BAB II DASAR TEORI. Gambar 2.1 Mikrokontroler ATMega16

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas as mengenai teori-teori yang mendukung. Materi yang akan dibahas adalah mikrokontroler atmega 16, solenoid, LCD (Liquid Crystal Display), RTC (Real Time Clock), keypad 4x4, IC NE555, 5, Buzzer, Relay, dan perangkat lunak Bascom AVR. 2.1 Mikrokontroler Hal yang paling penting dan menjadi otak (processor) adalah mikrokontroler ATMega16. ATMega16 merupakan salah satu dari keluarga ATMEL yang berfungsi sebagai pusat kendali dari suatu u sistem yang dibuat. Tampilan dan konfigurasi kaki-kaki ATMega16 : Gambar 2.1 Mikrokontroler ATMega Port sebagai input/output digital ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PORTA, A PORTB, B PORTC, dan PORTD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan n pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn D dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn Dxn diset 1 maka Px Kode Angka Berbasis Atmega 16 5

2 berfungsi sebagai pin output.. Bila DDxn Dxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxnx diset 0 pada a saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengann sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, ah, maka a bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Maka harus digunakan kondisi tri-state. (DDxn=0, PORTxn=0) x atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) x sebagai kondisi transisi Konfigurasi Pin Atmega16 Konfigurasi pin Atmega secara fungsional adalah sebagai berikut : a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai input tegangan b. GND merupakan pin ground. c. PORTA ( PA0 PA7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. d. PORTB ( PB0 PB7 ) merupakan pin I/O dua arah ah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, r, komparator analog, dan timer oscillator. e. PORTC ( PC0 PC 7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator or analog, dan timer oscillator. f. Port D ( PD0 PD7 ) merupakan pin I/O dua arah ah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroller. Kode Angka Berbasis Atmega 16 6

3 h. XTAL dan XTAL2 merupakan an pin masukan clock eksternal. i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC. 2.2 S olenoid Solenoid adalah sebuah perangkat yang dapat difungsikan sebagai aktuator. Perangkat ini terdiri dari 2 bagian utama, yaitu kumparan atau koil, dan inti besi. Cara kerja dari perangkat ini adalah jika ada tegangan yang mengalir di kumparan, maka di dalamnya akan menimbulkan mbulka medan magnetis yang akan menarik besi masuk kedalam kumparan. an. Prinsip kerja yang digunakan adalah prinsip elektromagnetik. Gambar 2.2 Solenoid Solenoid yang digunakan membutuhkan mbutuhkan tegangan sebesar 12Vdc untuk uk bekerja. 2.3 Liquid Crystal Display (LCD) 4x20 LCD adalah perangkat output yang berfungsi menampilkan data berupa teks, simbol dan gambar sederhana. LCD ini memiliki 4 baris yang setiap barisnya terdiri dari 20 kolom atau biasa ditulis 4x20. Sehingga memungkinkan untuk menampilkan 20 buah karakter di setiap barisnya. Kode Angka Berbasis Atmega 16 7

4 Bentuk fisik LCD 4x20 dapat dilihat pada gambar Gambar 2.3 LCD 4x20 dengan backlight hijau LCD 4x20 memiliki milikii 16 buah pin, yang terdiri dari 8 buah pin data I/O (DB0 DB7), 2 pin untuk pengaturan backlight (LED+ dan LED-), 2 pin untuk uk supply (VCC dan VSS), RS, R/W, E. Tabel 2.1 Konfigurasi pin LCD 4x RTC (Real Time Clock) RTC adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan rkan waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada pada jam. Agar dapat berfungsi, pewaktu ini membutuhkan dua parameter utama yang harus ditentukan, yaitu pada saat at mulai (start) t dan pada saat berhenti enti (stop). RTC pada umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara waktu. RTC memiliki catu daya terpisah sehingga dapat tetap berfungsi ketika catu daya utama terputus. Real Time Clock berhubungan dengan waktu mulai dari detik, menit, jam, hari, tanggal, al, bulan dan tahun. Kode Angka Berbasis Atmega 16 8

5 RTC yang digunakan berjenis DS1307, yang merupakan salah satu tipe IC RTC yang dapat bekerja dalam daya listrik rendah. Didalamnya berisi waktu jam dan kalender dalam format BCD. Waktu jam dan kalender memberikan informasi detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, dan tahun. Untuk bagian an jam dapat berformat 24 jam atau au 12 jam. Pendeteksi sumber listrik juga disediakan diak untuk mendeteksi kegagalan an sumber listrik dan langsung mengalihkannya ke sumber baterai. DS1307 berkomunikasi dengan menggunakan 2 kabel, yaitu SDA dan DSL. SQW/Out adalah penghasil gelombang kotak yang frekuensinya tergantung dari control register. Gambar 2.4.Typical slave operating circuit Kode Angka Berbasis Atmega 16 9

6 Gambar 2.5 Blok diagram IC 1307 IC 1307 terdiri dari 8 buah blok, yaitu blok osilator and driver, square wave out, control logic, power control, serial bus interface,address register, RTC dan RAM. Blok osilator mengontrol kecepatan jam dan pulsa keluaran dari blok square wave out, blok control logic mengatur frekuensi yang dikeluarkan kan oleh blok square wave out, address register menunjukan alamat dari RTC atau RAM berdasarkan input dari blok serial bus interface dan control logic. Blok RTC berisi dataa mengenai jam sedangkan RAM menyimpan data yang telah dituliskan sebelumnya. Gambar 2.6 RTC DS1307 Kode Angka Berbasis Atmega 16 10

7 2.4.1 Pin-pin pada IC DS1307 IC DS1307 juga memiliki 8 buah pin, yaitu : X1, X2: dihubungkan dengan kristal quartz 32,768 khz. Rangkaian osilator internal ini didesain untuk beroperasi erasi dengan sebuah kristal yang mempunyai kapasitansi asitansi beban tertentu (CL) yakni 12,5 pf. Vcc, GND: sebagai power supply utama. Vcc merupakan tegangan input +5 Volt sedangkan GND merupakan ground. Ketika tegangan 5 Volt digunakan pada batas normal, RTC dapat diakses secara penuh dan data dapat ditulis dan dibaca. Ketika Vcc kurang dari 1,25 x Vbat, proses penulisan dan pembacaan menjadi terhalang. Namun demikian, proses penghitungan waktu tetap berjalan. Pada saat Vcc kurang dari Vbat, RAM dan penghitung waktu terhubung dengan batere 3 Volt. Vbat: tegangan input batere lithium cell 3 Volt. Tegangan batere harus berada antara 2,5 Volt sampai 3,5 Volt. SCL (Serial Clock Input): digunakan untuk mensinkronkan kan perubahan data pada antarmuka serial. SDA (Serial Data Input/Output): utput): t) merupakan an pin input/output tput untuk antarmuka serial 2 kawat. Pin SDA membutuhkan resistor pull-up eksternal. SQW/OUT (Square Wave/Output Driver) 2.5 Keypad 4x4 Keypad digunakan sebagai perangkat input untuk memasukkan password. sword. Keypad merupakan serangkaian aian push-button yang disusun secara matrik sehingga memiliki kolom dan baris. Setiap kolom dan baris dihubungkan dengan n pin I/O dari Mikrokontroler o sejumlah 8 pin, 4 pin untuk kolom dan 4 pin untuk baris. Kode Angka Berbasis Atmega 16 11

8 Berikut gambar keypad 4x A B RR1 R1 C = KOLOM R = BARIS C RR2 R2 * 0 # D RR3 R3 RR4 R4 RC1 RC2 RC3 RC4 C1 C2 C3 C4 Gambar 2.7 Keypad 4x4 2.6 IC NE555 IC 555 merupakan jenis IC yang dapat membangkitkan mba sinyal frekuensi, baik itu monostabil mulivibrator maupun astabil mutivibrator. Pada a alat ini (rangkaian transmitter) IC 555 digunakan sebagai pembangkit sinyal frekuensi astabil abil multivibrator r dengan frekuensi yang dihasilkan sekitar 2,3 khz. Gambar 2.8 IC NE555 Multivibrator astabil dapat menghasilkan n aliran-aliran pulsa yang berkelanjutan, berbentuk segi empat yang dapat berada pada dua keadaan. Akan tetapi keadaan kedua pulsa-pulsa yang dihasilkan tidak berada pada a keadaan stabil, seperti terlihat pada gambar 2.9. Kode Angka Berbasis Atmega 16 12

9 Gambar 2.9 Rangkaian astabil multivibrator Kapasitor C mengisii muatan melalui tahanan R1 dan R2, sedangkan pengosongan muatan hanya melalui tahanan R2. Dalam mode ini, tegangan kapasitor dalam melakukan pengisian dan pengosongan berada diantara 1/3 dan 2/3 Vcc. Saat kapasitor mengisi muatan melalui R1 dan R2 tegangan naik secara eksponensial. nsial. Perhitungan waktu pengisian pada saat output high h adalah alah : t1 =0,693 (R1 + R2) C1 Perhitungan waktu pengisian pada saat output low adalah : t2 =0,693 (R2) C1 Maka total perioda (T) : T= t 1 + t2 = 0,693 (R1 + R2) C1 Untuk perhitungan frekuensi osilasi : f = =, ( ) Dan untuk perhitungan Duty cycle cle : R2 D = R1 + 2R2 Gambar 2.10 Bentuk gelombang astabil multivibratoribrato Kode Angka Berbasis Atmega 16 13

10 2.7 Buzzer Buzzer merupakan perangkat output yang menghasilkan suara, prinsip kerjanya mirip dengan speaker biasa. Buzzer ini menjadi bagian dari rangkaian alarm yang berperan untuk uk menghasilkan n bunyi dengan nada yang diatur di rangkaian sebelumnya. Gambar 2.11 Buzzerze Buzzer ini dapat bekerja dalam rentang tegangan n dari 5Vdc hingga 15Vdc. Semakin tinggi tegangan yang disupply, maka bunyi keluaran akan semakin keras. 2.9 Relay Relay merupakan an salah satu peralatan elektronik k yang berfungsi untuk memtuskan dan menghubungkan suatu rangkaian elektronik yang satu dengan yang lainnya. Pada dasarnya relay adalah saklar elektromagnetik ektromagn yang akan bekerja apabila arus mengalir melalui kumparan, lalu inti i besi akan menjadi magnet dan akan an menarik kontakkontak relay. Kontak-kontak dapat ditarik apabila garis magnet dapat mengalahkan gaya pegas yang melawannya. Besarnya gaya magnet bergantung dari medan di celah udara pada inti magnet, jumlah lilitan kumparan, dan kuat arus yang mengalir. Untuk memperbesar kuat medan magnet dibentuk sirkuit magnet. Kode Angka Berbasis Atmega 16 14

11 Kontak-kontak atau kutub-kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar pemakaian yaitu : 1. Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan menutup dan disebut sebagai kontakk Normally Open (NO). 2. Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya a akan an membuka dan disebut dengan kontak Normally Close (NC). 3. Tukar-sambung (Change Over/CO), jenis relay ini mempunyai kontak tengah yang normalnya tertutup tetapi akan membuat kontak dengan yang lain bila relay dialiri listrik. Gambar 2.12 memperlihatkan beberapa bentuk kontak dari sebuah relay : Gambar Bentuk Kontak Relay Gambar 2.13 Relay 2.10 Perangkat Lunak Perangkat lunak atau software yang digunakan pada proyek akhir ini digunakan pemrograman BASCOM AVR untuk pemrograman pada mikrokontroler. BASCOM AVR merupakan suatu program compiler dengan bahasa pemrograman tingkat tinngi yang dilengkapi oleh simulasi Kode Angka Berbasis Atmega 16 15

12 compiler ke bahasa a mesin. BASCOM AVR terdiri dari main windows dan simulator windows. Main windows merupakan jendela utama yang dapat digunakan untuk membuat listing program. Gambar 2.13 Jendala utama pada BASCOM AVR Pemrograman BASCOM AVR memiliki beberapa jenis variabel data dan karakter. Jenis jenis variabel data a pada pemrograman man BASCOM AVR yaitu: 1. Bit (1/8 byte) Sebuah bit hanya memiliki nilai i 0 atau 1. Dimana 8 buah bit sama dengan 1 byte. 2. Byte (1Byte) Byte ini memiliki jumlah 8 bit-biner yang bernilai Integer (two Bytes) Integer ini memiliki miliki jumlah 16 bit-biner yang bernilai antara -32,768 sampaidengan +32, Word (two bytes) Word ini memiliki jumlah 16 bit-biner yang bernilai antara 0 sampai dengan Long (four bytes) Kode Angka Berbasis Atmega 16 16

13 Long ini memiliki i jumlah 32bit-biner yang bernilai antara a sampai dengan Single Single ini memiliki miliki jumlah 32 bit-biner yang bernilai antara 1.5x sampai dengan n 3.4x String (up to 254 bytes) String ini memiliki panjang dimensi sebanyak 10 byte. Kode Angka Berbasis Atmega 16 17