teknik otomasi industri - e-Learning Sekolah Menengah Kejuruan

Agus Putranto, dkk
TEKNIK
OTOMASI
INDUSTRI
SMK
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Departemen Pendidikan Nasional
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional
Dilindungi Undang-undang
TEKNIK
OTOMASI
INDUSTRI
Untuk SMK
Penulis
PUT
t
: Agus Putranto
Abdul Mukti
Djoko Sugiono
Syaiful Karim
Arie Eric Rawung
Sodikin Susaat
Sugiono
PUTRANTO, Agus
Teknik Otomasi Industri untuk SMK oleh Agus Putranto, Abdul Mukti,
Djoko Sugiono, Syaiful Karim, Arie Eric Rawung, Sodikin Susaat, Sugiono. ---Jakarta : Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah,
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan
Nasional, 2008.
xxiv. 366 hlm
Daftar Pustaka : 361-362
Diterbitkan oleh
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Departemen Pendidikan Nasional
Tahun 2008
KATA SAMBUTAN
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia
Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah
Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah melaksanakan
penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis untuk
disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagi siswa SMK.
Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar
Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yang
memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran
melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh
penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada
Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para
pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia.
Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen
Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download), digandakan,
dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk
penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi
ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya soft
copy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya
sehingga peserta didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah
Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar
ini.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Selanjutnya,
kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat
memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini
masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat
kami harapkan.
Jakarta,
Direktur Pembinaan SMK
iii
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Alloh, dengan tersusunnya buku Teknik
Otomasi Industri ini semoga dapat menambah khasanah referensi
khususnya di bidang tekologi industri yang akhir-akhir ini mulai
berkembang di Indonesia.
Isi buku ini sengaja disajikan secara praktis dan lengkap sehingga
dapat membantu para siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK),
mahasiswa, guru serta para praktisi industri. Teknik Otomasi Industri
yang selama ini dideskripsikan secara variatif dan adaptif terhadap
perkembangan serta kebutuhan berbagai kalangan praktisi industri.
Penekanan dan cakupan bidang yang dibahas dalam buku ini sangat
membantu dan berperan sebagai sumbangsih pemikiran dalam
mendukung pemecahan permasalahan yang selalu muncul didalam
disain, pengendalian / pemgontrolan suatu sistem.
Oleh karena itu, buku ini disusun secara
integratif antar disiplin ilmu yaitu teknik elektronika analog,
elektronika daya,teknik digital, pemrograman dan elektronika daya yang
saling mendukung sehingga skill yang diperlukan terkait satu dengan
lainnya. Secara tuntas, kualitas maupun manajemen proses control
standar yang berlaku di tingkat internasional termasuk didalam wilayah
pembahasan.
Tim penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang telah membantu materi naskah serta dorongan semangat dalam
penyelesaian buku ini. Kami sangat berharap dan terbuka untuk
masukan serta kritik konstruktif dari para pembaca sehingga dimasa
datang buku ini lebih sempurna dan implementatif.
Jakarta, Juli 2008
Tim Penulis
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xxiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Pengantar Otomasi
Sistim Otomasi
Arsitektur Sistem
Industri Pemakai
Sistem Kontrol Industri
1
4
5
8
8
BAB II BESARAN DAN SATUAN
2.1
2.2
Besaran dan Satuan
Satuan Dalam Teknik Listrik
11
12
BAB III PRINSIPDASAR LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
Struktur Atom
Atom dan Muatan Listrik
Penghantar Arus dalam Logam
Penghantar Arus dalam zat Cair
Penghantar Arus dalam Gas
Sumber Listrik
Tegangan Listrik
Arus Listrik
Pembangkit Tenaga dan Induksi
Pembangkit Tenaga dengan Tenaga Kimia
Pembangkit Tenaga dengan Tenaga Panas
Pembangkit Tenaga dengan Cahaya
Rangkaian Listrik
Listrik dalam Rangkaian Tertutup
Usaha Listrik
Tahanan Listrik (R)
Nilai Hantar (G)
15
15
16
17
17
18
18
19
20
21
21
21
22
22
24
25
26
v
3.3.5 Tahanan Jenis ( ρ)
3.3.6 Hantar jenis ( χ )
3.3.7 Kode Warna Tahanan
3.3.8 Pembagi Arus dan Tegangan
3.3.9 Pengukuran Rangkain
3.3.10 Daya Listrik
3.3.11 Daya Guna (Efisiensi)
3.4
Komponen Listrik dan Elektronika
3.4.1 Kapasitor
3.4.2 Dioda
3.4.3 Transistor
3.5
Operasional Amplifier
3.5.1 Pengenalan OP- AMP
3.5.2 Rangkaian Aplikasi OP-AMP
3.6
ADC
3.7
Dasar Teknik Digital
3.7.1 Aljabar Boolean
3.7.2 Operasi logika dasar AND, OR dan NOT
3.7.3 Operasi logika kombinasi NAND, NOR dan Exclusive OR
3.7.4 Multiplekser
3.7.5 Dekoder
3.7.6 Flip-flop
3.7.7 Memory
3.7.8 Register Geser
3.7.9 Counter
26
27
28
30
42
43
45
47
47
52
61
63
63
65
91
94
94
94
96
98
99
100
104
107
112
BAB IV PRINSIP DASAR SISTEM KENDALI
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.4
4.4.
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
Definisi
Perancangan Pengendali
Tipe Pengendali
Pengendali Tipe-P (Proportional Controller)
Pengendali Tipe-I (Integral Controller)
Pengendali Tipe-PI (Proportional + Integral Controller)
Pengendali Tipe-PD (Proportional + Differential Controller)
Pengendali Tipe-PID (Proportional + Integral + Differential
Controller)
Aplikasi Rangkaian PID dengan OP-AMP
Analisis Pengendali PID terbuat dari OP-AMP
Metoda Perancangan Pengendali PID
Contoh Perancangan Pengendali
Pnematik
115
116
116
116
117
118
119
119
120
121
123
124
127
vi
BAB V ELEKTRONIKA DAYA
5.1
5.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
Sejarah
Pengertian dan Prinsip Kerja
Komponen Elektronika Daya
Satu Katup yang tidak dapat dikendalikan (Dioda)
Pensaklaran Elektronik melalui sebuah Katup
Pensaklaran Elektronik Hubung dan Putus melalui sebuah
Katup
5.3.4 Perbandingan kinerja dari MOSFET, IGBT dan BJT
5.3.5 Bentuk Komponen
5.4
Contoh Rangkaian Elektronika Daya
5.4.1 Konverter AC ke AC dengan Pengendalian pemotongan
Fase
5.4.2 Penyearah dengan Pengendalian pemotongan Fase
5.4.3 Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter)
5.4.4 Pengubah daya DC ke AC satu Fase (Konverter DC ke
AC)
5.4.5 Pengubah daya AC ke AC (Konverter AC ke AC)
132
132
136
136
137
139
142
144
145
145
147
150
153
156
BAB VI MIKROPROSESOR Z-80 DAN MIKROKONTROLER
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
6.1.7
6.1.8
6.1.9
Mikroprosesor Z-80
Pengontrol
Penyimpan
Operasi
Konfigurasi Mikroprosessor Z 80
Penulisan (write) Data pada Memori
Pembacaan (Read) Data dari Memori
Flag
Pengalamatan Memori ( Penyimpan Program/data )
Programmable Pheriperal Interface (PPI) 8255 (Perantara
Pheriperal Terprogram)
6.1.10 Perencanaan Minimal Sistem Z - 80
6.1.11 Sistim Pengalamatan Mikroprosesor Z-80
6.1.12 Perintah Transfer
6.1.13 Perintah untuk Input Output dengan Pengaturan Langsung
6.1.14 Perintah Aritmatika
6.1.15 Perintah Biner AND, OR, EX-OR dan CP
6.1.16 Perintah Putar dan Geser
6.1.17 Perintah Percabangan
6.1.18 Sub Routine (Program Bagian)
6.2
Mikrokontroler
157
157
157
159
160
164
165
165
168
179
185
188
190
197
200
204
207
211
214
217
vii
6.2.1 Algoritma Pemrograman
6.2.2 Arsitektur Mikrokontroller ATmega8535
6.2.3 Fungsi Blok pada masing-masing komponen dalam
sistem Mikrokontroller ATmega8535
6.2.4 Membuat Program Mikrokontroller
6.25 Input Output Digital
217
233
240
272
283
BAB VII SENSOR DAN TRANDUSER
7.1
7.1.1
7.1.3
7.1.4
Sensor
Sensor Aktif (active sensor)
Sensor dengan Perubahan Resistansi
Resistor Tergantung Cahaya ( LDR “ Light Dependent
Resistor ”)
7.2
Sensor Termocouple
7.2.1 Sensor Suhu
7.2.2 Sensor Temperatur PT100
312
313
313
314
318
318
320
BAB VIII MOTOR
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
Motor DC Magnet Permanen
Motor DC Steper
Motor DC Brushless
Motor DC Servo
Motor Linier
322
324
328
329
330
BAB IX KENDALI TEMPERATUR
9.1
Konsep Dasar Kendali Temperatur
9.2
Implementasi Pengendali Temperatur dan Gas
9.2.1 Deskripsi sistem
9.2.2 Blok Diagram Sistem
9.2.3 Rangkaian Kelistrikan
9.2.4 Perangkat Lunak
331
334
334
335
773
339
BAB X FUZZY
10.1 Kontroler Logika Fuzzy (Fuzzy Logic Controller)
10.2 Konsep Dasar Logika Fuzzy
10.2.1 Teori Himpunan Fuzzy (Fuzzy Set Theory)
10.2.2 Fungsi Keanggotaan Fuzzy (Fuzzy Membership
Function)
10.2.3 Variabel Linguistik
334
334
334
335
340
viii
10.2.4 Operasi Himpunan Fuzzy
10.2.5 Metode Perancangan KLF
342
342
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri
2
Gambar 1.2. Penggunaan robot dalam otomasi
3
Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC )
6
Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS )
7
Gambar 1-5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel
kontrol otomasi
9
Gambar 1-6
Operator konsol
9
Gambar 1-7
Ruang Kontrol Otomasi
9
Gambar 1-8
Sistem Master Kontrol (ABB)
9
Gambar 3.1
Bagian Suatu Atom
15
Gambar 3.2
Tarik – Menarik Antar Muatan Elektron
15
Gambar 3.3
Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam
16
Gambar 3.4
Penghantar
Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu
Gambar 3.5
Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair
17
Gambar 3.6
Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai
18
Gambar 3.7
Grafik tegangan
20
Gambar 3.8
Pembangkit Tegangan dengan Induksi
21
Gambar 3.9
Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia
21
16
Gambar 3.10 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas
22
x
Gambar 3.11 Rangkaian Listrik Tertutup
22
Gambar 3.12 Rangkaian Listrik
27
Gambar 3.13 Hubungan Jajar Alat Listrik
33
Gambar 2.44 Rugi Tegangan Dalam Penghantar
37
Grafik 3.14
38
Grafik Pembebanan Sumber
Gambar 3.15 Rangkaian Pararel
39
Gambar 3.16 Kesalahan Pengukuran Arus
42
Gambar 3.17 Kesalahan Pengukuran Tegangan
42
Gambar 3.18 Kondensator
47
Gambar 3.19 Energi tersimpan pada Kapasitor
49
Gambar 3.20 Hubungan Jajar Kondesator
51
Gambar 3.21 Hubungan Deret Kapasitor
51
Gambar 3.22 Dioda
52
Gambar 3.23 Dioda Junction
53
Gambar 3.24 Perpindahan elektron pada dioda
54
Gambar 3.25 Kesetimbangan pada Junction dioda
54
Gambar 3.25a Simbol Zener
55
Gambar 3.25b Contoh Konstruksi
55
Gambar 3.25c Cara pemberian tegangan
55
Gambar 3.26 Dioda zener dalam kondisi forward bias
56
Gambar 3.27 Dioda zener dalam kondisi reverse bias
57
Gambar 3.28 Grafik Karakteristik Dioda Zener
57
xi
Gambar 3.29 Kurva Tegangan Dioda Zener
59
Gambar 3.30 Penstabil tegangan pada output penyearah
60
Gambar 3.31
Penstabil
perlengkapan mobil
60
tegangan
pada
sumberdaya
Gambar 3.32 Hubungan Pemakaian Emiter Bersama
61
Gambar 3.33 Hubungan pemakaian kolektor bersama
63
Gambar 3.34
63
Simbol OP-AMP
Gambar 3.35 Rangkaian Dasar OP-AMP
67
Gambar 3.36 Rangkaian OP-AMP “inverting input”
68
Gambar 3.37
Rangkaian
“Noninverting Input”
ekuivalen
OP-AMP
dengan
68
Gambar 3.38 Rangkaian inverting input dengan metode arus
input mendekati nol
69
Gambar 3.39 Rangkaian “Summing Amplifier” dan Ekuivalen
“Virtual ground”
71
Gambar 3.40 Rangkaian “Subtractor”
72
Gambar 3.41 Rangkaian “Subtractor“ dengan 2 OP-AMP
73
Gambar 3.42 Rangkaian OP-AMP sebagai
tegangan output (Uo)
74
“buffer”Besarnya
Gambar 3.43 Rangkaian Integrator dengan OP-AMP
74
Gambar 3.44 Rangkaian Diferensiator
76
Gambar 3.45
Sumber
77
Rangkaian Tegangan Mengontrol Tegangan
Gambar 3.46 Rangkaian Ekuivalen Ideal
77
Gambar 3.47a Rangkaian Tegangan Mengontrol Arus Sumber
78
xii
Gambar 3.47b Rangkaian Ekuivalen Ideal
79
Gambar 3.48a Rangkaian Arus Mengontrol Tegangan Sumber
79
Gambar 3.48b Rangkaian Ekuivalen Ideal
80
Gambar 3.49a Rangkaian Arus Mengontrol Arus Sumber
80
Gambar 3.49b Rangkaian Ekuivalen Ideal
80
Gambar 3.50 Daerah Respon Filter Ideal
81
Gambar 3.51a Rangkaian “Low Pass Filter”
82
Gambar 3.52 Karakteristik respon ideal “Low Pass filter”
82
Gambar 3.53 Prinsip rangkaian LPF dengan sistem integrator
83
Gambar 3.54 Rangkaian Filter Aktif Pelalu Frekuensi Tinggi
84
Gambar 3.55 Prinsip rangkaian HPF dengan sistem diferensiator
84
Gambar 3.56 Karakteristik respon ideal “High Pass Filter”
85
Gambar 3.57 Rangkaian Band Pass Filter
86
Gambar 3.58 Karakteristik respon ideal “Band Pass Filter”
86
Gambar 3.59 OP-AMP sebagai Multimeter dc
87
Gambar 3.60 OP-AMP sebagai Multimeter AC
88
Gambar 3.61 OP-AMP sebagai “driver” Lampu
88
Gambar 3.62 OP-AMP sebagai “driver” LED
89
Gambar 3.63 Rangkaian OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi
90
Gambar 3.64 Diagram koneksi dari IC ADC 0804
91
Gambar 3.65 Operasi NOT
94
Gambar 3.66 Operasi AND
95
xiii
Gambar 3.67 Operasi OR
95
Gambar 3.68 Operasi NAND
96
Gambar 3.69. Operasi NOR
97
Gambar 3.70 Operasi EXOR
97
Gambar 3.71 Operasi EXOR yang dibangun dari operasi logika
dasar.
97
Gambar 3.72 EXOR dengan tiga masukan
98
Gambar 3.73 Multiplekser dengan empat masukan
99
Gambar 3.74 Dekoder tiga masukan delapan keluaran
99
Gambar 3.75 RS Flip-flop
100
Gambar 3.76. Rangkaian RS Flip-flop dengan gerbang NAND
101
Gambar 3.77 Master-Slave Flip-flop menggunakan NAND
101
Gambar 3.78 Sekuensial temporal untuk master slave flip flop
102
Gambar 3.79 Rangkaian JK Flip flop menggunakan NAND
103
Gambar 3.80 Tabel kebenaran dan simbol JK Flip flop
103
Gambar 3.81 Diagram pulsa JK flip flop ketika masukan J = K = 1
104
Gambar 3.82. Rangkaian D Flip flop menggunakan NAND
104
Gambar 3.83 Tabel kebenaran dan simbol D Flip flop
105
Gambar 3.84. Struktur dasar suatu memory
106
Gambar 3.85. Diagram blok register geser
108
Gambar 3.86 Register geser 4 bit menggunakan JK Flip-flop
109
Gambar 3.87
serial/parallel
Register
geser
untuk
paralel/serial
atau
110
xiv
Gambar 3.88. Register dengan multiplekser pada masukan D flipflop
111
Gambar 3.89 Rangkaian counter 4 bit
112
Gambar 3.90. Diagram pulsa counter 4 bit
113
Gambar 4.1 Proses yang dikendalikan
115
Gambar 4.2 Sistem kendali loop terbuka (Open loop control
system)
116
Gambar 4.3 Sistem kendali loop tertutup (Closed loop control
system)
116
Gambar 4.4 Diagram Blok Pengendali Tipe-P
117
Gambar 4.5 Diagram Blok Pengendali Tipe-I
118
Gambar 4.6 Diagram Blok Pengendali Tipe-PI
118
Gambar 4.7 Diagram Blok Pengendali Tipe-PD
119
Gambar 4.8 Blok Diagram Transfer Function PID
120
Gambar 4.9 Rangkaian Pengendali PID dengan menggunakan
OP-AMP
121
Gambar 4.10 Diagram Blok Pengendali PI Plant Orde 1
124
Gambar 4.11 Rangkaian AND-dua buah katup dihubungkan seri
129
Gambar 4.12 Rangkaian OR-dua buah katup dihubungkan parallel
130
Gambar 4.13 Pengendali proporsional pnematik
131
Gambar 4.14 Diagram blok Pengendali
131
Gambar 5.1 Hubungan antara elektronika daya terhadap daya,
elektronik dan kontrol
133
Gambar 5.2 Perubahan bentuk sumber energi listrik
133
xv
Gambar 5.3 Contoh aplikasi untuk elektronika daya
134
Gambar 5.4 Blok diagram dasar elektronika daya
135
Gambar 5.5 Simbol Dioda
136
Gambar 5.6 Simbol pensaklaran sebuah katup
137
Gambar 5.7 Simbol Thyristor
138
Gambar 5.8 Simbol Triac
139
Gambar 5.9 Simbol pensaklaran dua katup
139
Gambar 5.10 Simbol Power Mosfet (n-Kanal)
140
Gambar 5.11 Simbol IGBT
141
Gambar 5.12 Simbol Transistor Daya Bipolar (BJT)
141
Gambar 5.13 Bentuk komponen elektronika daya
144
Gambar 5.14 Bentuk komponen elektronika daya berbentuk modul
144
Gambar 5.15 Komponen pemicu elektroda atau gate
145
Gambar 5.16 Blok diagram converter AC ke AC
145
Gambar 5.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC
146
Gambar 5.18 Penundaan waktu pada tegangan uS dan uRL
146
Gambar 5.19 Blok diagram converter AC ke DC (Penyearah)
147
Gambar 5.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali (M3C)
148
Gambar 5.21 Penyulutan sudut 0o
148
Gambar 5.22 Penyulutan sudut 30o
148
Gambar 5.23 Penyulutan sudut 90o
149
Gambar 5.24 Penyulutan sudut 120o
149
xvi
Gambar 5.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali (M6C)
149
Gambar 5.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali (B6C)
150
Gambar 5.27 Blok diagram konverter DC ke DC (DC Chopper)
150
Gambar 5.28 Rangkaian Konverter DC ke DC (DC Chopper)
151
Gambar 5.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup
151
Gambar 5.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka
151
Gambar 5.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban
152
Gambar 5.32 Blok diagram konverter DC ke AC
153
Gambar 5.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan
model jembatan
153
Gambar 5.34 Katup V1 dan V2 menghantar dan V3 dan V4
menutup
154
Gambar 5.35 Katup V3 dan V4 menghantar dan V1 dan V2
menutup
154
Gambar 5.36 Katup V1 dan V3 menghantar dan V2 dan V4
menutup
154
Gambar 5.37 Bentuk tegangan keluaran
155
Gambar 5.38 Rangkaian DC ke AC tiga fase
155
Gambar 5.39 Blok diagram konverter AC ke AC
156
Gambar 6.1.1 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80
160
Gambar 6.1.2 Arsitektur Mikroprosessor Z-80
161
Gambar 6.1.3 Bus Sistem CPU Z-80
162
Gambar 6.1.4 Penulisan Data pada Memori
164
Gambar 6.1.5 Pembacaan Data pada Memori
165
xvii
Gambar 6.1.6 Register Flag Mikroprosessor Z-80
166
Gambar 6.1.7 Konfigurasi Pin EPROM
169
Gambar 6.1.8 Rangkaian RAM 6116
170
Gambar 6.19 Rangkaian EPROM 2716
171
Gambar 6.1.10 Rangkaian Dekoder RAM/EPROM
172
Gambar 6.1.11 Konfigurasi Pin PPI 8255
173
Gambar 6.1.12 Rangkaian PPI 8255
175
Gambar 6.1.13 Pengalamatan PPI 8255 pada Minimal Sistem Z80
177
Gambar 6.1.14 Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI
178
Gambar 6.1.15 Konfigurasi Rangkaian PPI 8255
179
Gambar 6.1.16 Mode Operasi PPI 8255
182
Gambar 6.17 Format Mode PPI 8255
183
Gambar 6.18 Rangkaian pembangkit detak
186
Gambar 7.42 Rangkaian pembangkit Input Reset
186
Gambar 6.19 Rangkaian Pembangkit Sinyal
187
Gambar 6.1.20 Rangkaian Pembangkit Sinyal
188
Gambar 6.2.1.1 Komponen Utama Komputer
218
Gambar 6.2.1.2 Simbol-simbol program flowchart
220
Gambar 6.2.1.3 Flowchart program tukar isi register
221
Gambar 6.2.2.1 Pinout Atmega8535
235
Gambar 6.2.2.2 Blok Diagram Atmega8535
239
xviii
Gambar 6.2.3.1 Diagram Block Arsitektur MCU AVR
240
Gambar 6.2.3.2 Diagram Block AVR CPU General Purpose
Working Registers
244
Gambar 6.2.3.3 Peta Memory Program
245
Gambar 6.2.3.4 Peta Memory Data
246
Gambar 6.2.3.5 Rangkaian equivalent pin I/O
249
Gambar 6.2.3.6 Diagram Block Timer/Counter0 8 bit
252
Gambar 6.2.3.7 Diagram Block Timer/Counter1 16 bit
254
Gambar 6.2.3.8 Kalkulator AVR
259
Gambar 6.2.3.9 Diagram Block Timer/Counter2 8 bit
261
Gambar 6.2.3.10 SPI Master-Slave Interconnection
262
Gambar 6.2.3.11 USART Block Diagram
265
Gambar 6.2.3.12 Rangkaian Modul Mikrokontroller Atmega8535
269
Gambar 6.2.3.13
Atmega8535
269
Desaign
PCB
Modul
Mikrokontroller
Gambar 6.2.3.14 Layout PCB sisi komponen
270
Gambar 6.2.3.15 Layout PCB sisi solder
270
Gambar 6.2.3.16 PCB Modul Mikrokontroller
271
Gambar 6.2.4.1
Sambungan
mikrokontroller dengan computer
kabel
LPT
antara
modul
272
Gambar 6.2.4.2 Jendela Editor BASCOM-AVR
273
Gambar 6.2.4.3 Jendela Proses Compiling
274
Gambar 6.2.4.4 Jendela informasi kesalahan
274
xix
Gambar 6.2.4.5 Jendela AVR Simulasi
275
Gambar 6.2.4.6 Jendela Hardware Simulasi
276
Gambar 6.2.4.7 Jendela AVR Simulasi dan Hardware Simulasi
keduanya aktif
277
Gambar 6.2.4.8 Jendela BASCOM-AVR Option
277
Gambar 6.2.4.9 Kotak pesan
278
Gambar 6.2.4.10 Jendela AVR ISP STK Programmer
278
Gambar 6.2.4.11 Jendela BASCOM-AVR Programming status
279
Gambar 6.2.4.12 Program kedip pada jendela editor BASCOMAVR
280
Gambar 6.2.4.13 Simulasi ketika slider pada posisi minimal
282
Gambar 6.2.4.14 Simulasi ketika slider pada posisi maksimal
282
Gambar 6.2.5.1 Rangkaian Modul Digital Input Output Test
283
Gambar 6.2.5.2 Modul Percobaan Input Output Digital
283
Gambar 6.2.5.3 Modul Percobaan Deretan LED
284
Gambar 6.2.5.4 Rangkaian Modul Lampu Lalu Lintas
286
Gambar 6.2.5.5 Penempatan LED pada Modul Lampu Lalu Lintas
286
Gambar 6.2.5.6 Modul Percobaan Lampu Lalu Lintas
287
Gambar 6.2.5.7 Rangkaian Modul Motor Stepper
288
Gambar 6.2.5.8 Modul Percobaan Motor Stepper
288
Gambar 6.2.5.9 Rangkaian Modul Seven Segment
290
Gambar 6.2.5.10 Modul Percobaan Seven Segment
290
Gambar 6.2.5.11 Rangkaian Modul Analog Input Test
291
xx
Gambar 6.2.5.12 Modul Percobaan Analog Input Test
292
Gambar 6.2.5.13 Rangkaian Modul LCD
293
Gambar 6.2.5.14 Modul Percobaan LCD
293
Gambar 6.2.5.15 Rangkaian Modul RTC
295
Gambar 6.2.5.16 Modul Percobaan RTC
296
Gambar 6.2.5.17 Trainer Belt Conveyor
306
Gambar 6.2.5.18
Barang
308
Flowchart Sistim Otomasi Elektronik Sortir
Gambar 7.1 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi
312
Gambar 7.2 Sensor potensiometer
314
Gambar 7.3. Sensor variabel kapasitor
314
Gambar 7.4 Sensor optical encoder
314
Gambar 7.5 Sensor strain gauge
314
Gambar 7.6 Susunan atom pada semikonduktor
315
Gambar 7.7. Karakteristik LDR
316
Gambar 7.8 Simbol LDR (standar IEC)
316
Gambar 7.9 LDR sebagai saklar
317
Gambar 7.10 LDR berfungsi sebagai potensiometer
317
Gambar 7.11 Karakteristik beberapa jenis sensor suhu
318
Gambar 7.12 Perilaku beberapa jenis thermocouple
319
Gambar 7.13 Sensor PT100
320
Gambar 8.1 Rangkaian ekivalen motor DC magnet permanent
322
xxi
Gambar 8.2 Transfer function open loop Torsi Motor DC
324
Gambar 8.3 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan full
step
325
Gambar 8.4 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan half
step
326
Gambar 8.5 Diagram skema Motor DC brushless
328
Gambar 8.6 Motor DC brushless menggerakan baling-baling
pesawat
328
Gambar 8.7 Kutub pada stator motor DC brushless 2 fasa
329
Gambar 8.8 Kontrol kecepatan motor DC servo
330
Gambar 8.9 Motor linear buatan inteldrive
330
Gambar 9.1 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1)
331
Gambar 9.2 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1)
332
Gambar 9.3 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2)
332
Gambar 9.4 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2)
334
Gambar 9.5 Blok Diagram Sistem
335
Gambar 9.6 Rangkaian zero and span
336
Gambar 9.7 Rangkaian Penguat Tegangan ( non inverting)
336
Gambar 9.8 Rangkaian Driver Motor DC
337
Gambar 9.9 Rangkaian DAC R-2R 8 Bit
338
Gambar 9.10 Blok Diagram Fuzzy Gas
339
Gambar 9.11 Blok Diagram Fuzzy Temperatur
339
Gambar 10.1 Fungsi Keanggotaan bentuk Segitiga (Triangular)
337
xxii
Gambar 10.2 Fungsi Keanggotaan bentuk Trapesium
338
Gambar 10.4 Definisi Himpunan Fuzzy A secara Diagramatik
340
Gambar 10.5 Penafsiran Grafis Variabel Linguistik
341
Gambar 10.6 Struktur Dasar Kontroler Logika Fuzzy
344
Gambar 10.7 Struktur Kontroler Logika Fuzzy dengan Plant
345
Gambar 10.8 Diagram Blok System Kontrol Logika Fuzzy dengan
345
Gambar 10.9 Tanggapan(step response) Sistem Loop Tertutup
346
Gambar 10.10 Fungsi-fungsi Keanggotaan Uniform
351
Gambar 10.11 Penafsiran Grafis Persamaan (10.1; 10.2) dengan
α^ dan Rc
357
Gambar 10.12 Penafsiran Grafis Persamaan (10.3) dan (10.4)
358
Gambar 10.13 Interpretasi Grafik Strategi Defuzzifikasi
360
xxiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1-1 :
Kelompok Industri Pemakai
8
Tabel 2.1
Satuan dan Besaran Listrik
13
Tabel 3.1
Pembangkitan tegangan
19
Tabel 3.2
Simbol Komponen Listrik
23
Tabel 3.3
Resistor Standard IEC E6,E12 dan E 24
29
Tabel 3.4
Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan
48
Tabel 4.1
Simbol-simbol pnematik
128
Tabel 6.2.1.1 Instruksi Mikrokontroller ATmega8535
223
Tabel 3.2.2.1.1 Register Mikrokontroller Atmega8535
242
Tabel 6.2.3.1 Konfigurasi Pin Port
250
Tabel 7.1
Karakteristik jenis thermoCouple.
319
Tabel 7.2
Spesifikasi jenis sensor PT100
320
Tabel 7.3
Data Sheet
321
Tabel 8.1
Formasi tegangan / logika pada motor DC step
327
Tabel 8.2
Formasi double active bit untuk mode putaran full
step
327
Tabel 10.1 Prototipe Aturan K LF dengan 3(tiga) Nilai Linguistik
347
Tabel 10.2 Penyempurnaan Aturan KLF dengan 3(tiga) Nilai
Linguistik
347
Tabel 10.3 Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan
348
xxiv
Tabel 10.4 Beberapa Aturan Implikasi Fuzzy
355
Pendahuluan
1
BAB I. PENDAHULUAN
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Memahami proses produksi di industri
ƒ Memahami sistem otomasi di industri.
ƒ Memahami arsitektur sistem otomasi di industri.
ƒ Memahami aplikasi sistem otomasi dalam industri
1.1 Pengantar Otomasi
Otomasi (bahasa Greek berarti belajar sendiri), robotisasi atau
otomasi industri atau kontrol numerik merupakan pemanfaatan sistem
kontrol seperti halnya komputer yang digunakan untuk mengendalikan
mesin-mesin industri dan kontrol proses untuk menggantikan operator
tenaga manusia. Industrialisasi itu sendiri merupakan tahapan dalam
pelaksanaan mekanisasi, dimana konsep mekanisasi tetap mesin-mesin
industri dilakukan manusia sebagai operator dengan menempatkan
mesin sebagai pembantunya sesuai dengan permintaan kerja secara
fisik, yang jelas terjadi penurunan besar-besaran kebutuhan manusia
sebagai sensor begitu juga berkaitan dengan mental kerja.
Otomasi mampu meningkatkan aturan main dalam era ekonomi
global dan meningkatkan pengalaman kerja sehari-hari, misal seorang
insinyur dapat mengembangkan penggabungan berbagai ragam
perangkat secara otomatis dan dengan bantuan model matematika dan
peralatan pengorganisasi untuk membangun sistem yang sangat
kompleks sehingga mempercepat pengembangan aplikasi dan kegiatan
manusia. Walaupun demikian masih banyak pekerjaan yang harus
ditangani oleh manusia, bahkan dengan berkembangnya teknologi
otomasi memberikan banyak peluang kerja bagi manusia, yang cocok
dengan pemanfaat mata manusia untuk pekerjaan presisi dan akurasi,
pemanfaatan telinga manusia, bahkan kebutuhan mutlak tenaga manusia
untuk mengidentifikasi dan mencium wewangian yang tidak mungkin
dilakukan oleh mesin otomatis. Pengenalan patern manusia, pengenalan
bahasa dan kemampuan produksi memang seyogyanya dilakukan oleh
insinyur di bidang otomasi.
Seorang spesialis hardware komputer, pengguna programmable
logic controllers (PLCs), sering menerapkan sistem sinkronisasi aliran
input dari sensor dan disesuaikan dengan keadaan aliran output untuk
menentukan kondisi aktuator. Hal ini berfungsi untuk keperluan aksi
kontrol secara presisi, yang memang menjadi keharusan terkait dengan
kontrol hampir di semua proses industri.
Pendahuluan
2
Human-machine interfaces (HMI) atau computer human interfaces
(CHI), yang lebih dikenal dengan man-machine interfaces, biasanya
digunakan untuk berkomunikasi dengan PLC dan komputer lainnya,
seperti entering dan monitoring temperatur atau tekanan untuk kontrol
otomatis atau untuk kebutuhan respon terhadap kondisi emergensi.
Orang yang bertugas dalam pelayanan monitor dan kontrol interface
tersebut sering disebut dengan operator stasiun. Bentuk lain
pemanfaatan komputer dalam bidang otomasi adalah pada peralatan tes
otomatis, dimana otomatis kontrol komputer yang digunakan pada
peralatan tes diprogram untuk mensimulasikan pekerjaan manusia
sebagai penguji dalam tes manual biasanya dalam bentuk aplikasi.
Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri
Hal ini sering merupakan bentuk penyelesaian melalui
penggunaan peralatan tes otomatis untuk menentukan urutan secara
khusus (biasanya ditulis dalam program komputer), dan sekaligus
langsung mengendalikan peralatan tes untuk menyelesaikan tugas tes.
Sebagai bentuk akhir otomasi adalah dalam bentuk otomasi software,
yaitu pemanfaatan komputer sebagai pencatat makro kegiatan harian
pekerja (mouse dan keyboard) sebagai makro pemutaraan balik pada
waktu yang akan datang.
Pendahuluan
Gambar 1.2. Penggunaan
(pembuatan mobil)
3
robot
dalam
otomasi
proses
Dalam operasional otomasi industri tidak jarang ditemui
kegagalan, kerusakan atau gangguan yang harus diantisipasi dalam
bentuk perawatan dan pemeliharaan disamping layanan prima dalam
instalasi dan setup awal penerapan otomasi industri. Dilihat secara
hardware dan software sistem otomasi banyak berhubungan dengan
komponen elektronik, program komputer, pengukuran, sensor, aktuator
dan sistem pengaturan, oleh karena itu seorang pekerja yang
memberikan layanan dan penjaminan kualitas terhadap operasional
sistem industri harus memiliki kompetensi di bidang tersebut di atas
dilandasi teori dasar dan sikap yang profesional.
Pendahuluan
4
1.2 Sistem Otomasi
Kemajuan dibidang teknologi terutama pada bidang Elektronika
dan teknologi ICT sangat pesat dan ini sangat mempengaruhi kemajuan
pada proses produksi di industri, ada tuntutan bagi industri yaitu bekerja
cepat, optimnal, jumlah produksi banyak dan ketelitian serta akurasi
produk sebagai tuntutan kualitas harus dipenuhi. Untuk memnuhi tuntutan
tersebut tidak mungkin dipenuhi apabila masih mengandalkan
kemampuan manual dan menggantungkan produksi dari kerja sumber
daya manusia yang memiliki keterbatasan ketahanan bekerja dalam
waktu yang lama, kerja malam hari, ketelitian dan kesamaan karakteristik
hasil produk. Oleh karena itu sistem otomasi elektronika saat ini
berkembang sangat pesat baik dari sisi teknologi, konfigurasi, maupun
kapasitas dan kemampuannya. Sistem ini sangat universal dan fleksibel
sehingga dapat dimanfaatkan oleh industri kecil sampai dengan industri
besar di segala bidang dengan cakupan pemakaiannya sangat luas dan
beragam.
Sistem Otomasi Industri dapat diartikan sebagai sistem dengan
mekanisme kerja dikendalikan oleh peralatan elektronik ( electronic
hardware ) berdasarkan urutan-urutan perintah dalam bentuk program
perangkat lunak (electronic software ) yang disimpan di dalam unit
memori kontroler elektronik. Dalam membangun sistem otomasi industri
antara hardware, software harus menjadi satu kesatuan dan merupakan
sekuensial (urutan) pekerjaan atau sering disebut dengan tahapan, yang
meliputi pekerjaan tahap pembangunan yaitu suatu industri dipersiapkan
sejak awal yang meliputi perencanaan, persiapan, perakitan , instalasi,
pemrograman, inspeksi, komisioning. Selanjutnya pekerjaan tahap
operasional dimana sistem otomasi industri sudah siap dioperasikan,
sehingga perlu pemeliharaan dan jika terjadi kerusakan perlu dilakukan
perbaikan. Oleh karena sistem otomasi industri perkembangan
berdasarkan tuntutan kebutuhan sangat tinggi maka sisem otomasi harus
senantiasa dikembangkan, sehingga diperlukan pekerjaan tahap
pengembangan meliputi perencanaan, persiapan, perakitan, instalasi,
pemrograman, inspeksi, komisioning.Otomasi: dapat didefmisikan
sebagai teknologi yang berlandaskan pada aplikasi sistem mekanik,
elektronik dan komputer. Sering aplikasi otomasi industri dibuat dalam
bentuk robot industri, dan robot merupakan komponen utama dalam
teknologi otomasi berfungsi sebagai pelaksana pekerjaan yang biasanya
dikerjakan oleh buruh, pekerja manusia. Oleh karena robot merupakan
mesin yang dibuat dalam pabrik maka ia memiliki kemampuan dan daya
tahan bekerja secara terus-menerus tanpa mengenal lelah. Penempatan
robot dalam aplikasi otomasi industri hingga saat ini selalu berkembang,
dalam aplikasinya robot industri dibuat mulai dari yang sederhana seperti
belt konveyer, mesin pengisi minuman, mesin las otomatis sampai
aplikasi robot modern untuk pembuatan mobil, pesawat terbang dan
pusat tenaga nuklir. Dengan demikian robot dapat diciptakan untuk
Pendahuluan
5
menggantikan posisi-posisi pekerja baik dalam bagian produksi dengan
program keahlian rendah maupun sebagai pengganti teknisi profesional
dengan program keahlian lebih komplek.
Ditinjau dari aplikasinya otomasi dapat dibedakan berdasarkan obyek
yang harus diselesaikan, yaitu:
1. Tipe tetap yaitu mesin otomatis dibuat khusus untuk
menyelesaikan pekerjaan produksi tertentu saja, dan tidak
dirancang untuk meyelesaikam produk lainnya. Pada umumnya
mesin otomasi jenis ini digunakan untuk produksi dalam jumlah
banyak dan dibutuhkan waktu produksi yang cepat akan tetapi
sangat ekonomis biaya produksinya dengan efisiensi yang cukup
tinggi.
2. Tipe semi tetap: mesin dibuat untuk memproduksi atau
menangani satu macam produk atau tugas, namun dalam
beberapa parameter (ukuran, bentuk dan bagian produk) dapat
diatur secara terbatas. Investasi awal termasuk cukup tinggi,
karena mesin masih bersifat khusus. Robot yang mandiri
termasuk dalam kategori ini.
3. Tipe fleksibel, mesin dibuat agar dapat digunakan untuk banyak
ragam produknya, sistem otomasi lebih bersifat menyeluruh,
bagianbagian produk dapat diproduksi pada waktu yang
bersamaan. Yang termasuk dalam kategori ini misalnya FMS
(Flexible Automation System) dan CIM (Computer Integrated
Manufacturing). Robot adalah salah satu pendukung dalam
kelompok otomasi ini.
Sistem otomasi tidak bisa lepas dengan sistem pengaturan
ataupun sistem pengendalian, dan dalam sistem pengaturan tujuan
utamanya adalah mengatur dan mengendalikan nilai output tertentu dari
sebuah peralatan sehingga mencapai nilai yang dikehendaki. Peralatan
yang dikendalikan disebut dengan Plant, peralatan yang mengatur atau
mengendalikan disebut dengan kontroler dan nilai yang ingin dicapai
disebut dengan input atau setting point. Besaran yang dikendalikan pada
sistem pengaturan diantaranya suhu (temperatur), kecepatan, arus dan
tegangan listrik, tekanan dst.
1.3 Arsitektur Sistem
Arsitektur sistem otomasi elektronika yang dimaksud adalah DDC
(Direct Digital Control) dan DCS (Distributed Control System ) yang
diperlihatkan pada Gambar 1-3 dan 1-4. Sistem akan semakin kompleks
dengan semakin besarnya jumlah variabel proses dan jumlah input /
Pendahuluan
6
output ( I/O ) yang digunakan dalam melayani kebutuhan produksi dalam
industri.
MONITOR
KEYBOARD
PROCESS CONTROLLER :
- Microcontroller
- Microcomputer
- PLC
SERIAL / PARALEL INTERFACE
I/O BUS
I/O INTERFACE
I/O INTERFACE
PROCESS / PLANT
Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC ) [1]
[1] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed., Prentice-Hall,
NJ, 1990.
Unit yang ada pada DDC merupakan unit peralatan elektronik meliputi :
• Peralatan Kontrol Proses (analog dan diskrit)
• Peralatan Input dan Output (sensor, aktuator)
• Peralatan Instrumentasi
• Peralatan Komunikasi Data
Disamping itu pada DDC juga dilengkapi dengan unit perangkat lunak :
• Operating System Software
• Communication Protocol
• DDC Application Software
Pendahuluan
7
MAIN CONTROL ROOM
PROCESS ENGINEERS
WORKSTATION
PROCESS CONTROL LAB
MIS
OS
OS
PROCESS
CONTROLLER
LOCAL OPERATOR
STATION
LOCAL AREA NETWORK
PROCESS
CONTROLLER
PROCESS BUS
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
PROCESS BUS
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
PROCESS
Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS ) [2]
[2] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed., Prentice-Hall,
NJ, 1990 ].
DCS dilengkapi dengan unit Sistem DCS, yaitu,
Unit Peralatan Elektronik :
• Peralatan Kontrol Proses
• Peralatan Input dan Output
• Peralatan Akuisisi Data
• Peralatan Instrumentasi
• Peralatan Interkoneksi
Unit Peralatan Jaringan Komputer (LAN):
• Client & Server Computer
• Peralatan Interkoneksi ( NIC, Konektor, Saluran Transmisi, HUB,
Modem )
Unit Perangkat Lunak :
• Operating System Software ( Computer & LAN )
• Communication Protocol
• DCS Application Software
• Database & Information System
Pendahuluan
8
1.4 Industri Pemakai
Pengelompokan industri yang menggunakan sistem DDC dan DCS
diperlihatkan pada tabel 1-1, berikut ini:
Tabel 1-1 : Kelompok Industri Pemakai
SISTEM OTOMASI DCS
SISTEM OTOMASI DDC
Industri Logam Dasar
Industri Obat
Industri Konstruksi Logam
Industri Pengolahan Makanan
Industri Minyak dan Gas
Industri Pengolahan Minuman
Industri Kimia
Industri Kosmetik
Industri Peralatan Elektronika
Industri Pengolahan Kayu
Industri Peralatan Listrik
Industri Taman Hiburan
Industri Otomotif
Gedung Bertingkat
Industri Peralatan dan Mesin
Produksi
Industri Pipa
Industri Pesawat Terbang
Industri Kapal Laut
Industri Telekomunikasi
Industri Pengolahan Biji Plastik
Industri Gelas dan Keramik
Industri Plastik
Industri Kertas
1.5 Sistem Kontrol Otomasi Industri
Unsur penghubung pengukuran dan elemen kendali paling akhir
(output) adalah pengontrol, sebelum adanya penggunaan komputer,
pengontrol pada umumnya berupa pengontrol single-loop PID. Hal ini
menyebabkan banyaknya produksi pengontrol berupa pengontrol PID
dan hanya bisa melaksanakan fungsi kontrol PID, saat kini sebuah
pengontrol dapat melakukan banyak hal bagaimanapun permasalahan
yang harus diselesaikan, perkembangan terakhir 80 sampai 90%
pengontrol PID masih banyak digunakan. Sekarang sudah banyak sistem
yang menggunakan diskrit yang dalam implementasinya menggunkan
komputer, melalui bahasa pemrograman dapat dibangun sistem kontrol
Fuzzy logic, Neural Network, Knowledge base dll. Sudah tentu bahwa
sangat sukar untuk katakan pengontrol analog lebih baik daripada
pengontrol digital, yang jelas kedua pengontrol dapat bekerja sesuai
dengan fungsinya untuk mencapai pekerjaan yang diberikan. Pengontrol
Pendahuluan
9
analog didasarkan pada perubahan yang diakibatkan oleh komponen
elektrik/mekanik dan menyebabkan perubahan pada proses yaitu dari
elemen kendali yang paling akhir. Pada elemen kendali akhir inilah
merupakan bagian yang bergerak terus menerus tidak ada batasan waktu
selalu memberikarikan tanggapan pada proses, sehingga ada sedikit
perubahan selalu pasti ada perubahan pada proses. Berikut beberapa
contoh gambar industri yang telah menggunakan sistem kontrol dalam
melaksanakan proses produksinya.
Gambar 1 -5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel kontrol
otomasi
Gambar 1-6 Operator konsol
Gambar 1-7 Ruang Kontrol Otomasi
Gambar 1-8 Sistem Master Kontrol (ABB)
Komponen Elektronik
11
BAB II. BESARAN DAN SATUAN
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Memahami pengertian besaran dan satuan
ƒ Memahami jenis-jenis besaran dasar dan turunan
ƒ Memahami simbol-simbol besaran
ƒ Memahami penyelesaian contoh soal-soal besaran dan satuannya
2.1 Pengertian Besaran dan Satuan
Besaran dan Satuan
Besaran yang terdapat pada sebuah balok diantaranya yaitu
panjang, lebar, tinggi, massa dan berat.
Satuan panjang adalah meter (m).
Satuan lebar adalah meter (m).
Satuan tinggi adalah meter (m).
Satuan massa adalah gram (g).
Satuan berat adalah Newton (N).
Sistem Satuan
Sistem Satuan International (SI) secara resmi digunakan di semua
negara di dunia, namun dalam praktek sehari-hari beberapa negara
(misalnya Amerika Serikat) masih menggunakan sistem satuan non-SI.
Satuan dasar Satuan International adalah sebagai berikut :
Satuan Dasar
Meter (simbol:m) adalah satuan dasar untuk ukuran panjang dalam
sistem SI. Satuan ini didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh dalam
perjalanan cahaya di ruang hampa (vakum) selama 1/299.792.458 detik.
Kilogram (simbol:kg), adalah satuan unit SI untuk massa. Satu (1) gram
didefinisikan sebagai 1/1000 kilogram.
Detik atau sekon adalah satuan waktu , yang didefinisikan sebagai
durasi selama 9.192.631.770 kali periode radiasi yang berkaitan dengan
transisi dari dua tingkat hyperfine dalam keadaan ground state dari atom
cesium-133 pada suhu nol Kelvin. Dalam penggunaan yang paling
umum, satu detik adalah 1/60 dari satu menit, dan 1/3600 dari satu jam.
Komponen Elektronik
12
Ampere (simbol:A), adalah satuan SI untuk arus listrik. Satu ampere
adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian sehingga di antara
dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang
yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter
dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 2 × 10-7 newton per meter.
Kelvin (simbol: K) , satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta, nol Kelvin
adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti), dan satu Kelvin
adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air
(0,01 °C).
Mol (simbol: mol) adalah unit dasar SI yang mengukur jumlah bahan. Mol
adalah unit penghitungan. Satu mol mengandung partikel sebanyak
tetapan Avogadro (sekitar 6,02214 x 1023). Partikel dapat berupa atom
atau molekul.
Candela (simbol:cd) adalah unit SI yang mengukur kekuatan dari sinar
bercahaya yang memberikan arah dari suatu sumber yang mengeluarkan
radiasi monochromatic sebesar frekuensi 540 x 1012 hertz.
Satuan Turunan
Radian (simbol:rad) adalah satuan sudut .Satuan sudut ini pernah
masuk dalam kategori satuan tambahan SI yang kemudian kategori ini
tidak lagi sejak tahun 1955 dan saat ini radian dianggap sebagai satuan
turunan dalam SI.
Newton (simbol:N) , satu newton adalah besarnya gaya yang diperlukan
untuk membuat benda bermassa satu kilogram mengalami percepatan
sebesar satu meter per detik per detik . 1 N = 1 kg.m.s-2
Kecepatan (simbol: v) atau velositas adalah pengukuran vektor dari
besar dan arah gerakan. Nilai absolut skalar (magnitudo) dari kecepatan
disebut kelajuan (bahasa Inggris: speed). Kecepatan dinyatakan dengan
jarak yang ditempuh per satuan waktu.
Luas (simbol: A) adalah kuantitas fisik yang menyatakan ukuran suatu
permukaan. Satuan luas utama menurut SI adalah meter persegi
2.1.1 SATUAN DALAM TEKNIK LISTRIK
Beberapa satuan yang sering digunakan dalam teknik listrik dan
elektronika dapat disusun seperti tabel 2.1 di bawah ini.
13
Komponen Elektronik
Tabel 2.1
Satuan dan Besaran Listrik
Satuan / Besaran
Amper ( A )
Satuan dari kuat arus listrik ( I ) .
Satuan Dasar Turunan
kg . m 2
V . s3
1A =1
Volt ( V )
Satuan dari tegangan listrik ( U )
V =
w
A
1V =1
kg . m 2
s3. A
Ohm ( Ω )
Satuan dari tahanan listrik ( R )
Ω =
V
A
kg . m 2
1 Ω = 1 3 2
s .A
Siemens(S)
Satuan dari daya hantar ( G )
S=
1
Ω
=
A
V
1 S = 1
s3 . A 2
kg m 2
1 W = 1
kg m 2
s3
Watt ( W )
Satuan dari daya listrik ( P )
W = V x A =
J
s
Joule ( J )
Satuan dari usaha listrik ( Watt = W)
1 J = 1 Nm = 1 Ws = 1 Vas
Coulomb ( C )
Satuan dari kapasitas listrik (Q)
C = As
kg m 2
1J = 1
s2
1 C = 1
As
14
Komponen Elektronik
Contoh soal :
U = I x R =A x Ω
1. Rumus
Jawab
:
U = I x R = A xΩ
kg . m 2 kg . m 2
U = A x 3 2 = 3
s .A
s .A
2. Rumus
P = I 2 x R = A2 x Ω
Pindahkan kedalam satuan dasar .
Jawab :
P = I2 x R
P = A2 x
kg m 2
kg . m 2
=
s3 . A 2
s3
3. Rumus daya hantar listrik : S =
1
R
Tuliskan satuan dasarnya .
Jawab
:
s 3 .A
A
kg . m 2
S=
x
=
3
2
V
V .s
kg.m
Komponen Elektronik
15
BAB III. PRINSIP DASAR LISTRIK DAN
ELEKTRONIKA
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ
Memahami pengertian muatan listrik
ƒ
Memahami dasar-dasar listrik dan elektronika
ƒ
Menguasai pengukuran listrik dan elektronika
ƒ
Merangkai komponen penguat operasional (OP-AMP)
ƒ
Menguasai konversi analog ke digital dan sebaliknya
3.1 Struktur Bahan
3.1.1 Atom dan Muatan Listrik
Bagian suatu atom
dA
Lintasan 2
dK
Lintasan 1
Elektron
Inti (Ptoton dan netron
Gambar 3.1Bagian Suatu Atom
Atom terdiri dari dua bagian yaitu bagian dalam berupa inti bermuatan
positif dan pada bagian luar adalah elektron yang bermuatan negatif, dan
mengitari inti. Sedangkan inti terdiri dari proton dan neutron. Muatan
elektron yang sama jenis saling tolak menolak, muatan yang berlawanan
saling tarik menarik.
Gambar 3.2
Tarik – Menarik Antar Muatan Elektron
Satuan dari muatan listrik :
∆
1 coulomb(C) = 1 amper sekon (As) = 6,24 x 1018elektron
Komponen Elektronik
16
3.1.2 Penghantar Arus dalam Logam
Atom-atom di dalam logam tersusun menurut suatu ikatan geometris
yang sempurna ( kisi logam )
Kisi logam
Gambar 3.3
Kejadian elektron bebas di dalam logam
Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam
Elektron bebas dan muatan positif suatu penghantar
Muatan ( ion ) positif yang tidak bergerak
Gambar 3.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu Penghantar
Pada penghantar yang baik, perak atau tembaga, jumlah elektron bebas
sama dengan jumlah atom.
Contoh :
Kawat tembaga : panjang = 1 m, luas penampang = 1 mm2 berisi
kira-kira 85 . 1021 atom. mempunyai elektron bebas.
Benda
lain
seperti kayu, porselen dsb, memiliki elektron bebas sedikit.Bahan ini
bukan penghantar listrik, melainkan penyekat listrik.
Logam mempunyai elektron-elektron bebas, mereka di dalam penghantar
bergerak bebas. Elektron bebas ini berlaku sebagai penghantar listrik.
Komponen Elektronik
17
3.1.3 Penghantar arus dalam Zat Cair
Pada zat cair tiap-tiap atom atau molekul dapat bergerak bebas
Percobaan :
Garam
Gambar 3.5
Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair
Ketentuan :
Air destilasi ( air suling ) adalah bukan penghantar, Dia tidak
mengalirkan arus. Dengan menambahkan garam dapur, air destilasi
menjadi penghantar dan mengalirkan arus.
3.1.4 Penghantar arus dalam Gas
Gas pada suhu normal dan kuat medan listrik kecil adalah bukan
penghantar, oleh karena gas bermuatan netral.
Untuk mendapatkan sifat hantar listrik, atom gas harus dionisir agar
terbentuk ion positif. Ionisasi gas dinamakan plasma.
Komponen Elektronik
18
3.2 Sumber Listrik
3.2.1 Tegangan Listrik
Penyebab gerakan pada elektron bebas dan ion Untuk menimbulkan
tenaga listrik, muatan positif dan negatif pada semua bahan dipisahkan
satu sama lain. Muatan yang terpisah ini berusaha menyeimbangkan
diri.Kecenderungan untuk seimbang antara muatan yang berbeda
dinamakan tegangan listrik.
Gambar 3.6
Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai
Tegangan listrik yang berhubungan dengan tekanan elektron bebas
merupakan penyebab bergeraknya elektron tersebut.
Tegangan listrik itu terjadi :
a. Antara bagian yang kelebihan dan kekurangan elektron.
b. Antara bagian yang kelebihan elektron banyak dan sedikit.
c. Antara bagian yang kekurangan elektron banyak dan sedikit.
Komponen Elektronik
Tabel 3.1
19
Pembangkitan tegangan
Keterangan
Gambar (percobaan )
Contoh
Induksi
-Generator dalam kerja
tenaga
-Mesin penerangan mobil
-Dinamo sepeda
Pembangkitan tegangan secara
kimia
Baterai ( elemen galvanis,
akumulator ).
Korosi elektronika
Pembangkitan
titik sambungan
dua logam yang
berbeda
Elemen panas
( Thermo elemen )
Sinar yang
mengenai
foto elemen
Pengaruh
( Muatan elektro
statis )
Foto cell
Sinar film
Pemisahan atau
gesekan bahan isolasi
Mengukur tekanan,
Piringan hitam kristal
Mikrofon kristal
Tekanan pada
kristal
Otot dan saraf
Muatan statik pada bahan
plastik
Gerakan otot karena
tegangan listrik,
pembangkitan
tegangan listrik.
Elektro kardiogram
Pemanggil ikan(getaran )
3.2.2 Arus Listrik
Listrik sebagai energi dapat dibangkitkan dari energi yang lain.
Energi mekanik, energi kimia dan energi panas dapat membangkitkan
energi listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidak
semua bahan dapat mengalirkan listrik . Bahan yang memiliki elektronelektron bebas didalamnya, seperti logam, dapat mengalirkan listrik. Kayu
tidak memiliki elektron bebas, sehingga tidak mengalirkan listrik.
Komponen Elektronik
20
Penghantar yang menghubungkan kutub-kutub sebuah sumber listrik
terletak didalam medan listrik . Karena medan listrik inilah elektronelektron bebas di dalam penghantar bergerak dan terjadilah aliran listrik .
Aliran listrik yang berasal dari elemen mempunyai arah yang tetap,
yaitu dari kutub berpotensial tinggi ke kutub berpotensial rendah, sedang
yang berasal dari dinamo arahnya dapat tetap atau tidak . Aliran listrik
yang arahnya tetap disebut aliran listrik searah ( DC = direct current )
dan yang arahnya tidak tetap disebut aliran listrik bolak-balik ( AC =
alternate current ).
Ada dua macam jenis arus
a. Arus searah
b. Arus bolak-balik
Yang dimaksud dengan arus searah bilamana elektron yang bergerak
maju secara teratur. Arus bolak balik ini suatu masa elektron yang
bergerak maju secara tidak teratur dimana saling terjadi penggantian
arah aliran maju atau mundur, selama elektron bergerak maju tegangan
akan naik X Volt dan akan berada dalam posisi positif, dalam keadaan
diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan apabila elektron bergerak
mundur tegangan akan turun dan akan berada dalam posisi negatif lihat
gambar grafik tegangan.
Biasanya penggunaan arus searah untuk peralatan elektronika .
Contohnya : Radio , laptop , mesin hitung dsb.
Arus bolak-balik banyak digunakan untuk mengoperasikan alat - alat
rumah tangga ( TV, mesin cuci, penghisap debu) dan mesin-mesin
industri ( mesin bubut, mesin cetak, sabuk berjalan / belt conveyor dlsb).
10v
5v
2 . B . 6 v
Gerakkan air secara teratur
0v
Gambar 3.7 Grafik tegangan
3.2.3 Pembangkit Tegangan dengan Induksi
Medan magnit ialah ruang yang berada di antara kutub utara dan
kutub selatan magnit. Apabila lilitan kawat digerakan didalam medan
magnit ,atau batang magnit digerakan di dalam lilitan kawat, maka timbul
tegangan listrik induksi atau imbas, lihat Gambar 3.8.
Komponen Elektronik
Gambar 3.8
21
Pembangkit Tegangan dengan Induksi
Magnit batang digerakkan bolak-balik di dalam kumparan (lilitan kawat).
Di dalam kumparan itu diinduksikan tegangan ( ggl ) bolak-balik. Cara ini
digunakan di dalam generator untuk membangkitkan tegangan
(membangkitkan ggl).
3.2.4 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia
Dua logam yang berlainan, misalnya tembaga dan seng,
kita rendam di dalam suatu larutan asam belerang di dalam air. Kedua
logam itu yang satu bersifat positif dan yang lain bersifat negatif, jadi
antara keduanya terdapat beda potensial. Dapat disebut juga, bahwa di
dalam alat ini, yang disebut sel volta, terdapat ggl. Lihat gambar
Gambar 3.9
Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia
Batang tembaga dan batang seng direndam di dalam larutan asam
belerang. Antara kedua logam itu terjadi beda tegangan listrik.
3.2.5 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas
Apabila kedua ujung dua potong kawat logam yang berlainan
misalnya tembaga dan besi, kita ikatkan satu sama lain dan kita panasi,
maka terjadi penekanan elektron ke bagian kawat tembaga yang dingin.
Jadi di ikatan yang panas itu terjadi penarikan elektron dari besi ke
tembaga. Sehingga terjadi beda tegangan antara ujung besi dan ujung
tembaga yang bebas.
Komponen Elektronik
22
Gambar 3.10 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas
3.2.6 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Cahaya
Beberapa bahan, seperti sodium ( na ), selenium( Se ), potassium
( K ), apabila kena cahaya akan melepaskan sedikit elektron. Sifat ini
dimanfaatkan orang untuk membuat sel-foto( photo cell) sebagai
pembangkit tegangan listrik .Pembangkit tenaga listrik yang dipakai
disatelit Telstar, menggunakan cara ini. sel itu disebut sel matahari (solar
cell), karena menerima cahaya matahari dan mengubahnya menjadi
tenaga listrik.
3.3 Rangkaian Listrik
3.3.1 Listrik dalam Rangkaian Tertutup
Rangkaian sebuah listrik adalah hubungan antar komponen,
seperti tahanan, induktor, kapasitor, sumber tegangan, saklar dll.
Arus listrik mengalir hanya dalam rangkaian tertutup, sehingga
memberikan jalan balik untuk arus.
Suatu rangkaian listrik hanya terdiri dari sumber (tegangan atau
arus), dan komponen linier (tahanan, induktor, kapasitor), serta unsur
distribusi linier (kawat transmisi) sehingg dapat dianalisa secara aljabar
dan metoda transformasi untuk mengetahui DC respon, Ac respon serta
transient respon.
Gambar 3.11 Rangkaian Listrik Tertutup
Komponen Elektronik
Tabel 3.2
Keterangan
Penghantar
Baterai
Lampu pijar
Saklar
Induktor
Kapasitor
23
Simbol Komponen Listrik
Gambar
Simbol
Komponen Elektronik
24
3.3.2 Usaha Listrik
Sebuah setrika listrik dihubungkan dengan sumber tegangan listrik.
Elemen pemanas akan membara karena dialiri arus listrik (muatan listrik)
dari sumber tegangan menuju ke elemen pemanas. Untuk memindahkan
muatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar :
w = U . Q
w = usaha listrik
............................ Wdt (joule)
U = tegangan listrik ......................... Volt (V)
Q = jumlah muatan listrik ................ Coulomb (C)
Q = Ι. t
w = U .Ι. t
Ι = kuat arus listrik
t = waktu
....................... Amper (A)
........................ Detik (dt)
P = U . Ι
w= P . t
P = daya listrik ........... Watt (w)
U = Ι . R
R = hambatan listrik ..... Ohm (Ω) Sehingga :
w = Ι . R .Ι . t
w = Ι2 . R . t
Satuan usaha listrik yang lain :
1 kWh = 1000 Wh = 1000 . 3600 Wdt = 3,6 . 106 j
Konversi usaha listrik terhadap usaha panas dan usaha mekanik :
1 Wdt = 1 joule
= 0,24 kal
1 Wh = 3600 j
= 864 kal
6
1 kWh = 3,6 . 10 j
3
= 0,102
kgm
= 267,2
kgm
= 864 . 10 kal = 367200 kgm
Komponen Elektronik
25
Untuk menghitung biaya energi yang harus dibayar yaitu mengalikan
usaha listrik terpakai dengan tarip listrik.
B = w . T
B = biaya
W = usaha listrik
T = tarip
............. kWh
......................
Rp .... / kWh
Contoh :
Sebuah motor listrik mengambil daya 500 watt, digunakan untuk
memindahkan benda seberat 100 kg selama 20 jam. Jika tarip listrik Rp.
150,- / kWh.
Hitung : a.
Usaha listrik terpakai
b.
Usaha mekanis
c.
Biaya yang harus dibayar
Jawab :
a.
w = p . t = 500 . 20 = 10000 Wh
w = 10 kWh
b.
1 kWh = 367200 kgm
w= 10 kWh = 10 . 367200 = 3672 . 103 kgm
w = 3677 . 103 kgm
c.
B = w . T = 10 . Rp. 150,B = Rp.150,-
3.3.3 Tahanan Listrik (R)
Tahanan suatu kawat penghantar listrik adalah penghambat bagi
elektron-elektron pada saat pemindahannya.Tahanan ini bergantung
pada beban ( susunan atom, elektron bebas ), panjang, luas penampang
dan temperatur dari suatu kawat penghantar listrik.
Satuannya adalah Ohm ( Ω ) .
Komponen Elektronik
26
3.3.4 Nilai Hantar (G)
Suatu kawat penghantar dengan tahanan kecil, maka kawat tersebut
akan menghantar arus listrik dengan baik kawat tersebut memiliki nilai
hantar yang besar.
Nilai hantar =
1
Tahanan
G=
1
R
TAHANAN
TAHANAN
Akan bertambah besar
Akan bertambah kecil
Makin
panjang
suatu
penghantar dan makin kecil
luas penampang- nya, maka
material tersebut akan semakin
buruk sebagai penghantar
Makin berkurangnya panjang
suatu penghantar dan makin
besar luas penampangnya
maka material tersebut semakin
baik sebagai penghantar
Tahanan suatu penghantar tergantung
material, panjang dan luas penampang.
R=
kepada tahanan jenis suatu
ρl
A
3.3.5 Tahanan Jenis ( ρ)
Tahanan jenis adalah tahanan suatu penghantar pada panjang
penghantar 1 m dan luas penampang 1 mm2 dan pada keadaan
temperatur 200.
1 Ω . mm 2
Satuan =
m
Perhatikan nilai ρ pada tabel :
ρ dapat bervariasi di dalam hal berikut :
Dalam jenis pengerjaan ( Giling, tarik, tuang )
Dalam keadaan murni, Dalam keadaan panas, sebelum dan sesudah
pemakaian.
Komponen Elektronik
27
3.3.6 Hantar jenis ( χ )
Hantar jenis =
Satuan :
1
Tahanan
1
χ =
ρ
S.m
m
2 =
mm
Ω mm 2
Menghitung tahanan dan nilai hantar
1
R =
χ.A
G=
χ.A
1
Tahanan Listrik suatu penghantar
Hubungan tahanan dengan : Panjang, luas penampang dan material
dengan keadaan : temperatur konstan mis : 200 C.
Gambar 3.12 Rangkaian Listrik
Jenis tahanan
− Tahanan dengan lapisan karbon.
− Tahanan dengan lapisan metaloxid.
− Tahanan dengan lapisan metal.
− Tahanan kawat.
Komponen Elektronik
28
3.3.7 Kode Warna Tahanan
Simbol warna pada permukaan tahanan
Warna
Gelang Gelang
1
2
Polos
−
−
Perak
−
−
Emas
−
−
Hitam
0
−
Coklat
1
1
Merah
2
2
Oranye 3
3
Kuning
4
4
Hijau
5
5
Biru
6
6
Ungu
7
7
Abu8
8
abu
9
9
Putih
Gelang
3
−
10−2
10−1
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
Gelang
4
±
20
%
±
10
%
±
5
%
−
± 1 %
± 2 %
−
−
±
0,5
%
−
−
Keterangan :
Gelang 1 = 1 angka nilai tahanan
Gelang 2 = 2 angka nilai tahanan
Contoh:
Gelang 3 = 3 Bilangan pengali dikalikan dengan
angka bilangan dari gelang 1 dan 2
Gelang 4 = Toleransi tahanan dalam %
Contoh:
Suatu tahanan dengan lapisan karbon dengan warna dari kiri ke kanan :
Kuning − Ungu − Coklat − Emas.
Berapakah Tahanan dan Toleransinya ?
Jawab : Kuning, Ungu, Coklat, Emas.
4 7 . 10 + 5 %
R = 470 Ω + 5
Komponen Elektronik
3.3.7.1
29
Kode Tahanan Standar IEC
Tabel berikut adalah harga-harga standar IEC.
Nilai tahanan yang ada dalam pasaran ( yang diproduksi pabrik) adalah :
kelipatan 10 dari angka yang ditunjukkan dalam tabel.
Namun harga terkecil dimulai dari nilai satuan ( 1,0 )
Sebagai contoh : E6, hanya tahanannya dimulai dari :
1,0 ; 1,5 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 ; 6,8 Ω
Nilai tahanan berikutnya adalah perkalian nilai tahanan dasar diatas dengan 10n, dengan n sama dengan bilangan 0
sampai dengan 8.
Berikut adalah cara mengetahui urutan tahanan bila kita tidak mengingatnya.
Nilai tahanan kelompok E 12
inilah yang banyak terdapat di pasaran bebas dan harus dihafal.
Tabel 3.3
E6
1,0
E12
1,0
E24
1,0
1,5
1,2
1,1
1,2
2,2
1,5
1,3
1,5
Urutan berlaku Ω,kΩ dan MΩ
Resistor Standard IEC E6,E12 dan E 24
1,8
1,6
1,8
3,3
2,2
2,0
2,2
2,7
2,4
2,7
4,7
3,3
3,0
3,3
3,9
3,6
3,9
6,8
4,7
4,3
4,7
5,6
5,1
5,6
6,8
6,2
6,8
8,2
7,5
8,2
9,1
Komponen Elektronik
30
Contoh : Carilah urutan tahanan pada kelompok E 12.
Caranya
:
1.
nilai awal adalah
2. nilai berikut adalah
1,0 Ω
1 Ω
12
10 = 1,21
1,2 Ω
1,5 Ω
3. 1,2 x 1,2 = 1,44
Æ
4. 1,2 x 1,5 = 1,8
Æ
1,8 Ω
5. 1,2 x 1,8 = 2,16
Æ
2,2 Ω
6. 1,2 x 2,2 = 2,64
Æ
2,7 Ω
7. 1,2 x 2,7 = 3,24
Æ
3,3 Ω
8. 1,2 x 3,3 = 3,96
Æ
3,9 Ω
9. 1,2 x 3,9 = 4,68
Æ
4,7 Ω
10. 1,2 x 4,7 = 5,64
Æ
5,6 Ω
11. 1,2 x 5,6 = 6,72
Æ
6,8 Ω
12. 1,2 x 6,8 = 8,16
Æ
8,2 Ω
3.3.8 Pembagi Arus dan Tegangan
3.3.8.1 Hukum Ohm
Bila diantara dua tiitk kita hubungkan dengan sepotong penghantar
maka arus listrik mengalir lewat penghantar itu. Arus ini akan
mendapatkan didalam penghantar yang disebut tahanan ( R ) dan diukur
dalam satuan ohm.
Hal ini menimbulkan pemikiran mengenai hubungan antara tegangan ;
arus dan tahanan.
Telah ditentukan bahwa antara kedua tiitk diatas 1
volt dan tahanan penghantar 1 ohm, maka kuat arus yang mengalir 1
ampere. Jadi tegangan 1 volt itu ialah tinggi tegangan yang dapat
mengalirkan arus 1 ampere melalui
tahanan 1 ohm. Hukum ohm memperlihatkan hubungan antara tegangan
arus dan tahanan listrik.
Pada setiap rangkaian listrik hukum ohm selalu berlaku.
31
Komponen Elektronik
Rumus Hukum Ohm
Pada setiap rangkaian listrik, tegangan adalah perkalian dari kuat arus
dengan tahanan.
dapat ditulis dengan rumus sbb :
U = Ι.R
atau
Ι =
U
R
atau
R =
U
I
Dimana : Ι adalah arus dengan satuan Ampere ( A )
U adalah tegangan dengan satuan Volt ( V )
R adalah tahanan dengan satuan Ohm ( Ω )
Jadi besarnya arus :
a. Arus berbanding lurus dengan tegangan.
b. Arus berbanding terbalik dengan tahanan.
Contoh :
1. Sebuah relai dengan tahanan 40 KΩ, dihubungkan tegangan 48 V,
Tentukan besar arus yang mengalir pada relai !.
Jawab : Ι =
U
48 V
=
= 0,0012 A = 1,2 mA
R 40000 Ω
32
Komponen Elektronik
2. Sebuah koil dengan tegangan 110 V dialiri dengan arus 25 mA.
Hitunglah tahanan coil tersebut !.
Jawab : Ι =
U
U 110 V
→R= =
= 4400Ω
R
I 0,025 A
= 4,4 KΩ
3.3.8.2 Hukum Kirchoff
Hukum Kirchhoff I ( Mengenai arus )
Jumlah arus dalam suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian
adalah sama dengan nol, arus yang masuk dalam titik percabangan
sama dengan arus yang meninggalkannya.
Jadi jumlah listrik yang
masuk, harus sama dengan jumlah listrik yang keluar.
1. Contoh Percabangan pada titik A
I2
I1
Gambar 2.38
I3
I4
Hk Khirchoff I
Ι1 = Ι2 + Ι3 + Ι4 atau Ι1 − Ι2 − Ι3 − Ι4 = 0
Jadi rumus hukum Kirchhoff Ι :
∑Ι = 0
Dengan perkataan hukum Kirchhoff berbunyi :
Jumlah aljabar semua arus dalam titik percabangan itu sama
dengan nol.
Contoh :
1. Perhatikan gambar dibawah, arus masuk ke tiitk percabangan A
lewat dua kawat Ι1 dan Ι2.
Dari titik A arus mengalir ke 3 lampu yaitu : Ι3 ; Ι4 ; dan Ι5.
Maka bila Ι1 = 3 A ; Ι2 = 4 A ;
33
Komponen Elektronik
Menurut hukum Kirchhoff Ι : ∑ Ι = 0
Jadi : Ι1 + Ι2 − Ι3 − Ι4 − Ι5 = 0
3 + 4 − 2 − 3 − Ι5 = 0
[Arus yang masuk ke titk A kita sebut positif dan yang
meninggalkannya kita sebut negatif 0]
Perhitungan di atas dapat dilakukan sebagai berikut :
[ Arus yang masuk = arus yang keluar ]
Ι 1 + Ι2 − Ι4 − Ι5
3 + 4 = 2 + 3 + Ι5
7 = Ι5 + 5
Ι5 = 7 − 5 = 2A, meninggalkan titik ercabangan
Dari rangkaian listrik di bawah ini berlaku hukum Kirchhoff Ι.
Beberapa alat bersama-sama dihubungkan pada satu tegangan, maka
tegangan alat-alat itu semua sama, hubungan semacam ini di sebut
hubungan jajar. Semua alat listrik pada umumnya dihubungkan jajar
pada tegangan yang tersedia.
Gambar 3.13 Hubungan Jajar Alat Listrik
34
Komponen Elektronik
Sesuai dengan hukum Kirchhoff Ι, dalam titik percabangan A, jumlah
angka aljabar arus sama dengan nol.
Ι total − Ι1 − Ι2 − Ι3 = 0
total = Ι1 + Ι2 + Ι3
Ι
Ι
It
I31
R3
I2
R2
I1
R1
Us
Menurut hukum ohm : Arus dalam masing-masing cabang :
Ι1 =
U
R
; Ι2 =
1
Jadi : ΙJ =
U
R1
+
U
R
; Ι3 =
2
U
R3
U
U
+
R
R
2
3
Harga ketiga tahanan R1 ; R2 ; dan R3 dapat kita ganti dengan satu
tahanan pengganti : “Rp”, yang dapat memenuhi persamaan terakhir di
atas.
Jadi : ΙJ =
U
RP
Dengan masukan ini ke dalam persamaan terakhir di atas, kita hasilkan :
U
RP
=
U
R1
+
U
U
+
R
R
2
3
Kalau kedua ruas persamaan ini kita bagi dengan U akan didapatkan :
1
RP
=
1
R1
+
1
1
+
R
R
3
2
atau dapat ditulis :
1
1
= Σ
R
RP
Dengan kata-kata :
Dalam satuan rangkaian jajar nilai kebalikan tahanan pengganti sama
dengan jumlah nilai kebalikan tahanan-tahanan yang dihubungkan jajar.
35
Komponen Elektronik
Karena G disebut daya hantar, sehingga berlaku rumus :
Gp = G1 + G2 + G3 atau
Gp = ∑G atau dengan perkataan :
Daya hantar pengganti dalam rangkaian jajar itu sama dengan jumlah
daya hantar masing masing cabang.
Contoh :
Bila harga tahanan dalam cabang-cabang dalam gambar diatas
adalah :
R1 = 4 ohm ; R2 = 1,5 ohm ; R3 = 2,4 ohm maka :
1
RP
1
RP
1
RP
=
=
=
1
4
+
3
12
16
12
1
1,5
+
+
8
12
1
2,4
+
5
12
R P 12
= 0,75 ohm
=
1 16
Dari uraian diatas dapat kita simpulkan :
Dalam rangkaian jajar tegangan tiap-tiap alat listrik yang dihubungkan
sama.
Arus jumlah sama dengan jumlah arus cabang.
Nilai tahanan jumlah (tahanan pengganti) lebih kecil daripada harga
tahanan cabang yang terkecil.
Hukum Kirchhoff II ( Mengenai tegangan )
Arus yang digunakan dalam rangkaian atau jalan-jalan, tersusun dari
beberapa unsur yang mempunyai ggl yang tidak sama, begitu pula
tahanan dalamnya.
Dalam jala-jala yang rumit ( kompleks ) kita tak dapat begitu saja
menggunakan peraturan hubungan deret dan hubungan jajar, untuk
menyelesaikan persoalan-persoalan. Untuk keperluan ini kita pakai :
HUKUM KIRCHHOFF ΙΙ
Dalam rangkaian tertutup :Jumlah aljabar dari sumber tegangan dan
kerugian tegangan pada suatu rangkaian tertutup sama dengan nol atau
∑U = 0
36
Komponen Elektronik
∑U = 0
U − ΙR1 − ΙR2 = 0
U = 0
U = tegangan sumber
ΙR1 dan
tegangan
ΙR2
=
kerugian
Pedoman untuk menentukan persamaan-persamaan
dari suatu
rangkaian tertutup menurut Hukum Kirchhoff’s ΙΙ adalah :
* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial rendah ke potensial
tinggi ( − ke + ) diberi nilai atau tanda positif ( + ).
* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial tinggi ke rendah ( +
ke − ) diberi tanda negatif ( − )
* Arah arus dapat dimisalkan sembarang, dan apabila didapat hasil
bertanda negatif berarti arah arus salah.
Contoh 1
Tentukan persamaan dari rangkaian di bawah ini :
Jawab : ∑U = O
Pada bagian abca : U1 − Ι1 R1 − Ι2 R2 + U2 − Ι1 R4 = 0
Pada bagian debcd : − U3 + Ι3 R3 − Ι2 R2 + U2 = 0
Catatan :
37
Komponen Elektronik
Dari sumber debcd kita anggap arah arus pada U3 dari ( + ) ke ( − )
sehingga diberi tanda negatif. Sehingga diberi tanda negatif. Kemudian Ι3
R3 diberi tanda ( + ) karena seharusnya arah arus menuju e sesuai
dengan sumber ( U3 ). Kemudian pada titik b berlaku hukum Kirchhoff’s ΙΙ
yaitu : Ι1 − Ι2 − Ι3 = 0
3.3.8.3 Rugi Tegangan dalam Penghantar
Yang dimaksud kerugian tegangan dalam penghantar ialah tegangan
yang hilang, atau tegangan yang tak dapat dimanfaatkan :
Gambar 2.44 Rugi Tegangan Dalam Penghantar
Dalam rangkaian arus :
I =
U
Rp
RP = RA−B + RBC + RCD
dari titik A ke B terjadi turun tegangan
UAB = I . RAB
= I . Tahanan penghantar masuk
dari titik C − D = terjadi turun tegangan
UCD = I . RCD
= I Tahanan penghantar keluar
∆U = U − UBC atau
∆U = UAB + UCD
Panjang dan penampang kedua penghantar itu sama, jadi tahanannya
sama. Tahanan penghantar
R
=
ρ l
q
38
Komponen Elektronik
Tahanan dua kontrol :
2R =
2 ρ l
q
Turun tegangan dinyatakan dalam % dari tegangan yang diberikan
∆U =∑% . U
=
3.3.8.4
Σ
⋅U
100
Pembebanan Sumber
Sumber tegangan dalam keadaan berbeban yang dapat diatur
Grafik 3.14 Grafik Pembebanan Sumber
Kesimpulan :
Semakin besar tahanan beban yang diukur maka besarnya tegangan
klem akan semakin kecil.
( lihat grafik ).
39
Komponen Elektronik
Contoh Soal :
*
Sebuah sumber tegangan memberikan 1,5 V dihubungkan pada tahanan
2,5 Ω sedangkan tahanan dalam baterai 0,5 Ω.
Hitunglah :
a. Arus yang mengalir.
b. Tegangan klem ( tegangan pada tahanan luar ).
Jawab :
U
Rd + R
a
1,5
=
3
a). I =
b).
=
1,5 V
0,5 + 2,5
= 0,5 A
= Uo − Ι . Rd
= 1,5 V − ( 0,5 . 0,5 )
= 1,5 V − 0,25
= 1,25 V
3.3.8.5
Hubungan Jajar
Beberapa pemakai alat listrik bersama-sama dihubungkan pada
satu tegangan. Hubungan semacam ini disebut : HUBUNGAN JAJAR.
Semua alat listrik pada umumnya dihubungkan jajar pada
tegangan yang tersedia.
Contoh perhatikan percobaan dibawah :
Gambar 3.15 Rangkaian Pararel
Perhitungan tahanan total ( tahanan pengganti )
40
Komponen Elektronik
R =
U
=
I
I
U
+I
1
2
+ I
U
=
U
U
U
+
+
R
R2
R
1
3
R =
3
1
R
1
+
1
1
R
2
+
1
1
1
1
=
+
+
R R 1 R2 R3
3
1
R
G = G1 + G2 + G3
Contoh 1
Dua buah tahanan masing -masing R1 = 10 , R2 = 40,
dihubungkan secara paralel dengan 200 V, Tentukan tahanan total dan
arus yang mengalir pada masing-masing
tahanan serta perbandingan
Ι1 : Ι2 dan R2 : R1
Jawab :
R =
Ι =
1
1
1
+
R1 R 2
=
1
1
=
1
1
0,1 + 0,025
+
10 40
U 200 V
= 25 A
=
R
8Ω
Ι1 = U = 200 V = 20 A
R1
8Ω
Ι1 = U = 200 V = 5 A
R2
40 Ω
Kontrol : Ι = Ι1 + Ι2 = 25 A
I1 20 A
=
= 4
I2
5A
R1 40 Ω
=
= 4
R 2 10 Ω
Kesimpulan :
Tahanan total adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dari
tahanan cabang. Keadaaan arus pada tiap cabang berbanding terbalik
dengan tahanan cabang.
Pemakaian :
Hubungan paralel ( shunt ) untuk mengukur arus dan untuk pemakaian
stop kontak yang lebih banyak dalam suatu rangkaian.
41
Komponen Elektronik
Contoh 2
Diketahui : Dua buah tahanan R1 = 20
secara paralel.
Ditanyakan
, R2 = 30, dihubungkan
: Tahanan total
a). Jawaban secara perhitungan
R + R1
R . R2
1
1
1
=
+
= 2
→R = 1
R1 + R 2
R R 1 R 2 R1 . R
2
R =
20 Ω . 30 Ω 20 Ω . 30 Ω
=
= 12 Ω
20 Ω + 30 Ω
50 Ω
b). Jawaban secara grafik
Terapan hubungan campuran pada Perluasan batas ukur
Dengan adanya tahanan seri ( tahanan depan ) , batas ukur
diperluas .
dapat
42
Komponen Elektronik
3.3.9 Pengukuran Rangkaian
Pengukuran Tahanan tak langsung ( Pengukuran arus & tegangan ) .
Kesalahan rangkaian dalam mengukur arus
.
Gambar 3.16 Kesalahan Pengukuran Arus
UX =
U
ΙX =
Ι - ΙV
Rumus
RX =
U
I − IV
RX =
U
U
I − RV
Kesalahan ukur diabaikan pada tahanan yang kecil .
Keterangan :
U
= Tegangan teratur
Ι
= Arus terukur
ΙV
= Arus volt meter
RV = Tahanan volt meter
Gambar 3.17 Kesalahan Pengukuran Tegangan
43
Komponen Elektronik
UX =
RX =
ΙX = Ι
U x UA
U − UA U − RA x I
=
I
I
Tahanan yang besar
Keterangan :
U
= Tegangan teratur
Ι
= Arus terukur
UA = Tegangan Amperemeter
RA = Tahanan Amperemeter .
Pengukuran Tahanan Langsung dengan :
−
Pengukur tahanan ( ohm meter )
−
Pengukur isolasi ( contoh induktor )
−
Jembatan pengukur tahanan
3.3.10 Daya Listrik
Jika sebuah lampu pijar dihubungkan pada sumber tegangan, lampu
tersebut akan menyala karena dialiri arus listrik.Untuk memindahkan arus
listrik / muatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar :
w= U . Q
w = usaha listrik ........joule = watt detik
U = tegangan listrik .................volt ( v )
Q = jumlah muatan listrik ...coulomb ( C )
Q = Ι . t
w = U . Ι . t
Daya listrik adalah usaha listrik tiap satuan waktu :
w = U .Ι . t
U .Ι =
P=
P = U .Ι
w
t
44
Komponen Elektronik
P = daya listrik
P = U .Ι
........
watt
U = Ι . R
2
P = Ι . R . I = Ι . R
P = Ι2 . R
R = tahanan / hambatan listrik .... ohm ( Ω )
P = U .Ι
= U .
Ι =
U
U2
=
R
R
U
R
P =
U2
R
Dari persamaan :
P = Ι2 . R
Jika R adalah konstan, maka grafik P = ƒ (Ι)
dapat digambarkan sebagai berikut :
Contoh : R = 1000
Ι
( ma )
P
(w)
100
100
200
200
300
300
400
400
500
500
600
600
700
700
800
800
900
900
1000
1000
45
Komponen Elektronik
Contoh :
Sebuah setrika listrik dayanya 330 w, dihubungkan pada tegangan 220 V.
Hitung : a. arus yang mengalir.
b. tahanan setrika, dalam keadaan bekerja
(nilainya dianggap konstan).
Jawab :
a) P = U . Ι
Ι =
P 330
= 1,5 A
=
U 220
Jadi : Ι = 1,5 A
b) R =
U 220
= 146,67 Ω
=
I
1,5
U2
atau P =
R
R
R =
U 2 2202 48400
=
=
R
330
330
= 146,67 Ω
3.3.11 Daya Guna (Efisiensi)
Daya guna disebut juga efisiensi adalah perbandingan antara daya
keluaran ( output ) dengan daya masukan ( input ). Daya keluaran selalu
lebih kecil dari daya masukan, karena selalu timbul kerugian-kerugian.
Contoh kerugian-kerugian pada motor listrik : panas , kelembaman dll.
Daya guna atau efisiensi dinyatakan dalam persamaan :
η =
P output
P input
atau
η =
Jika dinyatakan dalam persentase :
η =
P2
x 100 %
P1
P2
P1
46
Komponen Elektronik
η = daya guna ......... %
P2 = daya keluaran
P1 = daya masukan
Jawab :
P1
=
100 watt
P1
=
1 HP = 746 watt
P
746
η= 2 x 100 % =
x 100 % = 74,6 %
P1
1000
47
Komponen Elektronik
3.4
Komponen Listrik dan Elektronika
3.4.1 Kapasitor
Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah alat / perangkat
untuk menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu.
Sebuah kapasitor/kondensator sederhana tersusun dari dua buah
lempeng logam paralel yang disekat satu sama lain oleh bahan isolator
yang disebut dielektrikum.
Jenis kondensator diberi nama sesuai dengan dielektrikumnya, misal :
kertas, mika, keramik dan
sebagainya.
A
+
B
−
Gambar 3.18 Kondensator
Plat Logam
Jika lempeng kondensator/kapasitor dihubungkan pada sumber tegangan
DC, terjadi perpindahan elektron dari kutub ( − ) lempeng B dan ke kutub
( + ) lempeng A.
Hal ini berlangsung sampai beda potensial antara lempeng A dan
lempeng B dengan GGL sumber
tegangan DC. Jika hal ini terjadi artinya kondensator sudah bermuatan
penuh.
B
−
3.4.1.1
Kapasitas Kapasitor
Kapasitas kapasitor
yaitu besarnya muatan listrik yang dapat
disimpan tiap satuan beda potensial antara bidang-bidangnya.
Dinyatakan dalam persamaan :
C=
Q
U
48
Komponen Elektronik
C = kapasitas kapasitor .................... farad ( F ).
Q = muatan listrik ............................. coulamb ( C )
U = beda potensial .......................
volt ( V )
Untuk kondensator plat sejajar, kapasitasnya tergantung pada luas
dan jarak antara plat serta jenis / macam zat yang berada diantara dua
plat tersebut. Dinyatakan dalam persamaan :
C=ε
A
l
C = kapasitas kapasitor ........ farad ( F ).
A = luas plat .......................... m2
L = jarak antar plat ............... m
ε = konstanta dielektrik mutlak
Satuan kapasitas kondensator kebanyakan dinyatakan dalam mikro
farad = µF = 10−6 F
ε = εo . εr
εo = Konstanta dielektrik hampa udara
= 8,85 . 10−12
εr = konstanta dielektrik relatif ( bahan tertentu )
Dengan demikian konstanta dielektrik mutlak adalah konstanta dielektrik
relatif. Kontanta dielektrik relatif yaitu konstanta dielektrik tiap jenis bahan
tertentu.
Tabel 3.4 Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan
No
Jenis
bahan
Konstanta dielektrik (εr )
1
Mika
2,5 − 7
2
Gelas
4−7
3
Air
80
4
Gambar
2,65
5
Lilin
2,25
6
Udara
1
49
Komponen Elektronik
3.4.1.2
Energi Tersimpan pada Kapasitor
Untuk memberi muatan pada kapasitor, harus dilakukan suatu usaha.
Kondensator yang bermuatan merupakan tempat energi tersimpan.
Misalkan muatan positif dalam jumlah kecil berulang - ulang terambil dari
salah satu platnya, hingga timbul lintasan sembarang dan berpindah ke
plat yang satu lagi.
Pada tahap tertentu, ketika besar muatan netto pada salah satu plat
sama dengan q, beda potensial n antara kedua plat ialah q / c. Besarnya
usaha dω untuk memindahkan muatan dg berikutnya ialah :
µA
Gambar 3.19 Energi tersimpan pada Kapasitor
dw = u . dq =
q . dq
C
Jumlah total usaha :
w =
∫d w = ∫
q . dq I
= ∫ q . dq
C
C
=
I
1
Q2
.
. Q2 =
C 2
2C
karena : u =
w =
1
2
Q
C
Q
.Q = u . Q
C
Æ
Q = u . C
w = u . u . C = u2 . C
w = usaha listrik
...................
joule ( j )
u = beda potensial
...................
volt ( V )
C = kapasitas kapasitor ................
farad ( F )
50
Komponen Elektronik
Contoh soal :
Sebuah kondensator 4,7 µF
Hitunglah :
dihubungkan pada tegangan 100 V.
a.
muatan kondensator
b.
energi kondensator
Jawab :
a. Q = u . c = 100 . 4,7 . 10−6
Q = 470 . 10−6 C
b. w = u . Q
= 1 . 100 . 470 . 10−6
2
w = 2350 . 10−6 Ws
w = 2350 . 10−6 Joule
51
Komponen Elektronik
3.4.1.3
Hubungan Jajar
C1
C2
Gambar 3.20 Hubungan Jajar Kondesator
Pada hubungan jajar kondensator menjadikan luas permukaan plat –
plat lebih besar, akibatnya kapasitas C menjadi lebih besar.
Q
= Q1 + Q2
U . C = U.C1 + U.C2
= U ( C1 + C2 )
C
= C1 + C2
3.4.1 4 Hubungan Seri
Gambar 3.21 Hubungan Deret Kapasitor
Pada hubungan deret kondensator, plat-plat menjadi lebih lebar
jaraknya, akibatnya kapasitas C menjadi lebih kecil.
Dalam hal ini semua kapasitas kondensator sama besar yaitu :
C1 = C2
Q = Q1 = Q2
U.C = U1.C1 = U2.C2
52
Komponen Elektronik
3.4.2
DIODA
3.4.2.1 Dasar Pembentukan Dioda
Material P
Material N
+++++
+++++
+++++
_____
_____
_____
Ga mbar Dioda
Sebelum Difusi
Anoda
Katoda
Material P
Material N
++++_
++++_
++++_
+_ ___
+_ ___
+_ ___
Lapis an Pengos ongan
Ga mbar Dioda
Seb elum Difusi
Katoda
Anoda
Gambar 3.22 Dioda
53
Komponen Elektronik
3.4.2.2 Dioda Zener
Semua dioda prinsip kerjanya adalah sebagai peyearah, tetapi karena
proses pembuatan, bahan dan penerapannya yang berbeda beda, maka
nama-namanya juga berbeda.
Secara garis besar komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi
konduktor sangat ringkas (sangat kecil). Maka hampir-hampir kita tidak
bisa membedakan satu sama lainnya. Hal ini sangat penting untuk
mengetahui kode-kode atau tanda-tanda komponen tersebut.
A. Bahan dasar
Bahan dasar pembutan komponen dioda zener adalah silikon yang
mempunyai sifat lebih tahan panas, oleh karena itu sering digunakan
untuk komponen-komponen elektronika yang berdaya tinggi. Elektronelektron yang terletak pada orbit paling luar (lintasan valensi) sangat kuat
terikat dengan intinya (proton) sehingga sama sekali tidak mungkin
elektron-elektron tersebut melepaskan diri dari intinya.
B. Pembentukan junction pn
Pembentukan dioda bisa dilaksanakan dengan cara point kontak dan
junction. Namun dalam pembahasan ini fokus pembahasan materi
diarahkan pada cara junction.
Pengertian junction (pertemuan) adalah daerah dimana tipe p dan tipe n
bertemu, dan dioda junction adalah nama lain untuk kristal pn (kata dioda
adalah pendekan dari dua elektroda dimana di berarti dua). Untuk lebih
jelasnya lihat gambar dibawah ini.
p
+ + + +
+ + + +
+ + + +
n
_ _ _ _
_ _ _ _
_ _ _ _
Gambar 3.23 Dioda Junction
Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi.
Agar tidak membingungkan, pembawa minoritas tidak ditunjukkan, tetapi
camkanlah bahwa ada beberapa elektron pita konduksi pada sisi p dan
sedikit hole pada sisi n.
Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi kesegala arah, beberapa
berdifusi melalui junction. Jika elektron masuk daerah p, ia akan
merupakan pembawa minoritas, dengan banyaknya hole disekitarnya,
pembawa minoritas ini mempunyai umur hidup yang singkat, segera
setelah memasuki daerah p, elektron akan jatuh kedalam hole. Jika ini
terjadi, hole lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron valensi.
54
Komponen Elektronik
Setiap kali elektron berdifusi melalui junction ia menciptakan sepasang
ion, untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini :
Lapisan Pengosongan
p
n
_
+ + +
_
+ + +
_
+ + +
_ _ _
+
_ _ _
+
_ _ _
+
Gambar 3.24 Perpindahan elektron pada dioda
Tanda positip berlingkaran menandakan ion positip dan taanda negatip
berlingkaran menandakan ion negatip. Ion tetap dalam struktur kristal
karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita
konduksi ataupun hole. Tiap pasang ion positip dan negatip disebut
dipole, penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole
telah dikeluarkan dari sirkulasi.
Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari
muatan-muatan yang bergerak, kita sebut daerah yang kosong muatan
ini dengan lapisan pengosongan (depletion layer).
C.Potensial Barier
Tiap dipole mempunyai medan listrik, anak panah menunjukkan arah
gaya pada muatan positip. Oleh sebab itu jika elektron memasuki lapisan
pengosongan, medan mencoba mendorong elektron kembali kedalam
daerah n. Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap
elektron sampai akhirnya medan menghentikan difusi elektron yang
melewati junction.
Untuk pendekatan kedua kita perlu memasukkan pembawa minoritas.
Ingat sisi p mempunyai beberapa elektron pita konduksi yang dihasilkan
secara thermal. Mereka yang didalam pengosongan didorong oleh
medan kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan
dan membiarkan beberapa pembawa mayoritas berdifusi dari kanan
kakiri untuk mengembalikan medan pada kekuatannya semula.
Inilah gambaran terakhir dari kesamaan pada junction :
Lapisan Pengosongan
_
_
_
+
+
+
Gambar 3.25 Kesetimbangan pada Junction dioda
55
Komponen Elektronik
1. Beberapa pembawa minoritas bergeser melewati junction, mereka
akan mengurangi medan yang menerimanya.
2. Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan
mengembalikan medan pada harga semula.
Adanya medan diantara ion adalah ekuivalen dengan perbedaan
potensial yang disebut potensial barier, potensial barier kira-kira sama
dengan 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon.
A
A
K
K
Gambar 3.25a Simbol Zener
Gambar 3.25b Contoh Konstruksi
A
K
_
Gambar 3.25c
+
Cara pemberian tegangan
3.4.2.3 Sifat Dasar Zener
Dioda zener berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener
dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik (reverse
bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut “break down diode”
Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap
anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan
dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari 2V sampai 200V.
a) Dioda zener dalam kondisi forward bias.
Dalam kondisi forward bias dioda zener akan dibias sebagai berikut:
kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau anoda
diberi tegangan lebih positif terhadap katoda.
Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya
dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier yaitu
0,7V.
Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali.
56
Komponen Elektronik
Sedangkan konduktansi (
∆I
∆U
) besar sekali, karena tegangan maju akan
menyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan) sehingga
perlawanannya menjadi kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron.
Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.
depletion layer
P
_
_
_
+
+
+
A
N
K
+
G
_
ada aliran
elektron
Gambar 3.26 Dioda zener dalam kondisi forward bias
b) Dioda zener dalam kondisi Reverse bias.
Dalam kondisi reverse bias dioda zener kaki katoda selalu diberi
tegangan yang lebih positif terhadap anoda.
Jika tegangan yang dikenakan mencapai nilai breakdown, pembawa
minoritas lapisan pengosongan dipercepat sehingga mencapai kecepatan
yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari orbit terluar.
Elektron yang baru dibebaskan kemudian dapat menambah kecepatan
cukup tinggi untuk membebaskan elektron valensi yang lain. Dengan cara
ini kita memperoleh longsoran elektron bebas. Longsoran terjadi untuk
tegangan reverse yang lebih besar dari 6V atau lebih.
Efek zener berbeda-beda bila dioda di-doping banyak, lapisan
pengosongan amat sempit. Oleh karena itu medan listrik pada lapisan
pengosongan amat kuat. Jika kuat medan mencapai kira-kira 300.000 V
persentimeter, medan cukup kuat untuk menarik elektron keluar dari orbit
valensi. Penciptaan elektron bebas dengan cara ini disebut breakdown
zener.
Efek zener dominan pada tegangan breakdown kurang dari 4 V, efek
longsoran dominan pada tegangan breakdown yang lebih besar dari 6 V,
dan kedua efek tersebut ada antara 4 dan 6 V. Pada mulanya orang
mengira bahwa efek zener merupakan satu-satunya mekanisme
breakdown dalam dioda. Oleh karenanya, nama “dioda zener” sangat
luas digunakan sebelum efek longsoran ditemukan. Semua dioda yang
dioptimalkan bekerja pada daerah breakdown oleh karenanya tetap
disebut dioda zener.
57
Komponen Elektronik
arus bocor
_
_
_
P
+
+
+
A
N
K
_
G
+
Gambar 3.27 Dioda zener dalam kondisi reverse bias
Didaerah reverse mulai aktif, bila tegangan dioda (negatif) sama dengan
tegangan zener dioda,atau dapat
dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse (
sekali dan sebelum aktif (
∆I
∆U
∆I
∆U
) konduktansi besar
) konduktansi kecil sekali.
3.4.2.4 Karakteristik Zener
Karakteristik Dioda zener.Jika digambarkan kurva karakteristik
dioda zener dalam kondisi forward bias dan reverse bias adalah sebagai
berikut.
I forward ( m A )
daerah tegangan
tem bus
forward ( v )
Revers e ( V )
titik tegangan
linier
I revers e
Gambar 3.28 Grafik Karakteristik Dioda Zener
Harga Batas
Harga batas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah suatu
keterangan tentang data-data komponen dioda zener yang harus di
penuhi dan tidak boleh dilampaui batas maximumnya dan tidak boleh
berkurang jauh dari batas minimumnya.
Komponen Elektronik
58
Adapaun harga batas tersebut memuat antara lain keterangan tentang
tegangan break down ( Uz ) arus maximumnya dioda zener ( Iz )
tahanan dalam dioda zener ( Rd ). Semua harga komponen yang
terpasang pada dasarnya akan mempunyai 2 kondisi yaitu :
1. Kondisi normal , sesuai dengan ketentuannya
2. Kondisi tidak normal , tidak sesuai dengan ketentuannya.
a. Mungkin kurang dari ketentuannya
b. Mungkin melebihi ketentuannya
Keterangan :
Uz = Tegangan Break down Zener
rdiff = Tahanan beda fasa
Izt = Arus Zener
Rzt =Tahanan Zener
Irmax = Arus Reverse Maximum
Ur = Tegangan Reverse
Izm
= Arus Zener Maximum
Tegangan Breakdown dan Rating Daya
Pada Gambar 2.96 menunjukkan kurva tegangan dioda zener . Abaikan
arus yang mengalir hingga kita mencapai tegangan breakdown Uz . Pada
dioda zener , breakdown mempunyai lekukan yang sangat tajam, diikuti
dengan kenaikan arus yang hampir vertikal.
Disipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dan
arusnya , yaitu :
Pz = Uz x Iz
Jika Uz = 12 dan Iz = 10 mA
Pz =1,2 x 0,01 = 0,12 W
Selama Pz kurang daripada rating daya PZ(max), dioda zener tidak akan
rusak. Dioda zener yang ada di pasaran mempunyai rating daya dari 1/4
W sampai lebih dari 50 W .
59
Komponen Elektronik
IZM =
PZ ( max )
VZ
Uz
U
IzT
IzM
Gambar 3.29 Kurva Tegangan Dioda Zener
Impendansi Zener
Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan
tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini
menandakan bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita
dapat menghitung impedansi dengan cara :
ZZ =
∆u
∆i
Sebagai contoh, jika kurva menunjukkan perubahan 80 mV dan 20 mA,
impedansi zener adalah :
ZZ =
0,08
= 4Ω
0,02
Lembar data menspesifikasikan impedansi zener pada arus tes yang
sama di gunakan untuk Uz . Impedansi zener pada arus tes ini diberi
tanda ZZT. Misalnya, 1N3020 mempunyai Uz =10 V dan ZZT = 7Ω untuk
IZT = 25 mA .
Contoh Penerapan Dioda Zener
Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan
sebagai penstabil ataupun pembagi tegangan . Salah satu contoh adalah
ditunjukkan Gambar 3.30. .
60
Komponen Elektronik
16V
l
14V
l
12V
RS
5V
l
4V
l
3V
+
Tegangan
dari filter
_
IRL
IZ
10V
ZD
RL
10V
Gambar 3.30 Penstabil tegangan pada output penyearah
+12V
12V
10W
PERLENGKAPAN MOBIL
_
Gambar 3.31 Penstabil tegangan pada sumberdaya
perlengkapan mobil
Dioda Zener yang melindungi pemancar ( transceiver ) di dalam mobil ,
terhadap loncatan-loncatan tegangan.
Adapun cara kerja rangkaian di atas adalah sebagai berikut :
1.
Bila dioda Zener yang kita pilih memiliki tegangan tembus sebesar 10
Volt , lihat gambar di atas, berarti tegangan keluaran yang diperlukan
adalah sebesar 10 V stabil .
2.
RS gunanya untuk membatasi tegangan yang masuk dalam rangkaian
dan RL untuk beban atau keluaran yang kita ambil tegangannya .
3.
Seandainya tegangan masukan ( tegangan dari filter ) naik , misalkan
16 Volt maka tegangan yang diturunkan oleh RL juga akan naik
misalkan sebesar 12 Volt . Maka dioda zener akan menghantar . Arus
akan terbagi dua , yaitu lewat RL dan Zd . Sedangkan dioda zener
mempertahankan tegangan sebesar 10 Volt dan karena dioda ini di
pasang paralel dengan RL maka dengan sendirinya tegangan output
akan tetap sebesar 10 Volt .
61
Komponen Elektronik
4.
Selanjutnya apabila tegangan masukan turun maka tegangan yang di
drop oleh RS akan kurang dari 4 Volt dan tegangan yang diturunkan
oleh RL akan kurang dari 10 Volt . Hal ini mengakibatkan dioda zener
menyumbat dan arus hanya mengalir lewat RL saja . Dengan
sendirinya tegangan keluaran akan turun.
5.
Kesimpulannya adalah bahwa tegangan keluaran tidak akan melebihi
dari 10 Volt tetapi dioda zener tidak menjamin tegangan tetap sebesar
10 Volt bila tegangan masukan dari filter itu turun .
3.4.3 Transistor
3.4.3.1 Hubungan Dasar Transistor
Hubungan Basis
Hubungan Pemakaian bersama : basis
Besaran masukan : IE , UEB
Besaran keluaran : IC , UCB
Perbandingan pembawa arus
simbol yang lain :
arus ( mengenai titik kerja )
p =
∆I C
∆IE
:hfb , h2Ib , fb
Dengan hubungan basis , besarnya tegangan diperluas , tetapi tanpa
penguatan arus .
Hubungan Emiter
Hubungan pemakaian bersama : Emiter
R
+
IB
+
_
UBE
IE
UCE
_
Gambar 3.32 Hubungan Pemakaian Emiter Bersama
62
Komponen Elektronik
Besaran masukan: IB , UBE
Besaran keluaran: IC , UCE
Penguatan arus : dari basis (masukan) ke kolektor (keluaran)
Perbandingan pembawa arus :
∆I C
∆IB
( Penguatan arus )
adalah : IE = IB + IC ; IB = IE-IC → ∆ IB = ∆ IE - ∆ IC
atau
: ∆ IE =
∆I C
p
∆I C
-∆-I
p
1- p
=∆I C (
)
p
∆I C
p
=
∆ I B 1- p
∆I
Juga :
B
=
penguatan arus
β =
C
=∆I
C
(
1
- 1)
p
Penguatan Arus
∆I C
∆IB
Simbol yang lain :
hFE , H 21e , p FE
Penguatan arus searah
Β =
IC
IB
Simbol yang lain :
hFE , HFE , p FE
Dengan hubungan emiter dimaksudkan untuk memperkuat
tegangan dan arus !
Hubungan Kolektor ( cc ) atau emiter penghasil
Hubungan pemakaian bersama : kolektor
Berlawanan fungsi atau sifat - sifatnya dengan hubungan basis .
63
Komponen Elektronik
-(U-UBC)
IE
IB
_
_
-U
+
IC
+
-UBC
-UEC
Gambar 3.33 Hubungan pemakaian kolektor bersama
Besaran masukan : IB , UBE
Besaran keluaran : IE , UEC
Pembawa arus : dari basis (masukan) ke emiter (keluaran)
Hubungan kolektor atau emiter menghasilkan terjadinya penguatan arus
tetapi tanpa penguatan tegangan ( pelemahan ).
3.5
Operasional Amplifier (OP - AMP)
3.5.1 Pengenalan OP- AMP
Penguat operasi (“operational amplifier”) atau sering disingkat dengan
OP-AMP merupakan komponen-komponen linier yang terdiri atas
beberapa komponen diskrit yang terintegrasi dalam bentuk “chip” (IC:
Integrated Circuits). OP-AMP biasanya mempunyai dua buah input, yaitu
input pembalik (inverting input) dan input bukan pembalik (non-inverting
input), serta satu buah output.
(Ui 1)
Non Inverting Input
Uo
(Ui 2)
Output
Inverting Input
Gambar 3.34
Simbol OP-AMP
64
Komponen Elektronik
Input OP-AMP bisa berupa tegangan searah maupun tegangan bolakbalik. Sedangkan output OP-AMP tergantung input yang diberikan. Jika
input OP-AMP diberi tegangan searah dengan input “non-inverting” (+)
lebih besar daripada input inverting (-), maka output OP-AMP akan positif
(+). Sebaliknya, jika input “noninverting” (+) lebih kecil daripada input
“inverting” (-), maka output OP-AMP akan negatif (-).
Jika input OP-AMP diberi tegangan bolak-balik dengan input
“noninverting” (+), maka output OP-AMP akan sefase dengan inputnya
tersebut. Sebaliknya jika input “inverting” (-) diberi sinyal/tegangan bolakbalik sinus, maka output OP-AMP akan berbalik fase terhadap inputnya.
Dalam kondisi terbuka (open) besarnya tegangan output (Uo) adalah:
Uo = AoL (Ui1 – Ui2)
Keterangan:
(1.1)
Uo = Tegangan output
AoL = Penguatan “ open loop “
Ui1 = Tegangan input Non Inverting
Ui2 =Tegangan input Inverting
Parameter OP-AMP
Pada keadaan ideal OP-AMP mempunyai sifat- sifat yang penting, yaitu:
1. Open loop voltage gain (AoL).
Penguatan tegangan pada keadaan terbuka (open loop voltage gain)
untuk frekuensi rendah adalah sangat besar sekitar 100.000 atau
sekitar 100 dB.
2. Input impedance (Zin)
Impedansi input pada kedua terminal input kondisi “open loop” tinggi
sekali, sekitar 1 MΩ untuk OP-AMP yang dibuat dari FET, impedansi
inputnya sekitar 10,6 MΩ.
3. Output impedance (Zo)
Impedansi output pada kondisi “open loop” rendah sekali, sekitar
100 Ω.
4. Input bias current (Ib)
Kebanyakan OP-AMP pada bagian inputnya menggunakan transistor
bipolar, maka arus bias pada inputnya kecil. Level amplitudonya tidak
lebih dari mikroampere.
5. Supply voltage range (Us)
Tegangan sumber untuk OP-AMP mempunyai range minimum dan
maksimum, yaitu untuk OP-AMP yang banyak beredar di lapangan/di
pasaran sekitar 3 V sampai 15 V.
Komponen Elektronik
65
6. Input voltage range (Ui max)
Range tegangan input maksimum sekitar 1 volt atau 2 volt atau lebih di
bawah tegangan sumber Us.
7. Output voltage range (Uo max)
Tegangan output maksimum mempunyai range antara 1 volt atau 2 volt
lebih di bawahnya tegangan sumber (supply voltage) Us. Tegangan
output ini biasanya tergantung tegangan saturasi OP-AMP.
8. Differential input offset voltage (Uio)
Pada kondisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal
inputnya di-ground-kan. Namun kenyataannya semua peranti OP-AMP
tidak ada yang sempurna, dan biasanya terjadi ketidakseimbangan
pada kedua terminal inputnya sekitar beberapa milivolt. Tetapi jika
input ini dibiarkan untuk dikuatkan dengan OP-AMP dengan model
“closed loop”, maka tegangan output bisa melebihi saturasinya. Karena
itu, biasanya setiap OP-AMP pada bagian luar dilengkapi dengan
rangkaian offset tegangan nol (zero offset voltage).
9. Common mode rejection ratio (CMRR)
Secara ideal OP-AMP menghasilkan output yang proporsional
dengan/terhadap beda kedua terminal input, dan menghasilkan output
sama dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut
“Common mode”. Secara praktik sinyal “Common mode” tidak
diberikan pada inputnya dan dikeluarkan pada outputnya.
Sinyal CMRR (Common Mode Rejection Ratio) selalu diekspresikan
dengan rasio dari penguatan sinyal beda OP-AMP dengan harga
sebesar 90 dB.
10. Transition frequency (fT)
Secara umum OP-AMP pada frekuensi rendah mempunyai penguatan
tegangan sekitar 100 dB. Kebanyakan OP-AMP mempunyai frekuensi
transisi fT setiap 1 MHz dan penguatan pada harga sebesar 90 dB.
3.5.2 Rangkaian Aplikasi OP-AMP
3.5.2.1 Pendahuluan
OP-AMP dalam praktiknya dirangkai dengan konfigurasi yang bermacammacam dan dalam kondisi “closed loop” mempunyai penguatan yang
sangat tinggi (very high) dan hanya untuk sinyal yang lebih kecil (dalam
orde mikrovolt atau lebih kecil lagi) dengan frekuensi yang sangat rendah
dikuatkan secara akurat tanpa distorsi. Untuk sinyal-sinyal yang sekecil
ini sangat mudah terkena noise dan tak mungkin didapatkan pada suatu
laboratorium.
Komponen Elektronik
66
Di sisi lain penguatan tegangannya selain besar, juga tidak konstan.
Penguatan tegangannya bervariasi dengan perubahan suhu dan sumber
daya (sumber tegangan). Variasi penguatan tegangan ini relatif besar
untuk kondisi “open loop”, sehingga untuk penggunaan atau aplikasi
rangkaian linier tak mungkin. Hal ini disebabkan kebanyakan aplikasi
linier outputnya proporsional terhadap inputnya dari tipe OP-AMP yang
sama.
Dengan alasan di atas maka OP-AMP kondisi “open loop” secara umum
tidak digunakan dalam aplikasi linier. Untuk mengatasi hal di atas, maka
dilakukan dengan memodifikasi rangkaian dasar OP-AMP, yaitu dengan
tujuan mengontrol penguatannya. Modifikasi rangkaian dasar ini adalah
dengan menerapkan penggunaan umpan balik (“feedback”), yaitu sinyal
pada output diumpanbalikkan ke input secara langsung melalui jaringan
atau peralatan lain.
Klasifikasi umpan balik (“feedback”) ada dua macam, yaitu:
• Umpan balik negatif/degeneratif (negative feedback)
• Umpan balik positif/regeneratif (positive feedback)
Umpan balik negatif (negative feedback) sering disebut “degenerative”
karena mereduksi amplitudo tegangan output yang sekaligus akan
mereduksi penguatan tegangan dan biasanya berbalik fase terhadap
inputnya. Namun untuk umpan balik positif (positive feedback) sering
disebut “regenerative”, karena pada outputnya akan selalu besar
amplitudonya, dan outputnya sefase terhadap inputnya, maka sangat
sesuai digunakan sebagai rangkaian osilator.
67
Komponen Elektronik
3.5.2.2
Rangkaian dasar
Pada dasarnya OP-AMP mempunyai penguatan tegangan dan impedansi
input yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah (lebih kecil
dari 100Ω) dan tergantung pada beban.
a. Simbol OP-AMP
Ro
ii
Ui 2
+
Uid
Ri
+
Au Uid
-
RL
Uo
Ui1
-
b. Rangkaian ekuivalen OP-AMP
Gambar 3.35 Rangkaian Dasar OP-AMP
Penguatan tegangan untuk loop terbuka (open loop) adalah:
AUOL
AUOL
Uid
UO
U id
= penguatan tegangan “open loop”
= tegangan input beda kedua terminal (Ui1 – Ui2)
3.5.2.3 Input Pembalik (Inverting Input)
OP-AMP dengan metode input pembalik (inverting input) seperti Gambar
3.36 ini mempunyai input pada terminal inverting (-) dan terminal
noninverting dihubungkan ke ground (sebagai “common”) dan terminal
output diukur terhadap ground.
68
Komponen Elektronik
if
ii
+
Rf
iid
R1
-
+
Uid
Ui
Uo
-
-
+
OP-AMP
+
-
Gambar 3.36 Rangkaian OP-AMP “inverting input”
3.5.2.4 Input Bukan Pembalik (Noninverting Input)
Rangkaian OP-AMP dengan input bukan pembalik (noninverting input)
dengan sistem pengali penguatan yang konstan. Untuk menentukan
penguatan tegangan dari rangkaian OP-AMP ini terlebih dahulu
direpresentasikan dalam bentuk rangkaian ekuivalen (lihat Gambar
2.227).
+
Op Amp
Ui
Uo
R1
Rf
Rangkaian OP-AMP “Noninverting Input”
Uid=0
Ui
R1
Rf
Uo
Gambar 3.37 Rangkaian ekuivalen OP-AMP dengan “Noninverting Input”
69
Komponen Elektronik
Dari rangkaian ekuivalen didapatkan:
Untuk: Uid = 0.
UI
R1
R1 RF
.U O
UO
R1 RF
UI
R1
1
RF
R1
Karena penguatan tegangan AU
Au
UO
UI
1
UO
UI
,maka
RF
R1
Atau dengan cara lain dapat ditentukan secara langsung dengan
membuat arus input OP-AMP mendekati 0.
+
Uid
-
Ui
Ui
i1
if
Rf
Uo
i
R1
Gambar 3.38 Rangkaian inverting input dengan metode arus input
mendekati nol
Jika Ui positif, Uo didapat positif pula dan akibatnya i juga positif.
Tegangan U1 = I . R1, dan arus yang menuju terminal input noninverting
adalah mendekati nol. Sehingga arus yang lewat R1 dan RF harus identik,
maka didapatkan persamaan:
70
Komponen Elektronik
UO U1
U1
RF
R1
Maka
UO U1
RF
U1
R1
iF = i U O U 1
RF
U1
R1
UO
U1
UO
U1
,KarenaAU
U1
1
1
U0
Ui
RF
R1
RF
R1
Karena arus input ke terminal “noninverting input” dianggap mendekati
nol, maka Uid 0, sehingga didapatkan Ui = U1.
UO UO
RF
AU
1
U1 UI
R1
71
Komponen Elektronik
3.5.2.5 Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Salah satu penggunaan rangkaian OP-AMP adalah pada penguat
penjumlah (summing amplifier). Rangkaian penguat ini penguatan
tegangan ditentukan oleh resistor (tahanan) pada masing-masing input
dan tahanan umpan baliknya.
Gambar berikut (Gambar 3.39) menunjukkan rangkaian penguat
penjumlah. Rangkaian ini dianalisis dalam bentuk operasi fungsi linier.
R1
U1
R2
U2
-
R3
U3
Uid O p Amp
Uo
+
a) Rangkaian “Summing Amplifier”
R1
R2
Rf
R3
+
+
+
- U1
- U2
- U3
Uid = 0
Uo
b) Rangkaian Ekuivalen “Virtual Ground” dari “Summing Amplifier”
Gambar 3.39 Rangkaian “Summing Amplifier” dan Ekuivalen “Virtual
ground”
Besarnya tegangan output (Uo) tergantung pada tahanan depan (R1, R2,
dan R3) pada masing-masing tegangan input (U1, U2, dan U3) serta
tergantung pada tahanan umpan balik (RF).
Sehingga besarnya Uo adalah:
RF
RF
RF
UO
.U 1
.U 2
.U 3
R1
R2
RR
3
72
Komponen Elektronik
U1 U2 U3
UO
R1
R2
R3
RF
3.5.2.6 Rangkaian Pengurang (Substractor Circuit)
Rangkaian pengurang yang menggunakan OP-AMP pada dasarnya
saling mengurangkan dari dua buah inputnya. Gambar 2.230
menunjukkan rangkaian OP-AMP sebagai pengurang (“subtractor”), atau
kadang-kadang disebut juga penguat beda (differential amplifier).
if
i1
R1
Ui 1
U1
R2
Uo
OP-AMP
Ui2
i2
R3
U2
+
R4
Gambar 3.40 Rangkaian “Subtractor”
Jika arus yang masuk ke OP-AMP dianggap ideal, ii
persamaan “loop” (Ideal OP-AMP).
U I U i1 i F . R2 U i1 R2
0, maka dengan
U i1 U 0
R1 R2
Dengan menggunakan pembagi tegangan pada “node” “noninverting”:
U2
R4
R4 R3
.U i2
Karena OP-AMP dianggap ideal, maka Uid
besarnya tegangan output (Uo).
UO
R2
R1
U i2 U i1
R4
R3
0, sehingga U1 = U2 Maka
U i2 U i1
Jika R2 = R4 = RF dan R1 = R3 = R, maka tegangan output (Uo):
UO
RF
R
U i2 U i1
73
Komponen Elektronik
Atau dengan cara lain yaitu metode superposisi, maka tegangan output
(Uo).
UO
R4
R1 R2
.
R3 R4 R1
. U i2
R2
R1
. U i1
Jika persamaan ini dibuat seperti ketentuan pemisahan di atas, yaitu R2 =
R4 = RF dan R1 = R3= R, maka persamaan menjadi:
UO
RF
R
RF
RF
R RF
.U I1
R
.
RF
R
R RF
R
.U i2
RF
R
.U i1
.U I1
U i2 U i1
Jadi, besarnya tegangan output (Uo) pada rangkaian substractor sama
saja dengan metode apa pun. Untuk pemakaian lebih lanjut bisa juga
menggunakan dua buah OP-AMP.
Rf
R1
Rf
R3
Op A mp
R2
+
U1
Op A mp
+
+
-
-
U2
Gambar 3.41 Rangkaian “Subtractor“ dengan 2 OP-AMP
Besarnya tegangan output (Uo) adalah:
RF
RF
RF
UO
.
. U1
. U2
R2
R3 R1
RF
R2
RF
R2
.U 2
U2
U O RF
RF
.
RF
U
R3 R1 1
R 2
F
U
R3 R1 1
U2
RF U 1
R2
R1 R3
Uo
74
Komponen Elektronik
Penyangga Tegangan (Voltage Buffer)
Rangkaian penyangga tegangan (voltage buffer) adalah suatu pemisahan
sinyal input terhadap beban dengan menggunakan suatu tingkat unit
penguat tegangan yang tidak membalik polaritas dan atau fasenya. Di
samping itu, biasanya menggunakan OP-AMP yang mempunyai
impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat
rendah. Gambar 3.42 berikut rangkaian “unity gain amplifier” (“buffer”).
Uo
Ui
+
Gambar 3.42 Rangkaian OP-AMP sebagai “buffer”Besarnya
tegangan output (Uo)
UO Ui
Jadi, besarnya penguatan tegangannya adalah 1 dan oleh karena itu
biasanya disebut “unity follower amplifier”.
3.5.2.7
Rangkaian Integrator (Integrator Circuit)
Rangkaian integrator yang menggunakan OP-AMP hampir sama dengan
rangkaian-rangkaian “closed loop” lain yang menggunakan umpan balik
resistor. Bedanya di sini umpan baliknya menggunakan kapasitor (C).
Lebih jelasnya lihat rangkaian integrator (Gambar 3.43) berikut ini beserta
persamaan analisisnya.
if
R
ii
C
Uid O p A mp
Uo
+
Gambar 3.43 Rangkaian Integrator dengan OP-AMP
75
Komponen Elektronik
Dari gambar rangkaian di atas dapat dibuat rangkaian ekuivalen berdasar
“virtual ground” sebagai berikut:
Xc
R
Uid = 0
Jika Uid = 0 dan xc =
1
j . w.k
1
2
Atau dengan notasi Laplace xc =
Uo
. f .c
1
1
jwc s.c
Ini berarti jw = s (notasi Laplace), sehingga besarnya penguatan dapat
dicari secara berurutan sebagai berikut:
UO
i
Ui
UO
R
xc
1
s
C
s.U OC
Maka besarnya penguatan tegangan
UO
Ui
s.C.U o
UO
Ui
1
s. CR
Sehingga besarnya tegangan output (Uo) dengan fungsi terhadap domain
waktu (time domain).
UO
UO
1
1
i dt
i dt
C
C i
1
1
U i dt
RC
RC
1
RC
U i t dt
U i dt
76
Komponen Elektronik
3.5.2.8 Rangkaian Diferensiator (Differentiator Circuit)
Rangkaian diferensiator yang menggunakan OP-AMP, hampir sama
dengan rangkaian integrator, hanya saja umpan baliknya dan tahanan
depan ditukar. Gambar 3.44 berikut ini menunjukkan rangkaian
diferensiator.
R
Ui (t)
iid
ii
if
OP-AMP
Uo (t)
+
Gambar 3.44 Rangkaian Diferensiator
ii C
dU i
dt
Arus yang melewati kapasitor C juga sekaligus melalui R (iin = 0)
Maka:
UO
iF . R ii .R
Jadi U O t
R.C
RC
dU i
dt
dU i t
dt
3.5.2.9 Sistem Pengontrol Sumber
Penguat operasi (OP-AMP) dapat digunakan untuk bermacam-macam
pengontrolan sumber. Dengan sebuah tegangan input dapat digunakan
untuk mengontrol tegangan atau arus output. Atau sebaliknya dengan
sebuah arus input dapat untuk pengontrolan ini biasanya digunakan pada
variasi-variasi hubungan pada rangkaian instrumentasi.
77
Komponen Elektronik
3.5.2.9.1 Tegangan Mengontrol Tegangan Sumber
Pada rangkaian ini tegangan output tergantung pada tegangan input
(dengan faktor skala pembalik). Rangkaiannya dengan menggunakan
OP-AMP seperti Gambar 3.45 berikut ini.
U1
Rf
R1
OP-AMP
Uo
+
U1
Rc
+
OP-AMP
Uo
-
R1
Rf
Gambar 3.45 Rangkaian Tegangan Mengontrol Tegangan Sumber
Gambar berikut menyatakan rangkaian ekuivalen ideal dari tegangan
mengontrol tegangan sumber secara ideal.
+
+
U1
-
kU 1
-
Gambar 3.46 Rangkaian Ekuivalen Ideal
Gambar 3.45 dan 3.46 pada dasarnya hampir sama, hanya saja pada
inputnya berbeda, yaitu antara “inverting input” dan “noninverting input”.
78
Komponen Elektronik
Dalam Gambar 3.47a untuk menentukan tegangan output (Uo) sebagai
hasil pengontrolan:
RF
UO
R1
.U 1 k .U 1
Besarnya faktor pengontrolan:
k
UO
RF
Ui
R1
Sedangkan pada Gambar 3.47b untuk menentukan tegangan output (Uo)
adalah:
UO
1
RF
R1
.U 1 k .U 1
Dengan faktor pengontrolan k
3.5.2.9.2
1
RF
R1
Tegangan Mengontrol Arus Sumber
Suatu pengontrolan arus oleh tegangan input, kontrol ini memanfaatkan
arus pada rangkaian yang melalui R1 dan RF. Gambar 2.237a berikut
akan menjelaskan secara aliran arus.
Rf
R1
U1
I1
I0
OP-AMP
Uo
+
Gambar 3.47a Rangkaian Tegangan Mengontrol Arus Sumber
79
Komponen Elektronik
Rangkaian ekuivalen ideal dari tegangan mengontrol arus sumber dapat
dilihat pada Gambar 2.237b berikut ini:
Io
+
kU 1
U1
-
Gambar 3.47b Rangkaian Ekuivalen Ideal
Besarnya arus hasil pengontrolan oleh tegangan input adalah identik arus
yang melalui RF, yaitu:
IO
3.5.2.9.3
U1
R1
k .U 1
Arus Mengontrol Tegangan Sumber
Suatu pengontrolan tegangan oleh arus input, kontrol ini memanfaatkan
arus input yang melalui RF.
Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 3.48a dan 3.48b berikut ini.
Rf
R1
U1
I1
I0
OP-AMP
Uo
+
Gambar 3.48a Rangkaian Arus Mengontrol Tegangan Sumber
80
Komponen Elektronik
I1
+
kI 1
U0
-
Gambar 3.48b Rangkaian Ekuivalen Ideal
Besarnya tegangan output (Uo) adalah:
UO
I 1. RF k .I 1
3.5.2.9.4
Arus Mengontrol Arus Sumber
Rangkaian ini harus output tergantung arus input, sebagai pengontrolan
terdapat arus yang melalui R1 dan RF seperti tampak pada Gambar 3.49a
dan 3.49b berikut ini:
R2
Rf
I2
I1
I0
R1
-
I1
OP-AMP
Uo
+
Gambar 3.49a Rangkaian Arus Mengontrol Arus Sumber
I0
I1
kI1
Gambar 3.49b Rangkaian Ekuivalen Ideal
Besarnya arus output sebagai pengontrolan dari arus input adalah:
IO I1 I2 I1
I 1 R1
R2
1
R1
R2
I 1 k. I 1
81
Komponen Elektronik
3.5.2.10
Filter Aktif (Active Filter)
Aplikasi OP-AMP yang populer adalah sebagai penyaring aktif (active
filter). Rangkaian filter aktif terdiri dari komponen pasif resistor-kapasitor.
Disebut “active filter” karena adanya penambahan komponen aktif berupa
penguat, yaitu OP-AMP, untuk memperoleh penguatan tegangan dan
pengisolasian sinyal atau penggerak sinyal (buffer).
Sebuah filter memperoleh output yang konstan dari kondisi dc sampai
dengan frekuensi “cut off” (fOH) dan tidak akan melalukan sinyal pada
frekuensi itu yang biasa disebut filter pelalu frekuensi rendah (low pass
filter). Sebaliknya, suatu filter yang akan melakukan sinyal sampai
frekuensi “cut off” (fOL) dan tidak akan melakukan sinyal pada frekuensi di
bawah itu disebut filter pelalu frekuensi tinggi (high pass filter). Dan bila
filter itu bekerja melakukan sinyal di antara kedua batasan frekuensi “cut
off” antara “low pass” dan “high pass filter” disebut “band pass filter”.
Untuk memudahkan penyebutan, filter-filter itu biasanya disingkat dalam
beberapa huruf saja, seperti:
- High Pass Filter (HPF)
- Low Pass Filter (LPF)
- Band Pass Filter (BPF)
Gambar berikut memperlihatkan peta daerah respon (tanggapan) dari
filter ideal seperti penjelasan di atas.
Low Pass
Filter
Band Pass
Filter
High Pass
Filter
f(Hz)
Gambar 3.50 Daerah Respon Filter Ideal
82
Komponen Elektronik
3.5.2.10.1
Filter Pelalu Frekuensi Rendah (Low Pass
Filter)
Filter pelalu frekuensi rendah menggunakan komponen resistor dan
kapasitor tunggal dengan sistem orde satu.
Gambar berikut 3.51a menunjukkan rangkaian “low pass filter” dan
Gambar 3.51b merupakan karakteristik respon ideal “low pass filter“.
R2
Rf
OP-AMP
R1
U1
Uo
+
C1
Gambar 3.51a Rangkaian “Low Pass Filter”
Besarnya penguatan tegangan pada output kondisi frekuensi “cut off”
adalah konstan.
AU 1
RF
R2
Uo
Ui
- 20 db / decade
foH
f (Hz)
Gambar 3.52 Karakteristik respon ideal “Low Pass filter”
83
Komponen Elektronik
Dengan turun -20 dB pada frekuensi “cut off” per dekade, maka dapat
ditentukan frekuansi “cut off” (fOH).
f OH
1
2
1 .C 1
Berdasarkan teori rangkaian LPF (low pass filter) pada prinsipnya hanya
menggunakan resistor dan kapasitor dirangkai dengan sistem rangkaian
integrator seperti gambar berikut ini.
C
R
Uo
Op A mp
+
Ui
Gambar 3.53 Prinsip rangkaian LPF dengan sistem integrator
Jika Ui = Um sin wt, dan simetris serta linier, maka:
XC
1
2 .c
1
.c
Bila R dan C konstan dengan frekuensi bervariasi, maka dapat ditentukan
besarnya tegangan output Uo.
Untuk f «, maka Xc », sehingga:
UO
Untuk f », maka Xc «, sehingga: U O R
Xc
Xc
R
.U i
.U i
84
Komponen Elektronik
«
3.5.2.10.2 Filter Pelalu Frekuensi Tinggi (High Pass
Filter)
Besarnya frekuensi “cut off” tergantung pada besarnya kapasitor dan
resistor yang digunakan pada rangkaian filter.
Gambar 3.54 rangkaian filter aktif pelalu frekuensi tinggi (high pass filter:
HPF).
R2
Rf
OP-AMP
C1
Uo
+
R1
Gambar 3.54 Rangkaian Filter Aktif Pelalu Frekuensi Tinggi
Besarnya frekuensi “cut off” dari penguat tersebut adalah:
f OL
1
2
1 C1
Berdasarkan teori, rangkaian filter pelalu frekuensi tinggi (HPF) dapat
digunakan rangkaian diferensiator seperti gambar berikut ini:
R
U1
C
OP-AMP
Uo
+
Gambar 3.55 Prinsip rangkaian HPF dengan sistem diferensiator
85
Komponen Elektronik
Jika Ui = Um sin wt dan XC
1
2
1
fc
UO
Maka:
.c
R
U
XC. i
Besarnya tegangan output secara matematika ditentukan (Uo) dalam dua
kondisi ekstrim, yaitu:
• Untuk f », maka Uo = Ui (bila tanpa penguat tegangan)
• Untuk f «, maka Uo = 0
Uo
Ui
- 20 db /
decade
fol
f (Hz)
Gambar 3.56 Karakteristik respon ideal “High Pass Filter”
3.5.2.10.3 Filter Pelalu Frekuensi Antara (Band Pass
Filter)
Dalam rangkaian aktif, “Band Pass Filter” biasanya menggunakan dua
tingkat penguat, yaitu penguat tingkat pertama sebagai filter pelalu
frekuensi tinggi (HPF) dan filter tingkat kedua sebagai filter pelalu
frekuensi rendah (LPF). Dengan mengombinasikan kedua filter ini akan
dioperasikan sebagai respon “bandpass” sesuai dengan keinginan.
86
Komponen Elektronik
RF
RG
RF
RG
-
-
O
pAmp
R2
O
pAmp
C1
Uo
+
+
U1
C2
R1
(HPF)
(LDF)
Gambar 3.57 Rangkaian Band Pass Filter
Uo
Ui
- 20 db /
decade
0
fol
foH
f (Hz)
Gambar 3.58 Karakteristik respon ideal “Band Pass Filter”
Besarnya frekuensi batas dari respon BPF adalah:
f ol
f OH
1
2
1
2
1 .C 1
UntukHPF
2 .C 2
untukLPF
3.5.2.11 Rangkaian Instrumentasi
Aplikasi OP-AMP lainnya yang populer adalah sebagai penunjang dalam
pembuatan alat-alat ukur atau instrumentasi seperti voltmeter AC atau
voltmeter DC.
Peralatan lain dalam instrumentasi yang menggunakan OP-AMP adalah
“display driver”, instrumentasi amplifier, dan sebagainya.
87
Komponen Elektronik
3.5.2.11.1 Voltmeter DC
OP-AMP pada peralatan voltmeter DC ini digunakan sebagai penguat
dasar yang mempunyai karakteristik impedansi input yang tinggi dan
faktor skalanya tergantung pada harga resistor dan akurasinya.
Rf
100 k
R1
U1
0 - 1 mA
-
R s 10 Ω
M
Io
100 k
OP-AMP
Uo
+
Gambar 3.59 OP-AMP sebagai Multimeter dc
Dari Gambar 3.59 di atas dapat dianalisis secara fungsi transfer,
sehingga diperoleh persamaan seperti berikut:
IO
UO
RF 1
R1 RS
100k 1
.
100k 10
1mA
10mV
Dari sini artinya setiap pengukuran Ui = 10 mV akan menghasilkan arus
yang mengalir melalui meter M sebesar 1 mA, sehingga jika tegangan
input Ui = 5 mV akan menghasilkan arus 0,5 mA atau penyimpangan
jarum adalah setengah dari skala penuh. Hal ini dapat diubah tingkat
kepekaannya yaitu dengan mengubah RF atau R1 dari rangkaian yang
ada pada OP-AMP.
3.5.2.11.2 Voltmeter AC
Pada dasarnya rangkaian Voltmeter AC sama dengan Voltmeter DC,
hanya saja perlu pembuatan sinyal AC yang masuk pada miliampere
meternya. Untuk rangkaian Voltmeter AC dapat dibangun seperti
Volmeter DC, hanya dilengkapi diode dan kapasitor pada outputnya.
88
Komponen Elektronik
R
U1
-
100k
OP-AMP
D1 C3 D2
+
M
C1
C2
Rf
100k
R s 10 Ω
Gambar 3.60 OP-AMP sebagai Multimeter AC
Dalam hal ini sensitivitas multimeter AC ditentukan dengan menggunakan
fungsi transfer arus output dan tegangan input.
IO
UO
RF 1
R1 RS
100k 1
.
100k 10
1mA
10mV
3.5.2.11.3 Display Driver
“Display driver” yang dimaksudkan adalah sebagai penggerak penampil
(display). Contohnya lampu atau LED (Light Emiting Diode).
Adapun cara memasang display dapat ditentukan dengan cara
mengetahui input yang diberikan pada OP-AMP termasuk pemasangan
driver-nya.
+ Ucc (5V)
Input
Uo
358
30 mA
I = 600 mA
RB
Q 1 (B > 20)
100 k
+
UBE
Gambar 3.61 OP-AMP sebagai “driver” Lampu
89
Komponen Elektronik
+ Ucc (+ 5V)
Uo
Input
358
I = 20 mA
RB
180 k
+
ULED = 1,5V
Gambar 3.62 OP-AMP sebagai “driver” LED
Menentukan komponen RB dan RD pada masing-masing Gambar 3.61
dan 3.62 adalah:
RB =
IB =
U O − U BE
Icon
IB
IC
Q1
hFE
=
IC
Q1
β
=
I
.(Tergantungββtransisor)
β
Maka dari Gambar 4.26 jika IB = 30 mA dan I = 600 mA, maka hFE =
600
20,
30
baru dipilih transistor jenis apa yang mempunyai kemampuan
sebesar tersebut.
Dari Gambar 3.61 akan didapatkan besarnya RD, yaitu:
RD
U O U LED
UO 1,5V
I
20mA
Ic, IB
90
Komponen Elektronik
3.5.2.11.4 OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi
Rangkaian ini pada dasarnya mempunyai sebuah output yang diperoleh
dari perbedaan kedua terminal input.
Lebih jelasnya dapat dilihat prinsip dasar OP-AMP sebagai amplifier pada
Gambar 3.63 berikut ini:
-
U2
R
Op - Amp
+
R
R
Op - Amp
Rp
-
Uo
+
R
R
Op - Amp
U1
+
R
Gambar 3.63 Rangkaian OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi
Dengan menggunakan tiga OP-AMP yang semuanya terdapat pada
kemasan tunggal yang berisi empat OP-AMP (single quad OP-AMP),
maka tegangan output (Uo) dapat ditentukan sebagai berikut:
UO
U1 U 2
1
Sehingga: U O
2R
Rp
1
2R
U1 U2
RP
k U1 U2
Komponen Elektronik
91
3.6 ADC ( Analog Digital Converter )
ADC adalah suatu rangkaian yang mengkonversikan sinyal
analog menjadi sinyal digital. Ada beberapa jenis rangkaian ADC antara
lain Servo ADC, Successive Approximation dan Parallel Converter.
Ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengubah sinyal
analog menjadi sinyal digital yang nilainya proposional. Jenis ADC yang
biasa digunakan dalam perancangan adalah jenis successive
approximation convertion atau pendekatan bertingkat yang memiliki
waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak tergantung pada nilai
masukan analognya atau sinyal yang akan diubah.
IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian
yang akan dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat dengan
menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus
diberikan dan dapat mengkonversikan secara cepat suatu masukan
tegangan. Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC
ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari
rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe
keluaran, ketepatan dan waktu konversinya. Berikut ini adalah diagram
koneksi dari IC ADC 0804 :
Gambar 3.64 Diagram koneksi dari IC ADC 0804
Komponen Elektronik
92
ADC 0804 adalah CMOS 8 bit Successive Approximation ADC.
Pada modul ADC ini Vref untuk ADC 0804 adalah sebesar 2.5 Volt dan
tegangan catu (Vcc) sebesar 5 Volt. ADC 0804 mempunyai karakteristik
sebagai berikut :
a. Resolusi sebesar 8 bit
b. Conversion time sebesar 100 ms
c. Total unadjusted error : 1 LSB
d. Mempunyai clock generator sendiri (640 Khz)
Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah semua bit-bit
diset kemudian diuji, dan bilamana perlu sesuai dengan kondisi yang
telah ditentukan. Dengan rangkaian yang paling cepat, konversi akan
diselesaikan sesudah 8 clock, dan keluaran D/A merupakan nilai analog
yang ekivalen dengan nilai register SAR.
Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim
sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan
menghasilkan data digital yang ekivalen ke dalam register buffer. Dengan
demikian, keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai
siklus konversi yang baru.
IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog, Vin (+) dan Vin (-),
sehingga dapat menerima masukan diferensial. Masukan analog
sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara tegangan-tegangan yang
dihubungkan dengan ke dua pin masukan yaitu Vin= Vin (+) – Vin (-).
Kalau masukan analog berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus
dihubungkan dengan Vin (+), sedangkan Vin (-) digroundkan. Untuk
operasi normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai
tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog mulai dari 0
Volt sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini adalah SAC 8-bit,
resolusinya akan sama dengan
(n menyatakan jumlah bit keluaran biner IC analog to digital
converter)
IC ADC 0804 memiliki generator clock intenal yang harus
diaktifkan dengan menghubungkan sebuah resistor eksternal (R)
antara pin CLK OUT dan CLK IN serta sebuah kapasitor eksternal
(C) antara CLK IN dan ground digital. Frekuensi clock yang diperoleh
di pin CLK OUT sama dengan :
Komponen Elektronik
93
Untuk sinyal clock ini dapat juga digunakan sinyal eksternal
yang dihubungkan ke pin CLK IN. ADC 0804 memilik 8 keluaran
digital sehingga dapat langsung dihubungkan dengan saluran data
mikrokomputer. Masukan (chip select, aktif rendah) digunakan
untuk mengaktifkan ADC 0804. Jika berlogika tinggi, ADC 0804
tidak aktif (disable) dan semua keluaranberada dalam keadaan
impedansi tinggi.
Masukan (write atau start convertion) digunakan untuk memulai
proses konversi. Untuk itu harus diberi pulsa logika 0. Sedangkan
keluaran (interrupt atau end of convertion) menyatakan akhir
konversi. Pada saat dimulai konversi, akan berubah ke logika 1. Di
akhir konversi akan kembali ke logika 0.
94
Komponen Elektronik
3.7 Dasar Teknik Digital
3.7.1 Aljabar Boolean
Rangkaian digital memliki dua tingkatan diskrit. Salah satu contoh
termudahnya adalah saklar dengan dua macam kemungkinan yaitu buka
dan tutup. Aljabar Boolean adalah rumusan matematika untuk
menjelaskan hubungan logika antara fungsi pensaklaran digital. Aljabar
boolean meiliki dasar dua macam nilai logika. Hanya bilangan biner yang
terdiri dari angka 0 dan 1 maupun pernyataan rendah dan tinggi.
3.7.2
Operasi logika dasar AND, OR dan NOT
Suatu fungsi logika atau operasi logika yang dimaksud dalam aljabar
Boolean adalah suatu kombinasi variable biner seperti misalnya pada
masukan dan keluaran dari suatu rangkaian digital yang dapat
ditunjukkan bahwa di dalam aljabar Boolean semua hubungan logika
antara variable variable biner dapat dijelaskan oleh tiga operasi logika
dasar yaitu :
Operasi NOT (negation)
Operasi AND (conjuction)
Operasi OR (disconjuction
Operasi operasi tersebut dijelaskan dalam tiga bentuk yaitu :
1.
Tabel fungsi (tablel kebenaran) yang menunjukkan keadaan
semua variabel masukan dan keluaran untuk setiap kemungkinan.
2.
Simbol rangkaian untuk menjelaskan rangkaian digital.
3.
Persamaan fungsi.
Operasi logika NOT
Fungsi NOT adalah membalik sebuah variable biner, misalnya jika
masukannya adalah 0 maka keluarannya adalah 1. Gambar 3.1.
memperlihatkan 3 macam bentuk penggambaran fungsi operasi NOT.
Tabel kebenaran
x
1
0
a
y
0
1
Simbol rangkaian
x
b
1
Persamaan fungsi
y
y=x
c
Gambar 3.65 Operasi NOT
95
Komponen Elektronik
Operasi logika AND
Operasi AND menghubungkan paling sedikit dua masukan variable dan
dapat lebih variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu
variabel keluaran y. Variabel keluaran akan berlogika 1 hanya jika semua
masukannya x0, x1 sampai xn dalam keadaan 1.
Gambar 3.2. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika AND.
Tabel kebenaran
x1
x0
y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Simbol rangkaian
a
b
x0
x1
&
Persamaan fungsi
y
y = x0 ∧ x1
c
Gambar 3.66 Operasi AND
Operasi logika OR
Operasi OR juga menghubungkan paling sedikit dua masukan variable
dan dapat lebih variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu
variabel keluaran y.
Variabel keluaran akan berlogika 0 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 0.
Gambar 3.3. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika OR.
Tabel kebenaran
x1
x0
y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Simbol rangkaian
a
b
x0
x1
>
_1
Persamaan fungsi
y
Gambar 3.67 Operasi OR
y = x0 ∨ x1
c
96
Komponen Elektronik
3.7.3 Operasi logika kombinasi NAND, NOR
Exclusive OR
dan
Operasi logika NAND
Operasi NAND merupakan kombinasi dua buah operasi logika dasar
AND dan NOT. Masukan paling sedikit dua variable, dan dapat lebih
variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu variabel keluaran
y.
Variabel keluaran akan berlogika 0 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 1.
Gambar 3.4. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika NAND.
Tabel kebenaran
x1
x0
y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Simbol rangkaian
a
b
x0
x1
&
Persamaan fungsi
y= x ∧x
0
1
y
c
Gambar 3.68 Operasi NAND
Operasi logika NOR
Operasi NOR merupakan kombinasi dua buah operasi logika dasar OR
dan NOT. Masukan paling sedikit dua variable, dan dapat lebih variabel
masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu variabel keluaran y.
Variabel keluaran akan berlogika 1 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 0.
Gambar 3.5. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika NOR.
97
Komponen Elektronik
Tabel kebenaran
x1
x0
y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
a
Persamaan fungsi
Simbol rangkaian
x0
x1
>
_1
y= x ∨x
0
1
y
c
b
Gambar 3.69. Operasi NOR
Operasi logika Exclusive OR
Operasi Excclusive OR biasanya disebut dengan EXOR menghubungkan
dua masukan variable x0 dan x1 serta memiliki satu variabel keluaran y.
Gambar 3.6. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika Excclusive OR x0 dan x1
Tabel kebenaran
x1
x0
y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
a
Persamaan fungsi
Simbol rangkaian
x0
x1
=1
y = x0 ∀ x1
y
c
b
Gambar 3.70 Operasi EXOR
Tabel kebenaran memprlihatkan bahwa ketika x0 dan x1 = 0 atau ketika
ketika x0 dan x1 = 1, keluaran y akan berlogika 0. Variabel keluaran akan
berlogika 1 hanya jika kondisi logika kedua masukannya x0 dan x1
berbeda.
Pada prakteknya, sebuah operasi EXOR dapat dibangun dari operasi
logika AND, OR dan NOT seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.7.
x0
1
&
>
_1
x1
1
y
&
Gambar 3.71 Operasi EXOR yang dibangun dari operasi logika dasar.
98
Komponen Elektronik
Pada Gambar 3.72. suatu operasi EXOR dapat dihubungkan bertingkat
(kaskade) sehingga secara keseluruhan operasi EXOR tersebut menjadi
memiliki tiga variable masukan x0 , x1 dan x2 serta sebuah variable
keluaran y.
Perilaku EXOR dengan tiga masukan tersebut ditunjukkan oleh table
kebenaran di bawah ini.
Tabel kebenaran
x2
x1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
a
EXOR dihungkan secara kaskade
x0
0
1
0
1
0
1
0
1
y
0
1
1
0
1
0
0
1
x0
x1
=1
=1
y
x2
b
Gambar 3.72 EXOR dengan tiga masukan
3.7.4 Multiplekser
Multiplekser adalah suatu rangkaian logika yang memiliki banyak
masukan dan satu keluaran. Fungsinya adalah seprti saklar pilih yang
dapat dikontrol. Keluaran bergantung dari sinyal kontrol Si, dan hanya
satu dari masukan Xi yang tersambung ke keluaran. Dimana sinyal
masukan yang terdiri dari lebih dari satu jalur diproses sehingga
didapatkan satu keluaran.
Jika multiplexer memiliki 4 masukan x0, x1, x2 dan x3 maka sinyal kontrol
yang diperlukan sebanyak dua masukan s0 dan s1 sehingga secara
keseluruhan semua masukan multiplexer berjumlah 6 masukan.
99
Komponen Elektronik
a
Diagram blok
Keluaran
y
x0
x1
x2
x3
Data masukan
Tabel kebenaran
Kontrol masukan
S1
S0
0
0
0
1
1
0
1
1
x0
x1
x2
x3
Keluaran
y
s1 s0
Kontrol masukan
b
Gambar 3.73 Multiplekser dengan empat masukan
3.7.5 Dekoder
Dekoder adalah suatu rangkaian logika yang memiliki sedikit
masukan dan banyak keluaran.
Diagram blok
y1
0
1
0
0
0
0
0
0
y2
0
0
1
0
0
0
0
0
y3
0
0
0
1
0
0
0
0
y4
0
0
0
0
1
0
0
0
y5
0
0
0
0
0
1
0
0
y6
0
0
0
0
0
0
1
0
y7
0
0
0
0
0
0
0
1
x0
x1
x2
Dekoder
Tabel kebenaran
x2 x1 x0 y0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0
a
y0
y1
y2
y3
y4
y5
y6
y7
b
Gambar 3.74 Dekoder tiga masukan delapan keluaran
Dekoder pada Gambar 3.74 memiliki tiga masukan x0, x1 dan x2
dan delapan keluaran ( y0 – y7 ). Bergantung dari kombinasi masukan.
Keluaran akan berganti ke 0 maupun 1.
Kombinasi masukan dan keluaran yang dikeluarkan bergantung dari jenis
atau tipe dekoder yang digunakan.
100
Komponen Elektronik
Dari tabel kebenaran Gambar 3.74a, kita ambil contoh pada
keluaran y6 menjadi 1 ketika input x0 = 0, x1= 1, dan x2 = 1. Pada
prakteknya, dekoder yang paling banyak dipergunakan adalah yang
keluarannya dibalik. Rumus umum dekoder adalah memiliki n masukan
dan 2 pangkat n (2n ) keluaran.
3.7.6 Flip-flop
3.7.6.1 RS Flip-flop
Flip-flop adalah suatu rangkaian bistabil dengan triger yang dapat
menghasilkan kondisi logika 0 dan 1 pada keluarannya. Keadaan dapat
dipengaruhi oleh satu atau kedua masukannya. Tidak seperti fungsi
gerbang logika dasar dan kombinasi, keluaran suatu flip-flop sering
tergantung pada keadaan sebelumnya. Kondisi tersebut dapat pula
menyebabkan keluaran tidak berubah atau dengan kata lain terjadi
kondisi memory. Oleh sebab itu flip-flop dipergunakan sebagai elemen
memory.
Rangkaian flip-flop yang paling sederhana adalah RS Flip-flop yang
memiliki dua masukan yaitu R = Reset dan S = Set serta dua keluaran Q
dan Q .
Tabel kebenaran
S
R
Q
0
0
1
1
a
0
1
0
1
Simbol
Q
Tidak berubah
0
1
1
0
Tidak tentu
S
Q
R
Q
b
Gambar 3.75 RS Flip-flop
Sesuai dengan namanya, keluaran flip flop Q = 1 dan Q = 0 pada
saat S = 1 dan R = 0,dan reset ketika S = 0 dan R = 1 akan menghasilkan
keluaran Q = 0 dan Q = 1. Kondisi tersebut adalah kondisi stabil dari RS
flip-flop.
Ketika kedua masukan R dan S berlogika 0, keluaran flip-flop
tidak berubah tetap seperti pada kondisi sebelumnya. Tetapi ketika kedua
masukan R dan S berlogika 1 maka keluaran flip-flop tidak dapat
diramalkan karena kondisinya tidak tentu tergantung pada toleransi
komponen dan tunda waktu temporal dan lain sebagainya dan kondisi
tersebut dapat diabaikan.
101
Komponen Elektronik
Pada prakteknya sebuah RS Flip-flop dapat dibangun dari rangkaian dua
buah gerbang AND yang saling dihubungkan silang seperti ditunjukan
pada Gambar 3.76.
Tabel kebenaran
S
0
0
1
1
a
Rangkaian RS Flip flop
R
Q
0
1
0
1
Tidak tentu
0
1
1
0
Tidak berubah
Q
S
R
&
Q
&
Q
b
Gambar 3.76. Rangkaian RS Flip-flop dengan gerbang NAND
Lebih lanjut tipe yang sangat penting dari flip-flop adalah master
slave flip-flop atau disebut juga dua memory yang pada dasarnya
dibangun dari dua flip-flop yang terhubung secara seri. Jalur kontrol dapat
diatur dari sebuah clock melalui penambahan sebuah gerbang NAND.
Gambar rangkaian dasrnya ditunjukkan dalam Gambar 3.77.
S
Clock
R
&
&
&
&
Q
&
Q
&
&
Kontrol
Clock I
&
Master
Flip flop
&
Kontrol
Clock II
Slave
Flip flop
Gambar 3.77 Master-Slave Flip-flop menggunakan NAND
Pertama kita lihat pada master flip-flop. Jika masukan clock
adalah 0 kedua keluaran dari kontrol clock I adalah 1. Ini artinya bahwa
suatu perubahan keadaan pada masukan S dan R tidak berpengaruh
pada master flip-flop. Flip flop tersebut mempertahankan keadaan. Di sisi
lain jika masukan clock adalah 1 maka keadaan dari S dan R
menentukan keadaan master flip-flop.
Slave flip flop memperlihatkan perilaku yang sama. Kadang kontrol clock
adalah dibalik oleh sebuah inverter. Ini artinya bahwa clock 1 dari master
flip flop menjadi 0 pada slave flip flop.
102
Komponen Elektronik
Operasi flip-flop ini dijelaskan lebih mudah dari sekuensial temporal dari
pulsa clock seperti ditunjukan oleh Gambar 3.78.
V clock
1
0
t1 t 2
t3 t4
t
Gambar 3.78 Sekuensial temporal untuk master slave flip flop
t1 :
Ketika pulsa clock muncul dari 0 ke 1 terjadi toleransi daerah 0 ke
arah 1 keluaran clock terbalik ke 0. Misalnya keluaran slave flip flop
akan off dan mempertahankan kondisi.
t2 : Ketika pulsa clock muncul dari 0 ke 1 mencapai batas terendah dari
toleransi daerah 1 masukan dari master flip flop adalah dapat
diatur, misalnya master flip flop dipengaruhi oleh masukan R dan S.
t3 : Ketika pulsa clock turun dari 1 ke 0 terjadi toleransi daerah 1 ke
arah 0 masukan master flip flop kembali ditahan. Mmisalnya master
flip flop menghasilkan keadaan baru.
T4 : Ketika pulsa clock turun dari 1 ke 0 mencapai batas tertinggi dari
toleransi daerah 0 masukan dari master flip flop adalah dapat
diatur, misalnya master flip flop dipengaruhi oleh masukan R dan S.
Hasilnya bahwa pengaruh masukan R dan S terjadi pada interval t1
sampai t2 data dikirim ke flip flop dan pada saat t4 baru data dikirim ke
keluaran. Selama masukan clock 0 data tersimpan di dalam flip flop.
103
Komponen Elektronik
3.7.6.2
JK Flip-flop
Pengembangan master slave flip flop pada prakteknya yang
terpenting adalah Master slave JK flip flop yang dibangun dengan
menyambungkan keluaran ke masukan gerbang seperti diperlihatkan
Gambar 3.79.
J
&
&
&
&
Q
&
Q
&
Clock
&
K
&
&
Gambar 3.79 Rangkaian JK Flip flop menggunakan NAND
Tabel Kebenaran
tn+1
tn
K
J
Q
0
0
Q
0
1
1
1
0
1
1
0
a
Q
Simbol
Q
Q
0
1
Q
J
Q
Clock
K
Q
b
Gambar 3.80 Tabel kebenaran dan simbol JK Flip flop
Keadaan masukan J = 1 dan K = 0 menghasilkan keluaran Q = 1 dan Q
= 0 setalh pulsa clock. Untuk J = K = 1 keluaran akan selalu berubah
setiap kali pulsa clock diberikan.
104
Komponen Elektronik
Clock
1
0
t
Q
1
0
t
Q
1
0
t
Gambar 3.81 Diagram pulsa JK flip flop ketika masukan J = K = 1
3.7.6.3.
D Flip-flop
Suatu flip-flop yang mirip JK Master slave flip-flop untuk J = K = 1
adalah dikenal dengan nama D flip-flop. Versi yang paling banyak
dipergunakan dalam praktek diperlihatkan pada Gambar 3.82.
&
&
&
&
Q
&
Q
Clock
D
&
&
Gambar 3.82. Rangkaian D Flip flop menggunakan NAND
105
Komponen Elektronik
Tabel Kebenaran
tn
tn+1
D
Q
0
1
a
0
1
Simbol
Q
1
0
Q
Clock
K
Q
b
Gambar 3.83 Tabel kebenaran dan simbol D Flip flop
Kelebihan D flip-flop dibandingkan dengan JK flip-flop bahwa data
masukan dikirim ke keluaran selama pulsa clock berubah dari o ke 1. Jika
clock = 1 dan data masukan di D berubah, perubahan tersebut tidak lama
berpengaruh terhadap keadaan keluaran. Suatu perubahan di D selama
clock = 1 mengakibatkan pengaruh ke keluaran hanya pada perubahan 0
ke 1 berikutnya. Karena perlambatan internal memungkinkan dengan flip
flop ini mengenal sebuah umpan balik misalnya dari Q ke D tanpa
menghasilkan oscilasi. Karena kelebihan tersebut sering D flip flop ini
disebut sebagai Delay flip-flop.
3.7.7 Memory
Elemen
memory
sangat
menentukan
dalam
sistem
mikrokomputer. Memory ini diperlukan untuk menyimpan program yang
ada pada komputer dan data. Berbagai macam tipe memory dibedakan
menurut ukuran , mode operasi, teknologi dan lain sebagainya dapat
diperoleh dipasaran. Memori dalam sistem mikrokomputer dapat juga
dikatakan sebagai elemen penyimpanan matriks dua dimensi yang
dibentuk dari flip – flop. Gambar 3.84. memperlihatkan suatu rangkaian
dasar memory 8 X 4 bit. Setaiap titik simpul mewakili satu lokasi memory,
satu bit (bit adalah singkatan dari binary digit atau angka dengan dua nilai
0 atau 1).
106
Komponen Elektronik
Data Keluaran
Dekoder Alamat
Alamat
Lokasi memory
Data masukan
Gambar 3.84. Struktur dasar suatu memory
Jika data akan dituliskan ataupun dibaca dari suatu kombinasi
antara 000 dan 111 yang juga disebut sebagai alamat yang yang dilalui
oleh jalur alamat. Dekoder alamat digunakan untuk memilih satu diantara
8 jalur di dalam matriks dan isi dari jalur tersebut sehingga data words 4
bits dapat ditulis ataupun dibaca melalui data masukan ataupun data
keluaran.
Penambahan jalur kontrol yang tidak ditunjukkan dalam Gambar
3.84. sangat diperlukan untuk mengontrol baca, tulis dan lain sebagainya.
Komponen memory konvensional di pasaran pada umumnya memiliki
data work dengan ukuran 1, 2, 4 atau 8 bits yang mampu menyimpan
data 1, 2, 4 atau 8 bit.
Jumlah jalur pada matrik biasanya 2 pangkat n, yang mana n adalah jalur
alamat dari 2n yang dapat dipilih. Suatu komponen memory seharusnya
memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Kapasitas
Organisasi
1kilobit = 1 k = 210 bits = 1024 bits = 1024 elemen memory
256 x 4, contoh 256 = 28 jalur dari setiap 4 bits
Secara garis besar, memory dibagi menjadi 2 macam tipe :
Komponen Elektronik
107
1. Memory baca/tulis
Memory ini memilki fungsi untuk menulis data yang nantinya akan
di baca kembali. Jenis memori seperti ini disebut juga dengan RAM
(Random Access Memory ).
2. Memory hanya baca ( Read Only Memory )
Atau yang disingkat ROM. Data dapat diisikan ke dalam memory
ketika proses pembuatan dan kemudian data dapat dibaca oleh
pengguna.
Memory dapat dibedakan berdasarkan teknologinya seperti misalnya
bipolar, MOS (Metal Oxide Semiconductor) atau sepertihalnya RAM,
perlu tidaknya merefresh simpanan data secara periodik baik dengan
operasi dinamik maupun statis.
Pada jenis memory dinamik, elemen penyimpan pada prinsipnya adalah
suatu kapasitor yang diisi dan direfresh secara periodic .
Pada jenis memory statis, elemen penyimpan data pada prinsipnya
adalah suatu flip-flop yang tidak memerlukan refreshing.
Ada dua jenis ROM, yaitu :
-
PROM ( Programmable Read Only Memory ) yang hanya dapat
diprogram satu kali oleh pengguna.
-
RePROM ( Re Programmable Read Only Memory )
Jenis RePROM ini dapat diprogram dan bila tidak diperlukan akan
dapat dihapus diprogram lagi oleh para pengguna.
3.7.8 Register Geser
Pada dasarnya merupakan koneksi seri dari Flip flop yang
menggunakan clock untuk memindah data yang ada pada Flip flop
sebelumnya dan dipindah ke data yang ada pada Flip flop selanjutnya.
108
Komponen Elektronik
Q1
Masukan
FF1
Q2
FF2
Q3
FF3
Q4
FF4
Clock
Gambar 3.85. Diagram blok register geser
Mode Operasinya adalah sebagai berikut :
Dengan mengaumsikan sebelumnya bahwa Clock pertama,
semua keluaran dari Q1 sampai dengan Q4 adalah 0 dan masukan input
adalah 1. Setelah itu Data ini akan ditampilkan pada output Q1 pada
Clock pertama ( tn+1). Sebelum ke Clock ke 2, Input kembali menjadi 0.
Dan pada saat clock kedua ( tn +2 ) keluaran Q1 menjadi 0 dan Q2 menjadi
1. Setelah Clock t n+3 Q1 = 0, Q2 = 0 dan Q3 menjadi 1. Setelah clock ke (
tn+4) , Q4 menjadi kondisi 1.
Kemungkinan diatas dapat diilustrasikan pada tabel kebenaran berikut :
Tabel kebenaran register geser
Clock
tn
tn+1
0
Masukan 1
0
1
Q1
0
0
Q2
0
0
Q3
0
0
Q4
tn+2
0
0
1
0
0
t n+3
0
0
0
1
0
tn+4
0
0
0
0
1
tn+5
0
0
0
0
0
Pada tabel di atas dijelaskan ketika memasuki clock ke 5 semua keluaran
kembali menjadi NOL.
109
Komponen Elektronik
Berikut ini adalah register geser dengan menggunakan JK Flip-flop :
Q1
Masukan
1
Q2
Q3
Q4
J
Q
J
Q
J
Q
J
Q
K
Q
K
Q
K
Q
K
Q
Clock
Gambar 3.86 Register geser 4 bit menggunakan JK Flip-flop
Selama Shift regsiter tersebut hanya memasang 4 buah Flip-flop,
maka informasi yang akan didapat hanya sebanyak 4 buah, oleh karena
itulah dinamakan sebagai 4-bit Shift register atau register geser 4 bit.
Dengan Shift Register ini ada 2 kemungkinan dasar untuk membaca
kembali informasi yang ada, yaitu :
1.
Setelah clock ke 4 informasi telah masuk secara simultan yang
ditampilkan pada keluaran Q1 sampai dengan Q4. Informasi ini
dibaca secara serial ( satu setelah yang lainnya ) dan dapat juga
dibaca secara paralel.
2.
Jika hanya Q4 saja yang digunakan sebagai output keluaran, data
yang telah dimasukkan secara serial juga bisa dibaca secara serial.
Shift register ini dapat digunakan sebagai penyimpanan sementara
dan atau delay dari deretan informasi. Hal yang perlu diperhatikan
setelah ini adalah aplikasi dari konversi serial / parallel maupun parallel /
serial.
Dalam Operasi Paralel / serial data a sampai d dimasukkan bersamaan
ke register dengan clock yang telah ditentukan. Keluaran serial akan
muncul satu persatu pada indikator keluaran. Bagaimnapun juga jika data
dimasukkan secara serial pada input dan sinkron dengan clocknya, maka
setelah melengkapi barisan input, keluaran akan dapat dilihat secara
parallel pada keluaran Q1 sampai dengan Q4 ( Operasi Serial / Parallel ).
110
Komponen Elektronik
Register geser diterapkan dengan fungsi yang berbeda-beda pada sistem
komputer. Dimana macam-macam tipe yang digunakan adalah sebagai
berikut :
•
•
•
•
•
Pergeseran data
Masukan data serial dengan serial data keluaran
Masukan data serial dengan keluaran data parallel
Masukan data parallel dengan keluaran data seri
Masukan data parallel dengan keluaran data parallel
Mode Operasi Parallel In / Parallel out dapat digunakan sebgai latihan
untuk menngunakan register geser dengan mentransfer data pada
masukan parallel ke data keluaran menggunakan pulsa yang telah
ditentukan. Kemudian data ini akan tersimpan sementara sampai ada
data yang dimasukkan. Kemudian Data pada register ini akan dihapus
melalui input reset ( operasi memori penyangga ).
Keluaran paralel
Q1
Q2
Q3
Q4
Reset
Masukan
serial
1
J cQ
J cQ
J cQ
J cQ
K pQ
K pQ
K pQ
K pQ
&
&
&
&
Clock
Set
a
b
c
d
Masukan paralel
Gambar 3.87 Register geser untuk paralel/serial atau serial/paralel
Komponen Elektronik
111
Akhirnya, register geser yang digunakan pada sistem mikroprosesor
sebagai memori penyangga.
Gambar 3.88.
Register dengan multiplekser pada masukan D flip-flop
Prinsip dari operasi rangkaian ini ialah, dengan memakai input
kontrol S0, S1, ke 4 multiplekser akan dapat dinyalakan salah satu dari ke
4 masukannya. Kemudian data yang telah dipilih pada input akan muncul
pada keluaran. Contohnya , jika masukan paralel E3 sampai E0 dipilih
maka data masukan akan dihadirkan secara parallel pada masukan D
dari flip-flop. Dengan tepi clock positif selanjutnya, data dimasukkan ke
flip-flop dan akan ditampilkan pada keluaran Q3 sampai dengan Q0. Data
ini akan tersimpan hingga adanya pulsa clock yang membawa data baru
pada E3 s/d E0 ke dalam register.
Dengan kombinasi kontrol S0, S1 yang lain. Input sebelah kanan pada
multiplekser dapat dihubungkan ke Output. Data yang akan dimasukkan
pada sebelah kiri rangkaian dapat dimasukkan secara serial ke dalam
register. Prosesnya adalah sebagai berikut :
112
Komponen Elektronik
Jika kombinasi serial 1010 ada pada masukan sebelah kiri, maka pada
saat clock pertama nilai 1 akan muncul pada keluran Q0 dan pada
masukan yang telah dipilih pada multiplekser selanjutnya. Pada saat
clock kedua, keluaran akan menjadi Q0 = 0 dan Q1 =1, sedangkan pada
clock ketiga Q0 = 1, Q1 = 0, dan pada Clock ke 4 Q0 = 0, Q1 = 1 , Q2 = 0
dan Q3 = 1.
Kombinasi masukan serial ini telah dibacakan ke register yang ada di
sebelah kiri. Data serial yang ada pada masukan sebelah kanan akan di
bawa secara analog. Masukan x3 sampai x0 tidak dimasukkan pada
contoh ini. Sering untuk menghapus semua flip flop secara bersama
sama adalah dengan cara mengeset semua masukan x3 sampai x0 ke
logika 0. Jika masukan x semuanya dipilih melalui S0, S1 setelah pulsa
clock berikutnya akan mengeset semua keluarn x3 sampai x0 ke logika 0.
3.7.9 Counter
Counter adalah rangkaian digital yang didalamnya terdapat
hubungan yang telah ditetapkan batasnya terhadap jumlah pulsa dan
keadaan keluarannya. Komponen utama sebuah counter adalah flip-flop.
Mode operasi counter akan dijelaskan dengan bantuan pulsa diagram
seperti tampak pada Gambar 3.89.
Sebelum clock pertama, keluaran Q1 sampai dengan Q4 adalah 0. Angka
0 disetarakan dengan kombinasi biner 0000. Setelah clock pertama
bentuk bitnya menjadi 0001 yang diinterprestasikan sebagai angka 1.
0
2
2
Q1
1
2
Q2
2
3
2
Q4
Q3
J
Q
J
Q
J
Q
J
Q
K
Q
K
Q
K
Q
K
Q
Clock
1
Gambar 3.89 Rangkaian counter 4 bit
113
Komponen Elektronik
Clock
1
0
Q1
1
2
4
3
5
7
6
9
8
10
11
12
13
14
15
16
17
t
1
0
Q2
t
1
0
Q3
Q4
t
1
0
t
1
0
t
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
Gambar 3.90. Diagram pulsa counter 4 bit
Setelah clock kedua, 0010 akan muncul yang sesuai dengan
angka 2, dan seterusnya. Seluruhnya terdapat 16 macam kombinasi yang
sesuai dengan angka 0 sampai dengan 15. Setelah clock ke 16 seluruh
keluaran akan kembali ke kondisi awal yaitu 0000. Untuk clock
selanjutnya, proses diatas akan diulangi kembali.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa n-bit counter dapat diasumsikan
sebagai 2n kombinasi keluaran yang berbeda-beda. Sejak angka 0 harus
dialokasikan ke salah satu kombinasi ini, counter akan mampu
menghitung hingga 2n–1 sebelum hitungan diulang kembali. Bila suatu
counter terdiri atas 8 flip flop yang disusun seri, maka akan ada 28 = 256
kombinasi biner yang berbeda yang berarti angka antara 0 sampai
dengan 255.
Dengan mengubah sambungan memungkinkan untuk mereduksi
kapasitas hitungan misalnya sebuah counter 4 bit yang memiliki 16
variasi keluaran dapat dibuat menjadi hanya 10 variasi keluaran. Counter
akan menghitung o sampai 9 secara berulang ulang dan counter jenis ini
disebut counter BCD.
Sering pula counter tidak hanya untuk menghitung naik dari 0000 ke 0001
dan seterusnya melainkan dapat pula dipergunakan sebagai penghitung
turun dengan nilai awal adalah 1111 kemudian 1110 dan seterusnya
sampai 0000 kemudian kembali ke 1111, counter yang seperti ini disebut
counter down. Suatu counter akan berfungsi sebagai counter up atau
Komponen Elektronik
114
counter down dapat dipilih dengan sebuah kontrol untuk menentukan
arah hitungan.
Beberapa counter dapat dibuat dari berbagai macam variasi. Kriteria
penting suatu counter antara lain adalah :
-
Arah hitungan ( niak atau turun)
Kontrol clock (serentak atau tak serentak)
Kapasitas hitungan
Kode hitunan
Kecepatan menghitung
Kemampuan counter untuk diprogram, yang artinya hitungan mulai
berapa dapat diatur.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
115
BAB IV. PRINSIP DASAR SISTEM KENDALI
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Memahami prinsip dasar sistem kendali
ƒ Memahami sistem kendali open loop dan close loop
ƒ Merancang sistem kendali tipe P, PI, PD , dan PID
ƒ Membangun sistem kendali menggunakan OP-AMP dan Pnematik
4.1 Definisi
Untuk keperluan pengendalian, pengaturan dan supervisi dari
suatu peralatan teknik biasanya diperlukan alat pendeteksi berupa alat
ukur sinyal listrik, dimana pada awalnya sinyal ini biasanya mempunyai
besaran fisika yang bisa diukur sesuai dengan harga besarannya.
Besaran sinyal fisika ini kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh
sensor/detektor melalui pengukuran.
Sensor digunakan sebagai alat pendeteksi/pengukur sinyal bukan
listrik menjadi sinyal listrik yang dalam istilah teknik pengaturan sebagai
suatu blok pemberi sinyal harga terukur (measuring value signal). Blok ini
antara lain terdiri dari piranti absorbsi “absorber device”, piranti sensor
“sensing device”, dan elemen khusus yang diperlukan. Jadi pemberi
sinyal harga terukur adalah suatu blok piranti sensor dengan keluaran
sinyal listrik yang sudah terkalibrasi.
Pengendalian biasanya menggunakan sensor untuk mendeteksi /
mengukur keluaran yang akan dikembalikan sebagai umpan balik (feed
back) untuk dibandingkan dengan masukan selaku referensi atau titik
penyetelan (setting point). Sistem pengendalian ini disebut sebagai
system kendali lingkar tertutup (Closed Loop Control).
Pengendalian yang tidak memanfaatkan outputnya sebagai
umpan balik untuk dibandingkan dengan masukan selaku referensi,
disebut sebagai sistem kendali lingkar terbuka (Open Loop Control).
Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.1 proses yang
dikendalikan , Gambar 4.2 sistem kendali lingkar terbuka , Gambar 4.3
sistem kendali linkar tertutup .
Gambar 4.1 Proses yang dikendalikan
Prinsip Dasar Sistem Kendali
116
Gambar 4.2 Sistem kendali lingkar terbuka
Gambar 4.3 Sistem kendali lingkar tertutup
4.2 Perancangan Pengendali
Dalam perancangan pengendali perlu meninjau hubungan antara
output-input pengendali artinya termasuk derajat (orde) berapakah
persamaan diferensialnya. Demikian juga dalam memilih plant
diharapkan dapat menyesuaikan dengan pengendali yang dirancang.
Sebagai contoh untuk pengendali dengan persamaan diferensial
orde nol maka pengendali yang dirancang adalah tipe P (Proportional),
orde satu pengendali tipe PI (Proportional + Integral) dan untuk
pengendali dengan persamaan diferensial orde dua menggunakan
pengendali tipe PID (Proportional + Integral + Differential). Pengendali
secara teori berguna untuk mengendalikan plant mulai orde satu, orde
dua atau lebih.
Plant adalah adalah seperangkat peralatan terdiri dari beberapa bagian
mesin yang bekerja bersama-sama untuk melakukan operasi tertentu.
4.3 Tipe Pengendali
4.3.1 Pengendali Tipe-P (Proportional Controller)
Pengendali tipe-P adalah menyatakan hubungan antara sinyal
error dan sinyal kendali. Sehingga secara matematik dapat diberikan
persamaan :
Prinsip Dasar Sistem Kendali
117
U(t) = Kp.e(t)
Atau dalam bentuk fungsi alih (Transfer Function :”TF”) :
Dimana E(s) : Error signal; U(s) : Controller signal; Kp : Gain Over of
Proportional.
Sehingga secara diagram blok dapat dinyatakan :
R(s)
+
U(s)
Kp
Gambar 4.4 Diagram Blok Pengendali Tipe-P
4.3.2 Pengendali Tipe-I (Integral Controller)
Pengendali tipe-I (Integral Controller) adalah suatu pengendali yang
level output kendali U(t) diubah pada rate yang proporsional.
Karena :
du (t )
= Ki.e(t ) ; dan
dt
de
= s; dan
dt
U (t ) = Ki ∫ e(t )dt
1
∫ edt = s
dan e(t) = 1(s)
Secara fungsi alih dapat dinyatakan dengan formulasi :
U ( s) Ki
=
E ( s)
s
Secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :
Prinsip Dasar Sistem Kendali
R(s) +
118
E(s)
U(s)
Ki
s
-
Gambar 4.5 Diagram Blok Pengendali Tipe-I
4.3.3
Pengendali Tipe-PI (Proportional + Integral
Controller)
Pengendali ini menyatakan hubungan antara sinyal error dan sinyal
kendali, sehingga secara matematik dapat diberikan persamaan :
Dalam bentuk fungsi alih dapat diformulasikan :
U (t ) = Kp[e(t ) +
1
∫ e(t )dt ]
τi
Secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :
Kp(τi.s + 1)
U ( s)
1
= Kp(1 +
)=
τi.s
E ( s)
τi.s
R(s) +
E(s)
-
Kp( i.s+1)
U(s)
is
Gambar 4.6 Diagram Blok Pengendali Tipe-PI
Dimana τi : merupakan konstanta waktu untuk pengendali integral dan
Kp factor penguatan proporsional.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
119
4.3.4 Pengendali Tipe-PD (Proportional + Differential
Controller)
Merupakan pengendali yang menyatakan hubungan sinyal eeror dan
sinyal kendali, sehingga secara matematik dapat diformulasikan :
U (t ) = Kp.e(t ) + τ D
d
e(t )
dt
Dalam bentuk fungsi alih dapat dinyatakan :
U ( s)
= Kp(τ D .s + 1)
E ( s)
Sehingga secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :
R(s) +
E(s)
U(s)
Kp( D.s+1)
-
Gambar 4.7 Diagram Blok Pengendali Tipe-PD
Dimana τD :merupakan konstanta waktu Diferensial.
4.3.5 Pengendali Tipe-PID (Proportional + Integral +
Differential Controller)
Pengendali tipe PID pada dasarnya dibedakan menjadi : 2(dua)
macam yaitu :
⇒ Pengendali PID standart (Standart PID Controller)
⇒ Pengendali PID termodifikasi (Modified PID Controller)
Pengendali PID Standar
Hubungan antara sinyal error dan sinyal kendali dapat dinyatakan :
Prinsip Dasar Sistem Kendali
120
Dalam bentuk fungsi alih dapat diformulasikan :
U (t ) = Kp[e(t ) +
1
τi
∫ e(t )dt + τ D
d
e(t )]
dt
Kp(τ .τ .s 2 + τ .s + 1)
U ( s)
1
i D
i
= Kp(1 +
+ τ D s) =
τ i .s
τ i .s
E ( s)
Pengendali PID Termodifikasi (Modified PID Controller)
Hubungan sinyal error dan sinyal kendali dalam bentuk fungsi alih adalah
:
τDs
U ( s)
1
= Kp(1 +
+
)
E ( s)
τ i .s nτ D s + 1
Atau dinyatakan dalam bentuk persamaan lain :
U ( s) Kp[(n + 1)τ i .τ D .s 2 + (τ i + nτ D ) s + 1]
=
E ( s)
τ i .s(nτ D s + 1)
Secara diagram blok sistem dapat digambar sebagai berikut :
E(s)
Kp[(n + 1)τ i .τ D .s 2 + (τ i + nτ D ) s + 1]
τ i .s(nτ D s + 1)
U(s)
Gambar 4.8 Blok Diagram Transfer Function PID
4.4 Aplikasi Rangkaian Pengendali PID dengan OPAMP
Rangkaian pengendali PID dengan menggunakan komponen analog
OP-AMP dapat dibuat secara sederhanan yang dilengkapi dengan
analisis fungsi alih secara matematik.
Rangkaian pengendali PID ini berarti terdiri dari 3(tiga) buah rangkaian
dasar OP_AMP yaitu masing-masing : pengendali P, pengendali I dan
pengendali D.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
121
Rp
ep(t)
Rp
R
P
Proportional
Ci
RF
ei(t)
ei(t)
R
I
u(t)
Integral
P
Rd
ed(t)
Cd
Rdi
R
D
Differential
Gambar 4.9 Rangkaian Pengendali PID dengan menggunakan
OP-AMP
4.4.1 Analisis Pengendali PID terbuat dari OP-AMP
Dari gambar OP-AMP. Halaman 6 tersebut dapat ditentukan
persamaan :
U (t ) = −
RF
[ep(t ) + ei(t ) + ed (t )] = − Kp[ep(t ) + ei(t ) + ed (t )]
R
Karena :
E p (t ) = −
Rp
e(t ) = −e(t )
Rp
Prinsip Dasar Sistem Kendali
122
1
1
e (t ) = −
e(t ) = − ∫ e(t )dt
∫
i
Ri C i
τ
i
ed (t ) = − Rd C d
d
d
e(t ) = −τ D e(t )
dt
dt
Maka persamaan di atas menjadi :
U (t ) = − K p [−e(t ) −
U ( s) = K p [ E ( s) +
1
τi
∫ e(t )dt − τ D
d
e(t )]
dt
1
1
E ( s) + τ D sE ( s)] = K p [1 +
+ τ D s ]E ( s )
τis
τis
Sehingga persamaan Fungsi alih dari Pengendali PID tersebut adalah :
U ( s)
=
E ( s)
K p [1 +
1
+ τ D s ]E ( s )
τis
Kp[τ i τ D s 2 + τ i s + 1]
1
= K p [1 +
+ τ s] =
τis D
E (s)
τis
Prinsip Dasar Sistem Kendali
123
4.4.2 Metoda Perancangan Pengendali PID
Seperti diketahui umumnya sistem plant di industri menggunakan
pengendali sistem orde tinggi. Namun biasanya orde tinggi ini direduksi
menjadi orde satu atau orde dua. Untuk keperluan ini biasanya
pengendali PID banyak diimplementasikan di industri.
Beberapa metoda perancangan pengendali PID yaitu :
Pendekatan waktu
a. Berdasarkan analitik dengan spesifikasi Respon orde I dan
orde II.
b. Metoda Ziegler – Nichols.
c. Metoda Root Locus
Pendekatan Respon waktu :
a. Metoda analitik melalui Diagram Bode.
b. Metoda teknik
Diagram Bode.
Kompensator
Lead/Lag
melalui
Perancangan Adaptip.
Pada prinsipnya perancangan Pengendali PID adalah menentukan
nilai dari parameter : Kp; Ki atau τi dan KD atau τD , sehingga respon
sistem hasil desain sesuai dengan spesifikasi dan performansi yang
diinginkan.
Tahapan pekerjaan perancangan pengendali PID secara analitik antara
lain :
(1). Menentukan model matematik plant (model reduksi dalam bentuk
Orde satu atau Orde dua bila plant memiliki system Orde tinggi).
(2). Menentukan spesififikasi performansi :
-Settling time dan % error steady state untuk system Orde satu;
-Settling time dan % over-shoot serta % error steady state untuk
pendekatan respon system Orde dua.
(3). Merancang pengendali PID (tahapan akhir) yang meliputi :
-Pemilihan tipe pengendali (termasuk model plant dan tipe
pengendali);
-Menghitung nilai parameter.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
124
* CATATAN :
⇒ Bila model plant Orde 0, maka dipilih pengendali P, namun
pengendali P ini jarang digunakan karena terlalu sederhana dan
hanya memenuhi salah satu dari kualitas.
⇒ Bila model plant Orde I, maka dipilih pengendali PI dan bila model
plant Orde II dipilih Pengendali PID.
⇒ Bila pengendali PD juga jarang digunakan karena memerlukan
Tuning parameter yang presisi, memiliki respon yang sangat cepat
dan cenderung tidak stabil.
4.4.3 CONTOH PERANCANGAN PENGENDALI
Pengendali PI untuk Plant Orde I
Plant Orde I dikendalikan oleh pengendali PI, dengan input R(s)
dan output C(s) dengan membentuk sinyal umpan balik ke input R(s).
Maka sistem pengendali PI dan Plant orde I tersebut dapat digambar
secara diagram blok sebagai berikut :
R(s) +
E(s)
Kp( is+1)
U(s)
is
K
s+1
-
Gambar 4.10 Diagram Blok Pengendali PI Plant Orde 1
Fungsi alih dari gambar diagram blok tersebut adalah :
C ( s) = E (s)
Karena :
K p (τ i s + 1) K
.(
)
τis
τs + 1
C(s)
Prinsip Dasar Sistem Kendali
125
U (s) = E ( s)
K p (τ i s + 1)
τis
Dan
R( s) = E ( s) + C ( s) = E ( s) +
E ( s)[ K p K (τ i s + 1)]
τ i s(τs + 1)
Berarti :
C ( s)
=
R( s)
K
τs + 1
R(s)
U ( s ).
Maka fungsi alih pengendali PI dengan plant tersebut adalah :
KK p (τ i s + 1)
K
E ( s)[
]
τs + 1
τ i s(τs + 1)
τis
C ( s)
=
=
E ( s)[ K p K (τ i s + 1)]
KK p (τ i s + 1)
R( s)
E ( s) +
E ( s)[1 +
]
τ i s(τs + 1)
τ i s(τs + 1)
E ( s).
=
K p (τ i s + 1)
KK p (τ i s + 1)
τ i s (τs + 1)
.
.
τ i s (τs + 1)
τ i s (τs + 1) + KK p (τ i s + 1)
=
KK p (τ i s + 1)
τ i s(τs + 1) + KK p (τ i s + 1)
Dari persamaan ini dapat disimpulkan bahwa CLTF = C(s)/R(s)
mempunyai variasi yaitu :
-Bila τi = τ , hasil desain system adalah Orde I
-Bila τi ≠ τ , hasil desain system adalah Orde II.
-Desain Orde dari system tergantung pada pemilihan harga τi
(Integral Time Constan).
Prinsip Dasar Sistem Kendali
126
a). Untuk τi = τ , maka CLTF menjadi sebagai berikut :
C ( s)
KpK (τis + 1)
=
=
R( s) τis(τs + 1) + KpK (τis + 1)
KpK
(
τi
KpK
s) + 1
Atau dalam persamaan umum biasa dinyatakan :
C ( s)
1
= *
R( s) (τ s + 1)
Dimana τ * =
τi
merupakan spesifikasi desaian dengan gain
( Kp.K )
Kp.K =
τi
(τ * .K )
b). Untuk τi ≠ τ , maka CLTF menjadi sebagai berikut :
KpK (τ i s + 1)
KpK (τ i s + 1)
C ( s)
=
=
2
2
R( s) τ i τs + τ i s + KpKτ i s + KpK τ i τs + (1 + KpK )τ i s + K p K
(τ i s + 1)
C ( s)
=
R( s) τ i τ 2 (1 + K p K )τ i
s +1
s +
Kp.K
KpK
Atau dalam persamaan umum dapat dinyatakan :
C ( s)
(τ i s + 1)
=
1 2 2ζ
R( s)
s +
s +1
2
ϖn
Dimana
1
ϖn2
=
τ iτ
K pK
dan
ϖn
2ζ
ϖn
=
(1 + K p K )τ i
K pK
Prinsip Dasar Sistem Kendali
127
Kesimpulan Orde I
a. Hasil desain sistem Orde I adalah paling disukai dalam
praktek, karena tidak memiliki “Over-shoot”, Zero Off-set (%
Ess=0%) dengan “time constan” yang baru τ*.
Jadi plant Orde I dengan pengendali PI, bila dipilih τi= τ ,
system hasil desain adalah sistem Orde I dengan time
constan τ* dan Zero Off-set.
b. Hasil desain sistem Orde II dengan delay dan Zero Off-set.
Parameter sistem hasi desain antara lain : frekuensi natural
(ωn); koefisien redaman (ξ) dan factor delay (τi)
Jadi plant Orde I dengan pengendali PI bila τi ≠ τ , sistem
hasil desain adalah Orde II, Zero Off-set dengan parameter
system ωn , ξ, dan τi.
4.4.4 Pnematik
Istilah “pnema” berasal dari istilah yunani kuno, yang berarti
nafas atau tiupan. Pnematik adalah ilmu yang mempelajari gerakan atau
perpindahan udara dan gejala atau penomena udara.
Ciri-ciri perangkat system pnematik:
• Sistem pengempaan, udara dihisap dari atmosphere dan kemudian
dikompresi.
• Udara hasil kempaan, suhunya harus didinginkan
• Ekspansi udara diperbolehkan, dan melakukan kerja ketika
diperlukan.
• Udara hasil ekspansi kemudian dibuang lagi ke atmosphere.
4.4.4.1 Simbol-simbol
Biasanya pada suatu komponen pnematik selalu tertera symbol
daripada komponen tersebut. Pada setiap alat pnematik selalu terdapat
simbol disebelah kanan bawah daripada gambar bagian.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
128
Tabel 4.1 Simbol-simbol pnematik
4.4.4.2 Rangkaian Logika
Rangkaian logika pnematik adalah rangkaian yang sangat
kompleks, karena dikendalikan lebih dari sebuah katup, dalam hubungan
seri (rangkaian AND) atau dalam hubungan parallel (rangkaian OR ).
Prinsip Dasar Sistem Kendali
129
4.4.4.2.1 Rangkaian AND
Sebuah rangkaian AND terdiri dari dua katup yang dihubungkan
seri. Pada Gambar 5.51 memperlihatkan dua buah katup 3/2 way (A dan
B) akan tertekan ketika piston silinder penggerak tunggal memukul ke
luar. Katu B akan kehilangan tekanan ketika katup A terbuka. Katup B
mengontrol tekanan silinder penggerak tunggal.
Gambar 4.11 Rangkaian AND-dua buah katup dihubungkan seri
4.4.4.2.2 Rangkaian OR
Sebuah rangkaian OR terdiri dari dua buah katup yang
dihubungkan parallel. Pada Gambar 4.12 memperlihatkan dua buah
katup 3/2 way (A dan B) mempunyai sebuah sumber tekanan, jika salah
satu tertekan, udara akan mengalir ke dalam silinder penggerak tunggal,
dan menyebabkan piston memukul keluar. Katup bola mengatur udara ke
silinder dan mencegah aliran udara keluar langsung ke pembuangan,
katup menjadi tidak aktif.
Prinsip Dasar Sistem Kendali
130
Gambar 4.12 Rangkaian OR-dua buah katup dihubungkan paralel
4.4.4.3 Contoh Soal
Gaya yang keluar dari silinder dapat dihitung dengan formula:
Gaya (F) = tekanan (p) x luas (A)
Gaya (F)
satuannya Newtons (N)
tekanan (p)
satuannya Newtons/mm² (N/mm² ).
luas (A)
satuannya mm²
contoh, sebuah piston mempunyai radius 20mm, dan tekanan di dalam
silinder 4 bar maka :
tekanan 4 bar = 4/10 = 0,4 N/mm²
luas permukaan piston adalah :
3.14 x 20 x 20 = 1256mm²
Sehingga gaya (F) yang keluar dari silinder =0.4 x 1256 = 502.4N
Prinsip Dasar Sistem Kendali
131
4.4.4.4 Pengendali Pnematik
Pada Gambar 4.13 memperlihatkan pnematik diimplementasikan
sebagai pengendali jenis proporsional. Dari setiap perubahan sekecil
apapun pada Gambar 4.13, dapat dibuatkan diagram blok pengendalinya
seperti diperlihatkan pada Gambar 4.14.
Gambar 4.13 Pengendali proporsional pnematik
Gambar 4.14 Diagram blok pengendali
Elektronika Daya
132
BAB V. ELEKTRONIKA DAYA
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ
Memahami prinsip kerja komponen elektronika daya
ƒ
Memahami komponen elektronika daya dan penerapannya dalam
sistem kendali
ƒ
Merangkai komponen elektronika daya sebagai sistem kendali
5.1
Sejarah ELektronika Daya
Bermula diperkenalkan penyearah busr mercuri 1900, metal tank,
grid-cotrolled vacum tube, ignitron, phanotron dan thyratron semua ini
untuk kontrol daya hingga tahun 1950. Tahun 1948 ditemukan transistor
silikon , kemudian tahun 1956 ditemukan transistor pnpn triggering yang
disebut dengan thyristor atau silicon controlled rectifier. Tahun 1958
dikembangkan thyristor komersial oleh general electric company.
Sehingga sampai sekarang pengembangannya baik komponennya
maupun aplikasinya sangat pesat.
5.2
Pengertian dan Prinsip Kerja
Alasan energi (daya) elektrik perlu dikonversikan adalah:
ƒ
ƒ
Hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien atau tidak
bisa bekerja pada sumber energi (daya) elektrik yang tersedia.
Banyak pembangkit energi (daya) elektrik nonkonvensional
mempunyai bentuk yang tidak kompatibel dengan sumber energi
(daya) elektrik lainnya.
Selama produksi, jaringan dan distribusi energi listrik yang
digunakan secara umum baik tegangan satu fase dan tiga fase dapat
konstan dan frekwensinya bisa stabil (50Hz atau 60Hz) dan tidak perlu
adanya konversi bentuk tegangan, maka peralatan yang membutuhkan
arus listrik tidak perlu membutuhkan tambahan system untuk penstabilan
atau perubahan.
Penggunaan arus listrik pada peralatan industri banyak sekali yang harus
dikendalikan, misalkan kecepatan putaran motor dapat diatur atau yang
lainnya, maka perlu ada beberapa variable yang harus diatur (Tegangan
atau Frekwensi) dan perubahan bentuk tegangan (konversi). Hal ini
berlaku untuk tegangan satu atau tiga fase dan tegangan searah DC.
133
Elektronika Daya
Gambar 5.1 Hubungan antara elektronika daya
terhadap daya, elektronik dan kontrol
Tugas dari elektronika daya adalah merubah bentuk sumber
energi listrik yang ada ke bentuk energi listrik yang diinginkan yang
disesuaikan dengan beban yang dipergunakan.
Penyearah
AC
Chopper
DC
Chopper
AC
Chopper
Inverter
Gambar 5.2 Perubahan bentuk sumber energi listrik
Elektronika Daya
134
Perbedaan dan perubahan energi listrik antara sistem tiga, satu fase arus
bolak balik dan arus searah telah diatur dan diformulasikan pada DIN
41750.
a.
b.
c.
d.
e.
Konverter AC ke DC (1 →2) Penyearah terkontrol
Konverter DC ke DC (2 ↔3). DC Chopper
Konverter DC ke AC (3 →4). Inverter
Konverter AC ke AC (4 ↔1). Kontroler tegangan AC (AC Chopper)
Konverter AC ke AC (4↔1). Kontroler tegangan AC (AC Chopper)
Gambar 5.3 Contoh aplikasi untuk elektronika daya
Teknik Penggerak
ƒ Pemberian sumber tegangan pada mesin motor tiga fase yang
variabelnya adalah tegangan dan frekwensi sehingga torsi dan
kecepatannya dapat diatur. (Contohnya motor listrik di kereta listrik,
motor pengatur posisi).
ƒ Pemberian sumber tegangan pada motor DC dengan variabel
tegangan pada ankernya dan lilitan. (Contohnya Motor pada kereta
listrik).
Sumber Tegangan
ƒ Catu daya ( Contoh pada Personal Komputer)
135
Elektronika Daya
Kebutuhan Rumah
ƒ Pengatur terang redupnya lampu penerangan (Contoh dimmer
ruang lampu dekorasi)
Kendaraan berat
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Pengapian elektronik
Pembangkit pulsa untuk pengerak servo
Penggerak stater generator
Konverter dari 12 Volt ke 24 Volt DC
Pengerak power string pada kemudi
Transmisi automatik
Sekarang setiap peralatan listrik modern dan mesin modern yang
menggunakan sumber listrik baik AC maupun DC selalu memerlukan
elektronika daya untuk pengoperasiannya.
Dasar membangun Peralatan Elektronika Daya
Peralatan yang ada elektronika dayanya dapat digambarkan
secara umum ada tiga blok penting yaitu pada gambar dibawah
Besaran
Pengendali
Bagian
Informasi
Bagian
Pengendali
Bagian
Daya
Aliran
Energi
Gambar 5.4 Blok diagram dasar elektronika daya
Bagian Daya
Pada bagian daya berinteferensi langsung dengan aliran daya
pada sumber elektrik. Bagian ini terbuat dari sebuah rangkaian spesial
yang dapat sebagai penyearah, penyimpanan energi (C, L), Pengaman
dan filter).
Bagian Pengendali
Bagian pengendali melakukan pengendali signal yang akan
diumpankan pada bagian daya. Selah satu contohnya isi dari blok ini
adalah signal penguat depan, pembalik potensial dan pemantau
kesalahan.
136
Elektronika Daya
Bagian Informasi
Sering sekali bagian Daya dan bagian Pengendali dilengkapi dengan
bagian informasi, sehingga menjadi sebuah sistem pengendali dan
pengaturan (open loop control dan close loop control) salah satu contoh
pengaturan kecepatan motor listrik. Nilai besaran hasil koreksi eror
langsung diumpankan ke bagian pengendali.
5.3
Komponen Elektronika Daya
Dari kerugian daya pada dasarnya diperbolehkan terjadi sebagian
kecil terjadi pada semikonduktor pada saat posisi menahan arus listrik
(off), komponen daya ini pada saat posisi mengalirkan arus listrik (on)
langsung dengan aliran energi yang besar. Prinsip dasarnya seperti
saklar mekanik. Pada dasarnya komponen hanya boleh secara ideal
mengalirkan arus (U=0) dan pada saat menahan arus ideal (I=0).
Setiap kondisi kerja mengalirkan atau menahan dengan tegangan dan
arus yang tinggi, maka timbul gangguan panas pada komponen, yang
besarnya kerugian energi adalah (P= U * I ≠0).
Saklar elektronik yang dilakukan oleh komponen elektronika daya secara
nyata terdiri dari tiga tipe yaitu:
5.3.1 Satu Katup yang tidak dapat dikendalikan
(Dioda)
Dioda
Fungsi (Ideal)
- „ Membuka“ : iAK >0, uAK =0
- „ Menutup“ : iAK =0, uAK <0
Simbol
Gambar 5.5 Simbol Dioda
137
Elektronika Daya
Data batas (Contoh)
URRM = 5000V,
IN = 4000A fmax=50 Hz
URRM = 2000V,
IN = 200A fmax=50 Hz
5.3.2 Pensaklaran Elektronik melalui sebuah Katup
Tipe komponen ini dapat disaklarkan hanya sambung dengan
mengendalikan elektroda katupnya (gate). Dia akan tetap menghantarkan
arus dari Anoda ke Katoda, jika arus pada katupnya diturunkan sampai
nol, maka aliran arus berhenti. Komponen tersebut adalah :
Gambar 5.6 Simbol pensaklaran sebuah katup
Thyristor
Fungsi secara ideal:
- „Terhubung“ arus akan mengalir dari anoda ke katoda melalui
pengendalian arus iG>0 pada kondisi uAK>0.
- „ Tertahan“ sumber arus tetap mengalir dari anoda ke katoda jika iG=0
dan selama iA>0.
- „ Terputus“ tidak ada arus yang mengalir dari anoda ke katoda, hal ini
akan terjadi, jika diset iG=0 dan iA=0. Sehingga arus dari anoda ke
katoda terputus iA=0.
Terputus arus yang mengalir dari anoda ke katoda melalui pengendalian
arus iG<0 iA>0 adalah tidak mungkin terjadi.
138
Elektronika Daya
Gambar 5.7 Simbol Thyristor
Sifat-sifat (ideal):
-
Pada saat menghantar : uAK = 0 ; iA>0
Pada saat menutup : iA=0
Data batas (Contoh)
UDRM = 8200V,
IN = 2400A fmax=50 Hz
UDRM = 2500V,
IN = 2000A fmax=1,2 kHz
Triac
Thyristor atau SCR TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan
DIAC, hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal
gate). Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan
main terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC,
maka TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR
yang hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal
katoda). Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki,
dua diantaranya terminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal
Gate (G) : Gambar dibawah memperlihatkan struktur dalam pada TRIAC
: Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya
TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC
digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai
kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis
TRIAC, Low-Current dan Medium-Current.
139
Elektronika Daya
Data batas (Contoh)
UDRM = 800V, IN = 8A
fmax=50 Hz
UDRM = 1000V,
IN = 40A
fmax=50 Hz
Gambar 5.8 Simbol Triac
5.3.3 Pensaklaran Elektronik
melalui sebuah Katup.
Hubung
dan
Putus
Tipe komponen ini adalah pengendalian elektrodenya dapat
menghantarkan dan menyetop arus yang mengalir.
Sebagai bukti: kedua pengendalian ini dapat dilihat dari bentuk
simbolnya.
Gambar 5.9 Simbol pensaklaran dua katup
Komponen komponen tersebut yaitu:
Power MOSFET (n- Kanal)
Fungsinya (ideal):
-
Pada saat menghantar:
uGS>0 →iD>0, uDS=0
140
Elektronika Daya
-
Pada saat menutup:
uGS<0 →iD=0
Gambar 5.10 Simbol Power Mosfet (n-Kanal)
Data batas (Contoh):
uDS max = 1000V, iDN =30A , fmax =100kHz
uDS max = 200V, iDN =100A , fmax =50kHz
IGBT
Fungsinya (ideal):
-
Pada saat menghantar:
uGE>0 →iC>0, uCE=0
-
Pada saat menutup:
uGE<0 →iC=0
Data batas (Contoh):
UCE max = 1700V, iCN =440A , fmax =20kHz
141
Elektronika Daya
Gambar 5.11 Simbol IGBT
Transistor Daya Bipolar (BJT)
Fungsinya (ideal):
-
Pada saat menghantar:
iB>0 →iC>0, uCE=0
-
Pada saat menutup:
iB=0 →iC=0
Data batas (Contoh):
UCE max = 1400V, iCN =1000A , fmax =5kHz
UCE max = 1000V, iCN =100A , fmax =50kHz
Gambar 5.12 Simbol Transistor Daya Bipolar (BJT)
GTO- Thyristor
Fungsinya (ideal):
Elektronika Daya
-
Pada saat menghantar:
IG>0 →iA>0, uAK=0
-
Pada saat menutup:
IG=0 →iA=0
142
Data batas (Contoh):
UAK max = 4500V, iN =4000A , fmax =1..2kHz
UAK max = 6500V, iN =1500A , fmax =1..2kHz
Komponen ini jika dibandingkan dengan IGBT dan MOSFET
untuk dayanya jelas lebih tinggi hanya frekwensi kerjanya sedikit lebih
rendah. Komponen ini dipergunakan pada rangkaian kereta api listrik dan
penggerak mesin motor yang besar.
5.3.4 Perbandingan kinerja dari MOSFET, IGBT dan
BJT.
Transistor IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) adalah piranti
semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah transistor bipolar
(BJT) dan sebuah transistor efek medan (MOSFET) Input dari IGBT
adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari
MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus
drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena
besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal input IGBT hanya
akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain
sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat
BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen
tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah
sakelar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di
pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang
dikendalikannya. Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya
(power electronics) dewasa ini adalah sakelar zat padat (solid-state
switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti
transistor bipolar (BJT), transistor efek medan (MOSFET), maupun
Thyristor. Sebuah sakelar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan
mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
Elektronika Daya
143
1). Pada saat keadaan tidak menghantar (OFF), sakelar mempunyai
tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata
lain, nilai arus bocor struktur sakelar sangat kecil
2). Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (ON), sakelar
mempunyai tahanan menghantar (R_on) yang sekecil mungkin. Ini akan
membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga
sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power
dissipation) yang terjadi, dan
3). Kecepatan pensakelaran (switching speed) yang tinggi.
Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua
jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan
semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor
yang sangat kecil. Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET,
karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada
keadaan menghantar (ON) dapat dibuat sekecil mungkin dengan
membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).
Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching,
MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai devices yang bekerja
berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada
MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas
pada saat proses pensakelaran, yang cenderung memperlamnat proses
pensakelaran tersebut. Sejak tahun 1980-an telah muncul jenis devices
baru sebagai komponen sakelar untuk aplikasi elektronika daya yang
disebut sebagai Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Sesuai dengan
yang tercermin dari namanya, devices baru ini merupakan devices yang
menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor
tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai
sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis
transistor tersebut. Terminal gate dari IGBT, sebagai terminal kendali
juga mempunyai struktur bahan penyekat (insulator) sebagaimana pada
MOSFET. Dengan demikian, terminal masukan IGBT mempunyai nilai
impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian
pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan
menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali (controller) dan
penggerak (driver) dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensakelaran
IGBT juga lebih tinggi dibandingkan divais BJT, meskipun lebih rendah
dari divais MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT
mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitter)
BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai tahanan
menghantar (R_on) dari IGBT sangat kecil, menyerupai R_on pada BJT.
144
Elektronika Daya
Dengan demikian bilai tegangan jatuh serta resapan dayanya pada saat
keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan
sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan amper,
tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk
aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).
5.3.5 Bentuk Komponen
Sekarang semikonduktor dengan daya yang tinggi mempunyai
bentuk yang standart. Bagi komponen yang daya tinggi sekali selalu
mempunyai pendingin Untuk mentransfer disipasi panasnya sehingga
tidak banyak kerugian daya.Contoh bentuknya dapat dilihat pada Gambar
5.13.
Gambar 5.13 Bentuk komponen elektronika daya
Ada yang telah dibuat beberapa komponen yang berbentuk modul yang
sudah tersambung satu sama lainnya, ada yang dua komponen ada yang
lebih, sebagai contohnya:
Gambar 5.14 Bentuk komponen elektronika daya berbentuk modul
145
Elektronika Daya
Untuk komponen yang sebagai pemicu untuk mengendalikan
elektrodenya atau gatenya telah tersedia, yang kadang ada yang
sekaligus dua kanal untuk mentrigernya. Contoh bentuknya dapat dilihat
pada gambar 5.15.
Gambar 5.15 Komponen pemicu elektroda atau gate
5.4
Contoh Rangkaian Elektronika Daya
5.4.1 Konverter AC ke AC dengan Pengendalian
pemotongan Fase
Gambar 5.16 Blok diagram converter AC ke AC
Sumber arus balak balik yang sebagai sumber yaitu tegangan dan
frekwensinya harus konstan dan yang terpakai pada tegangan beban
dapat dirubah antara 0 ≤ URL ≤ US. Tingginya tegangan pada beban dapat
diatur dengan tegangan kedali.
Contoh Pemakaian:
Dimmer, yaitu pengaturan terang gelapnya lamp
Mengendalikan kecepatan motor universal yang daya kecil.
146
Elektronika Daya
Pengendalian
Arus bolak balik
Alat
kendali
Gambar 5.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC
Catatan:
Pada daya yang kecil dapat diganti pada dua Thyristor diganti dengan
Triac.
Tegangan sumber uS dapat dihantarkan pada kedua katup 1 dan
katup 2. Untuk katup 1 mengalirkan arus positip dan katup 2 mengalirkan
arus negative ke beban iRL.
Harga tegangan efektif pada beban dapat dirubah melalui pengaturan
tegangan pada katup 1 dan katup 2 dengan cara setiap setengah
gelombang ada penundaan.
Hasil penundaan waktu yang dapat dikatakan sudut gelombangnya yang
terpotong, maka sering juga disebut penundaan sudut α (0 ≤α ≤ π),
pengendalian ini disebut pengendalian fase, kerena simetris antara
gelombang positif dan negatifnya (α1 = α2).
Untuk tegangan keluaran pada beban akan maksimal uRL= uS jika diatur
sudut α1= α2 = 0.
Gambar 5.18 Penundaan waktu pada tegangan uS dan uRL
Dua thyristor atau Triac harus ditriger setelah zero crossing agar
tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja Triac ketika
ada arus gate.
Elektronika Daya
147
5.4.2 Penyearah dengan Pengendalian pemotongan
Fase
Gambar 5.19 Blok diagram converter AC ke DC (Penyearah)
Berdasarkan semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan
keluarannya, penyearah satu atau tiga-fasa dapat diklasifikasikan
menjadi :
• Penyerah tak terkendali.
• Penyearah terkendali.
Umumnya semikonduktor penyearah terkendali menggunakan
bahan semikonduktor berupa thyristor, atau menggunakan thyristor dan
dioda secara bersamaan.
Berdasarkan bahan semikonduktar yang digunakan dan sistem
kendalinya penyearah satu atau tiga-fasa terkendali umumnya dapat
dibedakan menjadi :
• Half wave Rectifiers
• Full wave Rectifiers-Full Controller
• Full wave Rectifiers-Semi Controller
Hal-hal yang menjadi masalah dalam teknik penyerahan antara
lain adalah trafo penyearahan, gangguan-gangguan tegangan lebih atau
arus lebih yang membahayakan dioda / thyristor, keperluan daya buta
untuk beban penyearahan, harmonisa yang timbul akibat gelombang non
sinus serta sirkit elektronik pengatur penyalaan
Kebutuhan arus searah dapat dibangun dengan sumber arus tiga
fase yang nantinya akan dihasilkan tegangan Ud searah yang lebih baik
juga arusnya Id.
Besarnya tegangan searah
tergantung dari besarnya tegangan
pengendali uST untuk mendapatkan besaran antara 0 ≤ Ud ≤ Udmax..
Pengendalian ini dilakukan pada katup dari thyristor.
Contoh Pemakaian:
Dalam aplikasinya, sirkit-sirkit penyearahan biasanya dilengkapi dengan
sirkit. pengatur tambahan seperti pengatur tegangan pembatas arus danlain-lain sesuai dengan jenis pemakaiannya.
148
Elektronika Daya
Bidang gerak teknik penyearahan meliputi sistem-sistem pengatur
putaran mesin DC pada mesin cetak kertas, tekstil, mesin las DC, pengisi
baterai,sampai pada pengatur tegangan konstan generator sinkron
(AVR). Pemberian sumber tegangan pada Motor DC dengan jala jala 3
fase dan thyristor.
Gambar 5.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali (M3C)
Akibat dari penyulutan pada katup 1, 2 dan 3 dapat dihasilkan
tegangan searah dari tegangan antar fase dengan netral uS1, uS2 dan uS3
dari sumber arus listrik 3 fase. Keinginan dari harga aritmatik tegangan
keluaran Ud mudah sekali untuk tercapai dengan pengendalian
penundaan sudut. Tegangan keluaran pada penyearah memungkinkan
mendapatkan tegangan yang maksimal jika sudut penyulutan α = 0.
Gambar 5.21 Penyulutan sudut 0o
Penundaan penyulutan pada Thyristor (α >
menurunkan tegangan searah pada keluaraannya.
0)
Gambar 5.22 Penyulutan sudut 30o
mengakibatkan
149
Elektronika Daya
Pada penyulutan dengan sudut α =90o besar tegangan searah yang
dihasilkan adalah nol (Ud= 0 V).
Gambar 5.23 Penyulutan sudut 90o
Energi yang dikirim pada tegangan keluaran dapat berubah kutupnya, jika
besarnya sudut penyulutan melebihi 90o ( Ud<0 dan Id>0)
Gambar 5.24 Penyulutan sudut 120o
Hasil besar tegangan pada outputnya akan minus terhadap titik nol, jika
penyulutan sudutnya melebihi >90o.
Sering dalam aplikasi sumber arus mengunakan system perubahan
polaritas, suatu contoh pada mesin motor DC yang putarannya dibuat
suatu saat kekanan atau kekiri. Maka rangkaian dasarnya adalah
sebagai berikut:
Gambar 5.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali (M6C)
Elektronika Daya
150
Ada sebuah bentuk lagi yang menghasilkan tegangan outputnya
ganda, yang berarti tidak hanya pulsa positifnya saja yang disearahkan
tetapi juga yang pulsa negatif, sehingga hasil tegangan outputnya lebih
besar dan tegangan ripplenya lebih kecil. Bentuk ini sering disebut
penyearah terkontrol jembatan tiga fase
Gambar 5.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali (B6C)
5.4.3 Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter)
Tipe peralihan dari tegangan DC ke DC atau dikenal juga dengan
sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan
keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada
beban.
Gambar 5.27 Blok diagram konverter DC ke DC (DC Chopper)
Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber
daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada
dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah
dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi
keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang
digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain
adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor,
MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari
DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang
dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan
dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.
Elektronika Daya
151
Prinsip dasar Pengubah DC-DC Tipe Peralihan
Untuk lebih memahami keuntungan dari tipe peralihan, kita lihat
kembali prinsip pengubahan daya DC-DC seperti terlihat pada contoh
gambar dibawah:
Gambar 5.28 Rangkaian Konverter DC ke DC (DC Chopper)
Pada Gambar 5.28 rangkaian ada sebuah katup V yang mengalirkan dan
menyumbat arus yang mengalir, sehingga mempengaruhi besar
tegangan pada beban.
1. Katup V menutup, kondisinya arus mengalir :
uv = Uo
Diode DF menutup tidak ada arus yang lewat karena katoda lebih positif
dari pada anoda, tetapi arus iv mengalir naik ke beban dengan konstanta
waktu T =
adalah:
L
. Sehingga arus maksimum yang terjadi secara exponensial
R
U
ivmak = 0
R
Gambar 5.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup
2. Katup V membuka, kondisi arus tertahan
Setelah katup dibuka, arus mengalir iv dari pembuangan dari induktor,
sehingga ada komutasi arus dari anoda ke katoda (Dioda DF)
uv= 0
Gambar 5.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka
152
Elektronika Daya
Arus pada beban iv dihasilkan secara exponensial adalah nol.
Dalam satu periode terjadi tutup bukanya sebuah katup seperti saklar,
pada beban terjadi potensial tegangan Uv dan memungkin arus yang
mengalir iv pada beban. Dari terjadi perubahan tutup dan buka ada
perbedaan arus terhadap waktu ∆ iv. Sehingga divisualisasikan dengan
bentuk gelombang kotak (pulsa), dengan notasi frekwensi fp atau dirubah
dengan fungsi waktu Tp. Sedangkan untuk periode positif adalah Tg dan
periode pulsa negatif To. Sehingga tegangan output persamaannya dapat
dituliskan sebagai berikut:
Uv =
Tg
Tg + To
•Uo =
Tg
Tp
• U o atau
Tg
T
Uv
=
= g
U o Tg + To T p
Salah satu contoh gambar dibawah adalah bentuk gelombang pada
tegangan dan arus pada beban terhadap waktu dengan Tg=0,75 Tp
Gambar 5.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban
Untuk signal kendali ada beberapa cara memodulasi signalnya yaitu:
ƒ Pulse wave modulation (PWM)
Tp konstan, Tg variable
153
Elektronika Daya
Sangat lebar jarak pulsa, contoh :
ƒ
ƒ
1
= f PWM = 16kHz
Tp
Pengendali Pulsa
Tg atau To konstan, Tp variable (jarang digunakan)
Dua titik Pengaturan
∆i konstan, Tp variabel, sistem ini sering dipakai pada pengaturan
5.4.4 Pengubah daya DC ke AC satu Fase (Konverter
DC ke AC)
Dengan beban tahanan murni atau induktif sebuah konverter harus
menghasilkan tegangan output dan frekwensi yang konstan
Gambar 5.32 Blok diagram konverter DC ke AC
Salah satu aplikasinya adalah pada elektro lokomotip yang modern atau
pengendalian Mesin Motor.
Gambar 5.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan model
jembatan
Dari rangkaian diatas ada empat thyristor mempunyai masing-masing
satu katup V1, V2, V3 dan V4. Setiap katup dapat dikendalikan buka
tutupnya. Sehingga didapatkan tiga macam besarnya tegangan keluaran
antara lain:
154
Elektronika Daya
1. V1 dan V2 menghantar, V3 dan V4 menutup
uv = U o
Arus pada beban iv naik ekponensial dengan konstanta waktu T =
dan hasilnya adalah
L
R
Uo
R
Gambar 5.34 Katup V1 dan V2 menghantar dan V3 dan V4 menutup
2. V3 dan V4 menghantar, V1 dan V2 menutup
uv = −U o
Arus pada beban naik eksponensial tetapi dengan polaritas negatif
adalah −
Uo
R
Gambar 5.35 Katup V3 dan V4 menghantar dan V1 dan V2 menutup
3. V1 dan V3 menghantar, V2 dan V4 menutup
uv = 0
Arus pada beban mempunyai nilai nol.
Gambar 5.36 Katup V1 dan V3 menghantar dan V2 dan V4 menutup
4. V2 dan V4 menghantar dan V1 dan V3 menutup
uv = 0
Identis dengan pada nomer 3
155
Elektronika Daya
Jika langkah 1, 2, 3 dan 4 bergantian dan dengan kendali pulsa pada
katupnya, maka akan terjadi pada beban sebuah tegangan dan
mempunyai kontanta waktu T =
L
. Dibawah ini salah satu contoh hasil
R
tegangan keluaran uv dengan kendali PWM.
Gambar 5.37 Bentuk tegangan keluaran
Pada sistem konverter DC ke AC yang menghasilkan tegangan tiga fase,
prinsipnya sama dengan satu fase langkah prosesnya, tetapi terdiri tiga
kolompok kombinasi katup pada thyristor. Bisa dilihat pada gambar
dibawah ini.
Gambar 5.38 Rangkaian DC ke AC tiga fase
156
Elektronika Daya
5.4.5 Pengubah daya AC ke AC (Konverter AC ke AC)
Pada sistim pengubah ini merupakan gabungan dari pengubah
daya dari AC ke DC (penyearah) dan Pengubah daya dari DC ke AC.
Sehingga dapat digambarkan seperti dibawah ini:
Gambar 5.39 Blok diagram konverter AC ke AC
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
157
VI. MIKROPROSESOR Z-80 DAN MIKROKONTROLER
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Memahami instruksi pemrograman mikroprosesor Z-80
ƒ Memahami arsitektur mikroprosesor Z-80
ƒ Memahami prinsip kerja mikroprosesor z-80
ƒ Membuat struktogram dan pemrograman untuk sistem kendali
6.1 Mikroprosesor Z-80
Pada dasarnya mikroprosesor adalah terdiri tiga bagian pokok
yang saling bekerja sama antara yang satu bagian pokok yang saling
bekerja sama antara yang satu dengan yang lainnya.
6.1.1 Pengontrol
6.1.1.1 Register Perintah
Register perintah diisi langsung dari bus data sistem melalui bus
data internal. Pada informasi 8 bit yang dibawah ke register ini adalah
selalu menunjukkan suatu kode operasi dari sebuah perintah.
6.1.1.2. Pendekoder Perintah
Masing-masing bit dalam register perintah di uji / di periksa
keadaan tegangannya ( H atau L ) oleh pendekoder perintah . Dengan
demikian hal tersebut dapat dipastikan bahwa informasi yang disimpan
dalam register perintah adalah merupakan suatu kode operasi tertentu.
6.1.1.3. Pengontrol Waktu dan Aliran ( Pengontrol Waktu dan Aliran )
Unit ini berfungsi mengkoordinasikan antara jalannya sinyal di
dalam dan di luar mikroprossesor dengan waktu. Unit pengontrol ini
menyimpan informasi internal mikroprossesor yang berasal dari
pendekoder perintah dan dari luar unit sistem. Sinyal yang di terima dari
luar adalah sinyal detak
( clock ), sinyal control ( WR,RD ) dan sinyal
penawaran ( Riset, int ) pengontrol waktu dan logik memberikan informasi
balik pada unit sistem seperti sinyal tulis diberikan ke unit sistem
menunjukkan bahwa pada unit ini akan di tulis sebuah data.
Keseluruhan dari sinyal masuk dan keluar pada unit pengontrol waktu
dan logika ini disebut bus kontrol.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
158
6.1.2 Penyimpan
Prinsip dari mekanisme penyimpan dari sebuah mikroprossesor
Multiplexer
A
F
B
C
D
E
H
L
Penghitung perintah ( PC )
Penunjuk Stack (Stack Printer)
Penyimpan sinyal alamat
Mekanisme Penyimpan dari Z 80 dibagi dalam 6 kelompok fungsi
6.1.2.1 Multi plexer / Pemilih Register
Melalui multiplexer 1 pemilih register, lokasi memori dalam blok
register yang dipilih dapat di tulis atau di baca.
6.1.2.2 Register Sementara A - F
Hal ini mengenai dua register 8 bit , yang dapat dipakai sebagai
register tunggal ( 8 bit ) atau dipakai sebagai register pasangan ( 16 bit)
untuk proses internal Mikroprossesor.
Register A - F adalah sama dengan penghitung data dari penghitung
sederhana. Dengan kata lain, dalam register A - F , sebagai contoh :
bagian alamat 16 bit dari sebuah perintah disimpan untuk sementara.
6.1.2.3 Register pasangan BC, DE, HL
Register ini dalam program dipakai sebagai register tunggal atau
sebagai register pasangan. Bila dipakai sebagai register tunggal maka
dia dapat dipakai sebagai penyimpan 8 bit . Bila dipakai sebagai register
pasangan, dia dapat menyimpan 16 bit , sebagai contoh alamat lokasi
memori 16 bit. Dalam mikroprosessor tersedia perintah khusus untuk
register 16 bit ini.
6.1.2.4. Penghitung Perintah
Dalam penghitung perintah terdiri dari alamat masing - masing data
yang dibaca sebagai alamat penyimpan program berikutnya. Data yang
disimpan dalam penyimpan program selalu adalah kode operasi ( up code ) , perintah dan data ( sebagai contoh bagian alamatnya )
Penghitung perintah mempunyai tugas untuk selalu meletakkan
mikroprosessor pada posisinya yang benar pada jalannya program.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
159
6.1.3 Operasi
Prinsip Mekanisme Operasi sebuah Mikroprosessor Z 80 dibagi
dalam 5 klompok fungsi :
6.1.3.1 Unit Aritmatik Logika
ALU melaksanakan semua operasi aritmatik dan logika
6.1.3.2 Register Sementara ( Register Operan )
Register sementara berfungsi sebagai penyimpan data sementara.
6.1.3.3 Akkumulator
Operasi Aritmatik dan Logik selalu dijalankan dengan operanoperan pertama disimpan sementara dalam akkumulator operan ke dua
disimpan sementara dalam penyimpan sementara ( register sementara )
Kedua operan dijalankan pada operasi yang ada di akkumulator. ALU
mengisi hasil operasi ke akkumulator.
6.1.3.4 Register kondisi (PSW = Program Stakes Word )
Dalam register kondisi 8 bit terdiri dari 5 flip-flop syarat, yang diset
atau di reset tergantung dari hasil operasi aritmatik atau logik dari ALU.
Flag :
5 flag dalam unit sentral dari Z 80 adalah :
1. Bit DQ ( posisi 21 ) adalah Flag carry
2. Bit D2 ( posisi 22 ) adalah Flag parity
3. Bit D4 ( posisi 24 ) adalah Flag carry pembantu
4. Bit D6 ( posisi 26 ) adalah Flag zero
5. Bit D7 ( posisi 27 ) adalah Flag tanda
Dalam bit D1, D3, dan D5 tidak terdapat informasi mereka di abaikan.
6.1.3.5 Pengontrol Desimal
Dengan cara ini untuk merubah hasil biner dari perintah penjumlahan
ke dalam bilangan BCD (Bilangan desimal yang dikodekan secara binner)
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
160
6.1.4 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80
Gambar 6.1.1 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80
6.1.4.1 CPU - Struktur Bus
Supaya memori, peranti I/0 dan bagian lain dari suatu komputer
dapat dibuat saling hubungan , maka biasanya dipakai suatu BUS. BUS
banyak dipakai dalam mini komputer dan mikrokomputer, bahkan dalam
sistim komputer besar, untuk modul - modul dengan aliran data yang
berlebihan.
Seringkali perangkat - perangkat komputer yang menghubungkan
dengan bus harus memakai saluran - saluran data secara bersama sama, untuk itu dipergunakan penggerak tiga keadaan ( 3 STATE ) , yang
merupakan komponen dasar dari BUS ( lihat gambar 6.1.2 ).
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
161
Bus dapat dibagi menjadi tiga bagian dalam menstransfer data /
instruktusi yaitu :
a. BUS - Data ( DATA - BUS )
b. BUS - Alamat ( ADDRESS - BUS )
c. BUS - Kontrol ( CONTROL - BUS )
Arsitektur dari Mikroprosessor Z.80
'
'
'
'
'
'
Y
16 BIT BUS ALAMAT - DALAM
BUS PENGONTROL - DALAM
Gambar 6.1.2 Arsitektur Mikroprosessor Z-80
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
162
MI
27
MREO
19
32
20
33
21
34
22
35
30
A0
31
IORO
SYSTEM
CONTROL
RD
WR
RFSH
A
1
A
2
A3
A4
A
5
A6
36
28
37
A
38
HALT
18
39
40
WAIT
CPU
CONTROL
INT
NMI
RESET
CPU
BUS
CONTROL
BUSREQ
BUSACK
24
1
2
16
17
Z 80 CPU
7
A8
A
9
A10
A11
ADDRE
BUS
A12
3
A13
4
A14
5
26
A15
25
23
14
15
12
+
+5V
GND
11
8
29
7
9
10
13
Gambar 6.1.3 Bus Sistem CPU Z-80
DATA
BUS
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
163
BUS - Data
Menggambarkan sejumlah penghantar paralel yang menghubungkan
satuan fungsi dari sistem mikroprosessor .
Data yang bekerja didalam mikroprosessor ditransfer melalui data bus
Transfer data berjalan dalam dua arah ( Bi Directional )
Mikroprosessor Z. 80 dan 8085 mempunyai penghantar data - bus 8 bit.
Untuk mengirim data secara bidireksional ( lintasan dua arah ) antar
berbagai chip yang terdapat dalam suatu sistem mis : dari perantara I/O
menuju mikroprosessor dan dari mikroprosessor menuju memori.
BUS Alamat
Kombinasi sinyal pada penghantar Bus Alamat dari blok fungsi
mikroprosessor. Misalnya : Alamat memori untuk program / data , yang
mana pada lokasi memori ini, - data akan ditulis atau dibaca.
Bus alamat 8085 / Z. 80 terdiri dari 16 buah penghantar yang paralel dan
membentuk alamat dengan lebar sebanyak 16 bit, yaitu 2.16 (2 pangkat
16) atau 65536 Byte ( 64 KB ).
Kombinasi sinyal pada penghantar Bus - alamat dikirim dari
mikroprosessor, dengan demikian Bus - alamat bekerja secara Uni
Directorial (satu arah). Bus ini berpangkal dari mikroprosessor dan
digunakan untuk menghubungkan alamat-alamat CPU dengan semua
chip yang mempunyai alamat. Bus ini digunakan dalam hubungannya
dengan bus data untuk menentukan sumber atau tujuan data yang dikirim
pada bus data.
BUS Kontrol
Sistem penghantar bekerja dengan kombinasi secara tepat dan
logis untuk mengontrol proses jalannya sinyal diluar dari pada
mikroprosessor ( mengsinkronkan kerja CPU dengan blok - blok lainnya )
Penghantar Bus - kontrol bersifat uni directional dengan arah yang
berbeda – beda.
Untuk membawa sinyal - sinyal penyerempak antara mikroprosessor dan
semua alat/chip yang dihubungkan dengan Bus - bus
Mis : sinyal baca , tulis, interupsi wait dan .
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
164
6.1.5 Penulisan (write) Data pada Memori
Gambar 6.1.4 Penulisan Data pada Memori
Proses Kerja
⇒ Bila PIN WR ( WRITE ) pada CPU/mikroprosessor menghasilkan
logika L ( “ 0 “ ) maka output gerbang NOT 1 berlogika H ( “ 1 “ ) dan
gerbang 3 STATE mendapat logika H ( “ 1 “ ) Hal ini menyebabkan 3
STATE 1 bekerja sehingga seluruh data dari CPU dimasukkan ke
memori. DATA DBO - DB7 dari CPU masuk ke DBO - DB7 MEMORI.
⇒ Pada saat bersamaan pin RD ( Read ) berlogika High ( “ 1 “ ) dan
output NOT2 berlogika L ( “ 0 “ ) menyebabkan 3 STATE2 tidak
bekerja.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
165
6.1.6 Pembacaan (Read) Data dari Memori
WR (WRITE)
RD (READ)
L
H
NOT1
NOT2
ENABLE
DB
DB
L
OUT
IN
3 STATE 1
ENABLE
DB7
DB7
H
OUT
IN
3 STATE 2
Gambar 6.1.5 Pembacaan Data pada Memori
Proses Kerja
⇒ PIN RD ( READ ) berlogika L ( “ 0 “ ) menyebabkan 3 STATE2
bekerja sehingga data DBO - DB7 pada dipindahkan ( dibaca ) ke
DBO - DB7 pada CPU melalui Bus - Data 3 STATE2.
⇒ Pada saat yang bersamaan pin WR ( WRITE ) pada CPU berlogika H
menyebabkan output NOT 2 berlogika1 ( “ 0 “ ) sehingga 3 STATE
tidak bekerja.
6.1.7 Flag
Flag adalah sebuah flip-flop di dalam blok penghitung dari CPU dan
disebut sebagai register Flag.
Keadaan flag ini setelah pelaksanaan sebuah instruksi ( yang
mempengaruhi flag ) akan menghasilkan sifat dari hasil sebuah
operasi.Pada Z. 80, flag dipasangkan dengan akumulator dan dikenal
dengan Program Status Wort ( PSW )
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
166
Flag carry
Flag pengurangan
Flag parity overflow
Flag half carry
Flag zero
Flag sign
Gambar 6.1.6 Register Flag Mikroprosessor Z-80
Jenis Flag
1.
Flag Zero ( Z )
Jenis flag ini menunjukkan apakah pada pelaksanaan terakhir dari
operasi ,hasil pada semua bit adalah = 0
• Flag Zero = 1, bila pada semua bit register hasil = 0
• Flag Zero = 0, bila tidak semua bit pada register hasil = 0
Contoh :
0 1 1 0 0 0 0 0
1 1 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 0 1 0 1 0
Flag zero = 0
Flag carry = 1
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
167
2.
Flag Carry ( C )
Flag carry menunjukkan bahwa apakah pada proses operasi
sebuah bit carry dipindahkan dari bit tertinggi MSB pada register
hasil.
Kondisi ini dapat terjadi pada operasi :
⇒ Penjumlahan, bila hasil proses data lebih dari 8 bit, atau 16 bit.
⇒ Pengurangan a - b , bila b > a, hasilnya juga negatip
⇒ Pergeseran , bila nilai 1 bit pada bit tertinggi atau terendah
digeserkan ke carry.
• Flag carry = 1, bila terjadi carry ( lebihan/bawaan )
• Flag carry = 0, bila tidak terjadi carry.
Flag carry dapat diset melalui perintah SCF dan disalin melalui
perintah CSF.
3.
Flag Sign ( S )
Pada operasi yang mempengaruhi flag, flag sign menyimpan
kondisi bit tertinggi dari register hasil.
• Flag sign = 1 bila bit tertinggi dari register hasil = 1
• Flag sign = 0 bila bit tertinggi dari register hasil = 0
4.
Flag Parity/Overflow ( ρ/v )
Bit kedua dari register flag mempunyai 4 ( empat ) arti yang
berbeda, tergantung dari hasil akhir pelaksanaan operasi.
a. Flag Overflow
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan dari perintah aritmatik;
- ADD, ADC, SUB, SBC
- INC, DEC
Flag overflow diset 1 pada proses perpindahan dari bit ke 7 ke bit
8, yaitu yang mempengaruhi tanda bilangan positip atau negatip
pada perhitungan bilangan.
b.Flag parity
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan dari perintah berikut
ini :
- Perintah logika → AND, OR, XOR
- Perintah geser → RL, RR, RLC, SLA, SRA, SRL, RLD, RRD
- Aritmatik BCD → DAA
- Perintah input dengan pengalamatan tidak langsung IN r, ( c )
• Flag parity = 1, bila jumlah bit dari hasil akhir operasi adalah
genap
• Flag parity = 0, bila jumlah bit dari hasil akhir operasi adalah
ganjil.
c. Penjumlahan Nol pada perintah Blok
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
168
Pada perintah berikut untuk transfer Blok dan pembanding Blok.
Flag P/V menunjukkan keadaan register BC, yang pada operasi
ini dipakai sebagai register penghubung.
- Transfer Blok → LDI, LDIR, LDD, LDDR
- Pengamatan Blok → CPI, CPIR, CPD, CPDR.
Hal tersebut diatas berlaku jika :
- Flag P/V = 0, bila register penghitung BC = 0000 H
- Flag P/V = 1, bila register penghitung BC ≠ 0000 H
5.
6.
Flag Pengurangan ( N )
Urutan perhitungan untuk persamaan desimal (DAA) pada operasi
penjumlahan berbeda dengan operasi pengurangan, hal ini
tergantung pada kondisi bit flag N. Pada operasi pengurangan nilai
flag N di set, sedangkan untuk operasi penjumlahan flag N di reset.
Flag Half Carry ( H )
Bila pada penjumlahan terdapat perpindahan Carry dari Bit 3 ke bit
4 maka Flag Half Carry ( H ) diset, bila tidak ada carry, flag half
carry ( H ) di reset.
Pada pengurangan flag half carry ( H ) di set bila terjadi
perpindahan pada bit ke 4 ke bit 3.
6.1.8 Pengalamatan Memori ( Penyimpan Program/data )
Kapasitas Pengalamatan memori
Kapasitas penyimpan pada RAM atau EPROM tergantung pada
jumlah PIN alamat ( Ao - An ) dari RAM/EPROM tersebut, dan
dihitung dengan rumus :
Kapasitas Penyimpan = 2 n + 1
Sebagai contoh :
∗ Jumlah pin sebuah RAM 6116 = sebanyak 11 buah ( Ao ∼ A10 )
∗ Maka kapasitas RAM ini adalah :
2 ( 10 + 1 ) = 2 11 = 2048 lokasi
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Susunan Pin EPROM
Gambar 6.1.7 Konfigurasi Pin EPROM
169
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
170
6.1.8.1 Pengalamatan RAM 6116 dalam Operasi Dasar
LD3
LD0
SWE
Gambar 6.1.8 Rangkaian RAM 6116
Operasi dasar yang dilaksanakan pada RAM : adalah operasi penulisan
data atau pembacaan data ke / dari RAM oleh CPU. Data yang tersimpan
sifatnya sementara, tergantung pada catu daya pada RAM.
Proses jalannya operasi dasar RAM 6116
a. Proses Penulisan Data.
• Tentukan data pada Bus Data ( SD3 - SD0 ), contoh : 6 H
• Tentukan Alamat Penyimpan ( SA3 - SA0 ), contoh : OH
• S WE dibuka → operasi menulis
• S OE ditutup
• S CS ditutup - dibuka
• Ulangi proses penulisan diatas ( langkah 1 - 5 ) untuk mengisi
alamat lainnya yaitu 4 H dengan data EH ( catu jangan diputuskan
pada proses ini )
b. Proses Pembacaan Data
• Posisi sakelar SD3 - SD0 pada posisi terbuka semua
• Tentukan Alamat Penyimpan ( SA3 - SA0 ) yang akan dibaca
datanya, contoh : OH
• S WE → ditutup
• S OE → di buka →operasi membaca
• S CS → ditutup - dibuka
• Pada LED LD3 - LD0 akan menunjukkan data 6 H
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
•
171
Ulangi proses pembacaan diatas ( langkah 1 - 6 ) untuk membaca
isi alamat penyimpan lainnya, yaitu : 4 H.
Data yang akan ditunjukkan pada LED LD3 - LD0 adalah EH.
•
6.1.8.2 Pengalamatan EPROM 2716 dalam operasi dasar
Gambar 6.19 Rangkaian EPROM 2716
Operasi dasar yang dapat dilakukan pada EPROM adalah hanya
operasi pembacaan data dari EPROM oleh CPU.
Data tersimpan tetap paten pada EPROM dan tidak tergantung pada
catu daya . Pengisian data pada EPROM dilakukan dengan
mempergunakan EPROM Writer/Programer.
Perencanaan Pendekode Pengalamatan RAM/EPROM
a. Pemetaan Lokasi Pengalamatan
A1 A1 A1 A1 A1 A1 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
5 4 3 2 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Daerah Memori
0000 H alamat
awal EPROM
0FFFH alamat
akhir EPROM
1000H alamat
awal RAM
17FFH alamat
akhir RAM
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
b. Persamaan Boole
CS EPROM = (( MREQ ∨ A15 ) ∨ A14 ∨ A13 ∨ A12 )
CS RAM
= ((( MREQ ∨ A15 ) ∨ A14 ) ∨ A13 ∨ A12 ) ∨ A11)
→ Bekerja dengan negatif → yang dicari
c. Rangkaian Pendekode Pengalamatan RAM /EPROM
Gambar 6.1.10 Rangkaian Dekoder RAM/EPROM
172
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
173
6.1.8.3 Pengalamatan PPI 8255
PPI 8255 terdiri dari 4 register port yang menampung data 8 bit dan
berhubungan dengan bus data sistem melalui bus data internal. Dalam
register ini ditempatkan data masukan, keluaran atau data kata kendala.
Masing-masing register mempunyai alamat sendiri yang dapat dipilih
melalui pengkodean pengalamatan PPI 8255.
Gambar 1 :
Menunjukkan Pin - Pin dari PPI 8255 dengan fungsinya masing – masing
D7 - D0
RESET
CS
RD
WR
A0,A1
PA7-PA0
PB7-PB0
PC7-PC0
Vcc
GND
Data Bus (BiDirectional)
Reset Input
Chip Select
Read Input
Write Input
Port Adress
Port A (BIT)
Port B (BIT)
Port C (BIT)
+5 Volts
0 Volt
8255 OPERATIONAL
DESCRIPTION
Gambar 6.1.11 Konfigurasi Pin PPI 8255
Pin - Pin Saluran Data :
⇒ Bus Data : D7 - D0
⇒ Bus Port A : PA7 - PA0
⇒ Bus Port B : PB7 - PB0
⇒ Bus Port C : PC7 - PC0
Pin - Pin Saluran Pengontrol :
⇒ Baca (Read)
: RD
⇒ Tulis (Write)
: WR
⇒ Reset
: Reset
Pin-pin Pendekode Alamat :
Pin - pin yang sangat penting untuk mengkode alamat register PPI 8255
adalah :
Pin alamat : A1 dan A0 serta pemilih chip (Chip select) : CS
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
174
keterangan fungsi masing-masing pin dan penggunaannya dalam
rangkaian
D7 - D0
: Dihubungkan ke sakelar dan LED
Sakelar dan LED menggantikan fungsi Bus Data sebagai
jalannya data 2 arah (membaca dan menulis).
Untuk rangkaian ini pada saat operasi membaca data, posisi
sakelar SD7 - SD0 harus terbuka.
PA7 - PA0 : Dihubungkan ke LED
Konfigurasi PPI 8255 mengatur port A sebagai terminal
keluaran data dan LED dipakai untuk menampilkan data
keluaran pada terminal port A.
PB7 - PB0 : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan data ke terminal port B.
RD
: Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal baca pada
terminal RD
WR
: Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal tulis pada
terminal WR
Sakelar Write (S WR) terbuka : operasi menulis
RESET
: Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal Reset pada
terminal Reset
Sakelar Reset (S RS) terbuka : PPI tidak terreset
CS
: Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal Pemilihan Chip
pada terminal (CS) Chip Select
Sakelar CS terbuka : PPI aktif
A1-A0
: Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan data alamat Port
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
175
6.1.8.4 Operasi Dasar PPI 8255
Reset
1
CS
X
RD
X
WR
X
A1
X
Operasi Membaca ( Read )
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
Operasi Menulis ( Write )
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
Fungsi yang tidak diperbolehkan
X
1
X
X
X
0
0
0
0
0
1
1
1
1
X
A0
X
Operasi reset
Port A, B dan C sebagai
Masukan
0
1
0
Port A → Bus Data
Port B → Bus Data
Port C → Bus Data
0
1
0
1
Bus Data
Bus Data
Bus Data
Bus Data
X
Bus Data → Berimpedansi
tinggi
Kondisi tidak syah
Bus Data → Berimpedansi
tinggi
1
X
→
→
→
→
Port A
Port B
Port C
Register Kontrol
Menunjukkan kepada kita bagaimana untuk hubungan masing-masing
Pin dan penggunaannya dalam menstransfer data
.
Gambar 6.1.12 Rangkaian PPI 8255
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
176
Jalan Operasi Dasar PPI 8255 :
a. Proses Inisialisasi PPI 8255
• Tentukan data kata kendala pada Bus Data (S D7 - S D0)
• Contoh : 82H (Port A=Keluaran, Port B=Masukan ).
• RS → dibuka
• SA0 dan SA1 → ditutup (Alamat Register Kontrol)
• S RD → ditutup
• S CS → dibuka
• S WR → ditutup - dibuka (Operasi Menulis).
• Hasil LED PA7 - PA0 = Padam
b. Proses Menulis Data dari Bus Data ke Port A
• Tentukan data (yang akan dikeluarkan ke Port A) pada Bus Data
SD7 - SD0
• SR → dibuka
• S A0 dan S A1 → dibuka (alamat Port A)
• S RD → ditutup
• A CS → dibuka
• S WR → ditutup- dibuka (operasi Menulis)
• Hasil LED PA7- PA0 menyala sesuai data saklar SD7-SD0 berarti
telah terjadi pemindahan data dari bus data ke port A (penulisan
data dari Bus Data ke Port A)
c. Proses Membaca Data dari Port B ke Bus Data
S R → dibuka
S A0 → ditutup dan S A1 → dibuka (alamat Port B)
S WR → ditutup
S CS → dibuka
S RD→ ditutup- dibuka (operasi Membaca)
6.1.8.5 Peng-alamatan PPI 8255 pada sistem minimal Z 80
Beberapa pin masukan dan keluaran dari CPU Z 80 dipergunakan
dalam peng-alamatan PPI ini. Selain Pin-Pin Kontrol : WR,RD,RESET
dan Bus Data dari CPU, juga dipergunakan Pin alamat A7-A0 dan Pin
IOREQ.
A7-A0 dipergunakan untuk memberikan data alamat port.
IOREQ dipergunakan bersama sinyal-sinyal alamat A7-A2 untuk
mengaktifkan PPI 8255.
A7-A2 dan IOREQ merupakan masukan dari Blok Pendekode Pengalamatan Port PPI, yang mana dalam Blok Pengalamatan ini dibangun
Rangkaian Pendekode. Rangkaian Pendekode ini berfungsi untuk
mengaktifkan PPI 8255 pada daerah peng-alamatannya.
Kondisi data A7-A2 (yang bersama-sama IOREQ, dapat mengaktifkan
PPI 8255 melalui CS) dan kondisi data A1-A0 dapat
menentukan/menunjukkan alamat-alamat Port dan Register Kontrol
PPI.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Gambar 6.1.13
177
Pengalamatan PPI 8255 pada Minimal Sistem Z-80
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
178
Sebelum rangkaian Pendekode/Pengalamatan Port PPI 8255 dibuat,
maka kita harus menentukan peta alamat Port masukan keluaran.
Sebagai contoh :
Port A - - - - - - - - - - - - 00H
Port B - - - - - - - - - - - - 01H
Port C - - - - - - - - - - - - 02H
Register Kontrol - - - - - 03H
IOREQ
0
0
0
0
A7
0
0
0
0
A6
0
0
0
0
A5
0
0
0
0
A4
0
0
0
0
A3
0
0
0
0
A2
0
0
0
0
A1
0
0
1
1
A0
0
1
0
1
Dari bantuan tabel diatas, kita dapat menganalisa, bahwa untuk
mengaktifkan PPI 8255, kondisi A7-A2 dan IOREQ dari CPU harus
berkondisi “LOW” (“0”). dan untuk menentukan alamat Port A,B,C dan
Register Kontrol ditentukan oleh A1 dan A0.
Untuk membangun rangkaian Pendekode Pengalamatan Port sesuai data
hasil analisa diatas,dapat dibangun dengan mempergunakan gerbang
TTL dasar atau dengan Dekoder TTL 74138/74139.
Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI
Gambar 6.1.14 Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI
Pada sistem Mikroprosessor dengan PPI lebih dari 1, hubungan hubungan PIN dari PPI dengan CPU, seperti pada sistem Mikroprosessor
dengan 1 PPI yang jelas berbeda adalah pada Blok Pendekode
Pengalamatan Port PPI.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
179
6.1.9 Programmable Pheriperal Interface (PPI) 8255
(Perantara Pheriperal Terprogram)
Penjelasan Fungsi PPI 8255
IC PPI 8255 adalah peranti perantara pheriperal terprogram yang
di desain untuk kegunaan dalam sistem Mikrokomputer. Fungsinya
adalah sebagai komponen Multiguna masukan ataupun keluaran. Untuk
perantara antara peralatan pheriperal luar dengan sistem mikrokomputer.
Konfigurasi Fungsi 8255 diprogram oleh sistem software tertentu.
Lihat gambar 6.1.15 dibawah ini :
Gambar 6.1.15 Konfigurasi Rangkaian PPI 8255
Buffer Bus Data :
Buffer 8 bit dua (2) arah tiga (3) state ini, dipergunakan sebagai
perantara 8255 dengan bus data sistem.
Data diterima atau dikirim oleh buffer tergantung perintah masukan atau
keluaran oleh CPU.
Informasi kata kendala dan status dikirim melalui buffer.
Baca Tulis dan Logik Kontrol
Fungsi dari blok ini adalah untuk mengatur semua pengiriman
internal dan external dari data dan kata kendala atau kata status.
8255 menerima masukan dari bus alamat dan bus kontrol CPU dan
memfungsikannya untuk pelaksanaan tugas masing-masing kelompok
kontrol 8255.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
180
CS
Chip Select (pemilih chip) kondisi “LOW” pada pin input ini,
mengijinkan terjadinya komunikasi antara 8255 dengan CPU.
RD
Read (pembacaan) kondisi “LOW” pada pin input ini, mengijinkan 8255
untuk mengirimkan informasi data ke CPU melalui Bus data.
Pada prinsipnya mengijinkan CPU membaca informasi data dari 8255.
WR
Write (penulisan) kondisi “LOW” pada pin input ini, memungkinkan
CPU untuk menulis informasi data ke 8255.
A0 - A1
Pemilih Port. Signal input-input ini, mengontrol pemilihan satu (1) dari
empat (4) Port : Port A,B,C dan Register Kontrol. Ini biasanya
dihubungkan dengan Bit - bit LSB dari bus alamat (A0 dan A1).
Lihat gambar 3 (tabel) dibawah ini :
A
1
0
0
1
A
0
0
1
0
R
D
0
0
0
W
R
1
1
1
C
S
0
0
0
Input Operation
(READ)
Output Operation
(WRITE)
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
X
1
X
X
1
X
X
0
1
X
1
1
1
0
0
Disable Function
Reset
Reset kondisi “HIGH” pada input ini, akan menghapus isi Register
Kontrol dan semua Port (A,B, dan C) dan semua Port di “SET”
sebagai masukan.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
181
6.1.9.1 Sistem Pengontrolan Port
Konfigurasi fungsi dari tiap-tiap “PORT” diprogram oleh software sistem,
yang pada prinsipnya CPU mengirimkan data kata kendala ke register
kontrol 8255. Kata kendala berisikan informasi seperti “MODE”, “SET
BIT”,”RESET BIT” dan seterusnya, yang akan meng-inisialisasi
konfigurasi fungsi dari port 8255.
Setiap kelompok kontrol (untuk kelompok A dan B) menerima perintah
dari “Logik Kontrol Read/Write”, menerima kata kendala dari bus data
internal dan mengijinkan untuk pembentukan hubungan/pengelompokan
port dan fungsinya.
Kelompok kontrol A - Port A dan Port C atas (C7 - C4).
Kelompok kontrol B - Port B dan Port C bawah (C3 - C0).
Register kata kendala hanya dapat ditulis.
Operasi pembacaan pada register kata kendala tidak diijinkan.
Port A, B dan C
8255 terdiri dari 3 port 8 bit (A,B dan C), semua dapat
dikonfigurasikan (dalam bermacam-macam fungsi) oleh Soft Ware
Sistem.
Port A
Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah penyimpan
masukan data 8 bit.
Port B
Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah penyimpan
masukan data 8 bit.
Port C
Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah Buffer
masukan data 8 bit. Port ini dapat dibagi menjadi 2 port 4 bit melalui
pengaturan Mode Kontrol. Setiap Port 4 bit terdiri dari sebuah
penyimpan 4 bit dan itu digunakan untuk keluaran sinyal kontrol dan
masukan sinyal status.
6.1.9.2 Penjelasan Proses Operasi 8255
1. Pemilihan Mode
Ada 3 mode, dasar operasi yang dapat dipilih oleh Software sistem :
Mode 0 - Dasar masukan dan keluaran
Mode 1 - Masukan/Keluaran sesuai sinyal isyarat
Mode 2 - Bus dua arah
Bila masukan RESET menuju “High”, semua port akan di set menjadi
Mode masukan (keadaan berimpedansi tinggi). Mode untuk port A
dan port B dapat ditentukan secara terpisah saat port C dibagi
dalam 2 bagian sesuai yang ditentukan oleh pendefinisian port A
dan port B.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
182
Semua register keluaran termasuk flip-flop status akan direset bila
mode diganti.
2. Bit Tunggal untuk Set - Reset
Beberapa bit dari 8 bit pada port C dapat di-Set atau di-Reset dengan
menggunakan perintah Out. keistimewaan ini mengurangi Soft
Ware, yang digunakan dalam aplikasi yang berdasarkan kontrol.
Bila port C digunakan sebagai status/control untuk Port A atau Port B,
Bit ini dapat di-Set/Reset oleh penggunaan operasi Set/Reset bit.
Sebagaimana jika digunakan sebagai port data keluaran.
Perhatikan gambar 4 dibawah ini :
Definisi Mode Dasar dan Bus Perantara
WR
4
Gambar 6.1.16 Mode Operasi PPI 8255
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
183
Definisi Format Mode
Gambar 6.17 Format Mode PPI 8255
Mode Operasi
Mode 0 :
Konfigurasi fungsi menyediakan operasi masukan/keluaran yang
sederhana untuk masing-masing port. Tidak mengharuskan ada
“HandShaking” (pertukaran isyarat dari dua peranti yang saling
berhubungan), data secara sederhana ditulis ke atau dibaca dari port
tertentu.
Definisi dari fungsi dasar Mode 0 :
Dua (2) port 8 bit dan dua (2) port 4 bit
Setiap port dapat sebagai masukan atau keluaran
Keluaran di simpan
Masukan tidak disimpan
Memungkinkan 16 jenis konfigurasi masukan/keluaran
MODE 0 (BASIC INPUT) → Proses Sinyal Baca pada Mode 0
Gambar 7.40 Proses Sinyal Baca pada Mode Operasi 0
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Definisi Mode 0 Port
A
B
D4 D3 D1 D0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
GROUP A
Port A
Port C
(Upper)
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT INPUT
OUTPUT INPUT
OUTPUT INPUT
OUTPUT INPUT
INPUT OUTPUT
INPUT OUTPUT
INPUT OUTPUT
INPUT OUTPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
184
#
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
GROUP B
Port B
Port C
(Lower)
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT INPUT
INPUT OUTPUT
INPUT
INPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT INPUT
INPUT OUTPUT
INPUT
INPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT INPUT
INPUT OUTPUT
INPUT
INPUT
OUTPUT OUTPUT
OUTPUT INPUT
INPUT OUTPUT
INPUT
INPUT
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
185
6.1.10 Perencanaan Minimal Sistem Z - 80
Rangkaian minimal sistem yang kita rencanakan dibawah ini meliputi :
A - Blok CPU Z - 80
B - Blok penyimpan
C - Blok masukan keluaran ( input - Output ).
Blok penyimpan data program dan blok masukan keluaran telah kita
bahas pada pengalamatan penyimpan RAM - EPROM pengalamatan PPI
8255.
A. Blok CPU Z - 80 terdiri dari :
1. Bus data
2. Bus alamat
3. Bus kontrol
Bus kontrol terdiri dari :
- Kontrol sistem
- Kontrol CPU
- Kontrol Bus CPU
Dalam rangkaian minimal sistim Z - 80 ini, tidak semua pin dari CPU Z 80 kita pergunakan hanya beberapa pin/fungsi yang kita pergunakan
antara lain.
a. Bus data ( D1 - D0 ) , Input Output.
Bus ini dipakai sebagai penghantar data 8 bit baik yang dari CPU ke
penyimpan data ( memori ) atau masukan keluaran ( Input - Output ),
atau sebaliknya.
Arah jalannya sinyal pada bus ini, masuk ke CPU atau keluar dari CPU.
b. Bus alamat ( A15 - A0 ), output.
Dengan bantuan bus alamat ini, CPU dapat memilih lokasi penyimpan
data/memori atau lokasi register dari masukan/keluaran ( Input Output
) yang berbeda-beda. Arah jalannya sinyal pada bus ini, keluar dari
CPU.
c. Bus control.
Terdiri dari 13 saluran, yang arahnya masuk atau keluar ke / dari CPU.
Masing sinyal kontrol ini dijelaskan sebagai berikut :
Saluran detak ( CLK ), Input :
Sinyal detak diumpankan ke CPU melalui saluran CLK. Dengan
demikian CPU dan juga bus sistim akan bekerja mengikuti sinyal
detak.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
186
CPU Z - 80 dapat bekerja baik dengan frekuensi detak 1 MHz - 6
MHz.
Rangkaian pembangkit detak :
1 - 6 MH z
1nF
Z - 80
CLK
6
1K
1K
Gambar 6.18 Rangkaian pembangkit detak
Saluran Reset ( RESET ) , Input :
Sinyal “ LOW “ diberikan pada saluran ini, maka penghitung Program (
PC ) akan diset dengan nilai 0000H dan Interupt Enable ( Pengaktif
Interupt ) akan direset.
Bila kemudian sinyal “ High “ diberikan pada saluran ini, maka program
akan berjalan mulai dari alamat penyimpan program 0000H ( Start
awal )
Rangkaian pembangkit Input Reset
+5V
Sakelar reset
4K7
1/3 74LS14
26
Z - 80
RESET
10 F/16V
Gambar 7.42 Rangkaian pembangkit Input Reset
Saluran Penyela ( INT dan NMI ) , Input :
Sinyal “ Low “ yang diberikan pada saluran INT , memungkinkan untuk
melaksanakan salah satu dari 3 penyelaan yang tersebunyi yaitu
dalam modus 0, 1 dan 2.
Sedang sinyal “ Low “ pada saluran NMI , CPU akan menjalankan
program bagian yang berada pada alamat penyimpan program ( RAM
EPROM ) 0066H.
Rangkaian Pembangkit Sinyal INT dan NMI
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
187
+5V
Sakelar INT
10K
16
INT
33 F/16V
Z - 80
+5V
Sakelar NMI
10K
17
NMI
33 F/16V
Gambar 6.19 Rangkaian Pembangkit Sinyal INT dan NMI
Saluran MREQ , Output
Apabila CPU membaca op-code ( kode operasi ) yang berhubungan
dengan alamat penyimpanan data/program ( memori ), maka CPU
akan mengaktifkan saluran MREQ , MREQ = “Low“.
Sinyal MREQ ini dipakai bersama dengan data alamat (A15-A0) untuk
menunjuk alamat memori yang diinginkan.
Saluran IOREQ , Output
Apabila CPU membaca op code yang berhubungan dengan unit masukan
keluaran (PI0),
maka CPU akan mengaktifkan sinyal pengontrol masukan keluaran (
Input - Output ) IOREQ , IOREQ = “ Low “.Sinyal IOREQ dipakai
bersama dengan data alamat (A7-A0) untuk menunjuk alamat Port
Input Output yang diinginkan.
Saluran RD , Output
CPU akan mengaktifkan saluran RD , RD = “ Low “, selama CPU
melaksanakan perintah untuk membaca data dari lokasi penyimpanan
data/program ( memori ) atau register Input Output ( port ).
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
188
Saluran WR , Output
CPU akan mengaktifkan saluran WR , WR = “ Low “ , selama CPU
melaksanakan perintah untuk menulis data ke lokasi penyimpanan
data/program ( memori ) atau register Input output ( port ).
Untuk saluran - saluran lain pada CPU Z - 80, yang jalannya sinyal
sebagai Input, harus diaktifkan sesuai fungsinya dalam sistim.
+5V
10K
25
10K
24
z - 80
BUSRQ
WAIT
Gambar 6.1.20 Rangkaian Pembangkit Sinyal
Untuk saluran - saluran lain yang arah jalannya sinyal sebagai output,
biarkan tak terhubung kemana - mana.
6.1.11 Sistim Pengalamatan Mikroprosesor Z-80
Kejelasan yang sistimatik tentang cara pengalamatan sangat
penting pada pengolahan data dalam jenis Prosesor, sebab program
yang disusun tanpa penggunaan pengalamatan yang pasti, maka
program tersebut menjadi kurang efektif dalam penganalisaannya.
Semakin panjang kode operasi sebuah perintah, maka dapat juga
dikombinasikan banyak cara pengalamatannya.
Pada dasarnya cara pengalamatannya dapat dibagi menjadi 4 cara yang
berbeda.
1. Pengalamatan Immediate
Disini operan yang akan diakses langsung terkandung pada kode
mesin, ini adalah cara yang sangat sederhana, untuk mengisi konstanta
ke Register atau lokasi penyimpanan . Tentu saja operan tidak dapat
diubah lagi, maka kode mesin yang demikian kebanyakan disimpan di
ROM . Kode operasi hanya dapat mengandung satu petunjuk tentang
panjang dari operan yang mengikutinya . Selain itu bagian alamat masih
harus mengandung sebuah keterangan tentang tujuan dimana konstanta
harus dihubungkan kepadanya.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
189
2. Pengalamatan Langsung (Direct)
Disini kode mesin mengandung sebuah atau lebih alamat-alamat
yang kemudian isi dari alamat-alamat ini akan diakses lebih lanjut.
Panjang alamat-alamat ini dapat berbeda menurut keadaan apakah itu
mengenai sebuah Register, alamat penyimpan atau alamat
masukan/keluaran, perintah dapat mengandung sebuah petunjuk, apakah
bagian pertama diberikan sebagai alamat tujuan atau sumber.
Contoh : LD A, (1234H)
adr
adr + 1
adr + 2
0 0 1 1 1 0 1 0
0 0 1 1 0 1 0 0 Alamat sumber penyimpan 16
0 0 0 1 0 0 1 0 BIT
Contoh : INC L
adr
0 0 1 0 1 1 0 0 Op-kode yang mengandung
alamat Register
3. Pengalamatan Tidak Langsung (Indirect)
Kode mesin hanya mengandung sebuah petunjuk, dimana cara untuk
mendapatkan alamat dari operan yang akan diakses . Petunjuk dapat
terjadi pada sebuah register CPU atau pada sebuah lokasi penyimpan
dan disana alamat efektif akan didapatkan untuk semua pengalamatan
secara tidak langsung dengan Register , memberikan kode mesin yang
pendek . Karena sebagai pengganti alamat 16 BIT diberikan hanya 3 BIT
alamat Register. Perintah semacam itu, pada Z 80 :
Contoh : PUSH dan POP menaikkan atau menurunkan Register
alamat yang dipakai secara otomatis dan terjadi apakah pada
sebelum atau sesudah pelaksanaan perintahnya.
Pengalamatan tidak langsung, dapat di bagi :
Contoh : RRC (HL)
adr
1 1 0 0 1 0 1 1 Petunjuk pada HL Register
adr + 1
0 0 0 0 1 1 1 0 Alamat
Contoh : PUSH DE
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
adr
190
1 1 0 1 0 1 0 1 Pengalamatan langsung dari
Register DE, isi dari Register
SP dipakai sebagai alamat
4. Pengalamatan Terindeks
Disini alamat efektif disusun dari beberapa bagian yang mana bagianbagian ini dapat berasal dari Register-Register CPU, Register masukan
/keluaran atau dari lokasi penyimpan.
Contoh : LD E, (IX + 12)
adr
adr + 1
adr + 2
1 1 0 1 1 1 0 1 Konstanta 12H ditambah
0 1 0 1 1 1 1 0 dengan isi Register IX
0 0 0 1 0 0 1 0
6.1.12 Perintah Transfer
Untuk transport data hanya dapat dilaksanakan kemungkinankemungkinan dibawah ini :
Register CPU ⇔ Register CPU
Register CPU ⇔ Memori
Register CPU ⇔ Register Input – Output
.
Mnemonik
LD r,n
r = Register CPU (8 bit) A,B,C,D,E,F,H,L
n = Data (8 bit)
LD rr, nn
rr = Register CPU (16 bit) BC,DE,HL,IX,IY,SP
nn = Data (16 bit)
Operasi
r←n
rr ← nn
Register CPU r atau rr diisi dengan konstanta n atau nn
yang mengikuti kode mesin
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
191
Format
adr 0
adr + 1
0
LD r, n
r
1 1
KONSTANTA
adr
= Alamat Memori
r dan rr = dapat berupa :
A = 111
D = 010
B = 000
E = 011
C = 001
H = 100
0
L = 101
LD rr, nn
adr
0 0 rr 0 0 0 1
adr + 1 KONSTANTA LSB
adr + 2 KONSTANTA MSB
BC = 00
DE = 01
HL = 10
SP = 11
Flag
Tidak berpengaruh
6.1.12.1 Perintah Transfer dengan Pengalamatan Langsung
Pada pengalamatan langsung, alamat sumber dan tujuan, berada
pada kode mesin. Alamat register atau memori dapat ditulis langsung.
Perintah transfer pengalamatan langsung dapat dibagi menjadi :
• Pengalamatan Register - Register
• Pengalamatan Register - Memori
1. Pengalamatan Register-register
Perintah ini mengakibatkan transfer data dari sebuah Register
CPU ke Register CPU yang lain.
Mnemonik
LD r,r’
Operasi
r ← r’
Register CPU tujuan r diisi dengan isi Register
CPU sumber r’
Format
0 1
r
Flag
Tidak terpengaruh
r’
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
192
2. Pengalamatan Register Memori
Jenis pengalamatan ini, melaksanakan transfer antara
Register CPU dan lokasi Memori yang dituliskan di belakang kode
mesin. Sebuah Register CPU diisi dengan isi dari lokasi memori
yang dihasilkan di belakang mesin.
Mnemonik
Register CPU ← Memori, Memori ← Register CPU
LD A, (nn)
LD (nn), A
LD rr, (nn)
LD (nn), rr
rr = Register CPU 16 bit ( BC, DE, HL, SP )
(nn) = Isi dari tanda ini selalu diisi oleh alamat Memori
dan tanda ini berarti isi dari alamat Memori yang
ditunjuk oleh nn.
Operasi
Register A CPU ← Memori
Register CPU diisi oleh isi dari lokasi Memori yang
alamatnya di tunjuk oleh alamat dalam tanda
kurung.
Memori ← Register A CPU
Memori yang alamatnya ditunjuk oleh alamat dalam
tanda kurung diisi oleh isi Register A CPU.
Register CPU ← Memori
Register CPU 16 bit diisi oleh isi dari memori yang
alamatnya ditunjuk oleh alamat dalam tanda
kurung.
Memori ← Register CPU 16 Bit
Lokasi Memori yang alamatnya ditunjuk oleh
alamat dalam tanda kurung diisi oleh isi dari
Register CPU 16 Bit.
Format
adr 0
adr + 1
adr + 2
LD A, (nn)
0 1 1 1 0 1 0
Alamat LSB
Alamat MSB
LD rr, (nn)
adr 1 1 1 0 1 1 0 1
adr + 1 0 1
rr 1 0 1 1
adr + 2
Alamat LSB
adr + 3
Alamat MSB
Flag
Tidak terpengaruh.
LD (nn), A
0 0 1 1 0 0 1 0
Alamat LSB
Alamat MSB
1 1
0 1
LD (nn), rr
1 0 1 1 0 1
rr
0 0 1 1
Alamat LSB
Alamat MSB
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
193
6.1.12.2
Perintah Transfer dengan Pengalamatan tidak Langsung
melalui Pasangan Register
Sebuah Register CPU diisi oleh isi sebuah lokasi Memori yang
ditunjuk oleh pasangan Register CPU.
Keuntungan dari jenis pengalamatan ini adalah :
•
Kode mesin lebih pendek seperti pada pengalamatan langsung
sehingga kebutuhan memori program sedikit dan pelaksanaan
perintah lebih cepat.
• Data alamat dapat mudah dimanipulasi.
Mnemonik
LD r, (rr)
Register CPU ← Memori
LD (rr), r
Memori ← Register CPU
r
= Register CPU 8 bit ( A,B,C,D,E,H,L )
rr
= Regiser CPU 16 bit
HL : dapat dipergunakan untuk semua Register CPU
BC,DE : Hanya dapat dipergunakan untuk akkumulator
Operasi
r ← (rr)
Register CPU r diisi oleh isi dari lokasi Memori yang
ditunjuk oleh pasangan Register CPU rr
(rr) ← r
Lokasi Memori yang ditunjuk oleh pasangan Register CPU
rr diisi oleh isi Register CPU r
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
194
Format
LD r, (HL)
0 1
r
LD (HL), r
0 1 1 1
0
r
1
1
0
LD (BC),A
0 0 0 0
0
0
1
0
LD (DE), A
0 0 0 1
0
0
1
0
LD (HL), n
0 0 1 1 0 1 1
KONSTANTA
0
LD A, (BC)
0 0 0 0
1
0
1
0
LD A, (DE)
0 0 0 1
1
0
1
0
Flag
Tidak terpengaruh.
6.1.12.13 Perintah Transfer dengan Pengalamatan tidak Langsung
melalui Register + Offset
Dipergunakan untuk transfer data 8 bit antara Register, CPU dan
Memori. Penunjukkan yang tepat sebenarnya adalah Register tidak
langsung + offset. Sebagai Register alamatnya biasa dipakai Register
index IX dan IY. Untuk itu Register index ini harus diisi terlebih dahulu
dengan alamat basis yang diinginkan.
Mnemonik :
LD r, (IR + e)
LD (IR + e), r
LD (IR + e), n
r
IR
e
n
Register CPU ← Memori
Memori ← Register CPU
= Register CPU 8 bit ( A,B,C,D,E,HL)
= Register Index IX dan IY
= Jarak,offset,konstanta 8 bit
= Konstanta 8 bit
Operasi
Register CPU ← Memori
Register CPU r diisi oleh isi dari lokasi Memori yang ditunjuk oleh
isi Register Index + offset
Memori ← Register CPU
Lokasi memori yang ditunjuk oleh Register Index + offset diisi oleh
register CPU r
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
195
Format
LD r, (IX + e)
adr
1 1 0 1 1 1 0 1
adr + 1 0 1
r
1 1 0
adr + 2
KONSTANTA e
LD (IX + e), r
1 1 0 1 1 1 0 1
0 1 1 1 0
r
KONSTANTA e
LD r, (IY + e)
adr
1 1 1 1 1 1 0 1
adr + 1 0 1
r
1 1 0
adr + 2
KONSTANTA e
LD (IY + e), r
1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 0
r
KONSTANTA e
LD (IX + e), n
1 1 0 1 1 1 0 1
0 0 1 1 0 1 1 0
KONSTANTA e
LD (IY + e)
1 1 1 1 1 1 0 1
0 0 1 1 0 1 1 0
KONSTANTA e
KONSTANTA n
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
196
6.1.12.4 Perintah Transfer dengan Pengalamatan Stack
Perintah ini memungkinkan pemrograman untuk menyimpan isi
Register CPU pada Memori sementara dan untuk pemrosesan secara
sederhana pada blok data.
Pengalamatan Stack adalah prinsip pada pengalamatan Register CPU 16
bit.
Contoh : Stack pointer (SP, Stack pointer). SP secara otomatis akan
dinaikkan atau akan diturunkan 2, setelah pembacaan atau penulisan
pada Stack.
Mnemonik
POP rr
PUSH rr
rr
Register CPU ← Memori
Memori ← Register CPU
= Register CPU 16 bit (AF,BC,DE,HL,IX,IY)
Operasi :
Register alamat SP ini mempunyai sifat yang sangat praktis yaitu
sebelum penyimpanan sebuah byte oleh perintah push, isi dikurangi 1
dan setelah pembacaan sebuah byte oleh perintah POP, isi SP
ditambah 1.
Proses penambahan dan pengurangan isi SP dilakukan secara otomatis
oleh block pemroses perintah.
6.1.12.5 Perintah Transfer dengan Pertukaran Data
Dengan kelompok perintah ini, tidak sama seperti register tujuan di
isi dengan Register sumber, (isi pada register sumber tidak berubah),
tetapi pada perintah ini, isi kedua Register saling bertukar.
Mnemonik :
EX DE, HL
EX (SP), HL
Format :
EX DE, HL
1 1 1 0
1
0
1
1
EX (SP), HL
1 1 1 0
Operasi :
Isi pasangan Register saling dipertukarkan
D=H
E=L
SP = H
SP + 1 = L
Flag
Tidak terpengaruh
0
0
1
1
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
197
6.1.13 Perintah untuk Input Output dengan Pengaturan Langsung
Perintah ini mengontrol lalu lintas bus data antara CPU dan piranti input
output.Pada sebagian sistim mikroprosessor sering dilengkapi dengan
banyak blok input output dengan sebuah atau lebih register, yang melalui
fungsi blok input output ini dipakai sebagai pelayanan penyangga data
pada Register sementara atau pengaturan informasi kontrol.
Register pada piranti ini,yang dipakai sebagi penghubung sistim dengan
dunia luar (peripheral) disebut sebagai “port”, dan alamatnya disebut
“alamat port”. Jumlah alamat yang dipakai oleh perintah input output ini
hanya 8 bit dan dalam pelaksanaannya diberikan melalui jalur penghantar
A7 - A0.
Dengan demikian dapat dibentuk 256 alamat port yang berbeda.
Mnemonik :
IN A, (n)
CPU ← Register I/O
OUT (n), A
Register I/O ← CPU
n : konstanta 8 bit
Format :
adr
adr + 1
1
1
IN A, (n)
0 1 1 0
Konstanta
1
1
1
1
OUT (n), A
0 1 0 0
Konstanta
1
1
Operasi :
A, (n)
Akku CPU diisi dengan isi register I/O yang beralamat n
(n), A
Register I/O yang beralamat n diisi oleh isi dari Akku
CPU
Flag
Tidak terpengaruh
CONTOH :
IN A,(20H)
0900
0901
DB
20
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
198
6.1.13.1 Perintah untuk Input Output dengan Pengalamatan tidak
Langsung
Mnemonik :
IN r, (C)
OUT (C), r
r
C
CPU Register I/O
Piranti I/O CPU
= Register 8 bit A,B,C,D,E,H,L
= Register C yang isinya diberikan sebagai
penunjuk penghantar alamat A7 - A0
Format
IN r, (C)
adr 1 1 1 0 1 1 0 1
adr + 1 0 1
r
0 0 0
OUT (C), r
1 1 1 0 1 1 0 1
0 1
r
0 0 1
Operasi
Register CPU tujuan r diisi dengan isi dari Register C yang
merupakan pengalamatan dari port I/O
Register C yang merupakan pengalamatan dari port I/O diisi
dengan isi dari Register CPU r.
Flag :
Pada perintah input (IN)
Flag S = 1, bila bit tertinggi = 1
Flag Z = 1, bila data yang dibaca = 0
Flag P = 1, pada parity genap dari data yang di baca
Register Flag
Flag adalah sebuah flip-flop di dalam blok penghitung dari CPU dan
disebut sebagai Register Flag.
Keadaan Flag ini setelah pelaksanaan sebuah perintah ( yang
mempengaruhi Flag ) akan menghasilkan sifat dari hasil sebuah operasi.
Pada Z-80 , Flag di pasangkan dengan Akkumulator dan dikenal dengan
program status wort ( PSW ).
AKKUMULATOR
D7
FLAG
D0 D7
S
Z
-
H
D0
- P/V N C
Flag Zero
Itu menunjukkan, apakah pada pelaksanaan terakhir ini operasi hasil
pada semua bit adalah = 0.
Kondisi Flag
Flag Zero
= 1, bila pada semua bit pada Register hasil = 0.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
199
Flag Zero
= 0, bila semua bit pada Register hasil ≠ 0.
Contoh :
0000
0000 +
1 0000
Flag Zero = 1
Flag Carry = 1
Flag Carry
Menunjukkan apakah pada proses operasi sebuah bit carry
dipindahkan dari bit tertinggi MSB pada Register hasil , itu dapat terjadi
pada operasi :
Penjumlahan, bila hasil dari 8 bit atau 16 bit.
Pengurangan a - b, bila b>a, hasil juga negatif.
Pergeseran, bila nilai 1 pada bit tertinggi atau terendah di
geserkan ke carry.
Kondisi Flag
♦ Flag Carry
= 1, bila terjadi Carry.
♦ Flag Carry
= 0, bila tidak terjadi Carry.
Flag Carry dapat set melalui perintah SCF dan dibalik melalui
perintah SCF.
Flag Sign
Pada operasi yang mempengaruhi Flag, Flag sign menyimpan
kondisi bit tertinggi dari Register hasil, jadi :
Kondisi Flag
♦ Flag Sign
♦ Flag Sign
= 1, bila bit tertinggi dari Register hasil = 1
= 0, bila bit tertinggi dari Register hasil = 0
Flag Parity / Overflow
Bit ke 2 dari Register Flag mempunyai 4 arti yang berbeda,
tergantung dari hasil akhir pelaksanaan operasi .
1. Flag Overflow
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan perintah berikut :
a). ADD, ADC, SUB, SBC.
b). INC, DEC
Flag overflow diset 1 pada proses perpindahan dari bit ke 7 ke bit
ke 8, yaitu yang
mempengaruhi tanda bilangan positif atau negatif pada
perhitungan bilangan.
2. Flag Parity
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan perintah berikut ini :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
200
a). Perintah logika
b). Perintah geser
AND, OR, XOR
RL, RR, RLC, RRC
SLA, SRA, SRL
RLD, RRD
c). Aritmatik BCD
DAA
Perintah input dengan pengalamatan tidak langsung IN r, (C).
Kondisi Flag
♦ Flag Parity
adalah genap
♦ Flag Parity
adalah ganjil
= 1, bila jumlah 1 dan hasil akhir operasi
= 0, bila jumlah 1 dan hasil akhir operasi
3. Penunjukan Nol pada Perintah Blok
Pada perintah berikut untuk transfer blok dan pengamatan
blok, Flag P?V menunjukan keadaan
Register BC, yang pada operasi ini dipakai sebagai Register
penghitung.
a). Transfer blok
LDI, LDIR, LDD, LDDR
b). Pengamatan blok CPI, CPIR, CPD, CPDR
Itu berlaku :
♦ Flag P/V
= 0, bila Register penghitung BC = 0000H
♦ Flag Parity
= 1, bila Register penghitung BC ≠ 0000H
4. Penunjukan dari Pengaktif Flip-flop Interupsi (IFF2)
Ini adalah kemungkinan satu-satunya, IFF2, yang menunjukkan
keadaan yang sah untuk proses interupt , untuk membaca.
Penggunaan dari Flag P/V ini , berlaku untuk perintah LD A,I dan
LD A,R
6.1.14 Perintah Aritmatika
Operasi Aritmatika dengan operasi 8 bit
Operasi ini mempunyai format seperti dibawah ini :
ADD : hasil = operan 1 + operan 2
SUB : hasil = operan 1 - operan 2
ADC : hasil = operan 1 + operan 2 + carry
SBC : hasil operan 1 - operan 2 - carry
Kedua operasi disepakati sebagai bilangan biner dan operasinya
berlangsung didalam ALU dan pengalih bilangan setiap instruksi
berlaku 2 operan saja.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Mnemonik :
ADD A, r
201
SUB r
ADC A, r
SBC A, r
Operasi :
Isi dari akku dan register CPU disepakati sebagai bilangan biner
8bit dan saling ditambahkan.
Hasil berada pada akkumulator.
A = A+r
A = A-r
A = A+r+C
Isi akku yang baru adalah isi
akku yang lama + atau isi
register CPU r
A = A-r-C
Pada perintah ini, hasil masih
ditambahkan pula isi dari flag
carry
Contoh :
Operan 1
80 H
Operan 2
+ 20 H
Hasil sementara
A0 H
Carry flag
+ 01 H
Hasil akhir
A1 H
Format
Dalam penjelasan format perintah bentuk ini, kita kelompokkan
atas jenis pengalamatan
a. Register dengan regisater CPU A, B, C, D, E, H, L.
1
0
1
0
0
r
r
r
ADD A, r
1
0
0
0
1
r
r
r
SUB r
1
0
0
0
1
r
r
r
ADC A, r
1 0 0 1 1 r
r
r
r = Pengalamatan register CPU
SBC A,r
A = 111
B = 000
C = 011
D = 010
E = 011
H = 100
L = 101
Konstanta 8 bit
Sebagai operan 2 digunakan konstanta yang penulisanya
mengikuti Op - Code
1
1 0
0
0
1
1
0 ADD A, n
Konstanta 8 bit
1
1
0
1
0
1
Konstanta 8 bit
1
0
SUB n
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
202
1
1
0
0
1
1
Konstanta 8 bit
1
0
ADC A, n
1
1
0
1
1
1
Konstanta 8 bit
1
0
SBC A, n
c. Register tidak langsung
Sebagai operan 2 digunakan isi dari lokasi memori yang
ditunjukkan melalui register CPU 16 bit HL
1
0 0 0 0 1
1
0
ADD A,
(HL)
1
0
0
1
0
1
1
0
SUB (HL)
1
0
0
0
1
1
1
0
ADC A,
(HL)
1
0
0
1
1
1
1
0
SBC A,
(HL)
d. Indeks offset
Sebagai operan 2 digunakan isi dari lokasi memori yang
ditunjukkan melalui register index + offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 ADD A,
1 0 0 0 0 1 1 0 (IX+e)
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1 ADD A,
1 0 0 0 0 1 1 0 (IY+e)
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 SUB
1 0 0 1 0 1 1 0 (IX+e)
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1 SUB
1 0 0 1 0 1 1 0 (IY+e)
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 ADC A,
1 0 0 0 1 1 1 0 (IX+e)
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1 ADC A,
1 0 0 0 1 1 1 0 (IY+e)
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 SBC A,
1 0 0 1 1 1 1 0 (IX+e)
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 1 1 1 1 0 SBC A,
(IY+e)
Konstanta offset e
Konstanta offset e
Flag
Semua Flag terpengaruh
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
203
Operasi Aritmatika dengan Operan 16 Bit
Mnemonik
ADD HL, rr
rr = BC, DE, HL,
SP
ADD IX, rr
rr = BC, DE, SP, IX
ADD IY, rr
RR =
BC,DE,SP,IY
Operasi
HL = HL + rr
IX = IX + rr
IY = IY + rr
Isi dari register CPU yang baru (HL, IX atau IY) terdiri dari
penjumlahan isi yang lama dengan isi register CPU yang lain.
Format
0 0 r r 1 0 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1
0 0 r r 1 0 0 1
1 1 1 1 1 1 0 1
0 0 r r 1 0 0 1
BC = 00
DE = 01
HL = 10
IY = 11
BC = 00
DE = 01
HL = 10
IX = 11
rr = Register 16 bit
BC = 00
DE = 01
HL = 10
SP = 11
Flag
Bit flag H, N dan C terpengaruh.
Juga pada aritmatika dengan operan 16 bit terdapat perintah yang
melibatkan bit carry dalam perhitungan.
Mnemonik
ADC HL, rr
rr = register 16 bit CPU
SBC HL, rr
BC, DE, HL, SP
Operasi
HL = HL + rr + C
Isi yang baru dari HL terdiri dari hasil penjumlahan yang lama
dari HL ditambah/dikurangi isi dari register 16 bit CPU dan isi
bit carry.
Format
1 1
0 1
rr
1
r
0
r
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
r
0
r
1
0
1
0
= Register 16 bit
0
1
1
0
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
204
BC
DE = 01
HL = 10
SP = 11
= 00
Flag :
Semua bit Flag terpengaruh.
6.1.15 Perintah Biner AND,OR,EX-OR dan CP
Kebanyakan mikroprosessor dapat melaksanakan biner seperti
AND, OR, EX-OR dan CP.
Seperti pada operasi aritmatika operasi 8 bit berlaku bahwa pada
awalnya sebuah operasi harus berada pada akku dan hasil operasi
kembali berada pada akkumulator CPU, dengan demikian penulisan
mnemonik dapat disingkat sebagai berikut :
Mnemonik :
AND r
OR r
XOR r
CP r
A = A OR r
A = A XOR r
A-r
r = data 8 bit
Operasi :
A = A AND r
Isi yang baru dari akku terdiri dari isi akku yang lama dihubungkan
secara AND/OR/EX-OR dengan isi dari r.
Pada perintah compare sesuai operasi aritmatik pengurangan,
dimana hasil tidak kembali berada pada akku.
Format :
Format penulisan bahasa mesinnya ditentukan berdasarkan :
a.
Pengalamatan register ( r ) : A, B, C, D, E, F, H, L
Register
1
0
1
0
0
r
r
r
AND r
1
0
1
0
1
r
r
r
XOR r r
1
0
1
1
0
r
r
r
OR r
1
0
1
1
1
r
CP r
r
r
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
A = 111
E = 011
b.
c.
d.
205
B = 000
H = 100
C = 001
L = 101
D = 010
Pengalamatan langsung dengan konstanta
1
1
1
0
0
1
Konstanta n
1
0
AND n
1
1
1
0
1
1
Konstanta n
1
0
XOR n
1
1
1
1
0
1
Konstanta n
1
0
OR n
1
1
1
1
1
1
Konstanta n
1
0
CP n
Pengalamatan tidak langsung dengan register CPU 16
(melalui pasangan register (HL) )
1
0
1
0
0
1
1
0
AND (HL)
1
0
1
0
1
1
1
0
XOR (HL)
1
0
1
1
0
1
1
0
OR (HL)
1
0
1
1
1
1
1
0
CP (HL)
bit
Pengalamatan langsung dengan pengalamatan terindex
1 1 0 1 1 1 0 1 AND
1 0 1 0 0 1 1 0 (IX+e)
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1 AND
1 0 1 0 0 1 1 0 (IY+e)
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 XOR
1 0 1 0 1 1 1 0 (IX+e)
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1 XOR
1 0 1 0 1 1 1 0 (IY+e)
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1 OR
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 1 1 0 (IX+e ) 1 0 1 1 0 1 1 0
Konstanta offset e
Konstanta offset e
OR
(IY+e)
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
1 1 0 1 1 1 0 1 CP
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0 (IX+e ) 1 0 1 1 1 1 1 0
Konstanta offset e
Konstanta offset e
206
CP
(IY+e)
Flag :
Untuk operasi AND, OR dan EX-OR, semua bit flag terpengaruhi C
= 0, H = 1, N = 0
Untuk operasi CP seperti pada operasi pengurangan SUB.
Penggunaan Perintah Biner
♦ Perintah AND digunakan untuk menghapus bit yang diinginkan dari
sebuah data 8 bit.
Contoh :
LD B, C1H
B=11000001
C1H
IN A, (20H)
A=XXXXXXX
X = 0 atau 1
AND B
∧=
A=XX00000X
Hasil
Bit 5 .........1 direset 0, yang lainnya tetap tidak berubah
♦ Perintah OR digunakan untuk mengeset bit yang dinginkan dari
sebuah data 8 bit
Contoh :
IN A, (20H )
A=XXXXXXXX
X = 0 atau 1
OR 3CH
konstanta = 0 0 1 1 1 1 0 0
CH
A=XX 1111XX
Hasil
♦ Perintah EX-OR digunakan untuk membalik bit yang diinginkan dari
sebuah data 8 bit.
Dengan perintah ini juga dapat dipakai untuk menyamakan 2 byte,
bit-bit yang tidak sama pada akku akan ditunjukkan sebagai 1
Contoh :
IN A, (20H )
A=10001111
8FH
XOR 3CH konstanta = 1 1 0 0 0 0 1 1
C3H
∀=
A=01001100
Hasil
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
207
6.1.16 Perintah Putar dan Geser
Dengan perintah ini register 8 bit dan lokasi memori dapat
digunakan sebagai sebuah register geser.Operasinya sendiri tentu
dilaksanakan dalam ALU dari CPU pada register-register geser, isi
masing-masing bit dapat digeser ketetangga Flip-flop kiri atau kanannya.
Perintah Putar
1. Putar ke kiri atau kanan dalam Register atau memori
Mnemonik
⇒ RLr
Mnemonik
⇒ RRr
r = Register CPU 8 bit atau isi memori 8 bit
Operasi :
Operasi :
Isi bit 7 dipindahkan ke flag Isi Flag Carry dipindahkan ke bit
carry dan isi bit Flag Carry 7 dan isi bit 0 ke Flag Carry dan
dipindahkan ke bit 0 dan bit bit yang lain digeser 1 kekanan.
yang lain digeser 1 ke kiri.
Flag :
Flag :
2. Putar ke kiri / kanan dalam register atau memori dan menuju flag
carry.
Mnemonik :
Mnemonik :
⇒ RLC r
⇒ RRC r
r = Register CPU 8
bit atau isi memori.
Operasi :
Operasi :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
208
Informasi :
Bit akan bergeser 1 kekiri atau kekanan , tetapi isi flag carry tidak
dalam lingkaran perputaran. Bit 7 berpindah ke bit 0 pada RLC, dan
bit 0 berpindah ke bit 7 pada RRC.
Bit yang lain bergeser satu ke kiri
Æ RLC.
Bit yang lain bergeser satu ke kanan
Æ RRC.
Flag :
Flag :
3. Putar secara digit ke kiri / kanan
Mnemonik :
RLD (HL)
Operasi :
Mnemonik :
RRD (HL)
Operasi :
Ini adalah perintah untuk memutar 12 digit , dan 4 digit untuk
pelaksanaan perintah.
Posisi perputaran selalu dibagi menjadi separuh dari akkumulator
dan sebuah isi memori pengalamatannya melalui ( HL ).
Separuh bagian kiri dari Akku tidak berubah isinya.
Flag :
Flag :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
209
Perintah Geser
1. Geser ke kiri secara aritmetik dalam register atau memori
Mnemonik :
SLA r
r
= Register 8 bit atau isi memori
Operasi :
Informasi bit masing-masing digeser 1 ( satu ) ke kiri, isi bit 7
digeser ke flag carry, pada bit 0
diberikan 0 pada setiap
pelaksanaan perintah ini. Bila isi dari register / memori adalah
bilangan biner, maka masing-masing bit digeser 1 kekiri.
Perintah ini digunakan untuk operasi pengalian.
Flag :
2. Geser kekanan secara aritmetik dalam register / memori :
Mnemonik :
SRA r
;
r = Register 8 bit atau isi memori
Operasi :
Informasi bit masing-masing , digeser 1 ke kanan , isi bit 0 digeser
ke flag carry , bit 7 selain digeser 1 kekanan , isi bit 7 juga tidak
berubah . Perintah ini digunakan untuk operasi pembagian untuk
bilangan negatif atau pun bilangan positif.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
210
3. Geser ke kanan secara logika dalam register / memori.
Mnemonik :
SRL r
r = Register 8 bit atau isi memori.
Operasi :
Setiap bit digeser 1 ( satu ) kekanan, isi bit 0 digeser ke flag carry
pada bit 7 diberikan 0 pada setiap pelaksanaan perintah ini.
Flag
Format :
adr
adr + 1
1
0
1
0
0
p
0
p
1
p
Operasi ppp
Kode Register rrr
RLC =
RRC =
RL =
RR =
SLA =
SRA =
SRL =
B
C
D
E
H
L
(HL)
A
000
001
010
011
100
101
111
=
=
=
=
=
=
=
=
000
001
010
011
100
101
110
111
0
r
1
r
1
r
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
211
6.1.17 Perintah Percabangan
Perintah percabangan ini memungkinkan :
− Pengulangan sebuah bagian program tunggal ( penundaan )
− Pemilihan program bagian yang berbeda ( keputusan )
− Pengelompokan tugas-tugas yang besar dalam beberapa
program-program bagian yang kecil
Pengelompokan perintah percabangan :
− Perintah - perintah loncat ( JUMP )
− Pemanggilan program bagian ( CALL ),
− Loncatan kembali dari program bagian ke program pemanggil (
RETURN ),
− Perintah start ulang ( RST ).
Pada pelaksanaan sebuah perintah-perintah percabangan, alamat loncat
yang mengikuti code operasinya, akan diisi pada Program Counter ( PC ).
Pengolah kontrol kemudian akan menjalankan program yang berada
mulai dari alamat tersebut.
Alamat tujuan loncat yang lebih besar ( loncat ke depan ) atau lebih kecil
(loncat ke belakang) adalah alamat lokasi memori yang ada pada
perintah percabangan.
6.1.17.1 Perintah percabangan bersyarat dan tidak bersyarat
Pada sebuah loncatan tidak bersyarat, pelaksanaan program
pada setiap saat dimulai pada alamat tujuan loncat yang telah ditentukan
pada perintah percabangan.
Pada sebuah loncatan bersyarat, pelaksanaan program pada alamat
tujuan loncat yang telah ditentukan tdilaksanakan bila syarat loncat
terpenuhi, bila syarat loncat tidak terpenuhi maka pelaksanaan program
dimulai pada perintah berikutnya dibawah perintah percabangan.
Pada perintah percabangan bersyarat, syarat loncat yang dapat dipakai
hanya kondisi masing-masing bit pada register flag.
6.1.17.2 Penggunaan perintah percabangan bersyarat
Dalam penggunaan perintah percabangan bersyarat ini, ada 2 hal yang
harus jelas yaitu :
− Bagaimana syarat loncat dapat diberikan pada loncatan bersyarat (
syarat loncat )
− Kemungkinan apa yang ada, untuk memberikan alamat tujuan loncat (
pengalamatan ).
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Syarat
loncat
Langsung
Tanpa
Syarat
JP adr
Relatif
JR e
tidak
langsung
(melalui
register)
JP (HL)
JP (IX)
JP (IY)
212
Flag zero
Flag Carry
Flag P/V
Flag S
JP Z, adr
JP NZ, adr
JP C, adr
JPNC, adr
JP M, adr
JP P, adr
JR Z, e
JR NZ, e
-
JR C, e
JR NC, e
-
JP PE,
adr
JP PO,
adr
-
-
-
Perintah loncat dengan pengalamatan langsung
Mnemonik :
JP adr
JP cc, adr
adr = alamat tujuan loncat
cc = syarat loncat ( kode kondisi flag )
Operasi
PC CPU diisi oleh alamat tujuan
yaitu konstanta 16 bit yang
mengikuti Opcode. CPU akan
menjalankan perintah yang ada
pada alamat yang ditunjuk oleh
PC.
Format :
adr
C
adr + 1
adr + 2
3
alamat
tujuan
LSB
alamat
tujuan
MSB
Opcode
1
Bila syarat loncat yang ditunjukkan
oleh ccc terpenuhi, maka PC akan
diisi oleh alamat tujuan yaitu
konstanta 16 bit yang mengikuti Opcode, CPU akan menjalankan
perintah yang berada pada alamat
yang sesuai dengan PC. Bila syarat
tidak terpenuhi maka PC = PC + 1,
sehingga CPU akan menjalankan
perintah yang berada pada alamat
sesuai dengan PC.
1
c
c
c
0
alamat tujuan LSB
alamat tujuan MSB
1
0
Opcode
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
213
Sebagai syarat loncat hanya dapat dipakai kondisi flag tertentu, seperti
ditunjukkan oleh tabel dibawah ini.
Flag
ccc
Mnemonik
Arti
000
JP NZ, adr loncat ke alamat tujuan bila hasil <> 0 (
Zero
Z=0 )
001
JP Z, adr
loncat ke alamat tujuan bila hasil = 0 ( Z
=1 )
010
JP NC, adr loncat ke alamat tujuan bila carry = 0 (
Carry
C=0 )
011
JP C, adr
loncat ke alamat tujuan bila carry = 1 (
C=1
100
JP PO, adr loncat ke alamat tujuan bila parity ganjil
P/V
( P/V=0 )
101
JP PE, adr loncat ke alamat tujuan bila parity
genap ( P/V=1 )
110
JP P, adr
loncat ke alamat tujuan bila hasil positip
Sign
( S=0 )
111
JP M, adr
loncat ke alamat tujuan bila hasil
negatip ( S=1 )
Setiap perintah loncat selalu hanya dapat menguji sebuah kondisi flag
tertentu yang dihasilkan melalui perintah sebelumnya. Flag Half Carry (H)
dan Flag Subtract ( N ) tidak dapat dipakai sebagai syarat loncat.
Flag : tidak terpengaruh
Perintah loncat dengan pengalamatan relatif
Jenis pengalamatan ini, pada Z-80 hanya dipakai untuk perintah loncat.
Mnemonik
JR e
JR cc, e
cc = syarat loncat hanya untuk flag carry dan zero
e = offset, jarak loncat
Format :
adr
1
8 Op-code
adr + 1 Konstanta e
0
0
1 c c 0
Konstanta e
0
0
Op-code
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
214
Pengertian masing-masing bit pada konstanta e, jarak adalah sebagai
berikut :
7 6 5 4 3 2 1 0
V X X X X X X X
V = 0 : loncat ke depan
00000000
0 sampai + 127 desimal
V = 1 : loncat ke belakang
01111111
11111111
-1 sampai -128 desimal
10000000
Operasi
PC CPU diisi oleh alamat tujuan
yaitu hasil dari PC saat itu
ditambah/dikurangi konstanta e.
CPU akan menjalankan perintah
pada alamat yang ditunjukkan oleh
PC.
Bila
syarat
loncat
yang
ditunjukkan oleh cc terpenuhi,
maka PC akan diisi oleh hasil
penjumlahan/pengurangan
PC
saat itu dengan konstanta e, bila
tidak terpenuhi PC = PC + 1.
6.1.18 Sub Routine (Program Bagian)
Program Bagian (Sub Routine)
Dalam program yang mempergunakan sebuah kelompok program
yang sering dipakai, maka kelompok program ini dapat ditulis sekali saja,
dan dapat dipanggil dimana saja dalam program utama bila kelompok
program ini diinginkan. Kelompok program ini disebut Program Bagian
atau
Sub
Routine.
Pemanggilan
program
bagian
dengan
mempergunakan perintah CALL ( . . . . ) atau RST ( Restart ), selalu
menyimpan alamat perintah berikutnya pada Stack, alamat yang
disimpan ini menjadi tujuan saat kembali setelah pelaksanaan program
bagian.
Perintah terakhir sebuah program bagian adalah selalu sebuah
perintah return/kembali ( RET ), yang fungsinya mengisi penghitung
program / program counter ( PC ), dengan alamat tujuan kembali yang
disimpan di stack. Sehingga pelaksanaan perintah berikutnya pada
program utama setelah kembali dari program bagian adalah perintah
yang alamatnya tersimpan pada Stack.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
215
6.1.18.1 Proses Pemanggilan Sebuah Program Bagian
Proses berjalan sebagai berikut :
− Pada setiap pemanggilan program bagian dengan CALL,
pertama-tama. menyimpan alamat tujuan lompat pada Stack.
− Kemudian terjadi sebuah lompatan untuk menjalankan perintah
pada alamat pertama dari program bagian ( PC = Alamat awal
program bagian ).
− Masing - masing perintah pada program bagian dijalankan secara
berurutan.
− Perintah RET menggunakan alamat loncat balik (dalam Stack),
sebagai alamat tujuan loncat balik ke program utama.( PC =
alamat loncat balik ).
− CPU akan melanjutkan pelaksanaan perintah berikutnya pada
program utama mulai dari alamat loncat balik ini.
Urutan program bagian adalah bebas dan juga harus tidak saling
mengikat dengan program bagian yang lain.
Perintah awal dari program bagian tidak ditentukan secara khusus, hanya
perintah akhir dari program bagian harus selalu perintah RETURN .
Peletakan program didalam penyimpan program dan data ( memori )
lebih banyak seperti pada gambar berikut ini :
Program Utama
HALT
Program Bagian 1
RET
R
O
M
Program Bagian
RET
Data yang tidak
berubah (Konstant)
Data yang dapat
berubah ( Variabel )
R
A
M
Daerah Stack
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
216
Penyimpan Alamat Loncat Balik pada STACK
Alamat loncat pada dasarnya diletakkan pada RAM. Penyimpanan
di RAM adalah lebih cepat, walaupun demikian kapasitas penyimpannya
terbatas.
Untuk penanganan daerah stack, penunjukkan ini dipergunakan fasilitas
perintah PUSH dan POP serta register penunjuk STACK (SP).
Pada setiap pemanggilan program bagian , pertama-tama isi Stack
Pointer (SP) dikurangi satu (SP - 1) kemudian (SP - 1) diisi dengan MSB (
bit tertinggi ) dari alamat loncat balik, kemudian isi (SP - 2) diisi dengan
LSB ( bit terendah ) dari alamat loncat balik.
Pada setiap loncat balik dari sebuah program bagian, bagian pertama
LSB dari PC akan diisi oleh isi SP ( alamat penyimpan stack saat itu ) dan
bagian MSB dari PC diisi oleh isi (SP + 1) dan kemudian (SP + 2)
menunjukkan alamat awal dari pemakaian stack berikutnya.
Pemanggilan program bagian dengan mempergunakan penunjuk stack
(SP), memiliki 2 keuntungan, yaitu :
−
Pada pemanggilan program bagian yang tidak rumit, dibutuhkan 2
lokasi memori sebagai penyimpan sementara dari alamat loncat
balik.
−
Program bagian dapat dibuat bercabang secara bebas, yang berarti
di dalam sebuah program bagian dapat dibuat program bagian yang
lain. Pada setiap pemanggilan program bagian, (SP) akan berubah
dan alamat stack yang terakhir akan naik 2 ke atas.
Oleh sebab itu program harus memperhatikan hal itu, yaitu tidak boleh
ada tumpang - tindih pada program bagian yang lain, dan tidak
melupakan perintah kembali (RET) pada akhir dari masing - masing
program bagian.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
217
6.2 MIKROKONTROLER
6.2.1 Algoritma Pemrograman
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat Menguasai Prosedur Penyusunan
Algoritma Pemrograman.
Algoritma
Algoritma adalah urutan langkah-langkah atau tahapan-tahapan
penyelesaian masalah yang disusun secara sistematis dan logis. Kata
Logis merupakan kata kunci dalam Algoritma. Langkah-langkah logis
dalam Algoritma ini harus dapat ditentukan bernilai salah atau benar.
Algoritma berisi urutan langkah-langkah penyelesaian masalah. Ini berarti
Algoritma adalah proses yang procedural. Definisi procedural menurut
kamus Bahasa Indonesia :
1. Tahap-tahap kegiatan untuk menyelesaikan suatu aktivitas
2. Metode langkah demi langkah secara eksak dalam memecahkan
suatu masalah
Pada pemrograman prosedural, program dibedakan antara bagian data
dengan bagian instruksi. Bagian instruksi terdiri atas runtutan (sequence)
instruksi yang dilaksanakan satu persatu secara berurutan oleh
pemroses. Alur pelaksanaan instruksi dapat berubah karena adanya
pencabangan kondisional. Data yang disimpan dalam memori
dimanipulasi oleh instruksi secara beruntun procedural. Paradikma
pemrograman seperti ini dinamakan pemrograman procedural.
Algoritma adalah bagian paling utama dari pemrograman. Dalam
kehidupan sehari-hari banyak pula dijumpai proses yang dinyatakan
dalam suatu algoritma. Cara-cara membuat kue atau masakan yang
dinyatakan dalam suatu resep juga dapat disebut sebagai algoritma.
Pada setiap resep selalu ada urutan langkah-langkah membuat membuat
masakan. Secara umum pihak (benda) yang mengerjakan proses disebut
pemroses (processor). Pemroses tersebut dapat berupa manusia,
computer, robot atau alat elektronik lainnya. Pemroses melakukan suatu
proses dengan melaksanakan atau mengeksekusi algoritma yang
menjabarkan proses tersebut. Melaksanakan algoritma berarti
mengerjakan langkah-langkah Pemroses mengerjakan proses sesuai
dengan algoritma yang diberikan kepadanya. Jurus masak membuat kue
berdasarkan resep yang diberikan kepadanya, pianis memainkan lagu
berdasarkan papan not balok.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
218
Karena itu suatu algoritma harus dinyatakan dslam bentuk yang dapat
dimengerti pemroses. Jadi suatu pemroses harus :
1. Mengerti setiap langkah dalam algoritma
2. Mengerjakan operasi yang sesuai dengan langkah tersebut
Mekanisme pelaksanaan algoritma dilakukan oleh pemroses (komputer).
Komputer hanyalah salah satu pemroses. Agar dapat dilaksanakan oleh
komputer, algoritma harus ditulis dalam notasi pemrograman sehingga
dinamakan program. Jadi program adalah perwujudan atau implementasi
teknis Algoritma yang ditulis dalam bahasa perograman tertentu sehingga
dapat dilaksanakan oleh komputer.
Program ditulis dalam salah satu bahasa pemrograman dan kegiatan
membuat program disebut Pemrograman (programming). Orang yang
menulis program disebut pemrogram (programmer). Tiap-tiap langkah
yang yang ditulis di dalam program disebut pernyataan (statement) atau
instruksi. Jadi program tersusun atas sederetan instruksi. Bila suatu
instruksi dilaksanakan, maka operasi-operasi yang bersesuaian dengan
instruksi tersebut dijalankan oleh komputer.
Secara garis besar komputer tersusun dari empat komponen utama,
yaitu ;
1. Piranti masukan, ialah alat yang digunakan untuk untuk memasukkan
data atau program ke dalam memori. Misalnya : keyboard, scanner,
mouse, joystick
2. Piranti keluaran, ialah alat yang digunakan untuk komputer untuk
menampilkan hasil-hasil operasi pemrosesan data. Misalnya :
monitor, printer, plotter
3. Unit pemroses utama (CPU). Ini merupakan otak dari computer yang
berfungsi mengerjakan operasi-operasi dasar seperti operasi
aritmetika dan logika
4. Memory. Tempat menyimpan program yang berisi operasi-operasi
yang akan dikerjakan oleh CPU dan menyimpan data atau informasi
yang akan diolah pemroses ataupun data hasil proses.
Gambar 6.2.1.1 Komponen Utama Komputer
Mula-mula program dimasukkan ke dalam memory komputer. Ketika
program dilaksanakan (dieksekusi) setiap instruksi yang telah tersimpan
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
219
didalam memori dikirim ke CPU. CPU menjerjakan operasi-operasi yang
bersesuaian dengan instruksi tersebut. Bila suatu operasi memerlukan
data, data dibaca dari piranti masukan, disimpan memory lalu dikirim ke
CPU untuk operasi yang memerlukan tadi. Bila proses menghasilkan
keluaran atau informasi, keluaran disimpan dalam memory lalu CPU
menuliskan data keluaran tadi ke piranti keluaran.
Pada dasarnya sebuah algoritma merupakan deskripsi pelaksanaan
suatu proses. Sebuah proses (job) dikerjakan oleh pemroses menurut
algoritma yang sudah ditulis. Algoritma disusun oleh sederetan langkah
instruksi yang logis. Tiap lagkah instruksi tersebut mengerjakan suatu
tindakan (aksi), bila suatu aksi dilaksanakan maka sejumlah operasi yang
bersesuaian dengan aksi tersebut dikerjakan oleh pemroses.
Contoh :
Algoritma tukar isi gelas
Diketahui gelas A berisi susu, gelas B berisi kopi.
Tukarkan isi kedua gelas tersebut sehingga gelas A berisi kopi dan gelas
B berisi susu.
Algoritma pemecahan masalah di atas adalah :
1. Tuang isi gelas A ke gelas C
2. Tuang isi gelas B ke gelas A
3. Tuang isi gelas C ke gelas B
Contoh algoritma tukar isi gelas di atas apabila dianalogikan tugar data
dari suatu lokasi memory maka menjadi sebagai berikut :
Contoh :
Algoritma tukar isi register r16 dengan r17
Diketahui register r16 berisi data #$55, register r17 berisi data #$AA.
Tukarkan isi kedua register tersebut sehingga r16 berisi data #$AA dan
r17 berisi data #$55.
Algoritma pemecahan masalah di atas adalah :
1. Copykan isi register r16 ke r18
2. Copykan isi register r17 ke r16
3. Copykan isi register r18 ke r17
Algoritma dapat disajikan dengan menggunakan dua macam cara, yaitu
dengan tulisan dan gambar. Penyajian dengan cara tulisan adalah seperti
pada contoh di atas, yang mana suatu langkah-langkah pemecahan
masalah dijelaskan dalam bentuk kata-kata dengan bahasa sendiri
seperti halnya penulisan resep makanan. Penyajian algoritma dengan
bentuk gambar banyak bentuk chart yang bisa dipakai dan yang paling
banyak dipergunakan adalah flowchart.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
220
Flowchart
Flowchart adalah suatu metode untuk menggambarkan tahaptahap pemecahan masalah dengan merepresentasikan symbol-simbol
tertentu yang mudah dimengerti, digunakan dan standar untuk diterapkan
Tujuan utama dari penggunaan lowchart adalah untuk menggambarkan
suatu tahapan penyelesaian masalah secara sederhana, terurai, rapi dan
jelas menggunakan symbol-simbol yang standar. Berikut ini adalah
symbol-simbol standar yang digunakan dalam penulisan program
flowchart.
Gambar 6.2.1.2 Simbol-simbol program flowchart
Apabila suatu flowchart lengkap telah selesai dikerjakan, gambaran
lengkap tentang proses pemikiran seorang programmer dalam
memecahkan suatu masalah dapatlah diikuti. Peranan flowchart sangat
penting terutama pada pemeriksaan program. Flowchart, yang
merupakan bagian penting dalam suatu program yang telah selesai,
dapat juga membantu orang lain dalam memahami algoritma yang tepat
yang dibuat oleh programmer.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
221
Ada dua jenis flowchart, yaitu :
1. Flowchart system, untuk menunjukkan jalannya program secara
umum (garis besarnya saja)
2. Flowchart terperinci, memuat perincian-perincian (detail) yang
terutama penting untuk programmer
Biasanya suatu program yang rumit didahului dengan flowchart system,
lalu dilengkapi pula dengan flowchart terperinci. Keuntungan dari sebuah
flowchart ialah bahwa di menunjukkan urutan langkah-langkah dengan
mengunakan symbol anak panah. Simbol-simbol yang lain digunakan
untuk menunjukkan operasi apa yang dilaksanakan pada tiap-tiap
langkah tersebut.
Contoh Algoritma tukar isi register di atas dapat digambarkan dalam
bentuk flowchart sebagai berikut :
Gambar 6.2.1.3 Flowchart program tukar isi register
Bahasa Pemrograman
Suatu program komputer merupakan susunan instruksi (perintah).
CPU komputer akan melaksanakan instruksi-instruksi itu langkah demi
langkah. Sebelum suatu program dilaksanakan oleh CPU, program
tersebut harus disimpan di memory dalam bentuk biner.
Program jenis ini disebut program dalam bahasa mesin (machine
language). Hanya bahasa inilah yang yang dapat dimengerti oleh oleh
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
222
sebuah komputer. Program dalam bahasa mesin ini biasanya dinyatakan
dalam digit heksadesimal dan program ini dapat pula disimpan dalam
suatu file ASCII.
Bagi pemakai, menginterpretasikan suatu program dalam bahasa mesin
sangatlah sulit dan membutuhkan banyak waktu. Para pembuat
mikroprosessor dan mikrokontroller telah membagi instruksi-instruksi
menjadi beberapa katagori menurut fungsinya. Instruksi-instruksi CPU
dan register-register biasanya dinyatakan dalam symbol-simbol yang
disebut “mnenonics”. Misalnya instruksi “MOV” adalah perintah untuk
meng-copy isi register satu ke register lainnya. Suatu program yang
ditulis dalam kode mnemonic disebut program dalam bahasa assembly.
Sebelum suatu program dalam bahasa assembly dilaksanakan oleh CPU,
program tersebut harus diterjemahkan dalam bahasa mesin oleh suatu
program khusus yang disebut “Assembler”.
Kebanyakan instruksi pada bahasa assembly merupakan kependekan
dari instruksi dalam bahasa manusia, contoh di atas MOV merupakan
kependekan dari MOVE, contoh lain misalnya LD kependekan dari
LOAD, ST kependekan dari STORE.
Selain dengan menggunakan bahasa mesin yang berupa kode
heksadesimal dan bahasa assembly, terdapat pilihan bahasa
pemrograman lain yang lebih manusiawi dan berorientasi ke bahasa
manusia yang biasa disebut dengan bahasa tingkat tinggi. Program
dalam bahasa tinggat tinggi tidak dapat langsung dilaksanakan oleh
computer tetapi harus diterjemahkan dahulu oleh sebuah translator
bahasa yang disebut kompilator (compiler) ke dalam bahasa mesin. Yang
tergolong dalam bahasa ini adalah Pascal, Basic, C, Delphi, Visual Basic,
Visual C++ dan lain-lain.
Walaupun bahasa tingkat tinggi terus berkembang dengan segala
fasilitas dan kemudahannya, peranan bahasa pemrograman tingkat
rendah tetap tidak dapat digantikan. Bahasa assembly mempunyai
keunggulan yang tidak mungkin diikuti oleh bahasa tingkat apapun dalam
hal kecepatan, ukuran file yang kecil serta kemudahan dalam manipulasi
sistem komputer.
Pada modul ini bahasa pemrograman yang akan dipergunakan adalah
bahasa assembly yang secara keseluruhan instruksinya tercantum dalam
tabel berikut ini :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
223
Tabel 6.2.1.1 Instruksi Mikrokontroller ATmega8535
Mnemonics
Operands
ADD
ADC
ADIW
SUB
SUBI
SBC
SBCI
SBIW
AND
ANDI
OR
ORI
EOR
COM
NEG
SBR
CBR
INC
DEC
TST
CLR
SER
MUL
MULS
MULSU
FMUL
FMULS
FMULSU
Rd, Rr
Rd, Rr
Rdl,K
Rd, Rr
Rd, K
Rd, Rr
Rd, K
Rdl,K
Rd, Rr
Rd, K
Rd, Rr
Rd, K
Rd, Rr
Rd
Rd
Rd,K
Rd,K
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd, Rr
Rd, Rr
Rd, Rr
Rd, Rr
Rd, Rr
Rd, Rr
RJMP
IJMP
RCALL
ICALL
RET
RETI
CPSE
CP
CPC
CPI
SBRC
SBRS
SBIC
SBIS
BRBS
BRBC
k
k
Rd,Rr
Rd,Rr
Rd,Rr
Rd,K
Rr, b
Rr, b
P, b
P, b
s, k
s, k
Description
ARITHMETIC AND LOGIC INSTRUCTIONS
Add two Registers
Add with Carry two Registers
Add Immediate to Word
Subtract two Registers
Subtract Constant from Register
Subtract with Carry two Registers
Subtract with Carry Constant from Reg.
Subtract Immediate from Word
Logical AND Registers
Logical AND Register and Constant
Logical OR Registers
Logical OR Register and Constant
Exclusive OR Registers
One’s Complement
Two’s Complement
Set Bit(s) in Register
Clear Bit(s) in Register
Increment
Decrement
Test for Zero or Minus
Clear Register
Set Register
Multiply Unsigned
Multiply Signed
Multiply Signed with Unsigned
Fractional Multiply Unsigned
Fractional Multiply Signed
Fractional Multiply Signed with Unsigned
BRANCH INSTRUCTIONS
Relative Jump
Indirect Jump to (Z)
Relative Subroutine Call
Indirect Call to (Z)
Subroutine Return
Interrupt Return
Compare, Skip if Equal
CP Rd,Rr Compare
Compare with Carry
Compare Register with Immediate
Skip if Bit in Register Cleared
Skip if Bit in Register is Set
Skip if Bit in I/O Register Cleared
Skip if Bit in I/O Register is Set
Branch if Status Flag Set
Branch if Status Flag Cleared
Operation
Rd ← Rd + Rr
Rd ← Rd + Rr + C
Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl + K
Rd ← Rd - Rr
Rd ← Rd - K
Rd ← Rd - Rr - C
Rd ← Rd - K - C
Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl - K
Rd ← Rd • Rr
Rd ← Rd • K
Rd ← Rd v Rr
Rd ← Rd v K
Rd ← Rd . Rr
Rd ← 0xFF - Rd
Rd ← 0x00 - Rd
Rd ← Rd v K
Rd ← Rd • (0xFF - K)
Rd ← Rd + 1
Rd ← Rd - 1
Rd ← Rd • Rd
Rd ← Rd . Rd
Rd ← 0xFF
R1:R0 ← Rd x Rr
R1:R0 ← Rd x Rr
R1:R0 ← Rd x Rr
R1:R0 ← (Rd x Rr) << 1
R1:R0 ← (Rd x Rr) << 1
R1:R0 ← (Rd x Rr) << 1
PC ← PC + k + 1
PC ← Z
PC ← PC + k + 1
PC ← Z
PC ← STACK
PC ← STACK
if (Rd = Rr) PC ← PC + 2 or 3
Rd - Rr
Rd - Rr - C
Rd - K
if (Rr(b)=0) PC ←© PC + 2 or 3
if (Rr(b)=1) PC ← PC + 2 or 3
if (P(b)=0) PC ← PC + 2 or 3
if (P(b)=1) PC ← PC + 2 or 3
if (SREG(s) = 1) then PC←PC+k + 1
if (SREG(s) = 0) then PC←PC+k + 1
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
BREQ
BRNE
BRCS
BRCC
BRSH
BRLO
BRMI
BRPL
BRGE
BRLT
BRHS
BRHC
BRTS
BRTC
BRVS
BRVC
BRIE
BRID
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
MOV
MOVW
LDI
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LDD
LD
LD
LD
LDD
LDS
ST
ST
ST
ST
ST
ST
STD
ST
ST
ST
STD
STS
LPM
LPM
LPM
SPM
IN
Rd, Rr
Rd, Rr
Rd, K
Rd, X
Rd, X+
Rd, - X
Rd, Y
Rd, Y+
Rd, - Y
Rd,Y+q
Rd, Z
Rd, Z+
Rd, -Z
Rd, Z+q
Rd, k
X, Rr
X+, Rr
- X, Rr
Y, Rr
Y+, Rr
- Y, Rr
Y+q,Rr
Z, Rr
Z+, Rr
-Z, Rr
Z+q,Rr
k, Rr
Rd, Z
Rd, Z+
Rd, P
Branch if Equal
Branch if Not Equal
Branch if Carry Set
Branch if Carry Cleared
Branch if Same or Higher
Branch if Lower
Branch if Minus
Branch if Plus
Branch if Greater or Equal, Signed
Branch if Less Than Zero, Signed
Branch if Half Carry Flag Set
Branch if Half Carry Flag Cleared
Branch if T Flag Set
Branch if T Flag Cleared
Branch if Overflow Flag is Set
Branch if Overflow Flag is Cleared
Branch if Interrupt Enabled
Branch if Interrupt Disabled
DATA TRANSFER INSTRUCTIONS
Move Between Registers
Copy Register Word
Load Immediate
Load Indirect
Load Indirect and Post-Inc.
Load Indirect and Pre-Dec.
Load Indirect
Load Indirect and Post-Inc.
Load Indirect and Pre-Dec.
Load Indirect with Displacement
Load Indirect
Load Indirect and Post-Inc.
Load Indirect and Pre-Dec.
Load Indirect with Displacement
Load Direct from SRAM
Store Indirect
Store Indirect and Post-Inc.
Store Indirect and Pre-Dec.
Store Indirect
Store Indirect and Post-Inc.
Store Indirect and Pre-Dec.
Store Indirect with Displacement
Store Indirect
Store Indirect and Post-Inc.
Store Indirect and Pre-Dec.
Store Indirect with Displacement
Store Direct to SRAM
Load Program Memory
Load Program Memory
Load Program Memory and Post-Inc
Store Program Memory
In Port
224
if (Z = 1) then PC ← PC + k + 1
if (Z = 0) then PC ← PC + k + 1
if (C = 1) then PC ← PC + k + 1
if (C = 0) then PC ← PC + k + 1
if (C = 0) then PC ← PC + k + 1
if (C = 1) then PC ← PC + k + 1
if (N = 1) then PC ← PC + k + 1
if (N = 0) then PC ← PC + k + 1
if (N . V= 0) then PC ← PC + k + 1
if (N . V= 1) then PC ← PC + k + 1
if (H = 1) then PC ← PC + k + 1
if (H = 0) then PC ← PC + k + 1
if (T = 1) then PC ← PC + k + 1
if (T = 0) then PC ← PC + k + 1
if (V = 1) then PC ← PC + k + 1
if (V = 0) then PC ← PC + k + 1
if ( I = 1) then PC ← PC + k + 1
if ( I = 0) then PC ← PC + k + 1
Rd ← Rr
Rd+1:Rd ←© Rr+1:Rr
Rd ← K
Rd ← (X)
Rd ← (X), X ← X + 1
X ← X - 1, Rd ← (X)
Rd ← (Y)
Rd ← (Y), Y ← Y + 1
Y ← Y - 1, Rd ← (Y)
Rd ← (Y + q)
Rd ← (Z)
Rd ← (Z), Z ← Z+1
Z ← Z - 1, Rd ← (Z)
Rd ← (Z + q)
Rd ← (k)
(X) ← Rr
(X) ← Rr, X ← X + 1
X ← X - 1, (X) ← Rr
(Y) ← Rr
(Y) ← Rr, Y ← Y + 1
Y ← Y - 1, (Y) ← Rr
(Y + q) ← Rr
(Z) ← Rr
(Z) ← Rr, Z ← Z + 1
Z ← Z - 1, (Z) ← Rr
(Z + q) ← Rr
(k) ← Rr
R0 ← (Z)
Rd ← (Z)
Rd ← (Z), Z ← Z+1
(Z) ← R1:R0
Rd ← P
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
OUT
PUSH
POP
P, Rr
Rr
Rd
SBI
CBI
LSL
LSR
ROL
ROR
ASR
SWAP
BSET
BCLR
BST
BLD
SEC
CLC
SEN
CLN
SEZ
CLZ
SEI
CLI
SES
CLS
SEV
CLV
SET
CLT
SEH
CLH
P,b
P,b
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
s
s
Rr, b
Rd, b
NOP
SLEEP
WDR
BREAK
Out Port
Push Register on Stack
Pop Register from Stack
BIT AND BIT-TEST INSTRUCTIONS
Set Bit in I/O Register
Clear Bit in I/O Register
Logical Shift Left
Logical Shift Right
Rotate Left Through Carry
Rotate Right Through Carry
Arithmetic Shift Right
Swap Nibbles
Flag Set
Flag Clear
Bit Store from Register to T
Bit load from T to Register
Set Carry
Clear Carry
Set Negative Flag
Clear Negative Flag
Set Zero Flag
Clear Zero Flag
Global Interrupt Enable
Global Interrupt Disable
Set Signed Test Flag
Clear Signed Test Flag
Set Twos Complement Overflow.
Clear Twos Complement Overflow
Set T in SREG
Clear T in SREG
Set Half Carry Flag in SREG
Clear Half Carry Flag in SREG
MCU CONTROL INSTRUCTIONS
No Operation
Sleep
Watchdog Reset
Break
225
P ← Rr
STACK ← Rr
Rd ← STACK
I/O(P,b) ← 1
I/O(P,b) ← 0
Rd(n+1) ← Rd(n), Rd(0) ← 0
Rd(n) ← Rd(n+1), Rd(7) ← 0
Rd(0) ←C,Rd(n+1) ← Rd(n),C←Rd(7)
Rd(7) ←C,Rd(n) ← Rd(n+1),C←Rd(0)
Rd(n) ← Rd(n+1), n=0..6
Rd(3..0) ←Rd(7..4),Rd(7..4) ←Rd(3..0)
SREG(s) ← 1
SREG(s) ← 0
T ← Rr(b)
Rd(b) ← T
C←1
C←0
N←1
N←0
Z←1
Z←0
I←1
I←0
S←1
S←0
V←1
V←0
T←1
T←0
H←1
H←0
(see specific descr. for Sleep function)
(see specific descr. for WDR/Timer)
For On-chip Debug Only
Contoh Algoritma tukar isi register di atas dapat diimplementasikan dalam
bentuk bahasa pemrograman assembly sebagai berikut :
start:
mov
r18,r16
mov
r16,r17
mov
r17,r18
selesai:
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
226
Rangkuman
Algoritma adalah urutan langkah-langkah atau tahapan-tahapan
penyelesaian masalah yang disusun secara sistematis dan logis.
Mekanisme pelaksanaan algoritma dilakukan oleh pemroses (komputer).
Komputer hanyalah salah satu pemroses. Agar dapat dilaksanakan oleh
komputer, algoritma harus ditulis dalam notasi pemrograman sehingga
dinamakan program. Jadi program adalah perwujudan atau implementasi
teknis Algoritma yang ditulis dalam bahasa perograman tertentu sehingga
dapat dilaksanakan oleh komputer.
Program ditulis dalam salah satu bahasa pemrograman dan kegiatan
membuat program disebut Pemrograman (programming). Orang yang
menulis program disebut pemrogram (programmer). Tiap-tiap langkah
yang yang ditulis di dalam program disebut pernyataan (statement) atau
instruksi. Jadi program tersusun atas sederetan instruksi. Bila suatu
instruksi dilaksanakan, maka operasi-operasi yang bersesuaian dengan
instruksi tersebut dijalankan oleh komputer.
Flowchart adalah suatu metode untuk menggambarkan tahaptahap pemecahan masalah dengan merepresentasikan symbol-simbol
tertentu yang mudah dimengerti, digunakan dan standar untuk
diterapkan.
Biasanya suatu program yang rumit didahului dengan flowchart system, lalu
dilengkapi pula dengan flowchart terperinci. Keuntungan dari sebuah flowchart
ialah bahwa di menunjukkan urutan langkah-langkah dengan mengunakan
symbol anak panah. Simbol-simbol yang lain digunakan untuk menunjukkan
operasi apa yang dilaksanakan pada tiap-tiap langkah tersebut.
Pembuatan program dapat dilakukan dengan menggunakan bahasa mesin
berupa kode heksadesimal, bahasa assembly dan bahasa tingkat tinggi.
Latihan
Pada Tabel Instruksi Mikrokontroller ATmega8535 tidak ditemukan
instruksi pembagian integer, pada latihan ini kita akan membuat sub
routine yang berfungsi sebagai pembagi integer sebagai berikut ;
r16
r17
Masukan
Keluaran
= r18 sisa r19
: r16 → data yang akan dibagi
r17 → data pembagi
: r18 → hasil pembagian integer
r19 → sisa pembagian
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
227
Fungsi : Isi register r16 dibagi dengan isi register r17, hasil pembagian
integer disimpan ke registerr18 sisa pembagian disimpan
ke register r19.
Register r16, r17, r18 dan r19 masing-masing adalah register 8 bit,
sehingga angka yang dapat diproses berkisar antara 0 sampai dengan
255 desimal.
Algoritma atau langkah-langkah pemecahan masalah :
1. Jika r16 lebih kecil dari r17 maka r16 tidak dapat dibagi, maka hasil
pembagian sama dengan 0 ( r18 = 0 ) dan sisa pembagian sama
dengan r16 ( r19 = r16 ) Dan proses pembagian tidak dapat dilakukan
lagi, proses selesai.
2. Jika r16 tidak lebih kecil dari r17 maka lakukan proses pengurangan
r16 – r17 hasilnyanya disimpan ke r16
r16 := r16 - r17
Kemudian lakukan proses incremen pada register r18 setiap kali
terjadi proses pengurangan tersebut di atas.
r18 := r18 + 1
Kembali ke langkah nomor satu
Dari ide pemecahan masalah di atas, selanjutnya dibuat flowchart
terperinci sebagai berikut :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
228
start
idiv
r18 Å 0
lidiv
tidak
r16 < r17
ya
r16 := r16 - r17
xidiv
r19 Å r16
r18 := r18 + 1
selesai
Dari flowchart di atas dan memperhatikan
Mikrokontroller ATmega8535, disusun program
assembly sebagai berikut :
table Instruksi
dalam bahasa
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
229
;===================================================
; Nama sub routine : idiv
; Input : r16, r17
; Output : r18, r19
; Fungsi : pembagian integer, r16/r17 = r18 sisa r19
;
;
isi r16 dibagi dengan isi r17,
hasil pembagian disimpan ke r18
;
sisa pembagian disimpan ke r19
;===================================================
idiv:
ldi
lidiv:
cp
brlo
sub
inc
rjmp
xidiv:
mov
ret
r18,0
r16,r17
xidiv
r16,r17
r18
lidiv
r19,r16
Berikut ini latihan membuat program untuk membagi bilangan integer
125 dengan 50.
125
= .....
50
Algoritma langkah-langkah pemecahan masalah :
1. Dengan menggunakan sub routine di atas, register r16 diisi
dengan data desimal 100, register r17 diisi data desimal 50
2. Panggil sub routine pembagian integer idiv.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
230
Flowchart :
Program dalam bahasa assembley :
start
r16 Å 125
r17 Å 50
mov
mov
rcall
r16,125
r17,50
idiv
Jika
program
ini
dijalankan,
seharusnya register r18 akan berisi
data decimal 2dan register r19 akan
berisi data decimal 25
idiv
selesai
Tugas
Rencanakan suatu algoritma, flowchart dan program dalam bahasa
assembly untuk memecahkan masalah sebagai berikut :
Isi register r20 dipecah menjadi tiga bagian, yaitu nilai ratusan disimpan
ke register r21, nilai puluhan disimpan ke register r22 dan nilai satuan
disimpan ke register r23.
Misalkan register r20 berisi data decimal 125, maka setelah menjalankan
program ini maka pada register r21 akan berisi data decimal 1, register
r22 berisi data decimal 2 dan register r23 akan berisi data decimal 5.
Gunakan sub routine pembagian integer pada latihan di atas untuk
membantu penyelesaian tugas ini.
Program dibuat sebagai program bagian (sub routine)
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Kunci Jawaban
Algoritma langkah-langkah pemecahan masalah :
r16 ← r20
r17 ← 100
r16
= r18 sisa r19
3.
r17
4.
r21 ← r18
5.
r16 ← r19
r17 ← 10
6.
r16
= r18 sisa r19
7.
r17
8.
r22 ← r18
9.
r23 ← r19
Flowchart :
1.
2.
start
r20 Å 125
r17 Å 100
idiv
r21 Å r18
r16 Å r19
r17 Å 10
idiv
r22 Å r18
r23 Å r19
selesai
231
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
232
Program dalam bahasa assembley :
;===================================================
; Nama sub routine : pecah3
; Input : r20
; Output : r21, r22, r23
; Fungsi : Isi register r20 dipecah menjadi tiga
;
bagian
;
nilai ratusan disimpan ke register r21,
;
nilai puluhan disimpan ke register r22
;
dan
;
nilai satuan disimpan ke register r23
;===================================================
pecah3:
ldi
mov
ldi
rcall
mov
mov
ldi
rcall
mov
mov
ret
r20,125
r16,r20
r17,100
idiv
r21,r18
r16,r19
r17,10
idiv
r22,r18
r23,r19
;===================================================
; Nama sub routine : idiv
; Input :r16, r17
; Output :r18, r19
; Fungsi : pembagian integer, r16/r17 = r18 sisa r19
;
;
isi r16 dibagi dengan isi r17,
hasil pembagian disimpan ke r18
;
sisa pembagian disimpan ke r19
;===================================================
idiv:
ldi
lidiv:
cp
brlo
sub
inc
rjmp
xidiv:
mov
ret
r18,0
r16,r17
xidiv
r16,r17
r18
lidiv
r19,r16
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
233
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat mengidentifikasi arsitektur mikrokontroller
ATmega8535.
6.2.2
Arsitektur Mikrokontroller ATmega8535
Mikrokontroller Atmega8535 adalah mikrokontroller AVR 8 bit buatan
ATMEL yang memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set
Computing). Instruksi dikemas dalam kode 16 bit dan dijalankan hanya
dengan satu siklus clock. Struktur I/O yang baik dengan sedikit
komponen tambahan diluar. Fasilitas internal yang terdapat pada
mikrokontroller ini adalah oscillators, timers, UART, SPI, pull-up resistors,
pulse width modulation (PWM), ADC, analog comparator dan watch-dog
timers. AVR merupakan kependekan dari Alf (Egil Bogen) and Vegard
(Wollan) 's Risc processor.
Fitur
•
•
•
•
High-performance, Low-power AVR® 8-bit Microcontroller
Advanced RISC Architecture
- 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
- 32 x 8 General Purpose Working Registers
- Fully Static Operation
- Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
- On-chip 2-cycle Multiplier
Nonvolatile Program and Data Memories
- 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
Endurance: 10,000 Write/Erase Cycles
- Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits.
In-System Programming by On-chip Boot Program
True Read-While-Write Operation
- 512 Bytes EEPROM, Endurance: 100,000 Write/Erase Cycles
- 512 Bytes Internal SRAM
- Programming Lock for Software Security
Peripheral Features
- Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare
Modes
- One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare
Mode, and Capture Mode
- Real Time Counter with Separate Oscillator
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
•
•
•
•
234
- Four PWM Channels
- 8-channel, 10-bit ADC
- Byte-oriented Two-wire Serial Interface
- Master/Slave SPI Serial Interface
- Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator
- On-chip Analog Comparator
Special Microcontroller Features
- Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
- Internal Calibrated RC Oscillator
- External and Internal Interrupt Sources
- Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save,
Power-down, Standby and Extended Standby
I/O and Packages
- 32 Programmable I/O Lines
- 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad QFN/MLF
Operating Voltages
- 2.7 - 5.5V for ATmega8535L
- 4.5 - 5.5V for ATmega8535
Speed Grades
- 0 - 8 MHz for ATmega8535L
- 0 - 16 MHz for ATmega8535
Keunggulan AVR adalah pengkombinasian banyak instruksi dengan 32
general purpose working registers. Kesemua 32 register tersambung
langsung ke Arithmetic Logic Unit (ALU), Mengijinkan dua register bebas
dapat diakses dengan intruksi yang dieksekusi hanya dengan satu siklus
clock. Hasilnya adalah suatu arsitektur dengan kode yang lebih efisien
dan 10 kali lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroller
konvensional CISC (Complex Instruction set Computing).
Mikrokontroller ini dibuat dengan using Atmel’s high density nonvolatile
memory technology. Program memory ISP Flash pada chip tunggal ini
dapat deprogram dalam mode In-System melalui saluran interface serial
SPI.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
235
Konfigurasi Pin
Gambar 6.2.2.1 Pinout Atmega8535
Deskripsi Pin
Vcc
Power Supply
GND
Ground
Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai masukan analog ke A/D
Converter
Selain itu Port A juga berfungsi sebagai port I/O dua
arah 8 bit apabila ADC tidak digunakan.
Pin pada port dilengkapi pula dengan resistor pull-up
internal yang dapat diaktifkan untuk setiap bit yang
dipilih.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Port Pin
PA0
236
Fungsi Alternatif
ADC0 (ADC input channel 0)
PA1
ADC1 (ADC input channel 1)
PA2
ADC2 (ADC input channel 2)
PA3
ADC3 (ADC input channel 3)
PA4
ADC4 (ADC input channel 4)
PA5
ADC5 (ADC input channel 5)
PA6
ADC6 (ADC input channel 6)
PA7
ADC7 (ADC input channel 7)
Port B (PB7..PB0) Port B berfungsi sebagai port I/O dua arah 8 bit
dengan resistor pull-up internal yang dapat diaktifkan
untuk setiap bit yang dipilih.
Port Pin
PB0
Fungsi Alternatif
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)
XCK (USART External Clock Input/Output)
PB1
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
OC0 (Timer/Counter0 Output Compare
Match Output)
PB4
SS (SPI Slave Select Input)
PB5
MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB6
MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB7
SCK (SPI Bus Serial Clock)
Port C (PC7..PC0) Port C berfungsi sebagai port I/O dua arah 8 bit
dengan resistor pull-up internal yang dapat diaktifkan
untuk setiap bit yang dipilih.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Port Pin
PC0
237
Fungsi Alternatif
SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
PC1
SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output
Line)
PC6
TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC7
TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
Port D (PD7..PD0) Port D berfungsi sebagai port I/O dua arah 8 bit
dengan resistor pull-up internal yang dapat diaktifkan
untuk setiap bit yang dipilih.
Port Pin
PD0
Fungsi Alternatif
RXD (USART Input Pin)
PD1
TXD (USART Output Pin)
PD2
INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD3
INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD4
OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B
Match Output)
PD5
OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A
Match Output)
PD6
ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD7
OC2 (Timer/Counter2
Match Output)
Output
Compare
RESET
Pin ini berfungsi untuk mereset mikrokontroller. Aktif
low. Artinya jika pin ini diberi input logika 0, maka
mikrokontroller akan ter-reset.
XTAL1
Pin ini tersambung ke kristal eksternal. Dilihat dari
rangkaian internal, pin ini sebagai input ke inverting
Oscillator amplifier dan input ke rangkaian operasinal
clock internal.
XTAL2
Pin ini tersambung ke kristal eksternal. Merupakan
keluaran dari inverting Oscillator amplifier
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
238
AVCC
Berfungsi sebagai input power supply untuk Port A
dan A/D Converter. Pin ini harus disambung pada
Vcc dan sebaiknya dipasangi low pass filter. Jika
tidak tersambung ke Vcc maka A/D Converter tidak
berfungsi.
AREF
Adalah pin tegangan reference analog untuk A/D
Converter.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Digram Blok Mikrokontroller Atmega8535
Gambar 6.2.2.2 Blok Diagram Atmega8535
239
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
6.2.3
240
Fungsi Blok pada masing-masing komponen dalam sistem
Mikrokontroller ATmega8535
AVR CPU Core
Gambar 6.2.3.1 Diagram Block Arsitektur MCU AVR
Untuk memaksimalkan performansi dan paralelisme, AVR menggunakan
arsitektur Harvard dengan pemisahan memory dan bus program dan
data. Instruksi dalam memory program dieksekusi dengan single level
pipelining. Ketika suatu instruksi sedang dieksekusi, instruksi beikutnya
diambil dahulu dari memory program. Konsep ini memungkinkan instruksi
dieksekusi setiap siklus clock. Memory program adalah In-System ReProgrammable Flas memory.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
241
Fast-access Register File terdiri dari 32 x 8 bit general purpose working
registers dengan waktu akses satu siklus clock memungkinkan operasi
Arithmetic Logic Unit (ALU) dilakukan dalam satu siklus clock. Pada
operasi ALU, dua operand dikeluarkan dari register File, operasi
dieksekusi dan hasilnya disimpan kembali ke dalam register file dalam
satu clock.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
242
Tabel 3.2.2.1.1 Register Mikrokontroller Atmega8535
Enam dari 32 register dapat dipergunakan sebagai register penunjuk
alamat tidak langsung 16-bit untuk pengalamatan data index yang
memungkinkan kalkulasi alamat menjadi efisien. Satu dari penunjuk
alamat ini dapat dipergunakan sebagai penunjuk alamat untuk look up
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
243
tables di dalam memory program flash. Ketiga register 16 bit tersebut
adalah register X, Y dan Z.
ALU mendukung operasi aritmetika dan logika antar register atau antar
konstanta dan register. Operasi dengan register tunggal juga dapat
dilakukan oleh ALU. Setelah operasi aritmetika dilakukan, register status
di-update informasinya sesuai dengan hasil operasi.
Register status adalah SREG dengan penjelasan setiap bitnya sebagai
berikut :
Bit 7 – I : Global Interrupt Enable
Bit 6 – T : Bit Copy Storage
Bit 5 – H : Half Carry Flag
Bit 4 – S : Sign Bit, S = N ⊕ V
Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Bit 2 – N : Negative Flag
Bit 1 – Z : Zero Flag
Bit 0 – C : Carry Flag
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
244
Gambar 6.2.3.2 Diagram Block AVR CPU General Purpose Working Registers
Seperti tampak pada gambar di atas, setiap register menempati satu
alamat pada memory data yang dipetakan langsung ke dalam 32 lokasi
memory pertama. Meskipun tidak diimplementasikan langsung sebagai
lokasi SRAM, organisasi memory ini menyediakan fleksibilitas yang baik
dalam mengakses register misalnya register penunjuk X, Y dan Z dapat
di-set sebagai register indek unutk register lain dalam file.
Register R26 sampai dengan R31 memiliki fungsi tambahan. Register ini
adalah penunjuk alamat 16 bit untuk pengalamatan tidak langsung dari
data space. Tiga register pengalamatan tidaklangsung X, Y dan Z
digambarkan sebagai brikut :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Rrgister X
15
7
245
XH
HL
0
7
R27(0x1B)
Rrgister Y
15
7
R27(0x1A)
YH
YL
0
7
R29(0x1D)
Rrgister z
15
7
0
0
R28(0x1C)
ZH
ZL
0
R31(0x1F)
0
0
7
0
0
R30(0x1E)
AVR Atmega8535 Memory
In-System Reprogrammable Flash Program Memory
Mikrokontroler Atmega8535 memiliki 8 Kbytes On-chip In-System
Reprogrammable Flash memory untuk meyimpan program. Karena
semua instruksi AVR lebarnya 16 atau 32 bit, maka memory flash
diorganisasi sebagai 4K x 16. Untuk keamanan software, Flash memory
space dibagi dalam dua seksi, yaitu : Boot Program section dan
Application Program section.
Flash memory meiliki ketahanan paling sedikit 10,000 kali siklus
write/erase. ATmega8535 Program Counter (PC) lebarnya adalah 12
bits yang dapat mengalamati program sebesar 4K lokasi memory.
Gambar 6.2.3.3 Peta Memory Program
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
246
SRAM Data Memory
608 lokasi alamat data memory adalah Register File, I/O Memory dan
internal data SRAM. 96 lokasi alamat pertama adalah Register File dan
I/O Memory. 512 lokasi alamat berikutnya adalah internal data SRAM.
Gambar 6.2.3.4 Peta Memory Data
Pengalamatan langsung dapat mencapai semua space memory data.
Pengalamatan tidak langsung dengan mode displacement hanya dapat
mencapai 63 lokasi memory dari alamat dasar yang diberikan oleh
register Y atau Z.
Ketika menggunakan register mode pengalamatan tidak langsung
dengan pre-decrement dan post-increment automatis, isi register X, Y
dan Z akan di-decrement atau di-increment.
Dengan mode pengalamatan tersebut dapat mengakses 32 general
purpose working registers, 64 I/O Registers dan the 512 bytes of
internal data SRAM.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
247
EEPROM Data Memory
The ATmega8535 memiliki 512 bytes memory data EEPROM yang tahan
paling sedikit 100.000 kali siklus write/erase. Ketika EEPROM sedang
dibaca, CPU akan berhenti bekerja selama empat siklus clock sebelum
instruksi berikutnya diesksekusi. Dan pada saat EEPROM sedang ditulisi
CPU akan berhententi selama dua siklus clock. Untuk menulis EEPROM
diperlukan waktu programming selama 8,4 ms
Register yang berhubungan dengan EEPROM adalah sebagai berikut :
EEPROM Address Register – EEARH dan EEARL
EEPROM Data Register – EEDR
EEPROM Control Register – EECR
Contoh program assembly untuk menulis EEPROM :
EEPROM_write:
; Wait for completion of previous write
sbic
EECR,EEWE
rjmp
EEPROM_write
; Set up address (r18:r17) in address register
out
EEARH, r18
out
EEARL, r17
; Write data (r16) to Data Register
out
EEDR,r16
; Write logical one to EEMWE
sbi
EECR,EEMWE
; Start eeprom write by setting EEWE
sbi
EECR,EEWE
ret
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
248
Contoh program assembly untuk membaca EEPROM :
EEPROM_read:
; Wait for completion of previous write
sbic EECR,EEWE
rjmp EEPROM_read
; Set up address (r18:r17) in Address Register
out
EEARH, r18
out
EEARL, r17
; Start eeprom read by writing EERE
sbi
EECR,EERE
; Read data from Data Register
in
r16,EEDR
ret
I/O Memory
Semua I/O dan peripheral Atmega8535 ditempatkan pada
I/O Space. Untuk mengakases lokasi I/O menggunakan instruksi
IN dan OUT yang dapat menstramsfer data antara 32 general
purpose working registers dan I/O space. Register I/O yang berada pada
alamat antara 0x00 sampai dengan 0x1F dapat diakses langsung per bit
denganmenggunakan instruksi SBI dan CBI. Pada register ini, nilai bit
tunggal dapat dicek menggunakan instruksi SBIS dan SBIC.
Ketika menggunakan instruksi khusus untuk I/O IN dan OUT, alamat I/O
0x00 – 0x3F harus digunakan. Ketika pengalamatan register I/O sebagai
data space menggunakan instruksi LD dan ST, 0x20 harus ditambahkan
pada alamat ini.
I/O Ports
Semua port AVR memiliki fungsi true Read-Modify-Write ketika
digunakan sebagai port I/O digital.Maksudnya bahwa arah satu port pin
dapat dirubah tanpa merubah arah port pin yang lain dengan instruksi
SBI dan CBI. Hal yang sama juga berlaku untuk mengubah nilai keluaran
(jika dikonfigurasi sebagai output) atau enable/disable resistor pull-up
internal jika dikonfigurasi sebagai input. Setiap buffer keluaran memiliki
karakteristik pengendalian yang simetri baik untuk high sink maupun
source. Driver pin cukup kuat untuk men-drive LED secara langsung.
Semua port memeiliki selektor resistor pull-up sendiri-sendiri dengan
suatu sumber tegangan dengan resistansi yang bervariasi. Semua pin I/O
memiliki dioda proteksi ke Vcc dan Gorund.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
249
Gambar 6.2.3.5 Rangkaian equivalent pin I/O
Pada penjelasan berikutnya dipakai symbol “x” untuk mewakili
port dan symbol “n” unutk mewakili bit, contoh PORTB3 untuk port B bit 3
dapat ditulis sebagai PORTxn.Tiga buah lokasi memory I/O terletak pada
setiap port. Satu untuk register data – PORTx, Data Direction Register –
DDRx dan Port Input Pins – PINx. Lokasi Port Port Input Pins I/O adalah
read only ketika Register Data dan Data Direction Register sedang
dibaca atau ditulisi. Pull-up Disable – PUD bit dalam SFIOR
memungkinkan fungsi pull-up untuk semua pin jika diset.
Setiap pin port terdiri dari tiga register bits, yaitu DDxn, PORTxn
dan PINxn. DDxn bits diakses pada alamat DDRx I/O, PORTxn bits pada
PORTx I/O address dan PINxn bits pada PINx I/O. DDxn bit pada
Register DDRx dipergunakan untuk mengatur arah data pin. Jika DDxn
ditulisi dengan logika 1, maka Pxn dikonfigurasi sebagai pin keluaran.
Jika DDxn diberilogika 0, maka Pxn dikonfigurasi sebagai pin masukan.
Jika PORTxn diberi logika 1 ketika pin dikonfigurasi sebagai input,
resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk melepas saklar resistor pull-up,
PORTxn harus diberi logika 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin keluaran.
Ketika pin reset aktif, pin port akan dikodisikan tri-stated meskipun tidak
ada pulsa clock.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
250
Jika PORTxn diberi logika 1 ketika pin dikonfigurasi sebagai pin
keluaran, maka pin port akan di-drive ke logika tinggi (1). Jika PORTxn
diberi logika 0 ketika pin dikonfigurasi sebagai pin keluaran, maka pin port
akan di-drive ke logika rendah (0).
Ketika switching antara tri-state ({DDxn, PORTxn} = 0b00) and
output high ({DDxn, PORTxn} = 0b11), dimungkinkan sebuah
intermediate state dengan pull-up ({DDxn, PORTxn} =0b01) atau output
low ({DDxn, PORTxn} = 0b10) akan muncul. Pada umumnya pull-up
enabled state dapat diakses penuh sebagai high-impedant environment
tanpa perbedaan antara strong high driver dan pull-up. Jika tidak
demikian, maka PUD bit dalam register SFIOR dapat diset ke disable
untuk semua pull-up pada semua port.
Switching antara input dengan pull-up dan output low
menghasilkan masalah yang sama. Pemakai harus menggunakan tristate ({DDxn, PORTxn} = 0b00) atau output high state ({DDxn, PORTxn}
= 0b10) sebagai suatu intermediate step.
Tabel 6.2.3.1 Konfigurasi Pin Port
DDxn
PORTxn
PUD
I/O
0
0
0
1
x
0
Input
Input
Pullup
No
Yes
0
1
1
1
0
1
1
x
x
Input
Output
Output
No
No
No
Keterangan
Tri-state (Hi-Z)
Pxn akan menjadi sumber arus,
jika external pulled low
Tri-state (Hi-Z)
Output Low (Sink)
Output High (Source)
Berikut ini contoh program dalam bahasa assembly yang menunjukkan
bagaimana men-set port B pin 0 dan1 high, 2 low 3 low, dan menentukan
bahwa port pin dari 4 sampai 7 sebagai input dengan pull-up yang
ditugaskan ke port pin 6 dan 7. Nilai hasil pengembalian pin dibaca
kembali. Ketika membaca kembali nilai pin, instruksi NOP harus
dimasukkan karena adanya keterlambatan sinyal sinkronisasi selama
satu periode clock.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
...
; Define pull-ups and set outputs high
; Define directions for port pins
ldi
r16,(1<<PB7)|(1<<PB6)|(1<<PB1)|(1<<PB0)
ldi
r17,(1<<DDB3)|(1<<DDB2)|(1<<DDB1)|(1<<DDB0)
out
PORTB,r16
out
DDRB,r17
; Insert nop for synchronization
nop
; Read port pins
in
r16,PINB
...
251
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
252
Timer/Counter
Mikrokontroller Atmega8535 memiliki tiga buah Timer/Counter yaitu
Timer/Counter0 8-bit dengan PWM, Timer/Counter1 16-bit dan
Timer/Counter2 8-bit dengan PWM.
Timer/Counter0 8-bit dengan PWM
Gambar 6.2.3.6 Diagram Block Timer/Counter0 8 bit
Timer/Counter (TCNT0) dan Output Compare Register (OCR0)
masing-masing adalah registers 8-bit.
Sinyal Interrupt request (dalam gambar di atas disingkat Int.Req)
dapat dilihat pada Timer Interrupt Flag Register (TIFR). Semua interrupt
dimasker secara individual pada register Timer Interrupt Mask (TIMSK).
TIFR dan TIMSK tidak diperlihatkan pada gambar di atas , register
tersebut juga dipergunakan untuk unit timer yang lain.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
253
Timer/Counter dapat disambung ke clock internal melalui
prescaler, atau dapat juga menggunakan clock eksternal melalui pin T0.
Clock select dikontrol oleh selector clock bit (CS02:0) yang terletak pada
register Timer/Counter Control (TCCR0).
Blok Clock Select logic mengatur pilihan sumber clock.
Timer/Counter menggunakan pulsa clock ini untuk meng-increment (atau
decrement) nilai counter. Timer/Counter tidak aktif apabila tidak ada
sumber clock yang dipilih. Keluaran dari Clock Select logic adalah sesuai
dengan timer clock (clkT0).
Setiap saat nilai Double buffered Output Compare Register
(OCR0) dibandingkan dengan nilai Timer/Counter. Hasil perbandingan
dapat dipergunakan oleh Waveform Generator untuk menggenerate
keluaran PWM atau variable frequency pada pin Output Compare (OC0).
The Compare Match event juga men-set Compare Flag (OCF0) yang
juga dapat dipakai untuk menggenerateoutput compare interrupt request.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
254
Timer/Counter1 16-bit
Gambar 6.2.3.7 Diagram Block Timer/Counter1 16 bit
Timer/Counter (TCNT1), Output Compare Registers (OCR1A/B)
dan Input Capture Register (ICR1) semuanya adalah register 16-bit.
Special procedure harus diikuti untuk mengakses register 16-bit.
Timer/Counter Control Registers (TCCR1A/B) adalah register 8-bit
dan tidak memiliki akses ke CPU. Sinyal Interrupt requests (dalam
gambar disingkat menjadi Int.Req.) dapat dilihat pada Timer Interrupt
Flag Register (TIFR). Semua interrupts dimasker secara individual
dengan Timer Interrupt Mask Register (TIMSK). TIFR and TIMSK tidak
ditunjukkan dalam gambar dan juga dipergunakan oleh timer yang lain.
The Timer/Counter dapat di-clock menggunakan clock internal, melalui
prescaler, atau dapat juga di-clock dari sumber eksternal melalui pin T1.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
255
Block Clock Select logic mengatur sumber dan edge clock. the
Timer/ Counter menggunakan pulsa clock ini untuk meng-increment (atau
decrement) nilai counter. Timer/Counter tidak aktif apabila tidak ada
sumber clock yang dipilih. Keluaran dari Clock Select logic adalah sesuai
dengan timer clock (clkT1).
Setiap saat nilai Double buffered Output Compare Register
(OCR1A/B)
dibandingkan
dengan
nilai
Timer/Counter.
Hasil
perbandingan dapat dipergunakan oleh Waveform Generator untuk
menggenerate keluaran PWM atau variable frequency pada pin Output
Compare (OC1A/B). The Compare Match event juga men-set Compare
Flag (OCF1A/B) yang juga dapat dipakai untuk menggenerateoutput
compare interrupt request.
TCNT1, OCR1A/B dan ICR1 adalah register 16-bit yang dapat
diakses oleh CPU AVR 8 bit melalui data bus. Register 16-bit diakses
menggunakan dua operasi baca atau tulis. Setiap timer 16 bit memiliki
register 8 bit temporer untuk menyimpan data sementara untuk
menyimpan byte tinggi dan byte rendah. Ketika byte low sedang ditulisi
oleh CPU, maka byte tinggi disimpan pada register temporer dan ke tika
byte low sedang ditulisi oleh CPU maka keduanya di-kopi ke register 16
bit. Ketika byte low sedang dibaca oleh CPU, maka byte tinggi di-kopi ke
register temporary pada saat clock yang bersamaan. Tidak semua
register 16 bit menggunakan register temporer untuk byte tinggi dan
rendah. Memmbaca regigter 16 bit OCR1A/B tidak menggunakan register
temporer. Untuk menulisi register 16 bit, byte tinggi harus ditulis dulu
sebelum menulis byte rendah. Untuk membaca register 16 bit, byte
rendah harus dibaca dulu sebeum membaca byte tinggi.
Contoh berikut diperlihatkan bagaimana mengakses register 16 bit
dengan asumsi tidak ada interrupt yang meng-update register temporer.
Dengan prinsip yang sama dapat pula mengakses register OCR1A/B dan
ICR1.
...
; Set TCNT1 to 0x01FF
ldi
r17,0x01
ldi
r16,0xFF
out
TCNT1H,r17
out
TCNT1L,r16
; Read TCNT1 into r17:r16
in
r16,TCNT1L
in
r17,TCNT1H
...
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
256
Program di atas mengembalikan nilai TCNT1 ke register
pasangan r17 dan r16. Untuk menghindari masalah terjadinya dengan
interrupt, maka selama mengakses register 16 bit, interrupt harus
dimatikan terlebih dahulu.
Program berikut ini contoh membaca register TCNT1.
TIM16_ReadTCNT1:
; Save Global Interrupt Flag
in
r18,SREG
; Disable interrupts
cli
; Read TCNT1 into r17:r16
in
r16,TCNT1L
in
r17,TCNT1H
; Restore Global Interrupt Flag
out
SREG,r18
ret
Program berikut ini contoh menulisi register TCNT1.
TIM16_WriteTCNT1:
; Save Global Interrupt Flag
in r18,SREG
; Disable interrupts
cli
; Set TCNT1 to r17:r16
out TCNT1H,r17
out TCNT1L,r16
; Restore Global Interrupt Flag
out SREG,r18
ret
Pemakaian Timer/Counter1 dapat digunakan sebagai tunda waktu
(delay), pada contoh dibawah ini bahwa kristal yang dipergunakan modul
mikrokontroller adalah 12 MHz. Dengan kristal sebesar ini, maka satu
detik sama dengan 12.000.000 pulsa clock.
Berikut ini algoritma membuat tunda waktu 1 detik.
1. Mengaktifkan interrupt TOIE1 dengan cara men-set bit2 – TOIE1:
Timer/Counter1,
Overflow
Interrupt
Enable
pada
register
Timer/Counter Interrupt Mask – TIMSK
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
257
Jika bit ini diberi logika 1, maka Timer/Counter1 overflow interrupt dienable-kan dan I-flag di Status Register akan di-set 1 (interrupts
globally enabled)
2. Menentukan nilai pembagi prescaler dengan men-set register
Timer/Counter1 Control Register B – TCCR1B
Bit ke 0 sampai bit ke 2 [CS12,CS11,CS10] digunakan untuk memilih
sumber clock yang akan digunakan Timer/Counter, dengan
keterangan sebagai berikut :
CS12
CS11
CS10
Keterangan
0
0
0
0
0
1
clkI/O/1 (No prescaling)
0
1
0
clkI/O/8 (From prescaler)
0
1
1
clkI/O/64 (From prescaler)
1
0
0
clkI/O/256 (From prescaler)
1
0
1
clkI/O/1024 (From prescaler)
1
1
0
External clock source on T1 pin. Clock on falling
edge.
1
1
1
External clock source on T1 pin. Clock on rising
edge.
No clock source (Timer/Counter stopped)
Dengan memilih sumber clock, dihitung nilai yang paling baik dengan
selisih yang paling kecil. Apabila dihitung secara manual akan
diperoleh hasil perbandingan sebagai berikut :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Sumber
Clock
Jumlah
clock
258
pulsa/sumber
Keterangan
clkI/O/1
12.000.000/1 = 12000.000
Melebihi batas nilai 16 bit
clkI/O/8
12.000.000/8 = 1.500.000
Melebihi batas nilai 16 bit
clkI/O/64
12.000.000/64 = 187.500
Melebihi batas nilai 16 bit
clkI/O/256
12.000.000/256 = 46.875
Masuk dalam nilai 16 bit
clkI/O/1024
12.000.000/1024 =
11.718,75
Masuk dalam nilai 16 bit
Dari table hasil pembagian di atas tampak bahwa sumber clock yang
dapat dipakai adalah sumber clock dengan prescaler pembagi 256
dan 1024. Tetapi karena pre scaler 256 menghasilkan angka bulat
tanpa nilai lebih dibelakang koma, maka sumber clock ini akan
menghasilkan timer yang tepat pula. Oleh karena itu dipilihlah nilai
prescaler ini dengan hasil pembagian 46.875
3. Berikutnya menghitung nilai yang akan dimasukkan ke register
Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L
Karena Timer menghitung naik dan over flow jika melewati nilai
$FFFF ke $0000, maka register TCNT1 diisi dengan nilai minus 46.875 atau dalam bilangan heksa $48E5. Nilai byte tinggi 48 inilah
yang nantinya dimasukkan ke register TCNT1H dan Nilai byte rendah
E5 dimasukkan ke register TCNT1L
Untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut dalam algoritma langkah 2 dan
3, lebih mudah dilakukan dengan menggunakan kalkulator yang
disertakan dalam CD dengan tampilan sebagai berikut :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
259
Gambar 6.2.3.8 Kalkulator AVR
4. Flag overflow dapat dilihat pada bit TOV1 pada register TIFR. Apabila
bit TOV berlogika 1, maka timer/counter sudah overflow dan program
bagian (sub routine) tunda waktu selesai dan kembali ke program
utama. Sebelum keluar sub routine bit TOV harus dienolkan dulu
dengan memberikan logika satu.
TOV1 otomatis di-clear ketika Timer/Counter1 Overflow Interrupt
Vector diekesekusi. Alternatif lain TOV1 juga dapat di-clear dengan
memberikan logika 1 pada lokasi bit tersebut.
Berikut ini contoh program bagian dalam bahasa assembly untuk tunda
waktu 1 detik :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
260
.equ value1s = 0x48E5
;=========================================================
; tunda selama 1s
; x'tal = 12000000 Hz.
; selama 1 detik = 12000000 clock
; prescaler = 256
; nilai Overflow = -12000000/256 = - 46.875 = 0x48E5
; 0x48E5 inilah yang diisikan ke reg. TCNT1H dan TCNT1L
;=========================================================
tunda1s:
ldi
r16,0b00000100
;mengaktifkan interupsi TOIE1
out
TIMSK,r16
ldi
r16,0b00000101
;prescaler timer 256
out
TCCR1B,r16
;freq. clock dibagi 256
ldi
r16,high(value1s) ;memsukkan nilai timer
out
TCNT1H,r16
;0x48E5, 48 ke TCNT1H dan E5 ke
TCNT1L
ldi
r16,low(value1s)
out
TCNT1L,r16
loopt1:
in
sbrs
rjmp
ldi
out
ret
r16,TIFR
r16,TOV1
loopt1
r16,0b00000100
TIFR,r16
;menunggu sampai timer1 overflow
;mengenolkan kembali timer1
Timer/Counter2 8-bit
Timer/Counter (TCNT2) dan Output Compare Register (OCR2)
masing-masing adalah registers 8-bit. Sinyal Interrupt request (dalam
gambar di atas disingkat Int.Req) dapat dilihat pada Timer Interrupt Flag
Register (TIFR). Semua interrupt dimasker secara individual pada
register Timer Interrupt Mask (TIMSK). TIFR dan TIMSK tidak
diperlihatkan pada gambar di atas , register tersebut juga dipergunakan
untuk unit timer yang lain.
Timer/Counter dapat di-clock mengguanakn internal clock melalui
prescaler atau menggunakan clock eksternal asinkron melalui pin
TOSC1/2. Opersi asinkron dikontrol oleh Asynchronous Status Register
(ASSR). Clock Select logic block digunakan untuk mengatur sumber
clock Timer/Counter. Jika tidak ada sumber clock, maka timer/counter
akan berhenti. Keluaran Clock Select logic adalah timer clock (clkT2).
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Gambar 6.2.3.9 Diagram Block Timer/Counter2 8 bit
261
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
262
Serial Peripheral Interface – SPI
Gambar 6.2.3.10 SPI Master-Slave Interconnection
Dengan adanya Serial Peripheral Interface – SPI memungkinkan
transfer sinkron data kecepatan tinggi antara Atmega8535 dengan
peralatan lain.
Hubungan interkoneksi antara Master dan Slave ditunjukkan pada
gambar di atas. Sistim terdiri dari dua register geser dan generator clock
master. Untuk menentukan perangkat mana sebagai Master atau Slave,
ditentukan dengan men-set pin Slave Select ( SS ). Jika pin SS mendapat
logika rendah, maka konfigurasi SPI adalah sebagai slave.
Master harus berinisiatif memulai komunikasi ke Slave.
Master dan slave mempersiapakan data yang akan dikirim ke register
geser. Master menggenerasi sinyal clock (SCK) untuk menggesesr data.
Data selalu bergeser dari Master ke Slave pada pin Master Out – Slave In
(MOSI) dan dari Slave ke Master pada pin Master In – Slave Out (MISO).
Setelah setiap paket terkirim, Master akan mensinkronisasi Slave dengan
mem-pulling high Slave Select ( SS ).
Ketika dikonfigurasi sebagai Master, Interface SPI tidak secara otomatis
jalur SS ini. Pemakai harus mengatur logika pin SS ini dengan dengan
software sebelum komunikasi dapat dimulai. Ketika hal tersebut sudah
dilakukan, tulis data ke SPI Data Register dan berikan pulsa clock, maka
hardware akan menggeser delapan bit data ke Slave. Setelah menggeser
satu byte, SPI clock generator akan stop, dan menyeting End of
ransmission Flag (SPIF). Jika SPI Interrupt Enable bit (SPIE) dalam
Register SPCR sama dengan 1, maka suatu interrupt akan di-request.
Master dapat melanjutkan pengiriman data berikutnya dengan menulisi
register SPDR, atau sinyal tanda akhir paket dengan mem-pulling high
pin Slave Select ( SS ). Byte yang datang terakhir akan disimpan dalam
register buffer untuk penggunaan selanjutnya.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
263
Ketika dikonfigurasi sebagai Slave, Interface SPI akan beristirahat
bersama MISO tri-state selama pin SS berlogika tinggi. Dalam kondisi ini,
software dapat meng-update isi register SPI Data Register (SPDR), tetapi
data tidak akan digeser keluar oleh pulsa clock yag datang pada pin SCK
sampai pin SS diberi logika rendah. Setelah satu byte data selesai
digeser, End of Transmission Flag, SPIF akan di-set 1. Jika bit SPI
Interrupt Enable, SPIE dalam register SPCR di set 1, maka suatu
interrupt akan di-request. Slave dapat melanjutkan menempatkan data
baru yang akan dikirim ke register SPDR sebelum membaca data yang
masuk. Byte data yang masuk terakhir akan disimpan ke dalam register
buffer untuk penggunaan selanjutnya.
Sistim SPI ini menggunakan satu buah buffer untuk arah kirim dan dua
buah buffer untuk arah terima. Artinya bahwa byte yang akan dikirim tidak
dapat dimasukkan ke register data SPI sebelum siklus geser selesai.
Ketika menerima data. Bagaimanapun juga sebuah karakter harus dibaca
dari register data SPI sebelum karakter berikutnya selesai digeser, kalau
tidak kehilangan byte pertama.
Dalam mode SPI Slave, control ligic akan mengambil sample sinyal dari
pin SCK. Untuk meyakinkan sampling yang benar dari sinyal clock,
minimal dan maksimal perioda harus sebagai berikut :
Periode rendah = lebih panjang dari 2 siklus clock CPU
Periode tinggi = lebih panjang dari 2 siklus clock CPU
Ketika SPI di-enable-kan, arah data pin MOSI, MISO, SCK dan SS
disesuaikan dengan tabel berikut :
Pin
MOSI
MISO
SCK
SS
Arah, SPI Master
Ditentukan pemakai
input
Ditentukan pemakai
Ditentukan pemakai
Arah , SPI Slave
input
Ditentukan pemakai
input
input
Contoh berikut memeprlihatkan bagaimana menginisialisasi SPI sebagai
Master dan bagaimana mengirimkan data. DDR_SPI pada contoh ini
harus diganti dengan Data Direction Register yang mengontrol pin SPI
yang sesungguhnya. DD_MOSI, DD_MISO dan DD_SCK harus diganti
dengan bit arah data yang sesungguhnya dari pin tersebut. Sebagai
contoh, jika MOSI berada pada pin PB5, maka gantilah DD_MOSI
dengan DDB5 dan DDR_SPI dengan DDRB.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
SPI_SlaveInit:
; Set MISO output, all others input
ldi
r17,(1<<DD_MISO)
out
DDR_SPI,r17
; Enable SPI
ldi
r17,(1<<SPE)
out
SPCR,r17
ret
SPI_SlaveReceive:
; Wait for reception complete
sbis SPSR,SPIF
rjmp SPI_SlaveReceive
; Read received data and return
in
r16,SPDR
ret
264
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
265
The Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and
Transmitter (USART)
Gambar 6.2.3.11 USART Block Diagram
Berikut ini contoh program mengakses USART
.include"C:\Program Files\Atmel\AVR
Tools\AvrAssembler2\Appnotes\m8535def.inc"
.equ
fclock = 4000000
.equ
baud_rate = 19200
.equ
ubbr_value = (fclock / (16*baud_rate)) - 1
.org
0x0000
;==========================================================
; menempatkan alamat stack pointer pada alamat terakhir RAM
;==========================================================
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
main:
ldi
out
ldi
out
rcall
rcall
utama:
in
rcall
rcall
USART
out
portB
rjmp
266
r16,low(RAMEND)
SPL,r16
r16,high(RAMEND)
SPH,r16
init_usart
init_port
r17,pinC
usart_tx
usart_rx
;membaca data pinC
;mengirim isi reg.17 ke USART
;menunggu data yang masuk ke
PortB,r17
;isi reg.17 dikeluarkan ke
utama
;==========================================================
;inisialisasi usart
;==========================================================
init_usart:
;set baud rate
ldi
r16,high (ubbr_value)
out
UBRRH, r16
ldi
r16,low (ubbr_value)
out
UBRRL, r16
;enable receive and transmit
ldi
r16, (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<RXCIE)
out
UCSRB,r16
;set format:8 data,1 stop bit
ldi
r16, (1<<URSEL)|(3<<UCSZ0)
out
UCSRC,r16
ret
;==========================================================
;inisialisasi port
;==========================================================
init_port:
ldi
r16,0x00
out
ddra,r16
;PORTA sebagai input
out
ddrc,r16
;PORTC sebagai input
ldi
r16,0xff
out
ddrb,r16
;PORTB sebagai output
out
ddrd,r16
;PORTD sebagai output
ret
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
267
;==========================================================
; usart transmit data
; fungsi : mengirim isi reg. 17 ke USART
;==========================================================
usart_tx:
sbis
UCSRA,UDRE ;wait for empty transmit buffer
rjmp
usart_tx
out
UDR,r17
;put data into buffer, sends the
data
ret
;==========================================================
; usart receive data
; fungsi : membaca USART dan hasil pembacaan masuk ke reg.
17
;==========================================================
usart_rx:
sbis
UCSRA,RXC
;wait for data to be received
rjmp
usart_rx
in
r17,UDR
;get and return received data from
;buffer
ret
Rangkuman
Mikrokontroller Atmega8535 adalah mikrokontroller AVR 8 bit buatan
ATMEL yang memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set
Computing). Instruksi dikemas dalam kode 16 bit dan dijalankan hanya
dengan satu siklus clock.
Fitur Mikrokontroller Atmega8535 adalah
• High-performance, Low-power AVR® 8-bit Microcontroller
• Nonvolatile Program and Data Memories
• Peripheral Features
- Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare
Modes
- One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare
Mode, and Capture Mode
- Real Time Counter with Separate Oscillator
- Four PWM Channels
- 8-channel, 10-bit ADC
- Byte-oriented Two-wire Serial Interface
- Master/Slave SPI Serial Interface
- Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator
- On-chip Analog Comparator
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
•
•
•
268
I/O and Packages
- 32 Programmable I/O Lines
- 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad QFN/MLF
Operating Voltages
- 2.7 - 5.5V for ATmega8535L
- 4.5 - 5.5V for ATmega8535
Speed Grades
- 0 - 8 MHz for ATmega8535L
- 0 - 16 MHz for ATmega8535
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
269
Latihan
Dengan menggunakan software Eagle atau Protel, gambarlah rangkaian
dan layout PCB modul mikrokontroller Atmega8535 seperti gambar
berikut :
Gambar 6.2.3.12 Rangkaian Modul Mikrokontroller Atmega8535
Gambar 6.2.3.13 Desaign PCB Modul Mikrokontroller Atmega8535
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
270
Tugas
Dari gambar layout PCB modul mikrokontroller yang dibuat pada latihan
di atas, kerjakanlah pembuatan PCB tersebut dan solderilah komponen
yang diperlukan sehingga menjadi modul mikrokontroller yang nantinya
akan dipakai pada modul pembelajaran ini.
Kunci Jawaban
Gambar 6.2.3.14 Layout PCB sisi komponen
Gambar 6.2.3.15 Layout PCB sisi solder
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Gambar 6.2.3.16 PCB Modul Mikrokontroller
271
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
272
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini, diharapkan
peserta didik dapat memiliki kemampuan membuat program, mensimulasikan
dan mempogram mikrokontroller ATmega8535 menggunakan software BascomAVR
6.2.4 Membuat Program Mikrokontroller
Siapkan modul mikrokontroller
mikrokontroller dengan komputer.
dan
sambungkan
kabel
LPT
antara
Gambar 6.2.4.1 Sambungan kabel LPT antara modul mikrokontroller dengan
komputer
Jalankan program
, tunggu sampai muncul jendela utama
BASCOM-AVR.
Pilih Menu File – New atau tekan toolbar Open new edit window
Pada jendela editor, ketiklah program mikrokontroller yang akan dibuat.
Di bawah ini contoh program input output membaca deretan saklar pada
Pinc dan menampilkannya pada Portb.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
273
Gambar 6.2.4.2 Jendela Editor BASCOM-AVR
Simpan file tersebut dalam satu folder tersendiri karena setiap project
setelah di-compile akan menghasilkan banyak file.
Untuk menyimpan file, pilih menu File – Save atau tekan toolbar Save
File
Kemudian compile file tersebut dengan memilih menu Program – File
atau tekan toolbar
Compile current file(F7)
Tunggu sampai proses compiling selesai.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
274
Gambar 6.2.4.3 Jendela Proses Compiling
Apabila terdapat kesalahan, maka di bawah jendela editor akan muncul
informasi kesalahan seperti contoh berikut :
Gambar 6.2.4.4 Jendela informasi kesalahan
Tampak pada contoh di atas muncul pesan keslahan Error 124 pada
baris 12 bahwa tidak ada instruksi LOOP. Untuk memperbaiki kesalahan
yang dimaksud, lompat ke baris yang salah dengan cara double click
pada teks informasi keslahan tersebut.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
275
Mensimulasikan Program Mikrokontroller
Jika tidak ada kesalahan, maka pesan kesalahan tidak muncul dan
program dapat disimulasikan dengan cara pilih menu Program –
Simulate atu tekan toolbar Simulate program(F2)
Selanjutnya akan muncul jendela AVR Simulasi seperti berikut
Gambar 6.2.4.5 Jendela AVR Simulasi
Aktifkan toolbar Show hardware emulation kemudian akan muncul
Jendela Hardware emulation seperti gambar 6.2.4.6.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
276
Gambar 6.2.4.6 Jendela Hardware Simulasi
Aktifkan toolbar Refresh variables agar tampilan jendela hardware
simulasi selalu fresh sesuai kondisi aktual
Berikutnya jalankan program simulasi dengan menekan toolbar Run
program(F5)
Click pada tampilan LED warna hijau IC maka tampilan LED warna
merah pada PB akan menyala sesuai masukan pada PinC.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
277
Gambar 6.2.4.7 Jendela AVR Simulasi dan Hardware Simulasi keduanya aktif
Memprogram Mikrokontroller
Pilih jenis programmer melalui port paralel LPT dengan cara pilih
menu Option –Programmer, selanjutnya pilih TabStrib Programmer dan
pada ComboBox Programmer pilih STK200/STK300 Programmer,
kemudian tekan tombol OK seperti pada gambar berikut
Gambar 6.2.4.8 Jendela BASCOM-AVR Option
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
278
Selanjutnya pilih menu Program – Send to chip atau tekan toolbar Run
programmer (F4) dan pilih menu Program
Apabila board modul mikrokontroller tidak aktif, maka akan muncul
jendela pesan sebagai berikut
Gambar 6.2.4.9 Kotak pesan
Jika board modul mikrokontroller tidak ada masalah, maka selanjutnya
akan muncul jendela AVR ISP STK Programmer sebagai berikut :
Gambar 6.2.4.10 Jendela AVR ISP STK Programmer
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
279
Pada combobox Chip, pilih Atmega8535, tekan toolbar Load file into
buffer dan pilih file hex yang akan di-download ke chip mikrokontroller
Untuk men-download program , tekan toolbar Write buffer to flash ROM
Tunggu sampai proses programming selesai
Gambar 6.2.4.11 Jendela BASCOM-AVR Programming status
Setelah itu lepas kabel LPT dan mikrokontroller langsung menjalankan
program yang telah di-download
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
280
Rangkuman
Software BASCOM-AVR dapat dipergunakan untuk membuat program
dengan bahasa tingkat tinggi BASIC.
Program yang sudah ditulis dapat di-compile dapat disimulasikan pada
computer.
Hasil compiling program berupa file hexa yang nantinya didownloadkan
ke chip mikrokontroller.
Latihan
Salinlah program dibawah ini pada editor BASCOM-AVR, kemudian
simulasikan dan downloadkanlah ke dalam chip microcontroller.
'Hardware : Modul Digital I/O Test pada PORTB/C
'Fungsi
: Kedip
$regfile "m8535.dat"
Config Portd = Output
Do
Portd = 0
Waitms 100
Portd = 255
Waitms 100
Loop
End
Gambar 6.2.4.12 Program kedip pada jendela editor BASCOM-AVR
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
281
Tugas
Berikut ini adalah program membaca data analog ADC input kanal
0 dan ditampilkan ke LCD dua baris 16 kolom. Salinlah program tersebut
dan simulasikan pada BASCOM-AVR. Aturlah slider mulai pada posisi
minimal paling bawah sampai pada posisi paling atas. Berapa
penunjukan LCD ketika slider pada posisi minimal dan maksimal ?
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Dim Ch0 As Word
Dim A0 As Single
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
'config ADC
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 =
Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2
Config Lcd = 16 * 2
Cursor Off Noblink
Start Adc
Cls
Upperline
Lcd "ADC input = "
Do
Ch0 = Getadc(0)
A0 = Ch0 * 0.0049
Locate 1 , 13
Lcd Fusing(a0 , "#.#")
Loop
End
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Kunci Jawaban
Gambar 6.2.4.13 Simulasi ketika slider pada posisi minimal
Gambar 6.2.4.14 Simulasi ketika slider pada posisi maksimal
282
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
283
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini, diharapkan
peserta didik dapat Memprogram Sistem Mikrokontroller ATmega8535.
6.2.5 Input Output Digital
Gambar 6.2.5.1 Rangkaian Modul Digital Input Output Test
Gambar 6.2.5.2 Modul Percobaan Input Output Digital
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Listing program :
‘Hardware : Modul Digital I/O pada PORTD/PORTA
‘Fungsi
: Membaca data deretan saklar pada PORTA
‘
Menampilkan hasil pembacaan deretan LED pada
PORTD
$regfile "m8535.dat"
Config Porta = Input
Config Portd = Output
Do
Portd = Pina
Loop
End
Deretan LED
Gambar 6.2.5.3 Modul Percobaan Deretan LED
Listing program :
Cara 1 :
‘Hardware
‘
‘Fungsi
: Modul Mikrokontroler
Modul Digital I/O pada PORTB/PORTC
: LED berjalan pada PORTB
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Config Portc = Input
Config Portb = Output
Do
Portb = &B00000001
Waitms 100
Portb = &B00000010
Waitms 100
Portb = &B00000100
284
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Waitms 100
Portb = &B00001000
Waitms 100
Portb = &B00010000
Waitms 100
Portb = &B00100000
Waitms 100
Portb = &B01000000
Waitms 100
Portb = &B10000000
Waitms 100
Loop
End
Cara 2 :
‘Hardware
‘
‘Fungsi
: Modul Mikrokontroler
Modul Digital I/O pada PORTB/PORTC
: LED berjalan pada PORTB
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Dim Dat As Byte
Dim I As Single
Config Portc = Input
Config Portb = Output
Do
Restore Teks
For I = 1 To 8
Read Dat
Portb = Dat
Waitms 100
Next
Loop
End
Teks:
Data &B00000001
Data &B00000010
Data &B00000100
Data &B00001000
Data &B00010000
Data &B00100000
Data &B01000000
Data &B10000000
285
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Lampu Lalu Lintas
Gambar 6.2.5.4 Rangkaian Modul Lampu Lalu Lintas
Gambar 6.2.5.5 Penempatan LED pada Modul Lampu Lalu Lintas
286
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
287
Gambar 6.2.5.6 Modul Percobaan Lampu Lalu Lintas
Tabel kebenaran :
Lampu
H4
H3
M2
K2
H2
M1
K1
H1
PB.7
PB.6
PB.5
PB.4
PB.3
PB.2
PB.1
PB.0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
Heksa
Penyalaan
&H21
&H11
&H0C
&H0A
5 detik
3 detik
5 detik
3 detik
Listing program :
‘Hardware : Modul Lampu Lalu Lintas pada PORTB/PORTC
‘Fungsi
: Pengaturan lampu lali lintas sesuai tabel
kebenaran
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Config Portc = Input
Config Portb = Output
Do
Portb = &H21
Wait 5
Portb = &H11
Wait 3
Portb = &H0C
Wait 5
Portb = &H0A
Wait 3
Loop
End
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
288
Stepping Motor
Gambar 6.2.5.7 Rangkaian Modul Motor Stepper
Gambar 6.2.5.8 Modul Percobaan Motor Stepper
Tabel kebenaran :
Lilitan Motor
L4
L3
L2
L1
PB.7
PB.6
PB.5
PB.4
PB.3
PB.2
PB.1
PB.0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Heksa
&H08
&H04
&H02
&H01
Tunda
Waktu
10 ms
10 ms
10 ms
10 ms
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Listing program :
‘Hardware : Modul Motor Stepper pada PORTB
‘Fungsi
: Memutar motor stepper
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Config Portc = Input
Config Portb = Output
Do
Portb = &H08
Waitms 10
Portb = &H04
Waitms 10
Portb = &H02
Waitms 10
Portb = &H01
Waitms 10
Loop
End
289
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Seven Segment Display
Gambar 6.2.5.9 Rangkaian Modul Seven Segment
Gambar 6.2.5.10 Modul Percobaan Seven Segment
290
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Listing program :
‘Hardware : Modul Seven Segment pada PORTB/PORTC
‘Fungsi
: Menampilkan angka 123456 pada Seven Segment
Display
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Config Portb = Output
Do
Portb = &H51
Waitms 1
Portb = &H42
Waitms 1
Portb = &H33
Waitms 1
Portb = &H24
Waitms 1
Portb = &H15
Waitms 1
Portb = &H06
Waitms 1
Loop
End
Analog To Digital Convertion (ADC)
Gambar 6.2.5.11 Rangkaian Modul Analog Input Test
291
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
292
Gambar 6.2.5.12 Modul Percobaan Analog Input Test
Listing program :
‘Hardware : Modul Analog Input Test pada PORTA/PORTB
‘
Modul Digital Input Output Test pada
‘
PORTB/PORTC
‘Fungsi
‘
: Membaca masukan analog PA.0, mengubah data 10
bit menjadi 8 bit dan menampilkannya pada PORTB
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Dim A As Byte
Dim W As Word
Config Portb = Output
Config Portc = Input
Config Adc = Single , Prescaler = Auto
Start Adc
Do
W = Getadc(0)
W = W / 4
A = W
Portb = W
Loop
End
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Liquid Crystal Display (LCD)
Gambar 6.2.5.13 Rangkaian Modul LCD
Gambar 6.2.5.14 Modul Percobaan LCD
293
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
294
Listing program :
‘Hardware : Modul LCD 2 baris 16 kolom pada PORTB
‘
Modul Input Analog Test pada PORTA
‘Fungsi
‘
‘
‘
‘
‘
‘
‘
‘
‘
‘
: Membaca data ADC 4 kanal
Mengkonversi hasil pembacaan menjadi tampilan
Volt, dengan rumus :
A0 = Ch0 * 0.0049
Ch0 = 0 s.d.1023
A0 = 0 * 0.0049 = 0.0 Volt
= 1023 * 0.0049 = 5.0127 -> 5.0 Volt
Menampilkan hasil pembacaan yang sudah
dikonversi ke LCD, dengan format
A0: x.x A2: x.x
A1: x.x A3: x.x
$regfile "m8535.dat"
$crystal = 4000000
Declare Sub Baca_adc()
Declare Sub Tampil_lcd()
Dim Ch0 As Word , Ch1 As Word , Ch2 As Word , Ch3 As Word
Dim A0 As Single , A1 As Single , A2 As Single , A3 As
Single
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
'config ADC
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 =
Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2
Config Lcd = 16 * 2
Cursor Off Noblink
Start Adc
Cls
Upperline
Lcd "A0:
Lowerline
Lcd "A1:
Waitms 100
A2:
"
A3:
"
Do
Call Baca_adc
Call Tampil_lcd
Waitms 100
Loop
Sub Baca_adc()
Ch0 = Getadc(0)
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Ch1 = Getadc(1)
Ch2 = Getadc(2)
Ch3 = Getadc(3)
A0 = Ch0 * 0.0049
A1 = Ch1 * 0.0049
A2 = Ch2 * 0.0049
A3 = Ch3 * 0.0049
End Sub
Sub Tampil_lcd()
Locate 1 , 5
Lcd Fusing(a0
Locate 2 , 5
Lcd Fusing(a1
Locate 1 , 13
Lcd Fusing(a2
Locate 2 , 13
Lcd Fusing(a3
End Sub
End
, "#.#")
, "#.#")
, "#.#")
, "#.#")
Real Time Clock (RTC)
Gambar 6.2.5.15 Rangkaian Modul RTC
295
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
296
Gambar 6.2.5.16 Modul Percobaan RTC
Listing program :
'Hardware : Modul RTC pada PORTD/A
'
Modul LCD pada PORTB
'Fungsi
'
'
: Membaca Tanggal , Bulan , Tahun ,
Jam , Menit , Detik Dari Rtc
Menampilkannya Pada Lcd
$regfile "m8535.dat"
Dim Detik As Byte , Menit As Byte , Jam As Byte
Dim Hari As Byte , Tanggal As Byte , Bulan As Byte , Tahun
As Byte
Dim Alamat As Byte , Dat As Byte
Dim T As Single
Dim A As Byte
Dim B As Byte
Declare
Declare
Declare
Declare
Declare
Declare
Declare
Sub
Sub
Sub
Sub
Sub
Sub
Sub
Angkalcd
Dispjam
Setting
Current
Initrtc
Baca
Tulis
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
297
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 =
Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2
Config Lcd = 16 * 2
Cursor Off Noblink
Cls
Upperline
Lcd " / /"
Lowerline
Lcd " : :"
Waitms 10
Call Initrtc
'Call Setting
Do
Call Current
'menampilkan tanggal
B = Tanggal
A = &HF0
B = B And A
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 1 , 1
Call Angkalcd
B = Tanggal
A = &H0F
B = B And A
T = B
Locate 1 , 2
Call Angkalcd
'menampilkan bulan
B = Bulan
A = &HF0
B = B And A
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 1 , 4
Call Angkalcd
B = Bulan
A = &H0F
B = B And A
T = B
Locate 1 , 5
Call Angkalcd
'menampilkan tahun
B = Tahun
A = &HF0
B = B And A
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 1 , 7
Call Angkalcd
B = Tahun
A = &H0F
B = B And A
T = B
Locate 1 , 8
Call Angkalcd
'menampilkan jam
B = Jam
A = &HF0
B = B And A
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 2 , 1
Call Angkalcd
B = Jam
A = &H0F
B = B And A
T = B
Locate 2 , 2
Call Angkalcd
'menampilkan menit
B = Menit
A = &HF0
B = B And A
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 2 , 4
Call Angkalcd
B = Menit
A = &H0F
B = B And A
T = B
Locate 2 , 5
Call Angkalcd
'menampilkan detik
B = Detik
A = &HF0
B = B And A
T = B
Shift T , Right , 4
Locate 2 , 7
Call Angkalcd
B = Detik
A = &H0F
298
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
299
B = B And A
T = B
Locate 2 , 8
Call Angkalcd
Waitms 100
Loop
End
Sub Angkalcd
If T = 0 Then Lcd "0"
If T = 1 Then Lcd "1"
If T = 2 Then Lcd "2"
If T = 3 Then Lcd "3"
If T = 4 Then Lcd "4"
If T = 5 Then Lcd "5"
If T = 6 Then Lcd "6"
If T = 7 Then Lcd "7"
If T = 8 Then Lcd "8"
If T = 9 Then Lcd "9"
If T = 10 Then Lcd "*"
If T = 11 Then Lcd "#"
End Sub
‘==========================================================
‘ Sub Program Setting
‘ Menulis Baru : Detik , Menit , Jam , Hari , Tanggal ,
‘ Bulan , Tahun Pada Rtc
‘ Input : Data
‘ Output : Data Pada Alamat Rtc Berubah Ke Data Baru
‘==========================================================
Sub Setting
‘Setting jam
Dat = &H09
Alamat = &H04
Call Tulis
‘Setting menit
Dat = &H53
Alamat = &H02
Call Tulis
‘Setting detik
Dat = &H00
Alamat = &H00
Call Tulis
‘Setting hari
Dat = &H01
Alamat = &H06
Call Tulis
‘Setting tanggal
Dat = &H26
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
300
Alamat = &H07
Call Tulis
‘Setting bulan
Dat = &H03
Alamat = &H08
Call Tulis
‘Setting tahun
Dat = &H08
Alamat = &H09
Call Tulis
End Sub
‘=========================================================
‘ Sub Program Current
‘ Membaca Data Tanggal , Bulan , Tahun , Jam , Menit ,
‘ Detik Dari Rtc Dan Menempatkannya Dalam Variabel Di Ram
‘==========================================================
Sub Current
Alamat = &H00
Call Baca
Detik = Dat
Alamat = &H02
Call Baca
Menit = Dat
Alamat = &H04
Call Baca
Jam = Dat
Alamat = &H06
Call Baca
Hari = Dat
Alamat = &H07
Call Baca
Tanggal = Dat
Alamat = &H08
Call Baca
Bulan = Dat
Alamat = &H09
Call Baca
Tahun = Dat
End Sub
‘=========================================================
‘ Sub Program Inisialisasi Rtc
‘ Menghidupkan Oscilator
‘ Format Jam Bcd , 24h Mode
‘=========================================================
Sub Initrtc
Config Porta = Output
Config Portd = Output
Porta = &H1A
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Portd = &H60
Porta = &H20
Portd = &H00
Porta
Portd
Porta
Portd
=
=
=
=
&H1B
&H60
&H12
&H00
Portd = &H10
End Sub
‘========================================================
‘ Sub Program Baca Rtc
‘ Input : Alamat
‘ Output : Dat
‘========================================================
Sub Baca
Config Porta = Output
Config Portd = Output
Porta = Alamat
Portd = &H60
Portd = &H10
Config Porta = Input
Portd = &HC0
Dat = Pina
Portd = &H10
End Sub
‘========================================================
‘ Sub Program Tulis Rtc
‘ Input : Alamat, Dat
‘ Output : Data Pada Alamat Rtc Berubah Ke Data Baru
‘========================================================
Sub Tulis
Config Porta = Output
Config Portd = Output
Porta = Alamat
Portd = &H20
Portd = &H10
Portd = &H80
Porta = Dat
Portd = &H10
End Sub
301
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
302
Rangkuman
1. Sebelum mengakses port digital, harus dilakukan inisialisasi yaitu
menentukan arah data sebagai masukan atau keluaran dengan
instruksi config
Contoh :
Config Portb = Output
Config Portc = Input
Untuk membaca port digital digunakan Pin
Contoh :
A = PinA
2.
Untuk program penyalaan LED diperlukan tunda waktu yaitu
Waitms
Contoh :
Waitms 1000
‘Tunda waktu 1 detik
Waitms 100
‘Tunda waktu 100 mili detik
3.
Penyalaan Seven Segment Display menggunakan sistim
sacnning, yaitu menyalakan setiap modul dalam waktu tertentu
bergantian sehingga seolah-olah menyala serentak bersamaan.
Untuk itu diperlukan penentuan tunda waktu yang tepat.
"
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
303
Latihan
Siapkan peralatan yang diperlukan pada setiap topik di atas.
Salinlah listing program pada software editor BASCOM-AVR
Compile dan download program tersebut pada modul mikrokontroller.
Jalankan program tersebut.
Lakukan semua langkah diatas untuk masing masing percobaan.
Selanjutnya kerjakan soal latihan membuat program sesuai topik di
bawah ini :
1.
Topik
: Input Output Digital
Hardware : Modul Digital I/O Test pada PORTD/A
Input deretan saklar pada PORTA
Output deretan LED pada PORTD
Fungsi
: Counter Up/Down biner ditampilkan pada deretan LED
PORTD dengan tunda waktu 100ms sesuai tabel
kebenaran berikut ini
Tabel kebenaran
PA.7
0
1
0
1
2.
Topik
PA.6
0
0
1
1
Deretan Saklar PORTA
PA.5 PA.4 PA.3 PA.2
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
PA.1
x
x
x
x
PA.0
x
x
x
x
Keterangan
LED PORTD
Stop
Counter Up
Counter Down
Stop
: Deretan LED
Hardware :Modul Digital I/O Test pada PORTD/A
Fungsi
:Led berjalan bolak balik kiri kanan dengan tunda waktu 100ms
3.
Topik
: Lampu Lalu Lintas
Hardware : Modul Lalin pada PORTD/A
Fungsi
:Kontrol lampu lalu lintas dengan mengulang-ulang data
penyalaan sesuai tabel kebenaran 1 selama 10 kali
dilanjutkan dengan penyalaan sesuai tabel
kebenaran 2 sebanyak 20 kali.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
304
Tabel kebenaran 1
H4
PB.
7
1
1
1
1
H3
PB.
6
1
1
1
1
M2
PB.
5
1
0
0
0
Lampu
K2
H2
PB.
PB.
4
3
0
0
1
0
0
1
0
1
M1
PB.
2
0
0
1
0
K1
PB.
1
0
0
0
1
H1
PB
.0
1
1
0
0
Heksa
Penyalaan
&H21
&H11
&H0C
&H0A
5 detik
3 detik
5 detik
3 detik
Lampu
K2
H2
PB.
PB.
4
3
0
0
1
0
M1
PB.
2
0
0
K1
PB.
1
0
1
H1
PB
.0
0
0
Heksa
Penyalaan
&H21
&H11
1 detik
1 detik
Tabel kebenaran 2
H4
PB.
7
1
1
H3
PB.
6
1
1
M2
PB.
5
0
0
4.
Topik
: Stepping Motor
Hardware : Modul Motor Stepper pada PORTB
Fungsi
: Memutar motor stepper clock wise 5 kali putaran dan
contra clock wise 3 kali putaran setelah itu berhenti.
Tunda waktu 10 ms
5.
Topik
: Seven Segment Display
Hardware : Modul Seven Segment pada PORTB/PORTC
Fungsi
: Counter up 6 digit dengan input dari tombol pada
PinC.0 untuk mereset, tekan tombol PinC.1
6.
Topik
: Analog To Digital Convertion (ADC)
Hardware : Modul Analog Input Test pada PORTA/PORTB
Modul Digital Input Output Test pada PORTB/PORTC
Fungsi
: Tegangan pada ADC0 ditampilkan pada deretan LED
PORTB dengan cara balok seperti pada
tabel kebenaran berikut :
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
305
Tabel kebenaran
Deretan Saklar PORTA
7.
Keterangan
Input ADC0
dari data maks.
1023
PB.7
PB.6
PB.5
PB.4
PB.3
PB.2
PB.1
PB.0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
<= 50 % s.d. <
60 %
0
0
1
1
1
1
1
1
<= 60 % s.d. <
70 %
0
1
1
1
1
1
1
1
<= 70 % s.d. <
80 %
1
1
1
1
1
1
1
1
>= 80 %
Topik
< 10 %
<= 10 % s.d. <
20 %
<= 20 % s.d. <
30 %
<= 30 % s.d. <
40 %
<= 40 % s.d. <
50 %
: Liquid Crystal Display (LCD)
Hardware :Modul Analog Input Test pada PORTA
Modul LCD pada PORTB
Fungsi
:Membaca tegangan analog ADC0 0 s.d. 5.0 Volt ditampilkan
pada LCD baris pertama sebagai 0.0 s.d. 150.0 C
Membaca tegangan analog ADC1 0 s.d. 5.0 Volt ditampilkan
pada LCD baris pertama sebagai 0 s.d. 100 %
8.
Topik
:Real Time Clock (RTC)
Hardware :Modul RTC PORTA/D
Modul LCD pada PORTB
Fungsi
:Membaca data RTC dan ditampilkan pada LCD
Baris pertama menampilkan Hari, Tanggal, Bulan dan Tahun
Baris kedua menampilkan Jam, Menit dan Detik
S
e
l
a
s
a
3
1
0
2
/
:
1
0
0
4
/
/
0
5
8
9
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
306
Tugas
Buatlah program mikrokontroller Atmega8535 untuk suatu sistim otomasi
elektronik sortir barang berdasarkan ketinggian seperti berikut :
Gambar 6.2.5.17 Trainer Belt Conveyor
Keterangan sambungan port
PORTA sebagai Input :
PinA.0 = Sensor kotak besar (active low)
PinA.1 = Sensor kotak medium (active low)
PinA.2 = Limit switch depan 1pada tangkai pendorong kotak
besar (active low)
PinA.3 = Limit switch belakang 1 pada tangkai pendorong kotak
besar (active low)
PinA.4 = Limit switch depan 2 pada tangkai pendorong kotak
medium (active low)
PinA.5 = Limit switch belakang 2 pada tangkai pendorong kotak
medium (active low)
PinA.6 = selalu tinggi (logika 1)
PinA.7 = selalu tinggi (logika 1)
PORTD sebagai Output :
[ PortD.1 : PortD.0 ] = Motor Sorong 1, pendorong tangkai kotak besar
[ PortD.3 : PortD.2 ] = Motor Sorong 2, pendorong tangkai kotak medium
[ PortD.5 : PortD.4 ] = Motor Belt, pembawa kotak dari sumber
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Motor Belt
PortD.5
PortD.4
307
Motor Sorong 2
Belt
PortD.3
PortD.2
Shaft
Motor Sorong 1
PortD.1
PortD.0
Shaft
0
0
Stop
0
0
Stop
0
0
Stop
0
1
Kanan
0
1
Maju
0
1
Maju
1
0
Kiri
1
0
Mundur
1
0
Mundur
1
1
Stop
1
1
Stop
1
1
Stop
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
308
Kunci Jawaban
Start
Inisialisasi Port
Porta = Input
Portd = Output
Awal
Tidak
Sensor 1 = 0
?
Tidak
Ya
Sensor 2 = 0
?
Ya
Maju1
Maju2
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Maju
Motor Sororng 2 Stop
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Stop
Motor Sororng 2 Maju
Limit Switch
Depan 1 = 0
?
Tidak
Limit Switch
Depan 2 = 0
?
Ya
Mundur2
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Mundur
Motor Sororng 2 Stop
Ya
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Stop
Motor Sororng 2 Stop
Tidak
Ya
Mundur1
Limit Switch
Belakang 1 = 0
?
Motor Belt ke Kanan
Motor Sorong 1 Stop
Motor Sororng 2 Stop
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Stop
Motor Sororng 2 Mundur
Tidak
Limit Switch
Belakang 2 = 0
?
Tidak
Ya
Motor Belt Stop
Motor Sorong 1 Stop
Motor Sororng 2 Stop
Gambar 6.2.5.18 Flowchart Sistim Otomasi Elektronik Sortir Barang
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
Listing Program :
‘Hardware : Modul Digital Input Output Test pada PORTD/A
‘Fungsi
: Sistim Otomasi Elektronik Sortir Barang
$regfile "m8535.dat"
Config Portd = Output
Config Porta = Input
Awal:
If Pina.0 = 0 Then Goto Maju1
If Pina.1 = 0 Then Goto Maju2
Portd = &B00010000
Goto Awal
Maju1:
Portd = &B00000001
If Pina.1 = 1 Then Goto Maju1
Mundur1:
Portd = &B00000010
If Pina.2 = 1 Then Goto Mundur1
Portd = &B00000000
Goto Awal
Maju2:
Portd = &B00000100
If Pina.1 = 1 Then Goto Maju2
Mundur2:
Portd = &B00001000
If Pina.2 = 1 Then Goto Mundur2
Portd = &B00000000
Goto Awal
End
309
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
310
Penutup
Setelah menyelesaikan modul ini dan mengerjakan semua latihan dan
tugas pada setiap pokok bahasan maka peserta diklat dapat dinyatakan
telah memiliki kompetensi Memprogram Peralatan Sistem Otomasi
Elektronik yang Berkaitan I/O berbantuan Mikrokontroller ATmega 8535.
Dengan demikian peserta dapat melanjutkan pada modul berikutnya
sesuai peta alur kedudukan modul.
Mikroposesor Z-80 dan Mikrokontroler
311
DAFTAR PUSTAKA
1.
Datasheet, 8-bit AVR Micrcontroller with 8K Bytes In-System
Programmable Flash Atmega8535 Atmega8535L, Atmel Corporation,
San Jose USA, 2006
2.
Datasheet, 8-bit AVR Instruction Set, Atmel Corporation, San Jose USA,
2005
3.
BASCOM-AVR Help Reference Version 1.11.8.3 document
build 8, MCS Electronics, 2006
4.
Rinaldi Munir, Algoritma dan Pemrograman, Penerbit Informatika,
Bandung, 2000
5.
Guru Mikro Saya, Bandung, 1986
Sensor dan Transduser
BAB VII.
312
SENSOR DAN TRANSDUSER
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ
Memahami prinsip kerja sensor
ƒ
Memahami jenis-jenis sensor cahaya dan temperatur
ƒ
Membangun rangkaian sensor cahaya
7.1 Sensor
Sebelum memahami dan menerapkan penggunaan sensor secara
rinci maka perlu mempelajari sifat-sifat dan klasifikasi dari sensor secara
umum. Sensor adalah komponen listrik atau elektronik, dimana sifat atau
karakter kelistrikannya diperoleh atau diambil melalui besaran listrik
(contoh : arus listrik, tegangan listrik atau juga bisa diperoleh dari
besaran bukan listrik, contoh : gaya, tekanan yang mempunyai besaran
bersifat mekanis, atau temperatur bersifat besaran thermis, dan bisa juga
besaran bersifat kimia, bahkan mungkin bersifat besaran optis).
Sensor dibedakan sesuai dengan aktifitas sensor yang didasarkan
atas konversi sinyal yang dilakukan dari besaran sinyal bukan listrik (non
electric signal value) ke besaran sinyal listrik (electric signal value) yaitu :
sensor aktif (active sensor) dan sensor pasif (passive sensor). Berikut
Gambar 7.1 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi sesuai fungsinya.
Gambar 7.1 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi
Sensor dan Transduser
313
7.1.1 Sensor Aktif (active sensor)
Suatu sensor yang dapat mengubah langsung dari energi yang
mempunyai besaran bukan listrik (seperti : energi mekanis, energi
thermis, energi cahaya atau energi kimia) menjadi energi besaran listrik.
Sensor ini biasanya dikemas dalam satu kemasan yang terdiri dari
elemen sensor sebagai detektor, dan piranti pengubah sebagai
transducer dari energi dengan besaran bukan listrik menjadi energi
besaran listrik.
Sensor-sensor ini banyak macam dan tipe yang dijual di pasaran
komponen elektronik (sebagai contoh : thermocouple, foto cell atau yang
sering ada di pasaran LDR “Light Dependent Resistor”, foto diode, piezo
electric, foto transistor, elemen solar cell , tacho generator, dan lainlainnya). Prinsip kerja dari jenis sensor aktif adalah menghasilkan
perubahan resistansi/tahanan listrik, perubahan tegangan atau juga arus
listrik langsung bila diberikan suatu respon penghalang atau respon
penambah pada sensor tersebut (contoh sinar/cahaya yang menuju
sensor dihalangi atau ditambah cahayanya, panas pada sensor dikurangi
atau ditambah dan lain-lainnya).
7.1.2 Sensor dengan Perubahan Resistansi
Sensor-sensor yang tergolong pada perubahan resistansi pada
prinsipnya dapat mengubah besaran yang bersifat fisika menjadi besaran
yang bersifat resistansi/tahanan listrik.Tahanan listrik ini biasanya dalam
bentuk sensor berupa komponen listrik atau elektronik yang akan
berubah-ubah nilai tahanan listriknya bila diberikan energi secara fisika,
misalkan diberi energi mekanis dapat berubah nilai tahanan listriknya,
contoh: potensiometer, diberikan energi cahaya dapat berubah nilai tahan
listriknya, contoh: foto cell atau biasa digunakan LDR : “light dependent
resistor”, diberikan energi panas atau dingin, contoh thermocouple, NTC
“negative temperature coefficient”, PTC “positive temperature coefficient”
dan lain-lainnya.
Sensor dan Transduser
314
Berikut diberikan beberapa contoh gambar dari sensor dengan prinsip
perubahan resistansi, temperatur, optik dan lain-lainnya.
Gambar 7.2 Sensor potensiometer
Gambar 7.4 Sensor optical
encoder
Gambar 7.3. Sensor variabel kapasitor
Gambar 7.5 Sensor strain gauge
7.1.3 Resistor Tergantung Cahaya ( LDR “ Light
Dependent Resistor ”)
Suatu sensor yang akan berubah nilai resistan/tahanan listriknya
jika pada permukaan dari LDR tersebut diberikan sinar yang lebih atau
sebaliknya yaitu pada permukaan LDR dikurangi/dihalangi atas sinar
yang menuju ke LDR tersebut. LDR tergolong sensor aktif dan sering
disebut sebagai foto cell.
Sensor dan Transduser
315
Secara prinsip dasar susunan atom semikonduktor tampak pada gambar
7.6 berikut ini.
PROTON
ELEKTRON
Gambar 7.6 Susunan atom pada semikonduktor
Dalam suatu sel photoconductive (foto cell) terdapat lapisan semi
konduktor yang peka cahaya di antara dua kontak. Biasanya untuk
maksud ini digunakan cadmium-sulfid , timbal dan seng. Jika suatu
proton menumbuk sebuah elektron yang terdapat pada lintasan terluar
dari sebuah atom dalam kisi-kisi kristal semi konduktor , maka elektro
tersebut akan terlempar dari orbitnya disebabkan oleh energi proton dan
akan bergerak bebas. Proses ini terjadi pada setiap tempat dalam kristal
semi konduktor . Kenaikan jumlah elektron bebas terjadi diantara masingmasing atom, sehingga menaikkan konduktivitas ( daya hantar ). Ion
positif dihasilkan pada setiap tempat , di mana elektron-elektron telah
melepaskan diri dari atom.
Jika suatu sel photoconductive dilindungi dari cahaya, maka elektronelektron bebas tadi akan ditarik ion-ion positif dan kembali pada posisi
semula dalam atom.
Tahanan sel photoconductive akan turun ( berkurang ) jika dia disinari
(kondisi terang) , sebaliknya tahanannya akan naik jika dia dilindungi dari
cahaya (kondisi gelap).
Dari penjelasan prilaku LDR di atas maka Karakteristik LDR dapat
digambarkan dalam bentuk kurva resistansi/tahanan terhadap fungsi
intensitas cahaya :
Sensor dan Transduser
316
Ohm
1M
500
100
0
Intensitas cahaya
Gambar 7.7. Karakteristik LDR
Pada grafik di atas menunjukkan bahwa apabila intensitas cahaya
makin kuat maka tahanan LDR makin kecil . Apabila dalam keadaan
gelap LDR mempunyai tahanan yang sangat besar , dapat mencapai
beberapa Mega Ohm . Tetapi bila seberkas cahaya jatuh padanya maka
tahanannya akan menurun sebanding dengan intensitas cahaya tersebut.
Makin kuat intensitas cahaya yang datang berarti makin besar tenaga
yang diberikan maka berarti pula makin kecil tahanan LDR.
Sel-sel photoconductive dijumpai dalam beberapa bentuk yang
mempunyai karakteristk berbeda-beda. Tahanan gelapnya berubah-ubah
antara 10 sampai 1000 M ohm . Dengan intensitas penerangan yang
tinggi dapat dicapai tahanan sekitar 100 Ohm .
Sel-sel photoconductive dapat bereaksi terhadap perubahan cahaya
cepat hanya sampai sekitar 1/10.000 detik ( 10 Khz ) .
Gambar 7.8 Simbol LDR (standar IEC)
Sensor dan Transduser
317
Contoh beberapa penerapan penggunaan sensor LDR adalah sebagai
saklar (gambar 5.8) dan sebagai potensiometer, Suatu keuntungan yang
diperoleh bila memanfaatkan LDR sebagai saklar adalah tanpa
menimbulkan bunga api ( loncatan busur api ) .
S
+
L2
22 0V
L2= 6Vdc/100mA
LDR
L1
_
Gambar 7.9 LDR sebagai saklar
Bila saklar S terbuka , maka lampu L1 tidak menyala, LDR tidak
mendapat cahaya gelap, berarti tahanan LDR menjadi besar . Hal ini
mengakibatkan L2 tidak menyala , walaupun menyala tapi sangat suram .
Selanjutnya apabila saklar S ditekan ( ON ) , maka lampu L1 menyala
dan menerangi LDR . Akibatnya tahanan LDR menurun atau menjadi
sangat kecil . Hal ini mengakibatkan pula lampu L2 menyala , karena
seolah-olah saklar yang sedang ON .
Contoh lain adalah seperti ditunjukkan gambar 7.10 dimana LDR
menyerupai sebuah potensiometer.
R
22 0V
U1
P
U2
L
U
LDR
Gambar 7.10 LDR berfungsi sebagai potensiometer
Perhatikan gambar di atas, terang dan gelapnya lampu L dapat diatur
oleh potensiometer P. Perubahan intensitas cahaya akan mengakibatkan
perubahan tahanan LDR. Selanjutnya akan mengakibatkan pula
perubahan tegangan yang didrop oleh R ( U1 ). Hal seperti di atas , LDR
menyerupai sebuah potensiometer .
Sensor dan Transduser
318
7.2 Sensor Thermocouple
7.2.1 Sensor Temperatur
Terdapat berbagai model dan jenis sensor temperatur yang
ada di pasaran, diantaranya PTC, NTC, PT100, LM35,
thermocouple dan lain-lain. Berikut ini karakteristik beberapa jenis
sensor temperatur.
Gambar 7.11 Karakteristik beberapa jenis sensor temperatur
Pada gambar diatas IC sensor dan thermocouple memiliki
linearitas paling baik, namun karena dalam tugas ini temperatur
yang diukur lebih dari 100oC, maka thermocouple yang paling
sesuai karena mampu hingga mencapai temperatur 1200oC.
Sedangkan IC sensor linear mampu hingga 135 oC. Output sensor
temperatur thermocouple berupa tegangan dalam satuan miliVolt.
Berikut ini beberapa perilaku jenis thermocouple.
Sensor dan Transduser
Gambar 7.12 Perilaku beberapa jenis thermocouple
Tabel 7.1 Karakteristik jenis thermoCouple.
319
Sensor dan Transduser
320
7.2.1.1 Sensor Temperatur PT100
Tipe ini termasuk jenis yang paling tua, yang konstruksinya
terdiri dari satu tabung gelas yang mempunyai pipa kapiler kecil
berisi vacuum dan cairan ini biasa berupa air raksa. Perubahan
panas menyebabkan perubahan ekspansi dari cairan atau dikenal
dengan temperature to volumatic change kemudian volumetric
change to level secara simultan. Perubahan level ini menyatakan
perubahan panas atau temperatur. Ketelitian jenis ini tergantung
dari rancangan atau ketelitian tabung, juga penyekalannya.
Cara lain dari jenis ini adalah mengunakan gas tabung yang
diisi gas yang dihubungkan dengan pipa kapiler yang dilindungi
oleh spiral menuju ke spiral bourdon yang dipakai untuk
menggerakkan pivot, selanjutnya menggerakkan pointer. Berikut
adalah gambar dari sensor PT00.
Gambar 7.13 Sensor PT100
Tabel 7.2 Spesifikasi jenis sensor PT100
Thermocouple
type
B
E
J
K
N
R
S
T
Overall
range 0C
20 to 1820
-270 to 910
-210 to 1200
-270 to 1370
-270 to 1300
-50 to 1760
-50 to 1760
-270 to 400
0.1 0C
resolution
150 to 1820
-270 to 910
-210 to 1200
-270 to 1370
-260 to 1300
-50 to 1760
-50 to 1760
-270 to 400
0.025 0C
resolution
600 to 1820
-260 to 910
-210 to 1200
-250 to 1370
-230 to 1300
20 to 1760
20 to 1760
-250 to 400
Sensor dan Transduser
321
Tabel 7.3 Data Sheet
Sensor
Temperature
PT100*,PT1000
Resistence
N/A
Range
-200 to 800 0C
0 to 375 Ω*
0 to 10 kΩ
Linierity
Accuracy @ 25 0C
Temperature
coeficien
RMS Noise (using
filter)
Resolution
Conversion time
per channel
Number of input
Connectors
Input impedance
Overvoltage
protection
Output
10 ppm
0.01 0C *
10 ppm
20 ppm*
3 ppm/ 0C
3 ppm/ 0C
0.01 0C
10 ppm
10 ppm
0.001 0C
1 µΩ
0.156µV
720 mS**
720 mS**
180 mS
Environmetal
Voltage
N/A
0 to 115
mV
0 to 2.5 V*
10 ppm
0.2%*
100
ppm/ 0C
4
4-pin miniDIN
>>1 MΩ
± 100V
RS232, D9 female
20 to 30 0C for stated accuracy, 0 to 70 0C
overall, 20 to 90% RH
Motor
322
BAB VIII. MOTOR
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ
Memahami jenis-jenis motor listrik
ƒ
Memahami karakteristik motor listrik (kecepatan putar,torsi dll)
ƒ
Merancang sistem kendali motor listrik
ƒ
Membangun sistem kendali motor listrik
8.1 Motor DC Magnet Permanen
Motor direct current ( DC) adalah peralatan elektromekanik dasar
yang berfungsi untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik
yang dirancang dan diperkenalkan oleh Michael Faraday. Rangkaian
ekivalen dari sebuah motor DC magnet permanent dapat ditunjukan
seperti dalam Gambar 8.1 berikut ini .
Gambar 8.1 Rangkaian ekivalen motor DC magnet permanent
Notasi: Va= Tegangan armature, Ia=Arus motor, R=tahanan armatur,
L=Induktansi lilitan armatur,Vb=Tegangan induksi balik, r=Torsi motor,
ω=Kecepatan putar motor, θ=Sudut putaran poros motor.
Persamaan tegangan Va adalah:
Va= L
dI a
+ RI a + K bω
dt
(8.1)
Dengan Kb adalah konstanta yang diukur dari tegangan yang dihasilkan
oleh motor ketika berputar setiap satuan keceptan (Volt.det/rad).
Magnitud dan polaritas Kb adalah fungsi dari kecepatan angular, ω dan
arah putar poros motor. Persamaan (8.1) dalam domain waktu ditulis :
Va (t)= L
dI a (t )
+ RI a (t ) + Vb (t ) , dengan Vb = K bθ&(t )
dt
(8.2)
Motor
323
Sesuai dengan hokum Kirchoff, V= I.R atau I= V/R, dan dengan
menggunakan transformasi Laplace, persamaan arus motor dalam dapat
ditulis,
Ia =
Va ( s) − sKbθ ( s )
R + sL
(8.3)
dengan mensubstitusikan persamaan (8.3) ke dalam persamaan umum
torsi output motor, r(t)=KmIa(t), dengan Km adalah konstanta proporsional
torsi motor, dalam transformasi Laplace didapat,
V ( s ) − sK bθ ( s ) 
r ( s) = K m I a ( s) = K m  a

R + sL

(8.4)
dengan memperhatikan pesamaan tosi output motor ditinjau dari
pembebanan,
r (t ) = J eff θ&&(t ) + f eff θ&(t ) ,
(8.5)
Jeff=Jm + JL, dimana Jm adalah momen inersia poros (rotor) motor, JL
adalah momen inersia beban pada poros motor, dan feff=fm + fL adalah
koefisien friksi viscous pada poros motor, fL adalah koefisien friksi viscous
pada beban di poros motor, maka transfer function tegangan armatur Va
terhadap pergerakan sudut motor θ dapat ditulis ,
θ (s)
Va ( s )
=
Km
s s J eff L + ( Lf eff + RJ eff + K m K b )
[
2
]
(8.6)
Persamaan (8.6) dapat ditulis dengan singkat,
θ (s)
Va ( s )
=
[
s sRJ eff
dengan K =
Tm =
Rf eff
RJ eff
Rf eff + K m
Km
K
=
+ Rf eff + K m K b
s (Tm s + 1)
]
Km
, konstanta penguatan motor, dan
+ K m Kb
, konstanta waktu motor.
(8.7)
Motor
324
Jika motor menggunakan gearbox dengan rasio, n =
N2
maka
N1
persamaan (8.7) dapat ditulis,
θ L (s)
Va ( s )
=
[
s sRJ eff
nK m
+ Rf eff + K m K b
]
(8.8)
dengan θL adalah sudut poros output gearbox.
Dalam aplikasi jarang dijumpai atau diperoleh data-data
spesifikasi/ parameter motor secara lengkap. Produsen motor biasanya
hanya memberikan informasi dalam bentuk grafik antara torsi dengan
arus motor, torsi dengan tegangan, torsi dengan kecepatan (rpm).
Sehingga hampir tidak mungkin melakukan pemodelan motor secara
ideal dalam disain sistem kontrol otomasi industri. Akibatnya pada
kebanyakan proses disain banyak dilakukan asumsi-asumsi.
Jika motor DC dianggap linier, yaitu torsi berbanding lurus dengan
arus (motor ideal), maka model matematik dapat disederhanakan dengan
memperhatikan konstanta proporsional motor (Km) saja. Dengan asumsi
bahwa motor DC adalah dari jenis torsi motor
dan inputnya
dipertimbangkan sebagai arus maka transfer function open loop dapat
digambarkan seperti Gambar 8.2 berikut.
Gambar 8.2 Transfer function open loop Torsi Motor DC
8.2 Motor DC Stepper
Prinsip kerja motor DC stepper sama dengan motor DC magnet
permanent, yaitu pembangkitan medan magnet untuk memperoleh gaya
tarik ataupun gaya lawan dengan menggunakan catu tegangan DC pada
lilitan / kumparannya.
Motor
325
Motor DC magnet permanent menggunakan gaya lawan untuk
menolak atau mendorong fisik kutub magnet yang dihasilkan, sedangkan
pada motor DC stepper menggunakan gaya tarik untuk menarik fisik
kutub magnet yang berlawanan sedekat mungkin ke posisi kutub magnet
yang dihasilkan oleh kumparan. Gerakan motor DC stepper terkendali,
karena begitu kutub yang berlawanan tadi sudah tarik menarik dalam
posisi yang paling dekat, gerakan akan terhenti dan di rem.
Lihat Gambar 8.3 dan 8.4 , jika kumparan mendapat tegangan
dengan analogi mendapat logika “1”, maka akan dibangkitkan kutub
magnet yang berlawanandengan kutub magnet tetap pada rotor.
Sehingga posisi kutub magnet rotor akan ditarik mendekati lilitan yang
menghasilkan kutub magnet berlawanan tadi. Jika langkah berikutnya,
lilitan yang bersebelahan diberi tegangan, sedang catu tegangan pada
lilitan sebelumnya dilepas, maka kutub magnet tetap pada rotor itu akan
berpindah posisi menuju kutub magnet lilitan yang dihasilkan. Berarti
telah terjadi gerakan 1 step. Jika langkah ini diulang terus- menerus,
dengan memberikan tegangan secara bergantian ke lilitan-lilitan yang
bersebelahan, maka rotor akan berputar.
Logika perputaran rotor tersebut dapat dianalogikan secara
langsung dengan data 0 atau 1 yang diberikan secara serentak terhadap
semua lilitan stator motor. Hal ini sangat memudahkan bagi system
designer dalam hal merancang putaran-putaran motor DC stepper secara
bebas dengan mengatur bit-bit pada data yang dikirimkan ke rangkaian
interface motor DC stepper tersebut.
Gambar 8.3 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan full step
Motor
326
Gambar 8.4 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan half step
Untuk motor DC stepper 4 fasa pada prinsipnya ada dua macam
cara kerja , yaitu full step dan half step. Lihat table 5.1. Penjabaran
formasi logika dalam tabel ini adalah untuk mewakili putaran penuh 360o
relatif terhadap fasa dari motor.
Motor DC stepper yang ada di pasaran sebagian besar melipatgandakan
jumlah kutub magnet kumparannya dengan memperbanyak kumparan
stator sejenis melingkar berurutan dalam konfigurasi penuh 360o riil
terhadap poros rotor (dengan jumlah fasa tetap). Kondisi ini dilakukan
untuk memperoleh efek riil putaran satu step yang lebih presisi, misalnya
3,6 o / step atau 1,8 o / step.
Untuk memperoleh efek cengkeraman yang lebih kuat, modus
data yang diberikan pada mode full wave dapat dimanipulasi dengan
memberikan double active bits pada setiap formasi (lihat tabel 8.1).
Dengan cara ini torsi yang dihasilkan akan lebih besar. Namun demikian,
penggunaan arus akan berlipat dua karena dalam satu saat yang
bersamaan dua lilitanmendapatkan arus kemudi. Dalam aplikasinya,
sumber daya yang tersedia perlu diperhatikan.
Motor
327
Tabel 8.1 Formasi tegangan / logika pada motor DC step
Step ke
1
2
3
4
5
6
7
8
Full Step
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
Berulang ke step 1
Half Step
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
Berulang ke step 1
0
0
0
1
Tabel 8.2 Formasi double active bit untuk mode putaran full step
Step ke
1
2
3
4
1
0
0
1
Full Step
(double active bits)
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
Pada full step, suatu titik pada sebuah kutub magnet di rotor akan
kembali mendapat tarikan medan magnet stator pada lilitan yang sama
setelah step ke 4. berikutnya dapat diberikan lagi mulai dari step ke 1.
Untuk half step, setiap kutub magnet pada rotor akan kembali
mendapatkan tarikan dari medan magnet lilitan yang sama setelah step
ke 8. Berikutnya kembali mulai dari
step 1.
Dengan melihat bahwa pergerakan motor DC stepper adalah
berdasarkan perubahan logika pada input lilitan-lilitannya maka menjadi
mudah bagi programmer untuk mengubah-ubah arah gerakan dan
kedudukan rotor pada posisi yang akurat. Hal ini salah satu keuntungan
dari penggunaan motor DC stepper. Agar dapat membuat gerakan yang
lebih presisi, biasanya jumlah batang magnet di rotor diperbanyak dan
lilitan dibuat berpasang-pasangan sesuai dengan posisi kutub magnet
rotor. Cara lain adalah dengan menggunakan system gear pada poros
rotor tanpa mengubah karakteristik motor DC steppernya.
Motor
8.3
328
Motor DC Brushless
Motor DC brushless menggunakan pembangkitan medan magnet
stator untuk mengontrol geraknya, sedang medan magnet tetap berada di
rotor. Prinsip kerja motor Dc brushless mirip seperti motor AC asinkron.
Putaran diperoleh dari perbedaan kutub medan magnet yang dihasilkan
oleh fasa tegangan yang berbeda. Gambar 8.5 memperlihatkan diagram
skema dan prinsip kerja motor DC brushless.
Gambar 8.5 Diagram skema Motor DC brushless
Gambar 8.6 Motor DC brushless menggerakan baling-baling
pesawat
Sebuah motor DC brushless menggerakkan pesawat terbang
dengan sebuah mikro remote control, diperlihatkan pada Gambar 8.7,
motor DC brushless dihubungkan dengan sebuah mikroprosessor. Rotor
berisikan magnet yang melingkar mengelilingi lilitan pada stator.
Motor
329
Pada motor DC brushless, electromagnet tidak bergerak,
melainkan, magnet permanent yang berputar dan armature tetap diam.
Kondisi ini menimbulkan problem, bagaimana mentransfer arus ke
armatur yang bergerak. Untuk melaksanakan fungsi ini, system brush /
commutator dilengkapi oleh sebuah kontrol elektronik cerdas.
Gambar 8.7 Kutub pada stator motor DC brushless 2 fasa
Gambar 8.7 memperlihatkan kutub-kutub pada stator dari motor
DC brushless 2 fasa, rotornya telah dilepas. Konstruksi macam ini banyak
dijumpai sebagai fan / kipas pendingin personal komputer.
8.4 Motor DC Servo
Motor DC servo pada dasarnya adalah motor DC magnet
permanen dengan kualifikasi khusus . Secara umum dapat didefenisikan
bahwa motor DC servo harus memiliki kemampuan yang baik dalam
mengatasi perubahan yang sangat cepat dalam hal posisi, kecepatan dan
akselerasi. Beberapa tipe motor DC servo yang dijual bersama dengan
paket rangkaian drivernya telah memiliki rangkaian control kecepatan
yang menyatu di dalamnya. Putaran motor tidak lagi berdasarkan
tegangan supply ke motor, namun berdasarkan tegangan input khusus
yang berfungsi sebagai referensi kecepatan output.
Motor
330
Gambar 8.8 Kontrol kecepatan motor DC servo
Pada Gambar 8.8 nampak bahwa kecepatan putar motor tidak
diatur dari tegangan supply DC, namun diatur melalui tegangan referensi.
8.5 Motor Linier
Motor linier adalah adalah motor DC yang rotornya bergerak
secara translasi. Dengan demikian tidak ada bagian yang berputar pada
motor linier ini. Motor linier dirancang khusus untuk keperluan
permesinan atau manufacturing yang memiliki kepresisian sangat tinggi.
Misalnya mesin CNC ( Computer Numerical Control), EDM (Electric
Discharge Machine), dan sebagainya. Dengan menggunakan motor linier
tidak diperlukan lagi sistem gear dan perangkat transmisi daya lainnya.
Gambar 8.9 Motor linear buatan inteldrive
Kendali Temperatur
331
BAB IX. KENDALI TEMPERATUR
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Menguasai Konsep dasar-dasar pengendalian.
ƒ Menguasai perancangan sistem kendali temperatur ruangan.
ƒ Mengimplentasikan sistem kendali temperatur dan gas
9.1 Kosep Dasar Kendali Temperatur
Pengendalian temperatur yang sering digunakan adalah kendali
temperatur ruangan. Sebagai contoh, ketika temperatur di luar ruangan
naik , seharusnya pendingin dalam ruangan atau kamar menjadi ON.
Sehingga menjadikan kondisi didalam ruangan atau kamar menjadi
nyaman.
Lihat Gambar 9.1 melalui sebuah thermometer dilakukan
pembacaan temperatur di luar ruangan, sehingga terjadi pengukuran
temperatur di luar ruangan, sehingga terjadi suatu perbedaan nilai, dan
menyebabkan air raksa naik, sehingga terjadi kontak dengan relai dan
katup magnet , pendingin ruangan bekerja atau ON.
Gambar 9.1 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1)
Blok diagram dari sistem kendali di atas dapat dilihat pada Gambar 9.2.
Sistem pengaturan ini termasuk sistem kendali open loop.
Kendali Temperatur
332
Gambar 9.2 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1)
Sistem pengendalian ini tidak efektif, karena masih ada besaran
atau parameter kendali yang belum terukur. Hasil pembacaan
thermometer di luar tidak hanya mengukur temperatur akibat pancaran
sinar matahari, namun masih ada besaran yang masih mempengaruhi
pembacaan tersebut, misal hembusan angin, awan mendung dst.
Gambar 9.3 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2)
Untuk memperbaiki sistem pengendalian pada Gambar 9.1
(variasi 1). Seharusnya yang diukur adalah temperatur dalam ruang atau
kamar, sehingga kondisi temperatur di dalam ruangan dapat di setting
menurut kebutuhan. Untuk mengendalikan kondisi ini, maka thermometer
diletakan secara tetap di dalam ruangan, seperti pada Gambar 9.3.
Dengan demikian perubahan pembacaan thermometer sangat kecil,
pengukuran relatif stabil.
Kendali Temperatur
333
Selanjutnya blok diagram sistem pengendalian temperatur ruang
untuk variasi 2 dapat dilihat pada Gambar 9.4. Sistem pengendalian
menjadi sistem kendali close loop.
Gambar 9.4 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2)
9.2
Implementasi Pengendali Temperatur dan Gas
Berikut ini sebuah contoh implementasi pengendalian temperatur
dan gas pada sebuah ruangan. Di dalam ruangan ini temperatur dan
kadar Karbon Monosida CO dalam ambang batas tertentu saja yang
diizinkan. Oleh karena itu dibuat suatu system instalasi yang dapat
mengendalikan fan sesuai dengan kandungan gas CO yang terdeteksi.
Sistem instalasi juga dilengkapi dengan pengaturan suhu ruangan agar
tetap konstan sesuai dengan yang diinginkan. Ukuran ruangan dirancang
sebagaimana sebuah prototype dengan dimensi 40 x 30 x 30 cm.
9.2.1 Deskripsi Sistem
Sistem ini bekerja untuk mendeteksi gas Karbon Monosida (CO)
yang dideteksi oleh sensor gas, apabila kadar gas CO rendah maka
exhause fan akan mati, dan jika kadar gas CO meningkat maka exhause
fan akan bekerja sesuai dengan kenaikan kadar CO yang terbaca oleh
sensor.
334
Kendali Temperatur
Selain mendeteksi kadar gas CO pada sistem ini juga mendeteksi
suhu dalam ruang. Tingkat pendinginan yang dihasilkan disesuaikan
dengan kenaikan temperatur yang dideteksi oleh sensor temperatur.
9.2.2 Blok Diagram Sistem
Pada sistem ini didukung oleh komponen-komponen seperti yang
dipaparkan pada Gambar 9.5, selanjutnya pengendalian menggunakan
metoda fuzzy.
Gambar 9.5 Blok Diagram Sistem
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Sensor temperatur berfungsi mendeteksi temperatur ruangan.
Sensor gas berfungsi mendeteksi kondisi gas CO.
Analog to Digital Converter (ADC) berfungsi mengubah tegangan
output dari sensor temperature dan gas
Fuzzy logic controller adalah metode pengendalian pada
mikrokontroler.
Digital to Analog Converter (DAC) berfungsi mengubah tegangan
digital dari mikrokontroler menjadi tegangan analog.
Driver berfungsi mengaktifkan fan.
Exhause fan berfungsi sebagai aktuator gas dan temperatur.
9.2.3 Rangkaian Kelistrikan
Sinyal Conditioning Sensor Temperatur LM35
Sinyal conditioning berfungsi sebagai pengkondisi sinyal keluaran
dari sensor agar tegangan yg keluar dapat diteruskan ke ADC. Output
tegangan dari ADC adalah 0 5 V. Rangkaian ini mengkondisikan agar
output tegangan dari sensor sesuai dengan batas yang diinginkan.
335
Kendali Temperatur
Rangkaian ini terdiri dari OP-AMP, resistor dan variabel resistor, lihat
Gambar 9.6.
Gambar 9.6 Rangkaian zero and span
Penguat Tegangan ( non inverting)
Rangkaian ini digunakan agar tegangan yang keluar dapat
dikuatkan menjadi 12 V, agar dapat mengaktifkan driver untuk fan dan
pendingin. Tegangan maksimal yang keluar dari DAC adalah 2,5 V, maka
dikuatkan menjadi 6,6 V.
Gambar 9.7 Rangkaian Penguat Tegangan ( non inverting)
336
Kendali Temperatur
Driver Motor DC (fan)
Driver untuk motor digunakan agar dapat mengatur tegangan
yang masuk ke motor DC. Sehingga motor DC dapat bergerak sesuai
dengan program pengendalian yang dibuat.
Gambar 9.8 Rangkaian Driver Motor DC
Rangkaian DAC R-2R 8 Bit
Rangkaian DAC R-2R 8 bit diperlihatkan pada Gambar 9.9. Rangkaian ini
befungsi untuk mengatur tegangan yang akan masuk ke driver fan dan
driver pendingin. Perubahan tegangan dari DAC terhadap kenaikan tiap 1
bit di gunakan rumus :
Resolusi tegangan =
Vref
2n −1
5
= 8
2 −1
= 0,02 V/bit
= 20 mV/bit
337
Kendali Temperatur
Arus keluaran maksimum :
Iout = Iref (
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6
A
+
+
+
+
+
+
+ 7 )
2
4
8 16 32 64 128 256
1
2
Iout = 2 mA x ( +
1 1 1
1
1
1
1
+ + +
+
+
+
) = 1,99 mA
4 8 16 32 64 128 256
Gambar 9.9 Rangkaian DAC R-2R 8 Bit
338
Kendali Temperatur
9.2.4 Perangkat Lunak (Software)
Blok Diagram Fuzzy Gas
Fuzzy gas berfungsi untuk mengatur kecepatan putaran fan
berdasarkan kondisi udara yang dipengaruhi oleh gas CO (misal asap
rokok). Fuzzy gas mempunyai variabel keluaran berupa kecepatan
putaran fan.
Gambar 9.10 Blok Diagram Fuzzy Gas
Blok Diagram Fuzzy Temperatur
Fuzzy temperatur berfungsi untuk mengatur pendinginan
berdasarkan kenaikan temperatur yang terjadi di dalam ruangan. Fuzzy
temperatur mempunyai variabel keluaran berupa kinerja pendingin.
Gambar 9.11 Blok Diagram Fuzzy Temperatur
Sistem Kendali Fuzzy
BAB X.
334
FUZZY
Tujuan Kegiatan Pembelajaran
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran pada pokok bahasan ini,
diharapkan peserta didik dapat :
ƒ Menguasai Konsep dasar-dasar logika fuzzy.
ƒ Menguasai teori himpunan fuzzy
ƒ Membangun kaidah fuzzy if-then
ƒ Merancang sistem kendali fuzzy
10.1 Kontroler Logika Fuzzy (Fuzzy Logic Controller)
Kontroler Logika Fuzzy (KLF) adalah suatu kontrol yang
menggunakan metodologi digital dalam melakukan proses pengontrolan
sistem. Proses pengontrolan dilakukan dengan strategi dan simulasi
sistem fisik yang alami artinya hasil proses kontrol mendekati kondisi riil
yang sesungguhnya.
Logika Fuzzy (fuzzy logic) adalah suatu logika yang menerapkan derajat
kebenaran secara samar (fuzzy), artinya logika fuzzy (fuzzy logic)
mempunyai derajat kebenaran berbentuk linguistik yang menyertakan
predikat kekaburan (fuzziness) sesuai proporsinya. Sebagai contoh
derajat kebenaran suhu dinyatakan dalam sangat dingin, dingin, sedang,
panas, sangat panas dan seterusnya. Bila dinyatakan dalam bilangan
logika bolean fuzzy maka derajat kebenarannya diantara interval 0
sampai dengan 1. Artinya derajat kebenaran bisa dirancang dari “0”≅:
suhu sangat dingin, “0.3”≅: suhu dingin , “0.5”≅: suhu sedang , “0.7”≅
suhu panas sampai “1.0”≅ suhu sangat panas.
Berbeda dengan logika konvensional, derajat kebenarannya
dinyatakan secara pasti (crispy) yaitu salah satu dari 2(dua) pilihan.
Definisi kebenarannya hanya berharga “0” atau “1” saja, tidak dapat
dinyatakan antara suhu sangat dingin, dingin, sedang sampai panas.
Dengan menggunakan sistem logika konvensional, dipastikan mengalami
kesulitan jika diinginkan pembagian suhu mendekati kondisi sebenarnya.
10.2 Konsep Dasar Logika Fuzzy
Konsep teori logika fuzzy pertama kali dikenalkan oleh Lotfi A. Zadeh
(1965) melalui teori himpunan fuzzy (fuzzy set). Konsep ini didasari oleh
kebutuhan untuk memperoleh metoda dalam memngembangkan analisis
dan mempresentasikan dari masalah riil di lapangan yang serba tidak
selalu tepat dan pasti.
Sistem Kendali Fuzzy
335
10.2.1 Teori Himpunan Fuzzy (Fuzzy Set Theory)
Himpunan fuzzy A dalam semesta pembicaraan x (universe of
discourse) adalah kelas atau kumpulan kejadian pasangan elemen x (x
anggota dari x) dengan derajat keanggotaan (grade of membership)
elemen tersebut yaitu fungsi keanggotaan µA(x) dengan nilai riil, interval
(0 ÷ 1) pada tiap x dalam x. Derajat kebenaran logika fuzzy didasarkan
µA, dimana µA(x)=1, berarti x sebagai anggota penuh himpunan A, tetapi
bila µA(x)=0, berarti x bukan anggota himpunan A .
1 → bila dan hanya bila x ∈ A
 0 → bila dan hanya bila x ∉ A
µA( x) = 
(3.1)
Bila pendukung sekumpulan x dalam himpunan fuzzy A maka dapat
dinyatakan:
A = {( x, µ A ( x)) / x ∈ X }
Untuk x diskrit dengan n elemen pendukung (n =1, 2, 3, …, n) dari
A, maka :
A = µ1 ( x) / x1 + µ2 ( x) / x2 ) + ..... + µn ( x) / xn )}
n
A = ∑ µA( xi ) / xi
[x:diskrit]
A = ∫ µA(x) / x
[x : kontinyu]
i =1
x
Bila elemen pendukung himpunan fuzzy A, µA(x) = 0.5 merupakan titik
silang (cross-over), dan bila pendukung tunggal dengan µA(x) = 1.0
berarti fuzzy tunggal (singleton fuzzy).
Tanda +, ∑,
∫
pada rumus di atas merupakan operator gabungan
x
(union).
10.2.2 Fungsi Keanggotaan Fuzzy (Fuzzy
Membership Function)
Pada dasarnya untuk menyatakan fungsi keanggotaan tergantung pada
pendifinisian fungsi keanggotaan fuzzy dan bentuk permasalahan yang
dibahas.
Sistem Kendali Fuzzy
336
Berdasarkan hasil pengamatan studi literatur ada 2(dua) metode
pendefinisian yaitu pendefinisian secara bentuk fungsi untuk himpunan
dengan pendukung kontinyu dan bentuk numerik yang diterapkan untuk
himpunan dengan pendukung diskrit .
Sistem Kendali Fuzzy
337
10.2.2.1 Pendefinisian Bentuk Fungsi
Pendefinisian secara bentuk fungsi adalah suatu penyelesaian
permasalahan untuk himpunan fuzzy dengan pendukung/penyokong
kontinyu.
Tipe fungsi keanggotaan fuzzy berdasarkan pendifinisian bentuk fungsi
adalah fungsi segitiga , trapesium , pi (π), S, Bell-shaped, Gaussian dan
lain-lain.
a. Fungsi Keanggotaan Triangular (T-function)
Fungsi keanggotaan berbentuk segitiga atau Triangular function
(T-function) adalah paling banyak digunakan dalam proses fuzzifikasi,
terutama dalam penerapan teori fuzzy pada sistem pengaturan maupun
pada pengenalan pola.
Penggunaan fungsi keanggotaan dengan distribusi segitiga ini
sangat beralasan karena disamping lebih sederhana bentuk
formulasinya, lebih mudah pula dalam analisis perhitungan untuk
menentukan algoritmanya, sehingga tidak banyak menyita waktu dalam
melakukan proses perhitungannya.
Fungsi keanggotaan distribusi bentuk segitiga (triangular) seperti Gambar
10.1.
T(x;a,b, c) =µx(x)
1
0.5
0
a
b
c
x
Gambar 10.1 Fungsi Keanggotaan bentuk Segitiga (Triangular)
Persamaan secara matematik fungsi keanggotaan bentuk segitiga
(triangular) adalah :
Sistem Kendali Fuzzy
338
 0
 (x-a)
(b-a)
T ( x; a, b, c) = µx ( x) =  (c-x)

 (c-b)
 0
x≤a
a≤ x≤b
(3.6)
b≤x≤c
x≥c
b. Fungsi Keanggotaan jenis Trapezoidal (Tr-function)
Fungsi keanggotaan bentuk trapesium (Tr-function) seperti Gambar 10.2 :
Tr(x;a,b,c,d) = µx(x)
1
0.5
0
a
b
c
d
x
Gambar 10.2 Fungsi Keanggotaan bentuk Trapesium
Persamaan secara matematik fungsi keanggotaan bentuk trapesium
(trapezoid) adalah:
 0
 (x-a)
 b−a

Tr ( x; a, b, c, d ) =  1
 (d − x)
 (d − c)
 0

x≤a
a≤x≤b
b≤x≤c
c≤x≤d
x≥d
c. Fungsi Keanggotaan jenis pi (π)
Fungsi keanggotaan bentuk π-function disebut juga sebagai fungsi
keanggotaan jenis Lonceng yaitu fungsi keanggotaan yang terdiri dari
2(dua) parameter seperti Gambar 10.3 :
Sistem Kendali Fuzzy
339
π ( x;x1,p,x2 ) = µx (x)
1.0
b
0.5
0
x1
p-b/ 2
p
p+b/ 2
x2
x
Gambar 10.3 Fungsi Keanggotaan bentuk π
Persamaan matematik fungsi keanggotaan bentuk pi (π) adalah:
 ( x − p + b) 2
 2
b2

( x − p + b) 2

π ( x; b, p) = µx(x) = 1 − 2
b2

2
 2 ( x − p − b)

b2
b
2
b
b
p− ≤ x ≤ p+
2
2
b
p+ ≤ x ≤ p+b
2
p−b ≤ x ≤ p−
10.2.2.2. Pendefinisian Bentuk Numerik
Pendefinisian secara numerik hanya untuk fungsi keanggotaan dengan
pendukung diskrit, yaitu mengambil nilai bentuk fungsi untuk tiap
pendukung x yang berhingga jumlahnya .
Sebagai contoh:
X={0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
µA={0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2, 0.0 }
Sehingga himpunan fuzzy yang didefinisikan untuk himpunan elemen x
secara diskrit adalah seperti persamaan ini dan bila digambar secara
grafik seperti Gambar10.4.
Sistem Kendali Fuzzy
340
A ={0.0/0, 0.2/1, 0.4/2, 0.6/3, 0.8/4, 1.0/5, 0.8/6, 0.6/7, 0.4/8, 0.2/9,
0.0/10}
A={0.0/0+0.2/1+0.4/2+0.6/3+0.8/4+1.0/5+0.8/6+0.6/7+0.4/8+0.2/9+
0.0/10}
uΑ (x)
1.0
08
0.6
0.4
0.2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
X
Gambar 10.4 Definisi Himpunan Fuzzy A secara Diagramatik
10.2.3 Variabel Linguistik
Sistem pengaturan dengan pendekatan logika fuzzy merupakan
sistem pengaturan yang yang menirukan cara kerja manusia dalam
melakukan proses pengambilan keputusan, kaidah atur melalui
ungkapan-ungkapan kualitatip terhadap informasi yang diteranya,
misalnya menyatakan kecepatan motor : sangat cepat, cepat, sedang,
rendah dan berhenti. Semua kata-kata dalam bentuk kualitatip dengan
variabel linguistik ini selanjutnya ditabelkan dan diformulasikan dalam
bentuk aturan dasar (rule base) sesuai dengan pengalaman operator
atau manusia ketika mengatur proses secara manual .
Variabel linguistik sebagai ganti dari variabel numerik yang biasa
digunakan dalam pendekatan kuantitatip yang menyatakan fungsi dari
himpunan bagian semesta pembicaraan (universe of discourse) dari
himpunan fuzzy. Variabel linguistik ini misalkan dinyatakan dalam
(u,T(u),X), dimana u adalah nama variabel dan T(u) merupakan
pernyataan himpunan u yaitu nilai linguistik himpunan fuzzy atas semesta
X.
Misalkan variabel level kecepatan putaran motor dapat dinyatakan
dengan istilah : T(kecepatan) = {lambat, sedang, cepat}. Variabel ini
didefinisikan untuk semua X = [0, 200, 300], dengan kata lain lambat
disekitar 100 rpm, sedang disekitar 200 rpm dan cepat sekitar 300 rpm.
Maka fungsi segitiga mendefinisikan secara fungsional kedua himpunan
Sistem Kendali Fuzzy
341
ini dipilih sedemikian rupa sehingga penafsiran secara grafis dari
pendefinisian terjadi di titik silang (cross-over) masing-masing terletak di
titik x = 150 rpm., 250 rpm dan seterusnya dengan pendukung nilai
keanggotaan µ(x) = 0.5 untuk himpunan rendah, sedang dan cepat
seperti Gambar 10.5.
u(x)
1.0
lambat
sedang
cepat
0.5
0
100
150
200 250
300
x (rpm)
Gambar 10.5 Penafsiran Grafis Variabel Linguistik
Penafsiran grafis gambar di atas memberikan nilai-nilai
keangotaan untuk yang besar bila titik tersebut berada di titik 100
rpm.,200 rpm. dan 300 rpm., masing-masing mempunyai derajat
kebenaran (1.0) berarti sebagai anggota himpunan penuh dari masingmasing himpunan lambat, sedang, dan cepat, biasanya disebut fuzzy
singleton.
Untuk titik 0 ≤ x ≤ 100 rpm., 100 rpm.≤ x ≤ 200 rpm., 200 rpm.≤ x
≤ 300 rpm. mempunyai nilai keanggotaan kurang dari 1.0 untuk himpunan
lambat, sedang dan cepat. Ini berarti pada x ≤ 100 rpm mempunyai
kebenaran yang kuat untuk menjadi anggota himpunan lambat,
sebaliknya karena nilai keanggotaan yang kecil misalkan pada daerah
100 rpm.≤ x ≤ 200 rpm terletak pada himpunan. Titik 150 rpm.
mempunyai nilai kebenaran yang sama (0.5) untuk menjadi anggota
himpunan lambat maupun sedang, dan titik 210 rpm. lebih dominan
menjadi anggota himpunan sedang dari pada menjadi anggota himpunan
yang lain, namun untuk 250 rpm merupakan angota himpunan dari kedua
kebenaran level kecepatan yaitu anggota himpunan sedang dan cepat
dengan derajat kebenaran yang sama (0.5), yang disebut cross-over
yang sama.
Dari penafsiran Gambar 3.5 dapat dituliskan X =
{0,50,100,150,200,250,300}, maka secara definisi matematik himpunan
fuzzy yaitu :
A ≡ lambat = 0.0/0 + 0.5/50 + 1.0/100 + 0.5/150 + 0.0/200
Sistem Kendali Fuzzy
342
B≡ sedang = 00./100 + 0.5/150 + 1.0/200 + 0.5/250 + 0.0/300
C≡ cepat = 00./200 + 0.5/250 + 1.0/300 + 0.5/..+ 0.0/
dan seterusnya.
10.2.4 Operasi Himpunan Fuzzy
Jika A dan B merupakan himpunan fuzzy dalam semesta pembicaraan X
(universe of discourse) dengan fungsi keanggotaan µA(x) dan µB(x), maka
operasi dasar dari himpunan fuzzy dapat diuraikan sebagai berikut :
1). Himpunan yang sama (Equality)
µ A(x) = µ B(x) , untuk x ∈ X
2). Gabungan (Union)
µ( A∪ B )(x) = max{µ A(x) , µ B(x)} , x ∈ X
3). Irisan (Intersection)
µ( A∩ B )(x) = min{µ A(x) , µ B(x)} , x ∈ X
4). Komplemen (Complement)
µ (x) = 1 − µ A(x) , x ∈ X
_
A
10.2.5 Metode Perancangan KLF
Metoda perancangan kontrol klasik seperti Nyquist, Bode, Root
Locus dan Nichols umumnya didasarkan atas acuan asumsi bahwa
proses yang dikontrol adalah linier dan stasioner . Namun kenyataannya
proses yang dikontrol yang ada sampai saat ini merupakan sistem yang
komplek, non-linier dan mudah dipengaruhi faktor-faktor gangguan di
sekelilingnya.
Oleh karena itu perancangan sistem kontrol otomatik untuk
keperluan proses tersebut digunakan metoda yang memadai, dalam hal
ini digunakan teori logika fuzzy sebagai basis kontrol pada perancangan
kontroler.
Secara umum Kontroler Logika Fuzzy (KLF) mempunyai kemampuan:
1. Beroperasi tanpa campur tangan manusia secara langsung, memiliki
efektifitas yang sama dengan manusia.
Sistem Kendali Fuzzy
343
2. Mampu memecahkan masalah pada sistem yang komplek, non-linier,
tidak stasioner.
3. Memenuhi spesifikasi operasional dan kriteria kinerja.
4. Strukturnya sederhana, kuat dan beroperasi real time.
Perancangan Kontroler Logika Fuzzy (KLF) atau “Fuzzy Logic
Controller (FLC)” adalah gabungan dari pendefinisian himpunan fuzzy
dengan logika fuzzy, yang mana untuk memperoleh kontroler yang
menyerupai cara kerja operator.
Menurut penelitian Harris, Moore, dan Brown (1993) mengungkapkan
metodologi perancangan Kontroler Logika Fuzzy (KLF) secara umum,
artinya tidak mempunyai prosedur yang baku.
10.2.5.1 Struktur Dasar KLF
Kontroler Logika Fuzzy (KLF) pada dasarnya mempunyai struktur
dasar yang sederhana seperti Gambar 10.6 berikut ini.
Namun dalam pengembangannya sebagai kontrol closed loop, maka
banyak mengalami pengembangan dalam penyempurnaan rangkaiannya.
Sehingga struktur KLF bila digabung dengan plant yang akan dikontol
digambarkan seperti Gambar 10.7.
Setiap blok diagram struktur KLF berdasarkan fungsinya adalah
sebagai berikut:
1. Fuzzifikasi (fuzzifier) berfungsi untuk mentransformasikan variabel
masukan berupa sinyal masukan (input) yang bersifat bukan fuzzy
(variabel numerik) untuk dikonversi atau diubah menjadi variabel
fuzzy (variabel linguistik) dengan menggunakan operator fuzzifikzsi
(fuzzifier).
2. Basis Pengetahuan (Knowledge Base) terdiri dari basis data (data
base) dan aturan dasar (rule base) yang mendefinisikan himpunan
fuzzy atas daerah-daerah masukan dan keluaran yang disusun
dalam perangkat aturan kontrol.
3. Inferensi (Inference) merupakan inti dari KLF karena di sini tempat
logika pengambilan keputusan atau sering disebut juga
“reasoning”, dimana harus mempunyai kemampuan seperti
layaknya manusia dalam mengambil keputusan. Aksi dari
beberapa hasil pengambilan keputusan fuzzy (aksi atur)
disimpulkan menggunakan relasi fuzzy (implikasi fuzzy) dan
mekanisme inferensi fuzzy.
4. Defuzzifikasi (defuzzier) berfungsi untuk mentransformasikan
kesimpulan tentang aksi dari pengambilan keputusan (aksi atur)
yang bersifat fuzzy menjadi sinyal sebenarnya yang bersifat pasti
Sistem Kendali Fuzzy
344
(crispy) dengan menggunakan operator defuzzier.
5. Kuantisasi merupakan proses pengubahan sinyal masukan
menjadi error (e) dan delta error (de) untuk diproses selanjutnya
pada tingkat fuzzifikasi.
6. Plant adalah suatu sistem yang dikontrol berupa seperangkat
peralatan yang bekerja bersama-sama untuk operasi KLF.
Inferensi Fuzzy
Basis
Aturan
fuzzy sets
INPUT x
Basis
Data
Pengambilan
Keputusan Fuzzy
(Fuzzy Reasoning)
Fuzzifikasi
fuzzy sets
Defuzzifikasi
OUTPUT y
Gambar 10.6 Struktur Dasar Kontroler Logika Fuzzy
10.2.5.2 Fuzzifikasi (Fuzzifier)
Untuk membahas fuzzifikasi sistem pengaturan plant dengan
input tegangan error (e) dan delta error (de) dari kontroler logika fuzzy,
berikut digambarkan diagram blok (Gambar 10.8) dan step response dari
plant yang dikontrol (Gambar 10.9), sehingga proses fuzzifikasi mudah
dipahami.
Sistem Kendali Fuzzy
345
KLF
Basis
Pengetahuan
error
Input
+
Output
Plant
d-error
Sensor
(Elemen Ukur)
Gambar 10.7 Struktur Kontroler Logika Fuzzy dengan Plant
e
+
r
KLF
(referensi)
input
-
u
Plant
y
de
Gambar 10.8 Diagram Blok System Kontrol Logika Fuzzy dengan
Besaran input dari plant melalui umpan balik (feedback) lewat
sensor bersifat pasti (crisp) dan kuantitatif, bisa juga berupa variabel
numerik lalu dilakukan fuzzifikasi menjadi variabel linguistik fuzzy.
Fuzzifikasi adalah pemetaan input kesemesta himpunan fuzzy dan
secara simbolis pemetaan ini dinyatakan sebagai:
x = fuzzifier (xo)
Dimana xo : masukan crisp, x: himpunan fuzzy dan fuzzifier adalah
operator fuzzifikasi.
(keluaran)
output
Sistem Kendali Fuzzy
346
Y
c
g
f
d
b
set point Yss
h
2
3
4
5
k
l
i
e
a
j
6
7
8
9 10
11
e
+
-
- +
+ - - + + - -
de
-
-
+ +
- - + + - - +
Time (t)
Gambar 10.9 Tanggapan(step response) Sistem Loop Tertutup
Jika variabel masukan yang diinginkan adalah 2(dua) variabel
error (e) dan delta error (de), maka dilakukan kuantisasi lalu diubah
dahulu kedalam variabel fuzzy. Melalui fungsi keanggotaan (membership
function) yang telah disusun nilai error (e) dan delta error (de) nilai
kuantisasi akan didapatkan derajat keanggotaan bagi masing-masing
error (e) dan delta error (de) tersebut.
Dari Gambar 10.9 adalah step response dari keluaran dengan
masukan unit step delengkapi dengan uraian cara mem-fuzzifikasi,
sehingga dapat dibuat bentuk penurunan pembagian ruang input
misalkan dengan 3(tiga) ruang input dengan nilai linguistik Positip (P),
Negatip (N) dan Nol (NL).
Nilai kualitatip ditentukan pada setiap titik yang bertanda huruf
(a-l) seperti contoh hasil analisis prototipe aturan kontrol dengan 3(tiga)
nilai linguistik pada Tabel 10.1.
Sistem Kendali Fuzzy
347
Tabel 10.1 Prototipe Aturan K LF dengan 3(tiga) Nilai Linguistik
Aturan Error (e) d-Error
No.
(de)
Output
(u)
Titik
Referensi
Fungsi
1
P
NL
P
a,e,i
pemendekan
rise time
2
NL
N
N
b,f,j
overshoot
tereduksi
3
N
NL
N
c,g,k
overshoot
tereduksi
4
NL
P
P
d,h,l
oscillasi
tereduksi
5
NL
NL
NL
set
point
sistem teredam
Penyempurnaan aturan kontrol logika fuzzy dapat dilihat pada Tabel 10.2.
Tabel 10.2 Penyempurnaan Aturan KLF dengan 3(tiga) Nilai
Linguistik
Aturan
Error
d-Error
Output
Titik
No.
(e)
(de)
(u)
Referensi
Fungsi
6
P
N
P
Range:
ab, ef
pemendekan
rise time
7
N
N
N
Range:bc,
fg, jk
overshoot
tereduksi
8
N
P
N
Range:
cd, gh
overshoot
tereduksi
9
P
P
P
Range:
de,hi
oscillasi
tereduksi
10
P
N
NL
Range: ij
sistem
teredam
11
N
P
NL
Range: kl
sistem
teredam
Sistem Kendali Fuzzy
348
Kemudian MacVicar-Whelan telah meneliti penyempurnaan aturan
kontrol fuzzy ini dengan menemukan pola umum hubungan antara error
(e), delta error (de) dan output kontrol (u) atau delta output(du).
Pendefinisian aturan dasar (rule base) pola ini berlaku bagi KLF dengan
input error(e) dan delta error(de) seperti Tabel 10.3.
Tabel 10.3 Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan
NBe
NMe
NSe
ZEe
PSe
PMe
PBe
NBd
NBc
NBc
NBc
NBc
NMc
NSc
ZEc
NMd
NBc
NBc
NBc
NMc
NSc
ZEc
PSc
NSd
NBc
NBc
NMc
NSc
ZEc
PSc
PM
c
ZEd
NBc
NMc
NSc
ZEc
PSc
PMc
PBc
PSd
NMc
NSc
ZEc
PSc
PMc
PBc
PBc
PMd
NSc
ZEc
PSc
PMc
PBc
PBc
PBc
PBd
ZEc
PSc
PMc
PBc
PBc
PBc
PBc
10.2.5.3 Penentuan Basis Data (Data Base)
Himpunan-himpunan fuzzy dari sinyal masukan dan sinyal
keluaran supaya dapat digunakan oleh variabel linguistik dalam basis
aturan maka didefinisikan lebih dahulu. Dalam perancangan basis data,
ada hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu:
Sistem Kendali Fuzzy
349
a. Kuantisasi dan Normalisasi
Kuantisasi adalah mendiskritkan semesta pembicaran yang kontinu
kedalam sejumlah segmen-segmen tertentu sebagai level kuantisasi. Di
sini sebagai contoh proses pengambilan masukan yang berupa variabel
numerik dari masukan error (e) dan delta error (de) Cara kuantisasi ini
diperlukan bila pendefinisian fungsi keanggotaannya dinyatakan dalam
bentuk numerik, dan biasanya dengan cara membentuk tabulasi sebagai
tabel pandang (look-up table).
Sebaiknya jumlah level kuantisasi tergantung permasalahan yang
dikontrol dan sebaiknya dibuat sebanyak mungkin selama memori
komputer yang digunakan untuk penghitungan mampu menyimpannya.
Level kuantisasi dapat ditentukan dengan menggunakan rumus
berikut:
L( Level ) =
X max - X min
RES
RES merupakan resolusi kontrol yang digunakan (control resolution),
[Xmin, Xmax] merupakan range semesta pengukuran (universe of
measurement) .
Pemilihan jumlah level kuantisasi mempengaruhi kepekaan dari
KLF terhadap masukan dan kehalusan (smooth) aksi pengaturan pada
keluaran. Semakin banyak level kuantisasi dengan interval yang kecil
yang diterapkan pada daerah masukan dan keluaran maka semakin
sensitif dan terjadi deviasi yang kecil pada KLF tersebut, sehingga
semakin smooth aksi kontrolnya .
Sedangkan normalisasi digunakan bila semesta pembicaraan dari
himpunan tersebut terbatas dalam jangkauan tertentu, misalkan -1.0
sampai dengan +1.0. Normalisasi merupakan pemetaan semesta
pembicaraan masukan ke semesta pembicaraan baru yang terbatas.
Skala pemetaan bisa seragam (uniform) atau bisa tidak seragam (nonuniform) tergantung kebutuhan perancangannya. Normalisasi ini
diperlukan bila fungsi keanggotaan didefinisikan secara fungsional.
b. Pembagian Ruang Masukan dan Keluaran (Input and Output)
Pendefinisian himpunan fuzzy atas daerah masukan (input) dan
keluaran (output) berarti membagi smesta pembicaraan atas nilai variabel
linguistik himpunan fuzzy. Derajat nilai kebenarannya dinyatakan dengan
linguistik seperti NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dan sebagainya .
Sistem Kendali Fuzzy
350
Penentuan jumlah himpunan fuzzy dan aturan kontrol yang disusun
sangat ditentukan oleh banyak sedikitnya pembagian ruang masukan dan
keluarandalam bentuk variabel lingustik, yang dalam hal ini akan
berakibat langsung pada kehalusan (smooth) dari pengaturan fuzzy
tersebut.
c. Penentuan Fungsi Keanggotaan
Pendefinisian secara numerik dari tingkat keanggotaan
pendukung/penyokong dalam himpunan fuzzy dinyatakan dalam bentuk
tabulasi seperti Tabel 10.1 dan fungsi keanggotaan yang sering
digunakan adalah fungsi segitiga (triangular), trapesium (trapezoid) dan
fungsi pi (π).
Pembagian ruang dibuat 7(tujuh) nilai linguistik himpunan fuzzy
seperti Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan Tabel 10.3 yaitu: NB,
NM, NS, ZE, PS, PM, PB.
Distribusi parameter dipilih seragam (uniform) atau bisa tidak
seragam (non uniform) biasanya diletakkan pada bagian awal dan akhir
dari fungsi keanggotaan dan ditentukan sedemikian rupa sehingga titik
silang (cross-over) tepat ditengah-tengah dua rataan diantara himpunan
yang bersebelahan.
10.2.5.4 Basis Aturan (Rule Base)
Aturan dasar sistem fuzzy adalah sekelompok aturan fuzzy dalam
hubungan antara keadaan sinyal masukan dan sinyal keluaran. Ini
didasarkan atas istilah linguistik dari pengetahuan pakar yang merupakan
dasar dari pengambilan keputusan atau inferensi untuk mendapatkan
aksi keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi masukan yaitu error (e) dan
delta error (de) dengan dasar aturan (rule) yang ditetapkan.
Dari proses inferensi ini menghasilkan sinyal keluaran yang masih dalam
bentuk bilangan fuzzy, yaitu dengan derajat keanggotaan dari sinyal
kontrol.
Untuk perancangan kontrol fuzzy ada beberapa hal dalam menentukan
aturan kontrol yang penting diantaranya:
Sistem Kendali Fuzzy
351
a. Pemilihan Variabel Masukan dan Keluaran
Variabel masukan dan keluaran yang dipilih memberikan pengaruh
kuat pada karakteristik kontroler. Pemilihan variabel ini memerlukan
pemahaman prilaku atau sifat-sifat dari plant dan prilaku pengaturannya.
Pada KLF acuan aturan kontrolnya sama dengan kontrol konvensional
yaitu error (e) dan perubahan atau delta error (de) dari plant. Sehingga
error (e) dan delta error (de) digunakan sebagai variabel masukan dan
keluarannya berupa sinyal atur.
(x)
-x4
NB
NS
NK
-x3
-x2
-x 1
Z
0
PK
PS
PB
x1
x2
x3
x4
x
a) . Fungsi segitiga
(x)
-x4
NB
NS
NK
-x3
-x2
-x 1
Z
0
PK
PS
PB
x1
x2
x3
PK
PS
PB
x1
x2
x4
x
b) . Fungsi Trapesium
(x)
-x4
NB
NS
NK
-x3
-x2
-x 1
Z
0
x3
c) . Fungsi Eksponensial
Gambar 10.10 Fungsi-fungsi Keanggotaan Uniform
x4
x
Sistem Kendali Fuzzy
352
b. Penurunan Aturan Kontrol Fuzzy
Untuk menurunkan aturan kontrol dari KLF dengan cara
mengumpulkan aturan-aturan kontrol fuzzy yang dibentuk dari analisis
prilaku obyek atur yang didapat dari koreksi simpangan keluaran plant
terhadap kondisi yang diinginkan. Hasil yang diperoleh akan berupa
prototipe aturan kontrol seperti Gambar 10.9 dan Tabel 10.1.
Ada beberapa model untuk menyempurnakan aturan kontrol yang
berupa prototipe yaitu metoda Pemetaan skala (Scale Mappings) dengan
model Mamdani (1977), model Takagi-Sugeno-Kang (TSK) (1985) dan
model Kosko (1996) (biasa disebut : Standard Additive Model :”SAM”).
Prinsipnya adalah untuk menentukan sinyal atur sehingga sistem loop
tertutup berakhir sesuai yang diinginkan.
10.2.5.5 Logika Pengambilan Keputusan
Sebagai inti dari pengaturan fuzzy terletak pada bagian logika
pengambilan keputusan yang didasarkan pemikiran dan keputusan yang
dilakukan manusia.
Ada 2(dua) tipe pengambilan keputusan logika fuzzy (fuzzy logic
reasoning) yaitu generalized modus ponens(GMP) dan generalized
modus tollens(GMT) [2].
GMP merupakan keputusan langsung (direct reasoning) dan GMT adalah
keputusan tidak langsung (indirect reasoning).
Dalam logika pengambilan keputusan yang penting adalah fungsi
implikasi fuzzy, penafsiran kata hubung, operator komposional dan
mekanisme inferensi.
a. Aturan Kontrol Fuzzy
Pada dasarnya seorang operator mesin dalam bekerja telah
menggunakan aturan kotrol yang berupa hubungan antara input dan
output menggunakan aturan JIKA-MAKA (IF-THEN) dalam mengambil
keputusan. Aturan kontrol pada logika fuzzy menggunakan variabel
linguistik dari himpunan fuzzy yang didasarkan atas pengetahuan dan
pengalaman dari obyek yang diatur. Sehingga prilaku sistem pengaturan
fuzzy didasari oleh pernyataan linguistik berbasis pengetahuan yang
meniru kerja operator.
Pernyataan JIKA-MAKA (IF-THEN) digunakan untuk menentukan relasi
fuzzy antara input dan output kontrol yang biasanya disebut implikasi
fuzzy [2]. Dalam penerapannya misalkan IF (input i) THEN (output j),berati
misalkan IF i = 1,2, …,n , THEN j=1,2,…,n.
Sistem Kendali Fuzzy
353
Dimana i adalah antecedent yaitu input yang telah difuzzifikasi,
sedangkan j adalah cosequent yaitu sebagai aksi kontrol (output).
Sebagai contoh misalkan himpunan fuzzy dinotasikan dengan A, A’,B, B’
dan variabel linguistik dinotasikan dengan x, y, maka GMP dan GMT
dinyatakan :
Gneralized Modus Ponens (GMP):
Pernyataan 1 (aturan)
: IF x is A THEN y is B
Pernyataan 2 (fakta)
: y is A’
______________________________________________
Penyelesaian
: y is B’
Penyelesaian relasi fuzzy juga diekpresikan secara implikasi fuzzy seperti
berikut:
R=A→B
(relasi fuzzy)
B’ = A’ ° R = A’ ° (A→B)
Dengan R adalah relasi fuzzy dari implikasi fuzzy “ if A then B’ ”, tanda °
adalah operator komposisi, dan A’ adalah himpunan fuzzy yang
mempunyai bentuk fungsi keanggotaan : A, sangat A lebih atau kurang A,
tidak A dan sebagainya.
Gneralized Modus Tollens (GML):
Pernyataan 1 (aturan)
: IFx is A THEN y is B
Pernyataan 2 (fakta)
: y is B’’
______________________________________________
Penyelesaian
: y is A’
Dengan cara yang sama akan didapatkan:
R=A→B
(relasi fuzzy)
A’ = B’ ° R = B’ ° (A→B)
Sistem Kendali Fuzzy
354
b. Fungsi Implikasi Fuzzy
Penggunaan fungsi implikasi fuzzy dengan aturan kontrol (sebab
akibat) dapat ditulis secara formulasi sebagai berikut:
∆
=µ
( x, y , z ) =
Ri
( Ai; dan Bi; → Ci )
µ ( x) dan µ ( y ) → µ (z) (3.33)
C
Ai
Bi
i
[
µ
]
∆
Ai dan Bi adalah himpunan fuzzy Ai x Bi dalam X x Y, sedangkan Ri =
(Ai dan Bi)→ Ci adalah implikasi fuzzy dalam X x Y x Z, dan notasi →
adalah implikasi fuzzy.
c. Penafsiran Kata Hubung
Setiap aturan kontrol fuzzy biasanya dinyatakan dengan suatu
relasi, karena itu prilaku sistem fuzzy ditentukan oleh relasi-relasi fuzzy
tersebut. Sedangkan kata hubung DAN (AND) digunakan pada produk
Cartesian yang dikarenakan oleh derajat nilai keanggotaan yang
berbeda.
Penggunaan operator komposisi sangat menentukan hasil
kesimpulan, karena setiap operator komposisi akan diperlukan sesuai
dengan kegunaannya. Secara umum ditunjukkan sebagai komposisi supstar dengan star (*) sebagai operator dalam aplikasi tertentu. Operator
sup-min dan sup-product adalah operator yang sering digunakan pada
teknik pengaturan .
Sistem Kendali Fuzzy
355
Tabel 10.4 Beberapa Aturan Implikasi Fuzzy
Aturan
I lik i
Rc: min
ti
Rp: product
ti
Rbp: bounded
d t
Formulasi Implikasi
Implikasi Fuzzy
a→ b = a ∧ b
= µA(u) ∧ µB(v)
a→ b = a . b
= µA(u) . µB(v)
a→ b = 0 ∨ (a+b-1)
b =1
= 0 ∨ [µA(u) + µB(v)=
Rdp: drastic
product
a ,

a→ b= b,
0,

Ra: arithmetic
a→ b=(1∧(1-a+b)
µB = 1
µA(u ),

µA = 1
µB (v),

=1∧(1-µA(u) + µB(v))
Rm: max-min
a→ b=(a∧b)∨(1-a)
=((µA(u)∧µB(v))∨ (1-
Rs: standard
sequence
a→ b= 
=
Rb: Boolean
a→ b=(1-a)∨b
=(1-µA(u))∨ µB(v)
Rg: Gödelian
logic
a→ b= 
R∆: Goguen’s
fuzzy
implication
a→ b= 
a =1
a, b < 1
1 , a ≤ b
0 , a⟩ b
1 , µA(u ) ≤ µB (v)
0 , µA(u )⟩ µB (v)
1 , a ≤ b
b , a⟩ b
=
 1 , a≤b
b / a , a⟩b
1,
µA(v)

=
µB (v) / µA(u ) , µA(u
µA(v) ≤ µB (v
 1,

µB (v) , µA(u )⟩ µB (v)
d. Operator Komposisi
Fungsi implikasi sistem SISO (Single Input Single Output) diberikan
persamaan dalam bentuk komposisi :
B’ = A’ o R
Sistem Kendali Fuzzy
356
Pada sistem MISO (Multi Input Single Output), maka persamaan menjadi:
C’ = (A’, B’) o R
e. Mekanisme Penalaran / Inferensi
Sebagaimana diketahui bahwa sistem pengaturan fuzzy terdiri dari
seperangkat aturan kontrol dan untuk mengkombinasikan aturan
digunakan kata hubung JUGA.
Pada aturan kontrol fuzzy secara MISO (Multi Input Single Output),
dengan x dan y adalah input dan z adalah output dalam semesta
pembicaraan X, Y dan Z, maka mekanisme inferensi dinyatakan sebagai :
Input
: x is A’ AND y is B’
R1
: IF x is A1 AND y is B1, THEN z is C1
R2
: IF x is A2 AND y is B2, THEN z is C2
…..
….
……
……
…..
….
…..
……
Rn
: IF x is An AND y is Bn, THEN z is Cn
________________________________________________
Penyelesaian
: z is C’
Dari keseluruhan aturan kontrol tersebut harus dapat menghasilkan
kesimpulan yang dinyatakan dengan yang diperoleh dari mekanisme
inferensi dengan komposisional sup-star yang didasarkan dari fungsi
implikasi fuzzy dan kata hubung “DAN”(AND) dan “JUGA”(ALSO). Ada
beberapa persamaan matematik penting yang berhubungan dengan
mekanisme inferensi fuzzy diantaranya :
n
n
i =1
i =1
( A' , B ' ) o U Ri = U ( A' , B ' ) o R
dengan Ri adalah relasi aturan kontrol ke-i.
Persamaan (3.40) output dari semua perangkat aturan kontrol merupakan
gabungan semua output aturan kontrol. Sedangkan untuk fungsi implikasi
operasi-mini Mamdani :
( A' , B ' ) o (Ai dan Bi → Ci = [A' o(Ai → Ci ) ] ∩ [B ' o(Bi → Ci ) ] (10.1)
jika µ AixBi = µAi ∧ µBi .
Sistem Kendali Fuzzy
357
( A' , B ' ) o (Ai dan Bi → Ci = [A' o(Ai → Ci ) ] . [B' o(Bi → Ci ) ] (10.1)
jika µ AixBi = µAi . µBi .
Bilamana input fuzzy berupa input tunggal A’=x0 dan B’=y0 akan diperoleh
persamaan :
∧
∧
*
*
R : α ∧ µ ( z ), α = µ Ai ( x0 ) ∧ µ B i ( x0 ),
c
i
ci
i
(10.3)
R : α ∧ µ ( z ), α = µ Ai ( x0 ) ∧ µ B i ( x0 ),
c
i
ci
i
(10.4)
Dari persamaan (10.1), (10.2), (10.3), dan (10.4) menguraikan fungsi
implikasi operasi mini Mamdani (Rc) dengan menggunakan kedua
jenis produk Cartesian.
µ
µB
A
A
1
1
0
x
µ
1
A
0
1
1
C
0
y
µB
A
µC
B
z
µC
B
1
µC
1
C
0
0
x
0
0
y
z
z
mi
Gambar 10.11 Penafsiran Grafis Persamaan (10.1; 10.2) dengan α^
dan Rc
Sistem Kendali Fuzzy
358
µ
1 A
A1
µB
A
1 B
0
x
1
µC
B
0
1
y
C
1
0
µC
z
1
µ
1
µB
A2
A
A
1 B
µC
2
B
1
C
0
0
x
0
y
0
z
min
Gambar 10.12 Penafsiran Grafis Persamaan (10.3) dan (10.4)
Sehingga persamaan itu disederhanakan menjadi :
n
R ': µ ' = U α ∧ µ
c c i =1 i
ci
10.2.5.6 Defuzzifikasi
Defuzzifikasi pada dasarnya merupakan pemetaan ruang aksi
kontrol fuzzy menjadi ruang aksi kontrol non-fuzzy (crispy). Prinsip dari
strategi defuzzifikasi bertujuan untuk menghasilkan sinyal atur yang nyata
yang dapat merepresentasikan distribusi dari aksi atur masing-masing
aturan kontrol.
Bentuk persamaan umum proses defuzzifikasi seperti berikut :
z0 = defuzzier (z)
Beberapa metode defuzzifikasi yang dapat digunakan secara umum
yaitu metode titik pusat (the Center of Area =”COA”), metode titik tengah
maksimum (the Mean of Maximum =”MOM”), dan metode kriteria max
(the Criterion Max) .
z
Sistem Kendali Fuzzy
359
a. Metode Titik Pusat (COA)
Metode titik pusat (the Center of Area =”COA”) adalah metode
defuzzifikasi yang sering digunakan yaitu dengan menentukan output aksi
kontrol dari pusat berat (the Center of Gravity =”COG”).
Formulasi umum dari metode ini dalam menentukan nilai output aksi
kontrol (zo) kasus diskrit sebagai berikut [2, 5,7, 12, 22]:
∑
=
∑
n
z
o (COA)
j =1
µ (z )z
n
j =1
c
j
j
µ (z )
c
j
n adalah jumlah level kuantisasi dari output, zj adalah besarnya
output pada level kuantisasi ke-j, dan µc(zj) nilai fungsi keanggotaan dari
output himpunan fuzzy.
Dan jika kasus semesta pembicaraan (universe of discourse) adalah
kontinyu, maka formulasi kontinyu dapat dinyatakan:
∫ µc ( z ) z dz
=
z
o (COA)
z
∫ µc ( z ) dz
z
b. Metode Titik Tengah Maksimum (MOM)
Metode titik tengah maksimum (the Mean of Maximum=”MOM”)
adalah metode defuzzifikasi untuk menghitung harga titik tengah output
dari semua aksi kontrol yang mempunyai fungsi keanggotan fuzzy
maksimum .
Formulasi umum kasus diskrit, nilai output aksi kontrol (zo) dari
metode ini dapat diekpresikan sebagai berikut :
m
z
=∑ j
z
o (MOM)
j =1 m
zj adalah nilai pendukung output dengan fungsi keanggotaan
bernilai maksimum ke-j atau µc(zj) dan m adalah banyaknya nilai
pendukung.
Sistem Kendali Fuzzy
360
Dari kedua metode strategi defuzzifikasi ini saling mempunyai
keunggulan. Untuk metode COA berdasarkan penelitian Braae and
Rutherford (1978) mempunyai hasil yang sangat bagus terutama
performansi keadaan tunak (steady state) lebih bagus karena rata-rata
kesalahan kuadratnya kecil (lower mean square error). Selanjutnya
penelitian Lee, (1990) metode defuzzifikasi MOM performansi tanggapan
peralihan (transient respons) hasilnya lebih baik [2].
c. Metode Kriteria Max
Metode defuzzisifikasi MAX menghasilkan titik dimana distribusi
yang mungkin pada aksi kontrol bernilai maksimum. Metode ini biasanya
jarang digunakan karena ketelitiannya tidak begitu baik.
Dengan berdasarkan pada keunggulan masing-masing metode
defuzzifikasi ini, maka dengan MOM performansi KLF cocok untuk sistem
relay multilevel (multilevel relay system), sedangkan strategi COA cocok
untuk kontroler konvensional PI dan sebagainya.
1
µc
0
Z
MAX
COA
MOM
Gambar 10.13 Interpretasi Grafik Strategi Defuzzifikasi
Daftar Pustaka
DAFTAR PUSTAKA
Beuth, Klaus,“Elektronik 4 Digitaltechnik”, Vogel-Buchverlag,
Wuerzburg, 1982ac
”Elektronika Daya”, Gunadarma
ELWE, ”Lehrsysteme Leistungelektronik”.
Europalehrmittel, “Fachkunde Information Elektronik“, Verlag
Stuttgart hal 13/14.
Horn / Nur Lesson plan 51520104 PPPGT Malang 1988.
Horn / Rizal, Lesson Plan 51510102.
Horn / Sutrisno Lesson plan 52520203 PPPGT Malang 1988.
ITB, Polyteknik Mekanik Swiss, ”Teknik Listrik Terpakai”, hal 39
– 47
Kamajaya, ”Fisika 1”, Ganeqa Exact, Bandung, 1994.
MC68HC11F1 Technical Data, Motorola Inc., Arizona, 1990
MC68HC11F1 Programming Reference Guide, Motorola Inc.,
Arizona
M68HC11 Reference Manual, Motorola Inc., Arizona, 2002
MC68HC11F1 Technical Summary 8-Bit Microcontroller,Motorola
Inc., Arizona, 1997
M. Affandi Agus Ponijo, ”Pengetahuan Dasar Teknik Listrik”
M. Affandi Agus Ponijo, ”Pengetahuan Dasar Teknik Listrik”
“Microprocessor
and
Microcomputer”,
ITT
Fachlergänge,
Pforzheim, 1979
Nur / Supr , Lesson plan 51520101, PPPG Teknologi Malang,
1988.
Ogata, K(1997). “Teknik Kontrol Automatik”. Jilid 1. Erlangga:
Jakarta
PEDC, “Ilmu Listrik”, Bandung, PEDC, 1981, hal 127-129,PT
Gunung Agung, 1981.
http://id.wikipedia.org/wiki/Ampere
Daftar Pustaka
Pflaum, Richard. ”Elektronik IVA Leistungelektronik (lehrbuch)
Werner Dzieia”, Verlag
KG Munchen
Pitowarno, E.(2006). “Robotika Disain, Kontrol, Dan Kecerdasan
Buatan”. Andi: Yogyakarta
Schmidt, Walf Deiter (1997). ”Sensor Schaltungs Technik”. Vogel
(Wurzburg). Germany
Sugihartono, Drs.(1996). “Dasar-dasar Kontrol Pneumatik”.
Tarsito: Bandung
Suma’mur P.K, Msc, Dr ; “Keselamatan kerja dan Pencegahan
kecelakaan” ;
Stielew, Roth, Prof, Dr, Ing. ”Institutfur Leistungselektronik und
Elektrische Antriebe”
W. Ernest, ”Elektrotecnik“, FranKfruft, Sauerlaender 1982, hal
13,14, 15-17.
Wil Helm Benz, ”Tabellen Buch Elektronik”, Kohl & Noltemeter &
10, Frankfurt, 1989
Uma’mur P.K, Msc, Dr ; ”Keselamatan kerja dan Pencegahan
Kecelakaan”
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/design/systemscontrol
/pneumaticsrev1.shtml. (12.01.2008)
http://64.78.42.182/sweethaven/MechTech/hydraulics01/module
main.asp? whichMod=0100. (12.01.2008)
en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor
-
(12.01.2008)
Guenter Stein. “ Autmatisierungstechnik in der
Maschinentechnik”. Carl Hanser Verlag. Muenchen. 1993.
40k.
Daftar Istilah
363
DAFTAR ISTILAH
AC Choper
ADC
adder
aktuator
akumulator
alkali
alternatif current
ALU
amper
amplifier
amplitudo
AND
anoda
aritmatika
arus cerat
arus listrik
arus pusar
asam nitrat
assembler
atom
band pas filter
basis
beda potensial
bias
biner
biner
biner
bit
BJT
boolean
break down
bus
caption
carry
celcius.
chip
clock
coil
common
coulomb
counter
CPU
crowbaring
cut-off
daya listrik
DC Choper
dekoder
demodulasi
density
depletion Layer
depolarisator
desimal
destilasi
DIAC
diagram bode
diamater
dielektrikum
difusi
digital
dimmer
dioda
dioda Schottky
dioda varactor
dioda zener
dipole
direct current
diskrit
double
download
drain
efisiensi
ekivalen
Daftar Istilah
ekonomis
elekrolisa
elektro statis
elektroda
elektrolit
elektron
elektronika daya
emitor
EXOR
Fahrenheit.
farad
fase
ferro magnetik
filter
flag
flip-flop
flow chart
fluks
form
forward bias
foto cell
frekuensi
frekuensi modulasi
fungsi
fuzzy
fuzzylemps
galvanis
gate
gaya gerak listrik
gaya gerak magnet
generator
HandShaking
henry
hertz
hidrolika
high pass filter
histerisis
hole
horse power
364
hukum Kirchhoff
hukum ohm
IGBT
Impendansi
indeks
induksi
induktansi
induktor
input
input pembalik
instrumentasi
integer
ionisasi
ISA
isolasi
jembatan Wheatstone
jendela
joule
Joule
junction
kapasitansi
kapasitas panas
katoda
katup
kelvin.
kimiawi
kode program
koefisien
kolektor
kondensator
konduksi
konfigurasi
konstanta
kontrol
kontroler
konveksi
konversi
konverter
korona
Daftar Istilah
korosi
kursor
LDR
loop
loop
low pass filter
LPT
LSI
medan magnit
mekanik
memori
mikrokomputer
mikrokontroller
mneumonic
modulasi
MOS
MOSFET
motor stepper
muatan listrik
multiplekser
Neutron
NOT
offset
ohm
oksidasi
op-amp
op-code
OR
orde dua
orde satu
oscilator
osilasi
osilator
osiloskop
output
overflow
parallel
parity
pengalamatan
365
penghantar
penyearah
penyulutan
penyulutan
permitivitas listrik
pewaktu
phasa
piston
plant
plasma
pneumatik
pointer
pointer
polarisasi
polaritas
pop
port
port
potensial barier
potensiometer
potensiometer
power supply
PPI
PROM
prosedur
Proton
pulsa
push
PWM
radiasi
radiator
radioaktif
RAM
Reamur.
register
register
reluktansi
RePROM
resonansi
Daftar Istilah
reverse bias
ROM
root locus
RS232
satu fase
sekuensial
semi penghantar
semikonduktor
semikonduktor
sensor
seri
servo
siemens
silicon
silikon
sinyal
sinyal
Source
stack
statement
stator
string
subrutin
tabel kebenaran
tahanan
tahanan jenis
tegangan
366
Tegangan Knee
tegangan listrik
temperatur
tesla
thermocouple
thyristor
tiga fase
timer
Titik Q
Toleransi
Transistor
transistor
transistor bipolar,
Transkonduktansi
transportasi
triac
Unijunction Transistor
unipolar
usaha listrik
USB
valensi
variabel
variant
visual basic
volt
watt
weber