BAB II TINJAUAN PUSTAKA. peripheral I/O, dan sebagainya. Mikrokontroller memiliki kemampuan manipulasi

Transkripsi

1 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroller merupakan contoh suatu sistem komputer sederhana yang masuk dalam kategori embedded komputer. Di dalam sebuah mikrokontroller terdapat komponen-komponen seperti: processor, memory, clock, peripheral I/O, dan sebagainya. Mikrokontroller memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer. Mikrokontroller adalah piranti elektronik yang dikemas dalam bentuk sebuah IC (Integrated Circuit) tunggal, sebagai bagian utama dan beberapa peripheral lain yang harus ditambahkan, seperti kristal dan kapasitor. Gambar 2.1. Bentuk Fisik Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroller AVR (Advanced Virtual RISC) memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computing) 8 Bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Bandingkan dengan instruksi keluarga MCS-51 (arsitektur CISC) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing. 4

2 5 AVR dikelompokkan kedalam 4 kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan keluarga AT86RFxx. Dari kesemua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya. Dipilih Atmega8535 karena populasi yang banyak, sehingga ketersediaan komponen dan referensi penunjang lebih terjamin. Tabel 2.1 Perbandingan Spesifikasi dan Fitur keluarga AVR Keterangan: Flash adalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil perencanaan, yang harus dijalankan oleh mikrokontroler RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program

3 6 Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal Arsitektur ATmega8535 a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D b. ADC 10 bit sebanyak 8 Channel c. Tiga buah timer / counter d. 32 register e. Watchdog Timer dengan oscilator internal f. SRAM sebanyak 512 byte g. Memori Flash sebesar 8 kb h. Sumber Interrupt internal dan eksternal

4 7 i. Port SPI (Serial Peripheral Interface) j. EEPROM on board sebanyak 512 byte k. Komparator analog l. Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter) Fitur ATMega 8535 a. Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. b. Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte. c. ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel d. Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps e. Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik Konfigurasi Pin ATMega 8535 a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya b. GND merupakan pin Ground c. Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC d. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator Analog dan SPI e. Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer Oscillator f. Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler

5 8 h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal i. AVCC merupakan pin masukan untuk suplai tegangan ADC j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC Gambar 2.2. Konfigurasi Pin ATMega Peta Memori ATMega 8535 ATmega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I.O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori

6 9 secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Gambar 2.3. Peta Memori ATMega Peta Memori Data ATMega 8535 Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. AVR ATmega8535 memiliki 4KByte x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash.

7 Memori Program AVR ATmega8535 Selain itu AVR ATmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF Status Register Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Gambar 2.5. Status Register Penjelasan Status Register ATmega8535 Bit 7 : I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk mengenable semua jenis interupsi. Bit 6 : T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali ke suatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD. Bit 5 : H (Half Cary Flag) Bit 4 : S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow).

8 11 Bit 3 : V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis. Bit 2 : N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif. Bit 1 : Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0. Bit 0 : C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry Sistem Minimum ATMega 8535 Sistem minimum (minsys) mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Rangkaian ini kemudian bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Gambar 2.6. Sistem Minimum ATMega 8535

9 12 Untuk membuat rangkaian minimum ATmega8535 diperlukan beberapa komponen yaitu: IC mikrokontroler ATmega XTAL 4 MHz atau 8 MHz atau MHz (XTAL1) 3 kapasitor kertas yaitu dua 22 pf (C2 dan C3) serta 100 nf (C4) 1 kapasitor elektrolit 4.7 uf (C12) 2 resistor yaitu 100 ohm (R1) dan 10 Kohm (R3) 1 tombol reset pushbutton (PB1) Selain itu tentunya diperlukan power suply yang bisa memberikan tegangan 5V DC. Rangkaian sistem minimum ini sudah siap untuk menerima sinyal analog (fasilitas ADC) di port A. 2.2 Rangkaian Fotodioda Fotodioda adalah jenis dioda yang bekerja karena pengaruh cahaya yang mengenainya, sehingga dalam fungsinya dioda jenis ini bisa digunakan untuk mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-x. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis. Gambar 2.7. Fotodioda

10 13 Alat yang mirip dengan fotodioda adalah fototransistor (Phototransistor). Fototransistor ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Fotodioda. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari fototransistor secara umum akan lebih lambat dari pada fotodioda. Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan-pn dibias maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan pn dibias mundur arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektronelektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda. 2.3 Modulasi Modulasi merupakan proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal pembawa (carrier) yang mempunyai frekwensi lebih tinggi dari sinyal informasi

11 14 tersebut. Sinyal carrier frekwensi tinggi dimodulasi oleh sinyal informasi untuk memperoleh sinyal yang termodulasi. Modulasi digital didapatkan dengan mengubah parameter sinyal carrier (amplitude, fasa, frekwensi) dimana perubahan parameter itu tergantung pada sinyal digitalnya. Yang termasuk dalam modulasi digital adalah sebagai berikut : a. Amplitude Shift Keying (ASK) b. Frequency Shift Keying (FSK) c. Phase Shift Keying (PSK) Tujuan dari proses modulasi adalah meminimalisasi interfensi sinyal pada pengiriman informasi yang menggunakan frekwensi sama atau berdekatan dan sinyal termodulasi dapat dimultiplexing dan ditransmisikan via saluran transmisi serta pada dimensi antena menjadi lebih mudah Modulasi ASK (Amplitude Shift Keying) Amplitude Shift Keying (ASK) merupakan teknik modulasi digital yang mengubah amplitude sinyal carrier sesuai dengan sinyal pemodulasinya. ASK dengan 2 nilai biner dilambangkan dengan 2 amplitudo yang berbeda-beda dari sinyal pembawa, rentan terhadap perubahan yang tiba-tiba dan tidak terlalu efisien. ASK merupakan sebuah sistem komunikasi tanpa kabel (wireless) yang beroperasi pada pita frekwensi tertentu. ASK merupakan teknik pembangkitan gelombang AM yang dilakukan dengan membangkitkan sinyal AM secara langsung tanpa harus membentuk sinyal base band yang menggambarkan teknik modulasi digital. Jadi teknik tersebut merupakan pembangkit gelombang AM

12 15 untuk mentransmisi informasi digital yang selanjutnya dikenal sebagai bentuk pembangkit ASK atau dikenal dengan AM digital. 2.4 Komunikasi Nirkabel Komunikasi Nirkabel adalah Jaringan nirkabel adalah komunikasi antar sistem tanpa menggunakan kabel (wireless system). Komunikasi nirkabel digunakan untuk menghubungkan satu sistem dengan system yang lain dengan menggunakan beberapa macam media transmisi tanpa kabel, seperti: gelombang radio, gelombang mikro, maupun cahaya infra merah. Pada perancangan rangkaian pemancar komponen yang digunakan sebagai komponen untuk komunikasi nirkabel adalah TLP434A TLP434A TLP434A merupakan suatu modul pemancar buatan Laipac Technology, Inc. yang di dalamnya terkandung suatu rangkaian modulator digital ASK dan rangkaian pemancar. TLP434A ini memiliki 4 pin antara lain pin untuk ground, pin untuk data masukan, pin untuk Vcc dan pin ke antena. TLP434A biasanya difungsikan pada frekuensi 315MHz, 418MHz, dan 433,92 MHz dengan tegangan operasi antara 2 VDC hingga 12 VDC. Pada perancangan sistem komunikasi nirkabel nanti digunakan frekuensi 433 Mhz. Keterangan : Gambar 2.8. TLP434A Pin 1 : Pertanahan (ground) Pin 2 : Masukan data Pin 3 : Vcc Pin 4 : Antena

13 Infus Komponen utama yang digunakan pada sistem ini ialah cairan infus. Sebab adanya sistem ini untuk mendeteksi kondisi ada atau tidaknya cairan infus. Infus yang dipakai pada perancangan ini ialah OTSU-NS 500 ml dengan kadar 0.9 % Sodium Chlorine, botol berbahan yang terbuat dari plastik berwarna putih kabus. Ada banyak jenis-jenis cairan infus. Dan bisa mengaplikasikan sistem ini pada jenis infus yang mana saja dengan ketentuan bahan botol yang terbuat dari plastik. \ Gambar 2. Infus Otsu-NS