BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konsep Dasar
Jantung adalah organ muskular yang berfungsi sebagai pompa ganda sistem kardiovaskular. Sisi kanan jantung memompa darah ke paru-paru sedangkan sisi kiri memompa darah ke seluruh tubuh. Jantung mempunyai empat ruangan, serambi kanan dan kiri, bilik kanan dan kiri. Serambi berdinding tipis sedangkan bilik berdinding lebih tebal dengan bilik kiri berdinding paling tebal karena dia memompa darah ke seluruh tubuh.Jantung terbuat dari jaringan otot khusus yang tidak terdapat dimanapun di seluruh tubuh. Lapisan pertama disebut endokardium yang berfungsi sebagai bagian dalam jantung. Lapisan kedua disebut miokardium yaitu otot utama jantung yang melaksanakan pemompaan untuk mensirkulasikan darah. Epikardium adalah lapisan ketiga otot jantung, tipis merupakan membrane proteksi yang menutup sebelah luar jantung. Pada bagian atas serambi kanan terdapat simpul sinoatrial (SA).
Simpul SA inilah yang menimbulkan rangsangan yang menyebabkan jantung terkontraksi. Simpul atrioventrikular (AV) terletak pada dinding yang membatasi serambi kanan dan bilik kanan. Simpul ini berfungsi menghantarkan impuls dari serambi ke bilik. Impuls dari simpul AV kemudian diteruskan ke seluruh bilik melalui berkas His. Pada ujung berkas His terdapat banyak cabang. Cabang-cabang ini disebut serat Purkinye. Serat-serat Purkinye bertugas meneruskan impuls dari berkas His ke seluruh otot bilik. Bilik kemudian berkontraksi sehingga darah dipompa keluar dari bilik dan mengalir dalam sistem peredaran darah. Sistem konduksi jantung yang normal dapat dilihat pada Gambar 2.1
Pertama kali darah dari pembuluh darah vena masuk ke Atrium Kanan, kemudian menuju ke Ventrikel Kanan, kemudian menuju ke Paru–Paru, dimana dalam paru-paru ini terjadi pertukaran udara dari CO2 ke O2. Dari paru-paru darah menuju ke Atrium Kiri, kemudian menuju ke Ventrikel Kiri. Setelah itu darah dipompa menuju ke seluruh tubuh dan kepaladimana melalui pembuluh darah Aorta. Pembuluh darah Aorta sendiri terdiri dari berbagai cabang dimana urutan pembuluh yang terbesar sampai terkecil adalah: Arteri, Arteriol, dan Kapiler. Gambar dari alur tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2. Frekuensi kerja denyut jantung itu dasarnya ditentukan oleh frekuensi aliran darah yang masuk dalam jantung yang berasal dari vena yang mana kondisinya berbanding lurus dan juga faktor – faktor luar. Pada aliran darah inilah terjadi tegangan aksi yang menghasilkan perubahan tegangan pada dinding sel.
Tegangan aksi adalah perubahan tegangan dinding dari nilai normalnya. Perubahan tegangan dinding ini berlangsung sangat cepat, kemudian tegangan dinding kembali pada nilai normalnya yaitu –90 mV. Perubahan tegangan dinding terjadi jika permeabilitas dinding terhadap Natrium dan Kalium meningkat. Perubahan permeabilitas dinding dapat terjadi jika dinding sel tereksitasi oleh aliran arus ionis atau jika ada energi yang diberikan dari luar. Peningkatan permeabilitas dinding terhadap Natrium menyebabkan ion-ion Na+ berdifusi ke dalam sel. Pada saat yang sama ion K+ yang konsentrasinya lebih tinggi di dalam sel selama sel dalam keadaan istirahat, berdifusi ke luar sel. Tetapi difusi ion K+ ini tak secepat ion Na+ , akibatnya di dalam sel hanya tertimbun muatan +20 mV. Tegangan ini disebut tegangan aksi (potensial aksi). Keadaan ini dinamakan depolarisasi. Setelah ion Na+ mencapai keseimbangan yang baru dan dinding kembali tidak permeabel terhadap Na+, ion Na+ tidak dapat lagi berdifusi masuk ke dalam sel. Sebaliknya mekanisme pompa natrium memompa Na+ ke luar sel dengan cepat sehingga tegangan di dalam sel turun dan akhirnya kembali ke nilai normalnya yaitu –90 mV, peristiwa ini dinamakan repolarisasi. Repolarisasi dipercepat oleh peningkatan permeabilitas Kalium yang menyebabkan difusi ke luar dinding. Tegangan aksi ini akan merangsang dinding-dinding di sekitarnya dan mengakibatkan perambatan tegangan aksi.
Proses perubahan tegangan ini bisa dianalisa dengan adanya rekaman perubahan tegangan atau disebut rekaman ECG (Elektrokardiograf). Dengan alat yang dirancang ini,keadaan kesehatan tubuh dapat dipantau secara langsung dengan meniru cara kerja Elektrokardiograf (EKG). Elektrokardiograf merupakan peralatan medis yang berfungsi untuk mengukur biopotensial jantung. Elektrokardiograf normal terdiri atas gelompang P, kompleks QRS, dan gelombang T dengan tampilan grafik sesuai dengan namanya Elektrokardiogram.
Elektrokardiograf merupakan alat yang berfungsi untuk menampilkan rekaman sinyal listrik jantung sedangkan elektrokardiogram adalah grafik hasil catatan potensial listrik yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot jantung dalam bentuk grafik yang ditampilkan melalui monitor atau dicetak pada kertas. Sinyal ECG mempunyai karakteristik dimana amplituda yang rendah (10μV-20mV) dan frekensinya yang rendah (0,05-150 Hz) sehingga dalam mentransmisikannya diperlukan kehandalan
teknologi akuisisi data yang digunakan dalam menjamin keakuratan data pasien yang diterima. Standarisasi dalam rekaman ECG yaitu 25 mm/detik untuk kecepatan rekaman dan 10mm/mVolt untuk amplitudo. Sinyal hasil deteksi jantung yang normal oleh elektrokardiograf sebagai berikut ;
Gelombang EKG Amplitude EKG Interval Durasi P <0,3mV P - R 0,12 – 0,20 dtk R 1,6 – 3 mV Q - T 0,35 – 0,44 dtk Q 25 % dari R S - T 0,05 – 0,15 dtk T 0,1 -0,5 mV Q - R -S 0,06 – 0,10 dtk
Tabel 2.1 Sinyal Jantung oleh Elektrokardiograf
Rekaman ini biasanya tampak pada kertas grafik ECG yang biasanya dipakai pada alat kedokteran terdahulu.Untuk lebih jelasnya grafik normal jantung sebagai berikut ;
Gambar 2.3 Grafik ECG
Pada dasarnya ada tiga teknik yang digunakan dalam elektrokardiografi, yaitu: 1. Standard clinical ECG.
Teknik ini menggunakan 10 elektroda (12 lead) yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini dipakai untuk menganalisa pasien.
2. Vectorcardiogram.
Teknik ini menggunakan 3 elektroda yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini menggunakan pemodelan potensial tubuh sebagai vektor tiga dimensi dengan menggunakan sandapan baku bipolar (Einthoven). Dari sini akan dihasilkan gambar grafis dari eksistensi jantung.
3. Monitoring ECG.
Teknik ini menggunakan 1 atau 2 elektroda yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini digunakan untuk memonitor pasien dalam jangka panjang.
Jadi yang digunakan dalam teknik perekaman dalam penulisan ini adalah teknik monitoring ECG. Monitoring denyut jantung dapat dilakukan menggunakan teknik langsung (direct) ataupun tidak langsung (indirect). Secara langsung dilakukan dengan mensensor pada jantung itu sendiri. Sedangkan secara tidak langsung dengan memanfaatkan pembuluh darah, yaitu dengan melakukan sadapan atau sensor pada aliran darah tersebut. Alat ini menggunakan monitoring secara tidak langsung dengan elektrode sebagai sensor dengan tegangan input 10μV - 20mV. Pada tulisan ini akan dirancang dan dibuat sistem pendeteksi dan penghitung frekuensi detak jantung berbasis mikrokontroler AT89S51 yang menggunakan 2 (dua) buah elektrode. Pada sistem ini mikrokontroler AT89S51 bekerja berdasarkan masukan dari rangkaian pendeteksi detak jantung berupa sinyal potensial listrik tubuh bukan berupa grafik seperti pada alat Elektrokardiograf. Sinyal akan dikuatkan melalui penguat dan melalui filter, penyearah setengah gelombang, detector puncak, timer 555, dan selanjutnya ke mikrokontroler. Mikrokontroler akan menambahkan dan menampilkan angka pada layar LCD pada setiap detak jantung yang terdeteksi. Dengan dirancang dan direalisasikannya perangkat akuisisi data frekuensi detak jantung berbasis mikrokontroler AT89S51 ini, diharapkan dapat digunakan untuk mengetahui frekuensi detak jantung secara umum menjadi lebih cepat dan mudah dilakukan.Dalam sistem ini pengendali utama yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51.
Seperti kita ketahui bahwa mikrokontroler pada umumnya memiliki dua buah memori, yaitu:
1. ROM (Read Only Memory), dimana isinya tidak akan berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Memori ini digunakan sebagai memori penyimpanan program.
2. RAM (Random Acces Memory), dimana isinya akan hilang ketika IC kehilangan catu daya. Memori ini digunakan untuk menyimpan data ketika program sedang bekerja.
2.2. Perangkat Keras
2.2.1. Elektrode
Elektrode adalah sensor/tranduser yang mengubah energi ionis dari sinyal jantung menjadi energi elektris untuk akuisisi dan pengolahan datanya. Transducer ini dipakai dengan menggunakan interface jelly electrode-electrolyte. Dengan menggunakan elektroda Ag/AgCl mengurangi noise dengan frekuensi rendah pada sinyal detak jantung yang terjadi karena pergerakan.
Elektrode ini ditempelkan pada permukaan kulit pasien pada lokasi yang sudah ditentukan yang disebut sandapan atau leads. Elektrode yang dipakai adalah jenis tempel dengan bahan dari perak klorida (AgCl). Fungsi dasar dari elektroda adalah mendeteksi sinyal kelistrikan jantung yaitu ion-ion yang berjalan pada seluruh tubuh sesuai pergerakan darah oleh jantung. Cara kerja transducer ini adalah untuk mengkonversi informasi biologis menjadi sinyal elektrik yang dapat diukur. Gambar di bawah memperlihatkan beberapa contoh sensor dari bahan tersebut yaitu :
Gambar 2.5 Gelombang keluaran pada saat depolarisasi dan repolarisasi
Gambar diatas memperlihatkan proses perubahan ion-ion pada permukaan tubuh dengan proses depolarisasi dan repolarisasi jantung. Pada saat kedua proses itu terjadi perubahan ion-ion tubuh yang pada saat penyadapan oleh elektrode menampilkan grafik denyut jantung.
2.2.1.1 Electric Dipole
Dwikutub elektrik memperlihatkan terdiri dari dua muatan sama dan kebalikan meminta biaya, +q dan –q, dipisahkan oleh satu jarak d. Momen dwikutub p adalah didefinisikan sebagai qd. Kita mendefinisikan dwikutub garis vector momen p r sebagai sebuah garis vektor besar sepadan dengan dwikutub momen dan titik itu dari muatan negatif ke/pada positif.
Gambar 2.6 Dwikutub muatan sel
2.2.1.2 Otot Sel
Gambar dibawah memperlihatkan satu sel otot beristirahat. Satu mekanisme pengangkutan aktif dalam sel membran memelihara satu eksis positif Na++ dan Ca++ ion di atas/terhadap diluar, dan satu ekses dari ion Cl- negatif di dalam. Artinya ada satu beda potensial melintasi membran. Dalam jantung, itu adalah secara tipikal 70 mV untuk sel-sel atrial dan 90 mV untuk ventricular sel-sel.
Gambar 2.7 Tegangan dinding sel
Positif dan perbedaan muatan negatif melintasi setiap bagian dari membran menyebabkan satu dwikutub penunjukan momen melintasi membran dari di dalam ke sel bagian luar dari. Tetapi setiap ini momen dwikutub individual adalah persis menunda oleh satu momen dwikutub melintasi membran di atas seberang sel. Dengan begitu total momen dwikutub dari sel adalah nol. Oleh konvensi, kita memilih potensial fluida interstitial di sekitarnya sel untuk menjadi nol, dan kemudian mengacu pada semua potential sehubungan dengan potensial fluida. Jika satu potensial sekitar –70 mV adalah diterapkan untuk sel bagian luar dari pada mengatakan, sebelah kiri, pengangkutan aktif membran rem menurun pada posisi itu dari sel, dan ion bergerak dengan cepat melintasi membran untuk mencapai nilai
keseimbangan. Nilai keseimbangan ini ternyata adalah satu ekses kecil ion positif di dalam sel, memberi suatu potensial di dalam sel sekitar +20 mV; hal ini dipelajari dalam persamaan Nernst dalam suatu kelas Chemistry yang memberikan nilai keseimbangan ini.
Beda potensial ini di sebelah kiri dari sel menyebabkan bagian dari sel bersebelahan membran untuk dengan cara sama pecah/roboh, yang pada gilirannya menyebabkan bagian bersebelahannya untuk pecah/roboh. Dengan begitu satu gelombang dari usapan depolarisasi sepanjang sel dari kiri ke kanan dengan satu kecepatan vr sebagai memperlihatkan. Sekarang momen dwikutub individual melintasi membran sel tidak membatalkan satu sama lain keluar, dan ada satu momen dwikutub dari penunjukan sel dalam arah/arahan dari gelombang depolarisasi. Ketika seluruhnya depolarised, Ca positif++ konsentrasi ion di dalam sel pergi dari 5×10-7 M ke/pada 5×10-6 M. Ca++ catalyses hidrolisis dari ATP oleh myosin di dalam sel, kemudian secara harafiah merebut protein actin juga di dalam sel, menyebabkan sel untuk mengontrak.
Dalam ini depolarisasi keadaan bagian ada momen dwikutub individual melintasi membran, penunjukan waktu ini dari diluar ke dalam, hanya perihal beristirahat sel otot setiap dwikutub momen adalah ditunda oleh satu di sisi lain sel sehingga total momen dwikutub adalah nol. Setelah sekitar 250 ms membran sel mulai berfungsi lagi, pemompaan positif ion diluar dan ion negatif di dalam sel. Dengan begitu satu gelombang repolarisasi mengikuti gelombang depolarisasi. Menggambar satu gambar serupa dengan adalah satu depolarisasi sel di atas bisa meyakinkan anda bahwa ada satu total dwikutub momen berhubungan dengan gelombang repolarisasi itu di titik dalam arah kebalikan pada kecepatan dari gelombang.
2.2.2. Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor
yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih.
Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan.
Selain sistem tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan system telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang
ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
2.2.3. Konstruksi AT89S51
Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor,1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 10 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-Farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler.
Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda.
Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori progam.
Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah.
Jenis memori yang dipakai untuk Memori Program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori Data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7).
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/ Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1 di kaki nomor 2 dan 3, seningga kalau sarana input/ouput yang bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1. T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/ouput parelel kalau T0 dan T1 dipakai.
AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.
Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR).
Gambar 2.8 IC Mikrokontroler AT89S51 Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 :
VCC (Pin 40) Suplai tegangan
GND (Pin 20) Ground
Port 0 (Pin 39-Pin 32)
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.Pada fungsi sebagai low order
multiplex address/data, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.
Port 2 (Pin 21 – pin 28)
Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengaksememori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.
Port 3 (Pin 10 – pin 17)
Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :
Tabel 2.2 Fungsi masing-masing Pin pada Port 3 Nama pin Fungsi
P3.0 (pin 10) : RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) : TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) : INTO (interrupt 0 eksternal) P3.3 (pin 13) : INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) : T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) : T1 (input eksternal timer 1)
P3.6 (pin 16) : WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) : RD (membaca eksternal data memori) RST (pin 9)
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
ALE/PROG (pin 30)
Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG) selama memprogam Flash.
PSEN (pin 29)
Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal. EA (pin 31)
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.
XTAL1 (pin 19)
Input untuk clock internal. XTAL2 (pin 18)
Output dari osilator.
2.2.4 Penguat
Penguat operasional (op-amp) merupakan kumpulan puluhan transistor dan resistor dalam bentuk satu chip IC. Op-Amp merupakan komponen aktif linear yang merupakan penguat gandeng langsung (direct coupling), dengan penguatan terbuka (open gain) yang sangat besar dan dapat dipakai untuk menjumlahkan, mengalikan, membagi, mendifferensialkan, serta mengintegralkan tegangan listrik. IC Op-Amp sering dipakai untuk perhitungan-perhitungan analog, instrumentasi, maupun berbagai macam aplikasi kontrol. IC LM358 didesain secara sempurna dalam hal penggunaan dua buah Op-Amp secara bersamaan dalam satu chip. IC inilah yang dipakai dalam perancangan sistem alat.
No Pin Fungsi
1 Keluaran A (Output A)
2 Masukan membalik (Input inverting)
3 Masukan Tak membalik (Input non-inverting)
4 Dihubungkan dengan terminal negatif pencatu daya (V-) 5 Masukan Tak membalik (Input non-inverting)
6 Masukan membalik (Input inverting) 7 Keluaran B (Output B)
8 Dihubungkan dengan terminal positif pencatu daya (V+) Tabel 2.3 Fungsional Pin IC LM358
IC Op-Amp LM358 memiliki keunggulan dalam pemakaian daya yang lebih rendah, kemampuan penggunaan saluran input yang berkorelasi dengan saluran pentanahan, dapat dicatu menggunakan mode catu daya tunggal maupun catu daya ganda.
Di dalam tubuh manusia, selain biopotential, terdapat signal-signal lain yang dapat turut terukur dan mengganggu pengukuran dan penguatan oleh IC LM358. Signal gangguan yang terbesar datang dari interference sumber tegangan listrik jala-jala (PLN) yang disebabkan oleh efek kapasitansi antara tubuh manusia dengan jaringan tegangan listrik yang ada disekitar tubuh.
Selain itu, loncatan elektron pada pekerjaan penyolderan perangkat listrik, dapat menjadi gangguan yang cukup besar pada pengukuran signal biopotential. Pengaruh gangguan dari luar tidak akan turut diperkuat oleh LM358 karena gangguan tersebut berpengaruh sama pada input positif dan input negative differential amplifier.
2.2.5 Filter
Ada dua tipe Filter yang dipakai yaitu Low Pass Filter (LPF) dan High Pass Filter (HPF). Rangkaian ini berfungsi untuk menyaring atau membatasi pita frekwensi yang bisa melewatinya. Pada High Pass Filter ,filter ini membuang gangguan yang berasal dari pergerakan antara pasien dengan elektroda. Sinyal derau tersebut mempunyai frekuensi yang rendah sehingga system ini EKG ini dirancang mempunyai batas frekuensi 0,5 Hz. Untuk Low Pass Filter sinyal EKG mempunyai amplitudo yang relatif sangat kecil sehingga rentan bercampur dengan derau yang tidak dikehendaki. Untuk High Pass Filter bekerja pada gangguan dari sinyal otot dan interferensi gelombang elektromagnetik yang cenderung berada pada frekuensi tinggi. Filter ini digunakan untuk mendapatkan batas atas dari jangkauan frekuensi sinyal EKG yang akan diamati (150 Hz). Frekuensi yang berada di atas frekuensi cut-off (fc) akan mengalami peredaman.
2.2.6 Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang hanya memancarkan setengah siklus dari suatu isyarat dan menghilangkan sisanya dengan batas keluaran sampai 0 volt. Siklus setengah masukannya tersebut bisa juga mengalami penguatan atau pelemahan atau juga tetap tak berubah besarnya, tergantung pada pemilihan tahanan dan penempatan diode dalam rangkaian Op-amp. Penguat pembalik bisa diubah menjadi penyearah gelombang setengah linear dengan menambahkan dua dioda.
2.2.7 Detektor Puncak
Rangkaian detektor puncak (peak detector) adalah rangkaian yang terdiri dari hubungan seri sebuah dioda dengan kapasitor yang menghasilkan output, secara teori, berupa tegangan DC yang sama dengan amplitudo puncak (Vp) tegangan AC sebagai input. Rangkaian ini identik dengan penyearah setengah gelombang dengan sebuah kapasitor. Keluran puncak dari rangkaian ini adalah nilai maksimum dari sinyal input.
2.2.8 Komparator
Komparator merupakan sebuah pembanding yang membandingkan tegangan isyarat pada satu masukan dengan suatu tegangan acuan pada masukan yang lain. Keluarannya berubah diantara batas-batas yang ditetapkan oleh tegangan - tegangan jenuh +Vsat dan –Vsat. Jika kita menginginkan tegangan keluaran dari komparator menjadi negatif ketika tegangan acuan terlampaui, maka tegangan acuan dihubungkan ke terminal positif. Sinyal masukannya dihubungkan ke terminal negatif.
2.2.9 Pewaktu 555 Monostabil Multivibrator
Pemakaian piranti-piranti semacam osilator, pembangkit tanjakan dan gelombang persegi, multivibrator satu tembakan dan monitor tegangan memerlukan sebuah rangkaian yang mampu menghasilkan selang-selang penentu waktu. Pewaktu rangkaian terpadu yang sering dipakai adalah IC timer 555. Pewaktu 555 mempunyai jangkauan penentuan waktu maksimum yang besarnya kira-kira 15 menit. Pewaktu IC 555 mempunyai dua cara kerja, baik sebagai multivibrator astabil (bergerak bebas) atau sebagai multivibrator monostabil (satu tembakan). Bila pewaktu itu bekerja sebagai sebuah multivibrator satu tembakan (monostabil), tegangan keluarannya rendah sampai sebuah pulsa pemicu yang menuju negatif diterapkan ke pewaktu tersebut, kemudian keluarannya beralih menjadi tinggi. Rangkaian monostabil hanya mempunyai satu keadaan stabil (output rendah), Waktu ketika keluarannya tinggi
ditentukan oleh sebuah tahanan dan kapasitor yang dihubungkan ke pewaktu IC. Di akhir selang penentuan waktu, keluarannya kembali ke tingkat rendah.
Gambar 2.11 Timer 555 Monostabil
2.2.10 Kontruksi LCD
LCD adalah material yang akan mengalir seperti cairan tapi memiliki struktur molekul dengan sifatsifat yang bersesuaian dengan padatan (solid). Keunggulan LCD dibanding LED adalah memerlukan daya\ power yang lebih rendah, display yang lebih lengkap (angka, huruf grafis dan warna) serta kemudahan dalam programing. LCD yang dipakai adalah jenis Hitachi dengan tipe LMB162AFC yang merupakan LCD 2 x 16 karakter. LCD ini memerlukan tiga jalur kontrol dan delapan jalur data (untuk mode 8 bit) atau empat jalur data (untuk mode 4 bit). Ketiga jalur kontrol yang dimaksud adalah pin EN, RS, dan RW. EN adalah pin Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD kalau kita akan berkomunikasi dengannya. Sebelum mengirim data ke LCD jalur ini di buat berlogika tinggi dahulu. Kemudian jalur kontrol yang lain di-setting, pada saat bersamaan data yang akan dikirim ditempatkan pada jalur data. Setelah semua siap, jalur EN dibuat berlogika rendah. Transisi dari logika tinggi ke logika rendah ini akan memberitahu LCD untuk mengambil data pada jalur kontrol dan jalur data. RS adalah pin Register select. Pada saat pin RS berlogika rendah, data yang dikirim adalah perintah-perintah seperti membersikan layar, posisi kursor, dan lain-lain. Sedangkan jika berlogika tinggi data yang dikirim adalah teks
data dimana teks ini yang harus ditampilkan pada layar. RW adalah pin Read/Write. Pada saat pin RW berlogika rendah, informasi pada jalur data berupa pengiriman data ke LCD (write). Sedangkan ketika pin RW berlogika tinggi, berarti sedang dilaksanakan pengambilan data dari LCD (read). Sedangkan untuk jalur data terdiri dari delapan bit, data ini disebut DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7.
No Nama Pin Deskripsi
1 VCC +5V
2 GND 0V
3 VEE Tegangan Kontras LCD
4 RS Register Select, 0 = Register Perintah, 1 = Register Data
5 R/W 1 = Read, 0 = Write
6 E Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data
7 D0 Data Bus 0 8 D1 Data Bus 1 9 D2 Data Bus 2 10 D3 Data Bus 3 11 D4 Data Bus 4 12 D5 Data Bus 5 13 D6 Data Bus 6 14 D7 Data Bus 7
15 Anoda (Kabel coklat untuk LCD
Hitachi) Tegangan positif backlight 16 Katoda (Kabel merah untuk LCD Hitachi) Tegangan negatif backlight
Tabel 2.4 Keterangan Pin Out LCD
2.3. Perangkat Lunak
2.3.1. Bahasa Assembly MCS-51
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :
1. Instruksi MOV
Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.
Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung
MOV 20h,#80h ...
... MOV R0,20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).
Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat.
2. Instruksi DJNZ
Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh ,
MOV R0,#80h Loop: ...
...
DJNZ R0,Loop ...
R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL
Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh : ... ACALL TUNDA ... TUNDA: ... 4. Instruksi RET
Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh,
ACALL TUNDA ... TUNDA: ... RET 5. Instruksi JMP (Jump)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh, Loop:
... ...
JMP Loop
6. Instruksi JB (Jump if bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh,
Loop:
JB P1.0,Loop ...
7. Instruksi JNB (Jump if Not bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh,
Loop:
JNB P1.0,Loop ...
8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal)
Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh,
Loop:
...
CJNE R0,#20h,Loop
...
Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya..
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h R0 = 20h ...
DEC R0 R0 = R0 – 1 ...
10. Instruksi INC (Increament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h R0 = 20h ...
INC R0 R0 = R0 + 1 ...
2.3.2. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya seperti di bawah ini.
Gambar 2.13 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.
2.3.3 Software Downloader
Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroller digunakan software ISP- Flash Programmer 3.7 yang dapat didownload dari internet. Tampilannya seperti gambar,
Gambar 2.14 ISP- Flash Programmer 3.7
Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk mengambil file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write untuk mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroller.
