TUGAS AKHIR
DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT USING AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER
(AKUISISI DATA PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)
Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh:
YOHANES MARIANO GONOSAH NIM : 985114027
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT
USING AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER
(DATA AKUISISI PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)
Disusun oleh:
YOHANES MARIANO GONOSAH
NIM : 985114027
Telah disetujui Oleh:
Pembimbing
I
Ir.
Linggo
Sumarno,M.T
tanggal
………
Pembimbing
II
Martanto,S.T,M.T
TUGAS AKHIR
DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT USING AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER
(DATA AKUISISI PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)
Dipersiapkan dan ditulis oleh YOHANES MARIANO GONOSAH
NIM : 985114027
Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal 19 Mei 2004
Dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Nama lengkap Tanda Tangan
Ketua Ir. Linggo Sumarno, MT. ……….
Sekretaris Martanto, S.T., M.T. ………. Anggota Ir. Bambang Sutopo, M.Phil.
Joko Untoro, S.T., M.T.
………. ………. Yogyakarta, Agustus 2007
Fakultas Teknik
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok,
karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri.
Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari
(Matius 6 : 34)
Skripsi ini kupersembahkan untuk:
Yesus Kristus dan Bunda Maria
Yang tercinta Bapak, MAMA, MY BRO TODY DAN SELURUH
KELUARGA
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 30 April 2004
ABSTRAK
Sistem akuisisi data pengukuran temperatur sesungguhnya adalah suatu sistem pengukuran temperatur dengan melakukan penyimpanan data terukur. Penelitian ini menggunakan mikrokontroller AVR AT90S8535 untuk mengukur dan mengumpulkan data temperatur.
Sistem akuisisi data temperatur terdiri dari beberapa bagian yaitu sensor temperatur LM35, ADC 0804, mikrokontroller AT90S8535, dan penampil HD44780U. Mikrokontroller AT90S8535 merupakan komponen utama sebagai tempat pengolahan data.
ABSTRACT
Data acquisition of temperature measurement is really a measuring of temperature and stored of temperature measured. In this research, AVR AT90S8535 microcontroller is used to measure and collect a number of temperature data.
Data acquisition of temperature measurement consist some of part. There are a LM35 temperature sensor , ADC 0804, AT90S8535 microcontroller and a display HD44780U. AT90S8535 microcontroller was the prime component in which data processing were done
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya yang telah menyertai penulis selama penyusunan tugas akhir ini sampai selesai. Tugas akhir ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dalam proses penyusunan tugas akhir ini penulis menyadari banyak pihak yang telah memberikan sumbangan baik pikiran, waktu, tenaga, bimbingan dan dorongan kepada penulis sehingga akhirnya tugas akhir ini dapat selesai dengan baik. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Linggo Sumarno, MT., selaku dosen pembimbing I tugas akhir dan Bapak Martanto ST. MT., selaku dosen pembimbing II tugas akhir yang dengan teliti dan sabar telah membimbing dan memberikan masukan yang berharga bagi penulis.
2. Buat orang tuaku Bapak Fransiskus Ph SAH dan Ibu Irene Bunga yang telah memberikan dorongan, doa dan nasehat – nasehat yang berguna bagi penulis. 3. Buat Orang tuaku Bapak Mathias Subardjono dan ibu Rosalia Sri Utari atas
dorongan semangat dan perhatiannya.
5. Segenap karyawan – karyawan di sekretariat fakultas teknik atas pelayanan dan informasi yang diberikan.
6. Laboran teknik elektro (mas Hardi, mas Suryo, mas Sur, mas Mardi) yang telah membantu menyelesaikan tugas akhir ini, terima kasih.
7. Ka’ Un, my bro Tody dan semua yang telah memberikan kasih dan perhatiannya kepada penulis.
8. Istriku terkasih Barbara Nunung Ika Titianti untuk semua kasih sayang, perhatian dan kesabaranmu.
9. Bapak RM. Heru Hidayat Sasongko sekeluarga yang telah memberi perhatian dan bantuannya.
10. Sahabat - sahabatku di Teknik Elektro 98, dan semua teman Elektro Sanata Dharma. Terima kasih selalu.
11. Sahabatku di Wisma Wirata, terima kasih atas kebersamaan yang telah kita jalani.
12. Saudara dan sahabatku semua yang tak dapat kusebut satu persatu yang dengan setia memberi dorongan semangat dan doa.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala masukan dan saran yang membangun akan diterima dengan senang hati.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Jogjakarta, 30 April 2004
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL……….. i
HALAMAN PERSETUJUAN ii HALAMAN PENGESAHAN iii HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN……… iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……… v
INTISARI………. vi
ABSTRACT………... vii
KATA PENGANTAR………... viii
DAFTAR ISI……….. x
DAFTAR GAMBAR………. xiii
DAFTAR TABEL……….. xv
BAB I PENDAHULUAN……….……… I.1 Latar Belakang Masalah………..…… I.2 Perumusan Masalah……….……… I.3 Batasan Masalah……….………….…… I.4 Tujuan Penelitian………. I.5 Manfaat Penelitian……….……….…. I.6 SistematikaPenulisan………
BAB II DASAR TEORI………..…. 2.1 Prinsip dasar system pendukung akuisisi pengukuran temperatur 2.2 Sensor Temperatur……….. 2.3 Pengondisi sinyal……… 2.3.1 Penguat tegangan……… 2.4 Pengubah analog ke digital ……… 2.4.1 Resolusi ADC……….. 2.4.2 Linearitas ADC……… 2.5 Mikrokontroler AVR AT90S8535……….. 2.5.1 Instruksi pada mikrokontroler AVR AT90SD8535………… 2.5.2 Metode pengalamatam memory ………. 2.5.3 Periperal pada mikrokontroler AVR AT90S8535…………... 2.6 Keypadmatrik………. 2.7 LCD………. 2.8 Karakteristik dasar alat ukur
BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancangan perangkat elektronis………. 3.1.1 Sensor temperatur dan pengondisi sinyal………. 3.1.2 Pengubah analog ke digital……….. 3.1.3 Unit penampil………..
3.2 Perancangan perangkat lunak 3.2.1 Algoritma program 3.2.2 Diagram alir program 3.3 Pembahasan program
3.3.1 Program utama
3.3.2 Program penampilan data 3.3.3 Program ambil data
3.3.5 Program menampilkan data di LCD
BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Karakteristik sensor ………. 4.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal……… 4.3 Hasil Pengukuran……… 4.4 Analisis Regresi Linear………...
BAB V PENUTUP……….
5.1 Kesimpulan……….…... 5.2 Saran……….. DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
40 40 42 45 45 49 52 53
56 58 59 61
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram blok Akuisisi pengukuran temperatur menggunakan AVR………. Gambar 2.2 Simbol dan konfigurasi pin – pin LM35…..……….. Gambar 2.3 Konfigurasi penguat operasional dasar……….. Gambar 2.4 Rangkaianop-amp non inverting………... Gambar 2.5 Diagram blok ADC……… Gambar 2.6 Blok skematik ADC………... Gambar 2.7 Diagram blok AT90S8535……….……… Gambar 2.8 Konfigurasi pin AT90S8535………..……… Gambar 2.9 Koneksi Osilator………
Gambar 2.10 Keypad matrik……….
Gambar 3.1 Diagram blok akuisisi data pengukur temperatur……… Gambar 3.2 Sensor LM35 dan buffer……….. Gambar 3.3 Interfacing LCD HD44780………..
Gambar 3.4 Diagram alir program utama……….. Gambar 3.5 Diagram alir penampilan data………..…
Gambar 3.6 Diagram alir pengambilan data ………
Gambar 3.7 Diagram alir manipulasi data ………. Gambar 3.8 Diagram alir tampilan data di LCD ……….
Gambar 4.1 Grafik tanggapan rangkaian sensor temperatur……….. Gambar 4.2 Grafik tegangan keluaran pengondisi sinyal……….…..
Gambar 4.3 Grafik perbandingan hasil pengukuran temperatur…………..…….. Gambar 4.4 Grafik hasil regresi pengukuran temperatur………..…………. Gambar 4.5 Diagram alir menampilkan data di LCD….………...
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil pengukuran tegangan keluaran Sensor………. Tabel 4.2 Hasil pengukuran pada rangkaian pengkondisi sinyal………. Tabel 4.3 Hasil pengukuran temperatur ……….………. Tabel 4.4 Hasil regresi linier pengukuran temperatur………..
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Jika ditanyakan kepada masyarakat umum, bagaimana caranya kita mengetahui besarnya temperatur yang terjadi pada suatu saat, maka mungkin sebagian besar orang akan menjawab bahwa untuk mengetahui besarnya temperatur pada suatu saat harus kita gunakan termometer sebagai instrumen pengukurnya. Itulah fenomena yang terjadi pada masyarakat umum.
Fenomena seperti diatas mungkn sebagian besar tidak terjadi pada masyarakat di dunia elektronika. Pada dunia elektronika, ada instrumen lain yang dapat dimanfaatkan untuk mengetahui perubahan temperatur. Instrumen itu adalah sensor temperatur yang didukung oleh perangkat-perangkat lainnya.
Seiring dengan perkembangan dunia elektronika, maka makin banyak bermunculan perangkat pengolah dan pengontrol. Dan yang paling kita kenal adalah komputer. Tetapi ada sebuah perangkat pengolah dan pengontrol yang mengalami perkembangan yang cukup pesat yaitu Mikrokontroler.
1.2 Perumusan Masalah
Dalam akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini, yang menjadi pemikiran utama adalah membuat alat ukur temperatur atau instrumen untuk pengukuran temperatur dengan menggunakan sensor temperatur elektronis dan hasil pengukurannya dapat diterima dan diolah oleh mikrokontroler serta hasilnya dapat ditampilkan pada
displayatau LCD(liquid crystal display).
1.3 Batasan Masalah
Dalam Tugas Akhir dengan Judul “Akuisisi Data Pengukuran Temperatur Menggunakan Mikrokontriler AVR AT90S8535” ini dibatasi pada masalah-masalah sebagai berikut.
1. Proses pengukuran temperatur dengan memanfaatkan sensor temperatur presisi LM35 dan untai pengondisi sinyalnya dengan memanfaatkan penguat operasional TL082.
2. Akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini dirancang memiliki range skala dalam derajat Celcius antara 0°C sampai dengan 100°C.
3. Konversi sinyal dari sinyal analog menjadi data digital dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) yang terdapat pada mikrokontroler AVR AT90S8535 dengan keluaran 10 bit.
5. Konversi skala temperatur dari Celcius ke Fahrenheit.
6. Rerata dari 3 data terakhir dari setiap pengambilan data dalam range
waktu tertentu.
7. Temperatur maksimum dan minimum dalam setiap pengambilan data ditampilkan.
8. Periode sampling dan Sampling rate untuk pengambilan data dapat diatur sesuai dengan kebutuhan..
1.4 Tujuan Penelitian
Secara umum tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah :
1. Merancang serta membuat perangkat elektronika yang dapat mendukung berhasilnya pelaksanaan akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 seperti untai sensor dan pengondisi sinyalnya serta untai konverter sinyal analog ke data digital dan LCD(liquid crystal display).
2. Mempelajari dan mengaplikasikan penggunaan mikrokontroler AVR AT90S8535 dalam kehidupan sehari-hari
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ditulis dengan metode studi literatur dan hasil dari pengamatan selama penelitian. Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari lima bab yaitu :
Bab I Pendahuluan
Pada bab ini berisi antara lain : latar belakang yang mendasari dipilihnya topik dalam tugas akhir ini, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Bab ini membahas tentang dasar teori yang mendukung dan berkaitan dengan perangkat pendukung akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 dan teori dasar tentang analisis regresi linear.
Bab III Rancangan Penelitian
Bab ini berisi mengenai perancangan perangkat keras dari Akuisisi pengukuran temperatur meliputi sensor temperatur LM35, pengondisi sinyal CA3140, pengubah sinyal analog ke data digital yang menjadi satu dengan rangkaian mikrokontroler AVR AT90S8535 serta interfacing
Bab IV Analisa Hasil Pengukuran Dan Pembahasan
Bab ini berisi analis dan pembahasan mengenai hasil penelitian yang telah dilakukan.
Bab V Penutup
BAB II DASAR TEORI
Akuisisi data pengukuran temperatur merupakan suatu usaha pengukuran data temperatur pada interval tertentu. Perangkat elektronis yang digunakan untuk mendukung akuisisi pengukuran temperatur ini dapat pula disebut termometer karena perangkat tersebut berupa alat pengukur temperatur. Termometer ini memiliki beberapa keunggulan, yaitu dapat menampilkan nilai rata-rata dari suatu hasil pengukuran, dapat menampilkan nilai maksimum dan minimum dari data hasil pengukuran dan data hasil pengukuran dapat dilihat pada tampilan / LCD.
Agar temperatur dapat dibaca dan diolah oleh mikrokontroler maka perlu dilakukan beberapa konversi, yang pertama yakni konversi dari besaran fisis
(temperatur) menjadi besaran listrik berupa tegangan listrik analog yang proporsional dengan menggunakan sensor temperatur. Kedua, tegangan listrik analog yang dihasilkan oleh sensor diubah menjadi data digital dengan sebuah ADC(Analog to Digital Converter).
Temperatur merupakan besaran yang digunakan untuk menunjukkan energi termal suatu benda. Skala yang digunakan antara lain dalam ºCelcius (C), ºReamur (R), ºFahrenheit (F), serta Kelvin (K). Berikut ini adalah hubungan antara temperatur dalam °Celcius (Tc) dengan besaran-besaran yang lainnya:
Temperatur dalam Kelvin = ( TC+ 273,15 ) (2.1)
Temperatur dalam ºReamur = ( (4/5) TC) (2.2)
2.1. Prinsip Dasar Sistem Pendukung Akuisisi Pengukuran Temperatur Diagram blok sistem akuisisi pengukuran temperatur diperlihatkan pada gambar 2.1 berikut ini.
8-bit
Gambar 2.1. Diagram blok akuisisi pengukuran temperatur
menggunakan AVR
Sensor temperatur menerima temperatur dari medium yang akan diukur dan dikonversi ke dalam bentuk tegangan analog. Keluaran dari sensor berupa tegangan analog akan dikondisikan (dikuatkan ataupun dilemahkan) sinyalnya oleh pengondisi sinyal agar sinyal tegangan tersebut dapat diterima oleh ADC. Kemudian keluaran dari ADC yang berupa data digital dikirimkan ke mikroprosesor AVR dan akhirnya data yang telah diolah oleh mikrosesor AVR ditampilkan melalui penampil / LCD.
2.2. Sensor Temperatur
Sensor temperatur adalah suatu piranti yang mengubah besaran temperatur menjadi besaran elektris. Salah satu sensor temperatur yang banyak dipakai adalah sensor temperatur LM35. Sensor temperatur LM35 menghasilkan keluaran
Sensor Pengondisi Sinyal
Mikrokontroler AVR
ADC 10-bit
berupa tegangan yang linear tiap kenaikan derajat Celcius pada benda terukur. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa LM35 adalah sensor temperaturlinear.
Karakteristik sensor LM35 adalah :
a. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan derajat Celcius. b. Memiliki sensitivitas sebesar 10mV/°C.
c. Bekerja pada temperatur -55°C sampai 150°C. d. Arus yang dibutuhkan kurang dari 60A. e. Bekerja pada tegangan 4V sampai 30V. f. Impedansi output rendah.
g. Ketelitiannya sebesar0.25°C.
Simbol dan konfigurasi dari pin-pin sensor temperatur LM35 dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Simbol dan konfigurasi pin-pin LM35
2.3. Pengondisi Sinyal
karena penguat operasional atau yang sering disebut op-amp memiliki beberapa keutamaan yaitu memiliki impedansi masukan yang sangat besar, memiliki impedansi keluaran yang rendah, memiliki nilai penguatan tinggi dan karakteristiknya tidak berubah atau dipengaruhi temperatur.
Dalam akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini, penguat operasional dimanfaatkan sebagai penguat tegangan. Pada gambar 2.3. dapat dilihat simbol dari op-amp dan konfigurasi kaki IC CA4140 yang digunakan sebagai pengondisi sinyal.
+VCC
-VEE Inverting
Input Non Inverting
Input
Output +
-(a) (b)
Gambar 2.3. (a) Simbol op-amp. (b) Konfigurasi kaki IC CA3140 2.3.1 Penguat Tegangan
+VCC -VEE + -Rf R1 Va Vin Vout
Gambar 2.4. Rangkaianop-amp non inverting
Tahanan Rf dan R1 merupakan pembagi tegangan bagi Vout. Pada R1 timbul tegangan sebesar :
Rf R R Vout Va Rf R R Vout Va 1 1 1 1 karena Av Vout
Va 1
; Av disebut juga dengan penguatan(gain)
Akhirnya tegagan keluaran dari penguat tak membalik ditentukan dengan persamaan :
1
1 R Rf Vin
Vout ………(2.2)
Sedangkan hubungan antara Av dan Vin adalah, Av merupakan besarnya nilai penguatan yang dicari atau yang diharapkan dan Vin adalah besarnya tegangan masukan. Penguatan ini nantinya akan berpengaruh pada Vout.
2.4. Pengubah analog ke digital (ADC)
Pengubah analog ke digital merupakan untai yang berfungsi untuk mengubah tegangan analog menjadi data digital. Data digital yang dihasilkan dinyatakan dalam kode biner dengan menggunakan dua (2) nilai tegangan yaitu 5 volt yang dinyatakan dengan lambang “1 atau tinggi” dan 0 volt yang dinyatakan dengan lambang “0 atau rendah”. Bilangan biner merupakan kombinasi dari sederetan lambang 1 dan 0.
VIN
(-) S
CLK
(+) Comparator CC
………….
Va
Keterangan:
CC:Conversion Complete
CLK: Clock
……….. S: Start
Q9……..Q0 DAC:Digital to Analog Converter
Gambar 2.5. Diagram blok ADC 10 bit dengan metoda SAR
Bagian utama pengubah analog ke digital ini adalah SAR 10 bit. Tegangan keluaran Va dari DAC dibandingkan dengan tegangan masukan (VIN) oleh pembanding (comparator). Keluaran pembanding merupakan data masukan serial bagi SAR. Lalu SAR mengatur keluaran digital 10 bit sampai menghasilkan Va yang sama dengan tegangan masukan. Latch 10 bit pada akhir pengubahan akan dipegang sebagai hasil data digital keluaran. Sifat-sifat ADC pada AVR AT90S8535 antara lain dapat mengkonversi tegangan listrik
KENDALI
SAR 10 bit DAC
10 bit
analog menjadi data digital 10 bit ekivalen, mempunyai waktu konversi 65-260μs dan memiliki 8 buah kanal masukan multipleks.
Pada gambar 2.6. diperlihatkan gambar blok skematik ADC yang terdapat pada Mikrokontroler AVR AT90S8535.
Gambar 2.6. Blok skematik ADC pada AVR AT90S8535
2.4.1. Resolusi ADC
2.4.2. Linearitas ADC
Linearitas dapat dirumuskan 1/(2n) * Vref dengan n adalah jumlah bitnya dan Vref adalah tegangan referensinya. Untuk ADC 10 bit maka linearitas yang
dapat diberikan adalah
ref
V 1024
1
. Bilangan 1024 merupakan kombinasi
kode biner dari bit-bit tersebut.
2.5. Mikrokontroler AVR AT90S8535
AVR adalah mikrokontroler 8-bit yang dibangun pada arsitektur komputer RISC (Reduced Instruction Set Computer). CPU (Central Processing Unit)
mampu melakukan sebuah instruksi dalam satu putaran clock, sehingga AT90S8535 dapat mencapai 1 MIPS (Million of Instruction Per Second)per Mhz dan memungkinkan perancangan yang optimal untuk konsumsi daya dan kecepatan proses.
AVR menggabungkan antara kecanggihan instruksi dengan 32 x 8 bit register multifungsi (General Purpose Register)yang terhubung langsung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit) dan memungkinkan dalam satu putaran clock 2 operan diumpan dari register file, kemudian ALU (Arithmetic Logic Unit)
menjalankan satu operasi dan akhirnya hasil langsung disimpan kembali dalam register file. Hal ini menghasilkan mikrokontroler yang sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler konvesional berasitektur CISC (Complex Instruction Set Computer).
(Indirect Addressing). Ketiga pasang register ini kemudian disebut sebagai 16-bit register X, register Y dan register Z. Selain itu, register Z digunakan juga sebagai penunjuk alamat (address- pointer) untuk mengakses table konstanta yang tersimpan dalamprogram memory.
CPU mempunyai 64 alamat untuk mengontrol fungsi-fungsi dari peripheral I/O, seperti Control Register, timer/counter, A/D converter, ADC, EEPROM dan fungsi-fungsi lainnya. Memory I/O dapat diakses secara langsung atau sebagai bagian dari lokasi data space dengan alamat $20-$5F(20-5F Hexadesimal)
AVR memiliki arsitektur Harvard dengan memory terpisah antara program dan data. Program memory diakses dalam dua tahap berurutan (2 pipeline stage). Saat sebuah instruksi sedang dijalankan, instruksi berikutnya diambil dari program memory. Konsep ini memungkinkan sebuah instruksi dapat dijalankan dalam satu putaranclock.
AVR AT90S8535 memiliki 4 buahportdan dilengkapi dengan periperal-periperal pendukung lainnya.
Gambar 2.7. Diagram Blok AT90S8535
2.5.1. Instruksi pada Mikrokontroler AVR AT90S8535
beberapa operasi “skip”yang dapat melewati(skip)sebuah instruksi setelah suatu instruksi tes dilakukan.
Seluruh register dalam AT90S8535 dapat digunakan sebagai akumulator, setengah bagian bawahregister filedigunakan untuk nilai segera(Immediate value).
Hampir seluruh opcode AT90S8535 mempunyai panjang 16-bit, hanya 2 instruksi yang mempunyai panjang 32-bit yaitu : LDS (Load Direct from Data Space)dan STS (Store Direct to Data Space).
2.5.2. Metode Pengalamatan Memory dan Program AT90S8535
Terdapat lima buah pengalamatan data memory yang dapat dilakukan yaitu:
1. Pengalamatan langsung(Direct Addressing)
2. Pengalamatan tak langsung(Indirect Addressing)
3. Pengalamatan tak langsung dengan displacement (Indirect Addressing with Displacement)
4. Pengalamatan tak langsung dengan Post-increment (Indirect Addressing with Post-increment)
5. Pengalamatan tak langsung dengan Pre-decrement (Indirect Addressing with Pre-decrement)
Untuk pengalamatan relative dari program yang dijalankan (relative Program Addressing) digunakan RJMP (Relative Jump) dan RCALL (Relative Call).Sedang pengalamatan tak langsung program(Indirect Program Addressing)
digunakan perintah IJMP(Indirect Jump)dan ICALL(Indirect Call).
2.5.3. Periperal-periperal Mikrokontroler AVR AT90S8535
Mikrokontroler AVR dilengkapi dengan periperal-periperal pendukung yangbuilt-in dalam satu keping/chip. Bagian ini akan mendeskripsikan mengenai periperal-periperal tersebut secara umum.
2.5.3.1 8K Bytes In-System Progammable Flash
AT90S8535 dilengkapi dengan 8K Bytes In-System Programmable Flash untuk penyimpanan program yang dapat dihapus-tulis sampai 1000 kali.
2.5.3.2. 512 Bytes SRAM
Terdapat 512 Bytes SRAM untuk penyimpanan data sementara selama proses ataupun untuk stack pointer program yang dijalankan. Alamat SRAM yaitu dari $60-$25F.
2.5.3.3. 512 Bytes In-System Programmable EEPROM
2.5.3.4. Periperal Input/Output
AT90S8535 memiliki 4 buah Port multi-fungsi yang terdiri dari 8 buah pin Port untuk masing-masing Port yaitu Port A, B, C dan D. Pada gambar 2.8. dapat dilihat konfigurasi pin dari AVR AT90S8535.
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin AT90S8535
2.5.3.5. Timer/Counter
AT90S8535 memiliki 2 buah Timer/Counter yang masing-masing mempunyai seleksiprescaleterpisah dari sebuah prescaleyang sama.
2. Timer/Counter1, merupakan Timer/Counter 16-bit yang dapat digunakan sebagai timer dengan sumber clock dari prescale CK atau counter dengan sumber clock dari pin T1.
2.5.3.6. Analog To Digital Converter
Salah satu keistimewaan yang dimiliki oleh AVR AT90S8535 adalah memiliki ADC(Analog to Digital Converter) on chip. ADC ini terhubung dengan 8 kanal multiplekser analog yang menjadikan setiap pin dari Port A (Port ADC) dapat digunakan sebagai input bagi ADC. ADC ini memiliki 2 pin catu tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC dan AGND. ADC ini membutuhkan Sebuah tegangan reverensi eksternal yang dihubungkan pada pin AREF(Analog Reference)dengan range 2V s/d Avcc.
ADC mengubah input tegangan analog menjadi 10 bit data digital. Nilai minimum menunjukan nilai AGND (Analog Ground) dan nilai maksimum menunjukkan nilai tegangan pada AREF (Analaog Reference) dikurangi 1 LSB. Masukan kanal analog dipilih dengan menulis pada MUX bit yang berada di ADMUX. Setiap kanal dari 8 kanal masukan ADC yaotu ADC0 – ADC7 dapat dipilih sebagai masukan bagi ADC.
Konversi akan dimulai jika pada ADSC (ADC start conversion bit)
ADC menghasilkan data digital 10-bit, yang dapat dilihat pada data register ADC yaitu ADCH (ADC high) dan ADCL (ADC low). Ketika membaca data, ADCL harus dibaca terlebih dahulu kemudian ADCH, hal ini untuk menjamin bahwa isi dari data register merupakan hasil dari konversi yang sama. Ketika ADCL dibaca, jalan masuk ADC ke data register menjadi tertutup.Ini berarti bahwa ketika ADCL telah dibaca dan konversi telah selesai sebelum ADCH dibaca, tidak ada register yang di-update dan hasil dari konversi menjadi hilang. Kemudian ADCH dibaca, akses ADC ke register ADCH dan ADCL diaktifkan kembali.
2.5.3.7. SPI Serial Interfacce untuk In-System Programming
Pemrograman AT90S8535 dapat dialakukan secara serial melalui SPI Serial Interface tanpa memerlukan board programmer. Hal ini dapat dilakukan melalui 4 buah pin yaitu MOSI (data input line for memory downloading),MISO
(data output line for memory uploading), SCK (serial clock input) dan RESET ditambah hubungan ke ground dan Vcc. Selama tidak ada koneksi rangkaian yang membebani pin-pin tersebut, saat pemrograman pin-pin tersebut dapat dihubungkan secara langsung ke komputer.
2.5.3.8. On-Chip Osilator
resonator dapat digunakan untuk membangkitkan frekuensi osilasi yang diinginkan. Gambar 2.9. menunjukkan bagaimana koneksi osilator pada AVR AT90S8535.
Gambar 2.9. Koneksi Osilator
AT90S8535 dapat dihubungkan dengan kristal sampai frekuensi osilasi 10 Mhz. Selain dihubungkan dengan kristal kedua pin tersebut harus dihubungkan dengan kapasitor keramik 30 pF ke ground.
2.5.3.9.Periperal dan kemampuan lain AT90S8535
Beberapa periperal dan kemampuan lain adalah : 1. On-chip Analog comparator
2. Progamable Watchdog Timer dengan On-chip Oscillator 3. External interrupt source
4. Low power Idle dan Power down modes 5. Power on reset circuit
2.6KeypadMatrik
Keypadmatrik merupakan suatu jeniskeypad yang tersusun dari beberapa saklar bentuk baris dan kolom yang masing-masing dihubungkan pada port mikrokontroler. Saklar-saklar tersebut tersusun sedemikian rupa sehingga jika salah satu saklar ditekan akan menghubungkan salah satu baris dengan salah satu kolomnya. Rangkaiankeypadmatrik dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Keypadmatrik
Pada saklar mekanis hal yang perlu diperhatikan adalah pengaruh dari lentingan (bouncing), yaitu saat saklar ditekan atau dilepas, terjadi bouncing
sehingga logika saklar tidak dapat diperkirakan. Penanganannya dengan program.
2.7. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah suatu piranti keluaran yang dapat menampilkan karakter huruf dan angka. LCD tersusun dari 2 buah kaca dengan penghantar transparan yang diantaranya disisipkan kristal cair (liquid cryztal).
LCD Hitachi HD44780U dengan modul M1632 terdiri dari 2 bagian yaitu bagian panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf / angka dua baris, yang tiap baris bisa menampung 16 karakter. Bagian kedua merupakan
Scaninput (colom)
sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan di balik panel LCD, berfungsi mengatur tampilan informasi serta komunikasi M1632 dengan mikrokontroler yang memakai tampilan LCD tersebut.
Untuk berhubungan dengan mikrokontroler pemakai, M1632 dilengkapi dengan 8 jalur data ( DB sampai DB7 ) yang dipakai untuk menyalurkan data yang berupa kode ASCII ataupun perintah pengatur kerja M1632. Selain itu dilengkapi juga dengan 3 jalur kontrol yaitu E (Enable) untuk mengaktifkan LCD, R/W (Read/Write) untuk membedakan proses pada LCD, dan RS (Register Select) untuk membedakan data yang dikirimkan, seperti layaknya komponen yang kompatibel dengan mikroprosesor.
HD44780U memiliki kemampuan dan fungsi – fungsi berikut: a. Dapat menampilkan karakter dengan 5x8dotatau 5x10dot. b. Tegangan catu yang rendah (2,7 sampai 5,5 volt).
c. Kemampuan komunikasi yang cepat (2 Mhz pada 5 Vdc). d. Komunikasi dengan data 4bitatau 8 bit.
e. 80 x 8-bitramdisplay(maksimum 80 karakter).
f. Fungsi instruksi yang cukup banyak: (display clear, cursor home, display on/off, display blink, cursor shift, display shift).
g. Internalosilator.
2.8. Karakteristik Dasar Alat Ukur
Agar didapatkan suatu hasil yang optimal pada suatu perancangan alat ukur maka terlebih dahulu harus dipahami karakteristik dasar alat ukur itu sendiri. Karakteristik-karakteristik tersebut antara lain: presisi, akurasi, sensitivitas, dan lain-lain. Masing-masing karakteristik ini akan dibahas secara terpisah.
2.8.1. Presisi (ketepatan)
Presisi merupakan suatu ukuran keterulangan dari suatu pengukuran, atau dengan kalimat lain presisi merupakan tingkat kesamaan dalam suatu kelompok pengukuran.
2.8.2. Akurasi
Akurasi merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai sebenarnya dari medium yang diukur. Akurasi ditentukan dengan cara mengkalibrasi dengan kondisi operasi tertentu.
2.8.3. Sensitivitas (kepekaan)
2.8.4. Resolusi (kemampuan pembacaan skala)
Resolusi merupakan kemampuan alat ukur, termasuk pengamat, untuk membedakan diantara nilai-nilai yang berdekatan.
Resolusi juga dapat diartikan sebagai kenaikan/peningkatan masukan yang menghasilkan suatu batas perubahan yang dapat dipahami (diterima) pada keluaran.
2.8.5. Kemampuan mengulangi (repeatability)
Repeatability adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata-rata. Hal ini mengindikasikan kedekatan diantara sejumlah pengukuran yang dilakukan secara berulang dengan kondisi yang sama.
2.8.6. Threshold
Bila masukan suatu instrumen secara berangsur-angsur bertambah dari nol, maka terdapat nilai minimum dimana perubahan masukan tidak dapat diamati atau dideteksi. Nilai minimum ini menerangkan keadaanthresholddari instrumen.
2.8.7. Linearitas
Merupakan kemampuan untuk mereproduksi masukan secara simetris, dalam hal ini dapat didefinisikan dengan persamaan
c mx
y (2.2)
Error dinyatakan sebagai persentasi simpangan dari nilai, misalnya deviasi maksimum kurva keluaran dari garis pencocokkan kurva terbaik selama beberapa siklus kalibrasi. Linearitas absolut berhubungan dengan galat maksimum dalam kalibrasi yang dilakukan pada beberapa titik pada skala terhadap pengukuran absolut atau garis lurus sesuai dengan teorinya. Nilai ditunjukkan sebagai ± x % dari skala penuh. Bentuk linearitas itu sangat kecil, dan beberapa nilai yang diberikan kadang-kadang menyesatkan. Linearitas kuadrat terkecil mengacu pada garis panjang yang dibuat berdasarkan jumlah kuadrat dari sisa (residu) yang telah diminimalkan. Sisa mengacu pada deviasi pembacaan keluaran dari pembacaan acuan pada garis pencocokkan terbaik. Bentuk relatifnya adalah scatter yang didefinisikan sebagai deviasi nilai rata-rata pengukuran berulang dari garis pencocokkan terbaik. Linearitas kuadrat terkecil merupakan salah satu sistem analisa kelinearan terbaik, karena itu metode ini dipilih untuk diterapkan dalam pembahasan pada penulisan ini. Berikut ini akan dipaparkan lebih jauh tentang teori linearitas kuadrat terkecil atau regresi linear.
2.8.7.1. Linearitas kuadrat terkecil (regresi linear)
Pendekatan secara umum adalah mencocokkan kurva berdasarkan jumlah kesalahan sehubungan dengan data-data yang diberikan. Bilamana data menunjukkan suatu tingkat kesalahan yang berarti (significant) atau derau, strateginya adalah menurunkan sebuah kurva tunggal yang menyatakan kecenderungan umum dari data tersebut. Karena mungkin sembarang titik data masing-masing tidak tepat, manusia tidak melakukan upaya apa-apa dalam menyambung setiap titik. Kalau tidak, kurva didisain agar mengikuti pola titik-titik yang diambil sebagai suatu kelompok pendekatan, dinamakan regresi kuadrat terkecil(least square regretion).
Analisa kurva dengan metoda regresi kuadrat terkecil dibagi dalam empat bagian.
A. Regresi linear
Contoh paling sederhana dari suatu aproksimasi kuadrat terkecil adalah mencocokkan sebuah garis lurus terhadap sekumpulan pasangan pengamatan: (x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),…(xn,yn).
Pernyataan matematik untuk garis lurus itu adalah:
E x a a
y 0 1 (2.3)
Dengan a0 dan a1x adalah koefisien-koefisien yang masing-masing menyatakan perpotongan dan kemiringan serta E menyatakan kesalahan atau selisih (residual) antara model dan pengamatan, yang dapat dinyatakan dengan mengatur kembali persamaan di atas sebagai:
x a a y
Jadi, kesalahan atau selisih antara harga y sebenarnya dengan harga y aproksimasi a0+ a1x yang diprediksi oleh persamaan linear itu.
B. Kriteria untuk suatu pencocokkan terbaik
Strategi untuk mencocokkan sebuah kurva terbaik adalah kriteria minimaks(minimax).Dalam teknik ini, garis yang dipilih akan meminimalkan jarak maksimal, sehingga masing-masing titik terletak pada garis itu. Strategi ini kurang baik karena memberikan efek yang tidak mengena terhadap suatu titik terluar, yakni sebuah titik tunggal dengan suatu kesalahan yang besar. Perlu dicatat, bahwa prinsip minimaks ini seringkali baik dan serasi untuk pencocokkan sebuah kurva sebagai fungsi sederhana terhadap suatu fungsi yang rumit. Suatu strategi mengatasi kelemahan pendekatan ini adalah dengan meminimalkan jumlah kuadratresidual,Sr, sebagai berikut:
n i i i n i ir E y a ax
S 1 2 1 0 1 2 (2.4)
Kriteria ini memiliki sejumlah keuntungan, termasuk kenyataan bahwa ia mengandung sebuah garis yang unik bagi sekumpulan data yang diberikan. Suatu teknik yang dilakukan untuk menentukan harga a0 dan a1adalah meminimalkan persamaan (2.10).
C.Pencocokkan kuadrat terkecil untuk sebuah garis lurus
2 0 1
0
i i
r x a a y a S (2.4a)
i i
r x a a y a S 1 0 1 2 (2.4b) Dengan membuat turunan tersebut menjadi nol, akan menghasilkan suatu harga Srminimal, dan persamaan dinyatakan sebagai:
i i i i i y x x a x a y x a na 2 1 0 1 1 0 (2.5a)Dengan menyelesaikan persamaan di atas secara simultan, diperoleh:
2 2 1 i i i i x x n y x y x n a (2.5b)Hasil itu kemudian digunakan untuk mencari nilai a0 dengan mensubstitusikannya ke persamaan (2.13a), sehingga memberikan hasil:
r r ax
y
a0 1 (2.5c)
Dengan yrdan xradalah harga rata-rata dari y dan x. D. Kuantifikasi kesalahan regresi linear
n i i ir y a ax
S 1
2 1
0 (2.6)
Persamaan di atas menyatakan kuadrat dari jarak vertikal antara data dan ukuran tendensi pusat lainnya-garis lurus.
Analogi ini dapat lebih jauh diperluas untuk kasus-kasus dengan (1) penyebaran titik-titik di sekitar garis sama besarnya di sepanjang seluruh bentangan data dan (2) distribusi titik-titik ini terhadap garis adalah normal. Dapat ditunjukkan bahwa bila kriteria ini ditemukan, regresi kuadrat terkecil akan memberikan taksiran a0 dan a1 terbaik, artinya paling menyerupai. Dalam statistik dinamakan prinsip menyerupai maksimal (maximal likelihood priciple). Saat kriteria ini dipenuhi, suatu deviasi standar untuk garis regresi dapat ditentukan sebagai berikut:
2 n S S r x y (2.7)
Dengan Sy/xadalah kesalahan standar taksiran.
Notasi y/x menandai bahwa kesalahan itu untuk harga yang diprediksikan dan bersesuaian dengan harga x tertentu. Pembagi adalah n-2, karena dua data taksiran yang telah diturunkan a0 dan a1 telah dipakai untuk menghitung Sr.
penyebaran di sekitar rata-rata. Konsep di atas dipakai untuk mengkuantifikasi “kebaikan” pencocokkan. Ini berguna untuk membandingkan beberapa regresi. Untuk melakukan ini, data asli perlu dilihat kembali dan menentukan jumlah kuadrat disekitar rata-rata untuk variabel dependent (dalam hal ini y). Besaran ini dapat disebut sebagai jumlah total kuadrat, St. Ini adalah jumlah penyebaran data variabel dependent yang terjadi sebelum regresi. Setelah melakukan regresi linear, Sr dapat dihitung, yakni sebagai jumlah kuadrat residual disekitar garis itu. Ini menyatakan penyebaran yang tinggal setelah regresi. Perbedaan antara dua besaran, atau St-Sr, mengkuantifikasi reduksi perbaikan kesalahan karena pemodelan garis lurus. Perbedaan ini dapat dinormalisasikan terhadap kesalahan total agar memenuhi:
t r t
S S S
r2 (2.8)
hubungan antara y dan x tidak linear. Korelasi ( r ) dapat dihitung dengan persamaan:
2 2 2 2 y y n x x n y x xy n r (2.9)Dengan r adalah korelasi, n adalah frekuensi pengukuran, x adalah data masukan dan y adalah data keluaran.
2.8.8. Reliabilitas dan Perawatan
Reliabilitas suatu sistem didefinisikan sebagai peluang bahwa sistem tersebut akan membentuk fungsi yang ditentukan bagi suatu periode waktu tertentu di bawah kondisi yang diberikan. Kemampuan perawatan suatu sistem merupakan peluang ketika sistem mengalami kejadian yang salah, aksi perawatan dalam suatu kondisi tertentu akan mengembalikan performansi sistem dalam jangka waktu tertentu. Kedua faktor tersebut adalah sangat penting bagi sistem yang kompleks. Perhitungan terhadap faktor reliabilitas dan kemampuan perawatan harus disertakan di antara performansi, harga dan sebagainya. Reliabilitas suatu piranti atau sistem tidak hanya dipengaruhi oleh pemilihan komponen-komponen tunggal, namun juga dipengaruhi oleh metode pembuatan, kualitas perawatan, dan jenis pemakai.
2.8.9. Galat
BAB III
PERANCANGAN ALAT AKUISISI DATA PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AVR
AT90S8535
Perancangan alat akuisisi data pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini dapat digambarkan sebagai berikut.
8 - bit
Gambar 3.1.Diagram Akuisisi data pengukuran temperatur
Sesuai dengan diagram kotak diatas, perancangan alat Akuisisi data pengukuran temperatur ini memiliki sistem kerja sebagai berikut.
1. Sensor temperatur elektronis LM35 akan menghasilkan tegangan sesuai kondisi temperatur terukur dengan keluaran sebesar 10 mV tiap derajad Celcius.
2. Keluaran sensor yang berupa tegangan tersebut kemudian dikuatkan oleh sebuah pengondisi sinyal yaitu penguat non inverting 2 kali.
3. Oleh ADC (Analog to Digital Converter) yang terdapat pada Mikrokontroler, masukan tegangan dari sensor yang telah dikuatkan
LM35
TL082
Mikrokont
ADC 10-bit LCD
kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi, dikeluarkan sebagai output digital.
4. Mikrokontroler akan mengolah sinyal digital tersebut dengan bahasa
asembleruntuk dapat dikeluarkan sebagai tampilan pada LCD.
5. LCD akan menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk angka setelah diberi tanda oleh Mikokontroler.
3.1. Perancangan Perangkat Elektronis Akuisisi Data Pengukuran Temperatur
Perangkat elektronis merupakan rangkaian-rangkaian elektronik yang disusun untuk mendapatkan sistem yang dikehendaki. Perangkat elektronis rancangan Akuisisi data pengukuran Temperatur ini antara lain : sensor temperatur LM35, penguat non inverting sebagai buffer menggunakan op-amp TL082, rangkaian pengubah analog ke digital yang merupakan satu kesatuan dengan Mikrokontroler AVR AT90S8535 dan penampilnya mengguanakan LCD HD44780. Sedangkan sistem untuk mengatur pengukuran temperatur menggunakan Mikrokontroler AVR AT90S8535. Untuk mencatu seluruh perangkat elektronis rancangan Akuisisi pengukuran temperatur ini digunakan catu daya dengan regulator tegangan.
3.1.1. Sensor Temperatur dan Pengondisi Sinyal
sebesar 10mV/°C. Maksudnya, setiap kenaikan temperatur sebesar 1°C tegangan keluaran akan bertambah sebesar 10 mV.
Pada ADC, input dari sensor akan dibandingkan dengan input tegangan referensi. Yang adalah 1 Volt. Jadi input sensor pada pengukuran tertinggi dibuat sebesar 1 Volt. Dengan demikian keluaran dari sensor LM35 sebesar 0V sampai dengan 1V akan dikuatkan sebanyak 1 kali menjadi 0V sampai dengan 1V yang adalah sesuai dengan nilai tegangan referensi.
Sesuai dengan rumus 2.2 :
1
1 R Rf Vin Vout
Karna difungsikan sebagai buffer, maka nilai R1 = ~ dan nilai Rf = 0 Maka : Vout = Vin
Jadi untuk menghasilkan penguatan tegangan (Av) sebesar 1 kali, maka gunakan pengkondisi sinyal sebagai buffer. Konstruksinya dapat kita lihat pada gambar 3.2.
+ 5 V
- 5 V +
-V o u t
L M 3 5
T L 0 8 2
+ 5 V
3.1.2. Pengubah Analog ke Digital
Rangkaian pengubah analog ke digital yang digunakan pada perancangan ini adalah rangkaian ADC yang terdapat pada Mikrokontroler. Pada Mikrokontroler AVR AT90S8535, port yang digunakan sebagai masukan bagi ADC adalah port A yang terdiri dari 8 pin, tapi yang digunakan hanya 2 pin karena hanya menggunakan 2 kanal masukan yaitu PA0 dan PA1 sedangkan untuk tagangan referensi eksternal dihubungkan ke kaki AREF (Analog Reference).
3.1.3. Unit Penampil
Penampil berfungsi untuk memberi informasi tentang tegangan AC yang diukur (dalam Volt) berdasarkan proses pengolahan tegangan. Dalam perancangan pada gambar 3.10 digunakan 16 x 2 baris karakter (dimana 1 karakter terdiri dari 5 x 8 dot) dari LCD HD44780.
L C D w it h d r iv e r H D 4 4 7 8 0 U RS R/W E D0 D1 D2 D7 D6 D5 D4 D3 VLCD GND VCC AT90S8535 9 18 19 29 30 31 40 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 1 2 3 4 5 6 7 8 39 38 37 36 35 34 33 32 20 RESET (OC1B) PD4 (OC1A) PD5 PC7 (TOSC2) AVCC AGND PA0 (ADC0) PD7 (OC2) PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 (TOSC1) VCC GND XTAL2 XTAL1 (RXD) PD0 (TXD) PD1 (INT0) PD2 (INT1) PD3 (TO) PB0 (T1) PB1 (AIN0) PB2 (AIN1) PB3 (SS) PB4 (MOSI) PB5 (MISO) PB6 (SCK) PB7 PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7) AREF (ICP) PD6 VCC
Dari gambar 3.10 dapat dilihat bagaimana pin–pin LCD HD44780 dihubungkan dengan mikrokontroller AT90S8535 :
a. Data 8 bit menggunakan port 0 pada AT90S8535 yang dihubungkan dengan bus data LCD, pin 0.0 dengan DB0, pin 0.1 dengan DB1, pin 0.2 dengan DB2, seterusnya sampai pin 0.7 dihubungkan dengan DB7.
b. Untuk sinyal kontrol digunakan port 3, yang masing-masing: 1. Pin 3.7 memberikan sinyal E (Enable) yaitu sinyal sinkronisasi
2. Pin 3.6 memberikan sinyal RS (Register Select), yaitu penentu jenis data yang dikirim (instruksi atau ASCII).
3. Pin 3.5 memberikan sinyal R/W (read/write), yaitu penentu proses yang dijalankan tulis atau baca LCD.
3.2. Perancangan Perangkat Lunak Akuisisi Data Pengukuran Temperatur 3.2.1. Algoritma Program
Proses sistem akuisisi data pengukuran temperatur ini disusun menjadi suatu algoritma berdasarkan pada cara kerja perangkat kerasnya. Algoritma disusun agar pengendalian sistem akuisisi pengukuran temperatur ini dapat diterjemahkan ke bentuk yang sistematis, sehingga dapat ditangani oleh mikrokontroller. Algoritma ini dapat diuraikan menjadi urutan – urutan sebagai berikut :
penginisialisasian alamat awal RAM yang akan digunakan untuk menyimpan data.
b. Melakukan pembacaan tombol untuk menentukan sistem kerja, sebagai alat ukur biasa atau sebagai sistem pengakuisisian. Selanjutnya jika dipilih sistem pengakuisisian, maka dilakukan pembacaan tombol untuk menentukan waktu sampling yang digunakan.
c. Melakukan pengaturan kerja ADC untuk proses pengambilan data.
d. Mengambil data dari port masukan ADC dan menyimpannya ke dalam RAM yang sudah ditentukan. Jika alamat sudah terisi semua, program akan berhenti melakukan proses akuisisi atau jika ada perintah stop, program berhenti melakukan proses.
e. Melakukan proses pengolahan, manipulasi dan menampilkan data di LCD. f. Pada routinestop, dilakukan pembacaan tombol, apakah yang ditekan tombol
3.2.2. Diagram Alir Program 3.2.2.1 Diagram alir program utama
Gambar 3.4 Diagram alir program utama m u la i
S im p a n d a ta In is ia lis a s i
p r o g ra m
R 0 = 7 F h ? y a T a m p ila n a w a l
A m b il_ d a ta
M a n ip u la s i_ d a ta
T a m p ilk a n _ d a ta W a k tu s a m p lin g : 1 s a ta u 1 0 s S im p a n
d a t a ? R 7 ,# 2
A m b il d a ta
R 7 ,# 2 0 0 R 7 ,# 2 0
M a n ip u la s i_ d a ta
T a m p ilk a n _ d a ta
S to p ?
S to p a k u is is i
t id a k y a
1 0 s 1 s
tid a k
y a
tid a k
9 5 < d a ta < 2 4 0 y a
t id a k
S to p ? tid a k
y a
0 < d a ta < 1 0 0 tid a k y a
3.2.2.2 Diagram alir penampilan data terkumpul
Gambar 3.5 Diagram alir penampilan data terkumpul 3.2.2.3 Diagram alir ambil data
Gambar 3.6 Diagram alir pengambilan data
A k t if k a n A D C ( A D C _ C S = 0 )
M u la i p r o s e s ( A D C _ W R = 0 )
A D C s ia p ( A D C _ I N T = 0 ) ?
T u n d a
A D C _ R D = 0 S ia p k a n ja lu r d a t a
B a c a d a t a ( A D C _ R D = 1 )
N o n - a k t if k a n A D C ( A D C _ C S = 1 )
R e t A m b il d a t a
t id a k
y a
Stop akuisisi
Inc R 0
B atas Atas ?
B atas baw ah ? Baca
keypad Tam pilka
“B atas atas”
Tam pilkan “batas baw ah”
A m bil data tersim pan
M anipulasi data
Tam pilkan d ata D ec R 0
R 0 = 30H
3.2..2.4. Diagram alir manipulasi data
Gambar 3.7 Diagram Alir manipulasi data
3.2.2.5. Diagram alir tampilan data di LCD
Gambar 3.8 Diagram alir tampilan data di LCD
3.3. Pembahasan Program 3.3.1 Program utama
Program utama adalah suatu program yang menjadi inti dari suatu proses, dalam masalah ini program utama memuat hal mengenai alur proses dari sistem
Manipulasi data
R6 <=0 Data + 5Fh
Konversi heksa ke desimal
Data < 300?
R6 <=1 R6 <=2 Data <
200? Data <
100?
RET
R6 <=3 tidak tidak tidak
ya ya
ya
Siapkan data di accumulator Hapus layar Inisialisasi LCD
Tulis data
akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroller AVR AT90S8535. Programnya antara lain:
a. Pemilihan proses
PROGUT:
;Tombol B1 ditekan
---sbis pinB,bt1
rjmp Bt1_rq
;Tombol B0 ditekan
---sbis pinB,bt0
rjmp Bt0_rq
cbr status,(1<<bt0_on)
cbr status,(1<<bt1_on)
rjmp PROGUT
Program diawali pada alamat 00h, yang dilanjutkan pemilihan proses untuk menentukan proses penentuan periode sampling, proses pengukuran, proses penampilan data min/max, proses rerata dan proses pengubahan satuan darajat pengukuran.
b. Proses pengukuran tanpa melakukan penyimpanan data
Ukur: mov R7,#2
lcall ambil_data
mov r1,a
subb a,#01h
jc batu
mov a,r1
clr c
subb a,#0ffh
jc trus
ljmp stop
trus: Lcall manipulasi_data
lcall tampilkan_data
lcall timer
sjmp ukur
batu: ajmp stop
Pengisian R7 dengan 2 bertujuan untuk mendapatkan tunda waktu yang sesingkat mungkin (2 x 50000us = 0,1s), sehingga mengakibatkan proses pengambilan data sampai dengan penampilan data terjadi dalam waktu yang singkat. Program akan terus mengambil dan menampilkan data, selama data yang diambil dari ADC kurang dari 00h atau lebih dari FFh, serta jika tombol ‘reset’atau ‘stop’ di tekan. c. Proses pengukuran dengan melakukan penyimpanan data
akui: mov r0,#30h
mov dptr,# waktu_sampling
lcall scankey1
clr c
mov @r0,a
mov r1,a
subb a,#01h
jc stop
clr c
mov a,r1
subb a,#0feh
jc terus
sjmp stop
terus: lcall manipulasi_data
lcall tampilkan_data
lcall timer
inc r0
cjne r0,#7Fh,pulang
sjmp stop
data dari ADC dimulai. Data yang tersimpan di akumulator diletakkan pada alamat yang ditunjuk oleh R0. Selanjutnya dilakukan pengujian apakah data terletak diantara 00h sampai FFh. Jika ya maka data siap untuk dimanipulasi dan ditampilkan. Jika tidak program akan berhenti melakukan akuisisi. Dari program ini dapat dilihat bahwa data yang disimpan adalah data yang ditampilkan.
Pengaturan waktu sampling dimaksudkan untuk mengatur selang waktu proses pengambilan sampai penampilan data. Programnya :
timer:
cacah equ -50000
mov a,r2
mov r7,a
mov tmod,#01h
pas: mov th0,#high cacah
mov tl0,#low cacah
setb tr0
solo: jnb tf0,solo
clr tf0
clr tr0
lcall scankey3
djnz r7,pas
Register tmod diisi dengan 01h yang berarti timer menggunakan timer 0 dengan mode 1 (pencacah biner 16-bit). Dengan adanya nilai dari r7, maka timer
0 akan melimpah (overflow) sebanyak nilai dari r7.
3.3.2 Program penampilan data terkumpul
Program penampilan data terkumpul dimaksudkan untuk melihat data yang sudah disimpan pada alamat RAM dari alamat 30h sampai dengan alamat 7Fh. Instruksi-nya:
Stop: mov dptr,#selesai
Lcall tampilan_huruf
lcall buzzer
mov r0,#30h
otop: Lcall scankey2
mov a,r0
clr c
subb a,#7fh
jnc lom1
mov a,r0
clr c
subb a,#30h
jc lom2
back: mov a,r0
subb a,#30h
clr c
add a,#1
lcall hextobcd
mov a,@r0
mov r1,a
lcall manipulasi_data
lcall tampilkan_data2
sjmp otop
lom1: lcall batas_atas
dec r0
sjmp otop
lom2: lcall batas_bawah
inc r0
sjmp otop
3.3.3 Program ambil data
Instruksi dari proses pengambilan data:
clr adc_cs
clr adc_wr
setb adc_wr
ADC mulai mengkonversi data setelah pin ADC_WR mendapat perubahan kondisi darihighkelow.
not_EOC: jb adc_int,not_EOC
Deteksi ADC apakah data sudah selesai dikonversi dengan mendeteksi pin ADC_int. Jika ADC_INT masih bernilai 1 berarti ADC masih melakukan konversi, dan jika ADC_INT bernilai 0 maka proses konversi data sudah selesai.
clr adc_rd
mov a,P1
setb adc_rd
setb adc_cs
ret
3.4.5 Program menampilkan data di LCD
Sebelum penggunaan, LCD harus di-inisialisasi-kan terlebih dahulu dengan mengirimkan sejumlah instruksi penginisialisasian LCD. Instruksi – instruksi penginisialisasian LCD antara lain:
a. Instruksi pertama:
setb en
clr rs
mov daku,#38h
clr en
Perintah ke LCD #38h sesungguhnya adalah penambahan sejumlah bit. Instruksi itu sendiri adalah ‘20h’ (function se’) ditambah ‘10h’ untuk mengindikasikan penggunaan 8 bit jalur data, dan ditambah dengan ‘08h’ untuk mengindikasikan penggunaan 2 baris tampilan.
b. Instruksi kedua:
setb en
clr rs
mov daku,#0eh
clr en
c. Instruksi ketiga:
setb en
clr rs
mov daku,#06h
clr en
Perintah ‘06h’ adalah penjumlahan dari instruksi ‘04h’ (Entry mode set) ditambah dengan ‘02h’ untuk mengkonfigurasi LCD bahwa data dikirim tiap saat, dan posisi kursor otomatis bergeser ke kanan.
Sedangkan untuk mengetahui apakah LCD masih sibuk atau sudah siap dikirimkan data lagi digunakan pendeteksian bit ke 7 pada akumulator dengan menggunakansubroutineWAIT_LCD. Instruksinya sebagai berikut:
Wait_LCD: ….
Jb acc.7, WAIT_LCD
….
Ret
Sebelum menuliskan karakter pada LCD, tampilan pada layar harus dibersihkan terlebih dahulu. Instruksi untuk membersihkan tampilan :
Clear_LCD: setb en
clr rs
mov daku,#01h
lcall WAIT_LCD
clr en
Dengan mengeksekusi Lcall Clear_lcd, tampilan pada layar dapat dihapus setiap saat dan posisi kursor setelah eksekusi ini berada pada pojok kiri baris pertama.
Proses penulisan karakter pada layar dilakukan dengan meletakkan data yang akan ditulis pada akumulator. Instruksi penulisan data:
mov a,’P’
lcall write_text
…
Write_text: setb en
setb rs
mov daku,a
clr en
lcall WAIT_LCD
ret
BAB IV
ANALISIS HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN
Pengamatan terhadap perangkat pendukung akuisisi data temperatur berbasis mikrokontroler AVR AT90S8535 akan dilakukan pada tiap blok rangkaian. Hal ini untuk mengetahui karakteristik dari masing-masing rangkaian sebagai pembentuk suatu alat ukur.
4.1. Karakteristik Sensor Temperatur
Pengujian pada rangkaian sensor temperatur dilakukan dengan membandingkan antara temperatur terukur (menggunakan termometer digital GW GDM 353 sebagai pembanding) terhadap tegangan keluaran rangkaian sensor temperatur LM35.
Cara pengukurannya dilakukan dengan medium besi pateri panas
Tabel 4.1. Hasil pengukuran tegangan keluaran rangkaian sensor temperatur LM35
No. Jarak sensor ke besi
pateri panas (cm)
Pembacaan termometer
referensi (ºC)
Tegangan keluaran
sensor (Volt)
1 5,5 30 3,03
2 5,0 31 3,04
3 4,5 32 3,05
4 4,0 33 3,06
5 3,5 33 3,06
6 3,0 35 3,08
7 2,5 36 3,09
8 2,0 38 3,11
9 1,5 40 3,13
10 1,0 42 3,15
Catatan: Temperatur ruangan pada saat pengukuran yakni: 29ºC.
Dari tabel diatas terlihat bahwa pada saat temperatur terukur naik 1 ºCelcius maka tegangan keluaran sensor akan ikut naik 0,01 Volt atau 10 mV. Hal ini sesuai dengan sifat dari sensor LM35 yang linear.
3,02 3,04 3,06 3,08 3,1 3,12 3,14 3,16
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
T referensi (Celcius)
T e g a n g a n k e lu a ra n s e n s o r (V o lt )
Gambar 4.1. Grafik tanggapan rangkaian sensor temperatur (tegangan keluaran)
Pada gambar 4.1 sekaligus menunjukkan perbandingan antara tegangan keluaran sensor terukur dan tegangan keluaran sensor hasil perhitungan.
4.2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Data hasil pengukuran tegangan pada keluaran rangkaian pengkondisi sinyal yang ditunjukkan pada gambar 5.2. akan diberikan pada tabel 5.2. dengan perlakuan terhadap sensor temperatur sama seperti saat pengambilan data pada rangkaian sensor. Sebelum pengukuran dilakukan langkah pertama yang dilakukan adalah membuat agar tegangan offset pada setiap rangkaian op-amp yang digunakan benar-benar bernilai sama dengan nol (0).
Tabel 4.2. Hasil pengukuran tegangan keluaran rangkaian pengkondisi sinyal dengan op-amp
No. Jarak sensor ke besi
pateri panas (cm)
Pembacaan termometer referensi (ºC)
Tegangan keluaran
sensor (Volt)
Tegangan keluaran rangkaian pengkondisi
sinyal (Volt)
1 5,5 30 3,03 3,33
2 5,0 31 3,04 3,35
3 4,5 32 3,05 3,37
4 4,0 33 3,06 3,39
5 3,5 33 3,06 3,39
6 3,0 35 3,08 3,43
7 2,5 36 3,09 3,45
8 2,0 38 3,11 3,49
9 1,5 40 3,13 3,53
Fungsi pengkondisi sinyal pada perancangan perangkat pendukung sistem akuisisi data temperatur berbasis mikrokontroler AVR AT90S8535 ini adalah memberikan penguatan 2 kali pada setiap kenaikan tegangan keluaran sensor LM35 untuk setiap Celciusnya.
3,3 3,35 3,4 3,45 3,5 3,55 3,6
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
T referensi (Celcius)
T e g a n g a n k e lu a ra n ra n g k a ia n p e n g o n d is i s in y a l (V o lt )
Gambar 4.2. Grafik tegangan keluaran pengkondisi sinyal dengan op-amp
terhadap temperatur terukur oleh termometer referensi (GW GDM 353)
Dari gambar 4.2 diatas menunjukkan sekaligus perbandingan antara tegangan keluaran op-amp hasil pengukuran dan hasil perhitungan.
4.3. Hasil Pengukuran Temperatur
Tabel 4.3. Hasil Pengukuran Temperatur
No. Jarak sensor
ke besi pateri panas (cm) Pembacaan Termometer Referensi (ºC) Pembacaan Hasil Pengukuran (ºC) Temperatur Rata2 Pembacaan Term. Ref. (ºC)
Temperatur
Rata2Hasil
Pengukuran (ºC)
1 29 29
2 31 31
3 30 30
4 31 31
5
5,5
30 30
30,2 30,2
6 29 29
7 31 31
8 31 31
9 32 32
10
5,0
31 31
30,8 30,8
11 30 30
12 32 32
13 32 32
14 33 33
15
4,5
32 32
31,8 31,8
16 30 30
17 32 32
18 33 33
19 33 33
20
4,0
33 33
32,2 32,2
21 31 31
22 33 33
23 33 33
24 34 34
25
3,5
34 34
33 33
26 32 32
27 34 33
28 35 34
29 35 34
30
3,0
35 34
34,2 33,4
31 33 33
32 35 34
33 36 35
34 36 35
35
2,5
37 35
35,4 34,4
36 35 34
37 36 35
38 38 36
39 38 36
40
2,0
39 36
37,2 35,4
41 36 34
42 39 36
43 40 37
44 40 37
45
1,5
40 37
39 36,2
46 37 35
47 41 38
48 42 39
49 42 39
50
1,0
42 39
Mengacu pada asumsi bahwa temperatur yang terbaca oleh termometer referensi (GW GDM 353) merupakan temperatur acuan, maka dari tabel 4.3. dapat dilukiskan grafik yang menunjukkan perbandingan pembacaan temperatur oleh termometer referensi dengan alat ukur rancangan terhadap jarak (perangkat pendukung sistem akuisisi data temperatur berbasis AT90S8535), ditunjukkan pada gambar 4.3. Untuk memperoleh grafik hasil pencocokkan terbaik, data hasil pengukuran akan dianalisa dengan menggunakan analisis regresi linear.
y = 0,698x + 9,4868 R2= 0,9768
28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
Pembacaan termometer referensi (ºC)
P e m b a c a a n H a s il P e n g u k u ra n (º C )
Gambar 4.3. Grafik perbandingan hasil pengukuran temperatur antara
termometer referensi dengan alat ukur rancangan
4.4. Analisis Regresi Linear
temperatur hasil pengukuran termometer referensi sebagai data x dan temperatur hasil pengukuran perangkat pendukung sistem akuisisi data temperatur berbasis mikrokontroler AVR AT90S8535 yang dibuat sebagai datay yang disajikan pada lampiran.
Pengolahan data dalam lampiran tersebut untuk pengukuran temperatur dalam derajat Celcius dengan regresi linear, memberikan hasil perhitungan sebagai berikut:
a0= 9,4868
a1= 0,6980
Dari kedua koefisien diatas, maka kecocokkan kuadrat terkecil adalah:
y = 9,4868 + 0,6980x (4.1) Simpangan baku total adalah
Sy= 2,5968
Galat baku taksiran adalah
Sy/x= 0,4479
Jadi, karena Sy/x < Sy, model regresi linear mempunyai kebaikan. Tingkat perbaikan diukur oleh koefisien korelasi ( r ) sebesar
r2= 0,9768 atau r = 0,9883
Tabel 4.4. Hasil regresi linear pengukuran temperatur
No. X yregresi linear
1 29 29,7289
2 30 30,4269
3 31 31,1249
4 32 31,8229
5 33 32,5209
6 34 33,2189
7 35 33,9169
8 36 34,6149
9 37 35,3129
10 38 36,0109
11 39 36,7089
12 40 37,4069
13 41 38,1049
14 42 38,8029
Hasil selengkapnya dengan analisis regresi linear dapat dilihat pada lampiran. Untuk dapat mengetahui akurasi atau sifat kedekatan pembacaan instrumen dengan nilai sebenarnya dari variabel yang diukur dan bersifat relatif diperlihatkan pada tabel 4.3.
Akurasi pengukuran alat ukur rancangan dapat mencapai ± (0 hingga 3,0) ºCelcius, akurasi terburuk (± 3,0 ºC) terjadi pada saat sensor semakin mendekati besi pateri panas.
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan pada teori dan hasil pengukuran yang dilakukan penulis dalam akuisisi data pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Penerapan mikrokontroller AVR AT90S8535 sebagai suatu sistem akuisisi pengukuran data temperatur memiliki karakteristik alat ukur yang baik. 2. LM35 merupakan salah satu jenis sensor suhu yang presisi serta linear.
Keluaran LM35 berupa tegangan listrik dengan perubahan 10 mV pada tiap perubahan temperatur 1 Celcius.
5.2. Saran
Dalam sub-bab ini, penulis akan memberikan beberapa saran guna perbaikan perangkat keras dan perangkat lunak untuk mendukung akuisisi data temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini maupun pengembangannya.
1. Untuk perangkat lunak yang mendukung akuisisi pengukuran data temperatur ini dapat lebih dioptimalkan atau dikembangkan lagi karena penulis yakin bahwa program yang telah dibuat penulis sangatlah sederhana.
DAFTAR PUSTAKA
Coughlin-Driscoll.(1998). Operational Amplifiers and Linier Integrated Circuit. New Jersey: Prentice Hall Inc.
Horenstein, Mark N.(1996). Microelectronic Circuits and Devices (2th). New Jersey: Prentice Hall International Inc.
Malvino, A.P. (1980). Electronics Principle. New York: Mc Graw-Hill Publishing Company.
Preice, T.E.(1997).Analog Electronics. Maylands Avenue: Prentice Hall Europe. Sutanto Budi. (2002).M1632 LCD module.html. http:/alds.stts.edu/
Wasito, S. (1984).Vademekum Elektronika, Jakarta: PT Gramedia.
(2000).Data sheet mikrokontroller AVR AT90S8535.Atmel semiconductor. (2000) Instruction set AVR AT90S8535 microcontroller. Atmel
