BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Warna 2.1.1 Pengertian

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Teori Warna
2.1.1
Pengertian warna
Warna dapat didefinisikan secara obyektif/fisik sebagai sifat cahaya yang
dipancarkan, atau secara subyektif/psikologis merupakan bagian dari pengalaman
indera pengelihatan.Secara obyektif atau fisik, warna dapat diberikan oleh panjang
gelombang.Dilihat dari panjang gelombang, cahaya yang tampak oleh mata
merupakan salah satu bentuk pancaran energi yang merupakan bagian yang sempit
dari gelombang elektromagnetik.Artinya gejala yang timbul karena suatu benda
memantulkan cahaya yang mengenainya.Warna juga diasumsikan sebagai reaksi otak
terhadap rangsangan visual khusus.Meskipun kita justru bisa menjelaskan warna
dengan mengukur kekuatan distribusi spektral (intensitas dari radias elektro-magnetik
yang tampak pada banyak diskrit panjang gelombang) ini mengarah ke tingkat besar
dari redundansi.Alasannya untuk redundansi ini adalah bahwa sampel retina mata
mewarnai hanya menggunakan tiga jalur yang luas, kira-kira sesuai dengan warna
merah, hijau dan biru.Sinyal-sinyal dari sel-sel sensitif warna (kerucut), bersamasama dengan yang dari batang (sensitif terhadap intensitas saja), digabungkan di otak
untuk memberikan beberapa perbedaan "sensasi" dari warna. Sensasi ini telah
didefinisikan oleh CIE dan dikutip dari buku Hunt "Measuring color". Sifat cahaya
bergantung
pada panjang gelombang cahaya yang dipantulkan benda tersebut.
Sebagian cahaya diabsorbsikan oleh benda tadi. Pada cahaya putih warna yang
diabsorbsikan
bersifat komplementer terhadap warna cahaya yang dipantulkan.
Benda berwarna hitam karena sifat pigmen benda tersebut menyerap semua
warna.Teori dan pengenalan warna telah banyak dipaparkan oleh para ahli,
diantaranya sebagai berikut:
a.
Teori Newton (1642-1727)
Dalam bukunya “Optics”(1704), ia mengungkapkan bahwa warna itu ada
dalam cahaya. Hanya cahaya satu- satunya sumber warna bagi setiap benda.Asumsi
yang dikemukan oleh Newton didasarkan pada penemuannya dalam sebuah
eksperimen.Di dalam sebuah ruangan gelap, seberkas cahaya putih matahari
diloloskan lewat lubang kecil dan menerpa sebuah prisma. Ternyata cahaya putih
matahari yang bagi kita tidak tampak berwarna, oleh prisma tersebut dipecahkan
menjadi susunan cahaya berwarna yang tampak di mata sebagai cahaya merah,
jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu, yang kemudian dikenal sebagai susunan
spektrum dalam cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut dikumpulkan dan diloloskan
kembali melalui sebuah prisma, cahaya tersebut kembali menjadi cahaya putih.Jadi,
cahaya putih (seperti cahaya matahari) sesungguhnya merupakan gabungan cahaya
berwarna dalam spektrum.
Newton kemudian menyimpulkan bahwa benda- benda sama sekali tidak
berwarna tanpa ada cahaya yang menyentuhnya. Sebuah benda tampak hijau karena
fotoreseptor (penangkap/penerima cahaya) pada mata manusia menangkap cahaya
hijau yang dipantulkan oleh benda tersebut.Cahaya adalah satu-satunya sumber warna
dan benda-benda yang tampak berwarna semuanya hanyalah pemantul, penyerap dan
penerus warna-warna dalam cahaya.
b.
Eksperimen James Clerck Maxwell (1855-1861)
James Clerck Maxwell membuat srangkaian percobaan dengan menggunakan
proyektor cahaya dan penapis (filter) berwarna. 3 buah proyektor yang telah diberi
penapis (filter) warna yang berbeda disorotkan ke layar putih di ruang gelap.
Penumpukkan dua atau tiga cahaya berwarna ternyata menghasilkan warna cahaya
yang lain (tidak dikenal) dalam pencampuran warna dengan menggunakan
tinta/cat/bahan pewarna. Penumpukkan (pencampuran) cahaya hijau dan cahaya
merah, misalnya menghasilkan warna kuning.
Hasil experimen Maxwell menyimpulkan bahwa warna hijau, merah dan biru
merupakan warna- warna primer (utama) dalam pencampuran warna cahaya.Warna
primer adalah warna- warna yang tidak dapat dihasilkan lewat pencampuran warna
apapun.Melalui warna- warna primer cahaya ini (biru, hijau, dan merah) semua warna
cahaya dapat dibentuk dan diciptakan. Jika ketiga warna cahaya primer ini dalam
intensitas maksimum digabungkan, berdasarkan eksperimen 3 proyektor yang
didemonstrasikan Maxwell, maka ditunjukkan sebagai berikut:
(a) Warna Primer Aditif
(b) Warna Primer Substraktif
Gambar 2.1 Diagram Percobaan Maxwell
Eksperimen Maxwell merupakan model atau tiruan yang bagus sekali untuk
memudahkan pemahaman kita tentang bagaimana reseptor mata menangkap cahaya
sehingga menimbulkan penglihatan berwarna di otak.
Pencampuran warna dalam cahaya dan bahan pewarna menunjukkan gejala
yang berbeda. Sekalipun begitu, dengan memperhatikan hasilnya secara seksama
pada pencampuran masing- masing warna primer, dapatlah diperkirakan adanya suatu
hubungan yang saling terkait satu sama lain. Warna kuning dalam cahaya ternyata
dapat dihasilkan dengan menambahkan warna cahaya primer hijau pada cahaya
merah. Cara menghasilkan warna cahaya baru dengan mencampurkan 2 atau lebih
warna cahaya disebut “pencampuran warna secara aditif” (additive= penambahan).
Warna- warna utama cahaya (merah, hijau, biru) selanjutnya kemudian dikenal juga
sebagai warna- warna utama aditif (additive primaries).Pencampuran warna secara
aditif hanya dipergunakan dalam pencampuran warna cahaya.
c.
Menurut Adrian Ford
Teori tri-chromatic menjelaskan cara tiga lampu terpisah , merah, hijau dan
biru, dapat mencocokkan setiap warna terlihat - berdasarkan pada penggunaan mata
dari tiga sensor sensitif warna. Ini adalah dasardi mana fotografi dan pencetakan
beroperasi, menggunakan tiga pewarna yang berbeda untuk mereproduksi warna
dalam sebuah peristiwa. Ini juga merupakan cara dimana kebanyakan komputer
beroperasi, menggunakan tigaparameter untuk menentukan warna.
Sebuah ruang warna adalah metode dimana kita dapat menentukan, membuat
dan memvisualisasikan warna. Sebagai manusia, ita dapat mendefinisikan warna
dengan atribut kecerahan, warna dan colourfulness. Sebuah komputer mungkin
menggambarkan warna menggunakan jumlah merah, hijau dan biru emisi fosfor yang
diperlukan untuk mencocokan sebuah warna.Sebuah percetakan dapat menghasilkan
warna tertentu dalam hal reflektansi dan Absorbansi cyan, magenta, kuning dan tinta
hitam pada kertas cetak.
Warna yang demikian biasanya ditentukan dengan menggunakan tiga
koordinat, atau parameter.Parameter menggambarkan posisi warna dalam ruang
warna yang digunakan. Mereka tidak memberi tahu kita apa warna, itu tergantung
pada apa ruang warna yang digunakan. Sebuah analogi ini adalah bahwa saya bisa
memberitahu Anda di mana saya tinggal dengan memberikan arah dari lokal garasi,
arah itu hanya berarti semuanya jika Anda mengetahui lokasi garasi sebelum
bergerak. Jika Anda tidak tahu di mana garasi ,maka petunjuk tidaklah berarti.
RGB (Red Green Blue) adalah warna aditif sistem berdasarkan tri-chromatic
teori.Sering ditemukan dalam sistem yang menggunakan CRT untuk menampilkan
gambar.RGB mudah untuk menerapkan tetapi non inear dengan persepsi visual. Itu
adalah perangkat tergantung dan spesifikasi dari warna adalah semi intuitif. RGB
adalah sangat umum, yang digunakan di hampir setiap sistem komputer serta televisi,
video dll.
d.
Hukum Grassman mengenai campuran aditif warna .
Setiap warna ( sumber C ) dapat dicocokkan dengan kombinasi linear dari tiga
warna lain ( terutama misalnya RGB ) , asalkan tidak ada dari ketiga tersebut dapat
dicocokkan oleh kombinasi dari dua lainnya .Ini merupakan dasar untuk kolorimetri
dan hukum pertama Grassman tentang campuran warna . Jadi warna C dapat
dicocokkan oleh Rc unit merah , unit Gc unit hijau dan Bc unit biru . Unit dapat
diukur dalam bentuk apapun yang mengkuantifikasi kekuatan cahaya .
C = Rc(R) + Gc(G) + Bc(B)
(2.1)
Ruang warna Komputer RGB adalah ruang warna yang dihasilkan pada layar
(atau serupa) CRT ketika nilai pixel diterapkan ke kartu grafis.Ruang RGB dapat
divisualisasikan sebagai kubus dengan sumbu tiga yang sesuai dengan merah, hijau
dan biru. Sudut bawah, ketika merah = hijau = biru = 0 adalah hitam, sedangkan
berlawanan atas pojok, di mana merah = hijau = biru = 255 (untuk 8 bit per saluran
sistem tampilan), putih. RGB sering digunakan dalam aplikasi komputer terbesar
karena transformasi tidak diperlukan untuk menampilkan informasi pada layar.Untuk
alasan ini, umumnya dasar ruang warna untuk sebagian besar aplikasi.
2.2
Mikrokontroler AVR
Mikrokontroler dapat bekerja dengan kendali suatu program yang kita buat sendiri.
Program tersebut akan berinteraksi dengan arsitektur perangkat keras yang sudah fix
di dalam chip. Mikrokontroler keluarga AVR secara umum dapat dibagi menjadi 6
kelompok, yaitu:
a.
Keluarga ATiny; biasanya bentuk dimensinya kecil, ukuran memori kecil,
jumlah pin masukan dan keluaran juga sedikit.
b.
Keluarga AT90Sxx; merupakan mikrokonroler yang pertama kali dibuat oleh
Atmel Corp.
c.
Keluarga ATmega; merupakan pengembangan mikrokontroler AT90Sxx
dengan fitur yang lebih banyak.
d.
Keluarga AT86RFxx; merupakan mikrokontroler berorientasi desain minimal.
e.
Keluarga
AT90USBxx;
merupakan
mikrokontroler
yang
berorientasi
pemrograman USB.
f.
Keluarga AVR 32 bit contohnya AP7000, UC3Axxxx, UC3Bxxxx, UC3Lxx,
dsb; merupakan mikrokontroler dengan register dan instruksi dengan panjang
32 bit.
Secara historis, mikrokontroler seri AVR pertama kali diperkenalkan ke
pasaran sekitar tahun 1997 oleh perusahaan Atmel, yaitu sebuah perusahaan yang
sangat terkenal dengan produk mikrokontroler seri AT89S51/52-nya yang samapai
sekarang masih banyak digunakan di lapangan. Mikrokontroler AT89S51/52 masih
mempertahankan arsitektur dan set instruksi dasar mikrokontroler 8031 dari
perusahaan INTEL. Mikrokontroler AVR diklaim memiliki arsistektur dan set
instruksi yang benar-benar baru dan berbeda dengan arsitektur mikrokontroler yang
sebelumnya yang diproduksi oleh perusahaan tersebut.
AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur RISC (Reduced Instruction
Set Computer) dengan lebar bus data 8 bit. Frekuensi kerja mikrokontroler AVR ini
pada dasarnya sama dengan frekuensi osilator sehingga hal tersebut dapat
menyebabkan kecepatan kerja AVR untuk frekuensi osilator yang dama akan dua
belas kali lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler keluarga AT89S51/52.
Dengan instruksi yang sangat variatif (mirip dengan sistem CISC-Complex
Instruction Set Computer) serta jumlah register yang serba guna (General Purpose
Register) sebanyak 32 buah yang semuanya terhubung secara langsung ke ALU
(Arithmetic Logic Unit), kecepatan operasi mikrokontroler AVR ini dapat mencapai
16 MIPS (enam belas juta instruksi per detik), sebuah kecepatan yang sangat tinggi
untuk ukuran mikrokontroler 8 bit yang ada dipasaran sampai saat ini.
2.2.1
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).
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 2.2 Arsitektur Mikrokontroler ATmega8535
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.
2.2.2 Konfigurasi PIN
Secara umum deskripsi mikrokontroler ATMega 8535 adalah sebagai berikut:
Gambar 2.3 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 menyediakanresistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing
bit).Port Aoutput buffer mempunyai karakteristik gerakan simetrisdengan keduanya
sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pinPA0 ke PA7 digunakan sebagai input
dan secara eksternal ditarikrendah, pin – pin akan memungkinkan arus sumber jika
resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakalasuatu 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 buffermempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
B yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan.
Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisireset 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 buffermempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
C yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan.
Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisireset 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 buffermempunyai karakteristik gerakan
simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port
D yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan.
Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisireset menjadi aktif, sekalipun
waktu habis.

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.
2.2.3 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.
2.2.4 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
clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang
komponen seperti di bawah ini:
Gambar 2.4 Sistem Clock
2.2.5Organisasi 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 alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus
untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat
berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register
yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral
mikrokontroler, seperti kontrol register,timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan
sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada Tabel
2.1. Alamat memori berikurnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada
lokasi$60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
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.
Gambar 2.5Memori Program AT Mega 8535
2.2.6 EEPROM
Dalam mikrokontroler AVR data dapat ditempatkan pada tiga macam memori
yaitu memori flash, SRAM, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable
Read Only Memory).EEPROM adalah salah satu memori untuk menyimpan data
internal mikrokontroler yang sifatnya non-volatile. Artinya data tidak akan hilang
walaupun catu daya mikrokontroler mati. Biasanya memori EEPROM diaplikasikan
misalnya untuk penyimpanan tabel-tabel data, atau konstanta, penyimpanan password,
dan sebagainya.
ATmega8535 mempunyai memori EEPROM 512 byte. EEPROM ini disusun sebagai
ruang data yang terpisah dengan yang lain, dimana byte tunggal dapat dibaca dan
ditulis. EEPROM memiliki ketahanan sedikitnya 100.000 siklus tulis/hapus.
EEPROM diakses melalui register-register akses EEPROM, yaitu:
-
EEPROM Address Register (EEAR)
-
EEPROM Data Register (EEDR)
-
EEPROM Control Register (EECR)
Untuk divais-divais dengan EEPROM diatas 256 byte, EEAR sebenarnya ada dua
register yaitu EEARL dan EEARH. EEAR (sebagai register tunggal atau sebagai
register ganda) digunakan untuk meng-set alamat EEPROM ke mana data akan
ditulisi atau dari mana data akan dibaca. EEAR adalah sebuah register baca/tulis yaitu
register yang dapat dibaca untuk melihat alamat apa yang telah di-set.
EEDR adalah register data EEPROM dan merupakan register baca/tulis. Bila anda
ingin menulis data ke EEPROM, anda me-load data yang diperlukan ke dalam EEDR.
Bila anda ingin membaca data dari EEPROM, setelah proses pembacaan berakhir,
anda membaca EEDR untuk data.
EECR mempunyai bit-bit control yang diperlukan untuk pembacaan dan penulisan
EEPROM. Penulisan ke suatu EEPROM tidak sederhana seperti menulis ke SRAM
misalnya.Waktu akses tulis untuk EEPROM pada mikrokontroler AVR berkisar 2.5
sampai 4.0 ms, tergantung pada tegangan suplai. Bit control EEWE dalam EECR
menginjinkan pemakai untuk mendeteksi bila data yang diminta sebelumnya telah
ditulisi ke EEPROM dan apakah sebuah byte baru dapat ditulisi.
2.2.7
Two Wire Serial Interface
2.2.7.1 Konsep Two Wire Serial Interface
Antarmuka serial 2 kabel(TWI) sangat ideal untuk diterapkan pada aplikasi
menggunkan mikrokontroler. Protocol ini mengijinkan desain sistem untuk saling
berkoneksi sampai 128 piranti yang berlainan menggunakan hanya 2 jalur dua arah,
satu untuk clock (SCL) dan satunya untuk data (SDA). Perangkat keras eksternal yang
dibutuhkan untuk mengimpletasikan jaringan ini adalah resistor pull-up tunggal untuk
setiap jalur bus TWI.
Banyak perusahaan semikonduktor yang berusaha mengembangkan cara baru
komunikasi antar IC yang lebih mendukung sebagai alternative dari hubungan antarIC secara pararell (pararell bus). Salah satu metode yang dipakai secara luas adalah
IIC(sering ditulis juga I2C), singkatan dari Inter Intergrated Circuit bus yang
dikembangkan oleh Philips semikonduktor, dengan konsep dasar komunikasi 2 arah
dan/atau anatarsistem secara serial menggunakan 2 kabel.
2.2.7.2 Karakteristik Jaringan I2C
Setiap IC yang terhubung dalam I2C memiliki alamat yang unik yang dapat
diakses secara perangkas keras dengan protocol master slave yang sederhana, dan
mampu mengakomodasikan multi-master. I2C merupakan bus serial dengan orientasi
data 8 bit, komunikasi 2 arah, dengan kecepatan transfer data sampai 100Kbit/s pada
mode standard an 3,4 Mbit/s pada mode kecepatan tinggi. Jumlah IC yang dapat
dihubungkan pada I2C bus hanya dibatasi oleh kapasitas beban pada bus, yaitu
maksimum 400pF.
Tabel 2.2 Terminologi TWI
Terminologi
Pengertian
Transmitter
Piranti yang mengirim data ke bus
Receiver
Piranti yang menerima data dari bus
Master
Piranti yang memiliki inisiatif (memulai dan mengakhiri)
transfer data dan yang membangkitkan sinyal clock
Slave
Piranti yang dialamati oleh master
Multi-master
Yang memungkinkan lebih dari satu mastermelakukan
inisiatif transferdata dalam waktu yang bersamaan tanpa
terjadi korupsi data
Arbitration
Prosedur yang memastikan bahwa jika ada lebih dari satu
Master yang diperbolehkan dengan tanpa merusak data
yang sedang di transfer
Synchronization
Prosedur yang menyeselaraskan sinyal clock dari dua atau
lebih piranti
Kedua pin pada I2C, yaitu SDA dan SCL, harus memiliki kemampuan input
dan output serta bersifat open drain atau open collector. Kedua pin tersebut terhubung
pada I2C bus yang telah dilakukan pull up dengan resistor ke catu daya positif dari
sistem.
2.3
Sensor Warna
Sensor adalah yang digunakan untuk mengubah besaran fisis, sinar menjadi tegangan
dan arus listrik.Sensor yang digunakan adalah sensor warna TCS3200.TCS3200
adalah IC (Integrated Circuit) pengkonversi warna cahaya ke frekuensi.Para TCS3200
dapat mendeteksi dan mengukur berbagai hampir tak terbatas warna terlihat. Aplikasi
termasuk tes membaca strip, menyortir menurut warna, penginderaan cahaya
lingkungan dan kalibrasi, dan pencocokan warna, untuk hanya beberapa. Komponen
utama pembentuk IC ini, yaitu fotodioda dan pengkonversi arus ke frekuensi.
fotodioda pada IC TCS3200 disusun secara array 8 x 8 dengan konfigurasi: 16
fotodioda untuk menfilter warna merah, 16 fotodioda untuk memfilter warna hijau, 16
fotodioda untuk memfilter warna biru, dan 16 fotodioda tanpa filter.
2.3.1
DT-SENSE Color Sensor
DT-SENSE COLOR SENSOR merupakan sebuah modul sensor warna berbasis
sensor TAOS™ TCS3200 yang dapat digunakan untuk melakukan pengukuran
komponen warna RGB (Red/Green/Blue) dari sebuah obyek. Modul sensor ini
memiliki fasilitas untuk merekam hingga 25 data warna yang akan disimpan dalam
EEPROM. Modul sensor ini dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.
Contoh aplikasi DT-SENSE COLOR SENSOR antara lain untuk sistem sortir warna,
color recognition, atau aplikasi-aplikasi lain yang menggunakan informasi komponen
warna.
2.3.2
Spesifikasi DT-SENSE Color Sensor
DT-SENSE Color Sensor memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Mampu mengukur komponen warna RGB dari sebuah objek berwarna.

Berbasis sensor TAOS TCS3200D.

Tersedia 2 LED putih untuk membantu pembacaan data warna pada obyek.

Dilengkapi dengan spacer ± 3 cm dan mencakup area pandang ± 2 cm x2 cm.

Tersedia fitur penyimpanan warna di EEPROM sebanyak 25 buah data.

Pin Input/Output kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.

Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.

Konfigurasi komunikasi serial adalah : baudrate 9600 bps, 8 data bit, 1 stop bit,
tanpa parity, dan tanpa flow control.

Dilengkapi dengan jumper untuk pengaturan alamat, sehingga bisa di-cascade
sampai 8 modul tanpa perangkat keras tambahan (untuk satu master
menggunakan antarmuka I2C).

Sumber catu daya menggunakan tegangan 4,8 - 5,4 VDC.

Antarmuka I2C mendukung bit rate data hingga 50 kHz.

Pada antamuka I2C modul ini dapat di-cascade hingga 8 modul tanpa hardware
tambahan.

Pengaturan alamat hardware I2C melalui pengaturan jumper.
Gambar 2.6 Tata letak komponen DT Sense Color Sensor
Tabel 2.3 Fungsi Terminal
Konektor I/O PORT (J3) berfungsi sebagai konektor untuk catu daya modul,
antarmuka UART TTL, dan antarmuka I2C.Jumper PULL-UP (J4) berfungsi untuk
mengaktifkan resistor pull-up untuk pin SDA dan SCL pada antarmuka I2C.Apabila
lebih dari satu modul dihubungkan pada I2C-bus maka jumper J4 (SCL/SDA) salah
satu modul saja yang perlu dipasang.Jumper ADDRESS (J1) berfungsi untuk
mengatur alamat I2C dari modul DT-SENSE COLOR SENSOR.
Tabel 2.4 Fungsi Jumper Pull-UP
Tabel 2.5 Alamat Jumper Pin
Keterangan : ■ : jumper terpasang
2.3.3 Perangkat Lunak DT-SENSE Color Sensor
DT-SENSE COLOR SENSOR memiliki antarmuka UART TTL dan I2C yang dapat
digunakan untuk menerima perintah atau mengirim data.
a.
Antarmuka UART TTL
Parameter komunikasi UART TTL adalah sebagai berikut:
 9600 bps
 8 data bit
 1 stop bit
 tanpa parity bit
 tanpa flow control
Semua perintah yang dikirim melalui antarmuka UART TTL dimulai dengan
mengirim 1 byte data yang berisi <nomor perintah> dan (jika diperlukan) 1 byte data
parameter perintah.
Jika perintah yang telah dikirimkan merupakan perintah yang meminta data dari
modul DT-SENSE COLOR SENSOR, maka DT-SENSE COLOR SENSOR akan
mengirimkan data melalui jalur TX TTL.
b. Antarmuka I2C
Modul DT-SENSE COLOR SENSOR memiliki antarmuka I2C.Pada antarmuka I2C
ini, modul DT-SENSE COLOR SENSOR bertindak sebagai slave dengan alamat
sesuai dengan telah ditentukan sebelumnya melalui pengaturan jumper (lihat bagian
tabel 2.2). Antarmuka I2C pada modul DT-SENSE COLOR SENSOR mendukung bit
rate sampai dengan maksimum 50 kHz.
Semua perintah yang dikirim melalui antarmuka I2C diawali dengan start condition
dan kemudian diikuti dengan pengiriman 1 byte alamat modul DT-SENSE COLOR
SENSOR. Setelah pengiriman alamat, selanjutnya master harus mengirim 1 byte data
yang berisi <nomor perintah> dan (jika diperlukan) 1 byte data parameter perintah.
Selanjutnya, setelah seluruh parameter perintah telah dikirim, urutan perintah diakhiri
dengan stop condition.
Berikut urutan yang harus dilakukan untuk mengirimkan perintah melalui antarmuka
I2C.
Gambar 2.7 Contoh paket data digital yang dikirim
Jika perintah yang telah dikirimkan merupakan perintah yang meminta data dari
modul DT-SENSE COLOR SENSOR, maka data-data tersebut dapat dibaca dengan
menggunakan urutan perintah baca.Berikut urutan yang harus dilakukan untuk
membaca data dari DT-SENSE COLOR SENSOR.
Gambar 2.8 Contoh paket data digital yang dibaca
2.4
Aktuator
Aktuator adalah bagian yang berfungsi sebagai penggerak dari perintah yang
diberikan oleh input. Aktuator terdiri dari 2 jenis, yaitu:
1. Aktuator Elektrik
2. Aktuator Pneumatik dan Hidrolik
Aktuator yang sering digunakan sebagai penghasil gerak rotasi, seperti motor DC
magnet permanen, motor DC Brushless, motor DC Servo dan motor DC Stepper.
2.4.1
Motor DC Magnet Permanen
Motor arus searah (DC) adalah peralatan elektromekanik dasar yang berfungsi untuk
mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik yang disain awalnya diperkenalkan
oleh Michael Faraday lebih dari seabad yang lalu. Konstruksi dasar motor DC terdiri
dari 2 bagian utama, yaitu rotor dan stator.Rotor adalah bagian yang berputar atau
armature, berupa koil dimana arus listrik dapat mengalir. Stator adalah bagian yang
tetap dan menghasilkan medan magnet dari koilnya.
2.4.2
Prinsip kerja Motor DC
Prinsip kerja motor DC adalah jika kumparan dilalui arus maka pada kedua sisi
kumparan akan bekerja gaya Lorentz. Aturan tangan kiri dapat digunakan untuk
menentukan arah gaya Lorentz, dimana gaya jatuh pada telapak tangan, jari-jari yang
direntangkan menunjukkan arah gaya. Kedua gaya yang timbul merupakan sebuah
kopel. Kopel yang dibangkitkan pada kumparan sangat tidak teratur karena kopel itu
berayun antara nilai maksimum dan nol. Kumparan-kumparan tersebut dihubungkan
dengan lamel tersendiri pada komutator sehingga motor arus searah tidak berbeda
dengan generator arus searah.
2.4.3
Motor Servo
Motor DC Servo (DC-SV) pada dasarnya adalah motor DC-MP dengan kualifikasi
khusus yang sesuai dengan aplikasi “servoing” di dalam teknik kontrol. Dalam kamus
Oxford istilah “servo” diartikan sebagai “a mechanism that controls a larger
mechanism”. Motor servo merupakan motor DC yang mempunyai kualitas tinggi,
sudah dilengkapi dengan sistim kontrol di dalamnya. Dalam aplikasi motor servo
sering digunakan sebagai kontrol loop tertutup untuk menangani perubahan posisi
secara tepat dan akurat. Begitu juga dengan pengaturan kecepatan dan percepatan.
(a) Bentuk fisik
(b) Pin-Pin dan Pengkabelan
Gambar 2.9 Model Fisik dan Pin-Pin Motor servo
Bentuk fisik dari motor servo dapat dilihat pada gambar 2.8 diatas. Sistim
pengkabelan motor servo terdiri dari 3 bagian, yaitu Vcc, Gnd, dan kontrol (PWM).
Penggunaan PWM pada motor servo berbeda dengan penggunaan PWM pada motor
DC. Pada motor servo, pemberian nilai PWM akan membuat motor servo bergerak
pada posisi tertentu dan kemudian berhenti (kontrol posisi). Pengaturannya dapat
dilakukan dengan menggunakan delay pada setiap perpindahan dari posisi awal
menuju posisi akhir.
Prinsip utama pengontrolan motor servo adalah pemberian nilai PWM pada
kontrolnya. Perubahan duty cycle akan menentukan perubahan posisi dari motor servo.
Mode pensinyalan motor servo tampak pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Mode Pensinyalan motor servo
Contoh dimana bila diberikan pulsa dengan besar 1.5ms mencapai gerakan 90 derajat,
maka bila kita berikan data kurang dari 1.5 ms maka posisi mendekati 0 derajat dan
bila kita berikan data lebih dari 1.5 ms maka posisi mendekati 180 derajat. Contoh
Posisi dan Waktu Pemberian Pulsa tampak pada gambar 4.
Gambar 2.11 Contoh Posisi dan Waktu Pemberian Pulsa
Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya
diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz. Dimana pada saat sinyal dengan
frekuensi 50Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5ms, maka rotor dari
motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0° / netral). Pada saat Ton duty
cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah
kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle,
dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal
yang diberikan lebih dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah kanan dengan
membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan
diposisi tersebut.
2.5
Sensor Infra Merah
Infra merah merupakan piranti yang sangat umum digunakan dalam suatu sistem
instrumentasi. Infra merah dapat didefinisikan sebagai alat pemberi sinyal pada
sensor. Sistem sensor infra merah pada dasarnya menggunakan infra merah sebagai
media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan bekerja jika
sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda yang mengakibatkan
sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh penerima.
Infra merah yang digunakan dalam sistem instrumentasi pengukuran kecepatan benda
yang bergerak berupa cahaya yang memiliki panjang gelombang dan radiasi yang
tajam. Adapun pemancar atau penembak cahaya yang dapat digunakan, seperti Infra
red dan dioda laser.
Infra merah prinsip kerjanya sama seperti LED biasa. Perbedaannya cahaya yang
dipancarkan pada Infra red LED berupa cahaya tak tampak. Infra red LED memiliki
panjang gelombang sebesar 750-1000nM dan arus maksimal sebesar 100mA.
Kelemahan dari Infra red ini adalah daya jelajah yang tidak jauh hanya sekitar 7-8
meter dengan sudut radiasi sebesar 450.
2.5.1
LED Infra Merah
LED adalah dioda dengan sambungan p-n yang memancarkan cahaya ketika diberi
energi listrik. Cahaya LED timbul sebagai akibat penggabungan elektron dan hole
pada persambungan antara dua jenis semikonduktor dimana setiap penggabungan
disertai dengan pelepasan energi. Energi ini tidak seluruhnya diubah kedalam bentuk
energi cahaya melainkan dalam bentuk panas sebagian. LED mempunyai kutub positif
dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan
LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik
mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik,
hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED
tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.
Pemancar infra merah adalah dioda solid state yang terbuat dari bahan Galium
Arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks cahaya ketika dioda bias maju.
Bila diberi bias maju elektron dari daerah-n akan menutup lubang elektron yang ada
didaerah-p. Selama proses rekombinasi, energi dipancar ke luar dari permukaan p dan
n dalam bentuk foton. Foton-foton yang dihasilkan ini ada yang diserap lagi dan ada
yang meninggalkan permukaan dalam bentuk radiasi energi. Umumnya bahan Galium
Arsenida (GaAs) menghasilkan warna merah, oranye-merah, oranye, dan kuning.
2.5.2
Fotodiode
Pada fotodiode, elektron akan didapatkan ketika energi cahaya mengenai sambungan
P-N. Semakin besar cahaya mengenai sambungan P-N, semakin besar arus bawa pada
fotodiode. Fotodiode telah dioptimalkan untuk sensitif terhadap cahaya. Pada ftodiode
ini, kemasan transparan berguna untuk melewatkan cahaya sehingga sampai pada
sambungan P-N. Sinar datang menghasilkan elektron bebas dan lubang /hole. Semakin
kuat cahaya, semakin besar jumlah pembawa minoritas dan semakin besar arus balik.
Secara umum, besarnya arus balik fotodiode adalah sepersepuluhan mikroampre.
Berkas cahaya
P
+
N
-
Anode
Chatode
Gambar 2.12 Sambungan P-N dan symbol fotodiode
2.5.3
Switch Sensor DFRobot Adjustable Infrared
Switch Sensor DFRobot Adjustable Infrared adalah seperangkat pemancar dan
penerima di salah satu sensor saklar fotoelektrik. Jarak deteksi dapat disesuaikan
dengan permintaan. Sensor ini memiliki jangkauan deteksi 3-80cm. Switch Sensor
DFRobot Adjustable Inframerah kecil, mudah digunakan, murah, mudah untuk
merakit dan dapat secara luas digunakan dalam robot untuk menghindari rintangan,
media interaktif, jalur industri perakitan, dan acara-acara lainnya. Output sinyal
beralih berbeda sesuai dengan hambatan. Ini tetap tinggi bila tidak ada hambatan dan
tetap rendah bila ada hambatan. Ada cahaya terang di belakang probe untuk
mendeteksi lingkup 3cm - 80cm.
Gambar 2.13 Sensor Switch Infra merah Adjustable
Sensor Infra merah Adjustable ini memiliki beberapa spesifikasi antara lain
sebagai berikut:
a)
Memiliki pin out berwarna merah adalah V+, kabel warna kuning adalah
sinyal, kabel warna hijau adalah menghubungkan ke ground(GND).
b) Deteksi Adjustable memiliki jarak yang bisa dideteksi oleh sensor yang dapat
diatur berkisar, 3cm - 80cm.
c)
Memiliki bentuk yang kecil, sehingga mudah digunakan atau hal merakit,
murah.
d) Alat ini berguna untuk robot, media interaktif, jalur perakitan industri, dan
lain-lain.
e)
Menggunakan Power supply: 5V
f)
Berbasis photoelectric sensor yang dapat digunakan sebagai penerima ataupun
pengirim sinyal inframerah.
g) Memiliki output data : tegangan digital.
h) Cocok digunakan untuk aplikasi robotika, seperti: menghindari objek,
interactive media, dan lain-lain.
i)
2.6
Memliki perlengkapan : Modul sensor + kabel data.
LCD 16X2
LCD merupakan salah satu perangkat penampil/ display yang banyak digunakan.
Teknologi LCD memberikan lebih keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT,
karena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor
ditemukan.
LCD memanfaatkan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair sebagai
pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel
yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan antara baris
dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang datar (backplane), yang
merupakan lempengan kaca bagian belakang sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan
elektroda transparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna
cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam
ketika tegangan diterapkan antara bidang datar dengan pola elektroda yang terdapat
pada sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa
mikroampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan
catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat
dibaca dengan mudah dibawah terang sinar matahari. Di bawah sinar cahaya yang
remang-remang atau dalam kondisi yang gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus
dipasang dibelakang layar tampilan.
Gambar 2.14 Rangkaian Skematik dari LCD ke Mikrokontroler