Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
disusun oleh
ANTONIUS WAHYU PRIYONO
00 5114 041
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
i
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree
in Electrical Engineering
By
ANTONIUS WAHYU PRIYONO
00 5114 041
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF ENGINEERING
SANATA DHARMA UNIVERSITY
iv
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini
tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan
dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 26 Juli 2007
Penulis
v
G loire à D ieu seul! S on n om rayon ne en ses ou vrages
Il porte dan s sa m ain l’un ivers réu n i
Il m it l’étern ité par-d elà tou s les âges
P ar-delà tou s les cieu x il jeta l’in fini
Il a dit au chaos sa parole fécon de
E t d’u n m ot de sa voix laissé tom ber le m onde!
L ’archange au près de lu i com pte les n ation s;
Q uan d, des jou rs et des lieu x fran chissant les espa ces,
Il dispense au x siècles leu rs races
vi
LCD, buzzer, keypad dan modul tranceiver RS-485. dengan menggunakan AVR AT90S2313 dan penampil LCD menggunakan HD44780U Hitachi sehingga alat ini cukup kecil dan mudah untuk mengoperasikannya. Alat ini akan menampilkan hasilnya pada LCD setiap menitnya dam satuan counts/minute (CPM).
vii
buzzer, a keypad and RS-485 transceiver module. Based upon the AVR AT90S2313 and the LCD display used HD44780U (LCD-II) from Hitachi make it small enough and easier to operate it. It will show the result on LCD display every minute in counts/minute (CPM) unit.
viii
karena atas limpahan kasih dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu dan terlibat dalam
penyelesaian laporan tugas akhir dan selama masa kuliah. Terima kasih kepada
Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan bimbingan, saran dan solusi, sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir ini.
Terima kasih juga kepada Bapak Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku
Ketua Jurusan Teknik Elektro dan seluruh dosen Jurusan Teknik Elektro USD
yang telah memberikan banyak pelajaran berharga selama masa kuliah. Terima
kasih kepada Pak Djito yang dengan sabar telah banyak membantu penulis dalam
hal administrasi. Mas Sur, Mas Broto, Mas Mardi dan segenap staf serta karyawan
Fakultas Teknik USD, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih.
Penulis juga ingin menyampaikan “my deep gratitude goes to my beloved
mother for offering her love, support, and guidance throughout the years. My
deeply gratitude also goes to my late father, I am sure that he always prays for me
and watches over me from heaven. You are always in my heart. My gratitude also
goes to my late uncle, K.R.T Mandoyonegoro for his incredible love and support.
You have taught me to see the life with dignity. For my sibling, I love you.”
Seluruh teman-teman Jurusan Teknik Elektro USD, khususnya angkatan
2000, “pour vos bienveillances et aides, ensemble et souvenirs, merci beaucoup.
Surtout Titus, Bambang et Leo, vous êtes mes cher amis.”
Kepada semua pihak yang telah membantu selama penyusunan laporan
tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu penulis ingin
ix
x
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING... ii
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI... iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP ... v
INTISARI... vi
ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 1
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan dan Manfaat ... 3
1.5 Metodologi Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan... 4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Radioaktivitas dan Pengukuran Radiasi Radioaktif... 6
2.1.1 Pendahuluan ... 6
2.1.2 Hukum Statistik Peluruhan Radioaktif ... 6
2.1.3 Peluruhan Gamma ... 8
2.1.4 Peluruhan Alfa... 9
2.1.5 Peluruhan Beta dan Netrino ... 10
xi
2.1.8.3 Mengukur Besaran Radioaktif dari Hasil Cacahan... 22
2.1.8.4 Inverse Square Law... 22
2.2 Mikrokontroler AVR AT90S2313 ... 24
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR AT90S2313... 24
2.2.2 Instruksi pada Mikrokontroler AVR AT90S2313... 26
2.2.3 Mode Pengalamatan Memori dan program AT90S2313... 26
2.2.4 Periperal-periperal Mikrokontroler AVR AT90S2313... 27
2.2.4.1 2 Kilos Bytes In-System Programmable Flash... 27
2.2.4.2 128 Bytes SRAM ... 27
2.2.4.3 128 Bytes In-System Programmable EEPROM... 28
2.2.4.4 Timer/Counter ... 28
2.2.4.5 128 Bytes In-System Programmable EEPROM... 29
2.2.4.6 SPI Serial Interface untuk In-System Programming... 29
2.2.4.7 On-chip Osilator ... 30
2.2.4.8 Periperal dan Kemampuan Lain AT90S2313 ... 30
2.3 Port Serial ... 30
2.3.1 Karakteristik Port Serial... 30
2.3.2 Modem Null ... 32
2.4 SN75176 RS-485 Driver ... 33
2.4.1 Deskripsi Umum... 33
2.4.2 Karakteristik SN75176 ... 34
2.5 Modul LCD (Liquid Crystal Display) M1632... 35
2.6 Operational Amplifier LM358 Sebagai Inveerting ... 36
2.7 Visual Basic 6 ... 37
2.7.1 Sekilas Visual Basic 6 ... 37
2.7.2 Keistimewaan Visual Basic 6... 38
xii
3.2.1 Perancangan Pencacah... 44
3.2.2 Perancangan Line Driver PC... 48
3.3 Perancangan Perangkat Lunak... 49
3.3.1 Perancangan Program Untuk Mikrokontroler... 49
3.3.1.1 Perancangan Program Utama Pada Mikrokontroler ... 49
3.3.1.2 Subroutine Delay untuk Inisialisasi LCD ... 53
3.3.1.3 Rutin Interupsi Penerimaan Data UART ... 55
3.3.1.4 Rutin Interupsi Timer0 Overflow ... 57
3.3.1.5 Rutin Interupsi Timer 1 Overflow ... 58
3.3.2 Perancangan Program Visual Basic 6 dan Basis Data... 59
3.3.2.1 Pemodelan Use Case (Use Case Modelling) ... 59
3.3.2.2 Context Diagram... 61
3.3.2.3 Diagram Berjenjang ... 61
3.3.2.4 Diagram Arus Data (DAD) ... 62
3.3.2.5 Kamus Data ... 63
3.3.2.6 Diagram Entity Relationship (E-R Diagram) ... 69
3.3.3 Perancangan Anter Muka... 70
3.3.3.1 Layout ... 70
3.3.3.2 Menu dan Fungsi ... 73
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil dan Pembahasan Perangkat Lunak... 76
4.2 Hasil dan Pembahasan Perangkat Keras ... 82
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 85
xiii
Lampiran 2 Firmware... 90
Lampiran 3 Software... 99
Lampiran 4 Table’s Printout... 131
Lampiran 5 Data Sheet AT90S2313 Summary ... 132
Lampiran 6 Data Sheet HD44780U (LCD-II)... 142
xiv
Tabel 2.2 Sensitivitas dari Beberapa Tabung Geiger-Müller ... 23
Tabel 2.3 Fungsi Alternatif Port B ... 28
Tabel 2.4 Fungsi Alternatif Port D ... 28
Tabel 2.5 Pin Konektor D25 dan D9 ... 31
Tabel 2.6 Fungsi Pin-Pin... 32
Tabel 2.7 Fungsi Pin Modul LCD M1632 ... 36
Tabel 3.1 Fungsi Keypad Matriks 4x4... 45
Tabel 3.2 Fungsi Register TCCR0 ... 51
Tabel 3.3 Menu Bar pada Perangkat Lunak... 71
xv
Gambar 2.2 Skema Tabung G-M ... 16
Gambar 2.3 Rangkaian Pencacah G-M Secara Umum... 16
Gambar 2.4 Dead time dari tabung G-M (waktu dalam Sec) ... 17
Gambar 2.5 Proses Ionisasi ... 18
Gambar 2.6 Polarisasi Ion-Ion ... 18
Gambar 2.7 Aliran Elektron ke Pencacah... 19
Gambar 2.8 Pembentukan Kembali Atom ... 19
Gambar 2.9 Diagram Blok AT90S2313 ... 25
Gambar 2.10 Konfigurasi Pin AT90S2313... 29
Gambar 2.11 Koneksi Osilator... 30
Gambar 2.12 Diagram Penyambungan Modem Null ... 33
Gambar 2.13 Konfigurasi Pin SN75176 ... 34
Gambar 2.14 Koneksi SN75176 Untuk Komunikasi Half-Duplex ... 35
Gambar 2.15 Modul LCD M1632 ... 35
Gambar 2.16 Inverting Circuit ... 37
Gambar 2.17 LM 358 ... 37
Gambar 3.1 Diagram Kotak Sistem Basis Data Pengukuran Radioaktif... 42
Gambar 3.2 Diagram Kotak Pencacah... 43
Gambar 3.3 Layout Jendela Utama Program PC ... 43
Gambar 3.4 Rangkaian Penggerak Modul LCD ... 44
Gambar 3.5 Rangkaian Key Pad Matrik 4x4 ... 46
Gambar 3.6 Line Driver Pada Pencacah... 46
Gambar 3.7 Rangkaian Driver Speaker... 47
Gambar 3.8 IC MAX 232 ... 48
Gambar 3.9 Rangkaian Line Driver PC... 49
Gambar 3.10 Diagram Alir Program Utama Mikrokontroler ... 50
xvi
Gambar 3.16 Diagram Use Case ... 60
Gambar 3.17 Context Diagram Sistem... 61
Gambar 3.18 Diagram Berjenjang... 62
Gambar 3.19 Overview Diagram ... 62
Gambar 3.20 Level 0 Cetak Laporan Data... 63
Gambar 3.21 Diagram Level 1 Dari Proses 2... 63
Gambar 3.22 Diagram Entity Relationship dari Sistem... 69
Gambar 3.23 Logical Design Setelah Proses Normalisasi ... 70
Gambar 3.24 Layout Jendela Tabel ... 72
Gambar 3.25 Layout Jendela Grafik... 73
Gambar 3.26 Layout Jendela Options... 75
Gambar 4.1 Jendela Utama ... 76
Gambar 4.2 Menu Connection ... 77
Gambar 4.3 Kotak Dialog Koneksi Gagal ... 77
Gambar 4.4 Menu Tools ... 78
Gambar 4.5 Jendela Device Option ... 79
Gambar 4.6 Data Yang Disimpan Selama 10 Menit ... 79
Gambar 4.7 Jendela Tabel... 80
Gambar 4.8 Jendela Grafik ... 80
Gambar 4.9 Jendela Print Preview... 81
Gambar 4.10 Jendela Tabel Kosong... 82
1 1.1. Latar Belakang
Di dalam kehidupan sehari-hari informasi sangat penting bagi
kehidupan manusia, terlebih informasi dalam dunia industri dan penelitian.
Informasi atau data yang tersusun dan tersimpan dalam sebuah basis data
yang baik sangat menentukan kemajuan, keberhasilan dan keamanan
kegiatan industri dan penelitian tersebut. Sebab dari data tersebut dapat
diketahui apakah suatu proses dalam industri atau penelitian sudah sesuai
dengan apa yang diharapkan, dapat diketahui juga kemajuan atau
ketidakberesan dalam proses tersebut.
Salah satu data yang penting untuk diperhatikan adalah data
mengenai tingkat radiasi radioaktif karena hal ini menyangkut keamanan
dan keselamatan makhluk hidup termasuk manusia di dalamnya. Memang
sekarang telah banyak alat ukur dan alat deteksi radioaktif tetapi
kebanyakan dari alat tersebut hanya mampu memberikan data yang
bersifat real time (terjadi saat itu), tidak dapat menyimpan data dan
kemudian menampilkannya lagi. Meskipun saat ini telah ada alat-alat yang
mampu mengukur dan menyimpan data radiasi radioaktif tetapi harganya
relatif masih mahal.
Seiring dengan perkembangan teknologi PC (personal computer)
dan mikrokontroler dapat dibuat sebuah alat yang mampu menyimpan data
dari pencacah dan detektor radioaktif dangan harga relatif lebih murah.
1.2. Rumusan Masalah
Permasalahan yang diangkat dalam tugas akhir ini adalah
membangun sebuah sistem yang mampu mengolah sinyal-sinyal electrik
akhir ini maksimal 4 detektor, kemudian menampilkan hasil cacahan dan
menyimpannya dalam basis data pada sebuah PC
1.3. Batasan Masalah
Membangun alat pengukur radioaktifitas yang dikendalikan oleh
mikrokontroler AVR AT90S2313 yang akan tersambung dengan pencacah
geiger-müller. Alat terdiri dari unit penampil berupa matriks LCD (Liquid
Crystal Display) 2x16 karakter, keypad kontrol yang berfungsi untuk
memilih mode berdiri sendiri atau terintegrasi dengan PC, line driver yang
menggunakan standar RS-485 dan mikrokontroler AT90S2313. Dengan
menggunakan standar RS-485 memungkinkan pengamat dan detektor
berada pada jarak yang cukup jauh sekitar 1 km, hal ini cukup memberikan
jarak yang aman untuk pengamatan suatu aktivitas radioaktif yang
berbahaya bagi keselamatn pengamat. Selain itu dengan menggunakan
RS-485 memnungkinkan seorang pengamat dapat mengawasi banyak titik.
Dalam penelitian ini memungkinkan pengamat mengamati sebanyak 4
buah titik.
Program pada PC menggunakan Visual Basic 6, program ini akan
menyimpan hasil cacahan dari pencacah dalam basis data berbentuk table
dan dapat juga ditampilkan dalam bentuk grafik. Program ini akan
menyimpan hasil cacahan sesuai dengan waktu yang ditentukan oleh user,
mulai dari awal cacahan sampai cacahan terakhir. Program dapat
mengubah besaran CPM menjadi besaran exposure sesuai dengan
persamaan yang diberikan oleh pengguna dengan mengacu pada
spesifikasi tabung geiger müller.
Alat pencacah apabila tidak disambungkan dengan
komputer bisa digunakan sebagai pencacah radioaktif yang berdiri sendiri.
Saat sebagai alat yang berdiri sendiri pencacah tersebut hanya dapat
menampilkan cacahan saat itu. Cacahan akan ditampilkan setiap menit,
pada saat ada cacahan/data baru pencacah akan memberikan sinyal
1.4. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah membangun suatu sistem basis
data yang dapat menyimpan data dari detektor radioaktif dan
menampilkannya kembali dalam bentuk hard copy ataupun soft copy
sehingga dapat berguna untuk penelitian dan pengawasan.
1.5 Metode Penelitian
Metode yang digunakan adalah pengembangan sebuah sistem
dengan pendekatan terstruktur sesuai dengan paradigma classic life
(waterfall) yang meliputi:
1. Rekayasa Sistem:
Pada tahap ini yang dilakukuan adalah mengumpulkan
data-data yang mendukung dan merencanakan sistem yang
akan dibuat dan menginventaris kebutuhan-kebutuhan pada
level sistem.
2. Analisis:
Menentukan secara pasti kebutuhan akan hardware maupun
software. Dalam hal ini mempersiapkan microkontroler dan
perangkat keras lainnya, menentukan perangkat lunak yaitu
AVR Studio 4 dan Visual Basic 6. Menentukan tujuan dan
batasan sistem.
3. Perancangan
Pada tahap ini hardware mulai dirancang dan kerangka
software mulai dirancang sesuai dengan hardware.
4. Implementasi
Pada tahap implementasi ini program dirancang secara
detaildan diimplementasikan ke hardware. Program terdiri
dari firmware, interface dan database. Software yang
digunakan untuk membuat firmware adalah AVR Studio 4
5. Pengujian:
Dalam fase pengujian ini akan dilakukan pemeriksaan
hardware dan software apakah sudah sesuai dengan yang
diinginkan.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan skripsi terdiri dari bab I sampai bab V, yaitu
dengan sususnan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Menjelaskan mengenai permasalahan yang akan dijadikan topik
untuk tugas akhir. Bab ini terdiri dari latar belakang masalah,
rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, metode
penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini secara khusus menjelaskan brbagai teori yang
berhubungan dengan analisis dan perancangan pembuatan tugas
akhir. Penjelasan teori antara lain meliputi: teori radioaktif,
tabung giger-müller, mikrokontroler AT90S2313, RS 232, RS
485, Visual Basic 6 dan SQL Server 2000.
BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN
IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK
Bab ini berisi analisis, perancangan dan penjelasan secara rinci
mengenai proses perancangan perangkat keras dan implementasi
perangkat lunak sesuai dengan analisis dan perancangan yang
dikembangkan.
BAB IV ANALISIS IMPLEMENTASI
Bab ini memuat tentang analisis hasil pengujian alat dan
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini memberi kesimpulan yang diperoleh dari keseluruhan
proses pembuatan skripsi ini, serta beberapa saran pengembangan
6
2.1 Radioaktivitas dan Pengukuran Radiasi Radioaktif
2.1.1 Pendahuluan
Radioaktivitas didefinisikan sebagai pemancaran sinar radioaktif
secara spontan oleh inti-inti tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil.
Ketika peluruhan inti pertama kali diselidiki, hasil-hasil peluruhannya
diberi nama sinar-γ, partikel-α, partikel-β- dan partikel-β+. Kemudian barulah disadari bahwa hasil-hasil peluruhan ini bukanlah wujud-wujud
baru, tetapi bahwa sinar-γ adalah foton berenergi tinggi, partikel-α adalah
inti helium, partikel-β- adalah elektron, dan partikel-β+ adalah positron.
2.1.2 Hukum Statistik Peluruhan Radioaktif
Dalam sebuah peluruhan radioaktif yang khas, sebuah inti pada
mulanya tidak stabil, yang disebut induk (parent), P, memancarkan sebuah
partikel dan meluruh menjadi sebuah inti yang disebut anak (daugther), D.
Inti anak ini dapat berupa inti yang sama pada keadaan energi yang lebih
rendah, seperti halnya dalam peluruhan-γ, atau sebuah inti yang baru, yang
muncul dari peluruhan-α dan β. Semua peluruhan inti mengikuti aturan
peluruhan radioaktif yang sama. Jika pada awalnya terdapat N0 inti induk
tidak stabil, maka jumlah inti induk N yang tersisa setelah selang waktu (t)
adalah
N = N0e-λt (2.1)
Tetapan λ disebut tetapan peluruhan (decay constant) atau tetapan
disintegrasi (disintegration constant) yang bergantung pada jenis proses
Persamaan (2.1) adalah suatu hukum statistik, bukan deterministik
(tertentu pasti), yang memberikan jumlah harap N (expected number N)
dari inti-inti induk yang masih ada setelah selang waktu t. Tetapi, jika N0
sangat besar (sebagaimana biasanya berlaku dalam praktek), maka beda
antara jumlah inti induk yang masih ada dan jumlah yang diharapkan
berbeda tidak lebih dari beberapa kelipatan pecahan dari N0.
Laju peluruhan suatu cuplikan (sample) radioatif terteentu biasanya
diukur oleh waktu paronya (half-life), T1/2, yang didefinisikan sebagai
selang waktu dalam jumlah inti induk pada saat awal menjadi tinggal
separohnya. Waktu paro ini dapat dinyatakan langsung dalam λ sebagai
T1/2 = λ λ
693 . 0 2 ln
= (2.2)
Besaran lain yang mengukur kelajuan peluruhan sebuah cuplikan
inti adalah waktu hidup rata-rata (average or mean lifetime) sebuah inti,
Tm, yang diberikan oleh
Tm =
2 ln 1 T1/2
=
λ (2.3)
Hukum yang melukiskan pertambahan intik anak, dengan
anggapan bahwa mereka stabil, diperoleh dari persamaan 2.1 sebagai
berikut
NA = N0 – N = N0 (1 – e-λt) (2.4)
Aktivitas (activity) sebuah cuplikan radioaktif didefinisikan
sebagai besar laju disintegrasi
Aktifitas =
dt dN
Satuan laju disintegrasi ini, atau aktifitas, adalah curie, yang didefinisikan
sebagai 1 Ci = 3.7 x 1010 disintegrasi per detik. Dalam satuan standar internasional (SI) besaran yang digunakan adalah becquerel (Bq), dimana
1 Bq adalah peluruhan satu atom setiap detik.
2.1.3 Peluruhan Gamma
Dalam peluruhan gamma, sebuah inti yang mula-mula berada
dalam dalam keadaan eksitasi melakukan transisi ke suatu keadaan energi
yang lebih rendah, dan dalam proses ini sebuah foton dipancarkan, yang
disebut sinar-γ. Diketahui bahwa energi sinar-γ ini tidak kontinu tetapi
diskret. Energi foton sinar-γ ini diberikan oleh persamaan yang lazim
hv =Eu – El (2.6)
Tetapi berbeda dengan foton-foton yang dipancarkan dalam
transisi-transisi atom, yang energinya berada dalam orde eV, jangkauan energi
sinar-γ adalah dari puluhan keV hingga MeV.
Karena foton sinar-γ tidak bermuatan dan bermassa, maka muatan
dan bilangan atom ini tidak berubah dalam proses peluruhan gamma. Jika
inti yang tereksitasi ini diberi notasi (ZA)*, maka suatu peluruhan gamma menuju ke keadaan dasar dapat ditulis secara simbolik sebagai
(ZA)* → (ZA + γ)
Pada umumnya inti tereksitasi yang mengalami peluruhan gamma
memiliki waktu-paro singkat yang tak terukur dalam orde 10-14 det, yang mana lebih kecil daripada waktu paro keadaan eksitasi elektronik. Tetapi,
terdapat pula keadaan eksitasi beberapa inti yang waktu-paronya sangat
lama sehingga dapat diukur. Inti-inti yang tereksitasi ini disebut isomer
2.1.4 Peluruhan Alfa
Dalam peluruhan alfa, sebuah partikel-α dipancarkandari sebuah
inti. Oleh karena sebuah partikel-α adalah sebuah inti helium, maka inti
induknya kehilangan dua proton dan dua netron. Oleh karena itu, nomor
atom Z-nya berkurang sebanyak dua satuan sedangkan nomor masanya
berkurang sebanyak empat satuan, sehingga inti anak, D, dan inti induk, P,
merupakan unsur-unsur kimia yang berbeda. Dengan menerapkan hukum
kekekalan muatan dan nukleon, maka peluruhan alfa ini dapat dituliskan
secara simbolik sebagai
He D P ZA
A Z
4 2 4
2 +
→ −
− (2.7)
Dalam sebuah sistem yang inti induknya diam, maka dari
kekekalan energi kita dapati bahwa
Mpc2 = MDc2 + Mα c2 + KD + Kα (2.8)
Dengan c adalah kelajuan cahaya, KD dan Kα berturut-turut adalah energi
kinetik inti anak dan partikel-α, sedangkan MP, MD, dan Mα adalah
berturut-turut massa diam inti induk, anak dan partikel-α. Karena energi
kinetik tidak pernah negatif, maka peluruhan alfa hanya dapat terjadi jika
Mp ≥ MD+ Mα (2.9)
Di samping energi, momentum juga harus kekal. Karena hanya
terdapat dua partikel yang dihasilkan dalam proses peluruhan alfa, maka
kedua hukum kekekalan ini menentukan secara unik energi kinetik (dan
momentum) partikel-α dan inti anak. Jika inti induk yang bernomor massa
A meluruh dalam keadaan diam, maka energi partikel-α ditunjukan pada
Kα = Q
A A
−4
(2.10)
Dengan energi disintegrasi Q adalah energi total yang dilepaskan dalam reaksi:
Q = (Mp + MD + Mα) c2 (2.11)
Besaran Q ini nilainya tetap untuk semua peluruhan alfa dan sama nilainya bagi semua pengamat. Dalam kerangka diam inti induk.
Q = KD + Kα (2.12)
2.1.5 Peluruhan Beta dan Netrino
Adalah mungkin pula bagi suatu proses inti untuk berlangsung
yang muatan intinya, ZE, berubah tatapi jumlah nukleonnya, A, tetap tak
berubah. Ini dapat terjadi dalam proses pada waktu inti memancarkan
sebuah elektron (peluruhan β-), positron (peluruhan β+), atau menangkap elektron (e) atom terdalam. Dalam proses ini, sebuah proton (p) berubah menjadi netron (n) atau sebaliknya.
Juga diperoleh bahwa dalam tiap proses ini sebuah partikel ekstra,
yang disebut netrino (v), muncul sebagai salah satu hasil peluruhan. Sifat-sifat netrino adalah: muatan listrik, 0 ; massa diam, 0 ; spin intrinsik,1/2;
dan, seperti halnya dengan semua partikel tak bermassa, ia memiliki
kelajuan c.
Keberadaan netrino ini pertama kali dipostulatkan oleh W. Pauli
pada tahun 1930 untuk mempertahankan berlakunya hukum kekekalan
energi dan momentum dalam peluruhan beta. Sebagai contoh, peluruhan
beta netron adalah
Gambar 2.1 Kurva Energi Disintegrasi Peluruhan-β
Jika netrino bukanlah bagian hasil peluruhan, maka hukum
kekekalan energi dan momentum akan diperoleh bahwa untuk peluruhan
dua benda, elektron akan dipancarakan dengan satu energi tunggal, seperti
diuraikan dalam peluruhan alfa diatas. Tetapi dari eksperimen diperoleh
bahwa elektron-elektron yang terpancar memiliki distribusi energi yang
terjangkau dari nol hingga suatu energi maksimum, seperti ditunjukan
pada gambar 2.1. Dan lagi pula, karena pada awalnya terdapat satu partikel
tunggal dengan spin 1/2, maka penciptaan dua partikel saja, yang
masing-masing memiliki spin ½, akan melanggar hukum kekelaan momentum
sudut.
Dalam persamaan 2.13 netrino yang dipancarkan diberikan
lambang v dan bukannya v. Ini dilakukan karena pada hakekatnya terdapat dua nutino yang berbeda, yaitu ”netrino” (v) dan ”antinetrino ”
( v ). Antinetrino muncul dalam peluruhan β- sedangkan netrino dalam proses dalam proses beta yang lainnya.
Pada umumnya suatu peluruhan β- dapat dinyatakan sebagaiberikut
v e D
P Z A
A
Z → + +
−
+1 (2.14)
v e C
B→12 + − +
6 12
5
Jadi, dalam peluruhan β- sebuah netron diubah menjadi proton. Untuk peluruhan β+, dengan sebuah positron dipancarkan, berlaku
v e D
P Z A
A
Z → + +
−
−1 (2.15)
Sehingga di sini, sebuah proton diubah menjadi sebuah netron. Dari
hukum kekekalan energi, dalam sistem yang inti induknya diam, maka
bauk untuk peluruhan β- dan β+ diperoleh (massa elektron (me) dan
positron yang sama)
Mpc2 = MDc2 + me c2 + Ktotal (2.16)
yang memberikan energi disintegrasi Q sebesar
Q = Ktotal = (Mp- MD – me) c2 (2.17)
Dalam proses penangkapan elektron, yang elektron atom
terdalamnya (biasanya elektro K) ditangkap oleh sebuah inti, maka tak ada
partikel bermuatan yang dipancarkan. Sebagai gantinya, tangkapan
elektron ini diikuti dengan pemancaran sebuah netrino, yang diikuti
dengan pemancaran foton-foton sinar-X karakteristik begitu
elektron-elektron terluar melakukan transisi ke tingkat energi terdalam yang
kosong. Dalam penangkapan elektron, sebuah proton diubah menjadi
neutron, dan lagi sinar-X yang terpancarkan merupakan karakteristik dari
atom anak dan bukannya atom induk, karena mereka dihasilkan setelah
proses penangkapan elektron berlangsung. Proses penangkapan elektron
e- + ZAP→Z−A1D+v (2.18)
Perlu ditekankan bahwa dalam peluruhan beta atau tangkapan
elektron, elektron atau positron yang dipancarkan tidak berada di dalam
inti. Inti hanya tersusun dari proton dan netron. Penciptaan atau
penyerapan elektron maupun positron merupakan hasil penyusunan
kembali inti ke suatu keadan dengan energi yang lebih rendah melalui
pengubahan atau transformasi dari sebuah proton menjadi netron atau
sebaliknya.
2.1.6 Besaran-Besaran Radioaktif
Komisi Internasional Pengukuran dan Besaran Radioaktif
memperkenalkan tiga besaran pokok radiasi dan menganjurkan
penggunaan satuan khusus untuk besaran tersebut. Besaran tersebut adalah
rad (radiation absorbed dose) untuk dosis penyerapan, roentgen untuk
penyinaran (exposure) dan curie untuk aktifitas.
Rad didefinisikan sebesar 100 erg/g. Besaran ini tidak tergantung
pada jenis radiasi ataupun materi dimana energi diserap. Dosis dalam rad
ini dapat diukur dengan menggunakan kamar ionisasi. Persaman dari rad
adalah sebagai berikut :
wJ S dm dE
m
= (2.19)
dengan : Sm = Daya menghentikan massa relatif dari media gas
w = Energi hilang rata-rata dalam gas untuk tiap ion yang
dibentuk
J = Jumlah ion yang terbentuk tiap satuan massa dari gas
Selain rad, besaran lain yang digunakan adalah gray (Gy) , dimana 1 Gy
Penyinaran radioaktif diukur dalam roentgen (simbol R), yang
berbeda dari dosis penyerapan. Roentgen didesinisikan oleh Komite
Internasional sebagai berikut: 1 R adalah 1,61 x 1015 ion yang terbentuk setiap kg udara atau 2.08 x 109 ion per cm3 (diukur pada suhu 0o C dan tekanan 1 atm). Penyinaran memerlukan sekitar 34eV untuk membentuk
sebuah ion di udara, dan penyinaran 1R menghasilkan penyerapan energi
oleh udara 1.08 x 1010 eV/cm3 atau 0.113 erg/cm3 atau 88 erg/g, dalam satuan SI nilai 1R adalah 2.84x10-4 coulomb per kilogram (C/Kg) udara.
Roentgen ini adalah satuan dari penyinaran radioaktif berdasarkan
efek dari radiasi sinar-γ atau sinar-X di udara yang dilewatinya. Yang
perlu diingat adalah besaran ini hanya untuk radiasi sinar-γ dan sinar-X di
udara. Usaha untuk menggunakan besaran ini untuk radiasi lain atau untuk
media selain udara menunjukan perluasan definisi ini. Perluasan ini
mungkin digunakan tetapi biasanya membingungkan.
Untuk menyatakan besaran dosis/penyinaran terhadap media selain
gas digunakan besaran yang dinamai dosis serapan ekivalen. Dosis serapan
ekivalen didefinisikan sebagai hasil kali dosis serapan dengan suatu
bilangan tak berdimensi, yang disebut faktor kualitas (dilambangkan
dengan Q). Faktor kualitas, Q, ditetapkan berdasarkan hasil percobaan dan
pengalaman nyata. Hasil suatu dosis serapan ekivalen (H) diukur dalam
satuan yang dinamakan sievert (Sv):
H (dalam Sv) = D (dalam Gy) x Q (2.20)
Dosis serapan ekivalen juga diukur dalam satuan rem (röntgen equivalent
man) yang merupan besaran dosis penyerapan radiasasi pada manusia,
dengan
1 rem = 0.01 Sv (2.21)
Besaran aktifitas dari bahan radioaktif adalah jumlah perubahan
disintegrasi per detik. Besaran 3.7 x 1010 disintegrasi per detik mendekati laju peluruhan 1.01g Ra226, yaitu jumlah inti Ra226 seberat 1.01g yang meluruh tiap detiknya menjadi unsur anak yang tercipta sesaat setelah
Ra226 berada pada rantai peluruhan.
2.1.7 Pencacah Geiger-Müller
Pencacah Geiger-Müller (G-M) telah digunakan secara luas
sebagai detektor radiasi nuklir selama bertahun-tahun. Kegunaan yang
besar dari pencacah G-M adalah karena beberapa karakteristiknya antara
lain: sensitifitasnya yang tinggi, kemampuan untuk digunakan pada
beberapa jenis radiasi, memiliki beberapa bentuk dan bentuk jendala,
sinyal keluaran yang cukup besar dan harga yang cukup murah.
Tabung pencacah G-M terdiri atas wadah/tabung yang diberi dua
elektroda dan diisi denga gas tertentu. Elektroda bagian dalam atau
collector merupakan kabel tipis yang biasanya dibuat dari tungsten.
Elektroda yang lain yang sering disebut anoda, biasanya merupakan
bagian dari tabung. Bila tabung terbuat dari logam, maka tabung tersebut
berfungsi sebagai anoda. Bila tabung terbuat dari kaca, bagian dalam dari
tabung ditutupi dengan lapisan penghantar untuk membentuk anoda
Gambar 2.2.
Gas yang digunakan pada umumnya gas mulia, seperti helium,
argon dan neon, yang lain yang biasa juga digunakan adalah higrogen dan
nitrogen. Rentang tekanan gas yang digunakan cukup besar, beberapa
tabung memiliki tekanan antara 7 sampai 20 cm Hg, meskipun begitu
Gambar 2.2 Skema Tabung G-M
R2 (1M)
R1 (1M) C1(0.5 nF)
C2
1
2
High Voltage Power Supply
Counter Collector
Cathoda
G-M Tube
Gambar 2.3 Rangkaian Pencacah G-M Secara Umum
Rangkaian dari pencacah G-M pada umumnya, ditunjukan gambar
2.3. Sumber tegangan tinggi memberikan tegangan di antara elektroda
collector dan katoda. Bagian dari rangkaian masukan memiliki kelebihan
untuk menjaga katoda berada tegangan ground, sebuah kondisi yang
diinginkan secara khusus bila tabung dari metal adalah katoda. Tegangan
dc ditahan dari masukan pencacah (counter) oleh kapasitor C1. Resistor
sumber tegangan dari collector, yang memungkinkan tegangan di titik ini
jatuh (drop) saat terjadi pelepasan muatan pada tabung G-M.
Ionisasi pertama di dalam tabung G-M memulai serangkaian
kejadian di dalam tabung yang menghasilkan selubung dari
pasangan-pasangan ion yang meliputi kabel collector. Hal ini meninggalkan
selubung ion positif di sekitar kabel yang mengakiri pelepasan muatan
karena berkurangnya kekuatan medan listrik di dekat kabel.
Selama periode yang singkat proses pelepasan muatan, medan
listrik di dalam tabung G-M berada di bawah normal karena adanya
selubung ion positif. Pulsa yang terbentuk oleh penambahan ionisasi
selama periode ini berkurang sesuai dengan ionisasi. Hal ini ditunjukan
oleh gambar 2.4. Partikel tambahan yang masuk ke dalam tabung selama
tahap-tahap awal dari pulsa pertama tidak akan memicu pelepasan muatan.
Interval ini disebut dead time (td) dari tabung.waktu yang dibutuhkan
untuk pemulihan total pulsa setelah akhir dari interval dead time disebut
recovery time (tr).
Gambar 2.4 Dead time dari tabung G-M (waktu dalam Sec)
Dead time ini bagi tabung, mengatur rentang waktu yang lebih
sempit antara waktu kedatangan partikel-partikel nuklir, bila dead time ini
dipisah-pisahkan. Untuk sistem yang menggunakan penguat tegangan
yang peka, pemisahan waktu (τ) untuk sistem mendekati td. Untuk penguat
Secara garis besar prinsip kerja pencacah G-M adalah sebagai
berikut:
1. Sinar radioaktif (sinar-γ dan sinar-X) masuk ke dalam
tabung G-M dan mengionisasi atom gas yang berada di
dalam tabung gambar 2.5. sedangakan Partikel-α dan
partikel-β akan ditahan oleh jendela (window) dari tabung
G-M.
Gambar 2.5 Proses Ionisasi
2. Ion positif akan mengumpul di anoda dan ion negatif
mengumpul di katoda, gambar 2.6.
3. Ion negatif yang berupa elektron akan mengalir ke
pencacah (counter), sehingga pencacah akan mendapat nilai
tegangan yang tinggi sehingga dicatat sebagai satu cacahan,
gambar 2.7.
Gambar 2.7 Aliran Elektron ke Pencacah
4. Elektron yang berasal dari sumber tegangan akan mengalir
ke anoda dimana ion positif berkumpul dan kembali
membentuk atom, sehingga hambatan antara anoda dan
katoda menjadi sangat besar sehingga tidak ada elektron
yang mengalir maka pencacah mencatat sebagai nilai
rendah, gambar 2.8.
5. Jika ada radiasi yang masuk ke pencacah G-M, maka proses
akan berulang dari proses pertama.
2.1.8 Penggunaan Pencacah Geiger-Müller
2.1.8.1Menentukan Waktu Paro
Dengan menaruh sebuah isotop di depan pencacah G-M dan
mencatat dari waktu ke waktu cacahannya, dapat ditentukan waktu paro
dari suatu isotop yang belum diketahui waktu paronya, terutama untuk
isotop yang memiliki waktu paro relatif singkat antara beberapa menit
hingga beberapa jam. Dengan melihat langsung cacahan awal dan cacahan
yang menunjukkan nilai setengah dari nilai cacahan awal, maka waktu
paro dapat ditentukan.
Untuk menentukan waktu paro suatu isotop yang memiliki waktu
paro beberapa hari hingga beberapa tahun, dapat dihitung dari sampel data
yang diambil. Dengan asumsi cacahan akan menurun sebanding dengan
penurunan jumlah inti induk (N) yang berarti sebanding dengan penurunan
aktivitas (A) seperti ditunjukkan oleh persamaan 2.1.
N=N0e-λt
Asumsikan jumlah inti induk awal (N) sebanding dengan cacahan
awal (n CPM) dan jumlah inti induk setelah t waktu (N0) sebanding
dengan cacahan setelah t waktu (n0 CPM) maka constanta peluruhan dapat
dihitung sebagai berikut
ln (n/n0) = -λt
t n
n/ )
ln( 0
− =
λ (2.22)
Dengan diketahuinya konstanta peluruhan maka waktu paro dapat
diketahui dengan memasukkan hasil tersebut ke persamaan 2.2.
Untuk menentukan waktu paro dengan pencacah G-M ada hal yan
gyang perlu diperhatikan, yang pertama tidak semua peluruhan isotop
memancarkan sinar-γ, beberapa isotop hanya memancarkan radiasi α atau
untuk mencegah agar partikel α dan β tidak masuk ke dalam tabung
sehingga untuk menentukan waktu paro suatu isotop yang hanya
memancarkan partikel α atau β saat meluruh akan memberikan hasil yang
tidak akurat.
Kedua tidak semua isotop yang meluruh akan menghasilkan inti
anak yang stabil tetapi inti anak ini masih akan meluruh ke keadaan yang
lebih stabil, sehingga radiasi γ yang dideteksi pencacah G-M tidak hanya
berasal dari inti induk tetapi juga berasal dari inti anak. Beberapa inti anak
memiliki waktu paro yang lebih kecil dari pada inti induk. Sebagai contoh
isotop protactinium yang meluruh ke uranium dalam tabel 2.1. Jadi
penggunaan pencacah G-M dalam menentukan waktu paro sebaikmya
hanya sebagai estimasi.
Tabel 2.1 Empat Isotop Pertama Deret Peluruhan Uranium Unsur Nuklida Waktu Paro Radiasi
Uranium 238U
92 4.51 milyar Tahun α dan γ
Thorium 234Th
90 24.1 hari β dan γ
Protactinium 234Pa
91 6.75 hari β dan γ
Uranium 234U
92 247 ribu tahun α dan γ
2.1.8.2Mencari Koefisien Penyerapan Linier
Saat radiasi sinar-γ melewati sebuah materi, radiasi itu mengalami
penyerapan menurut efek compton dan fotolistrik. Intensitas radiasi
berkurang sebanding dengan ketebalan media yang dilaluinya. Persamaan
matematika untuk intensitas (I) adalah sebagai berikut:
I = I0e- (2.23)
Dengan
I0= intensitas awal radiasi
I = intensitas radiasi setelah melalui sebuah materi dengan
ketebalan/jarak (x).
Jika persamaan (2.23) disusun ulang dan memberikan fungsi logaritma
natural, maka persamaan akan menjadi:
Ln(I/ I0) = - x (2.24)
Lapisan/ketebalan yang memberikan nilai setengah (the half-value
layer, THL) dari sebuah media penyerapan, ketebalannya didefinisikan
sebagai, x1/2, yang akan mengurangi intensitas radiasi hingga setengahnya.
Sehingga I/ I0=0.5, jika nilai ini dimasukkan ke dalam persamaan (2.24)
Ln(0,5) = - x Dengan menyusun ulang
2 / 1
693 , 0
x
=
µ (2.25)
Pada pencacah G-M, jika intensitas sinar-γ berkurang maka jumlah
cacahan per menitnya juga berkurang, dengan asumsi intensitas awal (I0)
sama dengan cacahan awal (n0), dan intensitas yang melalui sebvuah
materi setebal x sehingga intensitas tinggal setengahn (I) yang sebanding
dengan cacahan (n), maka I/ I0 = n/ n0 = 0,5. Dengan memasukkan nilai
ketebalan persamaan (2.25) maka koefisien penyerapan suatu materi dapat
diketahui.
3.1.8.3 Mengukur Besaran Radioaktif dari Hasil Cacahan
Secara umum keluaran dari pencacah Geiger-Müller berupa
perubahan tegangan. Perubahan tegangan ini biasanya berlangsung cepat
antara ratusan hingga ribuan perubahan per menit. Pada umumnya besar
perubahan tergantung dari besarnya energi radiasi yang diterima tabung,
jenis dan tekanan gas di dalam tabung.
Untuk mengubah besaran cacahan menjadi suatu besaran radioaktif
(pada umumnya besaran exposure dalam mR/h), jenis tabung terutama
jenis gas dan tekanannya harus diketahui lebih dahulu. Selain itu perlu
bahan radioaktif yang digunakan untuk mengkalibrasi tabung
geiger-müller. Jenis bahan radioaktif yang digunakan biasanya 137Cs dan 60Co. Pada umumnya produsen dari tabung geiger-müller telah memberikan
specifikasi tabung yang mereka buat. Sebagai contoh beberapa seri tabung
geiger-müller memiliki sensitifitas seperti yang ditunjukkan tabel 2.2.
Tabel 2.2 Sensitivitas dari Beberapa Tabung Geiger-Müller
GM-10 GM-45 GM-50 GM-90
2.1.8.4 Inverse Square Law
Ada kesamaan antara cahaya biasa dengan sinar-γ, kedua-duanya
adalah radiasi elektromagnetik, karena itu keduanya memenuhi persamaan
klasik
E= hv (2.26)
Dengan:
E = Energi poton dalam ergs
v = frekuensai radiasi dalam cycle/second
h = konstanta Plank (6.624x10-27 ergs second)
oleh karena itu, dalam menerangkan hukum invers square law tepat sekali
jika membuat analogi antara sumber cahaya dan sumber sinar-γ.
Diasumsikan sebuah sumber yang memancarkan foton-foton dalam
kecepatan, N0 photons/second. Suatu hal yang masuk akal untuk
diasumsikan bahwa foton-foton ini akan memancar ke segala arah dengan
intensitas yang sama. Bila sumber cahaya diletakkan di pusaat sebuah
selubung bola yang transparan, cukup mudah untuk mengukur jumlah dari
0
Jika N0 dan 4π adalah konstan maka besarnya intensitas tergantung pada
1/ R . Besarnya intensitas yang diterima oleh tabung geiger-müller akan 02
mempengaruhi besarnya cacahan.
2.2 Mikrokontroler AVR AT90S2313
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR AT90S2313
AVR adalah mikrokontroler 8-bit yang dibangun pada arsitektur
komputer RISC (Reduce Instruction Set Compute). CPU (Central
Processing Unit) mampu melakukan sebuah instruksi dalam satu putaran
clock, sehingga AT90S2313 dapat mencapai 1 MIPS (Million of
Instruction Per Second) per MHz, dan memungkinkan perancangan yang
optimal untuk komsumsi daya dan kecepatan proses.
AVR menggabungkan antara kecanggihan instruksi dengan
32x8-bit register multi fungsi (General Purpose Register) yang terhubung
langsung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit) dan memungkinkan dalam
satu putaran clock 2 operan diumpankan dari register file, kemudian ALU
(Arithmetic Logic Unit) menjalankan satu operasi dan akhirnya hasil
langsung disimpan kembali dalam register file. Hal ini menghasilkan
mikrokontroler yang sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan
mikrokontroler konvensional berarsitektur CISC (Complex Instruktion Set
Enam dari 32 register dapat digunakan sebagai 3 buah pasangan
register untuk pengalamatan tak langsung (Indirect Addressing). Ketiga
pasangan register ini kemudian disebut sebagai 16-bit register X, register
Y, dan register Z digunakan juga sebagai penunjuk alamat (addressing
pointer) untuk mengakses tabel konstanta yang tersimpan dalam program
memory.
Gambar 2.9 Diagram Blok AT90S2313
CPU mempunyai 64 alamat untuk mengontrol fungsi-fungsi dari
EEPROM, dan fungsi-fungsi lainnya. Memory I/O dapat diakses secara
langsung atau sebagai bagian dari lokasi Data Space dengan alamat
$20-$5F (20-5F Hexadesimal). Diagram blok AVR AT90S2313 ditunjukan
pada gambar 2.9.
AVR memiliki arsitektur Havard dengan memory terpisah antara
program dan data. Saat sebuah instruksi sedang dijalankan instruksi
berikutnya diambil dari program memory. Konsep ini memungkinkan
sebuah instruksi dapat dijalankan dalam satu putaran clock.
AT90S2313 menggunakan (SRAM) untuk stack pointer. Saat
terjadi interupsi atau sebuah instruksi call dijalankan, alamat asal program
yang ditinggalkan disimpan dalam stack pointer, kemudian CPU
menjalankan program yang dipanggil atau program yang melayani
interupsi seperti yang ditunjukkan dalam vektor interupsi. Program akan
kembali ke alamat yang ditinggalkan instruksi RET (Return) untuk
subroutine atau RETI (Return from Interrupt) dijalankan.
2.2.2 Instruksi pada Mikrokontroler AVR AT90S2313
AT90S2313 memiliki 118 instruksi yang dapat dikelompokan
dalam 4 bagian yaitu: 22 instruksi aritmatik dan logika, 34 instruksi
percabangan, 31 instruksi transfer data dan 31 buah instruksi operasi bit
dan tes bit. Terdapat beberapa operasi “skip” yang dapat melewati (skip)
sebuah atau dua instruksi setelah suatu instruksi tes dilakukan.
Seluruh register dalam AT90S2313 dapat digunakan sebagai
akumulator, setengah bagian atas register file digunakan untuk nilai segera
(immediate value). Hampir semua op-code AT90S2313 mempunya
panjang 16-bit, hanya 2 instruksi mempunyai panjang 32-bit yaitu, LDS
(Load Direct from Data Space) dan STS (Store Direct to Direct Space).
2.2.3 Mode Pengalamatan Memori dan program AT90S2313
Terdapat lima duah pengalamatan data memory yang dapat
1. Pengalamatan Langsung (Direct Addressing)
2. Pengalamatan tak Langsung (Indirect Addressing)
3. Pengalamatan tak Langsung dengan Displacement (Indirect
Addressing with Displacement)
4. Pengalamatan tak Langsung dengan Post-Increment (Indirect
Addressing with Post-increment)
5. Pengalamatan tak Langsung dengan Pre-decrement (Indirect
Addressing with Pre-decrement)
Sedang untuk pengaksesan konstanta pada program memory
digunakan sebuah instruksi khusus yaitu LPM (Load Program Memory)
yang mengambil data pada alamat program memory yang ditunjuk register
Z dan hasilnya disimpan pada register R0.
Untuk pengalamatan relative dari program yang dijalankan
(Relative Program Addressing) digunakan RJMP (Relative Jump) dan
RCALL (Relative Call). Sedang pengalamatan tak langsung program
(Indirect Program Addressing) digunakan perintah IJMP (Indirect Call).
2.2.4 Periperal-periperal Mikrokontroler AVR AT90S2313
Mikrokontroler AVR dilengkapi dengan periperal-periperal
pendukung yang built-in dalam satu keping chip. Bagian ini akan
mendeskripsikan mengenai periperal-periperal tersebut secara umum.
2.2.4.1 2K Bytes In-System Programmable Flash
AT90S2313 dilengkapi dengan 2K bytes In-System Programmable
Flash untuk menimpan program yang dapat dihapus-tulis sampai 1000
kali.
2.2.4.2 128 Bytes SRAM
Terdapat 128 bytes SRAM untuk menyimpan data sementara
selama proses ataupun untuk stack pointer program yang dijalankan.
2.2.4.3 128 Bytes In-System Programmable EEPROM
128 bytes EEPROM diorganisasi terpisah dengan data space,
dengan satu byte dapat dibaca-tulis sendiri. EEPROM dapat menyimpan
data ketika program sedang berjalan dan data tidak akan hilang saat catu
daya dmatikan. EEPROM dapat dihapus-tulis sampai 100.000 kali.
2.2.4.4 Periperal Input/Output
AT90S2313 memiliki 2 buah Port multi-fungsi yang terdiri dari 8
buah pin Port B dan 7 buah pin Port D seperti tampak pada gambar 2.10.
Tiap-tiap bit dari port dapat diprogram sebagai input/output secara terpisah
ataupun sebagai fungsi alternatif lain seperti terlihat pada tabel 2.3 dan
tabel 2.4.
Tabel 2.3 Fungsi Alternatif Port B
Port Pin Fungsi Alternatif
PB0 AIN0 (Analog comparator positive Input)
PB1 AIN1 (Analog comparator negative Input )
PB3 OC1 (Timer/Counter1Output compartor Match output )
PB5 MOSI (Data input line for memory downloading )
PB6 MISO (Data output line for memory uploading )
PB7 SCK (Serial clock input for memory programming )
Tabel 2.4 Fungsi Alternatif Port D
Port Pin Fungsi Alternatif
PD0 RXD (Receive data input for the UART )
PD1 TXD (Transmit data output for the UART )
PD2 INT0 (External interrupt 0 input )
PD3 INT0 (External interrupt 1 input )
PD4 T0 (Timer/Counter0 external input )
PD5 T1 (Timer/Counter1 external input )
Gambar 2.10 Konfigurasi Pin AT90S2313
2.2.4.5 Timer/Counter
AT90S2312 memiliki 2 buah Timer/Counter yang masing-masing
mempunyai seleksi prescale terpisah dari sebuah prescale yang sama.
Pertama adalah Timer/Counter0 merupakan 8-bit Timer/Counter
yang dapat digunakan sebagai timer dengan sumber clock dari prescale
CK atau sebagai counter dengan sumber clock diambil dari pin T0 (Fungsi
lain dari Port D.4).
Kedua Timer/Counter1 merupakan 16-bit Timer/Counter yang
dapat digunakan sebagai sumber clock dari prescale CK atau sebagai
counter dengan sumber clock dari pin T1 (Fungsi lain dari Port D.5).
Timer/Counter1 dapat juga digunakan sebagai PWM (Pulse Width
Modulator).
2.2.4.6 SPI Serial Interface untuk In-System Programming
Pemrograman AT90S2313 dapat dilakukan secara serial melalui
SPI Serial Interface tanpa memerlukan board programmer. Hal ini dapat
dilakukan melalui 4 buah pin yaitu MOSI (data input line for memory
downloading), MISO (data output line for memory uploading), SCK
(serial clock input) dan RESET ditambah hubungan ke ground. Selama
tidak ada koneksi rangkaian yang membebani pin-pin tersebut, saat
pemrograman pin-pin tersebut dapat dihubungkan secara langsung ke
2.2.4.7On-chip Osilator
AT90S2313 dilengkapi dengan on-chip osilator yang dapat
berosilasi dengan hanya menghubungkan 3 buah komponen luar
tambahan. Pin XTAL1 dan XTAL2 adalah input dan output inverting
amplifier, sebuah kristal atau keramik resonator dapat digunakan untuk
membangkitkan frekuensi osilasi yang diinginkan.
AT90S2313-10PC dapat dihubungkan dengan kristal sampai
frekuensi osilasi 10 MHz. Selain dihubungkan dengan kristal kedua pin
tersebut harus dihubungkan dengan kapasitor keramik ± 22 pF ke ground
seperti pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Koneksi Osilator
2.2.4.8 Periperal dan Kemampuan Lain AT90S2313
Beberapa periperal dan kemampuan lain adalah:
1. Analog Comparator
2. Programmable Watchdog Timer dengan On-chip Osilator
3. Low Power Idle dan Power-down Modes
4. External interrupt Source
5. UART (Universal Ansynchronous Receiver Transmitter)
2.3. Port Serial
2.3.1 Karakteristik Port Serial
Peralatan yang menggunakan kabel serial untuk komunikasinya
dibagi dalam dua kategori. Kategori tersebut adalah DCE (Data
Data Communications Equipment contohnya adalah modem, sedangkan
Data Terminal Equipment adalah komputer.
Spesifikasi dari port serial terdapat pada standar EIA (Electronic
Industry Association) RS232C. Standar tersebut terdiri dari beberapa
parameter, antara lain :
1. Logika 0 berada pada rentang +3 volt sampai dengan +25 volt.
2. Logika 1 berada pada rentang -3 volt sampai dengan -25 volt.
3. Daerah antara -3 volt sampai dengan +3 volt tidak terdefinisikan.
4. Tegangan kalang terbuka sebaiknya tidak melebihi 25 volt (ground
sebagai referensi).
5. Arus kalang tertutup sebaiknya tidak melebihi 500mA.
Tabel 2.5 Pin Konektor D25 dan D9
D –Type-25 Pin
No.
D-Type-9
Pin No.
Nama Pin Kepanjangan
Pin 2 Pin 3 TD Transmit Data
Pin 3 Pin 2 RD Receive Data
Pin 4 Pin 7 RTS Request to Send
Pin 5 Pin 8 CTS Clear to Send
Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready
Pin 7 Pin 5 SG Singal Ground
Pin 8 Pin 1 CD Carrier Detect
Pin 20 Pin 4 DTR Data Terminal Ready
Pin 22 Pin 9 RI Ring Indicator
Port serial ada dua jenis, tipe D 25 pin dan tipe D 9 pin. Kedua
jenis pin tersebut adalah tipe male yang terletak di bagian belakang
komputer. Tabel 2.3 menunjukan koneksi dari pin-pin yang terdapat pada
tipe D 25 pin dan tipe D 9 pin dan tabel 2.4 menunjukan fungsi-fungsi dari
Tabel 2.6 Fungsi Pin-Pin
Nama Pin Fungsi
TD Output data serial (TDX)
RD Input data serial (RDX)
CTS Jalur ini mengindikasikan bahwa Modem siap untuk
bertukar data
CD Saat Modem mendeteksi adanya sinyal carrier jalur ini
menjadi aktif
DSR Jalur ini memberitahukan kepada UART bahwa Modem
siap untuk membuka hubungan
DTR Jalur ini merupakan kebalikan dari DSR yang
menyatakan penerima siap menerima hubungan
RTS Jalur ini menginformasikan Modem bahwa UART siap
untuk bertukar data
RI Jalur ini aktif saat Modem mendeteksi sinyal dering dari
PSTN
2.3.2 Modem Null
Modem null digunakan untuk menghubungkan dua DTE. Tipe
modem ini biasa digunakan untuk mengirim file antara komputer dengan
Zmodem, Xmodem dan lain sebagainya karena cukup murah. Tipe ini bisa
juga digunakan dengan beberapa sistem pengembangan mikroprosesor
atau mikrokontroler, gambar 2.12 menunjukkan penyambungan Modem
null.
Berikut ini adalah metode penyambungan Modem null.
Penyambungan ini hanya memerlukan 3 kabel (TD, RD dan SG).
Tujuannya adalah membuat komputer mendeteksi sedang berhubungan
dengan sebuah modem, bukan berhubungan dengan komputer lain. Setiap
data yang dikirim oleh komputer pertama pasti diterima oleh komputer
Gambar 2.12 Diagram Penyambungan Modem Null
Data terminal Ready diumpan balik ke Data Set Ready dan Carrier
Detect pada kedua komputer. Saat Data Terminal Ready aktif, Data Set
Ready dan Carrier Detect segera menjadi aktif. Hal ini membuat komputer
mendeteksi bahwa virtual modem dimana komputer tersebut terhubung
telah siap dan terhubung dengan modem lain.
Untuk penyambungan Request to Send dan Clear to Send dapat
diumpan balikkan dengan syarat kedua komputer memiliki kecepatan
pengiriman data yang sama. Saat komputer hendak mengirim data logika
pada Request to Send menjadi tinggi dan memberi sinyal kepada Clear to
Send. Sedangkan Ring Indicator tidak disambungkan karena komputer
tidak terhubung ke PSTN.
2.4 SN75176 RS-485 Driver
2.4.1 Deskripsi Umum
SN75176 adalah IC transceivers untuk komunikasi RS-485.
Standar RS-485 atau lengkapnya TIA/EIA-485-A adalah standar yang
digunakan pada dua jalur transmisi yang sejajar yang digunakan banyak
terminal (multipoint) pengirim maupun penerima. Standar RS-485 sama
seperti standar RS-422 yang hanya berbeda pada karakteristik elektrik
penggerak (driver) dan penerimanya (receiver), digunakan pada jalur antar
muka (interface), konfogurasi pin-pin dari IC tersebut tampak pada
1. Pin 1 (R), data masuk (input) dari line dengan level
tegangan TTL.
2. Pin 2 ( RE ), kontrol data masuk (input enable), aktif saat
mendapat logika rendah (0V).
3. Pin 3 (DE), kontrol data keluar (output enable), aktif saat
mendapat logika tinggi (5 V).
4. Pin 4 (D), data keluar (output) ke line dengan tegangan
TTL.
5. Pin 5 (Gnd), ground.
6. Pin 6 (A) dan 7 (B), deferential input output menuju dan
dari line.
7. Pin 8 (Vcc).
Standar RS-485 dapat digunakan pada jalur transmisi satu titik ke
banyak terminal (point to multipoint) yang dapat mencapai 32 atau lebih
terminal pengirim dan pengguna. Efek dari perbedaan tegangan ground
dikurangi dengan menambah rentang tegangan mode bersama (Vca) dari
pengirim dan penerima -7V ≤ Vca ≤ +12V. Pengirim (driver) dibuat
berada pada impedansi yang tinggi, agar dapat mempunyai output yang
berada pada rentang tegangan mode bersama dan tetap berada pada
impedansi tinggi.
Gambar 2.13 Konfigurasi Pin SN75176
2.4.2 Karakteristik SN75176
SN75176 memiliki slew rates penggerak (driver) yang tidak
Penerimanya mengambil arus antara 120 A dan 500 A saat pengosongan
atau terisi penuh dengan driver yang tidak diaktifkan. Piranti ini
memerlukan suplai tegangan 5V. SN75176 ini digunakan pada jalur
transmisi half-duplex, seperti tampak pada gambar 2.14, tetapi ada jenis IC
lain yang dapat digunakan untuk komunikasi full-duplex. Untuk lebih
jelasnya lihat lampiran 5.
Gambar 2.14 Koneksi SN75176 Untuk Komunikasi Half-Duplex
2.5 Modul LCD (Liquid Crystal Display) M1632
M1632 adalah modul LCD dengan kontroler HD44780U yang
mampu menampilkan karakter alfanumerik, huruf Jepang Kana dan
beberapa simbol. Interfacing modul LCD M1632 dengan mikrokontroler
lain dapat dilakukan secara 4-bit atau 8-bit. Gambar 2.14 menunjukkan
modul dari LCD M1632. LCD M1632 mempunyai 14 pin yang
masing-masing berfungsi seperti tampak pada tabel 2.7
Gambar 2.15 Modul LCD M1632
Modul LCD M1632 dengan kontroler HD44780U mempunyai
1. Dapat menampilkan karakter dengan 5x8 dot dan 5x10 dot.
2. Kemampuan komunikasi yang cepat ( 2 MHz pada Vcc = 5 volt ).
3. Komunikasi dengan data 4-bit atau 8-bit.
4. 80 x 8-bit RAM display ( Maksimum 80 karakter )
5. 208 karakter font ( 5x8 dot ) dan 32 karakter font ( 5x10 dot ).
6. 64 x 8-bit RAM generator karakter.
7. Fungsi instuksi: Display clear, cursor home, display on/off, cusor
on/off, display blink, cursor shift, display shift.
8. Internal osilator
Tabel 2.7 Fungsi Pin Modul LCD M1632
No. Pin Nama Pin Keterangan
1 VCC 5 volt
2 GND 0 volt
3 VEE 0 volt (Full Contrast)
4 RS Register Select
5 RW Read/Write
6 E E Clock
7…14 D0….D7 Data
2.6 Operational Amplifier LM358 Sebagai Inveerting
Persamaan gain untuk noninverting amplifier adalah sebagai
berikut:
1 1
R R R
V
V f
i
o = + (2.29)
Sesuai dengan salah satu aturan opamp “setiap tegangan yang
masuk secara langsung ke salah satu input dari opamp akan dikalikan
dengan noninverting gain”. Tanda dari output atau tegangan output
tergantung dari tegangan input (negatif atau positif) dikalikan dengan
(a) Basic circuit (b)Dengan current compensation resistor
Gambar 2.16 Inverting Circuit
Pada perancangan ini yang digunakan adalah jenis rangkaian
inverting seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.16. maka persamaan
2.29 menjadi seperti berikut:
1
yang terjadi adalah sebagai berikut:
1
berdasarkan persamaan 2.31 tegangan output akan berkebalikan dengan
tegangan input.
Pada perancangan ini IC opamp yang digunakan dari seri LM 358.
Di dalam IC ini terdapat dua opamp, susunan kaki-kaki dari LM 358
ditunjukkan gambar 2.17.
Gambar 2.17 LM 358
2.7 Visual Basic 6
2.7.2 Sekilas Visual Basic 6
Visual BASIC merupakan sebuah pengembangan terakhir dari
bahasa BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code).
bahasa-bahasa tingkat tinggi lainnya. BASIC dirancang tahun 1950-an dan
ditujukan untuk dapat digunakan oleh para programmer pemula. Biasanya
BASIC diajarkan untuk para pelajar sekolah menengah yang baru
mengenal komputer, serta digunakan untuk mengembangkan
program-program “cepat saji” yang ringan dan menyenangkan. Walaupun begitu,
peran BASIC lebih dari sekedar itu saja. Banyak programer handal saat ini
memulai karirnya dengan mempelajari BASIC.
Visual Basic masih tetap mempertahankan beberapa sintaks atau
format penulisan program yang pernah dipakai oleh BASIC. Microsoft
sengaja tidak melupakan sintaks-sintaks dari BASIC untuk digunakan
pada Visual Basic ini, karena di dalamnya juga sudah mengandung
kaidah-kaidah pemrograman yang cukup handal.
Visual Basic (yang sering juga disebut dengan VB) selain disebut
sebagai sebuah bahasa pemrograman, juga sering disebut sebagai sarana
(tool) untuk menghasilkan program-program aplikasi berbasis Windows.
Beberapa kemampuan atau manfaat dari Visual Basic di antaranya seperti:
1. Untuk membuat program aplikasi berbasis Windows.
2. Untuk membuat ActiveX, file help, aplikasi internet, dan
sebagainya.
3. Menguji program (debugging) dan menghasilkan program akhir
berakhiran EXE yang bersifat executable, atau dapat langsung
dijalankan.
2.7.2 Keistimewaan Visual Basic 6
Beberapa keistimewan dari Visual Basic 6 ini di antaranya:
1. Menggunakan platform pembuatanprogram yang diberi nama
Developer Studio, yang memiliki tampilan dan sarana yang sama
dengan Visual C++ dan Visual J++. Dengan begitu programmer
dapat bermigrasi atau belajar bahasa pemrograman lain dengan
2. Memiliki compiler handal yang dapat menghasilkan file executable
yang lebih cepat dan lebih efisien dari sebelumnya.
3. Memiliki beberapa tambahan sarana wizard yang baru. Wizard
adalah sarana yang mempermudah di dalam pembuatan aplikasi
dengan mengotomatisasi tugas-tugas tertentu.
4. Tambahan kontrol-kontrol baru yang lebih canggih serta
peningkatan kaidah strukur bahasa Visual Basic.
5. Kemampuan membuat ActiveX dan fasilitas internet yang lebih
banyak.
6. Sarana akses data yang lebih cepat dan handal untuk membuat
aplikasi database yang berkemampuan tinggi.
7. Visual Basic 6 memiliki beberapa versi atau edisi yang disesuaikan
dengan kebutuhan pemakainya.
2.8 SQL Server 2000
SQL Server merupakan salah satu nama program database yang
paling populer saat ini. SQL Server adalah sebuah sistem berarsitektur
terbuka yang memungkinkan para pengembang program memperluas dan
menambahkan fungsi-fungsi ke dalam database tersebut. Microsoft telah
menyediakan Software Development Kit (SDK) bersama dokumentasi
yang lengkap untuk membuka kesempatan kepada para programmer,
administrator database untuk mempelajari dan memanfaatkan komponen
dan obyek di dalam SDK tersebut guna membuat aplikasi-aplikasi secara
elegan. (Feri Djuandi, 2002)
SQL Server dapat memproses structured query language (SQL)
yang merupakan bahasa yang sering digunakan untuk mengakses basis
data. Berikut ini adalah beberapa perintah SQL:
1. DDL (Data Definiton Language)
DDL digunakan untuk melakukan pembuatan struktur database,
