perancangan dan pembuatan alat pengaman kendaraan

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroller
Mikrokontroller sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontroller dan mikrokomputer
hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi
baru yaitu teknologi semi konduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak
namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam
jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan microprocessor).
Sebagai kebutuhan pasar mikrokontroller hadir untuk memenuhi selera industri dan para
konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih
serta dalam bidang pendidikan.
Tidak seperti sistem komputer yang mampu menangani berbagai macam program
aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya). Mikrokontroller
hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada
perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan
ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang
relatif besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang
ROM yang kecil. Sedangkan Pada mikrokontroller, perbandingan ROM dan RAM-nya
yang besar artinya program kontrol disimpan dalam ROM yang ukurannya relatif lebih
besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara,
termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroller yang bersangkutan.
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Mikrokontroller AT89S51
Gambar 2.1. Blok Diagram Fungsional AT89S51
Mikrokontroller AT89S51 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran
Atmel. Jenis mikrokontroller ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengolah data
per bit ataupun data 8 bit secara bersamaan. Pada prinsipnya program pada
Universitas Sumatera Utara
mikrokontroller dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set
instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan secara bertahap atau berurutan.
Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroller AT89S51 adalah sebagai
berikut :
a. Sebuah Central Processing Unit 8 bit
b. Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu
c. RAM internal 128 byte
d. Flash memori 4 Kbyte + 2 Kbyte EEprom
e. Daya tahan 1000 kali baca/tulis
f. Tiga level kuni memori program
g. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi
internal)
h. Empat buah programable port I/O yang masing-masing terdiri dari delapan buah
jalur I/O
i. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART
j. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika
k. Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi
12 MHz.
2.1.2 Konstruksi AT89S51
Mikrokontroller AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1
kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 μF dan resistor 10 KΩ dipakai untuk
membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini AT89S51 otomatis diriset
Universitas Sumatera Utara
begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24MHz dan
kapasitor 30 μF dipakai untuk melengkapi rangkaian osilator pembentuk clock yang
menentukan kecepatan kerja mikrokontroller .
Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroller.
Mikrokontroller memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. Read Only
Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai
dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini
dinamakan sebagai memori program. Random Access Memory (RAM) isinya akan sirna
begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program
bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
Ada berbagai jenis ROM untuk mikrokontroller dengan program yang sudah baku
dan diproduksi secara massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC
mikrokontroller dicetak dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroller
menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang
disingkat menjadi PROM (PEROM). Dulu banyak UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable
Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash
PEROM yang harganya jauh lebih murah.
Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah flash
PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroller diisikan ke memori itu lewat
bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 flash PEROM Programmer. Memori data
yang disediakan dalam chip AT*S51 sebesar 128 kilo byte meskipun hanya kecil saja
tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup.
Universitas Sumatera Utara
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmitter) yang
biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD
dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. pada kaki nomor 2 dan 3,
sehingga kalau sarana input/output bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak
untaian pencacah ini bisa berasal dari ossillator kristal atau clock yang diumpan dari luar
lewat T0 dan T1/T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5
tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0 dan T1 dipakai.
AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah
sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan
dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output paralel kalau
INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. Port1 dan 2, UART, Timer 0,
Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang
ditempatkan di Special Function Register (SFR).
Universitas Sumatera Utara
2.1.3 Pin-Pin pada Mikrokontroller AT89S51
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroller AT89S51 :
Gambar 2.2 IC Mikrokontroller AT89S51
VCC (Pin 40)
Suplai tegangan
GND (Pin 20)
Ground
Port 0 (Pin 39-Pin 32)
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun
penerima kode byte pada saat flash progamming. Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini
dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai
input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai internal
pull up. Pada saat flash progamming diperlukan external pull up, terutama pada saat
verifikasi program.
Port 1 (Pin 1 – Pin 8)
Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa, pada kaki ke 6, ke 7 dan ke 8 terdapat Mosi, Miso dan
Sck sebagai masukan dari ISP Programmer yang terhubung ke komputer. Tanpa adanya
port ini maka mikrokontroler tidak dapat diprogram oleh ISP Programmer.
Port 2 (Pin 21 – pin 28)
Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address pada saat mengakses memori
secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2
special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input
dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink
keempat buah input TTL.
Port 3 (Pin 10 – pin 17)
Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pull up. Port 3 juga mempunyai
fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :
Nama pin
Fungsi
P3.0 (pin 10)
RXD (Port input serial)
P3.1 (pin 11)
TXD (Port output serial)
P3.2 (pin 12)
INTO (interrupt 0 external)
P3.3 (pin 13)
INT1 (interrupt 1 external)
P3.4 (pin 14)
T0 (input external timer 0)
P3.5 (pin 15)
T1 (input external timer 1)
Universitas Sumatera Utara
P3.6 (pin 16)
WR (menulis untuk eksternal data memori)
P3.7 (pin 17)
RD (untuk membaca eksternal data memori)
Tabel 2.1. Fungsi Pin Port 3 IC Mikrokontroller AT89S51
RST (pin 9)
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
ALE/PROG (pin 30)
Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama
mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input program (PROG) selama
memprogram Flash.
PSEN (pin 29)
Program store enable digunakan untuk mengakses memori program eksternal.
EA (pin 31)
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroller akan
menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi
high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal.
Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.
XTAL1 (pin 19)
Input untuk clock internal.
XTAL2 (pin 18)
Output dari osilator.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Relay
Untuk memutuskan dan menghubungkan suatu rangkaian primer dan sekunder,
diperlukan sebuah alat yaitu relay. Relay adalah sebuah saklar dengan elektromagnetik
yang dapat mengubah kontak-kontak saklar dari normally open (NO) menjadi normally
close (NC) dan sebaliknya, sewaktu alat ini menerima arus listrik.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari lilitan kawat (kumparan,koil) yang terlilit pada
suatu inti dari besi lunak. Kalau kumparan ini dilalui arus maka inti menjadi magnet
sehingga inti ini akan menarik jangkar dan kontak antara A dan B putus (membuka)
sedangkan kontak antara B dan C akan menutup. Jenis relay ini dikenal dengan nama
relay jenis kontak luar.
Macam–macam relay yang dibedakan berdasarkan cara kerjanya, yaitu:
a. Normally Open (NO), saklar akan terbuka bila dialiri arus
b. Normally Close (NC), saklar akan tertutup bila dialiri arus
c. Change Over (CO), relay ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya tertutup yang
lama, bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A,
sebaliknya bila kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B.
Analogi rangkaian relay yang digunakan pada tugas akhir ini adalah saat basis
transistor ini dialiri arus,maka transistor dalam keadaan terttutup yang dapat
menghubungkan arus dari kolektor ke emiter yang mengakibatkan relay terhubung.
Sedangkan fungsi dioda disini adalah untuk melindungi transistor dari tegangan induksi
berlebihan, dimana tegangan ini dapat merusak transistor.
Universitas Sumatera Utara
Jika transistor pada basis tidak ada arus maju, transistor terbuka sehingga arus
tidak mengalir dari kolektor ke emiter, relay tidak bekerja karena tidak ada arus yang
mengalir pada gulungan kawat.
Gambar 2.3 Relay dengan rangkaian driver
2.3 Penguat Op-Amp
Penguat operasional atau op-amp (dari kata Operational amplifier) adalah penguat
diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan
yang sangat tinggi, yaitu dengan orde 105. dengan penguatan yang tinggi ini op-amp lebih
banyak digunakan dari pada penguat transistor. Op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian
yang sudah didisain dalam IC (integrated circuit). Pemakaian op-amp amatlah luas
meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan, penguat dan lainya.
Universitas Sumatera Utara
Op-amp biasanya dilukiskan seperti gambar.
gambar 2.4 lambang Op-amp
Op-amp lebih banyak digunakan untuk digunakan menjadi penguatan inverting, non
inverting, penambah.
2.3.1 Penguat inverting
Penguat Op-amp inverting akan menguatkan tegangan pada masukan serta membalik
hasil penguatan tersebut, jadi keluaran dari rangkaian ini akan selalu memiliki polaritas
yang berlawananan dengan sinyal masukannya.
gambar 2.5 Rangkaian Penguat inverting
Penguatan tegangan pada rangkaian ini di tentukan menurut
Universitas Sumatera Utara
Tegangan keluaran diperoleh dengan jalan mengalikan tegangan masukan yang diketahui
dengan faktor penguatan, atau
Tanda minus diabaikan dalam perhitungan karna hanya menunjukkan bahwa keluaran
berlawanan fasa terhadap masukannya.
2.3.2 Penguat non inverting
Dalam konfigurasi ini umpan balik yang digunakan untuk mengatur penguatan tetap di
berikan pada masukan membalik, tapi Vin di berikan pada masukan non inverting
sehingga tegangan keluaran akan selalu sefasa dengan tegangan masukannya.
gambar 2.6 Rangkaian Penguat Non Inverting
Untuk mendapatkan penguatan tegangan dapat dicari dengan persamaan berikut:
Universitas Sumatera Utara
Untuk memperoleh tegangan keluaran dapat dicari dengan mengalikan tegangan masukan
yang diketahui dengan faktor penguatan, atau
2.3.3 Penguat penjumlah tegangan
Dengan menggunakan rangkaian penguat membalik dasar dan menambahkan resistor
pada masukan lainnya, kita dapat membuat penguat penjumlah membalik. Tegangan
keluaran akan dibalik dan nilainya sama dengan penjumlahan aljabar dari masing-masing
perkalian tegangan masukan dengan hasil bagi resistor masukan dengan resistor umpan
balik
yang
bersesuaian,
atau
dapat
dinyatakan
sebagai
berikut
Suku RF/RN (VN) dalam rumus di atas menyatakan bahwa dalam rangkaian
tersebut mungkin terdapat lebih dari dua masukan. Bila semua resistor luar sama nilainya
(Rf = R1 = R2 = … = RN), keluaran dapat dengan mudah dapat di hitung sebagai
penjumlahan aljabar dari masing-masing tegangan masukan, atau dapat dirumuskan
seperti:
Vout = - (V 1 + V 2 + … + V N )
Universitas Sumatera Utara
gambar 2.7 Rangkaian Penjumlah
2.4 Resistor
Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang
mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan
Variable Resistor, umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak
menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain.
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga
perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan–
bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor.
Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon
memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai isolator.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Fixed Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah
arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif
dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung
porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat
lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar
resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah
standar menufaktur yang dikeluarkan oleh ELA (Electronic Industries Association).
Gambar 2.8 Resistor karbon
WARNA
GELANG I
GELANG II
GELANG III
GELANG IV
Hitam
0
0
1
-
Coklat
1
1
10
-
Merah
2
2
100
-
Jingga
3
3
1000
-
Kuning
4
4
10000
-
Hijau
5
5
100000
-
Biru
6
6
1000000
-
Violet
7
7
10000000
-
Abu-abu
8
8
100000000
-
Universitas Sumatera Utara
Putih
9
9
1000000000
-
Emas
-
-
0,1
5%
Perak
-
-
0,01
10%
Tanpa Warna
-
-
-
20%
Tabel 2.2 Nilai Gelang Resistor
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi
berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada
bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan
warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah
langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut. Kalau anda telah bisa
menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 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 faktor
penggalinya.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2. Resistor Variabel
Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan
variabel resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering
digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah
semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu
saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensi yang
digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai
variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara terbatas sampai 300 derajat
putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk
mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometres” atau “Trimmer
Potentiometres”.
Gambar 2.9 Potensiometer
Pada gambar 2.9 di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume
kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada
PCB (Printed Circuit Board). Sedangkan bentuk 1 potentiometres. Ada 3 tipe didalam
perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Grafik Perubahan nilai pada potensiometer
Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi
lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya menjadi
sangat cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia. Karena telinga
sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi tidak terlalu
sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A ini juga disebut
sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan resistansinya adalah linier
dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control, resistance value adjustment in
circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan resistansinya kebalikan dati tipe A.
2.5 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-
Universitas Sumatera Utara
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 elektrik yang nonkonduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung
kakinya. Di alam bebas fenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatanmuatan positif dan negatif diawan.
dielektrik
Elektroda
Elektroda
Gambar 2.11 Skema kapasitor.
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam
merancang suatu sistem yang berfungsi untuk memblok arus DC, Filter, dan penyimpan
energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan
oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan
dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi 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 adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam
perancangan ini.
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Kapasitor Elektrolit
Gambar 2.12 Kapasitor Elektrolit
Kapasitor Elektrolit atau Electrolytic Capacitor (ELCO) terbuat dari aluminium yang
menggunakan membran oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic
Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita
harus berhati – hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik.
Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “meledak”. Biasanya jenis
kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan
pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan
cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu
daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan
kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt.
2.5.2 Kapasitor Keramik
Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak
dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi
tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground.
Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah
Universitas Sumatera Utara
bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai
kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas.
Gambar 2.13 Kapasitor keramik
2.5.3 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 untuk
kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode
tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir
berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir
berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.3 Nilai Kapasitor
Universitas Sumatera Utara
Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya
adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µF sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat
didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).
2.6 Transistor
Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal
itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari
penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan
cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan
dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN.
Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah
silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan :
1. Transistor germanium PNP
2. Transistor silikon NPN
3. Transistor silikon PNP
4. Transistor germanium NPN
Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol anak panah yang
terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor.
C
C
B
B
E
NPN
E
PNP
Gambar 2.14 Simbol tipe transistor
Universitas Sumatera Utara
Keterangan :
C = kolektor
E = emiter
B = basis
Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching)
dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off)
yang ada pada karakteristik transistor. Pada daerah penjenuhan nilai resistansi
persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter
terhubung langsung (short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (V CE ) =
0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya V CE bernilai 0 sampai 0,3 Volt.
Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on
seperti pada gambar 2.15.
Vcc
Vcc
IC
RB
VB
R
Saklar On
VCE
IB
VBE
Gambar 2.15 Transistor sebagai Saklar ON
Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk
mencari besar arus basis agar transistor saturasi adalah :
I max =
Vcc
……………………………………………..…………….(2.1)
Rc
Universitas Sumatera Utara
hfe . I B =
IB =
Vcc
………………………………………….…………….(2.2)
Rc
Vcc
………………………………………………………….(2.3)
hfe . Rc
Hubungan antara tegangan basis (V B ) dan arus basis (IB ) adalah :
IB =
VB − VBE
……………………………………………………….(2.4)
RB
V B = IB . R B + V BE …………………………………………………..(2.5)
VB =
Vcc . R B
+ VBE …………………………………………………(2.5)
hfe . Rc
Jika tegangan V B telah mencapai VB =
Vcc . R B
+ VBE , maka transistor akan saturasi,
hfe . Rc
dengan Ic mencapai maksimum.
Gambar 2.16 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan V CE (sat) adalah
harga V CE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan pada
lembar data. Biasanya V CE (sat) hanya beberapa perpuluhan volt, walaupun pada arus
kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada gambar 2.16
dikenal sebagai daerah saturasi.
Universitas Sumatera Utara
IC
Penjenuhan (saturation)
IB > IB (sat)
IB = IB (sat)
Vcc
Rc
IB
Titik Sumbat (Cut off)
IB = 0
VCE
Gambar 2.16 Karakteristik daerah saturasi pada transistor
Pada daerah penyumbatan, nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal
sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka (open). Keadaan ini
menyebabkan tegangan (V CB ) sama dengan tegangan sumber (Vcc), tetapi pada
kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor
ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam
keadaan off seperti gambar dibawah ini.
Vcc
Vcc
IC
R
RB
VB
Saklar Off
VCE
IB
VBE
Gambar 2.17 Transistor Sebagai Saklar OFF
Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (V B ) sama dengan tegangan
kerja transistor (V BE ) sehingga arus basis (I B ) = 0 maka :
IB =
IC
……………………………………………………………(2.6)
hfe
Universitas Sumatera Utara
I C = I B . hfe ….………………………………………………………(2.7)
I C = 0 . hfe ………..…………………………………………………(2.8)
I C = 0 ………………………………………………………………..(2.9)
Hal ini menyebabkan V CE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus :
2.7
Vcc
= Vc + V CE …………..…………………………………………(2.10)
V CE
= Vcc – (Ic . Rc) …..……………………………………………(2.11)
V CE
= Vcc …..………………………………………………………(2.12)
Kristal
Kristal adalah komponen yang dibuat dari bahan alam yang menunjukkan efek
piezoelektrik, sehingga sering disebut Kristal Piezoelektrik. Bahan utama kristal yang
dapat menimbulkan efek Piezoelektrik adalah garam rachelle, tourmaline dan qualte.
Dalam sebuah kristal Piezoelektrik, biasanya qualeze, mempunyai elektrodaelektroda yang dilapiskan pada permukaan yang berhadapan, dan apabila diberikan suatu
potensial pada elektroda-elektroda nya maka gaya akan bekerja pada muatan-muatan
yang terikat pada kristal.
Apabila komponen ini dipasang dengan benar, maka dalam kristal akan terjadi
deformasi-deformasi sehingga terbentuk suatu sistem elektromekanik yang akan bergetar
bila dibandingkan dengan benar. Frekuensi, resonansi dan nilai Q-nya tergantung pada
dimensi kristal, orientasi permukaan pada sumbu-sumbu kristal dan bagaimana
komponen tersebut dipasang (Mountet). Jangkauan frekuensinya dari beberapa KHz
Universitas Sumatera Utara
sampai beberapa MHz. dan jangkauan nilai Q (resonansi pararel)-nya yang beberapa ribu
sampai beberapa ratus ribu data diperoleh secara komersial.
Dengan nilai Q yang sangat tinggi dan dari kenyataan bahwa karakteristik quartz
sangat stabil terhadap waktu dan temperature, maka kristal akan menghasilkan stabilitas
frekuensi pada osilator-osilator yang dibangun dengan menggunakan kristal.
Pada hakikatnya frekuensi dari suatu osilator kristal hanya ditentukan oleh
kristalnya dan tidak oleh komponen lainnya.
Gambar 2.18 Lambang Kristal
2.8 Regulator
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu
daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan jala-jala tidak mempengaruhi tegangan
catu daya sehingga menjadi stabil. Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika
tegangan ripple -nya kecil, tetapi ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun,
maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika
arus semakin besar ternyata tegangan DC keluarannya juga ikut turun. Untuk beberapa
aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif
yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.
Ada beberapa alasan yang mungkin diperlukannya sebuah regulator, yakni:
Universitas Sumatera Utara
1. Fluktuasi tegangan jala-jala
2. Perubahan tegangan akibat beban (loading)
3. Perlu pembatasan arus dan tegangan untuk keperluan tertentu
Ada 4 jenis regulator ,yakni:
1. Regulator dengan Zener
2. Regulator Zener Follower
3. Regulator dengan op-amp
4. Regulator dengan IC (Integrated Circuit)
Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan
komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator karena saat ini sudah banyak
dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX
yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif.
Gambar 2.19 Bentuk IC Regulator
Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus ( current
limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ). Komponen ini mempunyai tiga
pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu
Universitas Sumatera Utara
daya yang ter-regulasi dengan baik. Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat
tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya, sedangkan seri 79XX
misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan negatif 5
dan 12 volt.
2.9 DTMF ( Dual Tone Multiple Frequency )
DTMF adalah piranti semikonduktor yang dirancang untuk digunakan pada sistem dial
pada pesawat telepon. Dual Tone Multiple Frequency (DTMF) yakni suatu sinyal yang
berasal dari keypad handphone pada saat kita melakukan panggilan
Dual Tone Multiple Frequency (DTMF) adalah teknik mengirimkan angka-angka
pembentuk nomor telepon yang dikodekan dengan 2 nada yang dipilih dari 8 buah
frekuensi yang sudah ditentukan. 8 frekuensi tersebut adalah 697 Hz, 770 Hz, 852 Hz,
941 Hz, 1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz dan 1633 Hz,
Tabel 2.4 frekuensi DTMF
Seperti terlihat dalam tabel 2.4, angka 1 dikodekan dengan 697 Hz dan 1209 Hz,
angka 9 dikodekan dengan 852 Hz dan 1477 Hz. Kombinasi dari 8 frekuensi tersebut bisa
dipakai untuk mengkodekan 16 tanda, tapi pada pesawat telepon biasanya tombol ‘A’ ‘B’
‘C’ dan ‘D’ tidak dipakai.
Universitas Sumatera Utara
697 Hz
1
2
3
A
770 HZ
4
5
6
B
852 HZ
7
8
9
C
941 HZ
*
0
#
D
1209
1336
1477
1633
Hertz
Gambar 2.20 Tombol dan frekuensi DTMF
Teknik DTMF meskipun mempunyai banyak keunggulan dibanding dengan cara
memutar piringan angka, tapi secara tehknis lebih sulit diselesaikan. Alat pengirim kode
DTMF merupakan 8 rangkaian oscilator yang masing-masing membangkitkan frekuensi
di atas, ditambah dengan rangkaian pecampur frekuensi untuk mengirimkan 2 nada yang
terpilih. Sedangkan penerima kode DTMF lebih rumit lagi, dibentuk dari 8 buah filter
yang tidak sederhana dan rangkaian tambahan lainnya.
Beberapa pabrik membuat IC khusus untuk keperluan DTMF,diantaranya yang
banyak dijumpai adalah IC MT8870 sebagai decoder DTMF
IC MT8870 merupakan IC penerima DTMF yang didalamnya terdapat dua fungsi
sekaligus, yaitu sebagai filter band pass dan penerjemah data digital (digital decoder).
Pada bagian filternya menggunakan tehnik switch dari kapsitor untuk kelompok filter
high pass dan filter low pass. Pada bagian dekodernya menggunakan tehnik penghitungan
Universitas Sumatera Utara
digital untuk mendeteksi dan menerjemahkan 16 pasangan nada DTMF menjadi 4-bit
kode. IC MT 8870 ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Gambar 2.21 IC MT8870
IC MT8870 ini akan menterjemahkan sinyal yang ada diberikan pada inputnya,
yang merupakan sinyal DTMF, menjadi 4 bit data digital pada outputnya.
Fungsi kaki IC MT8870:
PIN1: IN+Non inverting op-amp input
PIN2: IN-Inverting input
PIN3: Gain mengatur pembesaran diferensial amplifier yang dihubungkan dengan R
umpan balik
PIN4: VRef Referensi tegangan keluaran (setengah tegangan catu daya)
Universitas Sumatera Utara
PIN5: INH IC hubungan internal, harus duhubungkan ke Vss
PIN6: PWDN IC hubungan internal harus dihubungkanke Vss
PIN7: OSC1 Masukan detak osilator
PIN8: OSC2 Keluaran detak osilator, sebuah kristal 3,579545 MHz dihubungkan antara
pena OSC 1 dan OSC 2 untuk melengkapi rangkaian data internal
PIN 9: catu daya negative
PIN 10: TOE logika tinggi enable output Q1-Q4. Pin ini di pull up ke masukan
PIN 11-14: Three State Data (Output). Ketika dienabel oleh TOE berubah ke logik rendah
keluaran data mempunyai impedansi tinggi.
PIN 15: StD Delayed Streering (Output). Menghasilkan logika tinggi ketika keluaran latch
up date, dan akan berlogika rendah ketika tegangan pada St/Gt jatuh dibawah VTST
PIN 16: ESt Early Streering (Output). Menghasilkan logika tinggi setiap logaritma digital
dideteksi secara sah oleh pasangan frekuensi. Pada saat kondisi kehilangan sinyal akan
mengakibatkan ESt kembali ke logika rendah
PIN 17: St/Gt Steering Input Gitard Time (Output) Bidirectional. Tegangan yang lebih besar
dari VTST dideteksi oleh St dan menyebabkan sinyal deteksi oleh pasangan frekuensi dan
akan mengupdate keluaran latch.
PIN 18: VDD Tegangan power supply positif
Universitas Sumatera Utara
2.10 Bahasa Assembly MCS-51
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa
assembly untuk MCS-51. Angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya
ada 51 instruksi, antara lain yaitu :
1. Instruksi MOV
Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register
tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.
Contoh pengisian nilai secara langsung :
MOV R0,#20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).
Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.
Contoh pengisian nilai secara tidak langsung
MOV 20h,#80h
...........
............
MOV R0,20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal
ke register 0 (R0).
Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah
alamat.
2. Instruksi DJNZ
Universitas Sumatera Utara
Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi
nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol.
Contoh ,
MOV R0,#80h
Loop: ...........
............
DJNZ R0,Loop
............
R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan
ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL
Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :
.............
ACALL TUNDA
.............
TUNDA:
.................
4. Instruksi RET
Instruksi
RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin
pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh,
ACALL TUNDA
.............
TUNDA:
Universitas Sumatera Utara
.................
RET
5. Instruksi JMP
(Jump)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh,
Loop:
.................
..............
JMP Loop
6. Instruksi JB
(Jump if bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang
dimaksud berlogika high (1). Contoh,
Loop:
JB P1.0,Loop
.................
7. Instruksi JNB
(Jump if Not bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang
dimaksud berlogika Low (0). Contoh,
Loop:
JNB P1.0,Loop
.................
8. Instruksi CJNZ
(Compare Jump If Not Equal)
Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan
suatu nilai tertentu. Contoh,
Universitas Sumatera Utara
Loop:
................
CJNE R0,#20h,Loop
................
Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop.
Jika nilai R0 sama dengan 20h, maka program akan melanjutkan instruksi
selanjutnya..
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud
dengan 1.
Contoh,
MOV R0,#20h
R0 = 20h
................
DEC R0
R0 = R0 – 1
.............
10. Instruksi INC (Increament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang
dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h
R0 = 20h
................
INC R0
R0 = R0 + 1
.............
11. Dan lain sebagainya.
Universitas Sumatera Utara
2.11 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah
editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator. Tampilannya seperti di bawah ini.
Gambar 2.22 8051 Editor, Assembler, Simulator
Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (dicompile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih
ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau
ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada
pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke
dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an.
Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara
2.12 Software Downloader
Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler digunakan
software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet. Tampilannya
seperti gambar di bawah ini
Gambar 2.23 ISP- Flash Programmer 3.a
Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk mengambil file
heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write untuk mengisikan hasil
kompilasi tersebut ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara