BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Motor merupakan perangkat

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor
Motor merupakan perangkat elektromagnetik yang dapat mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan merubah tenaga listrik
menjadi magnet yang disebut sebagai elektromagnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa
kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak
senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan
sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada
suatu kedudukan yang tetap. Dengan cara inilah energi listrik dapat diubah menjadi
energi mekanik.
Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan
sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa,
fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan
digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor listrik, kipas
angin). Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan
bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum adalah sama, yaitu:
-
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
-
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah
lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan
magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
-
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar
kumparan.
Universitas Sumatera Utara
-
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya
dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan
medan.
Motor listrik sudah menjadi kebutuhan kita sehari-hari untuk menggerakkan
peralatan dan mesin yang membantu perkerjaan. Untuk memutar baling-baling pada
kipas angin, digunakan motor listrik. Demikian juga, motor listrik digunakan pada
peralatan rumah tangga lainnya seperti: hair dryer, blender, pompa air, mesin cuci,
mesin jahit, bor listrik dll. Mesin-mesin pertanian terutama mesin pengolahan hasil
pertanian dan mesin-mesin di industri pun banyak yang menggunakan tenaga putarnya
dari motor listrik. Secara umum motor listrik dapat dibagi menjadi motor ac dan motor
dc,
pembagian
ini berdasarkan pada
arus
listrik yang
digunakan
untuk
menggerakkanya.
2.2 Motor DC
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator
(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang
berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet,
maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah
putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah
adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif
dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan
kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling
sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutubkutub magnet permanen.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Motor DC sederhana
2.2.1 Prinsip dasar dan cara kerja motor DC
Jika suatu arus lewat pada sebuah konduktor maka akan timbul medan magnet di
sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada
konduktor.
Gambar 2.2 Arah Medan Magnet
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di
sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol
mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis
fluks. Gambar 3 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor
berubah arah karena bentuk U.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor
Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Gambar 2.4 Medan magnet mengelilingi konduktor diantara 2 kutub
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara
dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan
magnet kutub.
Gambar 2.5 Reaksi garis fluks
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped
conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B.
Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan
menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha
bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang
Universitas Sumatera Utara
berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan
medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun
agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker
dinamo berputar searah jarum jam.
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan
menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah
tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini
selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat
berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di
bawah ini:
Gambar 2.6 Prinsip kerja motor DC
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna,
maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan
reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh
medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud
dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar /
torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat
dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
Universitas Sumatera Utara

Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya
bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh
beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa
displacement konstan.

Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi
dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa
sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang
berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan
daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
2.2.2 Karakteristik Motor DC
Karakteristik yang dimiliki suatu motor DC dapat digambarkan melalui kurva daya
dan kurva torsi/kecepatannya, dari kurva tersebut dapat dianalisa batasan-batasan
kerja dari motor serta daerah kerja optimum dari motor tersebut
Torsi
Stall Torsi
No load Speed
Kecepatan Putaran
Gambar 2.7 Hubungan Torsi dan Kecepatan
Universitas Sumatera Utara
Dari grafik diatas terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan untuk suatu motor dc
tertentu. dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran,
dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan
kecepatan putaran motor. Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu:
a. Stall torque,(), menunjukkan titik pada grafik dimana torsi maksimum ,tetapi tidak
ada putaran pada motor.
b. No load speed,,menunjukkan titik pada grafik dimana terjadi kecepatan putaran
maksimum,tetapi tidak ada beban pada motor
2.3 Sensor Efek Hall
Piranti sensor efek hall (Efek Hall) menghasilkan tegangan keluaran yang ditimbulkan
karena medan magnet. Sensor efek hall pertama kali ditemukan pada tahun 1879 oleh
Edward H.Hall. Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah
magnet diletakkan tegak lurus terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan
akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan konduktor. Tegangan yang muncul ini
disebut dengan tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus dan kuat
medan magnet. Dengan demikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat
medan magnet.
Vout
Bahan semikonduktor
Magnetik fluk
elektron
Gambar 2.8 Tranduser Efek Hall menggunakan sebuah keping semikonduktor
Bila arus mengalir mengalir melalui bahan semikonduktor, tegangan emf ialah
dihasilkan di antara sisi yang lain pada keping semikonduktor tersebut. Kemudian jika
terdapat hubungan magnet melalui keping semikonduktor, akan dihasikan tegangan
Universitas Sumatera Utara
yang sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet
melewati bahan semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron
bergerak menyebar kepusat keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan
Hall, umumbya sebesarr 10 milivolt. Penerapan sensor efek hall di industri biasanya
digunakan untuk mengukur kecepatan putaran obyek yang bergerak. Setiap kali
medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa keluaran keping semikonduktor yang
dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putaran motor
tersebut.
2.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah singel chip yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan
dirancang khusus untuk aplikasi kontrol serta dilengkapi dengan ROM, RAM dan
fasilitas I/O pada satu chip. Mikrokontroler merupakan satu hasil dari kemampuan
komputasi yang sangat cepat dengan bentuk yang sangat kecil dan harga yang yang
murah. Mukrokontroler terus berkembang dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan
pasar terhadap alat-alat elektronik dengan perangkat cerdas, cepat sebagai pengontrol
dan pemroses data.
2.4.1 Mikrokontroler ATMega 8535
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 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 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.
Universitas Sumatera Utara
Sekarang ini, AVR dapat dikelompokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, keluarga AT90CAN, keluarga
AT90PWM dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas
adalah memori, peripheral, dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi
yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam pembuatan
alat ini, digunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATmega yaitu
ATmega8535.
2.4.2 Arsitektur ATMega 8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur-fitur utama, seperti berikut.
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kbytes dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. 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 2.3. 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).
Universitas Sumatera Utara
Tedapat empat buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan sebagai
masukan maupun keluaran.
Media penyimpan program berupa Flash Memory, sedangkan penympan 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
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 2.9 Blok Diagram dan Arsitektur ATMega 8535
Universitas Sumatera Utara
Mikrokontroler ATmega8535 dapat dipasang pada frekuensi kerja hingga 16
MHz (maksimal 8MHz untuk versi ATmega8535L). 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.
2.4.3 Konfigurasi PIN
Secara umum deskripsi mikrokontroler ATMega 8535 adalah sebagai berikut:
Gambar 2.10 Konfigurasi pin ATMega 8535
 VCC (power supply)
 GND (ground)
 Port A (PA7..PA0)
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi
sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/DKonverter tidak digunakan. Pin - pin
Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing
bit).Port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetrisdengan keduanya
Universitas Sumatera Utara
sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pinPA0 ke PA7 digunakan sebagai input
dan secara eksternal ditarik rendah, pin – pin akan memungkinkan arus sumber jika
resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakala suatu
kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.
 Port B (PB7..PB0)
Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang
dipilih untuk beberapa bit). Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
B yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan.
Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun
waktu habis.
 Port C (PC7..PC0)
Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang
dipilih untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
C yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan.
Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun
waktu habis.
 Port D (PD7..PD0)
Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang
dipilih untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
D yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan.
Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun
waktu habis.
Universitas Sumatera Utara
 RESET (Reset input)
 XTAL1 (Input Oscillator)
 XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port
A dan A/D Konverter
 AREF adalah pin referensi analog untuk A/D konverter.
2.4.4 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.
2.4.5 Timer ATMega 8535
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer/Counter0 (8 bit),
Timer/Counter1 (16 bit), dan Timer/Counter2 (8 bit).
Timer/Counter 0
Timer/Counter0 adalah Timer/Counter 8 bit yang multifungsi. Fitur-fitur dari
Timer/Counter0 pada ATmega8535 adalah sebagai berikut:
a. Counter 1 kanal.
b. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai (compare match).
c. Sebagai pembangkit gelombang PWM.
d. Sebagai pembangkit frekuensi.
e. Clock prescaler 10 bit.
f. Sumber interupsi dari compare match (OCF0) dan overflow (TOV0).
Universitas Sumatera Utara
Timer/Counter 1
Timer/Counter1 adalah Timer/Counter 16 bit yang memungkinkan
programpewaktuan lebih akurat. Fitur-fitur dari Timer/Counter1 ini adalah sebagai
berikut.
a. Desain 16 bit, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan PWM 16 bit.
b. Dua buah unit pembanding.
c. Dua buah register pembanding.
d. Satu buah input capture unit.
e. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai (match compare).
f. Dapat menghasilkan gelombang PWM.
g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah.
h. Sebagai pembangkit frekuensi.
i. Empat buah sumber interupsi (TOV1, OCF1A, OCF1B dan ICF1).
Timer/Counter 2
Timer/Counter2 adalah Timer/Counter 8 bit yang multifungsi. Fitur-fitur
untuk Timer/Counter2 pada ATmega8535 adalah sebagai berikut.
a. Sebagai counter 1 kanal.
b. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai (match compare).
c. Dapat mengahasilkan gelombang PWM.
d. Sebagai pembangkit frekuensi.
e. Clock prescaler 10 bit.
f. Sumber interupsi dari compare match (OCF0) dan overflow (TOV0).
2.4.6 Sistem Clock
Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap
12 siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus
mesin. Nilai ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain
sistem mikrokontroler kita memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari
Universitas Sumatera Utara
clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang
komponen seperti di bawah ini:
Gambar 2.11 Sistem Clock
2.4.7 Organisasi memori AVR ATMega8535
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
program yang terpisah. Sebagai tambahan, ATmega8535memiliki fitur suatu
EEPROM Memori untuk penyimpanan data. Semuatiga ruang memori adalah reguler
dan linier.
A. Memori Data
Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum,64 buah
register I/O,dan 512 byte SRAM Internal.Register keperluan umum menempati space
data pada alamatterbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus unutk
menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64alamat berikutnya,
yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebutmerupakan register yang khusus
digunakan untuk mengatur fungsiterhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti
kontrol register,timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan sebagainya. Register
khususalamat memori secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 2.2. Alamatmemori
berikurnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi$60 sampai dengan
$25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Konfigurasi Data AVR AT Mega 8535
B.Memori Program
ATmega8535 berisi 8K bytes On-Chip di dalam sistem Memoriflash
Reprogrammable untuk penyimpanan program. Karena semuaAVR instruksi adalah
16 atau 32 bits lebar, Flash adalah berbentuk 4K x16. Untuk keamanan perangkat
lunak, Flash Ruang program memori adalah dibagi menjadi dua bagian, bagian boot
program dan bagian aplikasi program dengan alamat mulai dari $000 sampai
$FFF.Flash Memori mempunyai suatu daya tahan sedikitnya 10,000write/erase
Cycles. ATmega8535 Program Counter (PC) adalah 12 bitlebar, alamat ini 4K lokasi
program memori.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Memori Program AT Mega 8535
2.4.8 ADC (Analog To Digital Converter)
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
selisihnya tidak boleh lebih dari 0,3 V. Untuk mengatasinya, digunakan untai filter
LC. Terdapat 8 kanal ADC masing-masing selebar 10 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 conversion dan free
running. Pada mode single conversion, pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC
akan digunakan. Sedangkan pada mode free running, pengguna cukup sekali
mengaktifkan, sehingga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti.
2.4.9 PWM (Pulse Width Modulation)
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
Universitas Sumatera Utara
digunakan secara fleksibel untuk berbagai tujuan yang berkaitan dengan waktu dan
pembangkit gelombang. Register-regiser yang terlibat pada operasi Timer/Counter1
antara lain :
a. TCCR1A (Timer/Counter Control Register A)
b. TCCR1B (Timer/Counter Control Register B)
c. TCNT1H (Timer/Counter1 High-byte) dan TCNT1L (Timer/Counter1 Low-byte)
d. OCR1AH/L (Output Compare Register 1 A High-byte/Low-byte) dan OCR1BH/L
(Output Compare Register 1 B High-byte/Low-byte)
e. ICR1H/L (Input Capture Register 1 High-byte/Low-byte)
f.
TIMSK (Timer/Counter Interrupt Mask Register)
g. TIFR (Timer/Counter Flag Register)
Isyarat PWM merupakan hasil modulasi isyarat segitiga oleh isyarat konstan.
Pengubahan amplitudo isyarat konstan akan mengubah lebar pulsa hasil modulasi.
Sementara pengubahan amplitudo isyarat segitiga (dengan bentuk segitiga sebangun
dengan segitiga awal) akan mengubah frekuensi PWM.
Terdapat dua register OCR1A/B (Output Compare Register1A/B) yang isinya
secara kontinyu dibandingkan dengan isi register Timer/Counter1. Register-register
ini dapat diisi oleh pengguna, selebar masing-masing 16 bit. Dalam mode PWM, nilai
register OCR1A/B ini yang menjadi isyarat pemodulasi.
Lebar register data Timer/Counter1 adalah 16 bit, sehingga dapat mencacah
nilai dari $0000 hingga $FFFF. Dalam operasi PWM, nilai Timer/Counter1 ini yang
menjadi isyarat segitiga. Sebagai catatan, istilah segitiga di sini tidak berarti segitiga
dalam bidang geometri, tetapi isyarat yang meningkat amplitudonya secara berlangkah
sehingga bentuknya menyerupai segitiga.
Fasilitas PWM yang disediakan memiliki resolusi 8 hingga 10 bit. Mode
operasinya meliputi Fast PWM (FPWM), Phase Correct PWM (PCPWM), dan Phase
and Frequency Correct PWM (PFCPWM). Pada mode Fast PWM, Timer/Counter1
akan mencacah ulang dari nol (BOTTOM) setiap kali terjadi limpahan (overflow).
Segitiga yang terjadi adalah segitiga siku-siku. Sedangkan pada dua mode yang lain,
Timer/Counter1 akan mencacah turun ketika terjadi limpahan, sehingga segitiga
berbentuk sama kaki dengan puncak pada nilai TOP. Perbedaan utama pada mode
PCPWM dan PFCPWM adalah waktu perbaruan nilai OCR1A/B. Mode PCPWM
Universitas Sumatera Utara
memperbarui OCR1A/B saat nilai TOP, sedangkan pada PFCPWM saat nilai
BOTTOM.
Perubahan nilai OCR1A menjadi lebih kecil menunjukkan pulsa yang
menyempit pula. Durasi pulsa saat nilai OCR1A lebih besar daripada nilai TCNT1
disebut waktu ON (tON). Sebaliknya, ketika nilai OCR1A lebih kecil, disebut waktu
OFF (tOFF). Perbandingan tON terhadap periode PWM disebut duty cycle, yang nilainya
maksimal 100 %.
Modulasi lebar pulas (PWM) dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah
gelombang kotak yang mana siklus kerja (duty cycle) gelombang dapat diubah-ubah
untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai
rata-rata dari gelombang tersebut.
Gambar 2.13 Gelombang kotak (pulsa) dengan kondisi high 5V dan low 0V
Ton adalah
waktu
dimana
tegangan
keluaran
berada
pada
tegangan
keluaran
berada
pada
posisi
tinggi
(baca: high atau 1) dan,
Toff adalah
waktu
dimana
posisi
rendah
(baca: low atau 0).
Anggap Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton dengan Toff , biasa
dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.
Ttotal
=
Ton + Toff
………………………………………………………. (2.1)
Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang di definisikan sebagai,
Universitas Sumatera Utara
D=
T on
T on + T off
=
T on
Ttotal
……………………………… (2.2)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat dirumusan sebagai
berikut,
sehingga :
......................................... (2.3)
Dari rumus diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat diubahubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton.
Apabila Ton adalah 0, Vout juga akan 0.
Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau katakanlah nilai maksimumnya.
PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off.
Tegangan dc dikonvert menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan
puncak dan saat off mrnjadi nol (0) volt. Dengan mengatur duty cycle dari sinyal
(modulasi lebar pulsa dari sinyal disebabkan oleh PWM). Terlihat pada gambar di
bawah
sinyal
ref
adalah
sinyal
tegangan
dc
yang
dikonversi oleh sinyal gergaji dan menghasilkan sinyal kotak
Gambar 2.14 Sinyal Referensi (sinyal tegangan DC)
Universitas Sumatera Utara
Informasi analog dapat dikirimkan dengan menggunakan pulsa-pulsa tegangan
atau pulsa-pulsa arus. Dengan modulasi pulsa, pembawa informasi terdiri dari pulsapulsa persegi yang berulang-ulang. Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan
adalah teknik modulasi durasi atu lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda
negatif pulsa-pulsa persegi tersebut..
2.5 LCD (Liquid Crystal Display) M1632 2x16
Prinsip kerja LCD adalah
mengatur cahaya yang ada, atau nyala LED.
Dibandingkan dengan seven segment, memang LCD lebih dianggap rumit oleh
sebagian orang, akan tetapi ada pula orang yang lebih suka memakai LCD karena
pemakaian daya yang sangat rendah, selain itu juga karena jumlah karakter yang
ditampilkan semakin banyak.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LCD 2 x 16
Gambar 2.15 LCD 2x16
LCD M1632 mempunyai karakteristik sebagai berikut :
1. 16 karakter, dua baris tampilan kristal cair (LCD) dari matriks titik.
2. Duty Ratio : 1/16.
3. ROM pembangkit karakter untuk 192 tipe karakter (bentuk karakter 5 x 7
matriks titik).
4. Mempunyai dua jenis RAM yaitu, RAM pembangkit karakter dan RAM data
tampilan.
5. RAM pembangkit karakter untuk 8 tipe karakter program tulis dengan bentuk
5 x 7 matrik titik.
6. RAM data tampilan dengan bentuk 80 x 8 matrik titik (maksimum 80
karakter).
7. Mempunyai pembangkit clock internal.
Universitas Sumatera Utara
8. Sumber tegangan tunggal +5 Volt.
9. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
10. Jangkauan suhu pengoperasian 0 sampai 50 derajat.
LCD M1632 terdiri dari dua bagian utama. Bagian pertama merupakan panel
LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf / angka dua baris,
masing-masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. Bagian kedua merupakan
sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik panel
LCD, yang berfungsi mengatur tampilan informasi serta mengatur komunikasi LCD
M1632 dengan mikrokontroler. Gambar 2-15 diperlihatkan diagram blok pengendali
LCD.
Universitas Sumatera Utara