5 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Definisi Robot
Keunggulan dalam teknologi robotik telah lama dijadikan ikon kebanggaan negara-negara maju dunia. Kecanggihan teknologi yang dimiliki, gedung-gedung tinggi yang mencakar langit, tingkat kesejahteraan yang tinggi, kota-kota yang modern, belum terasa lengkap tanpa popularitas kepiawaian dalam dunia robotic.
Istilah “robot” berasal dari kata “robota” (bahasa Czech) yang berarti pekerja, mulai populer ketika seorang penulis berbangsa Czech (Ceko), Karl Capek, membuat pertunjukan dari lakon komedi yang ditulisnya pada tahun 1921 yang berjudul RUR (Rossum’s Universal Robot). Namun menurut kamus besar Webster memberikan definisi mengenai robot, yaitu “sebuah peralatan otomatis yang melakukan pekerjaan seperti yang dilakukan oleh manusia”. Lain halnya dengan Institute of America, menurut Institute of America definisi robot adalah “manipulator dengan fungsi ganda dan dapat diprogram kembali, didesain untuk dapat memindahkan komponen, peralatan-peralaan khusus melalui pergerakan yang diprogram agar dapat melakukan berbagai kegiatan”.
Robot biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan kotor. Biasanya kebanyakan robot industri digunakan dalam bidang produksi. Penggunaan robot lainnya termasuk untuk pembersihan limbah beracun, penjelajahan bawah air, luar angkasa, pertambangan, dan pencarian kebocoran gas.
STIKOM
2.1.1 Klasifikasi Robot
Menurut stabilitasnya robot dibagi menjadi 2, yaitu:
a. Fixed robot, robot yang memiliki ruang kerja (spatial space) yang terbatas, dimana bagian dasarnya dilekatkan pada sebuah benda tetap seperti panel atau meja.
b. Mobile robot, robot yang memiliki ruang kerja yang luas, di mana bagian dasarnya pada sebuah alat gerak seperti roda atau kaki. Beberapa macam mobile robot antara lain robot beroda, robot yang bergerak dengan menggunakan roda. Robot berkaki, robot yang bergerak menggunakan kaki dalam perpindahannya. Pembahasan lebih lanjut akan berfokus pada jenis mobile robot dengan alat gerak roda, khususnya tipe ackerman drive. Untuk tipe fixed robot dan robot berkaki tidak akan dibahas lebih lanjut.
2.1.2 Robot Beroda
Robot beroda dalam pergerakannya menggunakan roda atau ban, sehingga dapat berpindah dari titik satu ke titik yang lain. Jenis-jenis robot beroda adalah differential drive, skid steering, synchro drive, omni wheel, tricycle steering, ackerman steering, dan articulated drive. Jenis robot beroda di atas diklasifikasikan menurut pengendalian roda robot. Seperti Gambar 2.1 merupakan gambar robot beroda.
Gambar 2.1 Robot beroda (Lehrbaum,2008)
STIKOM
2.1.3 Ackerman Steering
Ackerman steering merupakan pengendalian arah gerak robot dengan menggerakkan sudut putar roda depan. Kinematika ackerman sangat mirip dengan mobil yang dikenal umum, sehingga dinamakan car-like steering seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Kinematika ackerman pada dasarnya hampir sama dengan kinematika tricycle steering dengan dua roda penentu arah di bagian depan. Penggunaan dua roda depan akan mempermudah pengendalian posisi.
Sebelum prinsip ackerman steering ini ditemukan, sebelumnya masih menggunakan prinsip parallel steering. Seperti yang ditunjukkan Gambar 2.3 yang merupakan gambar parallel steering. Parallel steering lebih kaku dan sudut putar yang bisa diatur dangat terbatas.
Gambar 2.2 Ackerman steering (Burnhill, 2009)
Gambar 2.3 Parallel steering (Burnhill, 2009)
2.2 Sensor Sharp GP2D120
Sensor sharp GP2D120 merupakan sebuah sensor deteksi jarak dengan menggunakan cahaya infra merah yang output-nya berupa tegangan analog. Blok diagram dari sharp GP2D120 berisi LED pemancar dan penerima yang memiliki
STIKOM
rangkaian pemroses, driver, dan rangkaian osilasi serta rangkaian output analog seperti Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Blok diagram GP2D120 (SHARP, 2006)
Sensor ini mempunyai 3 pin yang terdiri atas tegangan output Vo (pin 1), ground (pin 2), dan VCC (pin 3). GP2D120 mendeteksi jarak secara terus-menerus ketika diberi daya. Output-nya berupa tegangan analog yang sesuai dengan jarak yang diukur. Berikut pada Gambar 2.5 adalah gambar pinout GP2D120. (SHARP, 2006)
Gambar 2.5 Pinout GP2D120 (SHARP, 2006) 1
2 3
STIKOM
2.3 Driver Motor L298
L298 merupakan sebuah integrated circuit (IC) yang dapat menggerakan 2 motor DC. Arus maksimal yang bisa diatur sampai dengan 4A. Driver motor L298 tidak hanya digunakan untuk mengatur motor DC tetapi juga bisa mengatur seperti relay, solenoid, dan juga motor stepper. (STMicroelectronics, 2000) Untuk mengetahui pin connection dari L298 ini dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Pin connection L298 (STMicroelectronics, 2000)
2.3.1 Fungsi-fungsi Kaki (Pin) L298 a. Current sensing A
Pin yang berfungsi sebagai untuk mengontrol keluaran arus yang mengalir pada H-bridge A.
b. Output 1
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge A, dan keluaran arus yang mengalir pada pin ini dikontrol oleh pin current sensing A.
c. Output 2
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge A, dan keluaran arus yang mengalir pada pin ini dikontrol pin current sensing A.
STIKOM
d. Supply Voltage (Vs)
Tegangan yang digunakan sebagai tegangan output bridge A maupun H-bridge B.
e. Input 1
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge A dan pin ini mampu menerima sinyal TTL.
f. Enable A
Pin enable A digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan H-bridge. g. Input 2
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge A dan pin ini mampu menerima sinyal TTL.
h. GND
Ground (GND) pada power supply dihubungkan dengan pin ini. i. VSS
Pin logic supply voltage digunakan sebagai input power supply untuk logic block.
j. Input 3
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge B dan pin ini mampu menerima sinyal TTL.
k. Enable B
Pin enable B digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan H-bridge. l. Input 4
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge B dan pin ini mampu menerima sinyal TTL.
STIKOM
m. Output 4
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge B, dan keluaran arus yang mengalir pada pin ini dikontrol pin current sensing B.
n. Current sensing B
Pin yang berfungsi sebagai untuk mengontrol keluaran arus yang mengalir pada H-bridge B.
2.4 PWM
Pulse Width Modulation (PWM) adalah suatu teknik manipulasi dalam pengendalian kecepatan motor dengan menggunakan prinsip cut-off dan saturasi. Driver penggerak motor didesain bekerja dengan karakteristik mirip ‘linier’ namun sebenarnya menggunakan teknik on-off. Gambar 2.7 mengilustrasikan sinyal PWM.
Gambar 2.7 Sinyal PWM
Pada prinsipnya PWM menggunakan sinyal kotak yang dimodulasikan dan diatur lebar datanya, dengan frekuensi f(t) untuk nilai rendah ymin dan nilai tinggi ymax
STIKOM
dan dengan duty cycle D, dapat kita tampilkan korelasi bentuk sinyalnya dalam Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Sinyal terhadap waktu
2.5 Comparator LM339
Comparator adalah sebuah rangkaian yang dapat membandingkan besarnya tegangan input. Comparator tegangan biasanya menggunakan op-amp sebagai piranti utama dalam rangkaian.
Ada dua jenis comparator tegangan, yaitu comparator tegangan sederhana, dan comparator tegangan dengan histerisis. Untuk comparator sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.9. Comparator yang digunakan adalah jenis LM339. Gambar pinout IC LM339 bisa dilihat pada Gambar 2.10
Gambar 2.9 Comparator sederhana (STMicroelectronics, 2003)
STIKOM
Gambar 2.10 Pin connection LM339 (STMicroelectronics, 2003)
2.6 Sistem Kendali Mobile Robot 2.6.1 PID
PID (dari singkatan bahasa proportional–integral–derivative) controller merupakan pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengendali PID merupakan gabungan dari tiga sistem kendali yang bertujuan untuk mendapatkan keluaran dengan rise time yang tinggi dan galat yang kecil. Seperti yang kita ketahui bahwa sistem kendali proporsional memiliki keunggulan yaitu rise time yang cepat tetapi sangat rentan dengan overshot/undershot, sistem kendali integral memiliki keunggulan untuk meredam galat, sedangkan sistem kendali diverensial memiliki keunggulan untuk memperkecil delta error atau meredam overshot/undershot. PID berdasarkan implementasinya dibedakan menjadi analog dan digital. PID analog diimplementasikan dengan komponen elektronika resistor, capacitor, dan operational amplifier, sedangkan PID digital diimplementasikan dengan menggunakan program.
STIKOM
a. Pengendali Proporsional (P) Pengaruh pada sistem :
1. Menambah atau mengurangi kestabilan dengan menambah atau mengurangi nilai konstanta KP (Kontrol Proporsional).
2. Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time 3. Mengurangi error steady state (ESS)
Untuk mengurangi ESS dibutuhkan KP besar, yang akan membuat sistem lebih tidak stabil. Kendali proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding) pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal kendali yang dihasilkan pengendali.
b. Pengendali Integral (I) Pengaruh pada sistem :
1. Mengurangi error steady state (ESS)
2. Respon lebih lambat (dibandingkan dengan P)
3. Dapat menambah ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem) Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error. Semakin besar error, semakin cepat sinyal kontrol bertambah atau berubah.
c. Pengendali Derivatif (D) Pengaruh pada sistem :
1. Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi sehingga bisa memperbesar pemberian nilai Kp.
2. Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada perubahan error.
STIKOM
3. D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error statis D tidak beraksi. Sehingga D tidak boleh digunakan sendiri
Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (e). Semakin cepat error berubah, semakin besar aksi kontrol yang ditimbulkan.
2.6.2 Tuning PID
Aspek yang sangat penting dalam desain kendali PID ialah penentuan parameter kendali PID supaya sistem kalang tertutup memenuhi kriteria performansi yang diinginkan (Wicaksono, 2004). Adapun metode Tuning parameter PID yang sudah banyak dan sering digunakan adalah Ziegler-Nichols dan Cohen-Coon.
a. Metode Ziegler-Nichols
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan grafik respon. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum sebesar 25%. Metode grafik respon didasarkan terhadap respon sistem open loop. Plant sebagai open loop dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, respon sistem akan berbentuk S. Gambar 2.11 menunjukkan grafik berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks. Grafik berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar 2.11 terlihat bahwa grafik respon berubah naik setelah selang waktu L.
STIKOM
Gambar 2.11 Grafik respon berbentuk S
Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan grafik setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada grafik dibuat suatu garis yang bersinggungan dengan garis grafik. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan garis maksimum (K). Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara grafik respon.
Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode grafik respon Tipe Kendali Kp Ti Td P T/L ~ 0 PI 0,9 T/L L/0,3 0 PD PID 1,2 T/L 2L 0,5L b. Metode Cohen-Coon
Karena tidak semua proses dapat menoleransi keadaan osilasi dengan amplitudo tetap, Cohen-Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan
STIKOM
menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon sistem close loop, pada metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk quarter amplitude decay. Quarter amplitude decay didefinisikan sebagai respon transien yang amplitudonya dalam periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Grafik respon quarter amplitude decay
Pada kendali proporsional Kp di-tuning hingga diperoleh respon quarter amplitude decay. Periode pada saat respon ini disebut Tp dan parameter Ti dan Td dihitung dari hubungan KP dengan TP. Sedangkan penalaan parameter kendali PID adalah sama dengan yang digunakan pada metode Ziegler-Nichols. Selain cara tersebut, metode Cohen-Coon ini bisa dihitung dengan aturan praktis yang parameter-parameter plant-nya diambil dari grafik respon yang terdapat pada Tabel 2.2.
STIKOM
Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon Tipe Kendali Kp Ti Td P T L L T K 3 1 1 1 - - PI T L L T K 12 1 9 , 0 1 T L T L L 20 9 3 30 - PD T L L T K 6 1 4 5 1 - T L T L L 3 22 2 6 PID T L L T K 4 1 3 4 1 T L T L L 8 13 6 32 T L L 2 11 4 2.7 Motor DC
Motor DC merupakan motor arus searah yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah (lisrik DC) menjadi tenaga gerak atau mekanik (Sumanto, 1984). Motor DC banyak ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti mixer, blender, pemutar tape,dll. Selain itu motor DC juga digunakan dalam industri misalkan untuk mengaduk adonan, memutar konveyor, dll.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan gaya gerak listrik (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik fase tegangan dari
STIKOM
gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen seperti pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Motor DC sederhana (Sumanto, 1994)
Catu tegangan DC dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut rotor dinamo. Rotor dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor seperti pada Gambar 2.14. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.
STIKOM
Gambar 2.14 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor (Djati, 2010)
Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Bila konduktor digenggam dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar 2.15 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Gambar 2.15 Konduktor berbentuk U (Djati, 2010)
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.16.
STIKOM
Gambar 2.16 Reaksi garis Fluks (Djati, 2010)
Lingkaran bertanda A dan B pada Gambar 2.16 merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum : a. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
b. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
c. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.
STIKOM
d. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Prinsip kerja motor DC (Djati, 2010)
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran
STIKOM
tenaga putar/torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
a. Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
b. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan). c. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang
berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.
Prinsip motor adalah aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.
STIKOM
2.8 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada Gambar 2.18 dengan pulsa 1 ms sumbu motor akan bergerak berlawanan jarum jam, dengan pulsa 1.5 ms sumbu motor akan berada pada posisi tengah dan pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan bergerak searah jarum jam. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 2.18 Sinyal motor servo
Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak continue seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak continue. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau
STIKOM
bagian-bagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar.
Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotor-nya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.
Motor servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Motor servo adalah motor yang berputar lambat, dimana biasanya ditunjukkan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian memiliki torsi yang kuat karena internal gear-nya. Lebih dalam dapat digambarkan bahwa sebuah motor servo memiliki :
a. Jalur kabel : power, ground, dan control. b. Sinyal control mengendalikan posisi.
c. Operasional dari motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, di mana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Konstruksi di dalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback control.
2.8.1 Jenis-jenis Motor Servo a. Motor Servo Standar 180°
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°.
STIKOM
b. Motor Servo Continuous
Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).
2.9 Hybrid System
Hybrid system merupakan gabungan antara pemroses analog dengan pemroses digital. Pada tugas akhir ini menggunakan FPAA sebagai pemroses analog dan microcontroller sebagai pemroses digital
2.9.1 FPAA (Field Programmable Analog Array)
FPAA (Field Programmable Analog Array) adalah sebuah rangkaian terintegrasi yang dapat dikonfigurasi untuk membuat beberapa fungsi analog menggunakan beberapa CAB (Configurable Analog Blocks) dan interconection network untuk menghubungkan antara CAB satu dengan yang lainnya dan dilengkapi dengan input – output (I/O) block dan media penyimpan (memory) jenis RAM (Random Access Memory). Konseptual FPAA ditunjukkan pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Diagram generic FPAA (Anadigm, 2003)
Teknologi dasar FPAA menggunakan switched capasitor technology yaitu suatu teknik design yang mengimplementasikan suatu hambatan setara
STIKOM
dengan mengalihkan masukan suatu kapasitor secara berurutan (Anadigm,2003). Dalam diagram umum FPAA terdapat beberapa bit data yang dapat digunakan untuk memprogram masing-masing CAB.
Modul FPAA yang digunakan dalam penelitian ini adalah AN221E04, arsitekturnya adalah seperti pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20 Arsitektur FPAA AN221E04 (Anadigm, 2003)
Fitur AN221E04 mempunyai fitur struktur input/output canggih yang memungkinkan FPAA untuk diprogram sampai dengan enam output yang dimiliki oleh perangkat ANx20E04. FPAA AN221E04 mempunyai empat sel konfigurasi I/O dan dua sel output yang bisa dipilih.
Selain itu FPAA AN221E04 memudahkan programmer untuk mengimplementasikan 8 bit analog-to-digital converter (ADC) yang terintegrasi dalam FPAA dan mengurangi kebutuhan akan external converter. Dengan
STIKOM
menggunakan FPAA seorang designer dapat membuat jalur digital output dari chip ADC menggunakan salah satu dedicated output (Anadigm, 2003).
a. AN221K04-V4 – AnadigmVortex Development Board
AnadigmVortex development board adalah suatu alat yang dapat mempermudah dalam implementasi dan pengujian desain analog yang dibuat pada AnadigmVortex dpASP dan FPAA Silikon. Fitur utama yang dimiliki AnadigmVortex development board adalah sebagai berikut:
1) Minimalis footprint – 4.7 x 3.6 inci persegi.
2) Breadboard area yang luas pada area perangkat AN221E04. 3) Pin header untuk semua I/O perangkat FPAA.
4) Daisy chain yaitu kemampuan yang memungkinkan beberapa board dapat dihubungkan menjadi multi-chip sistem.
5) Standart USB serial interface untuk men-download file-file sirkuit dari Anadigm Designer ®2.
6) Osilator modul 16-MHz pada board.
7) Kemampuan untuk menulis dan kemudian boot dari EEPROM, tetapi menggunakan external EEPROM.
Gambar 2.20 berikut adalah perangkat dari AN221K04 - developmen Board AnadigmApex Development Board.
STIKOM
Gambar 2.21 AN221K04-V4 – AnadigmVortex Development Board (Anadigm, 2003)
b. Layout Board
Gambar 2.22 menunjukkan layout dari semua komponen, konektor catu daya dan jumper.
STIKOM
Gambar 2.22 Layout board (Anadigm, 2003)
2.9.2 Microcontroller ATTiny2313
ATTiny 2313 merupakan microcontroller 8-bit AVR dengan kapasitas memory maksimum sebesar 2 Kbytes yang tersimpan di dalam memory flash-nya. ATTiny 2313 merupakan chip IC produksi ATMEL yang termasuk golongan single chip microcontroller, di mana semua rangkaian termasuk memory dan I/O tergabung dalam satu paket IC. Dalam pemrogramannya controller ini dapat dijalankan menggunakan 2 bahasa yaitu bahasa assembly atau bahasa C. Sehingga memungkinkan pengguna dapat mengoptimalkan kinerja sistem yang dibuat secara fleksibel.
STIKOM
Konfigurasi pin IC ATTiny 2313 ada 2 jenis yaitu jenis PDIP/SOIC (berbentuk prisma segi empat) dan jenis VQFN/MLF (berbentuk kotak) yang pada dasarnya memiliki fungsi yang sama, hanya saja memiliki bentuk yang berbeda.
Gambar 2.23 Pin konfigurasi ATTiny 2313 (Atmel, 2010)
Dari Gambar 2.23 merupakan konfigurasi pin dari ATTiny 2313. Secara keseluruhan memiliki total 20 pin. Berikut adalah penjelasan secara garis besar dari konfigurasi pin-pin tersebut :
a. VCC
Tegangan masukan digital sebesar 5 Volt. b. GND
Dihubungkan pada ground (GND). Referensi nol suplai tegangan digital. c. PORT A (PA0...PA2)
Pada PORT A hanya terdapat tiga buah pin saja atau 3 bit pin I/O. Dimana PORT A ini, ketiga pin-nya (seluruh pin PORT A) digunakan untuk keperluan membuat minimum system. Yaitu PA.0 dan PA.1 untuk input clock (nama komponen adalah kristal), dan PA.2 untuk input tombol RESET.
STIKOM
d. PORT B (PB0...PB7)
Pada PORT B terdapat delapan buah pin atau 8 bit pin I/O. Dan juga pada PORT B ini terdapat port SPI (Serial Peripheral Interface), yaitu pin komunikasi untuk men-download program secara serial syncronous dari komputer ke microcontroller, pin-pin tersebut adalah MOSI (PORT B.5), MISO (PORT B.6), SCK (PORT B.7).
e. PORT D (PD0...PD6)
Pada PORT D terdapat tujuh buah pin atau 7 bit pin I/O. f. RESET
Reset berfungsi untuk menyusun ulang routine program dari awal. Biasanya reset bersifat active low, yaitu aktif saat logika bernilai nol “0”. Sinyal LOW pada pin ini dengan lebar minimum 1,5 mikrodetik akan membawa microcontroller ke kondisi reset, meskipun clock tidak running. Sinyal dengan lebar kurang dari 1,5 mikrodetik tidak menjamin terjadinya kondisi reset.
g. XTAL 1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit.
h. XTAL 2
XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.
