BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Hal yang mendasari penelitian yang dilakukan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini adalah melihat pada alat yang telah dibuat sebelumnya yaitu berupa papan informasi yang dilakukan oleh Fatoni (2005) dan dot matrix display yang dilakukan oleh Rudiono (2010). Alat yang akan dibuat kali ini adalah pengembangan dari alat yang telah dibuat sebelumnya, yaitu dengan penambahan jumlah karakter dari sistem dot matrix display.
Dalam papan informasi elektronik, masukan atau input data dilakukan melalui rangkaian downloader ataupun software, sedangkan pada dot matrix display pada umumnya harus membuat driver kolom, driver baris dan jumlah karakter sedikit. Maka, untuk pengembangan kali ini adalah apabila kita ingin merubah tulisan pada dot matrix display menggunakan konektor keyboard PC maka kita tidak perlu repot-repot merubah programnya. Cara mengoperasikannya juga sangat mudah, yaitu cukup menekan tombol ESC untuk mengganti karakter sesuai dengan yang kita inginkan lalu menekan tombol ENTER untuk mengirimkan data masukan dari keyboard PC yang akan diproses oleh mikrokontroler ATmega328 lalu akan ditampilkan di display.
2.2 Dot Matrix Display
Dot Matrix Display yaitu berupa LED (Light Emitting Diode) yang
disambung dan dirangkai menjadi deretan LED (Light Emitting Diode) ataupun dapat berupa dot matrix. Dot matrix merupakan deretan LED (Light Emitting
Diode) yang membentuk array dengan jumlah kolom dan baris tertentu,
sehingga titik-titik yang menyala dapat membentuk suatu karakter angka, huruf, tanda baca, dan sebagainya. Panel dot matrix display P10 ukuran 16 x 32 merupakan modul display dot matrix yang sudah tersusun register untuk mengendalikan nyala array LED (Light Emitting Diode), dan input teks. Jika dot
matrix tidak menggunakan shift register, maka LED (Light Emitting Diode) bisa
menyala bersamaan satu kolom atau satu baris.
Pada dasarnya LED (Light Emitting Diode) memiliki dua buah kaki Anoda dan Katoda yang dimana untuk mengaktifkan LED (Light Emitting Diode) tersebut Anoda kita beri VCC dan Katoda kita hubungkan ke Ground. Dot
Matrix merupakan kumpulan dari LED (Light Emitting Diode) yang
dihubungkan.
Untuk menampilkan sebuah huruf pada display, maka data binernya harus dikirimkan secara terus menerus. Sebagai contoh adalah cara pembentukan karakter “A”. Langkah selanjutnya adalah mengubah bentuk pola karakater “A” dimana LED (Light Emitting Diode) yang nyala (merah) logika 1 dan yang padam (hitam) logika 0.
Berikut contoh tampilan huruf A pada Dot Matrix ukuran 5x7 dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Contoh Tampilan Huruf A pada Dot Matrix 5x7
Dalam Tugas Akhir ini, jenis Dot Matrix yang akan digunakan dalam rangkaian adalah Dot Matrix Display P10 ukuran 16 baris dan 32 kolom berwarna merah. Prinsip kerjanya sama seperti Dot Matrix 5x7 dimana Dot Matrix Display P10 ini sudah ditentukan letak karakter pada display di library Arduino. Berikut Gambar 2.3 adalah skema Dot Matrix Display P10.
Gambar 2.3 Skema Dot Matrix Display P10
Pada Display Dot matrix ini terdapat pin konektor sebanyak 16 pin untuk menghubungkan ke pin mikrokontroler ATmega328. Pin konektor ini akan dijelaskan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Pin Konektor DMD dan Pin Konektor Ke Mikrokontroler Konektor
2.3 Keyboard PC
Keyboard PC adalah sarana input yang nantinya akan dimanfaatkan untuk
menuliskan atau mengubah text pada tampilan display. Keyboard merupakan sarana input yang sangat murah. Sistem berbasis mikrokontroler dengan mudah bisa dilengkapi dengan 101 tombol untuk mengisikan teks maupun angka.
Aplikasi ini berfungsi untuk mengambil data karakter dari keyboard dan mengirim ke port serial mikrokontroler ATmega328 dalam bentuk ASCII (American Standard Code for Information Interchange).
Gambar 2.5 Keyboard PC dan Scan Code (Sutanto, 2000)
Setiap kali salah satu tombol keyboard ditekan atau dilepas, keyboard akan mengirimkan kode ke mikrokontroler. Kode tersebut dinamakan dengan scan
code, seperti yang terlihat pada Gambar 2.5.
Scan code untuk tombol ‘s’ adalah 1B (angka hexsadesimal yang setara
dengan angka biner 00011011). Ketika tombol ‘s’ ditekan terus, maka keyboard akan mengirimkan 1B berikutnya terus menerus sampai ada tombol lain yang akan ditekan atau tombol ‘s’ tadi dilepaskan.
Keyboard juga mengirimkan kode pada saat ada satu tombol yang dilepas,
kodenya adalah F0 (angka heksadesimal yang setara dengan biner 11110000). Jadi, jika tombol ‘s’ tadi dilepas maka keyboard akan mengirimkan F0 dan 1B.
Kode-kode tersebut dikirim oleh keyboard secara seri, artinya dikirmkan satu bit demi satu bit. Misalkan mula-mula dikirim ‘1’, sesaat kemudian ‘1’ lagi dan menyusul ‘0’ sampai akhirnya terkirim sebanyak 8 bit yang berbentuk 00011011 (dikirim mulai dari bit yang paling kanan kemudian bergeser satu persatu samapi yang paling kiri). Masing-masing tombol mempunyai scan code sendiri, termasuk tombol ‘Shift’, tombol ‘Ctrl’ dan lain-lain. Scan code disusun sebagai kode 8 bit. Konfigurasi dari konektor keyboard dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Konfigurasi konektor keyboard PS2
2.4 Scanning Encoder
Dalam scanning encoder, tombol-tombol kunci disusun seperti sebuah matrik. Dengan cara seperti ini, cacah sambungan yang diperlukan menjadi lebih sedikit. Sandi yang dikenal dengan sebutan scanning encoder, berupa sebuah keeping RAM (Random Access Memory) yang akan membangkitkan karakter ASCII (American Standard Code for Information
Interchange) yang sesuai bila tombol pada matrix saklar ditekan. ASCII (American Standard Code for Information Interchange) menyajikan sebuah
karakter dengan 7 bit bilangan biner yang memungkinkan kombinasi sampai 128 karakter yang berbeda.
Dari 128 karakter ini, 96 karakter diantaranya berupa printable character (termasuk huruf besar dan kecil). Sisa karakter yang lain sebanyak 32 buah, digunakan untuk karakter khusus, seperti carriage return, line feed, backspace dan delete pada keyboard. Sistem berbasis mikrokontroler dengan mudah bisa dilengkapi dengan 101 tombol untuk mengisikan teks maupun angka.
Aplikasi ini berfungsi untuk mengambil data karakter dari keyboard dan mengirimakan ke port serial mikrokontroler ATmega328 dalam bentuk ASCII
(American Standard Code for Information Interchange).
2.5 Mikrokontroler ATmega328
Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan serta keluaran serta dapat di read dan write dengan cara khusus. Mikrokontroler dapat diberikan suatu program yang bekerja sesuai dengan keinginan pengguna. Sehingga mikrokontroler dapat dihubungkan dengan alat-alat lain. Dapat dikatakan mikrokontroler sebagai otak dari sistem secara keseluruhan
ATmega328 adalah mikrokontroler keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer).
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain :
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus
clock.
2. 32 x 8-bit register serba guna.
3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent
karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Modulation) output.
Gambar 2.7 Arsitektur ATmega328
Gambar 2.8 Konfigurasi pin Atmega328 (Sumber : www.atmel.com)
Memory
ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM.
Input dan Output
Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau
output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat menghasilkan atau
menerima maximum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected
oleh default) 20-50 KOhms.
Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut :
1. Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB FTDI ke TTL chip serial.
2. Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai.
3. PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8 -bit output PWM dengan fungsi analogWrite().
4. SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak termasuk pada bahasa arduino.
5. LED : 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.
2.6 Catu Daya
Catu daya merupakan sumber tegangan DC. Sumber tegangan DC ini dibutuhkan oleh berbagai macam rangkaian elektronika untuk dapat dioperasikan. Karena sebagian besar rangkaian elektronika membutuhkan tegangan DC untuk dapat bekerja dengan baik. Karena tegangan jala-jala dari PLN adalah tegangan AC, maka yang harus dilakukan terlebih dahulu dalam setiap peralatan elektronika adalah mengubah tegangan AC ke tegangan DC. Oleh sebab itu diperlukan rangkaian penyearah yang dapat melakukan pengubahan tegangan AC ke tegangan DC. Rangkaian inti dari catu daya ini adalah suatu rangkaian penyearah yaitu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-balik (AC) menjadi sinyal searah (DC).
Gambar 2.9 Catu Daya
2.7 Pemrograman Bahasa C Arduino
2.7.1. Structure
Structure dasar dari bahasa pemrograman arduino itu sederhana hanya
terdiri dari dua bagian yaitu:
void setup( ) { // Statement; } void loop( ) { // Statement; }
Dimana setup() bagian untuk inisialisasi yang hanya dijalankan sekali diawal program, sedangkan loop() untuk mengeksekusi bagian program yang akan dijalankan berulang-ulang untuk selamanya.
setup()
Fungsi setup() hanya di panggil satu kali ketika program pertama kali di jalankan. Ini digunakan untuk pendefinisian mode pin atau memulai komunikasi serial. Fungsi setup() harus disertakan dalam program walaupun tidak ada statement yang di jalankan.
void setup() {
pinMode(13,OUTPUT); // mengset ‘pin’ 13 sebagai output }
loop
Setelah melakukan fungsi setup() maka secara langsung akan melakukan fungsi loop() secara berurutan dan melakukan instruksi-instruksi yang ada dalam fungsi loop().
void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); // nyalakan ‘pin’ 13
delay(1000); // pause selama 1 detik
digitalWrite(13, LOW); // matikan ‘pin’ 13
delay(1000); /// pause selama 1 detik
}
function
Function (fungsi) adalah blok pemrograman yang mempunyai nama dan
mempunyai statement yang akan di eksekusi ketika function di panggil. Fungsi
void setup() dan void loop() telah dibahas diatas
Cara pendeklarasian function
type functionName(parameters) { // Statement; } Contoh: int delayVal() {
int v; // membuat variable ‘v’ bertipe integer v = analogRead(pot); // baca harga potentiometer v /= 4; // konversi 0-1023 ke 0-255
return v; // return nilai v }
Pada contoh diatas fungsi tersebut memiliki nilai balik int (integer), karena kalau tidak menghendaki adanya nilai balik maka type function harus void.
2.7.2 Variable
Variable adalah sebuah penyimpan nilai yang dapat digunakan dalam
program. Variable dapat dirubah sesuai dengan instruksi yang kita buat. Ketika mendeklarisikan variable harus disertakan type variable serta nilai awal variable.
Type variableName = 0;
Contoh:
Int inputVariable = 0; // mendefinisikan sebuah variable bernama inputVariable dengan nilai awal 0
inputVariable = analogRead(2); // menyimpan nilai yang ada di analog pin 2 ke inputVariable
variable scope
Sebuah variable dapat dideklarasikan pada awal program sebelum void
setup(), secara lokal didalam sebuah function, dan terkadang didalam sebuah block statement pengulangan. Sebuah variable global hanya satu dan dapat
digunakan pada semua block function dan statement didalam program. Variable global dideklarasikan pada awal program sebelum function setup(). Sebuah variable lokal dideklarasikan disetiap block function atau di setiap block
statement pengulangan dan hanya dapat digunakan pada block yang bersangkutan
saja.
Contoh penggunaan:
int value; // ‘value’ adalah variable global dan dapat di gunakan pada semua block funtion
void setup() { // no setup needed } void loop() {
for (int i=0; i<20;) // 'i' hanya dapat di gunakan dalam pengulangan saja
{ i++; }
float f; // 'f' sebagai variable local }
2.7.3 Data type byte
Type byte dapat menyimpan 8-bit nilai angka bilangan asli tanapa koma. Byte memiliki range 0 – 255.
Byte biteVariable = 180; // mendeklarasikan ‘biteVariable’ sebagai type byte
integer
Integer adalah tipe data yang utama untuk menyimpan nilai bilangan bulat
tanpa koma. Penyimpanan integer sebesar 16bit dengan range 32.767 sampai -32.768.
Int integerVariable = 1600; // mendeklarasikan ‘integerVariable’ sebagai type integer
long
Perluasan ukuran untuk long integer, penyimpanan long integer sebesar 32-bit dengan range 2.147.483.647 sampai -2.147.483.648
Long longVariable = 500000; // mendeklarasikan ‘longVariable’ sebagai type long
float
Float adalah tipe data yang dapat menampung nilai decimal, float
merupakan penyimpan yang lebih besar dari integer dan dapat menyimpan sebesar 32-bit dengan range 3.4028235E+38 sampai -3.4028235E+38
Float floatVariable = 3.14; // mendeklarasikan ‘floatVariable’ sebagai type float
array
Array adalah kumpulan nilai yang dapat diakses dengan index number,
nilai yang terdapat dalam array dapat dipanggil dengan cara menuliskan nama
array dan index number. Array dengan index 0 merupakan nilai pertama dari array. Array perlu dideklarasikan dan kalau perlu diberi nilai sebelum di gunakan.
Int arraysName[] = {nilai0, nilai1, nilai2 . . . }
Contoh penggunaan array:
Int arraySaya[] = {2,4,6,8,10}
x = arraySaya[5]; // x sekarang sama dengan 10
2.7.4 Operator aritmatic
Operator aritmatic terdiri dari penjumlahan, pengurangan, pengkalian, dan pembagian.
y = y + 3; x = x - 8; i = i * 5; r = r / 9;
Dalam menggunakan operan aritmatic harus hati-hati dalam menentukan tipe data yang digunakan jangan sampai terjadi overflow range data.
compound assignments
Compound assignments merupakan kombinasi dari aritmatic dengan
sebuah variable. Ini biasanya dipakai pada pengulangan.
x ++; // sama seperti x = x + 1 atau menaikan nilai x sebesar 1 x --; // sama seperti x = x - 1 atau mengurangi nilai x sebesar1 x += y; // sama seperti x = x + y
x -= y; // sama seperti x = x – y x *= y; // sama seperti x = x * y x /= y; // sama seperti x = x / y
comparison
Statement ini membadingkan dua variable dan apabila terpenuhi akan
bernilai 1 atau true. Statement ini banyak digunakan dalam operator bersyarat.
x == y; // x sama dengan y
x != y; // x tidak sama dengan y x < y; // x leboh kecil dari y x > y; // x lebih besar dari y
x <= y; // x lebih kecil dari sama dengan y x >= y; // x lebih besar dari sama dengan y
logic operator
Operator logical digunakan untuk membandingkan 2 expresi dan mengembalikan nilai balik benar atau salah tergantung dari operator yang digunakan. Terdapat 3 operator logical AND, OR, dan NOT, yang biasanya digunakan pada if statement.
Contoh penggunaan:
Logical AND
If ( x > 0 && x < 5) // bernilai benar apabila kedua operator pembanding terpenuhi
Logical OR
If ( x > 0 || y > 0) // bernilai benar apabila salah satu dari operator pembanding terpenuhi
Logical NOT
If ( !x > 0 ) // benilai benar apabila ekspresi operator salah
2.7.5 Konstanta
Arduino mempunyai beberapa variable yang sudah dikenal yang kita sebut konstanta. Ini membuat program lebih mudah untuk dibaca. Konstanta di kelasifikasi berdasarkan group.
true/false
Merupakan konstanta Boolean yang mendifinisikan logic level. False mendifinisikan 0 dan True mendifinisikan 1.
If ( b == TRUE ); {
//doSomething }
high/low
Konstanta ini mendifinisikan aktifitas pin HIGH atau LOW dan digunakan ketika membaca dan menulis ke digital pin. HIGH didefinisikan sebagai 1 sedangkan LOW sebagai 0.
digitalWrite( 13, HIGH );
input/output
Konstanta ini digunakan dengan fungsi pinMode() untuk mendifinisikam
mode pin digital, sebagai input atau output
pinMode( 13, OUTPUT );
2.7.6 Flow control if
If Operator if mengtest sebuah kondisi seperti nilai analog sudah berada
dibawah nilai yang kita kehendaki atau belum, apabila terpenuhi maka akan mengeksekusi baris program yang ada dalam brackets kalau tidak terpenuhi maka akan mengabaikan baris program yang ada dalam brackets.
If ( someVariable ?? value ) {
//DoSomething; }
if… else
Operator if…else mengtest sebuah kondisi apabila tidak sesuai dengan kondisi yang pertama maka akan mengeksekusi baris program yang ada di else.
If ( inputPin == HIGH ) { //Laksanakan rencana A; } Else { //Laksanakan rencana B; } for
Operator for digunakan dalam blok pengulangan tertutup.
For ( initialization; condition; expression ) {
//doSomethig; }
while
Operator while akan terus mengulang baris perintah yang ada dalam
bracket sampai ekspresi sebagai kondisi pengulangan benilai salah.
While ( someVariable ?? value ) {
//doSomething; }
do… while
Sama halnya dengan while() hanya saja pada operator Do…while tidak melakukan pengecekan pada awal tapi diakhir, sehingga otomatis akan melakukan satu kali baris perintah walaupun pada awalnya sudah terpenuhi.
Do {
//doSomething; }
2.7.7 Digital I/O
Input / Output Digital pada breadboard arduino ada 14, pengalamatnya 0 -
13, ada saat tertentu I/O 0 dan 1 tidak bisa digunakan karena dipakai untuk komunikasi serial, sehingga harus hati-hati dalam pengalokasian I/O.
pinMode(pin, mode)
Digunakan dalam void setup() untuk mengkonfigurasi pin apakah sebagai
Input atau Output. Arduino digital pin secara default dikonfigurasi sebagai input
sehingga untuk merubahnya harus menggunakan operator pinMode(pin, mode).
pinMode (pin, OUTPUT); // mengset pin sebagai output digitalWrite(pin, HIGH); // pin sebagai source voltage
digitalRead(pin)
Membaca nilai dari pin yang kita kehendaki dengan hasil HIGH atau LOW.
Value = digitalRead(pin); // mengset ‘value’ sama dengan pin
digitalWrite(pin, value)
Digunakan untuk mengset pin digital. Pin digital arduino mempunyai 14 ( 0 – 13 ).
digitalWrite ( pin, HIGH ); // set pin to HIGH
2.7.8 Analog I/O
analogRead(pin)
Membaca nilai pin analog yang memiliki resolusi 10-bit. Fungsi ini hanya dapat bekerja pada analog pin (0-5). Hasil dari pembacaan berupa nilai integer dengan range 0 sampai 1023.
Value = analogRead(pin); // mengset ‘value’ sama dengan nilai analog pin
analogWrite(pin, value)
Untuk mengirimkan nilai analog pada pin analog.
analogWrite(pin, value); // menulis ke pin analog
2.7.9 Time delay(ms)
Menghentikan program untuk sesaat sesuai dengan yang di kehendaki, satuanya dalam millisecond.
Delay(1000); // menunggu selama satu detik
2.7.10 Serial Serial.begin(rate)
Statement ini digunakan untuk mengaktifkan komunikasi serial dan
mengset baudrate.
void setup() {
Serial.begin(9600); //open serial port and set baudrate 9600 bps
Serial.prinln(data)
Mengirimkan data ke serial port.
