BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroller
Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah
dilengkapi dengan CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Acces
Memory), ROM (Read Only Memory), input dan output, timer/counter, serial com
port secara spesifik digunakan untuk aplikassi aplikasi control dan buka aplikasi
serbaguna. Dengan kata lain, Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital
yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa
ditulis dan dihapus dengan cara khusus.
2.2 Mikrokontroller Atmega32
Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sebuah sistem komputer yang
dikemas dalam sebuah chip, artinya di dalam sebuah IC mikrokontroler
sebetulnya sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja,
yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang
dimiliki oleh sebuah PC. Mengingat kemasannya yang berupa sebuah chip dengan
ukuran yang relatif lebih kecil, tentu saja spesifikasi dan kemampuan yang
dimiliki oleh mikrokontroller akan menjadi lebih rendah bila dibandingkan
dengan sistem komputer seperti PC baik dilihat dari segi kecepatannya. Tidak
seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program
aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya),
Meskipun dari sebuah kemampuan lebih rendah tetapi mikrokontroller
memiliki kelebihan yang tidak bisa diperoleh pada sistem komputer yaitu,dengan
kemasannya yang kecil dan kompak membuat mikrokontroller menjadi lebih
fleksibel dan praktis digunakan terutama pada sistem-sistem yang relatif tidak
terlalu kompleks atau tidak memerlukan bahan komputasi yang tinggi.
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32
Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan CMOS dengan konsumsi
daya rendah, mempunyai 8-bit proses data (CPU) berdasarkan arsitektur AVR
RISC. Dengan mengeksekusi instruksi dalam satu (siklus) clock tunggal,
ATmega32 memiliki kecepatan data rata-rata (throughputs) mendekati 1 MIPS
per MHz, yang memungkinkan perancang sistem dapat mengoptimalkan
konsumsi daya dan kecepatan pemrosesan. Berikut kelebihan yang dimiliki
ATmega32 (Aozon mengambil referensi langsung dari Atmel termasuk datasheet
yang diterbitkannya):
1. Kinerja Tinggi, Low-Power AVR® 8-bit Microcontroller
Seperti yang disebutkan Atmel dalam websitenya "The low-power Atmel
8-bit AVR RISC-based microcontroller... The device supports throughput
of 16 MIPS at 16 MHz and operates between 2.7-5.5 volts".
2. Menggunakan Arsitektur RISC
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set
Computing (RISC) atau " set instruksi Komputasi yang disederhanakan".
Mikrokontroler AVR memiliki daya tahan data (retensi data) 20 tahun
ketika suhu mencapai 85°C atau 100 tahun ketika suhu mencapai 25°C.
4. Memiliki Antarmuka JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant)
Tidak hanya SPI, ATmega32 memiliki antarmuka JTAG yang
memungkinkan pengguna dapat memprogram Flash, EEPROM, Fuse, dan
Lock Bits.
5. Memiliki Fitur Perangkat
Mikrokontroler AVR memiliki fitur tambahan yang sangat membantu kita
untuk melakukan penelitian yang lebih baik, seperti terdapat ADC, PWM
dan Timer.
6. Memiliki Fitur Tambahan
Mikrokontroler ini memiliki fitur menarik yang patut dicoba seperti 5
mode Sleep, eksternal dan internal interupsi, dan kalibrasi RC Oscillator
internal.
7. Mempunyai 32 jalur Program I/O
ATmega32 mempunyai 32 jalur Program sehingga memungkinkan kita
untuk mengontrol lebih banyak device/ perangkat, seperti Tombol/ switch,
LED, buzzer dan LCD.
8. Memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt
ATmega32 memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt. Ini
sangat membantu kita untuk menghemat listrik. Kecepatan maksimal bisa
mencapai 16 MHz (tanpa overclock).
ATmega32 membutuhkan arus yang sangat kecil dibanding komponen
analog yang biasa kita pakai. Hal ini dibuktikan dengan konsumsi daya
yang dibutuhkan ketika aktif saja hanya 1,1 mA, bahkan bisa mencapai 1
uA ketika mode power-down.
Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan
32 register umum. Semua register tersebut langsung terhubung dengan
Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah diproses
dengan satu perintah tunggal dalam satu clock cycle. Hal ini menghasilkan kode
yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler
CISC biasa.
2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega32
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32
Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai
a. VCC
- Tegangan sumber
b. GND (Ground)
- Ground
c. Port A (PA7 – PA0)
Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap
pin memilki internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input
dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika
internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi
khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital
Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat
ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Fungsi khusus port A
Port Alternate Function
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)
PA0 ADC0 (ADC input channel 0)
d. Port B (PB7 – PB0)
Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap
pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai input
dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika
internal pull-up resistor diaktifkan.
Pin-pin port B memiliki fungsi-fungsi khusus, diantaranya :
1. SCK port B, bit 7
Input pin clock untuk up/downloading memory.
2. MISO port B, bit 6
Pin output data untuk uploading memory.
3. MOSI port B, bit 5
Pin input data untuk downloading memory.
Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera
pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Fungsi khusus port B
Port Alternate Function
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB6 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB5 SS (SPI Slave Select Input)
OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match
Output)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB0
T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK
(USART External Clock Input/Output)
e. Port C (PC7 – PC0)
Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port C digunakan sebagai input
dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus
jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port
C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Fungsi khusus port C
Port Alternate Function
PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC6 TD1 (JTAG Test Data In)
PC5 TD0 (JTAG Test Data Out)
PC3 TMS (JTAG Test Mode Select)
PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
f. Port D (PD7 – PD0)
Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port D dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port D digunakan sebagai input
dan di pull-down secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus
jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port
D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khusus port D
Port Alternate Function
PD7
OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match
Output)
PD6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD6
OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match
Output)
PD5 TD0 (JTAG Test Data Out)
PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1 TXD (USART Output Pin)
2.3 Load Cell
Load cell merupakan sensor timbangan yang bekerja secara
mekanis,dimana load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain
gauge sebagai pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif
yang merubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan.
Gambar 2.2 Load Cell
Sensor load cell memilikispesifikasi kerja sebagai berikut:
Kapasitas 5kg
Bekerja pada tegangan rendah 5-10 VAC
Ukuran sensor yang kecil dan praktis
Input atau output resistance rendah 350 ±50Ω
Zero balance 0.024mV/V
Nonlineritas 0,05%
Range temperature kerja -100C - +500C
2.3.1 Prinsip Kerja Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi
lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan
lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah
menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek
yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang
timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang
ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh
pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan
mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada
sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan,
tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan
untuk mengukur besarnya gaya.
2.4 IC HX711
HX711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales
hx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA
SEMICONDUCTOR" . HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC)
yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial
control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor).
HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi
perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke
dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan
Gambar 2.3 IC HX711
2.3.1 Kelebihan IC HX711
Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan
reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan
cepat.
2.3.2 Fitur IC HX711
1. Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ±
40mV)
2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.)
3. Refresh frequency: 80 Hz
4. Operating Voltage : 5V DC
5. Size:38mm*21mm*10mm
2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari
penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan
manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih),
dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang
digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD
dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan,
tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor
CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Gambar 2.4 LCD 2x16
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai
pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi
piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan
baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane),
yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang
ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang
digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan
berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar
dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa
microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat
menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang
bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu
(berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang mena mpilkan data dengan 2
baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk
membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data
dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
LCD 16x2
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin LCD
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses
proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan
instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap
karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter
(membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah
Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.5 menunjukkan operasi
dasar LCD.
Tabel 2.5 Operasi Dasar LCD
RS R/W Operasi
0 0 Input Instruksi ke LCD
0 1 Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1 0 Menulis Data
1 1 Membaca Data
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD
Pin No. Keterangan Konfigurasi Hubung
1 GND Ground
2 VCC Tegangan +5VDC
3 VEE Ground
4 RS Kendali RS
5 RW Ground
6 E Kendali E/Enable
8 D1 Bit 1
9 D2 Bit 2
10 D3 Bit 3
11 D4 Bit 4
12 D5 Bit 5
13 D6 Bit 6
14 D7 Bit 7
15 A Anoda (+5VDC)
16 K Katoda (Ground)
Tabel 2.7 Konfigurasi LCD
Pin Bilangan biner Keterangan
RS 0 Inisialisasi
1 Data
RW 0 Tulis LCD / W (write)
1 Baca LCD / R (read)
E 0 Pintu data terbuka
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng
kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganga dicatukan pada
beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun diri
agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil
pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka,
atau gambar sesuai bagian yang di aktifka.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular
untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain
seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter
digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan
mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam
satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom
dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan
suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan
untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD,
mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film
Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah
ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan
