BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Mikrokontroler

4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Mikrokontroler ATMega 8535
AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel,
berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua
instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register
general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupt
internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, serta
mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM
internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang
mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem
menggunakan hubungan serial SPI. Chip AVR yang digunakan untuk tugas
akhir ini adalah ATmega8535.
ATmega8535 adalah mikrokontroller CMOS 8-bit daya-rendah berbasis
arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu
siklus clock, ATmega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per
MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus
kecepatan proses.
2.1.1.
Pin - Pin Mikrokontroller AVR ATmega8535
Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATmega8535 dengan kemasan 40pin DIP (dual in-line package) dapat dilihat pada Gambar 2.1. Untuk
memaksimalkan performa dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard
(dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Instruksi pada memori
program dieksekusi dengan pipelining single level. Selagi sebuah instruksi
sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program.
Universitas Sumatera Utara
5
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroller ATmega8535
1) 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 A output 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 manakala suatu kondisi reset menjadi aktif,
sekalipun waktu habis.
2) 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 sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai
Universitas Sumatera Utara
6
input, pin port B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika
resistor pullupdiaktifkan. Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi
reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.
3) 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 sinktinggi 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.
4) 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 sinktinggi 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.
5) RESET (Reset input)
6) XTAL1 (Input Oscillator)
7)XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port
A dan A/D Konverter
8)AREF adalah pin referensi analog untuk A/D konverter.
2.1.2. Port Sebagai Input / Output Digital
ATmega8535 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB,
PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan
pilihan internal pull-up.
Universitas Sumatera Utara
7
Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan
PINxn. Huruf ‘x’ mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili
nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat
pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit
DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila
DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px
berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi
sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan
resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output.
Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin
terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila
PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port
akan berlogika 0.
Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0)
ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan
apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output
low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima
sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan
perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini
bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk
mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input
dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama.
Maka harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi
output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Lebih detil
mengenai port ini dapat dilihat pada manual datasheet dari IC ATmega8535.
Universitas Sumatera Utara
8
2.2 Radio Frequency Identification Device (RFID)
Radio Frekuensi Identification Device (RFID) adalah suatu perangkat
teknologi komunikasi yang bekerja secara wireless. RFID memungkinkan
pengguna untuk mengidentifikasi objek tag dengan menggunakan frekuensi
radio. Cara kerja dari RFID adalah mendeteksi dan mengidentifikasikannya tag
dengan menggunakan reader, kemudian mentransmisikan data hasil baca ke
komputer host atau perangkat – perangkat yang lainnya untuk diproses lebih
lanjut. Secara umum, terdapat beberapa bagian penting dalam RFID yang
digunakan dalam suatu sistem yaitu reader, tag, dan host (controller).
2.2.1 Readers RFID
Sebuah Reader RFID adalah benar-benar radio, seperti yang ada di dalam
mobil yang membedakan adalah Reader RFID mengambil menggunakan signal
analog bukan hip-hop. Reader-nya menghasilkan listrik yang mengalir melalui
kabel,
listrik
tersebut
mengenai
sebagian
logam
pada
antena
dan
mengeluarkan sinyal dengan nilai frekuensi dan panjang gelombang tertentu.
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.2 RFID Card
Gambar 2.3 Cara Kerja RFID
Reader tidak hanya menghasilkan sinyal yang dikirim melalui antena ke
angkasa, tetapi juga mendengarkan respon dari tag sehingga reader merupakan
penjembatan antara tag RFID dan modul controller. Reader RFID pada dasarnya
adalah piranti komputer mini yang terdiri dari tiga bagian: antena, modul RF yang
bertugas untuk berkomunikasi dengan tag RFID dan modul controller yang
bertugas untuk berkomunikasi dengan controller. Selain sebagai interrogator,
Universitas Sumatera Utara
10
reader juga berfungsi sebagai pemberi daya (untuk tag pasif) dan menuliskan data
ke dalam tag (untuk smart tag). Reader RFID mengirimkan dan menerima
gelombang analog dan mengubah mereka menjadi untaian nol dan satu, bit dari
informasi digital.
2.2.2 Tag
Tag dapat bekerja dengan mengambil tenaga dari energi gelombang
radio yang dipancarkan oleh reader. Fungsi dari tag adalah memberikan
tanggapan kepada reader dengan mengirimkan sinyal kembali sesaat setelah
reader mengirimkan sinyal radio ke udara.
Tag RFID dibuat dari dua bagian dasar: chip, atau integrated circuit
(IC), dan antenna. chip adalah sebuah komputer kecil yang menyimpan nomor
seri unik dari chip. Chip juga memiliki logika untuk memberitahu dirinya apa
yang harus dilakukan saat berada didepan reader. Antena memungkinkan chip
untuk menerima tenaga dan berkomunikasi, memungkinkan tag RFID untuk
bertukar data dengan reader. Tipe komunikasi yang mengijinkan perpindahan
ini terjadi yang disebut backscatter. Reader mengirimkan gelombang
elektromagnetik pada satu frekuensi yang spesifik. Gelombang itu mengenai
Tag RFID, dan tag kemudian Scatters back gelombangnya dengan frekuensi
berbeda dengan menyandikan informasi dari chip pada gelombang backscatter
tersebut.
Universitas Sumatera Utara
11
2.3 Sensor Ultrasonik SRF04
SRF04 merupakan sensor pengukur jarak yang menggunakan ultrasonik.
Prinsip kerja sensor ini digambarkan dalam Gambar. Pulsa ultrasonik, yang
merupakan sinyal ultrasonik dengan frekuensi ±41 kHz sebanyak 12 periode,
dikirimkan dari pemancar ultrasonik. Ketika pulsa mengenai benda penghalang,
pulsa ini dipantulkan, dan diterima kembali oleh penerima ultrasonik. Dengan
mengukur selang waktu antara saat pulsa dikirim dan pulsa pantul diterima. Jarak
antara alat pengukur dan benda penghalang bisa dihitung.
Gambar 2.4 Bentuk Fisik Sensor Ultrasonik SRF04
Gambar 2.5 Prinsip kerja sensor Ultrasonik SRF04
Universitas Sumatera Utara
12
2.4 Photo transistor
Photo transistor merupakan jenis transistor yang bias basisnya berupa cahaya infra
merah. Besarnya arus yang mengalir di antara kolektor dan emitor sebanding dengan
intensitas cahaya yang diterima photo transistor tersebut.
Gambar 2.6 Bentuk dan Simbol dari Photo Transistor
2.4.1 Prinsip Kerja Photo Transistor
Photo transistor sering digunakan sebagai saklar terkendali cahaya infra merah,
yaitu memanfaatkan keadaan jenuh (saturasi) dan mati (cut off) dari photo transistor
tersebut. Prisip kerja photo transistor untuk menjadi saklar yaitu saat pada basis
menerima cahaya infra merah maka photo transistor akan berada pada keadaan jenuh
(saturasi dan saat tidak menerima cahaya infra merah photo transistor berada dalam
kondisi mati (cut off) Stuktur phototransistor mirip dengan transistor bipolar (bipolar
junctoin transistor). Pada daerah basis dapat dimasuki sinar dari luar melalui suatu
celah transparan dari luar kamasan taransistor. Celah ini biasanya dilindungi oleh
suatu lensa kecil yang memusatkan sinar di tepi sambungangan basis emitor. Prinsip
Kerja Sensor Photo Transistor Sambungan antara basis dan kolektor, dioperasikan
dalam catu balik dan berfungsi sebagai fotodioda yang merespon masuknya sinar dari
luar. Bila tak ada sinar yang masuk, arus yang melalui sambungan catu balik sama
dengan nol. Jika sinar dari energi photon cukup dan mengenai sambungan catu balik,
penambahan pasangan hole dan elektron akan terjadi dalam depletion region,
menyebabkan sambungan menghantar. Jumlah pasangan hole dan elektron yang
dibangkitkan dalam sambungan akan sebanding dengan intensitas sinar yang
Universitas Sumatera Utara
13
mengenainya. Sambungan antara basis emitor dapat dicatu maju, menyebabkan piranti
ini dapat difungsikan sebagai transistor bipolar konvensional. Arus kolektor dari
phototransistor diberikan oleh:Terminal basis dari photo transistor tidak membutuhkan
sambungan (no connect) untuk bekerja. Jika basis tidak disambung dan VCE adalah
positif, sambungan basis kolektor akan berlaku sebagai fotodioda yang dicatu balik.
Gambar 2.7 Rangkaian Dasar Photo Transistor
Komponen ini memiliki sifat yang sama dengan transistor yaitu menghasilkan
kondisi cut off dan saturasi. Perbedaannya adalah, bilamana pada transistor kondisi
cut off terjadi saat tidak ada arus yang mengalir melalui basis ke emitor dan kondisi
saturasi terjadi saat ada arus mengalir melalui basis ke emitor maka pada
phototransistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada cahaya infrared yang diterima
dan kondisi saturasi terjadi saat ada cahaya infrared yang diterima. Kondisi cut off
adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan OFF sehingga arus dari
collector tidak mengalir ke emitor. Pada rangkaian gambar diatas, arus akan mengalir
dan membias basis transistor Q2 C9014. Kondisi saturasi adalah kondisi di mana
transistor berada dalam keadaan ON sehingga arus dari collector mengalir ke emitor
dan menyebabkan transistor Q2 tidak mendapat bias atau OFF. Phototransistor ST8LR2 memiliki sudut area 15 derajat dan lapisan pelindung biru yang melindungi
sensor dari cahaya-cahaya liar. Pada phototransistor yang tidak dilengkapi dengan
lapisan pelindung ini, cahaya-cahaya liar dapat menimbulkan indikasi-indikasi palsu
yang terkirim ke CPU dan mengacaukan proses yang ada di sana. Aplikasi
Universitas Sumatera Utara
14
komponen ini sebagai sensor peraba adalah digunakan bersama dengan LED Infrared
yang dipancarkan ke permukaan tanah. Apabila permukaan tanah atau lantai
berwarna terang, maka sinyal infrared akan dikembalikan ke sensor dan diterima
oleh ST8-LR2. Namun bila permukaan tanah atau lantai berwarna gelap, maka sinyal
infrared akan diserap dan hanya sedikit atau bahkan tidak ada yang kembali.
2.5 Sensor Suhu LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu
LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika
yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan
kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35
juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga
dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak
memerlukan penyetelan lanjutan.
Gambar 2.8 Bentuk Fisik LM35
2.6 Buzzer
Buzzer adalah suatu alat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal
suara. Pada umumnya
buzzer
digunakan untuk alarm, karena penggunaannya
cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan
input maka buzzer akan
mengeluarkan bunyi. Frekuensi suara yang dikeluarkan oleh buzzer yaitu antara 15 KHz. Pada umumnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker.
Buzzer biasanya digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau
terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 2.9 Bentuk Fisik Buzzer
2.7 LCD LMB162A
Pada LCD, adalah sebuah peraga kristal cair. 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. LMB162A
merupakan LCD dengan tampilan 16x2 baris dengan konsumsi daya rendah.
2.10 Bentuk fisik LCD LMB162A
Gambar 2.11 Konfigurasi LCD
Universitas Sumatera Utara
16
Tabel 2.1 Fungsi penyemat LCD
No
Simbol
Logika
Keterangan
1
Vss
-
Catu Daya 0 Volt (Ground)
2
Vcc
-
Catu Daya 5 Volt
3
Vee
-
Catu daya untuk LCD
4
RS
H/L
H: Masukan Data, L: Masukan
Instruksi
5
R/W
H/L
H: Baca (Read), L: Tulis (Write)
6
E
H/L (L)
7
DB0
H/L
Data Bit 0
8
DB1
H/L
Data Bit 1
9
DB2
H/L
Data Bit 2
10
DB3
H/L
Data Bit 3
11
DB4
H/L
Data Bit 4
12
DB5
H/L
Data Bit 5
13
DB6
H/L
Data Bit 6
14
DB7
H/L
Data Bit 7
15
V+ BL
-
Backlight 4-4,2 Volt ; 50-200 mA
16
V- BL
-
Backlight 0 Volt (ground)
Enable Signal
2.8 Komponen Elektronika pendukung lainnya
2.8.1 IC Regulator
Pada umumnya catu daya selalu dilengkapi dengan regulator tegangan. Tujuan
pemasangan regulator tegangan pada catu daya adalah untuk menstabilkan tegangan
Universitas Sumatera Utara
17
keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada catu daya. Fungsi lain dari
regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban.
Gambar 2.12 Bentuk fisik IC regulator
2.8.2 Transistor BC547
Sebuah transistor BC547 adalah sebuah transistor NPN (Negatif – Positif – Negatif) yang
digunakan untuk berbagai tujuan. Bersama dengan komponen elektronika lainnya seperti
resistor,kumparan dan kapasitor dapat juga digunakan sebagai komponen aktif untuk switch
dan amplifier. Sama
seperti semua transistor NPN lainnya,jenis transistor ini
memilikiterminal emitor, basis, atau terminal kontrol, dan terminal kolektor.
Gambar 2.13 Bentuk Fisik Transistor BC547
2.8.3 Kristal 4 MHz
Kristal adalah komponen elektronika yang berfungsi sama dengan resonator, yaitu
untuk menghasilkan denyut atau detak komponen elektronika yang membutuhkan
detak clock. Kristal memiliki dua kaki, yang digunakan pada IC mikrokontroler
maka kedua kaki pin dikoneksikan dengan XTAL1 dan XTAL 2. Kelebihan Kristal
adalah detaknya relatif stabil. Tetapi kelemahannyaadalah rangkaian menjadi sedikit
rumit, karena membutuhkan tambahan kapasitor untuk menstabilkan detak yang
dihasilkan oleh Kristal.
Universitas Sumatera Utara
18
Gambar 2.14 Bentuk fisik Kristal 4 MHz
2.8.4 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang mampu menyimpan arus dan
tegangan listrik untuk sementara waktu. Seperti hal nya juga resistor, kapasitor
adalah termasuk salah satu komponen pasif yang banyak digunakan dalam membuat
rangkaian elektronika.
Seperti hal nya resistor, kapasitor juga memiliki nilai satuan yang
dinyatakan dengan satuan farad. Jenis-jenis kapasitor dapat dibedakan menjadi:
a. Kapasitor elektrolit atau yang lebih dikenal dengan sebutan elco.
Kapasitor jenis ini memiliki dua kutub, yaitu kutub negatif dan positif.
b. Kapasitor mylar, bahan penyekatnya terbuat dari plastik.
c. Kapasitor keramik, bahan penyekat terbuat dari keramik.
Gambar 2.15 Bentuk fisik kapasitor
Universitas Sumatera Utara
19
2.8.5 Resistor
Resistor merupakan komponen pasif yang dibuat untuk mendapatkan
hambatan tertentu. Resistor yang paling banyak digunakan terbuat dari karbon yang
dilapiskan pada sebatang keramik. Resistor semacam ini disebut resistor film
karbon.
Resistor karbon mengunakan sandi warna yang dicatkan pada badan
resistor untuk menyatakan nilai hambatan. Untuk resistor dengan toleransi 5%
dan 10% digunakan empat buah cincin, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 di
bawah ini:
(a)
(b)
Gambar 2.16 (a) Kode warna pada resistor dan (b) simbolnya
Dari ujung ke tengah–tengah tahanan dimana warna cincin pertama
menunjukkan angka pertama dan warna cincin kedua menunjukkan angka kedua dan
warna cincin ketiga menunjukkan faktor perkalian dan warna cincin terakhir
menunjukkan toleransi dari resistor tersebut. Resistor dibuat dengan ukuran badan
yang mencerminkan kemampuan bertahan terhadap daya lesap yang diterimanya
jika dialiri arus listrik. Suatu resistor dengan hambatan (R) yang dilalui arus (I) akan
menerima daya lesap sebesar P= I2.R. Daya ini akan menaikkan suhu resistor, dan
jika melebihi kemampuan daya yang ditentukan dapat menyebabkan kerusakan
yang permanen,
berupa
perubahan terhadap nilai hambatan ataupun membuat
resistor hangus.
Universitas Sumatera Utara