BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroler ATMEGA8535

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Mikrokontroler ATMEGA8535
Mikrokontroler, sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol
atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah
ada
terlebih
dahulu
muncul
mikroprosesor.
Bila
dibandingkan
dengan
mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alas an.
Input / Output dalam mikrokontroler sudah tersedia sementara pada
mikroprosesor dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut. IC I/O yang
dimaksud adalah PPI 8255. Memori merupakan media untuk menyimpan program dan
data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal
sehingga memerlukan IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas,
ditambah dengan harganya yang relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika
yang kemudian beralih ke mikrokontroler. Namun demikian, meski memiliki berbagai
kelemahan, mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari
mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama sebagai pengendali suatu sistem.
Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk
mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas
biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil“ dimana sebuah sistem
elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung
Universitas Sumatera Utara
seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi / diperkecil dan akhirnya terpusat serta
dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan menggunakan mikrokontroler ini maka:
a) Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b) Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari
sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c) Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC
TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan
tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran input dan output (I/O). dengan
kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer
karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa bagian yang langsung bisa
dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi
digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya
hanya menggunakan Minimum System yang tidak rumit atau kompleks.
Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika sama seperti halnya
mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah
karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan
IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur
8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi
dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang
membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMEGA dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang
Universitas Sumatera Utara
membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi
arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh
karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMEGA 8535. Selain
mudah didapatkan dan lebih murah ATMEGA 8535 juga memiliki fasilitas yang
lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMEGA.
Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lain
seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMEGA
8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat
ATMEGA 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas
yang lengkap tersebut menjadikan ATMEGA 8535 sebagai mikrokontroler yang
powerfull. Adapun blok diagramnya sebagai berikut :
Gambar 2. 1 Blok Diagram ATMega8535
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMEGA 8535 memiliki bagian sebagai
berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah 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 kb 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.
KapabiliItas detail dari ATMEGA 8535 adalah sebagai berikut :
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
2. Kapabiltas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512
byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
Universitas Sumatera Utara
2.1.1.
Konfigurasi PIN ATMEGA 8535
Mikrokontroler ATMEGA 8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah,
dimana 32 pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output
sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masingmasingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian
osilator, supply tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih
jelasnya, konfigurasi pin ATMEGA8535 dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATMega8535
Mikrokontroller ini memiliki 32 port I/O, yaitu port A, port B, port C dan
port D. Pin 33 sampai 40 adalah Port A yang merupakan port ADC, dimana port ini
dapat menerima data analog.
Universitas Sumatera Utara
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari ATMega8535;

VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya

Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler

GND merupakan pin ground

Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC

Port B (Pin 1 – 8) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI

Port C (Pin 22 – 29) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator

Port D (Pin 14 – 21) adalah merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu Komparator Analog, Interupsi Iksternal dan komunikasi serial USART

XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator
menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz), Pin 12 dan 13
dihubungkan ke XTAL 8 MHz dan dua buah kapasitor 22pF. XTAL ini akan
mempengaruhi
kecepatan
mikrokontroller
AVR
Atmega8535
dalam
mengaksekusi setiap perintah dalam program. Pada pin 9 dihubungkan dengan
sebuah kapasitor dan sebuah resistor yang dihubungkan ke ground. Kedua
komponen
ini berfungsi agar program pada mikrokontroller dijalankan
beberapa saat setelah power aktif.

Pin 10 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 11 dihubungkan
ke
ground.
Rangkaian
mikrokontroller
ini menggunakan komponen
kristal sebagai sumber clock-nya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi
kecepatan mikrokontroller dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Universitas Sumatera Utara
2.1.2. Peta Memori ATMEGA 8535
ATMEGA 8535 memiliki dua jenis memori yaitu Program Memory dan Data
Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk penyimpan data.
2.1.3. Program Memory
ATMEGA 8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory
untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi
dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section
digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus
dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section
digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat
menjalakan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Besarnya
memori Boot Flash Section dapat deprogram dari 128 word sampai 1024 word
tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader
diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2. 3 Peta Memori Program
Universitas Sumatera Utara
2.1.4. Data Memory
Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMEGA 8535.
Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register
File dan I/O Memory sementara 512 likasi address lainnya digunakan untuk internal
data SRAM. Register file terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register
terdiri dari 64 register.
Gambar 2. 4 Peta Memori Data
2.1.5. EEPROM Data Memory
ATMEGA 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan
data. Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control
register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000
sampai $1FF.
Gambar 2. 5 EEPROM Data Memory
Universitas Sumatera Utara
2.1.6. Status Register (SREG)
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi
yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti
CPU mikrokontroler.
Gambar 2. 6 Status Register ATMEGA 8535

Bit 7 – I : Global Interrupt Enable
Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan.
Bit ini akan clear ketika ada interrupt yang dipicu dari hardware, setelah
program interrupt dieksekusi, maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi
SEI.

Bit 6 – T : Bit Copy Storage
Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan
dalam operasi bit.

Bit 5 – H: Half Carry Flag

Bit 4 – S : Sign Bit
Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement
Overflow Flag V.

Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Digunakan dalam operasi aritmatika
Universitas Sumatera Utara

Bit 2 – N : Negative Flag
Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.

Bit 1 – Z : Zero Flag
Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.

Bit 0 – C : Carry Flag
Jika suatu operasi menghasilkan Carry, maka bit ini akan set.
2.2.
Sensor Ultrasonic
Sensor ultrasonic adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan
gelombang dimana sensor menghasilkan gelombang pantulan ke benda yang kemudian
menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar perhitungannya.
Perbedaan waktu antara gelombang pantulan yang di kembalikan dan yang diterima
kembali adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya.
Jenis objek yang dapat di indranya adalah padat, cair dan butiran. Tanpa kontak jarak 2
cm sampai 3 meter dan dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler
malalui satu pin I/O saja.
Dimensi : 2,6 cm (p) x 4,1 cm (l) x 6,2 cm (t)
Gambar 2.7. Sensor Ultrasonic
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi Sensor Ultrasonic :
1. Memiliki 2 jenis antarmuka yang dapat aktif bersamaan, yaitu I2C-bus (fSCL
maks. 65 kHz) dan pulse width (10µs/mm).
2. 8 modul dapat digunakan bersama dalam satu sistem I2C-bus yang hanya
membutuhkan 2 pin I/O mikrokontroler saja.
3. Membutuhkan catu daya tunggal +5 VDC, dengan konsumsi arus 17 mA typ.
(tanpa sensor infrared ranger).
4. Terdapat 2 mode operasi yaitu full operation dan reduced operation. Pada mode
reduced operation beberapa komponen ultrasonic ranger akan dimatikan (saat idle)
dan konsumsi arus mejadi 13 mA typ.
5. Terdiri dari sebuah ultrasonic ranger dengan spesifikasi: Mengukur jarak dari 2 cm
hingga 3 m tanpa dead zone atau blank spot. Obyek dalam jarak 0 - 2 cm dideteksi
sebagai 2 cm. Menggunakan burst sinyal kotak 16 Vp-p dengan frekuensi 40 kHz.
6. Dapat dihubungkan dengan maksimum 2 buah infrared ranger Sharp GP2D12
yang memiliki jangkauan pengukuran 10 - 80 cm.
7. Data keluaran sudah siap pakai dalam satuan mm (untuk antarmuka I2C) sehingga
mengurangi beban mikrokontroler.
8. Ketelitian pengukuran jarak (ranger) adalah 5mm.
9. Siklus pengukuran yang cepat, pembacaan dapat dilakukan tiap 25 ms (40 Hz
rate).
Universitas Sumatera Utara
10. Memerlukan input trigger berupa pulsa negatif TTL (20µs min.) untuk antarmuka
pulse width.
11. Tersedia 1 pin output yang menunjukkan aktifitas sensor, dapat tidak
dimanfaatkan.
12. Tidak diperlukan waktu tunda sebelum melakukan pengukuran berikutnya.
13. Kompensasi kesalahan dapat diatur secara manual untuk mengurangi pengaruh
faktor perubahan suhu lingkungan dan faktor reflektifitas obyek.
Blok diagram ini di lengkapi dengan tampilan seven segment agar kita bisa
melihat hasilnya.
Gambar 2.8. Blok Sensor Ultrasonic dengan Tampilan Seven Segment
Kita lihat secara seksama cara kerja sensor ultrasonic dengan cara memantulkan
gelombang ke sebuah objek kemudian data yang di pantulkan menentukan jarak dari
sensor ke objek.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Ilustrasi cara kerja sensor
Untuk pengaktifan sensor ultrasonik, hubungkan Pin Vss ke Ground, kemudian
pin Vdd ke catu daya yang keluarannya sudah diset 5V, setelah batere dihubungkan
dengan IC Regulator 7805, tinggal Pin SIG dihubungkan ke pin di Mikrokontroller,
buat sensor ke port P1.7, sedangkan indikator output P3.7
Gambar 2.10. Skematik hubungan pin
Universitas Sumatera Utara
2.3.
ISD2560
2.3.1
Pengolah Sinyal Suara
Pengolah sinyal suara adalah bagian yang mengolah sinyal suara analog menjadi
sinyal suara digital, yang akhirnya sinyal suara hasil rekaman dapat disimpan dalam
memori IC. Selain itu bagian ini juga mengubah sinyal suara digital menjadi sinyal
suara analog kembali sehingga rekaman yang tersimpan dapat diperdengarkan (diputar
ulang), untuk dapat melakukan perekaman dan pemutaran ulang rekaman digunakan IC
khusus yaitu ISD2560/75/90/120 “Single-Chip, Multiple-Mesage, Voice
Record/Playback Device” yang merupakan produk dari Winbond Electronic Corp.
ISD2560 adalah single-chip dengan kualitas tinggi, dengan durasi rekam atau
putar ulang (Record/Playback) antara 60 sampai 120 detik. Merupakan komponen
CMOS yang terdiri atas on-chip oscillator, microphon preamplifier, aoutomatic gain
control, antialiasing filter, smoothing filter, speaker preamplifier, dan high density
multi-level storage array.
2.3.2
Ciri-Ciri ISD2560
ISD2560 mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :
1. Single-chip mudah digunakan untuk merekam suara atau memutar ulangnya.
2. Kualitas suara atau audio yang dihasilkan tinggi dan tampak alami.
3. Single-chip dengan durasi 60,75,90 dan 120 detik.
4. Dapat digunakan dengan atau tanpa mikrokontroler.
5. Secara langsung merekam dalam durasi yang panjang.
6. Power Down (PD) otomatis (mode Push-button).
7. Penyimpanan pesan dengan daya nol.
Universitas Sumatera Utara
8. Dapat dialamatkan secara langsung untuk mengatasi pesan yang panjang.
9. Penyimpanan pesan selama 100 tahun.
10. Siklus perekaman 100.000 kali.
11. Sumber clock on-chip.
12. Dapat diprogram untuk aplikasi putar ulang semata.
13. Catu daya +5 volt
Diagram Blok
Internal Clock
Timing
XCLK
ANA IN
5-Pole Active
Antialiasing Filter
Amp
ANA OUT
MIC
MIC REF
AGC
PreAmp
D ec oders
Sampling Clock
Analog Tranceiver
480K Cell
Nonvolatile
Multilevel Storage
Array
5-Pole Active
Smoothing Filter
SP +
Mux
Amp
Automatic
Gain Contol
(AGC)
Power Conditioning
SP -
Address Buffer
VCCA VSSA VSSD VCCD A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
Device Control
PD OVF P/R CE EOM AUX IN
Gambar 2.11 Diagram Blok ISD2560
Universitas Sumatera Utara
Konfigurasi Pin
SOIC/PDIP
A0/M0
1
28
VCCD
A1/M1
2
27
P/R
A2/M2
3
26
XCLK
A3/M3
4
25
EOM
A4/M4
5
24
PD
A5/M5
6
23
CE
A6/M6
7
22
OVF
A7
8
21
ANA OUT
A8
9
20
ANA IN
A9
10
19
AGC
AUX IN
11
18
MIC REF
VSSD
12
17
MIC
VSSA
13
16
VCCA
SP +
14
15
SP -
ISD2500
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin ISD2560
2.3.3
deskripsi Pin
Adapun fungsi-fungi dari pin ISD2560 adalah seperti diuraikan pada tabel berikut
ini :
NAMA
NO. PIN
KETERANGAN
PIN
SOIC/PDIP
Address/Mode Inputs: Address/Mode Inputs
memiliki dua fungsi bergantung pada level dari
dua buah Most Significant Bits (MSB) dari pin-pin
Ax/Mx
1-10/1-7
alamat (A8 dan A9).
Jika salah satu atau kedua MSB dalam kondisi
RENDAH,
Universitas Sumatera Utara
semua masukan diinterpretasikan sebagai bit alamat
dan digunakan sebagai alamat awal untuk siklus
perekaman atau putar ulang
Jika kedua MSB dalam kondisi TINGGI,
Address/mode Inputs diinterpretasikan sebagai Mode
bits according untuk Mode Operasional
(Operational Mode). Ada 6 mode operasi (M0...M6)
dan memungkinkan untuk menggunakan banyak
mode operasional secara simultan
Auxiliary Inputs: AUX IN digunakan untuk
AUX IN
11
menghubungkan sinyal playback dengan speaker
VSSA,VSSD
13,12
Ground
Speaker Outputs: Bagian yang mengeluarkan suara
atau audio. Semua komponen termasuk on-chip
SP+ / SP-
14/15
differensial speaker driver, terbatas pada 50mW
sampai 16 ohm
VCCA/VCCD
16,28
Supply Voltage
Microphone: Mikrofon mentransfer sinyal masukan
MIC
17
menuju on-ship preamplifier.Rangkaian Automatic
Gain Control (AGC) mengontrol gain preamplifier
Universitas Sumatera Utara
mulai dari -15 sampai 24dB
Microphone Reference: Masukan MIC REF
MIC REF
18
merupakan masukan inverting untuk mikrofon
preamplifier
Aoutomatic Gain Control: Dengan adanya AGC
AGC
19
dapat meminimalkan distorsi suara yang direkam
Analog Input: Analog Input mentrasfer sinyal
masukan analog pada chip untuk direkam. Untuk
ANA IN
20
masukan mikrofon, pin ANA OUT harus
dihubungkan dengan pin ANA IN melalui kapasitor
eksternal
ANA OUT
21
OVF
22
Analog Output: Preamplifier output.
Overflow: Untuk mengindikasikan bahwa piranti
telah terisi penuh dengan pesan (pesan berlebihan)
Chip Enable: Pin CE diberi kondisi RENDAH
CE
23
(LOW) untuk mengenable semua operasi perekaman
atau putar ulang.
Power Down: Ketika sedang merekam atau memutar
ulang hasil rekaman Pin PD harus dikondisikan
PD
24
TINGGI (HIGH) untuk menempatkan perangkat
dalam mode standby
EOM
25
End-Of-Message: Untuk mengindikasikan bahwa
Universitas Sumatera Utara
perangkat sedang beroperasi (merekam atau
memutar ulang).
External Clock: Berikut XCLK yang terdapat pada
IC ISD2500:
Required
Part number
Sample rate
Clock
XCLK
26
ISD2560
8.0 kHz
1024 kHz
ISD2575
6.4 kHz
819.2 kHz
ISD2590
5.3 kHz
682.7 kHz
ISD25120
4.0 kHz
512 kHz
Playback/Record: Pin ini digunakan untuk merekam
P/R
27
atau memutar ulang (playback/record)
Tabel 2.1 Deskripsi Pin ISD2560
2.3.4
Mode Operasional
ISD2560 didesain dengan beberapa Mode Operasional. Mode Operasional diakses
melalui pin alamat dan digambarkan sebagai daerah alamat pesan normal. Ketika kedua
Most Significant Bits (MSB), A8 dan A9 dikondisikan tinggi maka sinyal alamat
Universitas Sumatera Utara
diinterpretasikan sebagai mode bits bukan alamat bits. Karenanya mode operasional dan
pengalamatan langsung tidak kompatibel dan tidak dapat digunakan secara bersamaan.
Ada dua hal yang perlu diperhatikan ketika menggunakan Operasional Mode.
Pertama, semua operasi dimulai dengan alamat 0. operasi selanjutnya dapat dimulai
dengan lokasi alamat lain, bergantung Mode Operasional yang dipilih. Adapun beberapa
Mode Operasional digambarkan dengan tabel berikut :
Gabungan
Mode
Fungsi
yang
Kegunaan Tipikal
Kompatibel
M0
Message Cueing
M1
Hapus EOM
M2
M3
M4
Fast-forward through message
Posisi
Tidak
diaplikasikan
setelah
pesan M3,M4,M5,M
terakhir
6
Reserved
N/A
Putar
Pengulangan
EOM
ulang
berlanjut
alamat 0
Consecutive
Record/playback multiple
addressing
M4,M5,M6
dari
M1,M5,M6
M0,M1,M5
consecutive message
M5
M6
CE level-activated
Kontrol
button
push-
Allow message pausing
Simplified device interface
M0,M1,M3,M
4
M0,M1,M3
Tabel 2.2 Mode Operasional
Universitas Sumatera Utara
2.4
Liquid Crystal Display (LCD)
LCD (Liquid cristal display) adalah salah satu komponen elektronika yang
berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Jenis LCD
yang dipakai pada alat ini adalah LCD M1632. LCD terdiri dari dua bagian, yang
pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk
huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16 huruf/angka.LCD
(Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena
tampilannya menarik. LCD yang umum, ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2x40
dan 4x40), dimana kita menggunakan DDRAM untuk mengatur tempat penyimpanan
tersebut.(Gamayel.Rizal, 2007). Di bawah ini adalah gambar LCD 2x16 karakter.
Gambar 2.13. LCD karakter 2x16
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler
yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan
demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan
kode – kode ASCII dari informasi yang ditampilkan.
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi LCD M1632:
1. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
2. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
3. RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai ).
4. RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter ).
5. Duty ratio 1/16.
6. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari
unit mikroprosesor.
7. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display
clear), posisi kursor awal ( crusor home ), tampilan karakter kedip (display
character blink), penggeseran kursor ( crusor shift ) dan penggeseran tampilan
(display shift).
8. Rangkaian pembangkit detak.
9. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
10. Catu daya tunggal +5 volt.
Universitas Sumatera Utara
2.5 Resistor
Resistor adalah komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus
listrik yang mengalir. umunya terbuat dari karbon film atau metal film, tetapi tidak
menutup kemungkinan untuk dibuat dari material lain. Kebalikan dari bahan yang
konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih
besar menahan aliran electron dan disebut sebagai insulator.
Fungsi dari Resistor adalah :
1. Sebagai pembagi arus.
2. Sebagai penurun tegangan.
3. Sebagai pembagi tegangan.
4. Sebagai penghambat aliran arus listrik.
2.5.1
Fixed Resistor
Resistor adalah komponen elektronik yang digunakan untuk membatasi jumlah
arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat
resistif dan umunya terbuat daari bahan karbon. Tipe resistor yang umunya berbentuk
tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan dikanan. Beberapa hal yang
perlu diperhatikan :
1. Makin besar bentuk fisik resistor, makin besar pula daya resistor tersebut.
2. Semakin besar nilai daya resistor makin tinggi suhu yang bisa diterima resistor
3. Resistor bahan gulungan kawat pasti lebih besar bentuk dan nilai daya-nya
dibandingkan resistor dari bahan carbon.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Resistor Tetap
WARNA
Hitam
Coklat
Merah
Jingga
Kuning
Hijau
Biru
Violet
Abu-abu
Putih
Emas
Perak
Tanpa
Warna
GELANG I
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
GELANG II
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
GELANG III
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
10000000
100000000
1000000000
0,1
0,01
-
GELANG IV
5%
10%
20 %
Tabel 2.3 Gelang Resistor
Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 5 gelang (tidak
termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil)
memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya
berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah factor
pengalinya.
Universitas Sumatera Utara
2.6.
Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu
bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum,
keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka
muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan
pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.
Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya
muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan
dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi
pada ujung-ujung kakinya.
Fungsi Kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain
(pada PS =
Power Supply).
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS.
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna.
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon.
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar.
Universitas Sumatera Utara
Lambang kondensator (mempunyai kutub positif dan negatif) pada skema elektronika.
Gambar 2.15 Kapasitor
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak
mempunyai kutub positif atau negatif paa kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih
berwarna coklat,merah,hijau dan lainya seperti tablet atau kancing baju yang sering
disebut kapasitor (capacitor).
Elektoda
Dielektik
Elektroda
Gambar 2.16 Skema kapasitor
Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap Negara tergantung
pada masyarakat yang lebih sering menyebutnyakanya. Kini kebiasaan orang tersebut
hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering
didengar. Pada masa kini, kondensator lebih sering disebut kapasitor (capacitor)
ataupun sebaliknya pada ilmu elektronika disingkat dengan (C). Satuan dalam
kondensator disebut farad.
Universitas Sumatera Utara
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yangs sering dipakai didalam
merancang suatu system yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, filter, dan
penyimpanan energy listrik.
Didalamnya terdapat dua pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan
oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan digunakan sebagai insulator disebut dielektrik.
Ketika kapasitor diberikan tegangan DC, maka energy listrik disimpan pada tiap
elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus
tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap-tiap kapasitor
adalah dielektriknya. Berikut ini jenis-jenis kapasitor yang digunakan dalam
perancangan ini.
2.6.1 Elecrolytic Capacitor (ELCO)
Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari aluminium yang menggunakan
membrane oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Elecrolytic Capacitor adlah
perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhatihati dalam pemasanganya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya
terbalik, maka akan menjadi rusak bahkan”MELEDAK”.
Gambar 2.17 Elecrolytic Capacitor (ELCO)
Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak
bisa digunakan pada rangkaian frekwensi tinggi. Biasanya tegangan kerja kapasitor
dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan
Universitas Sumatera Utara
diberikan catu daya dengan tegangan 5 volt, berarti kapasitor yang dimiliki harus
memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 volt.
2.6.2 Ceramic Capacitor
Gambar 2.18 Ceramic Capacitor
Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya.
Karena tidak dikonstruksi seperti koil, maka komponen ini dapat digunakan pada
rangkaian frekwensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekwensi
tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog
karena dapat mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya
tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil disbanding dengan kedua kapasitor
diatas.
2.6.3 Nilai kapasitor
Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat
angka/kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit
memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya.
Sedangkan kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasnya
kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit
terakhir merupakan huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit yang pertama
Universitas Sumatera Utara
angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada table
dibawah.
3 rd digit
Multiplier
Letter
Tolerance
0
1
D
0.5 Pf
1
10
F
1%
2
100
G
2%
3
1,000
H
3%
4
10,000
J
5%
5
100,000
K
10 %
6,7
Not Used
M
20 %
8
.01
P
+100, -0 %
9
.1
Z
+80, -20 %
Tabel 2.4 Nilai Kapasitor
Misalnya suatu kasipator pada badanya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya
adalah
47 + 104 = 470.000pF = 0.47 niufarad sedangkan toleransinya 5 %. Yang
harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuanya dalam pF (Piko Farad).
2.7. Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai
sirkuit pemutus dan penyambung switching, stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau
sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam
kran listrik dimana
Universitas Sumatera Utara
berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan
pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umunya transistor memiliki tiga terminal. Tegangan atau arus yang
dipasang diterminalnya mengatur arus yang lebih besar melalui 2 terminal lainya.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.
Dalam rangkaian analog transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian
analog melingkupi penegras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio.
Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan
tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi
sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.
Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal.
Terminal itu disebut emitter,basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari
penggabungan dua buah diode. Dioda yang satu dengan yang lain saling digabungkan
dengan menyambung salah satu sisi diode senama. Dengan cara penggabungan seperti
itu dapat diperoleh dua buah diode sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan
mentah digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silicon dan
germanium. Oleh karena itu dikatakan:
1. Transistor germanium PNP
2. Transistor silicon NPN
3. Transistor silicon PNP
4. Transistor germanium NPN
Semua komponen didalam rangakaian transistor dengan symbol. Anak pangah
yang terdapat di dalam symbol menunjukkan arah yang melalui transistor.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Simbol Tipe Transistor
Didalam pemakaianya transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching)
dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off)
yang ada pada karakteristik transistor. Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada
awalnya ada dua tipe dasar transistor bipolar junction transistor (BJT) dan field effect
transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar
dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas
pembawa muatan yaitu electron dan lubang untuk membawa arus listrik. Dalam BJT
arus listrik utama harus melewati satu daerah atau lapisan pembatas dinamakan
depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan
tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET (juga dinamakan transistor
unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (electron atau hole,
tergantung dari tipe FET).
Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit
dengan depletion zone dikedua sisinya ( dibandingnya dengan transistor bipolar dimana
daerah basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah pembatas ini
dapat berubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan
kanal konduksi tersebut. Secara umum transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan
banyak kategori, yaitu: materi semikonduktor, Germaniu,Silikon, Gallium Arsenide.
Universitas Sumatera Utara
1. Kemasan fisik: Though Hole Metal, Though Hole Pasic, Surface Mount, IC, dan
lain-lain.
2. Tipe: UJT, BJT, JFET, MOSFET, IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET,MESFET,
HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC.
3. Polaritas : NPN atau N-Channel, PNP atau P-channel
4. Maximum kapasitas daya : Low Power, Medium Power, High Power
5. Maksimum frekwensi kerja : low, medium, atau high frequency, RF transistor,
Microwave, dan lain-lain.
6. Aplikasi : Amplifier, Saklar, General purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lainlain.
Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal
sama dengan nol atau kolektor dan emitter terhubung langsung (short). Keadaan ini
menyebabkan tegangan kolektor emitter (Vce)=0 Volt pada keadaan, tetapi pada
keadaan ideal, tetapi pada kenyataanya Vce bernilai 0 sampai 0,3 volt.
2.8.
Dioda
Dioda adalah salah satu bahan yang dibuat dari bahan yang disebut PN junction
yaitu suatu bahan campuran yang terdiri dari bahan positif dan bahan negative. Apabila
kedua bahan tesebut dipertemukan maka akan menjadi komponen aktif yang disebut
diode. P type akan membentuk kaki yang disebut kaki Anoda dan N type akan
membentuk Katoda. Pada diode, arus listrik hanya akan dapat mengalir dari anoda ke
kutub katoda.
Universitas Sumatera Utara
2.8.1
Karakteristik Dioda
Sifat umum diode adalah hanya dapat menghantarkan arus listrik ke satu arah
saja. Oleh karena itu bila pemasangan diode tidak akan dapat menghantarkan arus
listrik. Prinsip ini biasanya digunakan sebagai pengaman alat elektronika yaitu untuk
menunjukkan benar atau salah penyambungan catu daya. Dioda memiliki dua elektroda
(kaki), yaitu anoda dan katoda. Kaki-kaki ini tidak boleh terbalik dalam pemasanganya.
Kaki katoda biasanya dekat dengan tanda cincin sedangkan kaki yang jauh tanda cincin
berarti kaki anoda. Jika P (anoda) diberi tegangan positif dan N (katoda) diberi tegangan
negative maka pemberian tegangan ini disebut bias maju (biased forward). Sebaliknya,
bila diberi tegangan yang terbalik yaitu P (anoda) diberi tegangan negative dan N
(katoda) diberi tegangan positif maka pemberian tegangan ini disebut bias mundur
(biased reverse). Pada keadaan ini, arus yang mengalir dalam diode sangat kecil
sehingga dapat diabaikan.
Pada saat diberi biases forward, diode dapat dialiri arus dengan resistansi yang
cukup kecil, yang dikenal dengan nama resistansi maju (forward). Sebaliknya, jika
diode diberi biased reverse, maka arus listrik akan mengalami resistansi yang amat
besar dan disebut resistance reverse. Dioda dapat dianggap suatu Voltage Sensitive
Electronic Switch, dimana diode akan menutup atau dalam kondisi ON jika anoda lebih
positif dari katoda dan diode akan terbuka jika sebaliknya. Macam-macam diode yang
harus diketahui adalah:
1. Dioda Penyearah (RectifierJ)
2. Dioda Zener
3. Dioda Cahaya (LED-Light Emiting Dioda)
Universitas Sumatera Utara
2.8.2 Dioda Penyearah (Rectifier)
Dioda ini biasanya digunakan pada power supply, namun digunakan juga pada
rangkaian radio sebagai detector, dan lain-lain. Prinsip kerja dari diode penyearah
adalah sebagai berikut:
Gambar 2.20 Bentuk Dioda
Arus AC yang mendorong electron keatas melalui resistor, saat melewati diode
hanya setengah periode positif dari tegangan input yang akan memberikan bias forward
pada diode, sehingga diode akan menghantarkan selama setengah periode positif.
Tetapi untuk setengah peride negative, diode bias reverse terjadilah
penyumbatan karena kecil sekali arus yang dapat mengalir. Dengan demikian, arus AC
telah diserahkan oleh diode ini menjadi arus yang searah (DC).
2.8.3 Dioda Zener
Dioda
zener merupakan diode yang banyak sekali digunakan oleh diode
penyearah. Lambang diode zener dapat dilihat pada gambar
Gambar 2.21 Symbol dan Bentuk Dioda Zener
Universitas Sumatera Utara
2.8.4
Dioda Cahaya (LED: Light Emiting Dioda)
LED merupakan salah satu jenis diode yang mengubah energy perpindahan
electron-elektron yang jatu dari pita konduksi ke pita valensi menjadi cahaya. Berwarna
warni cahaya yang dipancarkan ini, dikarenakan jenis bahan yang digunakan berbedabeda. Bahan-bahannya antara lain gallium, arsen, dan fosfor. Penggunaan LED biasanya
berhubungan dengan segala hal yang dilihat oleh manusia, seperti untuk mesin
penghitung, jam digital, dan lain-lain.
2.9.
Catu Daya
Tegangan yang di butuhkan oleh peralatan elektronik adalah tegangan rendah
yaitu kurang atau sama dengan 24 volt DC. Sehingga diperlukan sebuah alat yang dapat
menurunkan tegangan dan disearahkan sehingga menghasilkan tegangan DC sebesar 24
volt. Pada Gambar 2.4 ditunjukkan rangkaian penurun tegangan dan penghasil tegangan
DC. Penurun tegangan ini berupa autotrafo dan penghasil tegangan DC berupa
penyearah jembatan.
Gambar 2.22 Rangkaian Penurun Tegangan dan Penghasil Tegangan DC
Universitas Sumatera Utara