PEMBUATAN VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA328 SEBAGAI
PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) DAN GENERATOR FREKUENSI 65 KHZ
SKRIPSI
YANTI MONALISA SIHOMBING 170821024
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PEMBUATAN VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA328 SEBAGAI
PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) DAN GENERATOR FREKUENSI 65 KHZ
SKRIPSI
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MENCAPAI GELAR SARJANA SAINS
YANTI MONALISA SIHOMBING 170821024
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
PEMBUATAN VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA328 SEBAGAI
PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) DAN GENERATOR FREKUENSI 65 KHZ
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 02 Juli 2019
Yanti Monalisa Sihombing 170821024
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala nikmat, karunia, kesehatan dan kesempatan yang telah diberikan sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Pembuatan Voltage Controlled Oscillator (VCO) NE555 dengan Mikrokontroler ATMega328 sebagai Pengendali Pulse Width Modulation (PWM) dan Generator Frekuensi 65 Khz ”.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa hormat maupun ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya skripsi ini. Terimakasih penulis ucapkan terkhusus untuk kedua orang tua tercinta Ayahanda Parningotan Sihombing yang telah membesarkan dan memberikan kasih sayang, dukungan secara moral dan materi kepada penulis hingga saat ini. dan Ibunda Rosdinawati Sibakkara, atas do’a, kepercayaan, dukungan, semangat, dan materi yang telah diberikan kepada penulis selama penulis mengenyam pendidikan di bangku perkuliahan hingga terselesaikannya skripsi ini.
Tidak lupa juga penulis berterimakasih kepada kakek tercinta B. Sihombing, atas doa dan nasihat yang diberikan kepada penulis dan yang membiayai penulis selama duduk dibangku perkuliahan. Kepada adik tersayang Dion Sihombing , atas do’a, dukungan dan semangat yang telah diberikan kepada penulis selama penulis menyelesaikan skripsi ini. Kepada abang tersayang Manganju Sihombing, atas do’a, dukungan secara materi dan moral serta semangat dalam membantu untuk terselesaikannya skripsi ini. Dan tak lupa pula penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU .
2. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, Msi, sebagai pembimbing I yang telah bekontribusi membantu penulis dalam pembuatan alat, memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
3. Bapak Drs. Herli Ginting, MS, sebagai pembimbing II yang telah bekontribusi membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
4. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama penulis mengenyam perkuliahan.
5. Johaiddin Saragih, S.Si, M.Si, selaku staf pegawai departemen Fisika FMIPA USU yang telah memberikan saran dan masukkan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Sahabat Penulis Rivaldo Paulus Sihaloho, yang berperan penting dalam memberikan nasehat semangat untuk penulis.
7. Teman-teman sejawat dan seperjuangan Fisika Ekstensi 2017, yang juga memberikan nasehat dan motivasi kepada penulis dalam penulisan skripsi.
8. Serta pihak-pihak lain yang telah ikut serta membantu penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca. Semoga hasil skripsi ini menjadi Ibadah bagi penulis dan bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 02 Juli 2019
Yanti Monalisa Sihombing
PEMBUATAN VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA328 SEBAGAI
PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) DAN GENERATOR FREKUENSI 65 KHZ
ABSTRAK
Telah dirancang suatu alat yang mendapatkan satu osilator yang dapat digunakan untuk keperluan konversi DC ke DC baik untuk penaik tegangan maupun penurun tegangan. Osilator yang dihasilkan memiliki display nilai frekuensi dan nilai PWM sehingga memudahkan dalam berexperimen di laboratorium. Alat ini terdiri dari Arduino yang mengirimkan PWM ke VCO, mikrokontroller akan mengatur nilai frekuensi dan lebar pulsa, kemudian frekuensi tersebut akan dikirim ke DAC yang berfungsi untuk mengubah nilai digital menjadi analog. Osilator berfungsi sebagai pembangkit frekuensi, akan dikirim ke Fet driver IR 2110 yang akan memperkuat sinyal sehingga keluarannya dalam bentuk frekuensi. Prinsip kerja dari alat ini secara umum adalah sistim minimum terhubung ke sumber tegangan PLN dengan menggunakan adaptor, setelah system diaktifkan maka mikrokontroller akan menyimpan data yang sudah diberikan. Kemudian DAC akan langsung bekerja mengubah sinyal digital menjadi analog dan nilai tersebut dikirim ke osilator. Setelah itu frekuensi yang berPWM bernilai 65 kHz dikirim ke IR2110. Sinyal yang dihasilkan oleh Mikrokontroller atau IC NE7555 adalah sinyal pulsa yang umumnya berbentuk gelombang segiempat. Gelombang yang dihasilkan ini akan tinggi atau rendah pada waktu tertentu. Untuk itu osilator ini dapat digunakan sebagai pembangkit tegangan tinggi.
Kata kunci : DAC, IC NE7555, mikrokontroler ATMega 328, Osilator, PWM
MAKING VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 WITH AN ATMEGA328 MICROCONTROLLER AS A PULSE WIDTH MODULATION (PWM) CONTROLLER AND 65 KHZ
FREQUENCY GENERATOR
ABSTRACT
It has been designed an oscillator can be used for the purposes of converting DC to DC for voltage booster and voltage reduction. The resulting oscillator has a display of frequency values and PWM values to facilitate experiments in the laboratory. This tool consists of Arduino which sends PWM to VCO, the microcontroller will set the value of frequency and pulse width, then the frequency will be sent to the DAC which functions to convert digital values to analog. The oscillator functions as a frequency generator, will be sent to the Fet IR 2110 driver which will amplify the signal so that the output is in the form of frequency. The working principle of this tool in general is the minimum system connected to the PLN voltage source by using an adapter, after the system is activated the microcontroller will store the data that has been given.
Then the DAC will immediately work to convert the digital signal to analog and the value is sent to the oscillator. After that the frequency with a PWM value of 65 kHz is sent to IR2110. The signal produced by the Microcontroller or IC NE7555 is a pulse signal that is generally rectangular waveform. The resulting wave will be high or low at a certain time. For this reason, this oscillator can be used as a high voltage generator.
Kata kunci : DAC, IC NE7555, mikrokontroler ATMega 328, Osilator, PWM
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 3
1.3 Batasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Voltage Controlled Oscillator (VCO) 5
2.2 Membuat Oscillator dengan 555 Timer Chip 8
2.3 Digital to Analog Converter (DAC) 10
2.3.1 Binary-weighted DAC 12
2.3.2 R/2R Ladder DAC 13
2.3.3 DAC 8512FSZ 14
2.4 Mikrokontroller VCO Diimplementasikan dengan Arduino 16
2.5 Pengatur Waktu Arduino 17
2.6 Pulse Width Modulation 17
2.7 DC to DC Converter 19
2.7.1 Buck Converter 20
2.8 MOSFET Driver IR2110 21
2.9 Mikrokontroller 23
2.9.1 Mikrokontroller ATMega328 25
2.9.2 Fitur AVR ATMega328 25
2.9.3 Konfigurasi Pin Mikrokontroller ATMega328 27
BAB 3 METODE PENELITIAN 30
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem 30
3.1.1 Fungsi Setiap Blok 30
3.2 Perancangan Rangkaian Power Supply 31
3.3 Perancangan Rangakaian Digital to Analog Converter (DAC) 31 3.4 Perancangan Rangkaian Osilator NE7555 32 3.5 Perancangan Rangakain Mikrokontroller ATMega328 33 3.6 Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 34 3.7 Perancangan Rangkaian FET Driver IR2110 35
3.8 Rangkaian Lengkap 36
3.9 Prosedur Penelitian 38
3.10 Flowchart Sistem 39
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 40
4.1 Pengujian Rangkaian Power Supply 40
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega328 40 4.3 Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 42 4.4 Pengujian Alat Voltage Controlled Oscillator NE7555 44 4.5 Pengujian Rangkaian FET Driver IR2110 45
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 47
5.1 Kesimpulan 47
5.2 Saran 48
DAFTAR PUSTAKA 49
LAMPIRAN 51
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
2.1 Konversi Nilai Binary Weighted DAC 12 2.2 Konversi Nilai R/2R Ladder DAC 14 4.1 Pengujian Power Supply 40 4.2 Pengujian Pin Mikrokontroller ATMega328 41 4.3 Pengujian Pin Display LCD 43 4.4 Pengujian Alat Osilator NE7555 44
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar
2.1 Simbol IC NE7555 5 2.2 Blok Diagram IC NE7555 5 2.3 Rangkaian IC NE7555 7 2.4 Skema Internal IC NE7555 7 2.5 Bentuk IC NE7555 8 2.6 Rangkaian Binary Weighted DAC 12 2.7 Rangkaian R/2R Ladder DAC 13 2.8 Rangkaian Ekivalen R/2R Ladder DAC 13 2.9 Blok Diagram DAC 8512FSZ 15 2.10 Konfigurasi Pin DAC 8512FSZ 15 2.11 Sinyal PWM 19 2.12 Konfigurasi Pin IR2110 22 2.13 Pin Mikrokontroller ATMega328 27 3.1 Diagram Blok Pembangkit Tegangan 30 3.2 Rangkaian Power Suplly 31 3.3 Rangkaian DAC 31 3.4 Rangkaian Osilator NE7555 32 3.5 Rangkaian Mikrokontroller ATMega328 33 3.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 34 3.7 Rangkaian FET Driver IR2110 35 3.8 Rangkaian Bagian Kontroller 36 3.9 Rangkaian DAC dan Pemisah Fasa 37 3.10 Diagram Prosedur Penelitian 38 3.11 Flowchart Sistem 39 4.1 Pengujian Mikrokontroller ATMega328 41 4.2 Grafik Hasil Pengujian Osilator NE7555 45 4.3 Bentuk Gelombang Input dan Output PWM 45
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman Lampiran
1. Rangkaian PCB Layout 51 2. Skematik Keseluruhan Rangkaian 52 3. Program keseluruhan 54 4. Gambar Alat Secara Keseluruhan dan Saat Pengujian 56 5. Datasheet Mikrokontroller ATMega328 57 6. Datasheet PWM Osilator 63 7. Datasheet DAC 8512FSZ 68 8. Datasheet FET Driver IR2110 73
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang elektronika mengalami kemajuan yang sangat pesat. Dengan kemajuan tersebut, membuat manusia selalu berusaha memanfaatkan teknologi yang ada untuk mempermudah kehidupannya. Elektronika dan mikrokontroler sangat berperan penting dalam kemajuan teknologi, terlebih lagi apabila banyak diaplikasikan pada kepentingan-kepentingan yang bersifat umum. Sekarang ini telah banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari beberapa peralatan yang telah memanfaatkan teknologi tersebut dalam berbagai bidang, contohnya pengendali tegangan dan pembangkit frekuensi dalam bidang elektronika.
Efisiensi waktu dan tenaga yang menjadi dasar perkembangan teknologi saat ini berhasil membuat cara yang lebih praktis dalam menyediakan peralatan elektronika untuk memperlancar kerja praktek, bahkan tak sedikit orang yang mengembangkan alat yang sudah ada menjadi lebih canggih lagi.[1]
Osilator adalah elemen penting dalam berbagai peralatan elektronik. Pada jam digital, osilator berfungsi untuk memastikan waktu yang ditunjukkan adalah waktu yang tepat. Pada komputer, rangkaian osilator berguna sebagai penyedia sinyal dengan frekuensi yang stabil untuk menentukan seberapa cepat prosesornya bekerja. Dalam komunikasi wireless yang banyak dikembangkan oleh ilmuwan dan industry saat ini, osilator pun sangat berperan penting. Pada stasiun pemancar dan penerima radio AM, osilator berfungsi untuk menghasilkan gelombang pembawa dan mengolah sinyal yang diterima sehingga siaran bisa terlaksana. Osilator sejatinya adalah rangkaian penghasil berbagai bentuk gelombang tanpa sumber sinyal eksternal. Satu-satunya input adalah sumber tegangan 2 DC/searah sehingga dengan demikian osilator dapat dianggap sebagai pembangkit signal generator. Sinyal yang dihasilkan dapat disesuaikan bentuk dan frekuensinya, tergantung desain rangkaian dan komponen yang digunakan dengan tetap memperhatikan kestabilan dan sinyal distorsi.[2]
Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Pada penerima radio misalnya, isyarat DC diubah menjadi isyarat AC frekuensi-tinggi. Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri.[3]
VCO (Voltage Control Oscillator) adalah sebuah osilator elektronik yang didesain untuk mengontrol frekuensi osilasi dengan sebuah tegangan input.
Frekuensi dari osilasi bervariasi sesuai dengan tegangan DC yang diberikan ketika sinyal dimodulasi juga diumpankan ke dalam VCO yang menyebabkan Modulasi Frekuensi (FM). Sebuah VCO dengan keluaran pulsa digital sama dengan modulasi lebar pulsa (PWM).[4] Osilator adalah sebuah rangkaian yang sangat penting dalam sistem komunikasi radio. Sebab gelombang elektromagnetik hanya bisa terpancar bila ada arus listrik yang berubah, dan cara termudah untuk mendapatkannya adalah dari osilator. Jadi fungsi utama osilator adalah sebagai pembangkit gelombang pembawa. Fungsi penting lain dari osilator adalah ketika gelombang pembawa itu harus digeser frekuensinya ke frekuensi lain yang dikehendaki. Syarat penting bagi sebuah osilator adalah stabil, dalam arti frekuensinya tidak mudah berubah.[5]
Berdasarkan dari penjelasan diatas, maka penulis mencoba merancang dan membuat suatu alat pengontrol atau pengendali PWM dan generator frekuensi 65 kHz. Pada alat pengontrol atau pengendali ini menggunakan VCO NE555 sebagai pembangkit frekuensi osilasi dengan sebuah tegangan input dan mikrokontroler untuk menjalankan suatu program. Untuk itulah penulis tertarik melakukan pembuatan alat agar alat tersebut bisa diterapkan pada keadaan nyata dan dituangkan pada penulisan Skripsi dengan judul “PEMBUATAN VOLTAGE
CONTROLLED OSCILLATOR (VCO) NE7555 DENGAN
MIKROKONTROLER ATMEGA328 SEBAGAI PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) DAN GENERATOR FREKUENSI 65 KHZ”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Untuk berbagi keperluan dalam bidang elektronika terutama pada sistem konversi, diperlukan suatu osilator yang dapat menghasilkan frekuensi menengah dengan nilai PWM yang dapat diatur.
2. Pengaturan nilai frekuensi dan PWM pada umumnya dilakukan menggunakan komponen diskrit sehingga perubahan yang diinginkan tidak dapat dikendalikan dengan mudah.
3. Mikrokontroller dapat digabung dengan DAC dan VCO untuk menghasilkan suatu osilator frekuensi dengan nilai PWM yang dapat diatur dan dapat dipantau.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah-masalah yang ada, maka penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:
1. Rangkaian DAC menggunakan IC serial 16 bit untuk menghasilkan nilai DC yang tidak memiliki ripple.
2. Rangkaian VCO menggunakan ICM7555 yang mampu menghasilkan frekuensi sekitar 100 kHz.
3. Pengendalian dilakukan dengan menggunakan mikrokontroller ATMega328.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini sebagai berikut:
1. Mendapatkan satu osilator yang dapat digunakan untuk keperluan konversi DC ke DC baik untuk penaik tegangan maupun penurun tegangan.
2. Osilator yang dihasilkan memiliki display nilai frekuensi dan nilai PWM sehingga memudahkan dalam berexperimen di laboratorium.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini sebagai berikut:
1. Dapat digunakan sebagai alat bantu di laboratorium, terutama dalam praktikum power back up.
2. Osilator dengan PWM ini dapat merupakan cikal bakal pembuatan DDS (Direct Digital Signal) yang sangat diperlukan pada radio komunikasi AM, FM, maupun SSB.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Voltage Controlled Oscillator (VCO)
Sebuah Voltage Control Oscillator (VCO) adalah sebuah osilator elektronik yang didesain untuk mengontrol frekuensi osilasi dengan sebuah tegangan input.
Frekuensi dari osilasi bervariasi sesuai dengan tegangan DC yang diberikan ketika sinyal dimodulasi juga diumpankan ke dalam VCO yang menyebabkan Modulasi Frekuensi (FM). Sebuah VCO dengan keluaran pulsa digital sama dengan modulasi lebar pulsa (PWM). Osilator adalah sebuah rangkaian yang sangat penting dalam sistem komunikasi radio. Sebab gelombang elektromagnetik hanya bisa terpancar bila ada arus listrik yang berubah, dan cara termudah untuk mendapatkannya dalah dari osilator. Jadi fungsi utama osilator adalah sebagai pembangkit gelombang pembawa.[2]Pada dasarnya aplikasi utama IC NE7555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. Jenis umum VCO yang tersedia dalam bentuk IC adalah Signetics NE/SE7555. Konfigurasi pin dan diagram blok dasar 7555 VCO ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.1 Simbol IC NE7555 Gambar 2.2 Blok Diagram IC NE7555
Fungsi dari setiap PIN IC NE7555 adalah sebagai berikut:
- PIN 1, Ground (0V) adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negatif - PIN 2, Trigger input negative dari lower komparator (komparator B) yang
menjaga osilasi tegangan terendah
- PIN 3, Output pin keluaran dari IC 555
- PIN 4, Reset adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC
- PIN 5, Control voltage adalah pin yang berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A)
- PIN 6, Threshold yaitu pin yang terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc - PIN 7, Discharge adalah pin yang terhubung ke open collector transistor internal
(Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu
- PIN 8, Vcc pin ini untuk menerima supply DC voltage
Mengacu pada rangkaian pada gambar di atas, kapasitor c1 terisi linear atau dilepaskan oleh sumber arus konstan. Jumlah arus dapat dikontrol dengan mengubah tegangan vc yang diterapkan pada input modulasi (pin 5) atau dengan mengubah resistor waktu R1 eksternal ke chip IC. Tegangan pada pin 6 ditahan pada tegangan yang sama dengan pin 5. Dengan demikian, jika tegangan modulasi pada pin 5 meningkat, tegangan pada pin 6 juga meningkat, menghasilkan tegangan yang lebih kecil pada R1 dan dengan demikian mengurangi arus pengisian.
Tegangan melintasi kapasitor C1 diterapkan ke terminal input pembalik pemicu Schmitt melalui penguat buffer. Ayunan tegangan keluaran pemicu Schmitt dirancang untuk Vcc dan 0,5 Vcc. Jika Ra = Rb dalam loop umpan balik positif, tegangan pada terminal input non-pembalik Schmitt memicu perubahan dari 0,5 Vcc menjadi 0,25 Vcc. Ketika tegangan pada kapasitor c1 melebihi 0,5 Vcc selama pengisian, output pemicu Schmitt menjadi RENDAH (0,5 Vcc). Kapasitor sekarang dilepaskan dan ketika berada pada 0,25 Vcc, output pemicu Schmitt menjadi TINGGI (Vcc).Karena arus sumber dan sink adalah sama, kapasitor mengisi dan mengeluarkan daya untuk jumlah waktu yang sama. Ini memberikan bentuk gelombang tegangan segitiga melintasi c1 yang juga tersedia di pin 4. Output gelombang persegi dari pemicu Schmitt dibalikkan oleh penguat buffer di pin 3.
Bentuk gelombang output ditunjukkan di dekat pin 4 dan 3.Frekuensi keluaran VCO
dapat diberikan sebagai berikut: dimana V+ adalah VCC (2.1)
Gambar 2.3 Rangkaian IC NE7555
Frekuensi output dari VCO dapat diubah dengan (i) R1, (ii) c1 atau (iii) tegangan vc pada modulasi terminal input pin 5. Tegangan vc dapat divariasikan dengan menghubungkan rangkaian R1R2 seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Komponen R1 dan c1 pertama kali dipilih sehingga frekuensi output VCO terletak di tengah rentang frekuensi operasi. Sekarang tegangan input modulasi biasanya bervariasi dari 0,75 Vcc ke Vcc yang dapat menghasilkan variasi frekuensi sekitar 10 hingga 1.[6]
Gambar 2.4 Skema Internal IC NE7555
Pada diagram blok diatas, internal IC NE555 yang kecil ini terdiri dari 2 buah komparator (Pembanding tegangan), 3 buah Resistor sebagai pembagi tengangan, 2 buah Transistor (dalam praktek dan analisis kerjanya, transistor yang terhubung pada pin 4 biasanya langsung dihubungkan ke Vcc), 1 buah Flip-flop S-R yang akan mengatur output pada keadaan logika tertentu, dan 1 buah inverter.secara umum cara kerja internal IC ini dapat dijelaskan bahwa, ketika pin 4 sebagai reset diberi tegangan 0V atau logika low (0), maka ouput pada pin 3 pasti akan berlogika low juga. Hanya ketika pin 4 (reset) yang diberi sinyal atau logika high (1), maka output NE555 ini akan berubah sesuai dengan tegangan threshold (pin 6) dan tegangan trigger (pin 2) yang diberikan.
Ketika tegangan threshold pada pin 6 melebihi 2/3 dari supply voltage (Vcc) dan logika output pada pin 3 berlogika high (1), maka transistor internal (Tr) akan turn-on sehingga akan menurunkan tegangan threshold menjadi kurang dari 1/3 dari supply voltage. Selama interval waktu ini, output pada pin 3 akan berlogika low (0).Setelah itu, ketika sinyal input atau trigger pada pin 2 yang berlogika low (0) mulai berubah dan mencapai 1/3 dari Vcc, maka transistor internal (Tr) akan turn- off. Switching transistor yang turn-off ini akan menaikkan tegangan threshod sehingga output IC NE555 ini yang semula berlogika low (0) akan kembali berlogika high (1).[7]
Rangkaian converter tegangan ke frekuensi dapat dibuat menggunakan IC NE555. Rangkaian converter tegangan ke frekuensi dengan IC 555 ini akan mengubah level tegangan input menjadi frekuensi pulsa output, dimana semakin tinggi level tegangan input maka semakin tinggi pula frekuensi sinyal output. Untuk membangun converter tegangan ke frekuensi astabil multivibrator 555 ditambahkan rangkaian integrator aktif IC TL071. Konfigurasi integrator dan multivibrator sebagai penyusun rangkaian converter tegangan ke frekuensi ini. Rangkaian converter tegangan ke frekuensi ini dapat diberikan input dari 0 – 10 volt dan akan memberikan frekuensi output dari 0 – 1000 Hz.[8]
2.2 Membuat Oscillator Controlled Controlled (VCO) dengan 7555 TimerChip
Gambar 2.5 Bentuk IC NE7555
Di sirkuit ini, kita akan menunjukkan bagaimana kita dapat membangun osilator pengontrol tegangan (VCO) dengan chip pengatur waktu 7555.
Osilator yang dikendalikan tegangan adalah osilator yang frekuensinya dikontrol oleh tegangan input.Pada dasarnya, tegangan input ke chip VCO mengontrol berapa
kali sinyal digital yang akan berosilasi dalam periode waktu tertentu. Sebagai output, osilator yang dikendalikan tegangan menghasilkan sinyal gelombang persegi digital.
Sinyal gelombang persegi adalah sinyal yang bisa di 1 dari 2 bagian, baik RENDAH atau TINGGI. Gelombang berganti-ganti antara TINGGI dan RENDAH, atau 0 dan 1, berulang kali.
Sinyal ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan, di mana saja pada dasarnya sinyal digital diperlukan. Ini termasuk jamsinyal, yang dibutuhkan di sejumlah perangkat dan chip. Chip yang memerlukan sinyal jam termasuk beberapa digital penghitung potensiometer, mikroprosesor atau mikrokontroler, dan banyak jenis perangkat lainnya.VCO dinamis karena kita dapat memvariasikan frekuensi sinyal digital hanya dengan mengubah tegangan input. Jadi kita bisadapatkan berbagai frekuensi hanya dengan mengubah voltase, seperti osilator kristal variabel.[9] Cara membangun sirkuit di bawah ini, komponen yang Dibutuhkan
- 7555 Timer Chip - Potensiometer 10KΩ - Resistor 33KΩ
- 10nF kapasitor keramik - 100nF kapasitor keramik
Timer 7555 memerlukan tegangan catu daya 4,5-16V. Hubungkan tegangan ini ke pin VCC, pin 8, dan terhubung GND, pin 1, ke ground.Satu-satunya pin yang digunakan adalah pin pemicu, pin keluaran, pin reset, dan pin ambang batas.Pin 2 adalah pin pemicu. Ini bekerja seperti pistol pemula untuk memulai penghitung waktu 7555. Pemicu adalah pemicu rendah aktif, yang berarti bahwa penghitung waktu dimulai ketika tegangan pada pin 2 turun ke bawah 1/3 dari tegangan suplai.
Ketika 7555 adalah dipicu melalui pin 2, ouptut pada pin 3 menjadi tinggi. Pin 3 adalah pin output. Output 7555 timer adalah digital. Itu tinggi atau rendah.
Outputnya rendah, yaitu sangat dekat dengan 0V, atau tinggi, yang dekat dengan tegangan suplai yang ditempatkan pada pin 8. Pin output adalah di mana Anda akan melakukannya, hubungkan beban yang Anda ingin timer 7555 untuk daya. Ini mungkin LED, misalnya. Pin 4 adalah pin reset. Pin ini dapat digunakan untuk memulai kembali operasi pengaturan waktu 7555 pengatur waktu. Ini adalah input rendah yang aktif, sama sepertiinput pemicu. Jadi, pin 4 harus dihubungkan ke
tegangan suplai timer 7555 untuk beroperasi. Jika ground, operasi timer 7555 terputus dan tidak akan mulai lagi sampai dipicu lagi melalui pin 2. Pin 6 adalah pin ambang. Tujuan pin ini adalah untuk memonitor tegangan kapasitor yang dikeluarkan oleh pin 7. Ketika tegangan ini mencapai 2/3 dari tegangan suplai (VCC), siklus waktu berakhir, dan output pada pin 3 menjadi rendah.[10]
2.3 DAC ( Digital To Analog Converter )
DAC (Digital To Analog Converter) adalah perangkat elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal digital (diskrit) menjadi sinyal analog (kontinyu).
Aplikasi DAC (Digital To Analog Converter) adalah sebagai antarmuka (interface) antara perangkat yang bekerja dengan sistem digital dan perangkat pemroses sinyal analog. Perangkat DAC (Digital To Analog Converter) dapat berupa rangkaian elektronika dan chip IC DAC.Pada dasarnya rangkaian penjumlah op-amp (summing amplifier) dapat digunakan untuk menyusun suatu konverter DAC dengan memakai sejumlah hambatan masukan yang diberi bobot dalam deret biner.
DAC (Digital to Analog Convertion) adalah perangkat atau rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah suatu isyarat digital (kode-kode biner) menjadi isyarat analog (tegangan analog) sesuai harga dari isyarat digital tersebut.
DAC (digital to Analog Convertion) dapat dibangun menggunakan penguat penjumlah inverting dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) yang diberikan sinyal input berupa data logika digital (0 dan 1). Konverter Digital-ke-Analog (DAC atau D-to-A), Perangkat untuk mengubah kode digital (Biner) menjadi Sinyal Analog (Arus, Tegangan). Antarmuka antara dunia digital dan kehidupan nyata analog.
Saklar sederhana, Jaringan Resistor, sumber arus atau kapasitor dapat diterapkan konversi ini. Arsitektur DAC, kesesuaian DAC untuk aplikasi tertentu ditentukan oleh angka-angka jasa termasuk:
- Resolusi
- Frekuensi sampling maksimum dan lain-lain.
Konversi Digital-ke-Analog dapat menurunkan sinyal, jadi DAC harus ditentukan yang memiliki kesalahan tidak signifikan dalam hal aplikasi. Pengubahan besaran analog ke digital ditentukan oleh besar tegangan input maksimum yang diukur dalam Volt, mVolt atau uVolt, sedang nilai konversi digitalnya juga bebas
ditentukan hal ini tergantung berapa bita yang digunakan untuk mengkonversinya.
Begitu pula untuk pengubah digital ke analog juga sama dan hasil konversi tergantung pula pada besar tegangan referensinya. Makin banyak jumlah bit yang digunakan untuk konversi maka akan semakin banyak jumlah harga amplitudo yang didapat, dan dengan semakin banyaknya jumlah tersebut akan menyebabkan tingkat kehalusan konversi semakin tinggi. Sebagai contoh untuk konversi tegangan analog 10 volt dengan menggunakan jumlah bit 10, maka akan didapatkan jumlah harga amplitudo 1024 dengan demikian akan diperoleh perbedaan setiap tingkat konversi adalah 10volt dibagi (1024-1) yaitu sama dengan 9,77 milivolt dan bila digunakan 8 bit maka perbedaan setiap tingkat konversi adalah 39,21 milivolt. DAC dapat kita temui dengan spesifikasi yang sangat beragam begitu pula harganya, satu keharusan adalah mengenal spesifikasi yang dekeluarkan oleh pabrik sehubungan dengan penerapan aplikasi dari DAC. Salah satu spesifikasi DAC adalah berhubungan dengan resolusi.
Manufaktur DAC menspesifikasikan beberapa macam akurasi spesifikasi, dua yang sering disebut adalah akurasi relatif dan differensial liniaritas, dimana secara normal digunakan istilah prosentase pengubah pada output skala penuh (%FS). Pada dasarnya rangkaian penjumlah op-amp (summing amplifier) dapat digunakan untuk menyusun suatu konverter D/A (DAC “Digital To Analog Converter)” dengan memakai sejumlah hambatan masukan yang diberi bobot dalam deret biner. Penguat penjumlah memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran merupakan hasil penguatan dari penjumlahan sinyal masukannya. Pada bagian ini dicontohkan penguat penjumlah berdasarkan rangkaian penguat inverting. Sehingga sinyal keluaran adalah berbeda fasa sebesar 180o. Rangkaian penguat penjumlah merupakan konsep dasar dari rangkaian DAC (Digital To Analog Converter). Rangkaian Digital To Analog Converter (DAC) dapat dibangun dengan mudah menggunakan op-amp yang diberi masukan dengan mengatur switch-switch yang mewakili besaran digital. Nilai berlogic 1jika switch dihubungkan dengan supply 5 volt dan logic 0 bila dihubungkan dengan ground/dilepas.Rangkaian dasar DAC (Digital to Analog Convertion) terdapat 2 tipe yaitu Binary-weighted DAC dan R/2R Ladder DAC.[11]
Rangkaian dasar DAC ( Digital to Analog Convertion ) terdapat 2 tipe, yaitu Binary-
weighted DAC dan R/2R Ladder DAC. Kedua tipe DAC tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
2.3.1 Binary-weighted DAC
Gambar 2.6 Rangkaian Binary-weighted DAC
Suatu rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier yang diset sebagai penguat. Secara prinsip rangkaian DAC diatas dapat dijelaskan sebagai berikut ini : Resistor 20 kΩ menjumlahkan arus yang dihasilkan oleh penutupan switch-switch D0 sampai D3. Selanjutnya resistor – resistor ini akan diberi skala nilai sedemikian rupa sehingga mencukupi bobot biner ( binary-weighted ) dari arus yang kemudian akan dijumlahkan oleh resistor 20 kΩ.
Dengan menutup switch D0mengakibatkan arus 50 μA mengalir melalui resistor 20 kΩ, menghasilkan tegangan -1 V pada Vout. Penutupan masing – masing switch mengakibatkan perangkapan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya.
Konversi dari nilai digital ke analog berdasarkan rangkaian Binary Weighted DAC dibawah.
Tabel 2.1 Konversi Nilai Binary Weighted DAC
2.3.2 R/2R Ladder DAC
Selain Binary Weighted DAC, ada metode lain dari konversi Digital to Analog yaitu R/2R Ladder. Metode ini banyak digunakan dalam IC-IC DAC. Dalam rangkaian R/2R Ladder, hanya dua nilai resistor yang diperlukan, yang dapat digunakan untuk IC DAC dengan resolusi 8, 10 atau 12 bit.
Gambar 2.7 Rangkaian R/2R Ladder DAC Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder ini adalah sebagai berikut :
Informasi digital 4 bit masuk dari switch D0 sampai switch D3. Switch ini mempunyai keadaan “ 1 ” ( sekitar 5 V ) atau “0” ( sekitar 0 V ). Dengan pengaturan switch akan mengakibatkan perubahan tegangan yag diberikan ke penguat penjumlah inverting sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya. Contohnya, jika D0 = 0, D1 = 0, D2
= 0 dan D3 = 1, oleh karna itu R1 akan paralel dengan R5 menghasilkan 10 k .
Selanjutnya 10 k ini seri dengan R6 = 10 k menghasilkan 20 k . 20 k ini paralel dengan R2 menghasilkan 10 k , dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8. Sehingga diperoleh rangkaian ekivalennya seperti gambar berikut.
Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen R/2R Ladder DAC
Sehingga teganagan output (Vout) analog dari rangkaian R/2R Ladder DAC diatas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Vout yang didapat dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversi rangkaian R/2R Ladder DAC akan ditunjukkan pada tabel berikut.[12]
Tabel 2.2 Konversi Nilai R/2R Ladder DAC
2.3.3 DAC 8512 FSZ
DAC yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah DAC 8512FSZ.
DAC8512 adalah input serial lengkap, 12-bit, output tegangan konverter digital-ke- analog yang dirancang untuk beroperasi dari satu pasokan +5 V . itu mengandung DAC, masukan register geser dan kait, referensi, dan penguat output rail-to-rail.
Dibangun menggunakan proses CBCMOS, DAC monolitik ini menawarkan pengguna rendah biaya, dan kemudahan dari penggunaan dalam sistem +5 V saja.
Pengkodean untuk DAC8512 adalah biner alami dengan memuat MSB pertama.
Keluaran op amp dapat bergerak ke salah satu rel dan diatur dalam kisaran 0 V hingga +4.095 V — untuk resolusi satu milivolt per bit. Itu mampu mencadangkan dan bersumber 5 mA. Referensi on-chip dipangkas dengan laser untuk menghasilkan tegangan output skala penuh yang akurat dari 4.095 V. Antarmuka serial kecepatan tinggi, tiga-kawat, kompatibel dengan DSP data dalam (SDI), clock (CLK) dan load strobe (LD). Ada juga pin pilihan-chip untuk menghubungkan beberapa DAC. Input CLR mengatur output ke skala nol saat dihidupkan atau setelah permintaan pengguna. DAC8512 ditentukan pada industri yang diperluas (–40 ° C hingga + 85 ° C) kisaran suhu. DAC8512 tersedia dalam plastik Paket pemasangan permukaan DIP dan SO-8.
Gambar 2.9 Blok Diagram DAC 8512FSZ
DAC8512 adalah perangkat pengubah digital-ke-analog 12-bit yang siap digunakan. Ini berisi voltase-switched, 12-bit, pangkas laser DAC, referensi celah pita yang dikoreksi kelengkungannya, rail-to-rail op amp output, register DAC, dan register input data serial. Antarmuka data serial terdiri dari CLK, data serial dalam (SDI), dan strobo beban (LD). Antarmuka 3-kawat dasar ini menawarkan fleksibilitas maksimum untuk antarmuka ke beragam persyaratan pemuatan input data serial. Selain itu pilihan CS disediakan untuk memuat beberapa kemasan dan daya untuk mengatur ulang pin CLR untuk menyederhanakan ‘mulai atau ulang’
berkala. DAC adalah perangkat mode tegangan 12-bit dengan output sebesar itu bergerak dari potensi GND ke celah pita internal 2,5 volt voltase. Menggunakan tangga R-2R laser yang diaktifkan oleh N channel MOSFET. Tegangan keluaran DAC memiliki resistensi konstan independen dari kode input digital. DAC output terhubung secara internal ke op-amp output rail-to-rail.
Gambar 2.10 Konfigurasi PIN DAC 8512FSZ
VDD = Pasokan Positif. Nilai nominal +5 V, ± 5%.
CS = Pilih Chip. Input rendah aktif.
CLK = Clock Input untuk register geser input serial internal.
SDI = Input Data Seri. Data pada pin ini di-clock ke dalam register seri internal pada tepi clock positif Pin CLK. Bit Paling Signifikan (MSB) dimuat pertama.
LD = Input rendah aktif yang menulis data register seri ke dalam register DAC.
Input tidak sinkron.
CLR = Input digital rendah aktif yang menghapus register DAC nol, mengatur DAC ke skala minimum. Masukan tidak sinkron.
GND = Ground analog untuk DAC. Ini juga berfungsi sebagai tegangan referensi ground logika digital.
Vout = Output tegangan dari DAC. Memperbaiki tegangan keluaran kisaran 0 V hingga 4.095V dengan 1 mV / LSB. Internal referensi suhu stabil
mempertahankan tegangan tetap skala penuh tidak tergantung waktu, suhu dan variasi catu daya.[13]
2.4 Mikrokontroller VCO Diimplementasikan dengan Arduino
Pada rangkaian ini mikrokontroler adalah sebagai VCO karena frekuensi mikrokontroler mudah untuk diubah. Rangkaian ini menggunakan software arduino pada ATMega 328, software arduino yang sudah dimodulasi atau diinterfensi. Dalam osilator yang dikendalikan tegangan (VCO), frekuensi sinyal keluaran dikontrol oleh tegangan input DC. Perpustakaan Timer1 dari mikrokontroler Arduino (kumpulan subrutin yang memungkinkan melakukan tugas pada interval waktu tertentu) digunakan untuk mengimplementasikan VCO dalam rentang 65 KHz. Tegangan input analog pengontrol (Vi) dibaca oleh penghitung digital, yang mulai berkurang satu per satu pada interval waktu yang telah ditentukan sebelumnya; saat penghitung mencapai nol, memicu inversi pin digital output. Pengulangan berturut-turut dari proses ini menghasilkan tegangan keluaran periodisitas yang sebanding dengan Vi.
Timer interupsi memungkinkan Anda untuk melakukan tugas pada interval waktu yang sangat khusus terlepas dari apa pun yang terjadi dalam kode Anda.
Timer1 memiliki penghitung yang bertambah pada setiap centang jam pengatur waktu. Di Arduino, jam ini beroperasi pada 16 MHz (ini adalah kecepatan tercepat yang dapat menambah detik untuk mencapai nilai 99). Secara umum, sekali penghitung waktu mencapai nilai kecocokan prasetel yang akan direset ke nilai yang
telah ditentukan; pada penghitung berikutnya pada timer, timer akan terus menghitung dan membandingkan nilai pertandingan lagi. Dengan memilih nilai kecocokan dan mengatur kecepatan penghitung waktu, Anda dapat mengontrol frekuensi penghentian waktu.[14]
2.5 Pengatur Waktu Arduino
Pengatur waktu memungkinkan Anda untuk melakukan tugas pada interval waktu yang sangat khusus terlepas dari apa pun yang terjadi dalam kode Anda. Baris berikutnya menunjukkan cara mengatur dan menjalankan interupsi dalam Clear Timer on Compare Match (CTC) Mode.Biasanya ketika Anda menulis sketsa Arduino, Arduino melakukan semua perintah yang dienkapsulasi dalam fungsi loop dalam urutan yang dituliskan. Pengatur waktu Arduino memungkinkan Anda untuk sejenak menghentikan urutan normal dari peristiwa yang terjadi dalam fungsi loop pada interval waktu yang tepat, sementara Anda menjalankan serangkaian perintah terpisah. Setelah perintah-perintah ini selesai, Arduino mengambil lagi di mana ia berada di loop.
Uno memiliki tiga timer yang disebut timer0, timer1, dan timer2. Masing- masing penghitung waktu memiliki penghitung yang bertambah pada setiap centang jam penghitung waktu.
- Pemutus waktu CTC dipicu ketika penghitung mencapai nilai yang ditentukan (disimpan dalam register perbandingan yang cocok.)
- Setelah penghitung waktu mencapai nilai ini, ia akan menghapus (mengatur ulang ke nol) pada centang berikutnya dari jam pengatur waktu, maka itu akan terus menghitung hingga nilai pertandingan membandingkan lagi.
- Dengan memilih nilai kecocokan pembanding dan mengatur kecepatan penghitung waktu menambah penghitung, Anda dapat mengontrol frekuensi penghentian penghitung waktu.[15]
2.6 Pulse Width Modulation
Pulse width modulation adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, yang akan digunakan untuk mentransfer data pada telekomunikasi ataupun mengatur tegangan sumber
yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Penggunaan PWM sangat banyak, mulai dari pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. PWM juga saat ini telah menjadi dasar dari pembuatan jam digital.
Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja (duty cycle) gelombang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi merupakan nilai rata- rata dari gelombang tersebut. Pengaturan lebar pulsa modulasi atau PWM merupakan salah satu teknik yang ampuh yang digunakan dalam sistem kendali saat ini.
Pengaturan lebar modulasi dipergunakan di berbagai bidang yang sangat luas, salah satu diantaranya adalah speed control (kendali kecepatan), power control (kendali sistem tenaga).
Keuntungan operasi inverter PWM sebagai teknik konversi dibandingkan dengan jenis-jenis inverter lainnya dapat dilihat dari rendahnya distorsi harmonik pada tegangan keluaran inverter PWM. Proses pembangkitan sinyal PWM menjadi salah satu faktor penentu unjuk kerja sistem secara keseluruhan. Selama ini pengendalian inverter PWM secara digital dilakukan dengan menggunakan mikrokontroller atau DSP (Digital Signal Processing). Tuntutan akan kecepatan operasi dan unjuk kerja pengendali yang handal mendorong untuk mengimplementasikan sinyal PWM dalam bentuk rangkaian logika perangkat keras.
Operasi dalam bentuk keras ini mempunyai kecepatan lebih tinggi dibandingkan operasi yang dilakukan secara perangkat lunak oleh mikrokontroller, karena operasi dengan perangkat lunak membutuhkan waktu untuk menerjemahkan perintah- perintah pemrograman. Selain itu lebar data yang diproses juga terbatas oleh kemampuan mikrokontroller.
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi antara 0%
hingga 100%.
Gambar 2.11 Sinyal PWM
PWM merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan sinyal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, secara analog menggunakan IC op-amp atau secara digital. Secara analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan secara digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit, berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilaisebanyak256 variasi mulai dari 0 – 225 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0% – 100% dari keluaran PWM tersebut.[16]
2.7 DC to DC Converter
konverter DC-DC berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah (DC) ke bentuk daya listrik DC lainnya yang terkontrol arus, atau tegangan, atau dua- duanya. Ada lima rangkaian dasar dari konverter DC-DC non-isolasi, yaitu buck, boost, buck-boost, cuk, dan sepic. Konverter DC-DC berlaku seperti halnya trafo/transformer yang mengubah tegangan AC tertentu ke tegangan AC yang lebih tinggi atau lebih rendah. Tidak ada peningkatan ataupun pengurangan daya masukan selama pengkonversian bentuk energi listriknya,Tegangan searah DC pada sistem tenaga listrik saat ini sangat dibutuhkan. Hal ini dapat kita temui pada berbagai macam peralatan rumah tangga disekitar kita. Salah satu aplikasi yang berhubungan dengan tegangan searah (DC) tersebut adalah konversi DC-DC. Konversi DC-DC merupakan salah satu jenis rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran searah
yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan duty-cycle rangkaian kontrolnya.
Sumber tegangan dc dari konverter DC-DC dapat diperoleh dari baterai atau dengan menyearahkan sumber tegangan ac yang kemudian dihaluskan dengan filter kapasitor untuk mengurangi riak (ripple).
Salah satu aplikasi elektronika daya adalah konverter DC-DC atau yang lazim di sebut DC Chopper. Konverter DC-DC berfungsi untuk mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran searah yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan duty cycle rangkaian kontrol chopper-nya. DC chopper digunakan untuk mengubah sumber tegangan dc yang tetap menjadi tegangan dc yang variabel dengan mengatur kondisi on-off (duty cycle) rangkaian dc chopper melalui rangkaian kontrol PWM, komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO.
Sumber tegangan dc dapat diperoleh dari baterai, atau dengan menyearahkan sumber tegangan ac yang kemudian dihaluskan dengan filter kapasitor untuk mengurangi riak. Kelebihannya terutama pada pengubah daya secara jauh lebih efisien dan pemakaian komponen yang ukurannya lebih kecil.
Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar, yaitu yang terisolasi dan yang tak terisolasi. Kata ’isolasi’ disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter DC-DC. Beberapa sumber menyebutkan bahwa konverter DC-DC yang tak terisolasi dengan istilah direct converter, dan konverter yang terisolasi dengan istilah indirect converter.[17]
2.7.1 Buck Converter
Konverter jenis buck merupakan jenis konverter yang banyak digunakan dalam industri catu-daya. Konverter ini akan mengkonversikan tegangan dc masukan menjadi tegangan dc lain yang lebih rendah (konverter penurun tegangan).
Rangkaian ini terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET) dan satu saklar pasif (diode).Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif sering diganti dengan saklar aktif sehingga susut daya yang terjadi bisa dikurangi.Kedua saklar ini bekerja bergantian.Setiap saat hanya ada satu saklar yang menutup.Nilai rata-rata tegangan
keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar aktif terhadap periode penyaklarannya (faktor kerja).Nilai faktor kerja bisa diubah dari nol sampai satu. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan keluaran selalu lebih rendah dibanding tegangan masukannya.
Arus masukan konverter buck selalu bersifat tak kontinyu dan mengandung riak yang sangat besar. Akibatnya pada sisi masukan, konverter buck memerlukan tapis kapasitor yang cukup besar untuk mencegah terjadinya gangguan interferensi pada rangkaian di sekitarnya. Konverter dc-dc jenis buck biasanya dioperasikan dengan rasio antara tegangan masukan terhadap keluarannya tidak lebih dari 10. Jika dioperasikan pada rasio tegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja terlalu keras sehingga keandalan dan efisiensinya turun. Untuk rasio yang sangat tinggi, lebih baik kalau kita memilih versi yang dilengkapi trafo.[18]
2.8 MOSFET Driver IR2110
MOSFET merupakan singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor yang merepresentasikan bahan-bahan penyusunnya yang terdiri dari logam, oksida dan semikonduktor. Terdapat 2 jenis MOSFET yaitu tipe NPN atau N channel dan PNP atau biasa disebut P channel. MOSFET dibuat dengan meletakkan lapisan oksida pada semikonduktor dari tipe NPN maupun PNP dan lapisan logam diletakkan diatasnya. Ciruit driver MOSFET digunakan untuk menggerakkan MOSFET di sisi atas atau bawah. Mengapa kita membutuhkan driver MOSFET?
Karena MOSFET adalah perangkat pengontrol tegangan dan untuk menggerakkan MOSFET kapasitansi gerbang harus dibebankan ke tegangan operasi yang biasanya antara 9-10 volt. Satu dapat melakukannya dengan sangat mudah tetapi ada satu masalah. Tegangan tinggi pada drain dari MOSFET menyebabkan masalah karena interaksi dengan gerbang-drain kapasitansi. Masalah ini dikenal sebagai efek miller.
Driver MOSFET digunakan untuk menghindari masalah ini.
Ada banyak jenis driver MOSFET yang tersedia di pasar tetapi hampir semua driver MOSFET menggunakan output totem pole, karena memiliki impedansi input yang rendah dan arus drive yang tinggi.
- Optocoupler sirkuit driver yang terisolasi.
- Sirkuit driver tranformer yang terisolasi.
- Tidak ada sirkuit driver yang terisolasi.
Dalam banyak aplikasi, sirkuit mengambang diperlukan untuk menggerakkan MOSFET sisi tinggi. Pada jembatan H yang digunakan dalam desain inverter gelombang sinus murni 2 MOSFET digunakan sebagai MOSFET sisi tinggi dan 2 MOSFET digunakan sebagai MOSFET sisi rendah. Penyearah internasional driver IR2110 MOSFET dapat digunakan sebagai driver MOSFET sisi tinggi dan rendah. IR2110 memiliki sirkuit mengambang untuk menangani dan meningkatkan operasi. IR2210 dapat dengan tegangan berdiri hingga 500V (tegangan offset). Pin outputnya dapat memberikan arus puncak hingga 2 ampere. Itu juga dapat digunakan sebagai driver IGBT. Sirkuit mengambang IR2210 dapat menggerakkan MOSFET sisi tinggi hingga 500 volt.
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin IR2110
• Pin 1 adalah output dari drive MOSFET sisi rendah
• pin2 adalah jalur balik untuk sisi rendah. Itu sama potensial dengan ground VSS pin 13. Karena ketika input ke sisi rendah pada pin 12 Lin tinggi, output LO akan sama dengan nilai tegangan Vcc pada pin 3 berhubungan dengan Vss dan COM pin. Ketika hin input ke sisi rendah pada pin 12 Lin rendah, output LO akan sama dengan nilai VSS dan artinya nol.
• VDD pin 9 adalah pin persediaan logice. Nilainya harus antara 5 volt. Tetapi jika Anda menggunakan tegangan kurang dari 4 volt, banyak yang tidak memberikan hasil yang Anda butuhkan.
• HIN pin 10 adalah sinyal input untuk output driver mosfet sisi tinggi.
Mungkin dari mikrokontroler atau perangkat lain. Tetapi level input sinyal logika harus antara 4-5 volt.
• LIN pin 12 adalah sinyal input untuk output driver mosfet sisi rendah.
Mungkin dari mikrokontroler atau perangkat lain. Tetapi level logika sinyal input juga harus antara 4-5 volt.
• SD pin 11 digunakan pin shutdown. Anda dapat menggunakannya untuk sirkuit perlindungan. Misalnya di sirkuit tegangan berlebih atau arus berlebih, jika salah satu dari nilai-nilai ini menjadi lebih besar dari nilai yang ditentukan, Anda dapat memberikan sinyal 5 volt ke shutdown driver IR2210 untuk berhenti mengemudi MOSFET. Sebagai imbalannya, sirkuit Anda akan berhenti bekerja.
• VB pin 6 digunakan sebagai pasokan mengambang sisi tinggi atau sirkuit mengambang untuk memberikan tegangan mengambang ke MOSFET sisi tinggi.
• Kapasitor bootstrap digunakan antara VB dan VS untuk sepenuhnya mengoperasikan MOSFET sisi tinggi. Ini memainkan aturan yang sangat penting dalam jembatan H inverter gelombang sinus murni. Anda harus menggunakan nilai kapasitor bootstrap 22uf-40uf. Saya telah berhasil merancang jembatan H setelah membuat banyak perubahan di jembatan H dengan nilai kapasitor bootufap 33uf / 50v.[19]
2.9 Mikrokontroller
Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor 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 yang kecil serta dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) membuat harganya menjadi lebih murah dibandingkan mikroprosesor.
Adapun kelebihan dari mikrokontroller adalah sebagai berikut :
1. Penggerak pada mikrokontoler menggunakan bahasa pemrograman assembly dengan berpatokan pada kaidah digital dasar sehingga pengoperasian sistem menjadi sangat mudah dikerjakan sesuai dengan logika sistem.
2. Mikrokontroler tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sistem.
3. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer sedangkan parameter computer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program.
4. Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem.
5. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat.
Mikrokontroler adalah sebuah system computer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang biasa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bias melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu system pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda.
Mikrokontroler merupakan computer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti ICTTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti system control mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat control elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis.[20]
2.9.1 Mikrokontroller ATMega 328
Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil (“special purpose computers”) di dalam satu IC yang berisi CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial danparallel, Port input/output, ADC. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suau program. Pada saat ini penggunaan mikrokontroller dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya peralatan yang terdapat dirumah, seperti telpon digital, microwave oven, televisi, mesin cuci, system keamanan rumah, PDA, dan lain-lain. Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai aplikasi misalnya untuk pengendalian, otomasi industri, akuisisi data, telekomunikasi dan lain-lain.
Saat ini keluarga mikrokontroler yang ada dipasaran yaitu Intel 8048 dan 8051 (MCS51), Motorola 68HC11, Microchip PIC, Hitachi H8, dan Atmel AVR.
ATmega328 adalah microcontroller keluaran Atmel yang merupakan anggota dari keluarga AVR 8-bit. Mikrokontroller ini memiliki kapasitas flash (programmemory) sebesar 32Kb (32.768bytes), memori (static RAM) 2Kb (2.048 bytes), dan EEPROM (non-volatile memory) sebesar 1024 bytes. Kecepatan maksimum yang dapat dicapai adalah 20 MHz. Rancangan khusus dari keluarga prosesor ini memungkinkan tercapainya kecepatan eksekusi hingga 1 cycle per instruksi untuk sebagian besar instruksinya, sehingga dapat dicapai kecepatan mendekati 20 juta instruksi perdetik. ATmega328 adalah prosesor yang kaya fitur.
Dalam chip yang dipaketkan dalam bentuk DIP-28 ini terdapat 20 pin Input/Output (21 pin bila pin reset tidak digunakan, 23 pin bila tidak menggunakan oskilator eksternal), dengan 6 diantaranya dapat berfungsi sebagai pin ADC (analog-to-digital converter), dan 6 lainnya memiliki fungsi PWM (pulse width modulation).[21]
2.9.2 FiturAVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller 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). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
• 130 macam instruksi yang hamper semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
• 32 x 8-bit register serbaguna.
• Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16MHz.
• 32KB Flash memory dan pada arduino memiliki boot loader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai boot loader.
• 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.
• Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar2KB.
• Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
• Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi– instruksi dalam memori program dieksekusi dalams atu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi–instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32x8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU(Arithmatic Logi cunit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serba guna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31). Hampir semua instruksi AVR memiliki format16-bit. Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.
Selain register serbaguna diatas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh.[22]
2.9.3 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega328
Gambar 2.13 Pin Mikrokontroler ATmega328
Konfigurasi pin ATMega328 dengan kemasan 28 pin DIP (Dual Inline Package) dapat dilihat pada gambar di atas. Dari gambar di atas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATMega328 sebagai berikut : ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.
e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsiuntuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.[23]
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini :
ARDUINO ATMEGA 328
PWM
FREQ 65 kHz
IR 2110
DAC
H
L
VCO FET DRIVER
Gambar 3.1 Diagram Blok Pembangkit Tegangan
3.1.1 Fungsi Setiap Blok
1. Osilator berfungsi sebagai pembangkit frekuensi 2. DAC berfungsi mengubah nilai digital menjadi analog
3. Mikrokontroller berfungsi untuk mengatur nilai frekuensi dan PWM 4. Ir2110 berfungsi untuk memperkuat sinyal
5. Arduino berfungsi untuk mengirimkan PWM ke VCO
Pada diagram blok diatas osilator membangkitkan frekuensi dengan lebar pulsa yang bisa diatur, pengaturan nilai frekuensi dan PWM dapat dikerjakan melalui mikrokontroller ATMega328. DAC bekerja mengubah nilai digital yang dihasilkan menjadi nilai analog, dan nilai tersebut dikirim ke osilator. Ir2110 bekerja untuk memperkuat sinyal tersebut untuk dapat digunakan untuk keperluan lain.
Arduino mengirimkan PWM ke VCO, nilai ferkuensi ditetapkan oleh DAC yang dikirim mikrokontroller ATMega328 dan lebar pulsa ditentukan oleh mikrokontroller ATMega328. Frekuensi yang berPWM bernilai 65 kHz dikirim ke IR2110 (Fet driver) sehingga keluar bentuk frekuensi beda fasa. PWM diubah
menghasilkan pulsa yang lebar atau sempit. Frekuensi diubah menghasilkan gelombang semakin banyak atau semakin sedikit.
3.2 Perancangan Rangkaian Power Supply
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supply
Rangkaian power supplay dapat ditunjukkan pada gambar 3.2. Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan sistem sedangkan keluaran 12 volt untuk Radio Frekuensi Transmitter.
3.3 Perancangan Rangkaian Digital to Analog Converter
Gambar 3.3 Rangkaian DAC
Data 16 bit dikirim dari mikrokontroller melalui protokol I2 ke DAC, nilai analog yang dihasilkan oleh DAC tersebut dihubungkan ke PWM control dari IC 7555 untuk mengubah nilai PWM pada output IC 7555.
3.4 Perancangan Rangkaian Osilator NE7555
Gambar 3.4 Rangkaian Osilator NE7555
Frekuensi yang dihasilkan oleh IC 7555 di by pass dari mikrokontroller melalui pin 2 ke pin 3 dalam bentuk pwm. Pada dasarnya aplikasi utama IC NE7555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. Dari gambar 3.4 Dapat dilihat osilator NE7555 memiliki 8 pin. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki Osilator NE7555.
• Pin 1 sebagai Ground (0V) adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative.
• Pin 2 sebagai Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop.
• Pin 3 sebagai Output, pin keluaran dari IC 7555.
• Pin 4 sebagai Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset.
• Pin 5 sebagai Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground.
• Pin 6 sebagai Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan mereset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc.
• Pin 7 sebagai Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu.
• Pin 8 sebagai Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.
3.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega328 dapat dilihat pada gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328.
Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31).
3.6 Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. LCD 1602 dikendalikan secara serial melalui komunikasi data I2C. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1602 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Gambar 3.6 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Dari gambar 3.6, Rangkaian LCD dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler Arduino Uno. LCD yang digunakan dalam percobaan adalah LCD 2 x 16, lebar display 2 baris 16 kolom, yang mempunyai 16 pin konektor, sehingga hanya mampu menampilkan angka, huruf, dan simbol sebanyak 2 baris dan disetiap baris mampu menampilkan 16 karakter. Pin-pin pada LCD terhubung langsung ke pin-pin Arduino.
3.7 Perancangan Rangkaian FET Driver IR 2110
Gambar 3.7 Rangkaian FET Driver IR 2110
IR 2110 bekerja sebagai driver power MOSFET dengan pulsa yang berbeda frekuensi dan polaritas fasa pin HO dan LO. Rangkaian driver MOSFET pada inverter ini menggunakan IC IR2110 yang mempunyai tegangan dan kecepatan yang tinggi. IR2110 ini mempunyai 2 buah output yaitu LO dan HO. Input yang terhubung pada kaki LIN akan dikeluarkan bagian rendahnya (low) saja pada kaki LO.
Sedangkan input yang terhubung pada kaki HIN akan dikeluarkan bagian tingginya (high) saja pada kaki HO. Untuk bisa bekerja, IR2110 memerlukan tegangan catu baik untuk sisi masukan (VDD) maupun untuk sisi keluaran (VCC). Karena tegangan minimal untuk logik satu adalah 4,2V, sehingga tegangan catu masukan IR2110 diatur sebesar 5V. Sedangkan tegangan catu keluaran IR2110 diatur sebesar 12V untuk menjamin nilai keluaran IR2110 sebagai masukan MOSFET mendekati nilai 10V agar MOSFET dapat bekerja pada kondisi fully on.
