bab ii landasan teori - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Dioda Yang memancarkan Cahaya
LED adalah dioda yang memancarkan cahaya, komponen ini adalah bahan
semi konduktor khusus yang dirancang untuk memancarkan cahaya, tapi pada
perancangan alat ini penulis juga menggunakan dua buah dioda yang memancarkan
dengan tipe yang berbeda, dioda yang digunakan adalah infra red emiting dioda,
penggunaan infra red emitting dioda ini karena dari sinilah sinar infra merah akan di
pancarkan dari rangkaian infra merah transmitter, sehingga cahaya tersebut dapat
terdeteksi oleh phototransistor yang ada pada rangkaian infra merah receiver. Apabila
diberi bias maju, energi electron yang mengalir melewati tahanan sambungan diubah
lansung menjadi energi cahaya infra merah, sinar infra merah tidak dapat terlihat oleh
mata manusia, dengan menambahkan obat gallium arsenide disertai berbagai bahan,
dapat dibuat LED dengan output yang dapat dilihat; sinar merah, hijau, kuning, atau
biru. Tapi dioda jenis ini tidak digunakan pada pembahasan perancangan alat yang
akan penulis buat.
LED
Gambar 2.1 Simbol Infra red Emitting Diode
4
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
2.2.
Phototransistor
Phototransistor adalah sebuah komponen semikoduktor yang fungsi utamanya
adalah sebagai detector cahaya infra merah, fototransistor yang paling sering dijumpai
adalah transistor bipolar NPN dengan sambungan kolektor-basis PN yang peka
cahaya. Apaila sambungan tersebut dikenai cahaya melalui lensa yang membuka pada
bungkus transistor, maka timbul aliran arus control yang menghidupkan transistor
ON. Aksi ini sama dengan yang terjadi pada arus basis emitor dari transistor NPN
biasa. Fototransistor dapat sebagai alat dengan dua kaki atau tiga kaki. Kaki basis
dapat dibawa keluar sehingga alat dapat digunakan sebagai transistor bipolar
konvensional, dengan atau tanpa tambahan keistimewaan kepekaan cahaya. Apabila
tidak ada cahaya yang masuk mengenai lensa yang membuka, hanya arus botol yang
sangat kecil mengalir antara kolektor dan emitor. Arus ini disebut arus gelap. Apabila
cahaya mengenai sambungan PN kolektor-basis, arus basis yang dihasilkan
berbanding langsung dengan intensitas cahaya. Aksi tersebut menghasilkan arus
kolektor yang dikuatkan. Kecuali untuk arus basis dibangkitkan, transistorfoto
bertindak seperti transistor bipolar konvensional.
LENSA
C
KOLEKTOR
B
BASIS
E
EMITOR
Gambar 2.2 Phototransistor Tipe tiga kaki
5
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
Semua transistor bipolar dan unipolar cukup kuat untuk digunakan sebagai
protodetektor dan dinamakan “phototransistor”. Sebuah phototransistor mempunyai
penguatan yang cukup tinggi ketika transistor itu bekerja, selain dari itu farbrikasi dari
phototransistor lebih komplit dibandingkan dengan photodiode dan phototransistor
dapat bekerja pada frekwensi tinggi. Sebuah phototransistor biasa digunakan untuk
mendeteksi sinar infra merah. Bagian luar phototransistor memperbolehkan cahaya
masuk ke dalam Kristal. Energi cahaya ini akan menciptakan pasangan hole-elektron
di dalam daerah base dan menyebabkan transistor bekerja. Dengan demikian
phototransistor dibuat tanpa base leat (kaki base).
2.3.
Relay Pengendali Elektromekanis
Relay pengendali elektromekanis (an electromechanical relay = EMR) adalah
saklar magnetis. Relay ini menghubungkan rangkaian beban ON atau OFF dengan
pemberian energi elektromekanis, yang membuka atau menutup kontak pada
rangkaian. EMR mempunyai variasi aplikasi yang luas baik pada rangkaian listrik
maupun elektronis. Misalnya EMR dapat digunakan pada control dari kran-daya
cairan dan banyak control urutan mesin, misalnya operasi pemboran (tanah),
pemboran (pelat), penggilingan dan penggerindaan.
Relay biasanya hanya mempunyai satu kujparan, tetapi relay dapat
mempunyai beberapa kontak. Pada jenis EMR, kontak ditunjuk sebagai normally
open (NO) dan normally close (NC). Apabila kumparan diberi tenaga, akan terjadi
medan magnet elektromagnetis. Aksi dari medan ini pada gilirannya menyebabkan
coil terjadi kemagnetan kumparan menutup kontak NO dan membuka kontak NC,
seperti yang ditunjukan pada gambar 2.3.
6
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
Kontak terbuka normal
Kontak tertutup normal
CR1
CR2
Contact
simbol
simbol
Gambar 2.3 Relay Elektromekanis
Kontak normally open akan terbuka ketika tidak ada arus yang mengalir pada
kumparan koil relay, tetapi tertutup scepatnya setelah kumparan menghantarkan arus
atau diberi tenaga. Kontak normally close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi
daya dan membuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya
digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan yang tidak diberi daya.
Relay biasanya mempunyai beberapa parameter penting, yaitu; tahanan gulungan,
tegangan operasi gulungan maksimum dan minimum, jumlah dan tipe kontak, rating
tegangan dan arus untuk kontak.
2.4.
Motor Arus Searah
Lebih dari 50% listrik yang diproduksi digunakan untuk daya motor, dan
motor tersebut digunakan untuk roda-roda industri. Motor listrik menggunakan energi
listrik dan energi magnet untuk menghasilkan energi magnetis. Operasi motor
tergantung pada interaksi dua medan magnet. Secara sederhana dikatakan bahwa dua
medan magnet dapat dibuat berinteraksi untuk menghasilkan gerakan. Tujuan motor
adalah untuk menghasilkan gaya yang menggerakan (torsi).
Motor arus searah jarang digunakan pada aplikasi industri umum karena
semua sistem utility listrik diperlengkapi dengan perkakas arus bolak-balik. Meskipun
7
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
demikian, untuk aplikasi khusus, adalah menguntungkan jika mengubah arus bolakbalik menjadi arus searah dengan menggunakan motor dc. Motor arus searah
digunakan dimana control torsi dan kecepatan dengan rentang yang lebar diperlukan
untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Meskipun demikian, susunan saklar komutator
menimbulkan masalah pada pemeliharaan sikat dan bunga api listrik. Operasi motor
dc magnet permanent ditunjukan pada gambar 2.4.
Sumber DC
+
--
S
N
S
Komuator
Sikat
N
Gambar 2.4 Operasi motor DC Magnet Permanen
2.5.
Semikonduktor
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti
dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah
konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan-bahan logam
seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam
memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak
bebas.
8
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
2.5.1. Susunan Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si),
Germanium (Ge) dan Gallium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan
satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun
belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini
dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah
oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak
mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir di pantai.
Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki
4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron,
sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ionion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0 oK), struktur atom silikon
divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.5 Struktur dua dimensi kristal Silikon
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti
atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat
isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.
Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas,
sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa
9
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi
konduktor yang baik.
Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu
mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping
dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak
dan permanen, yang diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Kenyataannya
demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius.
2.5.2. Tipe-N
Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang
pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan
doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki
kelebihan
elektron.
Kelebihan
elektron
membentuk
semikonduktor
tipe-n.
Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
Gambar 2.6 Doping atom pentavalen
2.5.3. TIPE-P
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat
semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah
10
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
bahan trivalent yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi.
Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang
bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron.
Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi
tipe-p.
Gambar 2.7 Doping atom trivalent
2.5.4. RESISTANSI
Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah
resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini
dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun
besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor
itu sendiri.
2.6.
Catu Daya untuk Mekanik Pintu Gerbang dan Infra Red Receiver
Kinerja alat ini sangat dipengaruhi oleh perangkat catu daya yang digunakan.
Untuk mendapatkan output tegangan yang bagus, diperlukan catu daya yang stabil.
Rangkaian infra merah control receiver menggunakan catu daya pada operasi normal
11
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
dengan regulator tegangan DC 9V berupa IC LM7809. Agar tegangan keluaran pada
pin3 stabil pada 9V, maka tegangan masukan pada pin1 antara 12V hingga 18V,
Simbol IC ditunjukan oleh gambar 2.8. IC ini terdapat beberapa versi. Untuk sistem
dengan konsumsi daya hanya 1A, dapat digunakan IC LM7805 dengan kemasan TO220 yang dilengkapi dengan metal pendingin.
7809
1
3
2
Gambar 2.8 IC LM7809
Sedangkan untuk memasok tegangan ke relay-relay pengendali menggunakan
regulator tegangan DC 12V, yang berupa IC LM7812 dan prisip kerjanya sama
dengan IC LM7805, namun pada IC LM7812 agar tegangan keluaran pada pin3 stabil
pada level 12V, maka tegangan masukan pada pin1 adalah antara 12V hingga 24V.
Rangkaian catu daya untuk alat pengendali saklar menggunakan sinar infra merah
ditunjukan oleh gambar 2.9.
+
1 AMP
220v
in
IC
7809
out
+
+
LED
Diode silicone
AC
Vout
9 volt
10uF/16v
2200uF
25v
ground
ground
0
_
TRAFO
in
+
out
IC 7812
Vout
+
CATU DAYA 9V & 12V
2200uF
25v
+
12 volt
ground
10uF/16v
ground
_
Gambar 2.9 Rangkaian catu daya 9V dan 12V
12
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
2.7.
Mikrokontroler PIC 16F84
Secara Sederhana mikrokontroler merupakan suatu IC yang di dalamnya berisi
CPU, ROM, dan I/O. Dengan adanya CPU tersebut maka mikrokontroler dapat
melakukan proses ‘berfikir’ berdasarkan program yang telah diberikan kepadanya.
Mikrokontroler banyak ditemukan pada peralatan elektronika yang serba otomatis.
Misalnya mesin cuci otomatis, microwave,oven, mesin fax sampai ke mesin fotocopy.
Mikrokontroler digunakan sebagai pusat pengontrol peralatan-peralatan elektronik
tersebut.
Mikrokontroler dapat dianggap sebagai komputer berukuran kecil. Untuk
dapat membuat suatu peralatan elektronik canggih berukuran cukup kompak, maka
dibutuhkan suatu alat yang akan mengontrol seluruh kegiatan peralatan tersebut.
Karena itu sangat dibutuhkan suatu mikrokontroler berukuran cukup kecil dan
berdaya rendah sehingga sangat dimungkinkan menggunakan baterai.
2.7.1. Komponen Penyusun Mikrokontroler
Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian / part seperti terlihat pada gambar
di bawah ini.
CPU
ROM
RAM
I/O
KOMPONEN LAIN
(OPSIONAL)
Gambar 2.10 Komponen Penyusun Mikrokontroler
13
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
Pada Gambar 2.10 menunjukan suatu mikrokontroler standard yang disusun oleh
komponen-komponen sebagai berikut:
a. CPU ( Central Processing Unit )
CPU ini merupakan pengontrol utama dalam suatu mikrokontroler. CPU pada
mikrokontroler ada yang berukuran 8-bit ada pula yang berukuran 16-bit, CPU ini
akan membaca program yang ada di dalam ROM dan melaksanakannya.
b. ROM ( Read Only Memory )
ROM merupakan suatu memori ( alat untuk mengingat ) yang memiliki sifat
hanya bisa dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia
mikrokontroler, ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler
tersebut. Program tersimpan dalam format biner ( ‘0’ atau ‘1’ ). Susunan bilangan
biner tersebut bila telah dibaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti tersendiri.
c. RAM ( Random Acces Memory )
Berbeda dengan ROM yang hanya bersifat hanya baca, maka RAM adalah
jenis memori yang selain dapat dibaca juga dapat ditulisi berulang kali. Tentunya
dalam pemakaian mikrokontroler ada semacam data yang bisa berubah pada saat
mikrokontroler tersebut bekerja. Perubahan data tersebut tentunya juga harus ke
dalam memori. Namun RAM tersebut tidak dapat mempertahankan isinya jika
catu daya listriknya dihilangkan.
d. I/O ( Input / Output )
Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan
terminal I/O (Port I/O). Port tersebut disebut sebagai Input/Output karena pada
umumnya port tersebut dapat dipakai sebagai masukan atau sebagai keluaran.
Sebagai masukan contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus mengawasi
sebuah saklar ( switch ) untuk mendeteksi apakah saklar tersebut ditekan atau
tidak. Sebagai keluarannya contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus
menyalakan sebuah LED.
14
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
e. Komponen Lainnya
Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, lainnya memiliki ADC (
Analog to Digital Converter ), dan komponen-komponen lainnya. Pemilihan
komponen tambahan yang sesuai dengan tugas kerja mikrokontroler akan sangat
membantu perancangan sehingga dapat mempertahankan ukuran yang kecil.
Apabila komponen-komponen di atas belum ada pada suatu mikrokontroler,
umumnya
komponen
tersebut
masih
dapat
ditambahkan
pada
sistem
mikrokontroler dengan melaui port-portnya.
Tulis Program
Pada Editor Teks
Kompilasi Program
Tersebut
Masukan Program
ke dalam
mikrokontroler
Mikrokontroler
ready in action
Gambar 2.11 Tahap-tahap Persiapan Mikrokontroler PIC16F84
2.8.
Spesifikasi Mikrokontroler PIC 16F84
Dalam keluarga PICmicro, mikrokontroler PIC 16F84 tidaklah terlalu
istimewa. Ia bahkan tidak memiliki ADC internal ataupun interface untuk komunikasi
serial atau 12C ( I square C ). Namun kebanyakan orang memakai mikrokontroler
PIC 16F84 untuk memulai menggunakan mikrokontroler buatan Microchip.
Walaupun tidak terlalu istimewa, namun mikrokontroler PIC 16F84 memiliki
fitur-fitur tertentu yang mungkin tidak terdapat pada mikrokontroler dari vendor lain.
Diantara fitur-fitur tersebut adalah sebagai berikut:
a. Hanya memerlukan 35 set instruksi
b. Semua instruksi berukuran 14-bit
15
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
c. Data berukuran 8-bit
d. Memori program berukuran 1024 x 14 pada Flash memori (1000 kali bacatulis)
e. 68 x 8 Register kegunaan umum (SRAM)
f. 15 Register kegunaan khusus
g. Data memori berukuran 64 x 8 pada EEPROM
h. Delapan tingkat stack perangkat keras
i.
Memiliki empat sumber sela ( interrupt )
j.
Memiliki 13 buah I/O ( 5 port A, dan 8 port B )
k. Dapat langsung men-drive LED
l. Terdapat timer 8-bit dengan pembagi 8-bit
m. Watchdog Timer (WDT) dengan internal osilator
n. Fuse untuk kode pengamanan
o. Mode pengurangan daya ( SLEEP)
p. Dapat memakai beberapa jenis osilator
q. Pemrograman di dalam sistem
r. Berukuran fisik hanya 18-pin
Mikrokontroler PIC 16F84 terbuat dengan teknologi CMOS ( Complementary
Metal Oxide Semiconductor ) sehingga dapat didayai dengan baterai. Mikrokontroler
ini dapat didayai dengan menggunakan catu daya 2V sampai 6V sehingga cukup
fleksibel dalam pemakaiannya. Susunan pin pada mikrokontroler PIC 16F84
ditunjukan pada gambar 2.12.
16
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
Gambar 2.12 Susunan pin mikrokontroler PIC 16F84
Berikut ini adalah penjelasan dari pin-pin mikrokontroler PIC 16F84 yang
dijelaskan oleh table 2.1.
17
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
Tabel 2.1 Daftar Pin-pin Pada Mikrokontroler PIC 16F84
NAMA PIN
PIN
KETERANGAN
VDD
14
Sumber day + (positif)
VSS
5
Ground
OSC1/CLKIN
16
Masukan untuk Detak (pin untuk
kristal/RC)
OSC2/CLKOUT
15
Output Detak (pin untuk kristal/RC)
MCLR#
4
Master Clear / Reset aktif rendah (Vpp
untuk program)
RA4/TOCK1
3
Port A bit 4 / Masukan untuk timer
RA0
17
Port A bit 0
RA1
18
Port A bit 1
RA2
1
Port A bit 2
RA3
2
Port A bit 3
RB0/INT
6
Port B bit 0 / Masukan sela (interrupt)
RB1
7
Port B bit 1
RB2
8
Port B bit 2
RB3
9
Port B bit 3
RB4
10
Port B bit 4
RB5
11
Port B bit 5
RB6
12
Port B bit 6
RB7
13
Port B bit 7
JUMLAH PIN
18 PIN
2.9.
MIKROKONTROLER PIC16F84
Arsitektur Sistem Harvard
Mikrokontroler PIC16F84 menggunakan arsitektur computer Harvard.
Arsitektur ini dikembangkan oleh Universitas Harvard. Pada arsitektur ini terjadi
18
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
pemisahan bus antara Bus Data dengan Bus Alamat. Keuntungannya adalah dapat
digunakan suatu kata panjang ( long word ) tunggal untuk perintah yang
membutuhkan hanya satu lokasi pada program memori. Instruksinya memiliki 5
langkah, yaitu;
a. Pengambilan kode operasi
b. Penerjemah kode operasi
c. Pembacaan operand
d. Pelaksanaan kode operasi
e. Penulisan operand
Gambar 2.13 adalah gambar yang menunjukan arsitektur Harvard secara
umum dimana terjadi pemisahan antara bus dan bus alamat.
PROGRAM
MEMORI
CPU
DATA
MEMORI
Gambar 2.13 Arsitektur Harvard
Mikrokontroler PIC 16F84 menggunakan set instruksi yang sedikit. Hal ini
karena mikrokontroler PIC 16F84 termasuk dalam golongan computer RISC (
Reduced Instruction Set Computer ). Mikrokontroler RISC melaksanakan perintah
lebih cepat dari pada alat CISC namun ia mempunyai kekurangan beberapa operasi
akan memerlukan lebih banyak lokasi pada program memori.
19
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
2.10. ALU ( Arithmetic Logic Unit )
ALU pada mikrokontroler PIC 16F84 lebarnya 8-bit yang dapat melaksanakan
operasi penjumlahan, pengurangan, pergeseran dan operasi logika. Kecuali disebutkan
lain, semua operasi arithmetic memakai sistem komplemen dua.
Pada operasi dua operand, biasanya satu operand adalah register kerja (
Working Register = W ). Operand lainnya adalah register file atau suatu kPada
instruksi dengan operand tunggal, operandnya bisa berupa register W atau register
file. W register lebarnya 8-bit tidak berada pada memori.
2.11. Reset
Reset merupakan proses untuk membuat mikrokontroler kembali ke keadaan
semula. Reset dapat dipandang sebagai interupsi perangkat keras yang tidak dapat
ditolak oleh mikrokontroler.
2.12. Osilator ( Osc )
Suatu mikrokontroler tidak akan dapat bekerja jika tidak diberi detak ( clock )
melalui suatu osilator. Osilator adalah suatu rangkaian yang akan memberikan suatu
pulsa mikrokontroler yang digunakan untuk mensinkronkan sistem yang ada dalam
mikrokontroler tersebut. Untuk mengaktifkan sumber clock ini cukup dengan
menambahkan rangkaian pasif saja seperti resistor / kapasitor ( RC Oscilator ), Kristal
atau Keramik Resonator. Salah satu keistimewaan mikrokontroler PIC 16F84 adalah
terdapatnya 4 pilihan penggunaan osilator. Untuk pemakaian yang tidak memerlukan
pewaktu yang kritis, bahkan dapat menggunakan sepasang risitor dan kapasitor saja
sebagai osilator.
20
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
vcc
5K
PIC16F84
OSC/CLKIN
20pF
Gambar 2.14 PIC 16F84 Menggunakan RC osilator
Untuk pemakaian mikrokontroler yang memerlukan pewaktu kritis, maka
perlu menggunakan osilator kristal. Osilator kristal dapat dianggap yang paling baik
diantara jenis osilator lainnya.
15pF
XTAL
OSC/CLKIN
PIC16F84
4MHz
OSC/CLKIN
15pF
Gambar 2.15 PIC 16F84 menggunakan osilator kristal
Untuk pemakaian yang kompak dapat menggunakan keramik resonator,
keramik resonator ini memiliki 3 terminal yang masing-masing dihubungkan dengan:
a. OSC1
b. Ground
21
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
c. OSC2
Penulis menggunakan keramik resonator untuk membuat alat ini, hal ini
karena hanya satu komponen yang diperlukan yakni resonator itu sendiri.
Keramik
Resonator
OSC1
PIC16F84
OSC2
Gambar 2.16 PIC 16F84 menggunakan resonator
Ada juga yang menggunakan sumber detak dari luar, untuk menghidupkan
mikrokontroler PIC 16F84 seperti yang ditunjukan oleh gambar 2.17.
Detak dari
sistem luar
OSC1
PIC16F84
open
OSC2
Gambar 2.17 Mikrokontroler dengan detak dari sumber luar
22
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
2.13. Timer / Counter
Mikrokontroler PIC 16F84 dilengkapi dengan suatu Timer/Counter 8-bit.
Timer/Counter ini dapat dipakai untuk beberapa keperluan. Diantaranya adalah untuk
menghasilkan tundaan ( delay ), untuk menghitung pulsa yang masuk ( fungsi counter
), penghasil baud rate dan lain-lain. Timer/Counter ini berukuran 8-bit dan dilengkapi
juga dengan prescaler ( pembagi ) 8-bit.
2.14. Program
Selain elemen-elemen yang telah disebutkan di atas, mikrokontroler juga
memerlukan suatu program agar dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan.
Program untuk mikrokontroler dapat ditulis dengan bahasa C, bahasa assembler,
namun itu semua harus di kompilasi terlebih dulu untuk mendapatkan file eksekusi
dengan ekstensi .HEX. File HEX inilah yang akan di download ke memori pada
mikrokontroler PIC 16F84, tentunya dengan menggunakan sebuah downloader yang
dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.18 Rangkaian downloader program PIC 16F84
23
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
N
y
bu
to
k
lic
R e g is t e r
S ta c k
simulator
S to p w a tc
P ro g ra m
ASM
T r a n s la t o r
P ro g ra m
HEX
P rog ra m m e r
P IC
16F84
Gambar 2.19 Tahap-tahap Implementasi PIC 16F84
2.15. Catu Daya Sistem Mikrokontroler
Kinerja sistem mikrokontroler sangat dipengaruhi oleh perangkat catu daya
yang digunakan. Untuk mendapatkan sistem yang handal, diperlukan sistem catu daya
yang stabil. Miukrokontroler PIC 16F84 menggunakan catu daya pada operasi normal
dengan regulator tegangan DC 5V berupa IC LM7805. Agar tegangan keluaran pada
pin3 stabil pada 5V, maka tegangan masukan pada pin1 antara 7V hingga 24V. IC ini
terdapat bebrapa versi. Untuk sistem dengan konsumsi daya hanya 1 A, dapat
digunakan LM7805 dengan kemasan TO-220 yang dilengkapi dengan metal
pendingin. Namun jika sistem yang dibuat hanya mengkonsumsi daya sekitar 50 mA,
menggunakan tipe LM78L05 dengan kemasan TO-92 yang dapat menangani arus
hingga 100 mA.
24
.d o
m
o
.c
Text editor
c u -tr a c k
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
1 AMP
12V
OUT
IC 7805
22uF GND
10uF
100uF
+ 5V
IN
AC
Diode silicone
220v
10K
0
TRAFO
Gambar 2.20 Rangkaian Catu Daya Untuk Mikrokontroler
2.16. Prinsip Kerja Kunci Gerbang Elektronik Menggunakan Mikrokontroler
PIC 16F84 dan Infrared Remote Control
Ide dasar dari pembuatan alat pengendali saklar ini adalah semakin banyaknya
kendali peralatan rumah tangga yang diatur melalui jarak jauh, seperti; menggunakan
Bluetooth, Wifi, SMS ponsel, jaringan telepon, dan sinar Infra Merah. Awalnya
teknologi ini hanya digunakan sebagai alat komunikasi saja. Tapi karena
pekembangannya sangat cepat maka sekarang teknologi-teknologi ini bukan sekedar
alat komunikasi data saja, namun dapat diaplikasikan ke berbagai peralatan elektrik
lainnya. Pada kesempatan ini penulis akan membuat sebuah alat yang media
utamanya menggunakan mikrokontroler dan infra red remote control untuk
mengoperasikan pintu gerbang. Alat ini cukup sederhana, pada saat push button pada
rangkaian infra merah transmitter ditekan, maka infra red emitting diode akan
memancarkan cahaya sedangkan cahaya tersebut tidak dapat ditangkap oleh mata
manusia sehingga dipelukan phototransistor untuk mendeteksinya. Phototransistor
adalah merupakan sebuah transistor yang akan saturasi pada saat menerima sinar infra
merah dan cut off pada saat tidak ada sinar infra merah. Infra red Module adalah
sebuah rangkaian yang terdiri dari sebuah phototransistor dan filter yang terbentuk
dalam satu rangkaian, dimana collector dari phototransistor adalah merupakan output
dari rangkaian ini. Pada saat phototransistor cut off maka tidak terjadi aliran arus dari
collector menuju emitter sehingga collector yang merupakan output yang akan masuk
25
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
N
y
bu
to
k
lic
ke relay 5V DC akan berkondisi high, normally open akan ke posisinya NO dan
normally close akan ke posisi NC pula. Apabila phototransistor saturasi maka arus
mengalir dari collector menuju emitter dan output pada module ini akan berkondisi
low, normally open akan berubah menjadi NC sedangkan normally close akan
berubah menjadi NO. Blok diagram bekerjanya alat pengendali ini ditunjukan oleh
gambar 2.10.
Output relay ini akan diteruskan ke rangkaian control pada mikrokontroler PIC
16F84, output relay dari rangkaian infra red receiver ini berfungsi sebagai push button
pada pin RA1 mikrokontroler, pin RA0 adalah output dari rangkaian control ini dan
masuk ke rangkaian penggerak pintu sehingga akan menggerakan motor DC 5V
membuka dan menutup. Bekerjanya rangkaian control ini adalah pada saat pin RA1
aktif akibat dari relay pada rangkaian infra red receiver, maka pin RA0 pada
mikrokontroler ini akan berubah ke posisi biner ‘1’ ( aktif ), karena arus yang
dikeluarkan oleh mikrokontroler PIC 16F84 kurang dari 5V, sehingga tidak dapat
menggerakan relay pada rangkaian control tersebut, sehingga diperlukan transistor
2N3053. Output dari rangkaian program control ini akan masuk ke rangkaian mekanik
penggerak pintu sebagai peraga dari alat ini.
INFRA RED
TRANSMITTER
INFRA RED
RECEIVER
RANGK.
CONTROL
PIC16F84
Blok diagran kunci elektronik
PERAGA /
MEKANIK PINTU
Gambar 2.21 Blok diagram Kunci Gerbang Elektronik
26
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u -tr a c k
.c