TUGAS AKHIR Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana

TUGAS AKHIR
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Op-Amp
Kalau perlu mendesain sinyal level meter, histeresis pengatur suhu,
osilator, pembangkit sinyal, penguat audio, penguat mic, filter aktif semisal tapis
nada bass, mixer, konverter sinyal, integrator, differensiator, komparator dan
sederet aplikasi lainnya, selalu pilihan yang mudah adalah dengan membolakbalik data komponen yang bernama op-amp. Komponen elektronika analog dalam
kemasan IC (integrated circuits) ini memang adalah komponen serbaguna dan
dipakai pada banyak aplikasi hingga sekarang. Hanya dengan menambah
beberapa resitor dan potensiometer, dalam sekejap (atau dua kejap) sebuah preamp audio kelas B sudah dapat jadi dirangkai di atas sebuah proto-board.
2.1.1 Penguat diferensial
Op-amp dinamakan juga dengan penguat diferensial (differential
amplifier). Sesuai dengan istilah ini, op-amp adalah komponen IC yang memiliki
2 input tegangan dan 1 output tegangan, dimana tegangan output-nya adalah
proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya itu. Penguat
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
5
TUGAS AKHIR
6
diferensial seperti yang ditunjukkan pada gambar-1 merupakan rangkaian dasar
dari sebuah op-amp.
Gambar-2.1 : penguat diferensial
Pada rangkaian yang demikian, persamaan pada titik Vout adalah Vout =
A(v1-v2) dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input
v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu phase dengan v1.
Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa
dengan tengangan vout.
2.1.2 Diagram Op-amp
Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah
penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian
penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat
dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-2(a) berikut menunjukkan diagram
dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
7
Gambar-2.2 : Diagram blok Op-Amp
Gambar-2.3 : Diagram schematic simbol Op-Amp
Simbol op-amp adalah seperti pada gambar-2(b) dengan 2 input, noninverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual
supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply
(Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar-2(b) adalah
parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai
idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi
idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai
idealnya tak terhingga.
Saat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang
spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin sudah dibuat
sejak tahun 1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC
dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola,
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
8
LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain
sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik
satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain. Tabel-1 menunjukkan beberapa
parameter op-amp yang penting beserta nilai idealnya dan juga contoh real dari
parameter LM714.
Tabel-2.1 : parameter op-amp yang penting
2.1.3 Penguatan Open-loop
Op-amp idealnya memiliki penguatan open-loop (AOL) yang tak terhingga.
Namun pada prakteknya op-amp semisal LM741 memiliki penguatan yang
terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini,
sistem penguatan op-amp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang amat kecil
saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi. Pada bab berikutnya akan
dibahas bagaimana umpan balik bisa membuat sistem penguatan op-amp menjadi
stabil.
2.1.4 Unity-gain frequency
Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari
sinyal dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi
penting jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
9
Parameter AOL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response
penguatan op-amp menurun seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Opamp LM741 misalnya memiliki unity-gain frequency sebesar 1 MHz. Ini berarti
penguatan op-amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu
merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-amp yang memiliki
unity-gain frequency lebih tinggi.
2.1.5 Slew rate
Di dalam op-amp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk
kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian
yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Opamp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input
berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan opamp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh praktis, opamp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output opamp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.
2.1.6 Parameter CMRR
Ada satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection
Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut.
Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang
dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input v1 (non-inverting) dengan input
v2 (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari
kedua input ini ikut juga dikuatkan. Parameter CMRR diartikan sebagai
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
10
kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode)
sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACM yang
dinyatakan dengan satuan dB. Contohnya op-amp dengan CMRR = 90 dB, ini
artinya penguatan ADM (differential mode) adalah kira-kira 30.000 kali
dibandingkan penguatan ACM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 dB, maka
artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real,
misalkan tegangan input v1 = 5.05 volt dan tegangan v2 = 5 volt, maka dalam hal
ini tegangan diferensialnya (differential mode) = 0.05 volt dan tegangan
persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Pembaca dapat mengerti dengan
CMRR yang makin besar maka op-amp diharapkan akan dapat menekan
penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika
kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp
mestinya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan
semakin baik.
Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu
komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian
elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah
rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok
bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar,
dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting.
Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan
umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
11
2.1.7 Op-amp ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat
diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang
telah dimaklumi ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp
ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga
besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak
praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~
105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan
penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative
feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai
menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input opamp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap
masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki
impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar
sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp
berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur
dinamakan golden rule, yaitu :
Aturan 1 : Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau
v+ = v- )
Aturan 2 : Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa
rangkaian op-amp.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
12
2.1.8 Inverting amplifier
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada
gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti
tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari
penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini,
umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.
Gambar 2.4 : penguat inverter
Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ =
0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan
dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke
ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan
fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan tegangan
jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout. Kemudian dengan menggunakan aturan
2, di ketahui bahwa :
iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya
vout/R2 = - vin/R1 .... atau
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
13
vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap
tegangan masukan, maka dapat ditulis
…(1)
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal
masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui
adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
2.1.9 Non-Inverting amplifier
Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang
diperlihatkan pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki
masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan
keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk
menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti
menganalisa rangkaian inverting.
Gambar 2.5 : penguat non-inverter
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
14
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta
yang ada, antara lain :
vin = v+
v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1.
Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout – v- = vout – vin, atau
iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin, yang berarti arus iR1
= vin/R1.
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang
mengatakan bahwa :
iout + i(-) = iR1
Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang
sebelumnya, maka diperoleh
iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh
(vout – vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :
vout = vin (1 + R2/R1)
Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap
tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :
… (2)
Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari
input non-inverting op-amp tersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki
impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
15
2.1.10 Integrator
Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan
respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya
adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Rangkaian
dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian
umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan capasitor C.
Gambar2.6 : integrator
Mari kita coba menganalisa rangkaian ini. Prinsipnya sama dengan
menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-amp
(golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :
iin = (vin – v-)/R = vin/R , dimana v- = 0 (aturan1)
iout = -C d(vout – v-)/dt = -C dvout/dt; v- = 0
iin = iout ; (aturan 2)
Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan :
iin = iout = vin/R = -C dvout/dt, atau dengan kata lain
...(3)
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
16
Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis tegangan
keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai
dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian
Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator
adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal
kotak.
Dengan analisa rangkaian integral serta notasi Fourier, dimana
f = 1/t dan
…(4)
penguatan integrator tersebut dapat disederhanakan dengan rumus
…(5)
Sebenarnya rumus ini dapat diperoleh dengan cara lain, yaitu dengan
mengingat rumus dasar penguatan opamp inverting
G = - R2/R1. Pada rangkaian integrator (gambar 3) tersebut diketahui
Dengan demikian dapat diperoleh penguatan integrator tersebut seperti
persamaan (5) atau agar terlihat respons frekuensinya dapat juga ditulis dengan
…(6)
Karena respons frekuensinya yang demikian, rangkain integrator ini
merupakan dasar dari low pass filter. Terlihat dari rumus tersebut secara
matematis, penguatan akan semakin kecil (meredam) jika frekuensi sinyal input
semakin besar.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
17
Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan
sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu
yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan
berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya
akan saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp menjadi open loop (penguatan
open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback
sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset tegangan keluaran)
sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu.
2.1.11 Differensiator
Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di
depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 4.
Dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, akan diperoleh persamaan
penguatannya :
…(7)
Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout
pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh praktis dari
hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa sinyal segitiga, maka
outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.
Gambar 2.7 : differensiator
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
18
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting.
Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting
G = -R2/R1
dan pada rangkaian differensiator diketahui :
maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator
…(8)
Dari hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high
pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi. Namun
demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya berfrekuensi
tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan penguatan dc sebesar 1 (unity
gain). Biasanya kapasitor diseri dengan sebuah resistor yang nilainya sama
dengan R. Dengan cara ini akan diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai
frekuensi cutoff tertentu.
2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem
komputer. Mikrokontroler merupakan
mikroprosessor yang dirancang khusus
untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada
satu chip. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer
pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen
dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik
berdasarkan
inputan
yang
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
diterima
dan
program
yang
dikerjakan.
TUGAS AKHIR
19
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan
instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan
utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat
oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk
melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas
yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Gambar 2.8 sistem mikrokontroller
Setelah dipaparkan bagian-bagian dari suatu sistem komputer, sekarang
akan dibahas mengenai mikrokontroler. Digambarkan sistem komputer dengan
bagian yang dikelilingi oleh garis putus-putus. Bagian inilah yang menyusun
mikrokontroler. Bagian yang dilingkupi kotak bagian bawah adalah gambar lebih
detail dari susunan bagian yang dilingkupi garis putus-putus. Kristal tidak
termasuk dalam sistem mikrokontroler tetapi diperlukan dalam sirkuit osilator
clock.
Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang
lengkap termasuk sebuah CPU, memori, osilator clock, dan I/O dalam satu
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
20
rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka
chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor.
2.2.1 Mikrokontroler AT89S52
Mikrokontroler AT89S52 adalah salah satu anggota dari keluarga MCS51/52 yang dilengkapi dengan internal 8 Kbyte Flash PEROM (Programmable
and Erasable Read Only Memory), yang memungkinkan memori program untuk
dapat deprogram kembali. AT89S52 dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi
standar dan susunan pin 80C5.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
21
Mikrokontroler AT89S52 memiliki :
•
Sebuah CPU ( Central Processing Unit ) 8 Bit.
•
256 byte RAM ( Random Acces Memory ) internal.
•
Empat buah port I/O, yang masing masing terdiri dari 8 bit
•
Osilator internal dan rangkaian pewaktu.
•
Dua buah timer/counter 16 bit
•
Lima buah jalur interupsi ( 2 buah interupsi eksternal dan 3 interupsi internal).
•
Sebuah port serial dengan full duplex UART (Universal Asynchronous
Receiver Transmitter).
•
Mampu melaksanakan proses perkalian, pembagian, dan Boolean.
•
EPROM yang besarnya 8 KByte untuk memori program.
•
Kecepatan maksimum pelaksanaan instruksi per siklus adalah 0,5
s pada
frekuensi clock 24 MHz. Apabila frekuensi clock mikrokontroler yang
digunakan adalah 12 MHz, maka kecepatan pelaksanaan instruksi adalah 1 s
2.2.2 CPU ( Central Processing Unit )
Bagian ini berfungsi mengendalikan seluruh operasi pada mikrokontroler.
Unit ini terbagi atas dua bagian, yaitu unit pengendali atau CU ( Control Unit )
dan unit aritmatika dan logika atau ALU ( Aritmetic logic Unit ) Fungsi utama
unit pengendali adalah mengambil instruksi dari memori (fetch) kemudian
menterjemahkan susunan instruksi tersebut menjadi kumpulan proses kerja
sederhana (decode), dan melaksanakan urutan instruksi sesuai dengan langkahlangkah yang telah ditentukan program (execute). Unit aritmatika dan logika
merupakan bagian yang berurusan dengan operasi aritmatika seperti penjumlahan,
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
22
pengurangan, serta manipulasi data secara logika seperti operasi AND, OR, dan
perbandingan.
2.2.3 Bagian Masukan/Keluaran (I/O)
Bagian ini berfungsi sebagai alat komunikasi serpih tunggal dengan piranti
di luar sistem. Sesuai dengan namanya, perangkat I/O dapat menerima maupun
memberi data dari /ke serpih tunggal.
Ada dua macam piranti I/O yang digunakan, yaitu piranti untuk hubungan
serial UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) dan piranti untuk
hubungan pararel yang disebut dengan PIO (Pararel Input Output). Kedua jenis
I/O tersebut telah tersedia di dalam serpih tunggal AT89S52.
2.2.4 Perangkat Lunak
Serpih tunggal keluarga MCS-51 memiliki bahasa pemrograman khusus
yang tidak dipahami oleh jenis serpih tunggal yang lain. Bahasa pemrograman ini
dikenal dengan nama bahasa assembler yang memiliki 256 perangkat instruksi.
Namun saat ini pemrograman mikrokontroler dapat dilakukan dengan
menggunakan bahasa C. Dengan bahasa C, pemrograman mikrokontroler menjadi
lebih mudah, hal ini karena dengan format bahasa C akan secara otomatis diubah
menjadi bahasa assembler dengan format file hexa. Perangkat lunak pada
mikrokontroler dapat dibagi menjadi lima kelompok sebagai berikut :
1. Instruksi Transfer Data
Instruksi ini berfungsi memindahkan data, yaitu antar register, dari memori ke
memori, dari register ke memori dan lain lain.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
23
2. Instruksi Aritmatika
Instruksi ini melaksanakan operasi aritmatika yang meliputi penjumlahan,
pengurangan, penambahan satu (increment), pengurangan satu (decrement),
perkalian dan pembagian.
3. Instruksi Logika dan Manipulasi Bit
Berfungsi melaksanakan operasi logika AND, OR, XOR, perbandingan,
penggeseran dan komplemen data.
4. Instruksi Percabangan
Berfungsi untuk mengubah urutan normal pelaksanaan suatu program. Dengan
instruksi ini, program yang sedang dilaksanakan akan meloncat ke suatu
alamat tertentu.
5. Instruksi Stack, I/O, dan Kontrol
Instruksi ini mengatur penggunaan stack, membaca/menulis port I/O, serta
pengontrolan.
2.2.5 Konfigurasi Pin
Mikrokontroler AT89S52 mempunyai 40 pin dengan catu daya tunggal 5
Volt. Ke-40 pin tersebut digambarkan sebagai berikut :
Gambar 2.9 Mikrokontroler AT89S52
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
24
Fungsi dari masing-masing pin AT89S52 adalah :
1. Pin 1 sampai 8 (Port 1) merupakan port pararel 8 bit dua arah (bidirectional)
yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose).
2. Pin 9 merupakan pin reset, reset aktif jika mendapat catuan tinggi.
3. Pin 10 sampai 17 (Port 3) adalah port pararel 8 bit dua arah yang memiliki
fungsi pengganti sebagai berikut :
•
P3.0 (10) : RXD (port serial penerima data)
•
P3.1 (11) : TXD (port serial pengirim data)
•
P3.2 (12) : INT0 (input interupsi eksternal 0, aktif low)
•
P3.3 (13) : INT1 (input interupsi ekstrernal 1, aktif low)
•
P3.4 (14) : T0 (eksternal input timer / counter 0)
•
P3.5 (15) : T1 (eksternal input timer / counter 1)
•
P3.6 (16) : WR (Write, aktif low) Sinyal kontrol penulisan data dari port 0
ke memori data dan input-output eksternal.
•
P3.7 (17) : RD (Read, aktif low) Sinyal kontrol pembacaan memori data
input-output eksternal ke port 0.
4. Pin 18 sebagai XTAL 2, keluaran osilator yang terhubung pada kristal.
5. Pin 19 sebagai XTAL 1, masukan ke osilator berpenguatan tinggi, terhubung
pada kristal.
6. Pin 20 sebagai Vss, terhubung ke 0 atau ground pada rangkaian.
7. Pin 21 sampai 28 (Port 2) adalah port pararel 8 bit dua arah. Port ini mengirim
byte alamat bila pengaksesan dilakukan pada memori eksternal.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
25
8. Pin 29 sebagai PSEN (Program Store Enable) adalah sinyal yang digunakan
untuk membaca, memindahkan program memori eksternal (ROM / EPROM)
ke mikrokontroler (aktif low).
9. Pin 30 sebagai ALE (Address Latch Enable) untuk menahan alamat bawah
selama mengakses memori eksternal. Pin ini juga berfungsi sebagai PROG
(aktif low) yang diaktifkan saat memprogram internal flash memori pada
mikrokontroler (on chip).
10. Pin 31 sebagai EA (External Accesss) untuk memilih memori yang akan
digunakan, memori program internal (EA = Vcc) atau memori program
eksternal (EA = Vss), juga berfungsi sebagai Vpp (programming supply
voltage) pada saat memprogram internal flash memori pada mikrokontroler.
11. Pin 32 sampai 39 (Port 0) merupakan port pararel 8 bit dua arah. Berfungsi
sebagai alamat bawah yang dimultipleks dengan data untuk mengakses
program dan data memori eksternal.
12. Pin 40 sebagai Vcc, terhubung ke +5 V sebagai catuan untuk mikrokontroler.
2.2.6 Organisasi Memori
Semua serpih tunggal dalam keluarga MCS-51 memiliki pembagian ruang
alamat untuk program dan data. Pemisahan memori program dan memori data
memperbolehkan memori data untuk diakses oleh alamat 8 bit. Sekalipun
demikian, alamat data memori 16 bit dapat dihasilkan melalui register DPTR
(Data Point Register). Memori program hanya bisa dibaca tidak bisa ditulis
karena disimpan dalam EPROM. Dalam hal ini EPROM yang tersedia di dalam
serpih tunggal AT89S52 sebesar 8 Kbyte
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
26
Gambar 2.10 Memori program
a. Memori Program
Pada EPROM 8 Kbyte, jika EA (External Access) bernilai tinggi, maka
program akan menempati alamat 0000 H sampai 0FFF H secara internal. Jika
EA bernilai rendah maka program akan menempati alamat 1000 H sampai
FFFF H ke program eksternal.
b. Memori data
Memori data internal dipetakan seperti pada gambar di bawah ini Ruang
memorinya dibagi menjadi tiga blok yaitu bagian 128 bawah, 128 atas, dan
ruang SFR (Special Function Register)
Gambar 2.11 Bagian RAM
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
27
Bagian RAM 128 byte bawah dipetakan menjadi 32 byte bawah
dikelompokkan menjadi 4 bank dan 8 register (R0 sampai R7). Pada bagian 16
byte berikutnya, di atas bank-bank register, membentuk suatu blok ruang memori
yang bisa teralamati per bit (bit addressable). Alamat-alamat bit ini adalah 00 H
hingga 7F H. Semua byte yang berada di dalam 128 bawah dapat diakses baik
secara langsung maupun tidak langsung. Bagian 128 atas hanya dapat diakses
dengan pengalamatan tidak langsung. Bagian 128 atas dari RAM hanya ada di
dalam piranti yang memiliki RAM 256 byte.
2.3 IC ULN 2803
Kemampuan transistor jenis NPN yang digunakan untuk men-driver
dotmatriks harus mampu mengalirkan arus sebesar kemampuan maksimal dari
kebutuhan dotmatriks. Sehingga transistor yang digunakan harus mampu
mengalirkan arus diatas 120 mA.
Karena semakin berkembangnya teknologi terintegrasi maka transistor
yang berfungsi khusus untuk mendriver sebuah beban yang terkontrol dan dapat
untuk menangani/mengalirkan arus sebesar 500mA sudah tersedia di dalam
sebuah rangkaian terintegrasi ULN2803.
ULN2803 adalah IC yang didalamnya merupakan susunan transistor yang
terpasang secara darlington dan dapat menangani arus sebesar 500 mA,dan
didalam ULN2803 ini terdapat delapan buah susunan darlington yang dapat
bekerja secara individu sehingga beban yang dapat dipasang pada ULN2803 ini
sebanyak 8 buah. hal ini sesuai diaplikasikan untuk men-driver dotmatriks yang
dikendalikan oleh mikrokontroler.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
28
Gambar dibawah memperlihatkan susunan rangkaian dari driver untuk
dotmatriks dalam satu kolomnya. Pengambilan daya pada kolom diambil dari
74LS245 yang diteruskan oleh ULN2803 sehingga konfigurasi semacam ini tidak
memberatkan beban arus bagi mikrokontroler dan mikrokontroler sebagai
pengendali saja. 74LS245 selain sebagai pengunci dalam hal ini juga bertugas
sebagai penyedia arus bagi satu titik pada susunan dotmatriks.
Gambar 2.12 Susunan Driver dan Kendali kolom dotmatriks
2.3.1 Persambungan Dotmatriks 8×8 titik 8 Buah
Dengan mengetahui karakteristik-karakteristik rangkaian yang diperlukan,
maka dapat disusun menjadi rangkaian pengendali tampilan dotmatriks seperti
pada Gambar
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
29
Gambar 2.13 Pengendali Dotmatriks 8×8 titik
Jalur Baris dihubungkan ke saluran antarmuka 8 Bit mikrokontroler yaitu
Port.0, dengan melalui driver ULN2803 terlebih dahulu sebelum langsung
terhubung ke mikrokontroler, begitu juga apabila digunakan 8 Buah dotmatriks,
jalur baris semuanya dari 8 dotmatriks dihubungkan ke Port.0 ( dari P0.0 sampai
P0.7).
Resistor yang dipasang pada setiap port.0 ini berfungsi sebagai pull up
eksternal, dimana kaki port.0 ini sering digunakan sebagai pengakses memori
eksternal, kaki port.0 ini tidak dilengkapi dengan pullup internal, sehingga untuk
menghindari pengambangan logika maka diberi pull up eksternal pada setiap kaki
port.0 ( dari P0.0 sampai P0.7).
Jalur kolom dihubungkan ke kaki IC pengunci/74xx245 pada sisi B dan
pada kaki sisi A dihubungkan ke kaki mikrokontrol. Kedelapan dotmatriks
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
30
dipasang jalur seperti pada gambar diatas, dan pada sisi setiap kaki A 74XX245
dihubungkan ke mikrokontroler.
Pengendali jalur kolom ini yaitu 74xx245 dihubungkan ke kaki Port.2,
pada kaki kontrol hal ini hanya memerlukan satu kontrol dari setiap do
dotmatriks-nya, apabila digunakan 8 dotmatriks, maka diperlukan 8 antarmuka
mikrokontroler.
Untuk persambungan dapat dilihat pada Tabel
Tabel 2.2 Persambungan Mikrokontroler Dengan 8 buah Dotmatriks
Mikrokontrol AT89S52
Port
PORT 0
PORT 2
Hubungan
Pin
P0.0
Baris 0
P0.1
Baris 1
P0.2
Baris 2
P0.3
Baris 3
P0.4
Baris 4
P0.5
Baris 5
P0.6
Baris 6
P0.7
Baris 7
P2.0
Matrix 1
P2.1
Matrix 2
P2.2
Matrix 3
P2.3
Matrix 4
P2.4
Matrix 5
P2.5
Matrix 6
P2.6
Matrix 7
P2.7
Matrix 8
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
PORT 3
Gambar
31
P3.0
A0
P3.1
A1
P3.2
A2
P3.3
A3
P3.4
A4
P3.5
A5
P3.6
A6
P3.7
A7
dibawah
memperlihatkan
sistem
persambungan
antara
mikrkontroler dengan setiap pengunci(74LS245), ULN2803 dan dotmatrik, maka
terlihat bahwa mikrokontroler masih tersedia antarmuka yang masih belum
terpakai sebanyak delapan antarmuka. Apabila sistem dotmatriks ini akan
dikembangkan lebih lanjut maka dotmatriks yang dapat dipasangkan dalam satu
mikrokontroler dapat mencapai 16 buah dotmatriks.
Gambar 2.14 Persambungan pada sisi Mikrokontroler
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
32
Untuk lebih jelasnya dalam persambungan ini dapat diperjelas lagi pada
Tabel 3.3 sampai Tabel .
Tabel 2.3 Persambungan Mikrokontroler dengan Setiap Dotmatriks
Mikrokontrol
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
Matrix Aktif
1
1
1
1
1
1
1
0
Matrix 1
1
1
1
1
1
1
0
1
Matrix 2
1
1
1
1
1
0
1
1
Matrix 3
1
1
1
1
0
1
1
1
Matrix 4
1
1
1
0
1
1
1
1
Matrix 5
1
1
0
1
1
1
1
1
Matrix 6
1
0
1
1
1
1
1
1
Matrix 7
0
1
1
1
1
1
1
1
Matrix 8
Tabel 2.4 Persambungan Mikrokontroler dengan Setiap kolom Dotmatriks
Mikrokontrol
P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
Kolom Aktif
1
1
1
1
1
1
1
0
Kolom 1
1
1
1
1
1
1
0
1
Kolom 2
1
1
1
1
1
0
1
1
Kolom 3
1
1
1
1
0
1
1
1
Kolom 4
1
1
1
0
1
1
1
1
Kolom 5
1
1
0
1
1
1
1
1
Kolom 6
1
0
1
1
1
1
1
1
Kolom 7
0
1
1
1
1
1
1
1
Kolom 8
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
33
Tabel 2.5 Persambungan Mikrokontroler dengan Setiap Baris Dotmatriks
Mikrokontrol
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
Baris Aktif
0
0
0
0
0
0
0
1
Baris 1
0
0
0
0
0
0
1
0
Baris 2
0
0
0
0
0
1
0
0
Baris 3
0
0
0
0
1
0
0
0
Baris 4
0
0
0
1
0
0
0
0
Baris 5
0
0
1
0
0
0
0
0
Baris 6
0
1
0
0
0
0
0
0
Baris 7
1
0
0
0
0
0
0
0
Baris 8
2.3.2 Rancangan Perangkat Lunak
Untuk dapat menjalankan atau mengendalikan 8 buah dotmatriks adalah
dengan menentukan mode scanning yang akan digunakan. Dalam aplikasi ini
diambil mode scanning horizontal, seperti Gambar:
Gambar 2.15 Mode Scanning Horisontal
Data karakter led terletak pada jalur baris atau port.0, dan scanning atau
pergeseran karakter perkolomnya dikendalikan oleh Port.3 dan Port.2. gambaran
flowchart-nya diberikan pada Gambar.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
34
Gambar 2.16 Flowchart scanning
Pada kondisi awal P2 diisi logika 8 bit ‘ 01111111 ‘, hal ini menjadikan
dotmatriks 1 akan aktif dan dotmatriks lainya akan mati, selanjutnya P3 diisi
logika 8 bit ‘011111111’ sehingga kolom yang ditunjuk aktif adalah kolom 1 dari
dotmatriks 1.
Dari proses ini led dotmatriks 1 pada kolom 1 akan hidup sesuai dengan
data karakter yang dikeluarkan oleh P0, (logika 1 = hidup, logika 0 = mati), data
karakter pada P0 akan dibahas pada karakter kode ASCII.
Selanjutnya setelah kolom pertama aktif dan P0 memberikan karakter
kolom pertama, maka isi logika P3 akan digeser kekanan 1 bit, sehingga P3 akan
berlogika ‘1011111111’, hal ini menunjuk aktif led pada kolom kedua, dan
kemudian P0 mengeluarkan karakter berikutnya pada kolom 2.
Setelah proses kedua, maka proses diulang kembali dan menggeser logika
P3 menjadi ‘11011111’ dan P0 sama dengan karakter ketiga. Hal ini akan
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
35
berulang-ulang terus sampai P3 berlogika ‘11111110’, apabila P3 berlogika
‘11111110’ maka proses scanning horizontal selesai pada dotmatriks 1. untuk
dotmatriks 2 adalah dengan menggeser logika pada ‘10111111’, dan P2
dikembalikan lagi pada posisi logika ‘01111111’, Berarti yang sekarang aktif
adalah dotmatriks 2 pada posisi kolom 1, selanjutnya proses seperti diatas diulang
kembali sampai pada dotmatriks ke delapan. Gambaran pergeseran logika dapat
dilihat pada tabel selanjutnya……
2.4 Relay
Relay
adalah suatu peralatan elektronik yang berfungsi untuk
memutuskan atau menghubungkan suatu rangkaian elektronik yang satu dengan
rangkaian elektronik yang lainnya, contoh pada rangkaian pengontrol motor
mengunakan relay. Pada dasarnya relay adalah saklar elektromagnetik yang akan
bekerja apabila arus mengalir melalui kumparan, inti besi akan menjadi magnet
dan akan menarik kontak-kontak relay. Kontak-kontak dapat ditarik apabila garis
magnet dapat mengalahkan gaya pegas yang melawannya. Besarnya gaya magnet
yang ditetapkan oleh medan yang ada pada celah udara pada jangkar dan inti
magnet, dan banyaknya lilitan kumparan, kuat arus yang mengalir atau disebut
dengan inperal lilitan dan pelawan magnet yang berada pada sirkuit pemagnetan.
Untuk memperbesar kuat medan magnet dibentuk suatu sirkuit. Kontak-kontak
atau kutub-kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar pemakaian yaitu :
1.
Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan menutup dan
disebut sebagai kontak Normally Open ( NO ).
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
2.
36
Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan membuka dan
disebut dengan kontak Normally Close ( NC ).
3.
Tukar-sambung ( Change Over/CO ), relay jenis ini mempunyai kontak
tengah yang normalnya tertutup tetapi melepaskan diri dari posisi ini dan
membuat kontak dengan yang lain bila relay dialiri listrik.
Berikut ini memperlihatkan beberapa bentuk kontak dari sebuah relay :
Gambar 2.17 Jenis Konstruksi Relay
Sifat – sifat relay :
a.
Impedansi kumparan, biasanya impedansi ditentukan oleh tebal kawat
yang digunakan serta banyaknya lilitan. Biasanya impedansi berharga 1 –
50 K? guna memperoleh daya hantar yang baik.
b.
Kuat arus yang digunakan untuk menggerakkan relay, biasanya arus ini
diberikan oleh pabrik. Relay dengan perlawanan kecil memerlukan arus
besar sedangkan relay dengan perlawanan besar memerlukan arus yang
kecil.
c.
Tegangan yang diperlukan untuk menggerakkan relay.
d.
Daya yang diperlukan untuk mengoperasikan relay besarnya sama dengan
nilai tegangan dikalikan arus.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
e.
37
Banyaknya kontak-kontak jangkar dapat membuka dan menutup lebih dari
satu kontak sekaligus tergantung pada kontak dan jenis relaynya. Jarak
antara kontak-kontak menentukan besarnya tegangan maksimum yang
diizinkan antara kontak tersebut.
2.5 Protokol USB
2.5.1 Persinyalan USB
USB adalah host-centric bus di mana host/terminal induk memulai semua
transaksi. Paket pertama/penanda (token) awal dihasilkan oleh host untuk
menjelaskan apakah paket yang mengikutinya akan dibaca atau ditulis dan apa
tujuan dari perangkat dan titik akhir. Paket berikutnya adalah data paket yang
diikuti oleh handshaking packet yang melaporkan apakah data atau penanda sudah
diterima dengan baik atau pun titik akhir gagal menerima data dengan baik.
Setiap proses transaksi pada USB terdiri atas:
•
Paket token/sinyal penanda (Header yang menjelaskan data yang
mengikutinya)
•
Pilihan paket data (termasuk tingkat muatan) dan
•
Status paket (untuk acknowledge/pemberitahuan hasil transaksi dan untuk
koreksi kesalahan)
Nomor kaki (dilihat pada soket):
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
38
Penetapan kaki
Kaki Fungsi
VBUS (4.75–5.25 V)
1
D−
2
D+
3
GND
4
Shell Shield
2.5.2 Paket data umum USB
Data di bus USB disalurkan dengan cara mendahulukan Least Significant
Bit(LSB). Paket-paket USB terdiri dari data-data berikut ini:
•
Sync
Semua paket harus diawali dengan data sync. Sync adalah data 8 bit untuk low
dan full speed atau data 32 bit untuk high speed yang digunakan untuk
mensinkronkan clock dari penerima dengan pemancar. Dua bit terakhir
mengindikasikan dimana data PID dimulai.
•
PID (Packet Identity/Identitas paket)
Adalah field untuk menandakan tipe dari paket yang sedang dikirim. Tabel
dibawah ini menunjukkan nilai-nilai PID:
Group
Nilai PID Identitas Paket
Token
0001
OUT Token
Token
1001
IN Token
Token
0101
SOF Token
Token
1101
SETUP Token
Data
0011
DATA0
Data
1011
DATA1
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
39
Data
0111
DATA2
Data
1111
MDATA
Handshake 0010
ACK Handshake
Handshake 1010
NAK Handshake
Handshake 1110
STALL Handshake
Handshake 0110
NYET (No Response Yet)
Special
1100
PREamble
Special
1100
ERR
Special
1000
Split
Special
0100
Ping
Tabel 2.6 Nilai PID
Ada 4 bit PID data, supaya yakin diterima dengan benar, 4 bit di
komplementasikan dan diulang, menjadikan 8 bit data PID. Hasil dari pengaturan
tersebut adalah sebagai berikut.
PID0 PID1 PID2 PID3 nPID0 nPID1 nPID2 nPID3
•
ADDR (address)
Bagian alamat dari peralatan dimana paket digunakan. Dengan lebar 7 bit, 127
peralatan dapat disambungkan. Alamat 0 tidak sah, peralatan yang belum
terdaftar harus merespon paket yang dikirim ke alamat 0.
•
ENDP (End point)
Titik akhir dari field yang terdiri dari 4 bit, menjadikan 16 kemungkinan titik
akhir. Low speed devices, hanya dapat mempunyai 2 tambahan end point pada
puncak dari pipe default. (maksimal 4 endpoints)
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
•
40
CRC
Cyclic Redundancy Check dijalankan pada data didalam paket yang dikirim.
Semua penanda (token) paket mempunyai sebuah 5 bit CRC ketika paket data
mempunyai sebuah 16 bit CRC.
•
EOP (End of packet)
Akhir dari paket yang disinyalkan dengan satu angka akhir 0 (Single Ended
Zero/SEO) untuk kira-kira 2 kali bit diikuti oleh sebuah J 1 kali.
Data yang dikirim dalam bus USB adalah salah satu dari 4 bentuk, yaitu
control, interrupt, bulk, atau isochronous.
2.5.3 Perancangan peralatan yang menggunakan USB
Untuk membuat suatu peralatan yang dapat berkomunikasi dengan
protokol USB tidak perlu harus mengetahui secara rinci protokol USB. Bahkan
kadang tidak perlu pengetahuan tentang USB protokol sama sekali. Pengetahuan
tentang USB protokol hanya diperlukan untuk mengetahui spesifikasi yang
dibutuhkan untuk alat kita. Pada kenyataannya untuk mengimplemetasikan USB
protokol di FPGA ataupun perangkat bantu lain sangat tidak efisien dan banyak
waktu terbuang untuk merancangnya. Menggunakan kontroler USB sangat lebih
dianjurkan dalam membuat alat yang dapat berkomunikasi melalui protokol ini.
Kontroler USB mempunyai banyak macam bentuk, dari microcontroller berbasis
8051 yang mempunyai input output USB secara langsung sampai pengubah
protocol dari serial seperti I2C bus ke USB.
USB controller biasanya dijual dengan disertai berbagai fasilitas yang
mempermudah pengembangan alat, diantaranya manual yang lengkap, driver
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
41
untuk windows, contoh code aplikasi untuk mengakses USB, contoh code untuk
USB controller, dan skema rangkaian elektronikanya.
Dalam sisi pengembangan software aplikasi dalam personal computer,
komunikasi antar hardware didalam perangkat keras USB tidak terlalu
diperhatikan karena Windows ataupun sistem operasi lain yang akan
mengurusnya. Pengembang perangkat lunak hanya memberikan data yang akan
dikirim ke alat USB di buffer penyimpan dan membaca data dari alat USB dari
buffer
pembaca.
Untuk
driver
pun
kadang-kadang
Windows
sudah
menyediakannya, kecuali untuk peralatan yang mempunyai spesifikasi khusus kita
harus membuatnya sendiri.
2.6 Konsep Komunikasi serial pada Komputer
Komunikasi serial ialah pengiriman data secara serial (data dikirim satu
persatu secara berurutan), sehingga komunikasi serial jauh lebih lambat daripada
komunikasi paralel.. Serial port lebih sulit ditangani karena peralatan yang
dihubungkan ke serial port harus berkomunikasi dengan menggunakan transmisi
serial, sedang data di computer diolah secara paralel. Oleh karena itu data dari dan
ke serial port harus dikonversikan ke dan dari bentuk paralel untuk bisa
digunakan. Menggunakan hardware, hal ini bisa dilakukan oleh Universal
Asyncronous Receiver Transmimeter (UART), kelemahannya kita butuh software
yang menangani register UART yang cukup rumit dibanding pada parallel
port.Kelebihan dari komunikasi serial ialah panjang kabel jauh dibanding paralel,
karena serial port mengirimkan logika “1” dengan kisaran tegangan –3 V hingga –
25 V dan logika 0 sebagai +3 Volt hingga +25 V sehingga kehilangan daya
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
42
karena panjangnya kabel bukan masalah utama. Bandingkan dengan port paralel
yang menggunakan level TTL berkisar dari 0 V untuk logika 0 dan +5 Volt untuk
logika 1. Berikut contoh bentuk sinyal komunikasi serial . Umumnya sinyal serial
diawali dengan start bit, data bit dan sebagai pengecekan data menggunakan
parity bit serta ditutup dengan 2 stop bit. Level tengangan -3 V hingga +3 V
dianggap sebagai undetermined region.
Komunikasi melalui serial port adalah asinkron, yakni sinyal detak tidak
dikirim bersama dengan data. Setiap word disinkronkan dengan start bit, dan
sebuah clock internal di kedua sisi menjaga bagian data saat pewaktuan (timing).
2.6.1 Peralatan Komunikasi Serial
Hardware pada komunikasi serial port dibagi menjadi 2 (dua ) kelompok
yaitu Data Communication Equipment (DCE) dan Data Terminal Equipment
(DTE). Contoh dari DCE ialah modem, plotter, scanner dan lain lain sedangkan
contoh dari DTE ialah terminal di komputer. Spesifikasi elektronik dari serial
port merujuk pada Electronic Industry Association (EIA) :
1. “Space” (logika 0) ialah tegangan antara + 3 hingga +25 V.
2. “Mark” (logika 1) ialah tegangan antara –3 hingga –25 V.
3. Daerah antara + 3V hingga –3V tidak didefinisikan /tidak
terpakai
4. Tegangan open circuit tidak boleh melebihi 25 V.
5. Arus hubungan singkat tidak boleh melebihi 500mA.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
43
Berikut tampilan port serial DB9 yang umum digunakan
Gambar 2.18 Port DB9 jantan
Gambar 2.19 Port DB9 betina
Konektor port serial terdiri dari 2 jenis, yaitu konektor 25 pin (DB25 dan
9 pin (DB9) yang berpasangan (jantan dan betina).Bentuk dari konektor DB-25
sama persis dengan port paralel.
2.6.2 Alamat Port dan IRQ
Alamat standar serial port adalah sebagaimana tampak dalam Tabel 12.2.
Hal ini masih dengan catatan bahwa mungkin ada komputer yang memiliki alamat
port dan IRQ yang berbeda dengan alarnat di bawah ini, misalnya pada komputer
PS/2 yang menggunakan Micro Channel Bus.
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
44
Nama Alamat
IRQ
COM 1
3F8
4
COM 2
2F8
3
COM 3
3E8
4
COM 4
2E8
3
Tabel 2.7 Alamat dan IRQ port serial
2.6.3 Konverter Logika RS-232
Jika peralatan yang kita gunakan menggunakan logika TTL maka sinyal
serial port harus kita konversikan dahulu ke pulsa TTL sebelum kita gunakan, dan
sebaliknya sinyal dari peralatan kita harus dikonversikan ke logika RS-232
sebelum di-inputkan ke serial port. Konverter yang paling mudah digunakan
adalah MAX-232. Di dalam IC ini terdapat Charge Pump yang akan
membangkitkan +10 Volt dan -10 Volt dari sumber +5 Volt tunggal. Dalam IC
DIP (Dual In-line Package) 16 pin (8 pin x 2 baris) ini terdapat 2 buah transmiter
dan 2 receiver.
2.6.4 Pemrograman Port Serial Komputer
Port
serial
sering
digunakan
untuk
interfacing
komputer
dan
mikrokontroler, karena kemampuan jarak pengiriman data dibandingkan port
paralel. Berikut contoh program assembly untuk komunikasi serial antara 2 PC.
Untuk komunikasi ini, anda cukup menghubungkan :
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
TUGAS AKHIR
1. Pin TxD ke pin RxD computer lain
2. Pin RXD dihubungkan ke pin TxD komputer lain
3. RTS dan CTS dihubung singkat
4. DSR dan DTR dihubung singkat
5. GND dihubungkan ke GND komputer lain
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana
45