5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bunyi Gelombang bunyi

5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bunyi
Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena
perapatan dan perenggangan dalam medium gas, cair atau padat.Gelombang itu
dihasilkan ketika sebuah benda, seperti garpu tala atau senar biola, yang
digetarkan dan menyebabkan gangguan kerapatan medium.Gangguan dijalarkan
di dalam medium melalui interaksi molekul-molekulnya.Getaran molekul tersebut
berlangsung sepanjang penjalaran gelombang (Tipler, 1998).
Defenisi yang paling umum dari bunyi (sound) adalah bahwa bunyi
merupakan sebuah gelombang longitudinal dalam suatu medium. Gelombang
bunyi yang paling sederhana adalah gelombang sinusoidal, yang mempunyai
frekuensi, amplitudo, dan panjang gelombang tertentu.
Telinga manusia adalah sebuah instrumen yang kepekaannya luar biasa,
mampu mendeteksi bunyi yang begitu halus di mana bunyi itu menggerakkan
gendang telinga hanya dalam jarak yang mikroskopik.Tetapi kepekaan ini dapat
dirusak oleh bunyi yang terlalu keras.Paparan yang berlebihan dari kebisingan
atau derau yang nyaring dapat menghancurkan sel-sel rambut di dalam telinga
bagian dalam, yang menghalangi lewatnya sinyal sepanjang saraf pendengar dari
telinga ke otak.Pelindung pendengaran sangat penting bagi setiap orang yang
bekerja dalam lingkungan yang kebisingannya tinggi (Young, 2003).
Menurut Halliday & Resnick (1984) ada suatu jangkauan frekuensi yang
dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada sensasi pendengaran.
Jangkauan ini adalah kira-kira sekitar 20 Hz sampai 20.000 Hz, yang dinamakan
jangkauan yang dapat didengar (audible range).Sebuah gelombang mekanis
longitudinal
yang
frekuensinya
berada
di
bawah
jangkauan
yang
Universitas Sumatera Utara
6
kedengarantersebut dinamakan gelombang infrasonik (infrasonic wave), dan
gelombang yang frekuensinya berada di atas jangkauan yang kedengaran
dinamakan gelombang ultrasonik (ultrasonic wave).
Gelombang yang kedengaran berasal mula di dalam tali-tali yang bergetar
(biola atau pita suara manusia), kolom udara yang bergetar (klarinet), dan pelat
serta selaput yang bergetar (gambang, pengeras suara, dan tambur).Suara elemen
yang bergetar ini secara bergantian menempatkan udara di sekitarnya sewaktu
bergerak ke belakang.Udara tersebut mentransmisikan gangguan-gangguan ini
keluar dari sumber sebagai gelombang.Sewaktu memasuki telinga, maka
gelombang-gelombang ini menghasilkan sensasi bunyi.
Bentuk gelombang yang kira-kira periodik atau terdiri dari sejumlah kecil
komponen yang kira-kira periodik akan menimbulkan suatu sensasi yang
menyenangkan (jika intensitasnya tidak terlalu tinggi), seperti, misalnya,bunyi
musik. Bunyi yang mempunyai bentuk gelombang yang tidak periodik akan
terdengar seperti derau atau noise.
Gelombang bunyi menurut Young (2003) dapat juga dijelaskan sebagai
perubahan tekanan di berbagai titik. Dalam sebuah gelombang bunyi sinusoidal di
udara, tekanan berfluktuasi di atas dan di bawah tekanan atmosfer p dalam suatu
perubahan sinusoidal dengan frekuensi yang sama seperti gerak partikel udara itu.
Telinga manusia bekerja dengan mengindera perubahan tekanan seperti itu.
Gelombang bunyi yang memasuki saluran telinga mengerahkan tekanan yang
berfluktuasi pada satu sisi gendang telinga; udara pada posisi lain gendang telinga,
yang dilepas keluar oleh tabung Eustachio, berada dalam tekanan atmosfer.
Perbedaan tekanan pada kedua sisi gendang telinga menyebabkan gendang
telinga itu bergerak.Mikrofon dan alat-alat serupa biasanya mengindera perbedaan
tekanan, bukan pergeseran.
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.1 Persepsi Gelombang Bunyi
Karakteristik fisis gelombang bunyi secara langsung dikaitkan dengan persepsi
bunyi itu oleh seorang pendengar.Untuk frekuensi tertentu, semakin besar
amplitudo tekanan sebuah gelombang bunyi sinusoidal, maka semakin besar pula
kenyaringan (loudness) yang dirasakan.
Hubungan antara amplitudo tekanan dan kenyaringan bukanlah sebuah
hubungan yang sederhana, dan hubungan itu bervariasi dari satu orang dengan
orang lain. Satu faktor penting adalah bahwa telinga tidak sama kepekaannya
untuk semua frekuensi dalam jangkauan yang dapat didengar. Bunyi pada suatu
frekuensi dapat terlihat lebih nyaring daripada bunyi beramplitudo tekanan sama
pada frekuensi yang berbeda. Pada 1000 Hz amplitudo tekanan minimum yang
dapat dirasakan dengan pendengaran normal adalah kira-kira 3x 10 Pa; untuk
menghasilkan kenyaringan yang sama pada 200 Hz atau 15.000 Hz diperlukan
kira-kira 3x 10 Pa.
Kenyaringan
yang
dirasakan
juga
bergantung
pada
kesehatan
telinga.Kehilangan kepekaan pada ujung frekuensi tinggi biasanya terjadi secara
alami dengan bertambahnya umur tetapi dapat lebih diperburuk lagi oleh tingkat
kebisingan yang berlebihan.Pengkajian telah memperlihatkan bahwa banyak
musisi rock muda telah menderita kerusakan telinga permanen dan mempunyai
pendengaran orang yang berusia 65 tahun.
Perangkat yang dipakaikan di kepala untuk mendengarkan stereo yang
mudah dibawa (portable stereo headset) yang digunakan pada volume tinggi akan
merupakan ancaman yang serupa bagi pendengaran.
Frekuensi sebuah gelombang bunyi adalah faktor utama dalam
menentukan titi nada (pitch) bunyi, yakni kualitas yang membuat kita dapat
menggolongkan bunyi itu sebagai “tinggi” atau “rendah”. Semakin tinggi
frekuensi sebuah bunyi (di dalam jangkauan yang dapat didengar), maka semakin
tinggi pula titi nada yang dapat dirasakan oleh seorang pendengar.
Universitas Sumatera Utara
8
Amplitudo tekanan juga memainkan peranan dalam menentukan titi nada.
Bila seorang pendengar membandingkan dua gelombang bunyi sinusoidal dengan
frekuensi yang sama tetapi amplitudo tekanan yang berbeda, maka gelombang
bunyi dengan amplitudo tekanan yang lebih besar biasanya dirasakan lebih
nyaring tetapi titi nadanya sedikit lebih rendah.
2.1.2 Skala Desibel
Kekerasan bunyi menurut Bueche (2006) adalah ukuran persepsi manusia akan
bunyi. Meskipun gelombang bunyi dengan intensitas yang tinggi dianggap lebih
keras daripada gelombang dengan intensitas lebih rendah, hubungannya jauh dari
linear.Sensasi bunyi kira-kira proporsional dengan logaritma intensitas bunyi.
Tetapi hubungan yang pasti antara kekerasan dan intensitas adalah rumit sehingga
tidak sama untuk setiap individu. Tingkat intensitas atau tingkat bunyi (β)
didefenisikan dengan suatu skala sembarang yang kurang lebih sesuai dengan
sensasi kekerasan bunyi.Desibel adalah satuan tidak berdimensi.Telinga normal
dapat membedakan antara intensitas yang perbedaannya hingga 1 dB.
Menurut Young (2003) karena telinga peka terhadap jangkauan intensitas
yang begitu lebar maka biasanya digunakan skala intensitas logaritmik.
Tingkat intensitas bunyi (sound intensity level) β sebuah gelombang bunyi
didefenisikan oleh persamaan:
β = (10 dB) log (2.1)
Dalam persamaan ini, I
sebesar 10
adalah sebuah intensitas acuan yang dipilih
W/m , mendekati ambang pendengaran manusia pada 1000 Hz.
Tingkat intensitas bunyi dinyatakan dalam desibel, yang disebut dB. Desibel
adalah
bel, sebuah satuan yang dinamakan untuk menghormati Alexander
Graham Bell, penemu telepon.Satuan bel terlalu besar untuk digunakan
Universitas Sumatera Utara
9
dalamkebanyakan keperluan, dan desibel adalah satuan tingkat intensitas bunyi
yang bisa digunakan.
Jika intensitas sebuah gelombang bunyi sama dengan I atau 10
W/m ,
tingkat intensitas bunyinya adalah 0 dB. Sebuah intensitas sebesar 1 W/m
bersesuaian dengan 120 dB.Tabel 2.1 mencantumkan tingkat intensitas bunyi
dalam desibel dari beberapa bunyi yang cukup dikenal.Persamaan 2.1 dapat
digunakan untuk memeriksa nilai tingkat intensitas bunyi β yang diberikan untuk
setiap intensitas dalam tabel tersebut.
Tabel 2.1 Tingkat intensitas bunyi dari berbagai sumber (nilai perwakilan)
Intensitas, I (W/m )
Sumber atau
Deskripsi Bunyi
Tingkat Intensitas
Bunyi, β (dB)
Ambang rasa sakit
120
Pengeling
95
Kereta api yang
ditinggikan
Lalu lintas yang ramai
90
10
70
10
Pembicaraan biasa
65
Mobil yang bunyinya
tidak berisik
50
10
Radio rumah yang
bunyinya tidak keras
40
10
Pembisik rata-rata
Desir dedaunan
20
10
10
10
Ambang pendengaran
pada 1000 Hz
0
1
3,2 x 10
3,2 x 10
10
Karena telinga itu tidak sama kepekaannya untuk semua frekuensi dalam
jangkauan yang dapat didengar, maka beberapa alat ukur tingkat bunyi memberi
bobot berbagai frekuensi secara berbeda. Salah satu skema seperti itu
menghasilkan skala yang dinamakan dBA; skala ini agak mengabaikan frekuensi
rendah dan frekuensi yang sangat tinggi, dimana telinga menjadi kurang peka
dibandingkan di frekuensi di tengah jangkauan.
Universitas Sumatera Utara
10
2.1.3 Efek Doppler
Fenomena ini pertama kali dijelaskan oleh ilmuwan Austria Christian Doppler
pada abad ke-19, dan dinamakan efek Doppler (Doppler Effect). Bila sebuah
sumber bunyi dan seorang pendengar bergerak relatif terhadap satu sama lain,
maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar itu tidak sama dengan
frekuensi sumber.
2.1.3.1 Pendengar yang Bergerak
Sumber bunyi memancarkan sebuah gelombang bunyi dengan frekuensi f dan
panjang gelombang λ = v f . Puncak-puncak gelombang yang mendekati
pendengar yang bergerak itu mempunyai laju perambatan relatif terhadap
pendengar sebesar v
v . Maka frekuensi f dimana puncak-puncak itu tiba di
posisi pendengar (yakni, frekuensi yang didengar oleh pendengar) adalah:
!" #
$% $&
'
#
$% $&
$
()
(2.2)
atau:
$% $&
!" # *
$
+ !, # *1
$&
$
+ !,
(2.3)
Maka seorang pendengar yang bergerak menuju sebuah sumber (V > 0),
mendengar frekuensi yang lebih tinggi (titi nada yang lebih tinggi) daripada yang
didengar oleh seorang pendengar stasioner.
Seorang pendengar yang bergerak menjauhi sumber itu (V < 0) mendengar
frekuensi yang lebih rendah (titi nada yang lebih rendah).
Universitas Sumatera Utara
11
2.1.3.2 Sumber yang Bergerak dan Pendengar yang Bergerak
Misalkan sumber bunyi juga bergerak, dengan kecepatan v , laju gelombang
relatif terhadap medium gelombang itu (udara) masih sama dengan v; laju
gelombang itu ditentukan oleh sifat-sifat medium dan tidak berubah oleh gerak
sumber itu. Tetapi panjang gelombang tidak lagi sama dengan v f . Inilah
sebabnya mengapa waktu untuk pemancaran satu siklus gelombang adalah
periode T # 1 f . Selama waktu ini, gelombang itu berjalan sejauh vT # v f
v
dan sumber itu bergerak sejauh v T #
f . Panjang gelombang adalah jarak
antara puncak-puncak gelombang yang berturutan, dan ini ditentukan oleh
pergeseran relatif sumber dan gelombang. Panjang gelombang di depan sumber
yang bergerak adalah:
/#
$
()
0
$)
()
#
$ $)
(2.4)
()
Panjang gelombang di belakang sumber yang bergerak adalah:
/#
$%$)
()
( 2.5)
Gelombang-gelombang di depan sumber dan di belakang sumber berturutturut dikompresikan dan diregangkan oleh gerak sumber itu. Untuk mencari
frekuensi yang didengar oleh pendengar di belakang sumber itu, maka
disubstitusikan Persamaan (2.5) ke dalam bentuk pertama dari Persamaan (2.2).
!" #
$% $&
'
!" #
#
$% $&
$% $)
1(
)
$% $&
!
$% $) ,
,
(2.6)
Universitas Sumatera Utara
12
2.1.4 Kebisingan Bunyi
Bising adalah suara-suara yang tidak dikehendaki atau secara ilmiah
diartikan sebagai sensasi yang diterima telinga sebagai akibat fluktuasi tekanan
udara ‘superimposing’ tekanan atmosfir/udara yang steady, atau dengan kata
lainbising merupakan sejenis vibrasi/energi yang dikonduksikan dalam media
udara, cairan, padatan, dan dapat memasuki telinga serta menimbulkan sensasi
pada alat dengar.
Berdasarkan pengaruhnya terhadap manusia, kebisingan dapat dibedakan
menjadi tiga jenis, yaitu: kebisingan yang mengganggu (irritating noise),
kebisingan yang menutupi (masking noise), dan kebisingan yang merusak
(damaging/injurious noise) (Buchari, 2007).
Menteri Negara Lingkungan Hidup sendiri telah mengeluarkan keputusan
mengenai baku tingkat kebisingan di berbagai kawasan/lingkungan kegiatan yang
dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No KEP48/MENLH/11/1996 mengenai baku tingkat kebisingan
Peruntukan kawasan/lingkungan kegiatan
Tingkat kebisingan
(dBA)
A. Peruntukan Kawasan
1. Perumahan dan pemukiman
55
2. Perdangan dan jasa
70
3. Perkantoran dan perdangangan
65
4. Ruang terbuka hijau
50
5. Industri
70
6. Pemerintahan dan fasilitas umum
60
7. Rekreasi
70
8. Khusus:
-Bandar udara*)
-Stasiun kereta api*)
Universitas Sumatera Utara
13
-Pelabuhan laut
70
-Cagar budaya
60
B. Lingkungan Kegiatan
1. Rumah sakit atau sejenisnya
55
2. Sekolah atau sejenisnya
55
3. Tempat ibadah atau sejenisnya
55
Keterangan:
*) disesuaikan dengan ketentuan Menteri Perhubungan
Menurut komunitas audology bahwa percakapan normal dapat diukur pada
tingkatan 50-70 dB. Keadaan bising terlalu lama dapat membuat pendengaran kita
terganggu, karena telinga memiliki daya yang terbatas untuk bisa menerima input
suara. Batas aman untuk telinga kita untuk dapat bekerja dengan baik yaitu 80-85
desibel (dB), pada level tersebut sudah disarankan untuk menggunakan pelindung
telinga.
Bahaya yang ditimbulkan apabila melebihi batas aman cukup mengerikan,
misalnya jika tingkat kebisingan mencapai 90 dB itu berpotensi merusak
pendengaran kita dalam waktu 8 jam, misalkan suara truk dalam kemacetan. Pada
level 100 dB akan merusak pendengaran dalam waktu 2 jam, misalnya suara
gergaji mesin atau suara headset. Pada level 105 dB akan merusak pendengaran
dalam waktu 1 jam, misalnya suara helikopter. Pada level di atas itu akan lebih
membahayakan lagi, bahkan pada level 140 db bisa membuat kita tuli dalam
sekejap.Pencemaran suara secara terus-menerus dengan tingkat kebisingan di atas
80 dB dapat mengakibatkan efek atau dampak yang merugikan bagi kesehatan
manusia. Keterangan serupa juga ditetapkan oleh Departmen Of Labor OSHA
yaitu peraturan mengenai berapa lama tingkat kebisingan tertentu yang boleh
didengar per harinya oleh pekerja.
Beberapa efek samping negatif atau akibat yang ditimbulkan dari
kebisingan bunyi ditunjukkan pada Tabel 2.3 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
14
Tabel 2.3 Jenis-jenis dari akibat kebisingan
Akibat-Akibat Badaniah
Akibat-Akibat Fisiologis
Akibat-Akibat Psikologis
Kehilangan pendengaran
Rasa tidak nyaman atau
stress meningkat
Gangguan emosional
Kejengkelan
Perubahan ambang batas
sementara akibat kebisingan
Tekanan darah meningkat
Kebingungan
Perubahan ambang batas
permanen akibat kebisingan
Sakit kepala
Gangguan gaya hidup
Gangguan tidur atau
istirahat
2.1 5 Alat Pengukur Kebisingan Bunyi
Sound level meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur seberapa
besar suara bising mempengaruhi pekerja dalam melaksanakan tugasnya. Alat ini
digunakan untuk mengukur intensitas kebisingan antara 30-130 dBA dan dari
frekuensi 20Hz-20.000Hz. Gambar dari sound level meter ditunjukkan pada
gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1 Sound Level Meter
Alat pengukur kebisingan bunyi ini juga terdapat pada aplikasi android
yang dikenal dengan sound meter.Besarnya tingkat kebisingan suara diukur
melalui mikrofon yang terdapat pada ponsel dalam satuan dB.Perangkat pada
android telah dikalibrasi dengan menggunakan alat ukur yang sebenarnya dalam
Universitas Sumatera Utara
15
dB (A) yaitu sound level meter.Pada Gambar 2.2 ditunjukkan gambar aplikasi
Sound Meter yang terdapat pada smart phone android.
Gambar 2.2 Aplikasi Sound Meter
2.2 Analog Sound Sensor
Analog sound sensor merupakan rangkaian sensor yang digunakan untuk
mendeteksi kebisingan.Sensor yang dipakai adalah jenis mikrofon kondensor yang
berfungsi untuk mengubah gelombang sinusoidal suara menjadi gelombang sinus
energi listrik.Atau dengan kata lain, mikrofon akan berfungsi mendeteksi
perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh bunyi dan mengubahnya menjadi
tegangan analog.
Mikrofon kondensor (mic condesor) pada umumnya berbentuk bulat
dengan ukuran kecil dimana didalam mikrofon tersebut terdapat dua buah plat
yang sangat tipis sebagai diafragmayang akan menerima setiap getaran-getaran
yang bersumber dari luar atau yang disebabkan adanya perbedaan tekanan udara
pada setiap detiknya sehingga menghasilkan getaran. Getaran tersebut diterima
plat, oleh sebab itu mikrofon kondensor dapat merespon suara yang jauh atau
frekuensi tinggi, prinsip kerjanya adalah tidak dapat bekerja jika tidak diberikan
tegangan, karena itu mikrofon kondensor tidak bisa dipergunakan secara
langsung, harus ada tambahan rangkaian penguat. Bentuk fisik dari mikrofon
kondensor ditunjukkan oleh Gambar 2.3.
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.3 Bentuk fisik mikrofon kondensor
2.3 Mikrokontroler AVR ATmega8535
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) dari Atmel ini
menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya
prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih
lebih sedikit dibandingkan
dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC (Complex Instruction Set
Computer).
Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar (belum tentu
sederhana), sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus
mesin untuk menjalankannya.Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan 2
siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur
ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi
eksekusi instruksi selesai dikerjakan
dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal.
Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan
langsung pada sistemnya.
Sekarang ini, AVR dapat dikelompokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga
ATiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega,
ATmega, keluarga AT90CAN, keluarga
AT90PWM dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing
kelas adalah memori, periperal,
periperal, dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan
instruksi yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam
pembuatan sistem ini, digunakan salah satu
satu produk ATMEL dari keluarga
ATmega yaitu ATmega8535.
Universitas Sumatera Utara
17
2.3.1 Arsitektur ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur-fitur utama, seperti berikut:
Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
1. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
2. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
3. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
4. Watchdog Timer dengan osilator internal.
5. SRAM sebesar 512 Byte.
6. Memori Flash sebesar 8 KBytes dengan kemampuan Read While Write.
7. Unit interupsi internal dan eksternal.
8. Port antarmuka SPI.
9. EEPROM sebesar 512 Byte yang dapat diprogram saat operasi.
10. Antarmuka komparator analog.
11. Port USART untuk komunikasi serial.
Mikrokontroler AVR ATmega8535 merupakan mikrokontroler produksi
Atmel dengan 8 KByte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan
512 Bytes Internal SRAM.AVR ATmega8535 memiliki seluruh fitur yang
dimiliki AT90S8535.Selain itu, konfigurasi pin AVR ATmega8535 juga
kompatibel
dengan
AT90S8535.Diagram
blok
arsitektur
ATmega8535
ditunjukkan oleh Gambar 2.4.Terdapat sebuah inti prosesor (processor core) yaitu
Central Processing Unit, di mana terjadi proses pengumpanan instruksi (fetching)
dan komputasi data.
Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit
ALU (Arithmatic and Logic Unit). Tedapat empat buah port masing-masing
delapan bit dapat difungsikan sebagai masukan maupun keluaran. Media
penyimpan program berupa Flash Memory, sedangkan penyimpan data berupa
SRAM (Static Ramdom Access Memory) dan EEPROM (Electrical Erasable
Programmable Read Only Memory).Untuk komunikasi data tersedia fasilitas SPI
(Serial Peripheral Interface), USART (Universal Synchronous and Asynchronous
Universitas Sumatera Utara
18
serial Receiver and Transmitter), serta TWI(Two-wire Serial Interface).Di
samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC (Analog Comparator), 8 kanal
10 bit ADC (Analog to Digital Converter), 3 buah Timer/Counter, WDT
(Watchdog Timer), manajemen penghematan daya (Sleep Mode), serta osilator
internal 8 MHz. Seluruh fitur terhubung ke bus 8 bit. Unit interupsi menyediakan
sumber interupsi hingga 21 macam. Sebuah stack pointer selebar 16 bit dapat
digunakan untuk menyimpan data sementara saat interupsi.
Gambar 2.4 Arsitektur ATmega8535
Universitas Sumatera Utara
19
Mikrokontroler ATmega8535 dapat dipasang pada frekuensi kerja hingga
16 MHz (maksimal 8 MHz untuk versi ATmega8535). Sumber frekuensi bisa dari
luar berupa osilator kristal, atau menggunakan osilator internal.
Keluarga AVR dapat mengeksekusi instruksi dengan cepat karena
menggunakan teknik “memegang sambil mengerjakan” (fetch during execution).
Dalam satu siklus clock, terdapat dua register independen yang dapat diakses oleh
satu instruksi.
2.3.2 Konfigurasi Pin
ATmega8535 terdiri atas 40 pin dengan konfigurasi seperti pada Tabel 2.4
Tabel 2.4Deskripsi pin ATmega8535
Nama Pin
Fungsi
VCC
Catu daya
GND
Ground
Port A
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PA7..PA0)
Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC7)
Port B
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PB7..PB0)
Fungsi khusus masing-masing pin :
Port Pin
Fungsi lain
PB0
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)
PB1
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
PB4
SS (SPI Slave Select Input)
PB5
MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB6
MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB7
SCK (SPI Bus Serial Clock)
Port C
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PC7..PC0)
Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar untuk
Timer/Counter2.
Universitas Sumatera Utara
20
Port D
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PD7.PD0)
Fungsi khusus masing-masing pin :
RESET
Port Pin
Fungsi lain
PD0
RXD (UART Input Line)
PD1
TXD (UART Output Line)
PD2
INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD3
INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD4
OC1B (Timer/Counter1 Output CompareB Match Output)
PD5
OC1A (Timer/Counter1 Output CompareA Match Output)
PD6
ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD7
OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output)
Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika rendah
melebihi periode minimum yang diperlukan.
XTAL1
Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian
clock internal.
XTAL2
Keluaran dari inverting oscillator amplifier.
AVCC
Catu daya untuk port A dan ADC.
AREF
Referensi masukan analog untuk ADC.
AGND
Ground analog.
Gambar 2.5 Konfigurasi pin ATmega8535
Universitas Sumatera Utara
21
2.3.3 Peta Memori
Arsitektur AVR terdiri atas dua memori utama, yaitu Data Memori dan Program
Memori.Sebagai tambahan fitur dari ATmega8535,
ATmega8535, terdapat EEPROM 512 byte
sebagai memori data dan dapat diprogram saat operasi.
ATmega8535 terdiri atas 8 KByte On-chip In-System Reprogrammable
Flash memori untuk penyimpan program. Karena seluruh instruksi AVR dalam
bentuk 16 bit atau 32 bit, maka Flash dirancang dengan komposisi 4K x 16.
Untuk mendukung keamanan software atau program, Flash Program Memori
dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian Boot Program dan bagian Application
Program.Gambar 2.6 mengilustrasikan susunan Memory Program Flash
ATmega8535.
Gambar 2.6 Peta memori program
Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah
register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Konfigurasi memori data ditunjukkan
oleh Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Peta memori data
Universitas Sumatera Utara
22
2.3.4 Stack Pointer
Stack pointer merupakan suatu bagian dari AVR yang berguna untuk menyimpan
data sementara, variabel lokal, dan alamat kembali dari suatu interupsi ataupun
subrutin. Stack pointer diwujudkan sebagai dua unit register, yaitu SPH dan SPL.
Saat awal, SPH dan SPL akan bernilai 0, sehingga perlu diinisialisasi
terlebih dahulu. SPH merupakan byte atas (MSB), sedangkan SPL merupakan
byte bawah (LSB).Hal ini hanya berlaku untuk AVR dengan kapasitas SRAM
lebih dari 256 byte.Bila tidak, maka SPH tidak didefinisikan dan tidak dapat
digunakan.
2.3.5 Komunikasi Serial Dengan Uart
AVR ATmega8535 memiliki 4 buah register I/O yang berkaitan dengan
komunikasi UART, yaitu UART I/O Data Register (UDR), UART Baud Rate
Register (UBRR), UART Status Register (USR) dan UART Control Register
(UCR).
2.3.6 Timer ATmega8535
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer/Counter 0 (8 bit),
Timer/Counter 1 (16 bit), dan Timer/Counter 2 (8 bit).
2.3.7 Interupsi
ATmega8535 memiliki 21 buah sumber interupsi. Interupsi tersebut bekerja jika
bit I pada register status atau status register (SREG) dan bit pada masing-masing
register bernilai 1. Penjelasan sumber interupsi terdapat pada Tabel 2.5
Universitas Sumatera Utara
23
Tabel 2.5 Vektor interupsi ATmega 8535
No.
Alamat
Sumber
Keterangan
1.
0x000
RESET
2.
0x001
INT0
External Interrupt Request 0
3.
0x002
INT1
External Interrupt Request 1
4.
0x003
TIMER2 COMP
Timer/Counter 2 Compare Match
5.
0x004
TIMER2 OVF
Timer/Counter2 Overflow
6.
0x005
TIMER1 CAPT
Timer/Counter1 Capture Event
7.
0x006
TIMER1 COMPA
Timer/Counter1 Compare Match A
8.
0x007
TIMER1 COMPB
Timer/Counter1 Compare Match B
9.
0x008
TIMER1 OVF
Timer/Counter1 Overflow
10.
0x009
TIMER0 OVF
Timer/Counter0 Overflow
11.
0x00A
SPI, STC
SPI Serial Transfer Complete
12.
0x00B
UART, RX
UART, RX Complete
13.
0x00C
UART, UDRE
UART, Data Register Empty
14.
0x00D
UART, TX
UART, TX Complete
15.
0x00E
ADC
ADC Conversion Complete
16.
0x00F
EE_RDY
EEPROM Ready
17.
0x010
ANA_COMP
Analog Comparator
18.
0x011
TWI
Two Wire Serial Interface
19.
0x012
INT2
External Interrupt Request 2
20.
0x013
TIMER0 COMP
Timer/Counter Compare Match
21.
0x014
SPM RDY
Store Program Memory Ready
2.3.8
Fitur
Hardware Pin, Power-on Reset and
Watchdog Reset
2.3.8.1 Analog To Digital Converter (ADC)
ADC pada ATmega8535 merupakan ADC 10 bit tipe Successive Approximation,
yang terhubung ke sebuah multiplekser analog yang akan memilih satu dari
delapan kanal. Untuk menjaga validitas data, terdapat untai Sample and Hold.
Tegangan suplai ADC terpisah dari tegangan suplai mikrokontroler, tetapi
Universitas Sumatera Utara
24
selisihnya tidak boleh lebih dari 0,3 V. Untuk mengatasinya, digunakan untai
filter LC seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8. Terdapat 8 kanal ADC masingmasing selebar 10 bit.ADC
bit.ADC dapat digunakan dengan memberikan masukan
tegangan pada port ADC, yaitu port A.0 sampai dengan port A.7. Ada dua mode
ADC yang dapat digunakan, yaitu single conversiondan free running.Pada mode
single conversion, pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC akandigunakan.
Sedangkan pada mode free running, pengguna cukup sekali mengaktifkan,
sehingga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti. Dalam kemasan TQFP (Thin
Quad Flat Package) terdapat fasilitas tambahan, yaitu kanal diferensial dan kanal
diferensial dengan penguatan, yang memungkinkan dua kanal ADC digunakan
sekaligus.Kemasan PDIP tidak menyediakan fasilitas ini.
Gambar 2.8 Koneksi dengan filter LC pada supply ADC
Terdapat beberapa register I/O yang terlibat dalam proses konversi ADC, antara
lain: ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register).
Register). Register ADMUX berisi
bit-bit yang mengatur pilihan kanal (MUX4:0), bit pengatur penyajian data
(ADLAR), dan bit-bit pemilih tegangan referensi (REFS1:0). Gambar 2.9
menunjukkan isi register ADMUX.
Gambar 2.9 Register ADMUX
Universitas Sumatera Utara
25
2.3.8.2 Pulse Width Modulation (PWM)
Mikrokontroler ATmega8535 menyediakan fitur Timer/Counter1 yang dapat
diatur sebagai timer, pencacah (counter), perekam waktu kejadian (even
occurance time capture), pembangkit isyarat PWM (Pulse Width Modulation),
serta autoreload timer (Clear Timer on Compare/CTC). Dengan lebar 16 bit,
Timer/Counter1 dapat digunakan secara fleksibel untuk berbagai tujuan yang
berkaitan dengan waktu dan pembangkit gelombang.
2.4 LCD (Liquid Cristal Display)
LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang
dibuat dengan teknologi CMOS logicyang bekerja dengan tidak menghasilkan
cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit
atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD berfungsi sebagai penampil data
baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening
dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven segment
dan lapisan elektroda pada kaca belakang.Ketika elektroda diaktifkan dengan
tegangan, molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan
elektroda dari segmen.
Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer
cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang
dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri
dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data
yang ingin ditampilkan.
Universitas Sumatera Utara
26
2.5 PC (Personal Computer)
Dalam hal ini PC atau Personal Computeratau biasa dikenal dengan kata komputer
akan dihubungkan ke sistem dan berfungsi sebagai penampil data yang dalam hal
ini berupa informasi kebisingan, informasi ini juga dapat disimpan ke dalam
database sehingga ketika sewaktu-waktu data tersebut diperlukan maka data
tersebut dapat dilihat kembali.
2.6 BUZZER
Buzzer adalah suatu alat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara.
Pada umumnya buzzer digunakan untuk alarm, karena penggunaannya cukup
mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer akan mengeluarkan
bunyi. Frekuensi suara yang di keluarkan oleh buzzer yaitu antara 1-5 KHz
(Malvino, 1989).
Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi
buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian
kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi
akan tertarik ke dalam atau ke luar, tergantung dari arah arus dan polaritas
magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan
kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat
udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Simbol dari buzzer dapat dilihat
pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Simbol buzzer
Universitas Sumatera Utara
27
2.7 SPEAKER
Speaker atau pengeras suara adalah transduser yang mengubah sinyal elektrik ke
frekuensi audio (suara) dengan cara menggetarkan komponennya yang berbentuk
membran untuk menggetarkan udara sehingga terjadilah gelombang suara sampai
di gendang telinga kita dan dapat kita dengar sebagai suara.
Proses perubahan gelombang electromagnet menjadi gelombang bunyi
tersebut dapat terjadi karena aliran listrik dari penguat audio dialirkan ke dalam
kumparan dan terkena pengaruh gaya magnet pada speaker, sesuai dengan kuat
lemahnya arus listrik yang diterima, maka getaran yang dihasilkan pada membran
akan mengikuti dan jadilah gelombang bunyi yang dapat didengar.
Secara umum jenis speaker dibedakan berdasarkan kualitas tinggi
rendahnya bunyi yag dihasilkan (output suara) dan kemampuannya dalam
mereproduksi sinyal audio, yaitu: woofer (speaker dengan output nada rendah atau
bass), midrange (speaker dengan nada menengah (middle) sebagai outputnya),
twitter (speaker yang diproduksi secara khusus untuk mereproduksi sinyal audio
berupa nada tinggi atau treble), fullrange (speaker yang mampu mereproduksi
sinyal audio pada range gelombang frekuensi audio, horn (speaker yang
diproduksi khusus untuk mereproduksi sinyal audio pada range gelombang
frekuensi vokal manusia.
2.8 IC WTV020 SD
IC WTV020 SD adalah modul untuk memainkan file suara (voice player module)
dengan SD Card reader terintegrasi. Modul ini dapat membaca SD Card dengan
kapasitas hingga 1 Gbyte yang dapat diisikan dengan berkas audio berformat
WAV dan AD4.Modul suara WTV020SD merupakan IC pemeroses suara dengan
mode pengendali multimedia. Bentuk fisik dari IC ini dapat dilihat pada Gambar
2.11.
Universitas Sumatera Utara
28
Gambar 2.11 Bentuk fisik IC WTV020 SD
Modul suara WTV020 16P versi 1.1 adalah peningkatan dari versi
sebelumnya versi 1.0. Pada versi ini delay yang diperlukan sudah ditambahkan
secara default(dapat dinonaktifkan dari program jika
jika diperlukan) dan diset ke
mode kendali serial 2 jalur (Two-Line Serial Control Mode) untuk dikendalikan
oleh mikrokontroler. Fitur-fitur yang terdapat pada modul suara ini adalah:
1. PWM (Pulse-Width-Modulation) DAC (Digital to Analog Converter) 16-bit
2. Direct Control mode: Play / Stop, Next, Last, Volume +, Volume –
3. Didukung SD Card dengan kapasitas hingga 2 GB
4. Secara otomatis dapat mengidentifikasikan berkas audio
5. Didukung format Wave form audio file (WAV) dengan sample rate
berfrekuensi 6 KHz hingga 16 KHz
6. Didukung format pengkodean suara (audio encoding) ADPCM 4 Bit
7. Dapat memuat data AD4 audio dengan sampling rate 6 KHz - 32 KHz dan 36
KHz
8. Dapat menyimpan hingga 512 bagian data suara (512
(512 voice sections)
9. Didukung pengendalian dari mikrokontroler maupun tombol kendali
10. Memiliki fungsi mode siaga untuk menghemat penggunaan daya
11. Didukung kombinasi pemutar ulang multidokumen, termasuk kombinasi mode
bisu (mute)
12. Arus pada mode non-aktif/Quiescent Current: 16 µA (kondisi SD Card tidak
terpasang)
13. Dapat memainkan paragraf tertentu dari berkas suara
14. Mudah digunakan, data berkas suara dapat langsung
langsung disimpan di SD Card
15. Tegangan operasional: DC2.5 - 3.6V
Universitas Sumatera Utara
29
Terdapat beberapa mode pengoperasian seperti MP3 mode, key mode, dan
two line serial mode, yang dapat dipilih sesuai kebutuhan. Berikut konfigurasi pin
yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 serta tabel keterangan pin dari WTV020 SD .
Gambar 2.12 Konfigurasi pin IC WTV020 SD
Tabel 2.6 Keterangan pin WTV020 SD
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sistem
RESET
Audio-L
NC
SP+
SPNC
PO4
GND
PO7
PO5
Deskripsi
RESET
DAC+
NC
PWM+
PWMNC
K3/A2/CLK
GND
K5/A4/SBT
K4/A3/D1
Fungsi
Reset Pin
DAC keluaran audio + ke penguat
NC
PWM keluaran audio ke speaker
PWM keluaran audio ke speaker
NC
Key/ CLK in two line serial
Alamat pin
Key
Key/D1 in two line serial
11
NC
NC
NC
12
PO3
K2/A1
Key
13
PO2
K1/ A0
Key
14
NC
NC
NC
15
PO5
BUSY
Busy Pin
16
PDD
VDD
Power Input
Universitas Sumatera Utara
30
2.9 Komunikasi Serial RS232
Pada mikrokontroler baik yang jenis MCS maupun AVR terdapat Pin-Pin (Port)
untuk melakukan komunikasi serial yaitu Rx (Receive) dan Tx (Transmitte). Rx
digunakan untuk mengirimkan data secara serial sedangkan Tx digunakan untuk
menerima data secara serial. Komunikasi serial pada mikrokontroler ini masih
menggunakan level sinyal TTL (Transistor Transistor Logic) yaitu sinyal yang
memiliki gelombang level datanya antara 0 dan 5 volt.
Dengan fasilitas Rx dan Tx ini mikrokontroler bisa komunikasi secara
serial baik antar perangkat atau dengan komputer yang terhubung dengan
rangkaian komunikasi serial yang dibuat.
Jika ingin menggunakan mikrokontroler untuk berkomunikasi dengan
komputer atau perangkat lainnya maka Rx dan Tx tidak bisa langsung
dihubungkan begitu saja dengan perangkat tersebut karena level sinyal yang
digunakan berbeda-beda. Oleh karena itu, jika ingin diharapkan terjadi
komunikasi antara mikrokontroler dengan komputer dibutuhkan sebuah buffer
yang dapat mengubah sinyal level TTL dari mikrokontroler menjadi sinyal level
RS232. Salah satu buffer yang sering digunakan adalah IC MAX232.
MAX232 merupakan salah satu jenis IC yang pertama kali diciptakan pada
tahun 1987 oleh Maxim Integrated Products. Fungsi IC ini adalah mengubah
bentuk sinyal/logika RS232 yang merupakan output dari port serial menjadi
sinyal/logika TTL (Transistor-transistor Logic) dan sebaliknya.
IC Max232 memiliki 16 buah pin. Konfigurasi pin dapat dilihat pada Gambar
2.13. Adapun deskripsi dari pin-pin itu sendiri dapat dilihat pada Tabel 2.7 di
bawah berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
31
Gambar 2.13 Konfigurasi pin IC MAX232
Tabel 2.7 Deskripsi Pin IC MAX232
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Fungsi
Pin koneksi kapasitor
Pin keluaran; output data serial dikirimkan pada RS232
tingkat logika; terhubung ke penerima pin dari port serial PC
Pin masukan; menerima data serial ditransmisikan pada RS
232 tingkat logika; terhubung ke pemancar pin dari port
serial PC
Pin keluaran; output data serial ditransmisikan pada tingkat
logika TTL; terhubung ke penerima pin kontroler.
Pin masukan; menerima data serial pada tingkat logika TTL;
terhubung ke serial transmitter pin kontroler.
Pin keluaran; output data serial ditransmisikan pada tingkat
logika TTL; terhubung ke penerima pin kontroler.
Pin masukan; menerima data serial ditransmisikan pada RS
232 tingkat logika; terhubung ke pemancar pin dari port
serial PC
Pin keluaran ; output data serial dikirimkan pada RS232
tingkat logika; terhubung ke penerima pin dari port serial PC
Ground (0V)
Supply tegangan; 5V (4.5V - 5.5V)
Nama
Kapasitor 1+
Kapasitor 3+
Kapasitor 1Kapasitor 2+
Kapasitor 2Kapasitor 4T 2 Out
R 2 In
R 2 Out
T 2 In
T 1 In
R 1 Out
R 1 In
T 1 Out
Ground
Vcc
RS232 adalah standar komunikasi serial yang digunakan untuk koneksi
periperal ke periperal. Biasa juga disebut dengan jalur I/O (input/output). Standar
ini menggunakan beberapa piranti dalam implementasinya.Palin
implementasinya.Paling umum yang
dipakai adalah plug/ konektor DB9 atau DB25.
Universitas Sumatera Utara
32
Pada sistem ini plug yang digunakan adalah DB9. Fungsi dari serial port
RS232 adalah untuk menghubungkan/koneksi dari perangkat yang satu dengan
perangkat yang lain, atau peralatan standar yang menyangkut komunikasi data
antara komputer dengan alat-alat pelengkap komputer. Serial port RS232 pada
konektor DB9 memiliki 9 buah pin. Keterangan dari pin-pin tersebut dapat dilihat
pada Tabel 2.8 di bawah ini.
Tabel 2.8 Fungsi pin DB9
Pin
Singkatan
Keterangan
Fungsi
TD
Transmit Data
Untuk pengiriman data serial (TDX)
2
RD
Receive Data
Untuk
(RDX)
7
RTS
Request To Send
Sinyal untuk menginformasikan
perangkat bahwa UART siap
melakukan pertukaran data
8
CTS
Clear To Send
Digunakan untuk memberitahukan
bahwa perangkat siap untuk
melakukan pertukaran data
6
DSR
Data Set Ready
Memberitahukan UART bahwa
perangkat siap untuk melakukan
pertukaran data
5
SG
Signal Ground
Dihubungkan ke ground
1
CD
Carrier Detect
Saat perangkat mendeteksi suatu
carier, dari perangkat lain, maka
sinyal ini akan diaktifkan
4
DTR
Untuk memberitahukan bahwa
Data Terminal
UART siap melakukan pertukaran
Ready
data
9
RI
Ring Indikator
3
penerimaan
data
serial
Akan aktif jika ada sinyal masuk
Universitas Sumatera Utara
33
Beberapa
parameter
yang
ditetapkan
EIA
(Electronics
Industry
Association) antara lain:
1. Logika 0 antara tegangan +3 s/d +25 volt.
2. Logika 1 antara tegangan -3 s/d -25 volt.
3. Daerah tegangan antara +3 s/d -3 volt tidak didefenisikan.
4. Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 volt (dengan acuan
ground).
5. Arus hubung singkat rangkaian tidak boleh lebih dari 500 mA.
Sebuah penggerak (driver) harus mampu menangani arus ini tanpa
mengalami kerusakan. Selain mendeskripsikan level tegangan seperti yang
dibahas di atas, standard RS232 menentukan pula jenis-jenis sinyal yang dipakai
mengatur pertukaran informasi antara DTE dan DCE, semuanya terdapat 24 jenis
sinyal tapi yang umum dipakai hanyalah 9 jenis sinyal.
Sesuai dengan konektor yang sering dipakai dalam standar RS232, untuk
sinyal yang lengkap dipakai konektor DB25, sedangkan konektor DB9 hanya bisa
dipakai untuk 9 sinyal yang umum dipakai.
Sinyal-sinyal tersebut ada yang menuju ke DCE ada pula yang berasal dari
DCE. Bagi sinyal yang menuju ke DCE artinya DTE berfungsi sebagai output dan
DCE berfungsi sebagai input, misalnya sinyal TD, pada sisi DTE kaki TD adalah
output, dan kaki ini dihubungkan ke kaki TD pada DCE yang berfungsi sebagai
input. Kebalikan sinyal TD adalah RD, sinyal ini berasal dari DCE dan
dihubungkan ke kaki RD pada DTE yang berfungsi sebagai output.
Universitas Sumatera Utara