i
TUGAS AKHIR
PEMANFAATAN KODE PADA TOMBOL BEL PINTU
BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
disusun oleh :
Andika Ade Candra
NIM : 015114051
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
CODE USAGE OF DOOR BELL BASED ON DIGITAL
CIRCUIT
Submitted for the Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Electrical Engineering of Electrical
Engineering Program Study
By :
Andika Ade Candra
015114051
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF ENGINEERING
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
!
vii
INTISARI
PEMANFAATAN KODE PADA TOMBOL BEL PINTU BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL
Oleh :
Andika Ade Candra NIM : 015114051
Pemanfaatan kode pada tombol bel pintu berbasis rangkaian digital berfungsi untuk mempermudah pemanggilan penghuni dalam rumah sehingga dapat memberikan kenyamanan bagi penghuni rumah dan kemudahan bagi pengunjung.
Setiap kamar memiliki frekuensi bunyi bel yang berbeda dan kode tertentu yang dapat diubah oleh pemilik kamar. Pemasukan kode berupa kode biner dilakukan dengan penekanan pada tombol, kemudian tiap bit kode tersebut diterima oleh D flip-flop untuk disimpan. Jika kode-kode pada tombol yang ditekan sesuai dengan kode kamar yang tersimpan pada D flip-flop maka LED menyala dan bel pintu kamar tertentu berbunyi tetapi jika kode tidak sesuai maka LED tidak menyala dan bel tidak berbunyi.
Pada pengujian bel pintu, sistem kerja alat dapat bekerja dengan baik walaupun terdapat penyimpangan pada tegangan dan arus LED, frekuensi
multivibrator astabil pada rangkaian keluaran, dan perioda multivibrator astabil pada rangkaian program dan keluaran, karena penyimpangan tersebut masih dalam batas toleransi yang diijinkan oleh data sheet dan komponen.
viii
ABSTRACT
CODE USAGE OF DOOR BELL BASED ON DIGITAL CIRCUIT
By :
Andika Ade Candra NIM : 015114051
Code advantage in a door bell based on digital circuit can make a call to house inhabitant easier, it also can give comfort for house inhabitant and ease for the visitor.
Every room has different sound frequency and a certain code which is can be changed by the room owner. Binary code input can be done by push the button, then D flip-flop accept every bit and save it. If the code from the pushed button is match with the room’s code that saved in the D flip-flop then LEDwill be onand the door bell in a certain room will ring, the other way if the code is not match then LED will still off and the bell will not ring.
In the door bell test, the tool working system is still work well although there are deviation (error) in LED voltage and LED current, astable multivibrator frequency in the output circuit, astable multivibrator period in the program circuit and output circuit, because the deviation (error) is still allowed by data sheet and component tolerance.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kasih atas segala berkat dan karunia yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “PEMANFAATAN KODE PADA TOMBOL BEL PINTU BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Penyusunan tugas akhir ini dapat diselesaikan karena adanya bimbingan dan bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Yesus Kristus Sang Juru Selamat, yang dengan penuh kasih memberikan segala berkat-Nya
2. Bp. Martanto, ST., MT. dan Bu Wuri Harini, ST., MT. sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing dengan sabar dan memberi banyak saran dalam penyelesaian tugas akhir ini.
3. Seluruh dosen teknik elektro Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan banyak pelajaran dan pengetahuannya.
4. Papa, Mama, dan Mba Siska. Terima kasih atas doa yang tulus dan semangat yang diberikan.
x
6. Teman – teman dari angkatan 2001 yang penuh kesetiaan dalam berjuang bersama : Ardi, Antok cilik, Antok ‘gajah’, Pinto, Drey, Agus, Nesti, Koko, dan lain – lain. Thanks guys and I love you all.
7. Seluruh staf sekretariat teknik.
8. Mas Agus dan Aryoko. Terima kasih atas ide – ide, saran serta bantuannya 9. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran – saran yang membangun dari semua pihak.
Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan bisa dikembangkan lebih lanjut.
Yogyakarta, 23 Februari 2007
xi
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul... i
Lembar Persetujuan... iii
Lembar Pengesahan ... iv
Lembar Pernyataan Keaslian Karya... v
Halaman Persembahan ... vi
Intisari ... vii
Abstract... viii
Kata Pengantar ... ix
Daftar isi... xi
Daftar Gambar... xiv
Daftar Tabel ... xvi
Daftar Lampiran ... xvii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Judul ... 1
1.2 Latar Belakang Masalah ... 1
1.3 Tujuan dan Manfaat... 2
1.4 Batasan Masalah... 2
1.5 Metodologi Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan... 3
BAB II. DASAR TEORI... 5
2.1 Flip-Flop J-K ... 5
2.2 Flip-Flop D ... 8
2.3 Gerbang Logika ... 9
2.4 Multivibrator... 13
xii
2.4.2 Multivibrator Monostabil... 17
2.5 Resistor ... 18
2.6 Indikator LED... 19
BAB III. PERANCANGAN ALAT... 20
3.1 Prinsip Kerja Rangkaian... 20
3.2 Papan Tombol... 23
3.3 Rangkaian Kode ... 24
3.4 Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding ... 25
3.5 Rangkaian Pemilih Pintu dan Program ... 30
3.6 Reset ... 32
3.7 Detak ... 33
3.8 Tampilan LED ... 35
3.9 Perancangan Sistem Keluaran ... 36
BAB IV. PEMBAHASAN... 41
4.1 Pengujian Rangkaian Kode ... 41
4.2 Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode ... 43
4.3 Penggujian Rangkaian Pemilih Pintu dan Program ... 46
4.4 Pengujian Tampilan LED sebagai Indikator ... 48
4.5 Pengujian Rangkaian Multivibrator Astabil ... 50
4.5.1 Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Program ... 50
4.5.2 Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Keluaran ... 53
4.6 Pengujian Rangkaian Multivibrator Monostabil... 56
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 60
5.1 Kesimpulan... 60
xiii
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 2.1 Simbol Logika Flip-Flop J-K ... 5
2. Gambar 2.2 Flip-Flop J-K 7476... 7
3. Gambar 2.3 Simbol Logika dan Tabel Kebenaran Flip-Flop D... 9
4. Gambar 2.4 Bentuk Keluaran Multivibrator...13
5. Gambar 2.5 Diagram Blok IC 555 ... 14
6. Gambar 2.6 Rangkaian Astabil ... 16
7. Gambar 2.7 Pewaktu IC 555 Dihubungkan sebagai Multivibrator Monostabil ... 18
8. Gambar 2.8 Rangkaian Indikator LED ... 19
9. Gambar 3.1 Lay Out Papan Tombol Bel Pintu ... 20
10.Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian... 21
11.Gambar 3.3 Diagram Alir Bel Pintu ... 22
12.Gambar 3.4 Rangkaian Kode ... 25
13.Gambar 3.5 Gerbang Logika XNOR ... 27
14.Gambar 3.6 Gerbang Logika NAND 8 Masukan ... 28
15.Gambar 3.7 Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding ... 28
16.Gambar 3.8 Gerbang Logika AND 3 Masukan ... 30
17.Gambar 3.9 Rangkaian Pemilih Pintu dan Program ... 31
18.Gambar 3.10 Rangkaian Reset... 33
19.Gambar 3.11 Rangkaian Multivibrator Astabil ... 35
20.Gambar 3.12 Rangkaian Tampilan LED... 35
21.Gambar 3.13 Rangkaian Multivibrator Monostabil... 37
22.Gambar 3.14 Rangkaian Multivibrator Astabil dan Speaker...38
23.Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Kode ... 41
24.Gambar 4.2 Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode ... 44
25.Gambar 4.3 Pengujian Rangkaian Pemilih Pintu dan Program ... 46
xv
27.Gambar 4.5 Hasil Pengujian Multivibrator Astabil pada Rangkaian
Program ... 51 28.Gambar 4.6 Pengujian Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Tabel 2.1 Tabel Kebenaran Flip-Flop J-K ... 6
2. Tabel 2.2 TabelKebenaran Flip-Flop J-K 7476 ... 7
3. Tabel 2.3 Tabel Kebenaran Gerbang Logika... 11
4. Tabel 2.4 NAND Sebagai Gerbang Universal... 12
5. Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Rangkaian Kode ... 24
6. Tabel 3.2 Tabel Kebenaran Rangkaian Penyimpan Kode ... 26
7. Tabel 3.3 Tabel Kebenaran Rangkaian Pembanding... 26
8. Tabel 3.4 Tabel Kebenaran NAND 8 Masukan... 28
9. Tabel 3.5 Tabel Kebenaran Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding 29 10.Tabel 3.6 Tabel Kebenaran Rangkaian Pembanding... 30
11.Tabel 3.7 Tabel Kebenaran Rangkaian Pemilih Pintu dan Program ... 32
12.Tabel 4.1 Perbandingan Perancangan dan Hasil Pengujian Rangkaian Kode... 42
13.Tabel 4.2 Perbandingan Perancangan dan Hasil Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding pada Pintu 1... 45
14.Tabel 4.3 Perbandingan Perancangan dan Pengujian Rangkaian Pemilih Pintu dan Program... 47
15.Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tampilan LED sebagai Indikator ... 48
16.Tabel 4.5 Penyimpangan (Error) Tegangan LED (%) ... 49
17.Tabel 4.6 Penyimpangan (Error) Arus LED (%) ... 49
18.Tabel 4.7 Hasil Pengujian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Program 52 19.Tabel 4.8 Frekuensi Masing-Masing Pintu Kamar... 54
20.Tabel 4.9 Pengujian Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Keluaran ... 55
21. Tabel 4.10 Tabel Penyimpangan (Error) Frekuensi (%) ... 56
22. Tabel 4.11 Hasil Pengujian Rangkaian Multivibrator Monostabil Menggunakan Osiloskop ... 58
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Rangkaian Lengkap Bel Pintu ... L1 Lampiran 2. Hasil Pengujian Multivibrator Monostabil pada Tiap Kamar ... L2 Lampiran 3 Hasil Pengujian Rangkaian Kode ... L3 Lampiran 4 Hasil Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding Pada
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Judul
Pemanfaatan Kode Pada Tombol Bel Pintu Berbasis Rangkaian Digital
1.2.
Latar Belakang Masalah
Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi maka semakin besar pula peluang untuk memenuhi berbagai tuntutan manusia akan berbagai kemudahan di segala aspek kehidupan. Hampir semua aspek kehidupan telah terjangkau oleh kemajuan teknologi. Dewasa ini kehandalan suatu peralatan elektronika sangat diharapkan oleh masyarakat luas terutama untuk memberi fasilitas dan kemudahan bagi manusia dalam menjalankan aktifitas.
Salah satu alat elektronika yang dapat memberikan kemudahan tersebut adalah bel pintu. Bel pintu berfungsi untuk mempermudah pemanggilan penghuni dalam rumah. Seringkali penghuni rumah menginginkan agar privasinya tetap terjaga. Privasi dalam hal ini adalah penghuni rumah (kos/asrama) yang tidak bersangkutan dengan pengunjung, tidak perlu membukakan pintu sehingga aktivitasnya tidak terganggu. Kondisi tersebut menimbulkan suatu gagasan untuk menciptakan suatu alat yang dapat memberikan kenyamanan bagi penghuni rumah dan kemudahan bagi pengunjung.
Kode digital dimanfaatkan untuk mempermudah mencari penghuni dalam kamar tertentu tanpa mengganggu penghuni lainnya. Setiap kamar memiliki kode tertentu yang dapat diubah oleh pemilik kamar, selain itu tiap kamar juga memiliki frekuensi bunyi bel yang berbeda. Jika kode-kode pada tombol yang ditekan sesuai dengan kode kamar maka bel pada kamar tertentu dapat berbunyi tetapi jika kode tidak sesuai maka bel tidak akan berbunyi sehingga tidak dapat disalahgunakan oleh orang-orang yang tidak berkepentingan.
1.3.
Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari tugas akhir ini adalah merencanakan dan merealisasikan bel pintu pada setiap kamar dengan mengubah sistem bel pintu manual menjadi sistem bel pintu yang memanfaatkan kode logika digital.
Manfaat yang ingin dicapai dalam penerapan bel pintu dengan pemakaian kode digital adalah untuk menjaga privasi penghuni rumah (kos/asrama).
1.4.
Batasan Masalah
Perangkat yang akan dirancang mempunyai batasan-batasan sebagai berikut: a. Jumlah kamar ada empat dan tiap kamar mempunyai kode masing-masing
yang dapat diganti sesuai keinginan penghuni.
b. Tiap kamar mempunyai frekuensi bunyi bel yang berbeda.
d. LED (Light Emitting Diode) sebagai indikator kode.
e. Pada rangkaian digital menggunakan IC Pewaktu (Timer) 555, IC TTL, dan IC Penguat Daya BA534.
1.5.
Metodologi Penelitian
Penulis melakukan penelitian dengan melakukan metodologi sebagai berikut:
a. Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet. b. Menyusun referensi dan literatur yang ada.
c. Perancangan dan pembuatan alat yang terencana berupa hardware. d. Pengujian alat.
e. Penyusunan laporan.
1.6.
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu:
BAB I Berisi latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II Berisi dasar teori meliputi Flip-Flop J-K, Flip-Flop D, Gerbang
Logika, Multivibrator Astabil, Multivibrator Monostabil, dan Indikator LED.
BAB III Berisi perancangan alat yang meliputi diagram blok dan perancangan
5
BAB II
DASAR TEORI
Pembuatan bel pintu berbasis rangkaian digital memerlukan literatur mengenai komponen elektronika sebagai penunjang proses perancangan. Komponen elektronika yang diperlukan meliputi: Flip-flop J-K, Flip-flop D, Gerbang Logika, Multivibrator Astabil, Multivibrator Monostabil, dan Indikator LED, yang akan dibahas dalam bab ini.
2.1.
Flip-Flop J –K
Flip-flop J-K merupakan flip-flop universal yang memiliki sifat dari semua flip-flop jenis lain dan banyak digunakan dalam perancangan rangkaian digital. Simbol logika untuk flip-flop J-K digambarkan pada gambar 2.1.
Masukan Keluaran
Gambar 2.1. Simbol Logika Flip-Flop J-K
Masukan yang diberi label J dan K merupakan masukan data. Masukan yang diberi label CLK merupakan masukan detak. Keluaran Q dan Q merupakan keluaran komplementer pada satu flip-flop. Tabel kebenaran untuk flip-flop J-K diperlihatkan pada tabel 2.1.
J Q
CLK
Tabel 2.1. Tabel Kebenaran Flip-Flop J-K
Masukan Keluaran
Mode
operasi CLK J K Y
Tetap 0 0
Tidak berubah
Reset 0 1 0
Set 1 0 1
Togel 1 1 Togel
Baris 1 dari tabel kebenaran tersebut menunjukkan kondisi tetap. Jika masukan J dan K kedua-duanya 0 maka keluaran tidak berubah keadaan. Flip-flop tersebut ada dalam mode tetap. Baris 2 dan 3 dari tabel kebenaran memperlihatkan kondisi reset dan set untuk keluaran Q. Baris 4 melukiskan keluaran penggunaan posisi toggle (togel) dari flip-flop J-K, bila kedua masukan data J dan K kedua-duanya 1 maka keluaran akan berlawanan dengan keadaan pada waktu pulsa tiba pada masukan clock. Dengan pulsa detak yang berulang, keluaran Q dapat menjadi rendah, tinggi, rendah, tinggi, rendah, dan sebagainya. Gagasan rendah-tinggi-rendah-tinggi ini disebut pentogelan. Istilah “pentogelan” berasal dari kenyataan sifat hidup-mati dari saklar togel.
sinkron adalah data J dan K serta masukan detak. Keluaran normal (Q) dan
komplementer (Q) juga ditampilkan.
Gambar 2.2. Flip-Flop J-K 7476
Tabel 2.2.Tabel Kebenaran Flip-Flop J-K 7476
MASUKAN
Asinkron Sinkron
KELUARAN Metode Operasi
SET CLR CLK J K Q Q
Asynchronous set 0 1 X X X 1 0
Asynchronous reset 1 0 X X X 0 1
Prohibited 0 0 X X X 1 1
Hold 1 1 0 0 Tak berubah
Reset 1 1 0 1 0 1
Set
1 1 1 0 1 0
Toggle
1 1 1 1
Posisi berkebalikan
Tiga baris pertama tabel 2.2 menunjukkan bahwa masukan asinkron diaktifkan dan masukan sinkron menjadi don’t care. Pada tabel kebenaran “X” ditempatkan di bawah masukan J, K dan CLK untuk baris-baris tersebut. Keadaan larangan terjadi bila kedua masukan asinkron diaktifkan pada waktu yang sama. Keadaan larangan tersebut hendaknya dihindari.
Bila kedua masukan asinkron (SET dan CLR) tidak diaktifkan dengan 1, maka masukan sinkron dapat diaktifkan. Empat baris terakhir dari tabel 2.2 memperjelas mode operasi tetap, reset, set, dan togel untuk flip-flop J-K 7476. Flip-flop J-K menggunakan pulsa untuk memindahkan data dari masukan data J dan K ke keluaran Q dan Q.
2.2.
Flip-Flop D
Gambar 2.3. Simbol Logika dan Tabel Kebenaran Flip-Flop D
Untuk flip-flop D yang khusus dikomersilkan, mempunyai dua masukan tambahan yaitu SET dan CLR (clear). Masukan SET digunakan untuk mengeset keluaran Q menjadi 1 bila SET diberikan logika 0. Masukan CLR membuat keluaran Q menjadi 0 bila CLR diberi logika 0. Masukan SET dan CLR akan menolak masukan D dan CLK. Masukan D dan CLK beroperasi seperti pada flip-flop D.
2.3.
Gerbang Logika
Gerbang logika adalah rangkaian yang menggunakan sinyal digital sebagai masukan dan keluarannya. Rangkaian tersebut disebut sebagai gerbang karena setiap keluaran tergantung sepenuhnya pada sinyal yang diberikan pada masukan-masukannya. Jika sinyal masukan ini berubah, keluarannya juga dapat berubah.
Rangkaian logika dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu: rangkaian logika kombinasional dan rangkaian logika sekuensial. Rangkaian logika kombinasional adalah rangkaian yang nilai keluarannya bergantung pada keadaan
Masukan Keluaran
D Qn+1
0 0
1 1
nilai masukannya pada saat itu saja, sedangkan rangkaian sekuensial tidak tergantung pada saat itu saja tetapi juga tergantung pada waktu keadaaan masukan sebelumnya.
Ada dua teknologi pembuatan gerbang rangkaian digital yang umum dipasaran, yang pertama adalah TTL (Transistor-Transistor Logic). Gerbang yang dibuat dengan teknologi ini berkode 74xx, misalnya 7400 adalah gerbang NAND dua masukan. Teknologi yang kedua adalah teknologi CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor). Kode untuk gerbang CMOS yang tersedia dipasaran adalah 40xx, misalnya 4001 adalah gerbang NOR dengan 2 masukan.
Gerbang TTL beroperasi pada tegangan 5 volt, sedangkan gerbang CMOS bisa diberi catu tegangan dari 3 volt sampai 15 volt. Gerbang-gerbang ini dikemas dalam bentuk IC.
Pada dasarnya semua sistem digital disusun oleh hanya tiga buah gerbang logika dasar, gerbang-gerbang ini adalah AND, OR, dan NOT. Beberapa gerbang logika lainnya seperti NAND, NOR, EXOR, X-NOR adalah merupakan kombinasi dari beberapa gerbang AND, OR atau NOT dan gerbang inilah rangkaian kompleks apapun dapat dirancang
Tabel 2.3. Tabel Kebenaran Gerbang Logika
Tabel Kebenaran
Input Keluaran
Fungsi Logika
Simbol Logika
Persamaan Boolean
B A Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
AND A.B = Y
1 1 1
0 0 0
0 1 1
1 0 1
OR A+B = Y
1 1 1
0 1
NOT/
INVERTER A = A
1 0
0 0 1
0 1 1
1 0 1
NAND A.B= Y
1 1 0
0 0 1
0 1 0
1 0 0
NOR A+B= Y
Tabel 2.3. Tabel Kebenaran Gerbang Logika (lanjutan)
Gerbang NAND digunakan secara luas dan dapat digunakan untuk membuat gerbang lain. Seperti terlihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Tabel NAND sebagai Gerbang Universal
Fungsi Logika Simbol Logika Rangkaian yang hanya menggunakan gerbang NAND
Inverter / NOT
AND
Tabel Kebenaran
Input Keluaran
Fungsi Logika
Simbol Logika
Persamaan Boolean
B A Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
XOR A ⊕B = Y
1 1 0
0 0 1
0 1 0
1 0 0
X-NOR A⊕B= Y
Tabel 2.4. Tabel NAND sebagai Gerbang Universal (lanjutan)
Fungsi Logika Simbol Logika Rangkaian yang hanya menggunakan gerbang NAND
OR
NOR
XOR
X-NOR
2.4.
Multivibrator
Multivibrator (MV) adalah rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan keluaran gelombang segi empat (kotak). Multivibrator diklasifikasikan menjadi multivibrator astabil, bistabil, dan monostabil. Ketiga jenis multivibrator ini memiliki karakteristik yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4
(a)
keluaran
Gambar 2.4. Bentuk Keluaran Multivibrator
(b)
keluaran
(c)
keluaran
Gambar 2.4. Bentuk Keluaran Multivibrator(lanjutan)
Pemakaian piranti-piranti semacam osilator, pembangkit pulsa, pembangkit tanjakan, pembangkit gelombang persegi, dan multivibrator satu tembakan memerlukan sebuah rangkaian yang mampu menghasilkan selang–selang penentu waktu. Pewaktu rangkaian terpadu yang paling populer adalah IC 555. IC 555 bisa beroperasi dari tegangan DC+5V sampai +18V, mengakibatkan rangkaian ini bisa saling dihubungkan dengan rangkaian TTL, CMOS dan rangkaian Op Amp.
IC 555 seperti terlihat pada gambar 2.5 dapat dianggap sebagai sebuah blok fungsional yang berisi dua pembanding (Comparator), satu transistor, tiga tahanan yang sama, sebuah flip-flop, dan sebuah tingkat keluaran.
Gambar 2.5. Diagram Blok IC 555
!
!
Multivibrator bistabil
2.4.1.
Multivibrator
Astabil
Multivibrator astabil adalah multivibrator yang tidak mempunyai keadaan stabil dan tidak memerlukan pulsa masukan seperti pada gambar 2.4a. Multivibrator akan berada pada salah satu keadaan (TINGGI atau RENDAH) selama sesaat dan kemudian berpindah ke keadaan lain selama sesaat pula. Rangkaian astabil adalah tipe osilator elektronik yang menghasilkan tegangan keluaran yang secara terus-menerus dan otomatis di switch dari kondisi TINGGI ke RENDAH kemudian dari RENDAH ke TINGGI dan seterusnya, karena itu multivibrator astabil disebut juga multivibrator bergerak bebas (Free Running Multivibrator). Multivibrator ini biasa digunakan sebagai pembangkit pulsa (clock).
Pada gambar 2.6 menunjukkan hubungan-hubungan yang harus dibuat pada IC 555 supaya beroperasi sebagai rangkaian astabil. Sebuah kapasitor filter 0,01uF biasanya dihubungkan dari terminal tegangan pengendali pin 5 ke ground. Kapasitor ini melewatkan gangguan atau tegangan riak dari suplai daya untuk memperkecil akibat-akibatnya pada tegangan ambang. Tegangan keluaran pada pin 3 adalah suatu gelombang segi empat. Waktu TINGGI adalah suatu pulsa dengan lebar TH detik dan waktu RENDAH adalah suatu pulsa dengan lebar TL
TL
TH
0,01uF
Gambar.2.6. Rangkaian Astabil
Nilai-nilai R1, R2 dan Cmenentukan lebar TH dan TL.
Waktu TINGGI TH diberikan oleh persamaan 2.1.
TH = 0,693(R1+R2) C………..….(2.1)
Waktu RENDAH TL diberikan oleh persamaan 2.2.
TL = 0,693R2 C………..………(2.2)
Hasil dari keluaran astabil berupa gelombang kotak, TH untuk waktu tinggi
dan TL untuk waktu rendah, dapat diatur sesuai keinginan yang dibutuhkan dari
peralatan.
Kedua waktu tersebut diukur dalam detik, R1 diukur dalam ohm, dan C
diukur dalam farad. Waktu ini dikenal sebagai waktu total periodik (T) dari gelombang segi empat.
Banyaknya pulsa TINGGI dalam satu detik dikenal sebagai frekuensi (f) gelombang segi empat.
f =
L
H T
T T = +
1 1
=
C R R 2 ) ( 693 , 0 1 2 1+ = C R R 2 ) ( 44 , 1 2 1+ ………(2.4)
2.4.2.
Multivibrator
Monostabil
Multivibrator monostabil disebut juga multivibrator satu tembakan,
menghasilkan pulsa keluaran dengan lama waktu tetap, setiap saat inputnya dipicu
seperti pada gambar 2.4c. Pemicuan masukan dapat berupa keseluruhan pulsa,
transisi detak dari RENDAH ke TINGGI, atau transisi detak dari TINGGI ke
RENDAH. Pulsa keluaran dapat berupa pulsa negatif atau positif. Dalam
perancangan dapat mengatur lamanya waktu pulsa keluaran dengan menggunakan
kombinasi kapasitor dan resistor yang berlainan.
Pewaktu IC 555 yang dibuat sebagai multivibrator satu tembakan
ditunjukkan dalam gambar 2.7. Pulsa masukan negatif pendek menyebabkan pulsa
keluaran positif panjang. Lamanya waktu t dari pulsa keluaran dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.5.
t = 1,1 RAC1………...(2.5)
dengan RA sebanding dengan nilai resistor dalam ohm, C sebanding dengan nilai
RA
C1 0,01uF
Gambar 2.7. Pewaktu IC 555 Dihubungkan sebagai Multivibrator Monostabil
Multivibrator satu tembakan dalam gambar 2.7 adalah nonretriggleable
(bersifat tidak dapat dipicu kembali). Ini berarti bahwa ketika keluaran dari satu
tembakan tinggi akan diabaikan oleh setiap pulsa masukan. Selain multivibrator
jenis nonretriggleable ada juga jenis retriggleable (bersifat dapat dipicu kembali).
2.5.
Resistor
Resistor yang digunakan untuk menyatakan disipasi tenaga paling lazim
dijelaskan dengan mengharuskan tegangan yang melalui resistor adalah
berbanding lurus dengan arus yang melalui resistor tersebut. Secara matematis
sebagai dasar perhitungan tegangan, arus, dan hambatan digunakan Hukum Ohm.
V = R.I………...(2.6)
Konstanta kesebandingan R adalah resistansi (tahanan) dan diukur dalam ohm
2.6.
Indikator LED
Pada umumnya cahaya yang dihasilkan LED tergantung dari arus yang
dihasilkan yaitu antara 3mA sampai 30mA. LED biasanya mengalami penurunan
tegangan dari 1,5V sampai 2,5V.
Gambar 2.8. Rangkaian Indikator LED
Berdasarkan persamaan (2.6), untuk menghitung hambatan LED (R) dapat
digunakan persamaan:
V = R.I
R =
I V
R =
LED f
I V Vcc−
20
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1
Prinsip Kerja Rangkaian
Pemanfaatan kode digital pada bel pintu yang dibuat pada tugas akhir ini
menggunakan J-K flip-flop sebagai rangkaian kode, D flip-flop sebagai rangkaian
penyimpan kode, beberapa gerbang logika, IC Timer sebagai pembangkit
gelombang kotak (clock) dan IC BA 534 sebagai penguat daya.
Lay out dari papan tombol bel pintu dapat dilihat pada gambar 3.1 di
bawah ini. Tombol Pilih PintuTombol Pin Kode
LED
Gambar 3.1. Lay out Papan Tombol Bel Pintu
Prinsip kerja bel pintu berdasarkan lay out di atas adalah sebagai berikut:
1. Tekan Power on/off.
2. Untuk memrogram, tekan tombol program lalu masukkan pin kode kemudian
tekan tombol pilih pintu (misal P1) lalu kembali tekan tombol program maka
kode baru tersimpan. Kode tidak akan tersimpan bila terjadi dua hal, yaitu
PROGRAM RESET POWER
P 4
P 3
P 2
P 1
Pin Kode 4
Pin Kode 3
Pin Kode 2
Pin Kode 1
Enter
Enter
Enter
sudah menekan pin kode tetapi lupa menekan tombol program atau sudah
menekan pin kode tetapi lupa menekan tombol pilih pintu.
3. Untuk membuka kode tekan pin kode kemudian tekan tombol pilih pintu yang
diinginkan (misal P1).
4. Jika lupa dengan kode yang dimasukkan pada P1, tekan tombol pilih pintu (P1)
lalu dilanjutkan dengan menekan tombol reset maka kode P1 akan kosong
(tidak ada kodenya). Bila langsung tekan reset tanpa menekan tombol pilih
pintu maka kode akan tetap tersimpan.
Diagram blok dari sistem pemanfaatan kode pada tombol bel pintu dapat
dilihat pada gambar 3.2. Rangkaian lengkap bel pintu dapat dilihat pada bagian
lampiran.
Gambar 3.2. Diagram Blok Rangkaian
4 Tombol kode
Rangkaian kode
4 Tombol pemilih pintu
1 Tombol program
1 Tombol reset
Sumber Detak (IC 555)
Rangkaian Pemilih Pintu
Rangkaian Program
Rangkaian Reset
Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding
Speaker Tampilan LED Tampilan LED
Diagram alir dari pemanfaatan kode pada tombol bel pintu adalah seperti
pada gambar 3.3.
T T
]
Y Y
T Y
Gambar 3.3. Diagram Alir Bel Pintu
Berdasarkan diagram alir di atas cara kerja bel pintu dibagi menjadi dua, yaitu:
a. Pemrograman Kode
Untuk pemrograman kode dilakukan dengan cara sebagai berikut: pertama
tekan tombol program lalu masukkan kode pintu. Sebagai indikator kode program
diberi tampilan berupa LED. Kemudian tekan tombol pemilih pintu untuk
menentukan pintu yang diinginkan lalu kembali tekan tombol program sehingga
kode tersimpan di rangkaian memori.
b. Membunyikan Bel
Untuk memanggil pintu kamar tertentu dilakukan dengan cara membuka kode
dengan menekan tombol kode program untuk memasukkan kode. Kemudian pilih
pintu yang diinginkan. Jika kode sesuai maka bel akan berbunyi tetapi jika tidak,
kembali memasukkan kode.
3.2
Papan Tombol
Papan tombol terdiri dari empat tombol kode program, empat tombol pemilih
pintu, satu tombol program, dan satu tombol reset. Pada keadaan tombol tidak
ditekan atau normal maka keluaran semua tombol tinggi (1), karena terhubung
dengan Vcc. Apabila salah satu tombol ditekan maka pada tombol yang ditekan
akan menghasilkan keluaran bernilai rendah (0).
Berdasarkan Hukum Ohm pada persamaan (2.6) maka dapat dihitung
hambatan yang dipasang pada tombol. Dengan tegangan 5V, maka hambatan yang
digunakan untuk membatasi arus 5mA yaitu:
V = R.I
R =
I V
R =
3
10 5
5
−
×
3.3
Rangkaian Kode
Rangkaian kode digunakan untuk memasukkan kode biner empat bit melalui
penekanan tombol kode. Sebagai indikatornya digunakan LED yang dipasangkan
pada keluaran rangkaian kode. Rangkaian yang diinginkan adalah rangkaian yang
dapat menghasilkan keluaran tinggi (1). Misal saat tombol IN1 ditekan, keluaran
berubah dari rendah (0) ke tinggi (1) dan saat tombol ditekan lagi keluaran
berubah dari tinggi (1) ke rendah (0). Jika tombol kode tidak ditekan keluarannya
tetap seperti masukannya. Hal tersebut juga berlaku untuk IN2, IN3, dan IN4. Lihat
tabel 3.1.
Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Rangkaian Kode
Masukan Keluaran
Reset CLK
(IN1)
QJ-K-1 QJ-K
0 X 0 0
1 0 1
1 1 0
0 = RENDAH X = Don’t care 1 = TINGGI = pulsa detak negatif
Oleh karena itu untuk merancang rangkaian ini dibutuhkan rangkaian J-K flip-flop
Gambar 3.4. Rangkaian Kode
Dari gambar 3.4 menjelaskan ketika J dan K diberi masukan tinggi yang
berasal dari tegangan 5V membuat J-K flip-flop menjadi togel pada pulsa negatif
berikutnya. Jadi jika tombol ditekan maka hanya didapat satu sinyal keluaran.
3.4
Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding
Rangkaian penyimpan kode digunakan untuk menyimpan kode yang telah
dimasukkan ke rangkaian kode. Rancangan rangkaian penyimpan kode terdiri dari
empat buah D flip-flop yang dirancang menggunakan IC 74LS175. Untuk
mendapatkan keluaran empat bit maka setiap keluaran J-K flip-flop dihubungkan
satu per satu dengan masukan D flip-flop. Dalam perancangan, jika data pertama
keluaran J-K flip-flop adalah nol atau satu maka pada masukan D flip-flop ditunda
satu pulsa detak untuk mencapai keluaran Q normal. Tabel kebenaran rangkaian
Tabel 3.2 Tabel Kebenaran Rangkaian Penyimpan Kode
CLK Masukan Keluaran
X Q-1
0 0
1 1
Dari tabel kebenaran 3.2 dapat dilihat data yang dipindahkan ke keluaran terjadi
pada saat transisi pulsa detak dari rendah ke tinggi.
Perancangan rangkaian pembanding membutuhkan data keluaran J-K
flip-flop dan D flip-flip-flop. Pembanding paling sederhana, membandingkan bit demi bit
dari dua bilangan biner untuk mendapatkan keluaran bernilai satu dengan syarat
masukan keduanya sama. Jika kedua bit adalah sama (0-0 atau 1-1), keluaran yang
dihasilkan tinggi (1). Tabel kebenaran perancangan rangkaian pembanding ini
dapat dilihat pada tabel 3.3.
Tabel 3.3. Tabel Kebenaran Rangkaian Pembanding
Masukan
B A
Keluaran (Y)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
Rangkaian pembanding ini menggunakan gerbang X-NOR untuk membandingkan
kesamaan bit. Rancangan logika dapat dilihat pada gambar 3.5.
B A
XNOR2
Y
Gambar 3.5. Gerbang Logika X-NOR
Perancangan lengkap dari rangkaian penyimpan kode dan pembanding dapat
dilihat pada gambar 3.6.
XNOR2
Keluaran Rangk aian Kode
U6
NAND8
Keluaran Rangk aian Kode
DFF D CLK C L R N P R N Q MV astabil DFF D CLK C L R N P R N Q AND3 5V R
Keluaran Rangkaian Kode
Tombol Program MV monostabil IN B IN A DFF D CLK C L R N P R N Q
Tombol Pintu 1 Keluaran Rangkaian Kode
IN C XNOR2 DFF D CLK C L R N P R N Q LED IN D XNOR2 330 XNOR2
Gambar 3.6. Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding
Hasil akhir perbandingan gerbang logika X-NOR diharapkan dapat
mengaktifkan trigger rangkaian multivibrator monostabil. Masukan trigger akan
itu keluaran X-NOR dihubungkan pada suatu gerbang logika yang dapat
menghasilkan keluaran rendah (0) saat semua masukan tinggi (1). Gerbang logika
yang dimaksud adalah NAND 5 masukan. Empat masukan yang dimaksud terdiri
dari keempat keluaran gerbang X-NOR dan satu masukan berasal dari keluaran
pemilih pintu. Gerbang logika NAND 5 masukan tidak ada di pasaran sehingga
dalam perancangan digunakan gerbang logika NAND 8 masukan, yang ketiga
kakinya dihubungkan menjadi satu kemudian dihubungkan keluaran pemilih
pintu. Gerbang NAND 8 masukan ini dikemas dalam IC 74LS175. Gambar
gerbang logika NAND 8 masukan dapat dilihat pada gambar 3.7.
Y B X-NOR
NAND8
Y C X-NOR PEMILIH PINTU
Y A X-NOR
Y D X-NOR
MV monostabil
Gambar 3.7. Gerbang Logika NAND 8 Masukan
Tabel kebenaran gerbang NAND 8 Masukan dapat dilihat pada tabel 3.4.
Tabel 3.4. Tabel Kebenaran NAND 8 Masukan
Masukan X-NOR
YA YB YC YD
Pilih Pintu
Keluaran NAND 8 Masukan
1 1 1 1 0 1
Dari gambar 3.6 dapat dibuat tabel kebenaran rangkaian penyimpan kode
dan pembanding seperti terlihat pada tabel 3.5. Jika kode yang dimasukkan sama
dengan kode yang tersimpan pada D flip-flop maka keluaran NAND 8 Masukan
menjadi rendah (0) sehingga mengaktifkan multivibrator monostabil dan
sebaliknya jika kode yang dimasukkan tidak sesuai dengan kode yang telah
diprogram pada D flip-flop maka keluaran NAND 8 Masukan menjadi tinggi (1)
sehingga membuat multivibrator monostabil menjadi tidak aktif. Misal masukan
D flip-flop A, B, C, dan D yang telah diprogram (1, 1, 1, 1) diberi clock positif
dengan menekan tombol pintu (misal Pintu 1) akan menghasilkan keluaran yang
rendah (0) dan sebaliknya jika kode yang dimasukkan tidak sesuai dengan kode
yang telah diprogram (misal: 1, 1, 1, 0) maka akan menghasilkan keluaran tinggi
(1). Hal tersebut juga berlaku untuk pintu 2, pintu 3, dan pintu 4.
Tabel 3.5. Tabel Kebenaran Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding
Biner masukan kode (DFF) Clock
Pinggiran Positif
Pintu 1 IN
A IN
B IN
C IN
D
Keluaran NAND 8 Masukan
1 1 1 1 0
3.5
Rangkaian Pemilih Pintu dan Program
Rangkaian pemilih pintu berfungsi untuk menentukan kamar yang
diinginkan oleh pemanggil. Rangkaian pemilih pintu terdiri dari empat tombol.
Jika salah satu tombol ditekan maka akan dihasilkan keluaran J-K flip-flop tinggi
(1), hal tersebut dapat dilihat juga pada tabel 3.1. Untuk mengaktifkan memori
yang dipilih maka keluaran tersebut dihubungkan dengan suatu gerbang logika
yang dapat menghasilkan keluaran tinggi (1), karena untuk memicu clock pada D
flip-flop dibutuhkan masukan tinggi (1) yang berasal dari masukan pilih pintu,
program, dan multivibrator astabil. Oleh karena itu digunakan gerbang AND 3
masukan untuk mendapatkan keluaran tinggi (1). Rancangan gerbang logika AND
3 masukan untuk ekspresi Boolean A.B.C = Y dapat dilihat pada gambar 3.8.
IN A
Y IN C
AND3
IN B
Gambar 3.8. Gerbang Logika AND 3 Masukan
Gambar 3.8 dapat dibuat tabel kebenaran seperti pada tabel 3.6.
Tabel 3.6. Tabel Kebenaran Rangkaian Pembanding
Masukan
C B A
Keluaran (Y)
0 0 0 0
0 0 1 0
. . . . . . . . . . . .
Selain terhubung dengan masukan AND 3 Masukan, keluaran J-K flip-flop juga
terhubung dengan NAND 8 masukan sehingga dapat memicu bel untuk berbunyi.
Rangkaian program berfungsi untuk memprogram kode pada kamar yang
diinginkan penghuni. Prinsip kerja rangkaian program hampir sama dengan
rangkaian pemilih pintu. Yang membedakannya adalah keluaran J-K flip-flop
hanya dihubungkan dengan AND 3 masukan yang berasal dari masukan program,
pilih pintu, dan multivibrator astabil. Dalam hal ini AND 3 masukan berfungsi
untuk mengaktifkan memori yang ingin diprogram. Perancangan lengkap dari
rangkaian pemilih pintu dan program dapat dilihat pada gambar 3.9.
Gambar 3.9. Rangkaian Pemilih Pintu dan Program
Dari gambar 3.9 dapat dibuat tabel kebenaran seperti pada tabel 3.7. Prinsip
keluaran tinggi (1). Misal saat tombol pintu 1 ditekan, keluaran berubah dari
rendah (0) ke tinggi (1) sehingga dapat mengaktifkan AND 3 Masukan dan
memicu clock pada D flip-flop. Saat tombol pintu 1 ditekan kembali, keluaran
berubah dari tinggi (1) ke rendah (0) dan jika tombol tidak ditekan maka keluaran
tetap seperti masukannya. Hal tersebut juga berlaku untuk pintu 2, pintu 3, dan
pintu 4. Lihat tabel 3.7.
Tabel 3.7. Tabel Kebenaran Rangkaian Pemilih Pintu dan Program
Masukan Keluaran
Reset CLK
(Pintu 1)
Q-1 Q
0 X 0 0
1 0 1
1 1 0
0 = RENDAH X = Don’t care 1 = TINGGI = pulsa detak negatif
3.6
Reset
Saklar reset digunakan untuk mereset memori yang tersimpan pada D
flip-flop. Pada saklar reset terdapat dua kaki, yang pertama dihubungkan dengan
semua reset pada kaki reset IC 74LS73 dan kaki yang kedua terhubung dengan
tegangan 5V sehingga dengan menekan saklar reset maka kode yang sudah
diprogram pada kamar tertentu akan kosong (tidak ada kodenya). Sebelum
menekan saklar reset diawali dengan menekan tombol pemilih pintu yang
memori yang akan direset. Masukan gerbang AND 3 masukan berasal dari
masukan program, pilih pintu, dan multivibrator astabil. Jadi jika ingin mereset
semua kode pintu yang sudah diprogram maka semua tombol pemilih pintu
ditekan, diikuti dengan penekanan saklar reset sehingga semua kode yang
tersimpan pada D flip-flop akan ter-reset. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada
gambar 3.10.
Gambar 3.10. Rangkaian Reset
3.7
Detak
Detak atau clock adalah pulsa yang sangat dibutuhkan dalam merancang
suatu rangkaian digital. Detak dalam teknik digital berfungsi sebagai pemicu atau
penggerak (trigger). Detak yang dibutuhkan adalah pulsa yang berjalan secara
Multivibrator astabil dirancang dengan menggunakan IC pewaktu 555, ijin
waktu yang diperlukan adalah 47ms atau dengan frekuensi 21,27Hz. Detak
dengan T = 47ms dipakai sebagai penggerak dari rangkaian memori atau
penyimpan kode. Rangkaian multivibrator astabil dengan T = 47ms seperti
terlihat pada gambar 3.11.
Berdasarkan persamaan (2.1) dan (2.2), dengan menentukan waktu rendah
(TL) sebesar 22,869ms, waktu tinggi (TH) sebesar 23,78ms dan nilai kapasitor (C)
sebesar 3,3uF, maka nilai R pada multivibrator astabil adalah sebagai berikut:
F C
mS T
mS
TL =22,869 , H =23,78 , =3,3
µ
Dari persamaan (2.1) nilai R2 dapat dicari:
C R TL =0,693. 2.
6 2 3 10 . 3 , 3 . . 693 , 0 10 .
22869 − = R −
Ω
= k
R2 10
Dari persamaan (2.2) nilai R1 dapat dicari:
C R R
TH =0,693.( 1+ 2).
6 1
3 0,693.( 10 ).3,3.10
10 . 78 ,
23 − = R + k −
6 3 1 10 2869 , 2 10 78 , 23 10 − − × × = + k R k R1=10398,36−10
Ω
=398
1
R
Nilai R1 dipasaran tidak ada, yang ada dipasaran 398 , sehingga:
Ω
=400
1
TL
TH
Gambar 3.11. Rangkaian Multivibrator Astabil
3.8
Tampilan LED
Perencanaan tampilan indikator kode pada tombol bel pintu ini
menggunakan Light Emitting Diode (LED) yang mempunyai fungsi untuk
menampilkan kode yang dimasukkan. Lampu LED menyala menandakan kode
yang dimasukkan mempunyai nilai satu (1) dan lampu LED padam mempunyai
nilai nol (0). Untuk tampilan dari LED adalah seperti gambar 3.12.
Untuk menyalakan LED dibutuhkan tegangan maju (Vf) 2V dan arus (ILED)
sekitar 9mA. Maka hambatan LED (R) dapat dicari dengan menggunakan
persamaan (2.7). R = LED f I V Vcc− = mA V V 9 2 5 − = 330
3.9
Perancangan Sistem Keluaran
Pada perancangan hardware, speaker digunakan sebagai sistem alarm yang
mampu menghasilkan sebuah suara satu nada. Keluaran dari gerbang NAND 8
dihubungkan dengan IC timer 555 untuk menentukan lama bunyi alarm
masing-masing kamar dengan lebar pulsa keluaran. Lebar pulsa ditentukan oleh R dan C
yang diberikan oleh persamaan (2.5).
1
. . 1 . 1 RC TH =
Berdasarkan persamaan (2.5), dengan menentukan waktu tinggi (TH) sebesar 6s
dan nilai kapasitor (C1) sebesar 4,7uF, maka nilai R:
TH =1.1.R.C1
6 = 1,1.R.4,7x10-6
6 = 5,17u.R
R = 1,16M
karena di pasaran nilai tersebut tidak ada maka digunakan resistor 1M . Untuk
Gambar 3.13. Rangkaian Multivibrator Monostabil
Rangkaian pembangkit pulsa (multivibrator monostabil) ini akan
membangkitkan pulsa lonceng untuk mengaktifkan amplifier. Keluaran dari
pembangkit pulsa dihubungkan dengan suatu rangkaian terpadu IC monolitik dari
penguat daya BA534 yang dapat menghasilkan distorsi harmonik total pada
frekuensi sebesar 1kHz. Penguat ini terhubung dengan beban 4 secara langsung.
Penguat ini dirancang untuk menguatkan sinyal-sinyal tinggi dan menghasilkan
daya sebesar 2,3 watt. Rangkaian IC BA534 tersebut dapat dilihat pada data sheet
yang ada pada lampiran. Gambar pembangkit pulsa dan keluaran yang berupa
Gambar 3.14. Rangkaian Multivibrator Astabil dan Speaker
Dari gambar 3.14, untuk membedakan sebuah suara satu nada pada
masing-masing kamar, dapat dilakukan dengan menentukan frekuensinya. Frekuensi yang
digunakan dalam perancangan adalah 2600Hz, 3000Hz, 4200Hz, dan 5200Hz.
Berdasarkan persamaan (2.4), maka perhitungan besar komponen R1, R2, dan C1
untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan adalah sebagai berikut:
Kamar pertama:
Dengan menentukan frekuensi sebesar 2600Hz, R1 = 100 , dan C1 = 0,12uF
maka nilai R2 adalah:
f =
1 2
1 2 )
(
44 , 1
C R
R + ×
2600 =
6 2) 0,12.10
2 100 (
44 , 1
−
×
+ R
(100 + 2R2)x(0,12.10-6)x2600 = 1,44
R2 = 000624 , 0 0312 , 0 44 , 1 −
R2 = 2257,69
Karena di pasaran nilai tersebut tidak ada maka digunakan resistor 2200
Kamar kedua:
Dengan menentukan frekuensi sebesar 3000Hz, R1 = 100 , dan C1 = 0,11uF
maka nilai R2 adalah:
f =
1 2
1 2 )
( 44 , 1 C R
R + ×
3000=
6 2) 0,11.10
2 100 ( 44 , 1 − × + R
(100 + 2R2)x(0,11.10-6)x3000 = 1,44
0,033 + 0,00066R2 = 1,44
R2 =
00066 , 0 033 , 0 44 , 1 −
R2 = 2131,818
Karena di pasaran nilai tersebut tidak ada maka digunakan resistor 2300 .
Kamar ketiga:
Dengan menentukan frekuensi sebesar 4200Hz, R1 = 100 , dan C1 = 0,11uF
maka nilai R2 adalah:
f =
1 2
1 2 )
( 44 , 1 C R
4200=
6 2) 0,11.10
2 100 ( 44 , 1 − × + R
(100 + 2R2)x(0,11.10-6)x4200 = 1,44
0,0462 + 0,000924R2 = 1,44
R2 =
000924 , 0 0462 , 0 44 , 1 −
R2 = 1508,44
Karena di pasaran nilai tersebut tidak ada maka digunakan resistor 1500 .
Kamar keempat:
Dengan menentukan frekuensi sebesar 5200Hz, R1 = 100 , dan C1 = 0,11uF
maka nilai R2 adalah:
f =
1 2
1 2 )
( 44 , 1 C R
R + ×
5200 = 6
2) 0,11.10
2 100 ( 44 , 1 − × + R
(100 + 2R2)x(0,11.10-6)x5200 = 1,44
0,0572 + 0,001144R2 = 1,44
R2 =
001144 , 0 0572 , 0 44 , 1 −
R2 = 1208,74
41
BAB IV
PEMBAHASAN
Setelah perancangan bel pintu berbasis rangkaian digital terealisasikan,
maka perlu diadakan pengujian alat untuk mengetahui kesesuaian alat yang dibuat
dengan alat yang telah dirancang. Pengujian sistem dilakukan secara bertahap
pada masing-masing diagram blok, dengan memanfaatkan alat bantu berupa
osiloskop dan frequency counter.
4.1
Pengujian Rangkaian Kode
Pada pengujian rangkaian kode terdiri dari beberapa J-K flip-flop yang
masukannya selalu satu dan keluarannya berdasarkan masukan clock dari pin
CLK. Pin CLK menentukan keluaran dari rangkaian J-K flip-flop karena pada
rangkaian kode masukan J-K nya selalu terhubung dengan catu 5 volt. Reset pada
J-K flip-flop digunakan untuk memberi kondisi rendah (0) pada saat keluaran
sebelum clock. Pengujian rangkaian kode dapat dilihat pada gambar 4.1.
Pada gambar 4.1 pengujian rangkaian kode menjelaskan jika tombol IN
tidak ditekan maka keluarannya tetap seperti masukannya. Saat tombol IN
ditekan, keluaran akan togel, yaitu berubah dari rendah (0) ke tinggi (1) atau
tinggi (1) ke rendah (0). Perbandingan perancangan dan hasil pengujian rangkaian
kode dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Perbandingan Perancangan dan Hasil Pengujian Rangkaian Kode
Perancangan Hasil Pengujian
QJ-K-1 : keluaran J-K sebelum clock QA-1 : keluaran A sebelum clock
QJ-K : keluaran J-K sesudah clock QA : keluaran A sesudah clock
Pada tabel 4.1 pengujian dilakukan dengan menekan reset, keluaran sebelum
clock menjadi rendah (0) lalu IN1 ditekan untuk memberi clock negatif sehingga
keluaran QA yang sebelumnya rendah (0) menjadi togel dan berubah menjadi
tinggi (1), kemudian IN1 ditekan kembali untuk memberi clock negatif sehingga
keluaran QA yang sebelumnya tinggi (1) menjadi togel dan berubah menjadi
rendah (0). Saat IN1 tidak ditekan maka keluarannya akan seperti masukannya.
Hal tersebut juga berlaku pada semua tombol kode (lihat lampiran L3). Berdasar
tabel perancangan dan tabel hasil pengujian rangkaian kode pada tabel 4.1 dapat
Masukan Keluaran
Reset CLK
(IN1)
QA-1 QA
0 X 0 0
1 0 1
1 1 0
Masukan Keluaran
Reset CLK
(IN1)
QJ-K-1 QJ-K
0 X 0 0
1 0 1
disimpulkan bahwa sistem pada rangkaian kode bekerja dengan baik dan sesuai
dengan perancangan.
4.2
Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode
Pengujian rangkaian penyimpan kode dilakukan dengan memberikan logika
tinggi atau rendah pada masukan D flip-flop. Keluaran dari D flip-flop tergantung
pada masukan clock atau pin CP. Rangkaian penyimpan kode mempunyai
sifat-sifat seperti D flip-flop, yaitu keluarannya akan sama dengan masukannya (sifat-sifat
ini digunakan untuk membuka kode yang tersimpan dalam D flop) dan D
flip-flop akan menyimpan masukan logika bersamaan dengan adanya clock pada
masukan pin clock (sifat ini digunakan dalam memrogram kode pada bel pintu
berbasis rangkaian digital). Keluaran D flip-flop menjadi masukan pada gerbang
X-NOR. Untuk mengaktifkan trigger pada rangkaian multivibrator monostabil
diperlukan masukan rendah (0), maka X-NOR dihubungkan dengan gerbang
NAND 8 masukan. Pengujian rangkaian penyimpan kode dapat dilihat pada
XNOR2 Keluaran Rangkaian Kode
U6
NAND8 Keluaran Rangkaian Kode
DFF D CLK C L R N P R N Q MV astabil DFF D CLK C L R N P R N Q AND3 5V R
Keluaran Rangkaian Kode
Tombol Program MV monostabil IN B IN A DFF D CLK C L R N P R N Q
Tombol Pintu 1 Keluaran Rangkaian Kode
IN C XNOR2 DFF D CLK C L R N P R N Q LED IN D XNOR2 330 XNOR2
Gambar 4.2. Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode
Pada gambar 4.2 dapat dilihat rangkaian penyimpan kode menggunakan D
flip-flop sebagai penyimpan kodenya. Kode hasil masukan dari pin D akan
disimpan bila ada clock pada pin CLK. Tabel kebenaran rangkaian penyimpan
kode dapat dilihat pada tabel 4.2.
Hal pertama yang dilakukan pada pengujian rangkaian penyimpan kode
adalah memrogram kode yang dilakukan dengan cara menekan tombol program
lalu memasukkan pin kode IN1, 1N2, IN3, IN4 kemudian tekan tombol pilih pintu
(misal Pintu 1) lalu kembali tekan tombol program maka kode baru tersimpan.
Untuk membuka kode, program harus dalam kondisi off kemudian dilakukan
Tabel 4.2. Perbandingan Perancangan dan Hasil Pengujian Rangkaian Penyimpan Kode dan Pembanding
Perancangan
Biner masukan kode (DFF)
Clock
Pinggiran Positif
Pintu 1 IN
A IN B IN C IN D
Keluaran NAND 8 Masukan
1 1 1 1 0
1 1 1 0 1
Hasil Pengujian
Biner masukan kode (DFF)
Clock
Pinggiran positif
Pintu 1 IN
A IN B IN C IN D
Keluaran NAND 8 Masukan
1 1 1 1 0
1 1 1 0 1
Pada tabel 4.2 dapat dilihat jika masukan kode benar maka keluarannya
rendah (0) dan sebaliknya jika masukan kode salah maka keluarannya tinggi (1).
Keluaran rendah (0) ini akan mengaktifkan multivibrator monostabil. Misal
pengujian dilakukan dengan memberi masukan D flip-flop A, B, C, dan D (1, 1, 1,
1) diberi clock positif dengan menekan tombol pintu (misal Pintu 1) akan
dinyatakan berhasil. Hal tersebut juga berlaku untuk semua pintu (lihat lampiran
L4). Berdasar perbandingan perancangan dan hasil pengujian rangkaian
penyimpan kode dan pembanding pada tabel 4.2 dapat disimpulkan bahwa sistem
pada rangkaian penyimpan kode dan pembanding bekerja dengan baik dan sesuai
dengan perancangan.
4.3
Pengujian Rangkaian Pemilih Pintu dan Program
Rangkaian pemilih pintu dan program pada dasarnya sama dengan rangkaian
kode, yang membedakan adalah keluarannya. Keluaran dari rangkaian pemilih
pintu dan program menjadi masukan gerbang AND 3 masukan. Pengujian
rangkaian pemilih pintu dan program dapat dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 4.3. Pengujian Rangkaian Pemilih Pintu dan Program
Rangkaian pada gambar 4.3 mempunyai beberapa masukan, diantaranya
masukan untuk J-K dan CLK. Keluaran rangkaian pemilih pintu dan program
akan togel yaitu berubah dari tinggi (1) ke rendah (0) atau rendah (0) ke tinggi (1).
Hasil pengujian rangkaian pemilih pintu dan program dapat dilihat pada tabel 4.3.
Tabel 4.3. Perbandingan Perancangan dan Hasil Pengujian Rangkaian Pemilih
Pintu dan Program
Perancangan Hasil Pengujian
QJ-K-1 : keluaran J-K sebelum clock QA-1 : keluaran A sebelum clock
QJ-K : keluaran J-K sesudah clock QA : keluaran A sesudah clock
Pada tabel 4.3 pengujian dilakukan dengan menekan reset, keluaran sebelum
clock menjadi rendah (0) lalu pintu 1 ditekan untuk memberi clock negatif
sehingga keluaran QA yang sebelumnya rendah (0) menjadi togel dan berubah
menjadi tinggi (1), kemudian pintu 1 ditekan kembali untuk memberi clock
negatif sehingga keluaran QA yang sebelumnya tinggi (1) menjadi togel dan
berubah menjadi rendah (0). Saat pintu 1 tidak ditekan maka keluarannya akan
seperti masukannya. Hal tersebut juga berlaku untuk semua pintu (lihat lampiran
L5). Berdasar perbandingan perancangan dan hasil pengujian rangkaian pemilih
pintu dan program pada tabel 4.3 dapat disimpulkan bahwa sistem pada rangkaian
pemilih pintu dan program bekerja dengan baik dan sesuai dengan perancangan.
Masukan Keluaran
Reset CLK
(Pintu 1)
QA-1 QA
0 X 0 0
1 0 1
1 1 0
Masukan Keluaran
Reset CLK
(Pintu 1)
QJ-K-1 QJ-K
0 X 0 0
1 0 1
4.4
Pengujian Tampilan LED sebagai Indikator
Pengujian tampilan LED sebagai indikator juga dilakukan pada tiap kamar
pada saat LED menyala. Hasil pengujian tampilan LED sebagai indikator dapat
dilihat pada tabel 4.4.
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tampilan LED sebagai Indikator
Parameter Pengujian
Kamar 1 Pengujian Kamar 2 Pengujian Kamar 3 Pengujian Kamar 4 Nilai Perancangan
VLED (V) 2,20 2,19 2,15 2,17 2
ILED (mA) 8,2 8,2 8,3 8,2 9
Berdasarkan tabel 4.4, saat LED menyala terjadi penyimpangan nilai
tegangan (VLED) dan arus (ILED) dari nilai perancangan.
Penyimpangan nilai – nilai tersebut adalah :
Kamar 1:
a. Penyimpangan nilai tegangan LED :
Error = x100%
V V V acuan LED acuan −
= 100%
2 20 , 2 2 X −
= 10 %
b. Penyimpangan arus yang mengalir melalui LED :
Error = x100%
= 100% 9
2 , 8 9
X mA
mA mA−
= 8,9%
Perhitungan diatas juga berlaku pada kamar 2, kamar 3, dan kamar 4. Hasil
perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.5 dan 4.6.
Tabel 4.5. Penyimpangan (Error) Tegangan LED (%)
Kamar Penyimpangan (Error) Tegangan LED (%)
1 10
2 9,5
3 7,5
4 8,5
Tabel 4.6. Penyimpangan (Error) Arus LED (%)
Kamar Penyimpangan (Error) Arus LED (%)
1 8,9
2 8,9
3 7,8
Dari tabel 4.5 dan 4.6 dapat diketahui adanya penyimpangan. Penyimpangan
(error) tegangan dan arus disebabkan oleh beberapa hal diantaranya adalah
sebagai berikut:
a. Ketidakstabilan arus LED yang disebabkan oleh penggunaan resistor sebagai
pembagi tegangan.
b. Toleransi komponen dalam menerima tegangan dan arus yang melewatinya.
Berdasar perancangan LED dan penerapan alat yang telah diuji dapat
disimpulkan bahwa nilai tegangan dan arus hasil pengujian tampilan LED sebagai
indikator yaitu 2,15V – 2,20V dan 8,2mA – 8,3mA mengalami sedikit
penyimpangan dari nilai perancangan yaitu 2V dan 9mA, tetapi penyimpangan
(error) yang terjadi tidak mempengaruhi kemampuan LED untuk menyala dengan
terang karena masih dalam batas toleransi yang diijinkan oleh data sheet yaitu
tegangan sebesar 1,8V – 2,5V dan arus sebesar 3mA - 50mA.
4.5
Pengujian Rangkaian
Multivibrator
Astabil
4.5.1
Rangkaian
Multivibrator
Astabil pada Rangkaian Program
Rangkaian multivibrator astabil adalah rangkaian pembangkit gelombang
kotak yang berfungsi sebagai clock atau pemicu pada J-K flip-flop dan D flip-flop.
Pada perancangan, rangkaian ini mempunyai ijin waktu sebesar 47ms atau dengan
frekuensi 21,27Hz. Keluaran atau hasil dari gelombang, diuji dengan
menggunakan alat ukur osiloskop dan frequency counter. Pengujian multivibrator
Gambar 4.4. Pengujian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Program
Pengujian pada multivibrator astabil yang digunakan sebagai pemicu clock
masing-masing flip-flop seperti gambar 4.4 dapat diperoleh hasil seperti terlihat
pada gambar 4.5.
Hasil pengujian dengan menggunakan osiloskop untuk multivibrator astabil pada
rangkaian program dapat dilihat pada tabel 4.7
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Program
Parameter multivibrator astabil Hasil pengujian Hasil Perancangan
T (ms) 46,8
47
f (Hz) 21,18
21,27
Pada tabel 4.7 dapat diketahui nilai multivibrator astabil yang sebenarnya.
Pengujian diatas dapat digunakan untuk membandingkan hasil pengujian dengan
hasil perancangan. Dari perhitungan berikut ini diperoleh penyimpangan nilai
perioda dan frekuensi pada multivibrator astabil :
a. Penyimpangan nilai perioda :
Error = x100%
T T T acuan alat acuan−
= 100%
47 8 , 46 47 X − = 0,4%
b. Penyimpangan nilai frekuensi :
Error = x100%
f f f acuan alat acuan−
= 100%
Penyimpangan multivibrator astabil pada rangkaian program disebabkan
oleh beberapa hal diantaranya adalah sebagai berikut:
a. Pengaruh besarnya amplitudo yang berubah terhadap waktu.
b. Pengamatan pada gelombang yang dihasilkan.
c. Toleransi komponen terhadap tegangan dan arus yang melewatinya.
Berdasar perancangan rangkaian multivibrator astabil pada rangkaian
program dan penerapan alat yang telah diuji dapat disimpulkan bahwa nilai
perioda dan frekuensi hasil pengujian rangkaian tersebut yaitu 46,8ms dan
21,18Hz sedikit menyimpang dari nilai perancangan yaitu 47ms dan 21,27Hz,
tetapi penyimpangan (error) yang terjadi tidak mempengaruhi lama dan
panjangnya gelombang kotak (clock) yang dihasilkan sehingga tidak mengurangi
kemampuan alat untuk menyimpan kode yang diprogram dengan cepat.
4.5.2
Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Keluaran
Keluaran dari bel pintu berbasis rangkaian digital adalah berupa bunyi
yang dihasilkan oleh sebuah multivibrator astabil. Multivibrator astabil dipasang
dengan beberapa frekuensi untuk masing-masing keluaran dari setiap kamar.
Fungsi pembedaan frekuensi masing-masing kamar berguna untuk memudahkan
kode kunci mana yang sudah terbuka. Berdasarkan hasil perhitungan pada
Tabel 4.8. Frekuensi Masing-Masing Pintu Kamar
Kamar Frekuensi
1 2600Hz
2 3000Hz
3 4200Hz
4 5200Hz
Pada tabel 4.8 sudah diketahui dengan jelas frekuensi dari masing-masing
kamar, kamar satu dengan pintu yang lain sudah jelas berbeda dan waktu kerja
multivibrator astabil semua pintu sama yaitu selama 6 detik. Frekuensi yang
dikeluarkan dari multivibrator astabil kemudian dikuatkan oleh power amplifier
IC BA 534, kemudian diumpankan ke loudspeaker. Pengujian frekuensi
multivibrator astabil pada rangkaian keluaran sama seperti pengujian rangkaian
multivibrator astabil pada rangkaian program. Pengujian rangkaian multivibrator
astabil pada rangkaian keluaran dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6. Pengujian Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian
Hasil pengujian dengan menggunakan frequency counter untuk
multivibrator astabil pada tiap kamar dapat dilihat pada tabel 4.9.
Tabel 4.9. Pengujian Rangkaian Multivibrator Astabil pada Rangkaian Keluaran
MV ASTABIL Frekuensi (Hz)
Kamar Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Pengujian 4 Rata-Rata (Hz)
1 2586,2 2364,4 2310,2 2390,8 2412,9
2 2983,1 2986,8 2995,6 2970,3 2983,95
3 4083,2 3889,1 3815,1 3860,3 3911,93
4 5229,3 5121,8 5221,9 5220,1 5198,28
Pengujian menyatakan data keluaran yang sebenarnya dari komponen
yang diuji sedangkan hasil perhitungan pada tabel 4.8 adalah perancangan yang
akan dicapai atau yang diinginkan. Pada keluaran masing-masing kamar terdapat
frekuensi yang berbeda dan penyimpangan dari frekuensi acuan seperti tabel 4.8.
Untuk perhitungan penyimpangan dari setiap kamar adalah sebagai berikut:
Penyimpangan nilai frekuensi kamar 1 :
Error = 1 x100%
f f f
Acuan Kmr Acuan−
= 100%
2600 9 , 2412 2600
X
−
= 7,2%
Perhitungan diatas juga berlaku pada kamar 2, kamar 3, dan kamar 4. Hasil
Tabel 4.10. Penyimpangan (Error) Frekuensi (%)
Kamar Penyimpangan (Error) Frekuensi (%)
1 7,2
2 0,535
3 6,9
4 0,033
Berdasar perancangan rangkaian multivibrator astabil pada rangkaian
keluaran dan penerapan alat yang telah diuji dapat disimpulkan bahwa nilai
rata-rata frekuensi kamar 1-4 hasil pengujian rangkaian tersebut adalah 2412,9Hz;
2983,95Hz; 3911,93Hz; dan 5198,28Hz. Nilai-nilai tersebut sedikit menyimpang
dari nilai rata-rata perancangan yaitu 2600Hz, 3000Hz, 4200Hz, dan 5200Hz
tetapi penyimpangan (error) yang terjadi tidak mempengaruhi lama dan
panjangnya gelombang kotak (clock) yang dihasilkan sehingga tidak mengurangi
kemampuan alat untuk menghasilkan bunyi bel yang berbeda.
4.6
Pengujian Rangkaian
Multivibrator
Monostabil
Rangkaian multivibrator monostabil ini digunakan untuk menunda masa
aktif dari multivibrator astabil. Masa aktif dari astabil ditentukan oleh monostabil
tetapi pada perancangan alat pemanfaatan kode pada tombol bel pintu ini tunda
waktu kerja dari multivibrator astabil adalah 6 detik.
R
