BAB 2 LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroller Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah dilengkapi dengan CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Acces Memory), ROM (Read Only Memory), input dan output, timer/counter, serial com port secara spesifik digunakan untuk aplikassi aplikasi control dan buka aplikasi serbaguna. Dengan kata lain, Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. 2.2 Mikrokontroller Atmega32 Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sebuah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah chip, artinya di dalam sebuah IC mikrokontroler sebetulnya sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja, yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang dimiliki oleh sebuah PC. Mengingat kemasannya yang berupa sebuah chip dengan ukuran yang relatif lebih kecil, tentu saja spesifikasi dan kemampuan yang dimiliki oleh mikrokontroller akan menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan sistem komputer seperti PC baik dilihat dari segi kecepatannya. Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. 5

2 Meskipun dari sebuah kemampuan lebih rendah tetapi mikrokontroller memiliki kelebihan yang tidak bisa diperoleh pada sistem komputer yaitu,dengan kemasannya yang kecil dan kompak membuat mikrokontroller menjadi lebih fleksibel dan praktis digunakan terutama pada sistem-sistem yang relatif tidak terlalu kompleks atau tidak memerlukan bahan komputasi yang tinggi Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32 Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan CMOS dengan konsumsi daya rendah, mempunyai 8-bit proses data (CPU) berdasarkan arsitektur AVR RISC. Dengan mengeksekusi instruksi dalam satu (siklus) clock tunggal, ATmega32 memiliki kecepatan data rata-rata (throughputs) mendekati 1 MIPS per MHz, yang memungkinkan perancang sistem dapat mengoptimalkan konsumsi daya dan kecepatan pemrosesan. Berikut kelebihan yang dimiliki ATmega32 (Aozon mengambil referensi langsung dari Atmel termasuk datasheet yang diterbitkannya): 1. Kinerja Tinggi, Low-Power AVR 8-bit Microcontroller Seperti yang disebutkan Atmel dalam websitenya "The low-power Atmel 8-bit AVR RISC-based microcontroller... The device supports throughput of 16 MIPS at 16 MHz and operates between volts". 2. Menggunakan Arsitektur RISC Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau " set instruksi Komputasi yang disederhanakan". 3. Daya Tahan Tinggi dan Segmen Memori Non-Volatile 6

3 Mikrokontroler AVR memiliki daya tahan data (retensi data) 20 tahun ketika suhu mencapai 85 C atau 100 tahun ketika suhu mencapai 25 C. 4. Memiliki Antarmuka JTAG (IEEE std Compliant) Tidak hanya SPI, ATmega32 memiliki antarmuka JTAG yang memungkinkan pengguna dapat memprogram Flash, EEPROM, Fuse, dan Lock Bits. 5. Memiliki Fitur Perangkat Mikrokontroler AVR memiliki fitur tambahan yang sangat membantu kita untuk melakukan penelitian yang lebih baik, seperti terdapat ADC, PWM dan Timer. 6. Memiliki Fitur Tambahan Mikrokontroler ini memiliki fitur menarik yang patut dicoba seperti 5 mode Sleep, eksternal dan internal interupsi, dan kalibrasi RC Oscillator internal. 7. Mempunyai 32 jalur Program I/O ATmega32 mempunyai 32 jalur Program sehingga memungkinkan kita untuk mengontrol lebih banyak device/ perangkat, seperti Tombol/ switch, LED, buzzer dan LCD. 8. Memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt ATmega32 memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt. Ini sangat membantu kita untuk menghemat listrik. Kecepatan maksimal bisa mencapai 16 MHz (tanpa overclock). 9. Daya yang dibutuhkan ketika aktif hanya 1,1 ma 7

4 ATmega32 membutuhkan arus yang sangat kecil dibanding komponen analog yang biasa kita pakai. Hal ini dibuktikan dengan konsumsi daya yang dibutuhkan ketika aktif saja hanya 1,1 ma, bahkan bisa mencapai 1 ua ketika mode power-down. Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan 32 register umum. Semua register tersebut langsung terhubung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah diproses dengan satu perintah tunggal dalam satu clock cycle. Hal ini menghasilkan kode yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler CISC biasa Konfigurasi Pin ATMega32 berikut: Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32 Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai 8

5 a. VCC - Tegangan sumber b. GND (Ground) - Ground c. Port A (PA7 PA0) Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin memilki internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat mengalirkan arus sebesar 20 ma. Ketika port A digunakan sebagai input dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.1 Tabel 2.1 Fungsi khusus port A Port Alternate Function PA7 ADC7 (ADC input channel 7) PA6 ADC6 (ADC input channel 6) PA5 ADC5 (ADC input channel 5) PA4 ADC4 (ADC input channel 4) PA3 ADC3 (ADC input channel 3) PA2 ADC2 (ADC input channel 2) PA1 ADC1 (ADC input channel 1) 9

6 PA0 ADC0 (ADC input channel 0) d. Port B (PB7 PB0) Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat mengalirkan arus sebesar 20 ma. Ketika port B digunakan sebagai input dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin port B memiliki fungsi-fungsi khusus, diantaranya : 1. SCK port B, bit 7 Input pin clock untuk up/downloading memory. 2. MISO port B, bit 6 Pin output data untuk uploading memory. 3. MOSI port B, bit 5 Pin input data untuk downloading memory. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Fungsi khusus port B Port PB7 PB6 PB6 PB5 PB3 Alternate Function SCK (SPI Bus Serial Clock) MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) SS (SPI Slave Select Input) AIN1 (Analog Comparator Negative Input) 10

7 OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) PB2 PB1 PB0 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input) T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK (USART External Clock Input/Output) e. Port C (PC7 PC0) Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat mengalirkan arus sebesar 20 ma. Ketika port C digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Fungsi khusus port C Port Alternate Function PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1) PC6 PC5 PC3 PC2 TD1 (JTAG Test Data In) TD0 (JTAG Test Data Out) TMS (JTAG Test Mode Select) TCK (JTAG Test Clock) 11

8 PC1 PC0 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line) SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line) f. Port D (PD7 PD0) Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port D dapat mengalirkan arus sebesar 20 ma. Ketika port D digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini. Tabel 2.4 Fungsi khusus port D Port PD7 PD6 PD6 PD5 PD3 PD2 PD1 PD0 Alternate Function OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output) ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin) OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) TD0 (JTAG Test Data Out) INT1 (External Interrupt 1 Input) INT0 (External Interrupt 0 Input) TXD (USART Output Pin) RXD (USART Input Pin) 12

9 2.3 Load Cell Load cell merupakan sensor timbangan yang bekerja secara mekanis,dimana load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain gauge sebagai pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif yang merubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Gambar 2.2 Load Cell Sensor load cell memilikispesifikasi kerja sebagai berikut: Kapasitas 5kg Bekerja pada tegangan rendah 5-10 VAC Ukuran sensor yang kecil dan praktis Input atau output resistance rendah 350 ±50Ω Zero balance 0.024mV/V Nonlineritas 0,05% Range temperature kerja C C Prinsip Kerja Load Cell Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi 13

10 lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya gaya. 2.4 IC HX711 HX Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales hx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA SEMICONDUCTOR". HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor). HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL

11 Gambar 2.3 IC HX Kelebihan IC HX711 Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat Fitur IC HX Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ± 40mV) 2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.) 3. Refresh frequency: 80 Hz 4. Operating Voltage : 5V DC 5. Size:38mm*21mm*10mm 2.5 LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan 15

12 dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD. Gambar 2.4 LCD 2x16 LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di 16

13 bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang mena mpilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah : 1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan. 2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control. 3. Ukuran modul yang proporsional. 4. Daya yang digunakan relative sangat kecil. +5VDC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2 VCC 15 LCD 16x2 RS RW EN V+BL GND LCD Drv V-BL Gambar 2.5 Konfigurasi Pin LCD Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display 17

14 Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.5 menunjukkan operasi dasar LCD. Tabel 2.5 Operasi Dasar LCD RS R/W Operasi Input Instruksi ke LCD Membaca Status Flag (DB 7 ) dan alamat counter (DB 0 ke DB 6 ) Menulis Data Membaca Data Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD Pin No. Keterangan Konfigurasi Hubung 1 GND 2 VCC 3 VEE 4 RS 5 RW 6 E 7 D0 Ground Tegangan +5VDC Ground Kendali RS Ground Kendali E/Enable Bit 0 18

15 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 A 16 K Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 Anoda (+5VDC) Katoda (Ground) Tabel 2.7 Konfigurasi LCD Pin Bilangan biner Keterangan RS 0 Inisialisasi 1 Data RW 0 Tulis LCD / W (write) 1 Baca LCD / R (read) E 0 Pintu data terbuka 1 Pintu data tertutup 19

16 Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganga dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul molekul Kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifka. LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening. Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna. 20