8535
2.2.2. Konfigurasi Pin AVR ATmega8535
Konfigurasi pin-pin Atmega8535 dapat kita lihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.2. Pin-pin ATmega8535
Alternatif PORT A
Untuk mengaktifkan fungsi ADC pada PORT A dengan Code Vision AVR akan dibahas di bab selanjutnya tentang teknik pemrogram C pada ATmega8535 dengan menggunakan software yang telah disebutkan di atas.
Fungsi PORT A dapat kita lihat pada tabel di bawah ini: Tabel 2. 2 PORT A
Port Fungsi Alternatif PA7 ADC7 ( ADC input channel 7) PA6 ADC6 ( ADC input channel 6) PA5 ADC5 ( ADC input channel 5) PA4 ADC4 ( ADC input channel 4) PA3 ADC3 ( ADC input channel 3) PA2 ADC2 ( ADC input channel 2) PA1 ADC1 ( ADC input channel 1) PA0 ADC0 ( ADC input channel 0)
Alternatif PORT B
Tabel 2. 3 PORT B
PORT Fungsi Alternatif
PB7 SCK(SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO(SPI bus master input/slave output) PB5 MOSI(SPI Bus Master Output /Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)
PB3
AIN1(Analog Comparator Negative Input) OCO (TIMER /COUNTER OUTPUT COMPARATOR MATCH OUTPUT)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/Counter External Counter Input)
PB0
T0T1 (Timer/Counter) External Counter Input XCX (USART EXTERNAL CLOCK INPUT/OUTPUT)
Alternatif PORT C
Fungsi PORT C dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 2. 4 Fungsi PORT C
PORTC FUNGSI KHUSUS
PC7 TOSC2(TIMER OSCILATOR PIN2) PC6 TOSC1(TIMER OSCILATOR PIN1) PC5 TDI(JTAG TEST DATA IN)
PC3 TMS(JTAG TEST MODE SELECT) PC2 TCK(JTAG TEST CLOCK)
PC1 SDA(TWO WIRE SERIAL BUS DATA IN/OUT LINE) PC0 SCL(TWO WIRE SERIAL BUS CLOCK LINE)
Alternatif PORTD
Fungsi PORT D dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 2. 5 Fungsi PORT D
PIN FUNGSI KHUSUS
7 OC2 (TIMER COUNTER2 COMPARE MATCH OUTPUT 6 ICP (TIMER/COUNTER1 INPUT COMPARE CAPTURE PIN) 5 OC1A (TIMER/COUNTER1 OUTPUT COMPARE A MATCH OUT) 4 OC1B (TIMER/COUNTER OUTPUT COMPARE B MATCH OUTPUT) 3 INT1 (EXTERNAL INTERRUPT 1 INPUT)
2 INT0 (EXTERNAL INTERRUPT 0 INPUT) 1 TXD (USART OUTPUT PIN)
0 RXD (USART INPUT PIN)
2.2.3. Program Memori
Untuk keamanan program, memori program flash dibagi ke dalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan aplikasi. Boot loader adalah program kecil yang bekerja pada saat start up time yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosessor.
Memori Data (SRAM)
ATmega8535 memiliki 512 Byte data SRAM, memori ini dipakai sebagai penyimpan variabel Tempat khusus di SRAM yang senantiasa ditunjuk register SP disebut stack. Stack berfungsi untuk menyimpan nilai yang dipush.
EEPROM
ATmega8535 memiliki memori data EEPROM sebesar 512 Byte. Dia dibangun sebagai wilayah dan jarak memori, yang mana dapat diprogram dan dibaca. EEPROM dapat diprogram, dibaca dan dihapus sebanyak 100.000 kali.
Data yang tersimpan di EEPROM akan tetap tersimpan walaupun mikrokontroller ATmega16 tidak diberi catu daya.
2.3. Memori Penyimpanan Suara ISD2560
termasuk didalamnya, microphone preamplifier, automatic gain control (AGC), antialiasing filter, smoothing filter, dan speaker amplifier (Anonim, 2003).
Dalam hal kualitas suara, ISD2560 memiliki masukan sampling frequency sekitar 8.0 KHz. Contoh suara akan disimpan secara langsung ke dalam IC pada bagian nonvolatile memory tanpa proses digitalisasi dan kompresi, sehingga suara yang tersimpan tidak akan hilang jika sumber daya pada IC dilepas. Penyimpanan suara analog secara langsung dengan bantuan microphone, sedangkan tiruan dari suara asli, musik, nada, dan efek suara bisa dimasukkan ke dalam IC ini dengan bantuan kabel keluaran audio yang disambungkan dengan salah satu pin dari IC. Selain itu, ISD2560 juga bisa dihubungkan dengan mikrokontroler. Jalur alamat dan jalur kendali bisa dihubungkan dengan input/output pada mikrokontroler dan dapat dimanipulasi untuk menampilkan variasi dari tugas. Termasuk didalamnya kumpulan pesan yang terekam, urutan pesan suara, serta pengelolaan pesan suara yang ada di dalam ISD2560.
Fitur yang dimiliki ISD2560 sebagai berikut :
1. Mudah untuk menggunakan ISD2560 sebagai perekam dan putar ulang. 2. Memiliki kualitas yang bagus pada suara asli ataupun suara tiruan.
3. Saklar manual ataupun mikrokontroler bisa digunakan pada saat putar ulang, yaitu dengan memberikan pulsa aktivasi.
4. Memiliki durasi rekam atau putar ulang selama 60 detik.
6. Jika pesan suara yang direkam ada banyak, bisa digunakan alamat-alamat yang terdapat pada ISD2560.
2.3.1. Konfigurasi Pin ISD2560
Gambar 2.3. Konfigurasi Pin ISD2560
Secara fungsional konfigurasi pin ISD2560 adalah sebagai berikut :
1. Voltage input (VCCA, VCCD), pin yang berfungsi sebagai masukan catudaya. 2. Ground input (VSSA, VSSD), sebagai ground.
3. Power down input (PD), pada saat dilakukan proses perekaman dan putar balik, pin PD harus diset tinggi (PD=1)
5. Playback/record input (P/R), saat merekam pin P/R diset 0, sedangkan saat memutar ulang P/R diset 1.
6. End of message/run output (EOM), sebagai tanda saat pesan telah selesai dan melampaui maka pulsa output EOM akan rendah dalam waktu TEOM.
7. Overflow output (OVF), sinyal pulsa ini akan rendah pada saat akhir dari kapasitas memori, yang mengindikasikan bahwa memori telah penuh terisi dan pesan mengalami overflow/kelebihan. Output OVF akan menigkuti pin CE hingga pulsa PD melakukan reset.
8. Microphone input (MIC), sebagai masukan microphone, input suara yang akan direkam ke dalam IC.
9. Microphone reference input (MIC REF), dihubungkan seri dengn kapasitor dan digroundkan. Jika tidak digunakan, pin ini dibiarkan tidak terhubung.
10. Automatic gain control input (AGC), secara terus menerus mengatur penguatan pada preamplifier untuk mengimbangi lebar batas level microphone input. AGC mengizinkan hingga batas mkasimal suara untutk direkam dengan perubahan yang minimum.
11. Analog output (ANA OUT), pin ini menyediakan preamp output untutk digunakan pengguna.
12. Analog input (ANA IN), sinyal pada pin ini diteruskan pada chip internal untuk proses perekaman. Jika menggunakan input lain selain microphone maka pada pin ini dipasang kapasitor. Jika menggunanan microphone (MIC) maka ANA IN dihubungkan seri melalui kapasitor terhadap ANA OUT.
14. Speaker output (SP+/SP-), sebagai keluaran dari IC yang disambungkan ke speaker.
15. Auxiliary input (AUX IN), pin ini digunakan jika terdapat input tambahan dari perangkat lain.
16. Address/mode input (A0-A9), pin ini memiliki dua fungsi tergantung level pada dua Most Significant Bit (MSB) address yaitu A8 dan A9. Jika salah satu atau kedua diset rendah maka address/mode input tersebut difungsikan sebagai address/alamat. Jika kedua MSB diset tinggi maka address/mode input difungsikan sebagai mode bit.
2.3.2. Pemilihan Mode ISD 2560
ISD2560 dirancang dengan beberapa mode operasi yang terdapat di dalamnya, sehingga memiliki fungsi maksimal dengan sedikit komponen eksternal. Ketika dua Most Significant Bit (MSB) A8 dan A9 dalam posisi logika “high”, address signal diterjemahkan sebagai mode operasi.
Mode operasinya sebagai berikut :
1. M0 – Massage Cueing (Pesan Isyarat)
2. M1 – Delete EOM Markers (Penanda EOM)
Mode operasi M1 mengizinkan pesan yang tersimpan secara beruntun untuk digabungkan menjadi sebuah pesan tunggal, hanya dengan mengatur sebuah penanda EOM pada akhir bagian pesan. Ketika mode operasi ini dijalankan, pesan yang tersimpan secara berurutan dimainkan ulang seperti sebuah pesan bersambung.
3. M2 – Tidak digunakan
4. M3 – Massage Looping (Pesan Berulang)
Mode operasi M3 mengizinkan perulangan pesan bersambung secara otomatis pada alamat awal. Sebuah pesan dapat diisikan secara lengkap pada IC ini, dan melakukan perulangan dari awal hingga akhir tanpa membuat OVF low.
5. M4 – Consecutive Addressing (Pengalamatan Berurutan)
Selama operasi normal, alamat pointer akan reset ketika sebuah pesan dimainkan melalui sebuah penanda EOM. Mode operasi M4 mencegah alamat pointer mengaktifkan EOM.
6. M5 – CE-Level Activated
Mode ini secara khusus berguna untuk mengakhiri operasi putar ulang dengan menggunakan sinyal CE. Pada mode ini, sinyal low CE memulai sebuah siklus putar ulang. Siklus putar ulang berlangsung selama kondisi CE low, ketika CE menjadi high, kondisi putar ulang langsung berakhir. Sebuah sinyal low baru pada CE akan memulai pesan dari awal kecuali M4 juga high.
7. M6 – Push Button Mode (Mode Push Button)
ini membentuk peralatan dalam mode operasi push button, 2 MSB harus dibuat high, dan pin mode M6 juga harus dibuat high. Ketika mode operasi ini dijalankan, 3 pin pada komponen memiliki fungsi pengganti.
2.3.3. Rangkaian Perekam Suara ISD 2560
Sebagai output suara ini, digunakan sebuah IC suara yaitu ISD2560 dengan waktu lama penyimpanan selama 60 detik. Dari IC suara tersebut dapat didengar suara yang telah direkam. IC suara ISD2560 dapat merekam suara selama 60 detik dan dapat direkam sampai 100.000 kali. IC ISD2560 dioperasikan dalam mode address bit artinya setiap kata yang direkam memiliki alamat sendiri.
Gambar 2.4 Rangkaian Perekam Suara ISD 2560
yaitu langsung memasukkan suara dengan bantuan mic kondensor melalui header MIC yang terhubung dengan pin MIC (kaki17) dan MICREF (kaki18) pada ISD2560. Pada saat melakukan perekaman suara ke ISD2560 perlu diperhatikan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Tentukan alamat suara terlebih dahulu, merupakan tempat untuk menyimpan suara hasil rekaman dengan mengatur dip switch, pada pin 1 sampai pin 8. Pin 9 dan pin 10 dihubungkan dengan ground karena digunakan mode pengalamatan sedangkan pin 1 sampai pin 8 digunakan sebagai bit-bit alamat pada IC suara.
2. Tekan switch1 dan switch2 secara bersamaan dan tahan pada saat merekam. Switch1 ditekan agar pin CE terhubung ke ground (LOW) sehingga dapat mengaktifkan proses perekaman, sementara switch2 ditekan agar pin P\R terhubung ke ground (LOW) juga sehingga akan dilakukan proses merekam (jika pin P\R diset HIGH maka akan menjadi proses putar ulang).
3. Berikan masukan berupa suara yang telah diedit melalui software pengolah suara, dari output audio komputer melalui pin ANA IN dan ground, selain itu juga bisa menggunakan rangkaian MIC yang telah terhubung ke pin 17 dan pin 18 pada IC suara.
4. Lepas switch1 dan switch2 untuk menghentikan proses perekaman.
2.4. Sensor LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Gambar 2.5 Sensor Suhu LM35
Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5
Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV
Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan.
Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35.
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC 3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
2.5. Liquid Crystal Display (LCD)
untuk menampilkan huruf, angka atau simbol-simbol tertentu. Dalam pengoperasian LCD ada tiga buah line control, yaitu line EN, line RS, dan line RW. Jika LCD diperasikan sebagai mode 4 bit, maka diperlukan 7 buah line (3 line control dan 4 data bus). Sedangkan jika dioperasikan sebagai 8 mode bit diperlukan 11 buah line (3 line control dan 8 data bus).
Gambar 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) M1632
Pin 1 dan 2 merupakan line power supply. Pin Vdd terhubung dengan positive supply (5 V dc), dan Vss dengan 0 V supply atau ground. Pin 3 (Vee) adalah pin control yang digunakan untuk mengatur ketajaman karakter yang tampil di LCD. Pin terhubung dengan resistor variable. Pin 4 adalah line RS (Register Select). Saat RS low, data yang ada di data bus diperlakukan sebagai instruksi khusus seperti: clear screen, positioning cursor, dll. Saat RS high, data yang ada di data bus diperlakukan sebagai karakter/teks yang kemudian ditampilkan ke LCD.
