BAB II DASAR TEORI. menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik

Transkripsi

1 A II DASAR TEORI 2.1. Kapasitor Kapasitor merupakan salah satu komponen elektronik yang berfungsi menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik isebut engan kapasitas kapasitor atau kapasitansi (capacitance). Kapasitor biasanya ibuat engan kapasitansi tertentu, mulai ari ukuran picofara (pf) sampai engan microfara (µf). Tetapi aa juga kapasitor yang kapasitansinya apat iubah-ubah, isebut engan variable capacitor atau varco. Simbol kapasitor itunjukkan paa gambar 2.1. Gambar 2.1. Simbol kapasitor (a) kapasitor engan nilai tetap, (b) kapasitor variabel (a) Secara umum paa kapasitor berlaku persamaan q = CV atau q C = (2.1) V engan C aalah kapasitas kapasitor (fara), q banyaknya muatan paa plat penghantar (coulomb), an V bea potensial antara keua plat (volt).

2 Kapasitor paa umumnya ibuat ari ua plat penghantar berisolasi yang ipasang sejajar. Untuk menghitung kapasitansi jenis ini perhatikan gambar 2.2. Masing-masing plat memiliki luas A. Jika keua plat ihubungkan ke terminal sebuah baterai maka engan senirinya muatan +q akan muncul paa salah satu plat an muatan q paa plat yang lainnya. Dengan perhitungan hukum Gauss memberikan ε Φ E = q (2.2) EA Φ E = ε = q ε (2.3) Gambar 2.2. Sebuah kapasitor plat sejajar Dari gambar tersebut juga bisa ituliskan V = E (2.4) atau V = E. l Jika persamaan 2.3 an 2.4 isubtitusikan ke alam hubungan C = qv iapatkan q ε EA A = = ε V E = (2.5) C engan C aalah kapasitas kapasitor (F), ε aalah konstanta permitivitas ruang hampa (ε = 8, C 2 /N.m 2 ), A aalah luas plat (m 2 ), an aalah jarak antar keua plat (m).

3 2.2. Dielektrik Persamaan 2.5 hanya berlaku paa kapasitor yang plat-platnya beraa paa ruang hampa (vakum). Jika iantara plat-plat tersebut ipasang sebuah ielektrik maka persamaannya akan berbea. Dielektrik merupakan suatu bahan yang ipasang iantara plat-plat kapasitor yang berfungsi menambah kapasitansi. Paa tabel 2.1 iberikan contoh ielektrik yang igunakan saat ini. Dari percobaan iapatkan bahwa muatan paa kapasitor engan ielektrik mempunyai muatan lebih besar aripaa kapasitor tanpa ielektrik. Perbaningan kapasitor tanpa ielektrik an engan ielektrik itunjukkan paa gambar 2.3. Paa gambar tersebut keua kapasitor an iberi bea potensial yang sama tetapi muatan kapasitor engan ielektrik (C 2 ) lebih banyak aripaa kapasitor tanpa ielektrik (C 1 ) q 1 q C 1 V C Gambar 2.3. Perbaningan muatan kapasitor tanpa ielektrik engan kapasitor berielektrik. persamaan: Sehingga paa kapasitor plat sejajar engan ielektrik iberikan engan κ aalah faktor ielektrik. C κε A = (2.6)

4 Tabel 2.1 Sifat-sifat ari beberapa ielektrik [Halliay, 1994] ahan Konstanta ielektrik Kekuatan ielektrik (kv/mm) Vakum Uara Air Kertas Mika merahelima Porselen Kwarsa yang ilebur Gelas pirex akelit Polietilen Amber Teflon Neopren Minyak transformer Titanium ioksia Polisterin 1, 1,54 78, 3,5 5,4 6,5 3,8 4,5 4,8 2,3 2,7 2,1 6,9 4,5 1, 2,6 ~, Kapasitor Plat Sejajar engan Dua Dielektrik Jika sebuah kapasitor plat sejajar memiliki ua ielektrik yang berbea tetapannya, maka bisa ianggap bahwa kapasitor tersebut teriri ari ua buah kapasitor yang ipasang sejajar. Kapasitansi total C merupakan jumlah ari kapasitansi C A engan ielektrik A ( κ ) kapasitansi C engan ielektrik ( κ ) seperti itunjukkan paa gambar 2.4. Secara matematis apat ituliskan C = C A + C Dari persamaan 2.6, kapasitansi masing-masing aalah A C A AA = κ Aε = κ Aε r( l h)

5 kapasitor ielektrik A C A l h l ielektrik C h r Gambar 2.4. Kapasitor plat sejajar engan ua ielektrik yang berbea C A κ ε = = κ ε Dengan menjumlahkan kembali keua persamaan i atas iapatkan rh C = r( l h) κ ε + κ ε A rh ( κ A r( l h + κ rh) ε C = ) (2.7) 2.3. Pewaktu 555 Pewaktu 555 merupakan salah satu rangkaian penghasil gelombang kotak. entuk gelombang yang ihasilkan pewaktu 555 itunjukkan paa gambar 2.5.

6 v t tinggi t renah Gambar 2.5. entuk gelombang keluaran pewaktu 555 t Rangkaian Pewaktu 555 Rangkain pewaktu 555 apat ilihat paa gambar 2.6. Gambar tersebut merupakan rangkaian pewaktu bergerak bebas (astabil multivibrator). Gambar 2.6. Rangkaian pewaktu 555 operasi astabil Frekuensi Osilasi an Siklus Tugas esar frekuensi osilasi paa pewaktu 555 itentukan oleh nilai R A, R, an C 1. Untuk t renah iberikan an untuk t tinggi t t renah =,695R C =,695( R R ) C tinggi A Sehingga perioa osilasi total T aalah T = t + t =.695( R 2R ) C (2.8) tinggi renah A + 1

7 an frekuensi osilasi f aalah f 1 = T ( R A R = (2.9) ) C 1 Siklus tugas (uty cycle) iefinisikan sebagai perbaningan waktu keluaran renah t renah terhaap perioa total T. D t renah = = (2.1) T R A R + 2R 2.4. JK Flip-flop JK Flip-flop (JKFF) merupakan salah satu jenis flip-flop yang paling banyak igunakan alam praktik. Gambar 2.7 menunjukkan simbol ari sebuah JKFF. J Ck K JKFF Q Q Gambar 2.7. Simbol JK Flip-flop JKFF paa gambar tersebut memiliki tiga masukan yaitu J, Ck (Clock), an K, an ua keluaran yaitu Q an Q. J an K berfungsi sebagai pengenali keluaran. Tabel 2.2 menunjukkan pengaruh J an K terhaap keluaran Q. Tabel 2.2. Tabel kebenaran JKFF J K Q n+1 Q n Togle

8 Jika J = 1 an K = 1, JKFF akan berfungsi sebagai TFF yaitu keluarannya akan berubah jika clock berubah ari 1 ke seperti itunjukkan oleh gambar 2.8 berikut. Gambar 2.8. Keluaran Q JKFF jika J=1 an K= Pembagi 1 Pembagi/pencacah 1 (ecae counter) teriri ari ua bagian utama, yaitu pembagi ua (binary counter) an pembagi lima (quinary counter) seperti itunjukkan oleh gambar 2.9. Rangkain asarnya aalah D Flip-flop Gambar 2.9. lok iagram pembagi 1 (DFF) engan beberapa gerbang logika lain seperti Nan an Not. mempunyai tiga masukan yaitu Clock A, Clock, an Clear, an empat

9 keluaran QA, Q, QC, an Q. Pembagi 1 ini terapat paa IC 749 yang berisi satu paket an 7439 yang berisi ua paket pembagi 1. Pembagi 1 iapatkan engan menghubungkan keluaran QA paa masukan clock. Gambar 2.1 i bawah ini menunjukkan iagram waktu ari pembagi 1. Gambar 2.1. Diagram waktu pembagi Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler prouksi Atmel. AT89S51 merupakan CPU 8-bit yang memiliki 4Kbytes flash PEROM, 128 bytes RAM, ua ata pointer, 32 jalur input/output (I/O), watchog timer, an ua 16 bit timer/counter Memori Memori yang iakses oleh mikrokontroler AT89S51 teriri ari RAM (Rea Access Memory) an ROM (Rea Only Memory). RAM merupakan memori yang apat itulis an ibaca memiliki sifat volatile (isinya hilang bila sumber tegangan ihilangkan). RAM biasanya berisi ata

10 yang akan ieksekusi. ROM merupakan memori yang hanya apat ibaca, bersifat nonvolatile (isinya tiak hilang walaupun sumber tegangan ihilangkan). ROM berisi program untuk mengontrol kerja ari mikrontroler. Mikrokontroler ini memiliki ruang alamat memori an ata program yang terpisah Memori Program Mikrokontroler AT89S51 mengerjakan program mulai ari alamat h. Dengan flash-on-chip sebesar 4Kbyte, pengambilan (fetching) instruksi ilakukan paa alamat h hingga FFFh untuk memori internal Memori Data Memori ata internal apat ikelompokkan menjai ua bagian. RAM internal sebesar 128 byte engan lokasi 2h sampai 2Fh bisa menyimpan 8 bit ata. agian ini mampu menyimpan 128 bit ata. Memori ata lokasi 8h sampai FFh biasa isebut engan Special Function Register (SFR), juga mampu menyimpan ata 128 bit. Sehingga total operasi bit mencapai 256 lokasi bit. erikut ijelaskan beberapa bagian ari SFR. 1). Akumulator Akumulator atau Acc yang menempati lokasi Eh igunakan sebagai register untuk penyimpanan ata sementara. 2). Register Register banyak igunakan alam operasi perkalian an pembagian. 3). Data Pointer (DPTR)

11 DPTR tersusun ari byte tinggi (DPH) an renah (DPL), bersama-sama membentuk register yang mampu menyimpan alamat 16 bit Moe Pengalamatan an Set Instruksi Moe pengalamatan merupakan cara untuk mengakses ata atau operan yang beraa i tempat berbea. Seangkan set instruksi merupakan kelompok instruksi alam pemrograman Moe Pengalamatan Metoe pengalamatan (aressing moe) ibagi menjai: 1). Moe pengalamatan singkat (immeiate aressing moe) Moe ini menggunakan konstanta, misal MOV A,#24h. 2). Moe pengalamatan langsung (irect aressing moe) Cara ini ipakai untuk menunjuk ata yang beraa i suatu lokasi memori engan cara menyebut lokasi/alamat memori tempat ata tersebut beraa. Misalnya MOV A,3h. 3). Moe pengalamatan tiak langsung (inirect aressing moe) Moe ini ipakai untuk mengakses ata yang beraa i alam memori. Misalnya MOV A,@R1 4). Moe pengalamatan register (register aressing moe) Misalnya: MOV A,R. Instruksi ini mempunyai arti bahwa ata alam register R isalin ke alam akumulator. 5). Moe pengalamatan koe tiak langsung (coe inirect aressing moe)

12 Untuk keperluan ini, mikrokontroler mempunyai cara penyebutan ata alam memori program yang ilakukan secara tak langsung, misalnya: MOVC Set Instruksi Set instruksi ibagi beberapa kelompok, antara lain: 1). Kelompok Penyalinan Data Instruksi-instruksi yang termasuk alam kelompok penyalinan ata yaitu MOV, PUSH, POP, XCH an XCHD. 2). Kelompok Instruksi Aritmatika Instruksi-instruksi alam kelompok Aritmatika ini selalu melibatkan akumulator, aa juga yang melibatkan register. Yang termasuk alam kelompok ini yaitu instruksi ADD, ADDC, SU, INC, DEC, MUL, DIV, an DA. 3). Kelompok Instruksi Logika Kelompok instruksi ini ipakai untuk melakukan operasi logika yaitu ANL, ORL, XRL, CLR, CPL, RR, RRC, RL, RLC serta SWAP. 4). Kelompok Instruksi oolean Instruksi oolean itujukan untuk mengakses bit-bit an tiak terbatas untuk peminahan ata, set clear, komplemen, OR an AND Moul LCD M1632 Liqui Crystal Display (LCD) merupakan piranti penampil karakter ahan asar LCD aalah liqui crystal. Moul LCD M1632 merupakan

13 LCD ot matrix 2x16, artinya LCD tersebut apat menampilkan karakter sebanyak 32 karakter alam 2 baris seperti iperlihatkan paa gambar Paa moul LCD juga terapat suatu mikrokontroler yang iesain khusus untuk mengenalikan LCD. Pengenali LCD paa moul M1632 a- Gambar LCD ot- matrix 2x16 alah mikrokontroler HD4478U. Mikrokontroler tersebut memiliki memori yang memiliki fungsi masing masing, yaitu: CGROM, CGRAM, an DDRAM. 1). CGROM (Character Generator Rea Only Memory) CGROM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter. Pola tersebut suah itentukan secara permanen ari pembuatnya. 2). CGRAM (Character Generator Ranom Access Memory) Fungsi CGRAM sama engan CGROM yaitu untuk menggambarkan sebuah karakter, tetapi paa CGRAM bentuk karakter apat iubah-ubah engan menggunakan program tertentu. Seperti RAM paa umumnya, memori karakter ini akan hilang bila catu aya iputus. 3). DDRAM (Display Data Ranom Access Memory) DDRAM aalah memori tempat karakter yang itampilkan beraa. Memiliki kapasitas 8x8 bit (8 karakter).

14 Seperti paa mikrokontroler, HD4478U juga memiliki beberapa bagian yang hampir sama, yaitu : 1) Register Pengenali LCD HD4478U ini memiliki ua buah register 8 bit, yaitu register perintah (instruction register atau IR) an register ata (ata register atau DR). Register perintah atau IR menyimpan koe perintah, menampilkan clear an pergeseran kursor serta informasi alamat DDRAM an CGRAM. IR hanya bisa ibaca ari MPU. Register ata berfungsi untuk menyimpan ata yang akan itulis an ibaca paa DDRAM an CGRAM. Register register ini apat iakses engan pin RS. ila RS berlogika maka register yang iakses aalah register perintah an saat RS berlogika 1 maka register yang iakses aalah register ata. 2) Aress Counter (AC) Pengenali LCD HD4478U juga memiliki aress counter yang berfungsi seperti ata pointer paa mikrokontroler, yaitu untuk menghitung alamat ari DDRAM an CGRAM. 3) usy Flag ila busy flag bernilai 1, LCD alam moe operasi internal an instruksi selanjutnya tiak akan ijalankan. Ketika RS = an RW =1, busy flag memberikan keluaran paa D7 an perintah apat ijalankan saat busy flag telah bernilai.