PEMETAAN RUTE KENDARAAN MENGGUNAKAN PENGENDALI MIKROKONTROLLER

Transkripsi

1 PEMETAAN RUTE KENDARAAN MENGGUNAKAN PENGENDALI MIKROKONTROLLER Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Disusun Oleh : Nama : Hendra Andiarto NIM : Jurusan : Teknik Elektro Peminatan : Elektronika Pembimbing : Ir. Eko Ihsanto, MEng PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA 2007

2 LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda Tangan di bawah ini: Nama : Hendra Andiarto NIM : Jurusan : Teknik Elektro Pembimbing : Ir. Eko Ihsanto, MEng. Judul : Pemetaan Rute Kendaraan Menggunakan Mikrokontroller. Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis, Materai Rp.6000 Hendra Andiarto

3 LEMBAR PENGESAHAN Disusun Oleh : Nama : Hendra Andiarto NIM : Program Studi : Teknik Elektro Peminatan : Elektronika Menyetujui, Pembimbing Koordinator TA ( Ir. Eko Ihsanto, MEng ) ( Ir. Yudhi Gunardi, MT ) Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro

4 ( Ir. Budi Yanto, MSc )

5 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Esa karena begitu besar Rahmat dan Hidayah-Nya yang dianugerahkan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul : PEMETAAN RUTE KENDARAAN MENGGUNAKAN PENGENDALI-MIKROKONTROLLER Tugas akhir ini merupakan salah satu mata kuliah wajib yang berlaku di Fakultas Teknik Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercubuana, Jakarta. Tujuan dari tugas akhir ini memberikan alternatif alat untuk memantau kendaraan di jalan yang lebih murah dibandingkan GPS atau Vehicle Tracking System. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis menyadari akan adanya kekurangan-kekurangan karena keterbatasan kemampuan yang dimiliki penulis, sehingga tanpa adanya dorongan dan bimbingan serta pengarahan dari berbagai pihak yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini maka sulit bagi penulis untuk menyelesaikannya. Menyertai selesainya penulisan laporan tugas akhir ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penyusun dalam tugas akhir ini, Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada Bapak dan Ibu serta keluarga dirumah yang telah memberikan nasehat, semangat serta dukungannya, Ucapan terima kasih tak lupa penulis haturkan khususnya kepada: Bapak ir. Eko Ihsanti, MEng yang telah memberikan bimbingan selama penulisan tugas akhir ini vi

6 Bapak ir. Yudhi Gunardi, MT yang telah memberikan petunjuk mengenai pelaksanaan dan tata car penulisan tugas akhir. Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karenanya penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun agar segala kekurangan yang ada dapat diperbaiki. Jakarta, 2006 vi

7 ABSTRAK PEMETAAN RUTE KENDARAAN MENGGUNAKAN PENGENDALI-MIKROKONTROLLER Pemetaan rute kendaraan adalah sebuah alat yang mampu melakukkan tugas untuk merekam data perjalanan kendaraan, di mana dalam alat ini terdapat sensor putaran roda untuk menghitung jarak yang di tempuh. Dan menampilkannya pada monitor komputer dengan menggunakan pengendali-mikro keluarga MCS-51 komunikasi serial untuk mengirim datanya ke PC. Dengan alat ini juga dapat diketahui berapa kali roda berputar dan besarnya perubahan sudut kemudi. Di sini digunakan proximity sensors sebagai pendeteksi putaran roda dan potensio sebagai pendeteksi perubahan sudut kemudi. Besarnya sudut maksimum yang terdeteksi adalah kanan 45 dan kiri 45. Sebagai penampil digunakan monitor komputer. Pada layar monitor, rute perjalanan yang telah ditempuh oleh kendaraan ditampilkan dalam bentuk grafik 2 dimensi. Selain itu, monitor juga menampilkan besarnya sudut kemudi dan jumlah putaran roda. Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, alat dalam Tugas Akhir ini dapat melakukan pemetaan dengan jangkauan sudut maksimum 45 kanan dan kiri. Besarnya peta yang terbentuk tergantung kapasitas hard-disk sebagai media penyimpan data. Perbedaan sudut yang dihasilkan dengan sudut sebenarnya berkisar antara 1 sampai 2. iv

8 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL LEMBAR PERNYATAAN... HALAMAN PENGESAHAN.. ABSTRAK. KATA PENGANTAR i ii iii iv v-vi DAFTAR ISI vii-ix DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... x-xi xiii BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Spesifikasi Alat Batasan Masalah Garis Besar Pembahasan Tiap Bab...2 BAB II. PEMETAAN RUTE KENDARAAN Pengantar Penghitung kecepatan motor Bagian Data Sudut Pengendali Mikro Fungsi-fungsi pin Mikrokontroller Organisasi Memori vii

9 Special Function Register Struktur Port Mode Pengalamatan Komunikasi Serial Melakukkan Setting komunikasi Setting untuk menentukan Baudrate BAB III. PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT KERAS Modul Pengambil Data Sudut Untai Potensio Pemasangan Potensio Modul ADC Modul Sistem Sensor Putaran Sistem Sensor Mekanik Pemasangan Sensor dan Potensio Modul Perubah Level Tegangan ModulPengendali Mikrokontroller viii

10 Untai Reset pengendali Mikro Untai Osilator Modul komunikasi Serial Menghubungkan pin TxD dan RxD ke Konektor DB RS PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT LUNAK BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS ALAT PENGUJIAN PERANGKAT KERAS Pengujian Pendeteksi Putaran Pengujian Pengendali-mikro Pengujian Modul Pengubah Analog ke Digital Pengujian Potensio PENGUJIAN ALAT KESELURUHAN BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN PENGEMBANGAN Kesimpulan ix

11 5.2. Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Pedoman Pengunaan Alat... LAMPIRAN B Listing Program... LAMPIRAN C Lembar Data Komponen ( Data Sheet)... x

12 DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1. Fungsi Lain Port Isi Register SCON Model Komunikasi Serial Berdasarkan Bit SM0 dan SM Pemilihan Empat Kanal Input Analog Hasil Pengujian Pengendali Mikro Hasil Pengukuran Modul Pengubah Analog ke Digital Hasil Pengujian Potensio Piringan Belok Kanan Piringan Belok Kiri 58 xiii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1. Sensor dan Cakram Potensio sebagai pembagi tegangan Arsitektur Internal Mikrokontroller 89C Konfigurasi Pin Mikrokontroller 89C Koneksi Kristal untuk Clock Peta memory Internal 89C Peta Ram Internal 89S Special Function Register Gelombang Informasi untuk Komunikasi Serial Bagan Alat keseluruhan Potensio sebagai pembagi tegangan a. Tampak Atas b. Tampak Samping Timing Diagram Mode Rangkaian ADC Penampang Proximity Sensor Piringan gerigi Pemasangan Sensor Untai Pengubah level Tegangan Untai Pendeteksi Putaran Penggunaan Pin pada Pengendali Mikrokontroller.. 43 ix

14 3.12. Untai Reset 89C Unati Osilator 89C Rangakai Keseluruhan Penggunaan IC Pengubah Sinyal Diagram Alir Pengendali Mikrokontroller Diagram Alir Visual Basic Sinyal Keluaran Pendeteksi Putaran Diagram Alir Penguji Mikrokontroller Diagram Alir Penguji ADC Grafik Perbandingan Nilai Bit ADC a.Tampilan Pada Monitor b Tampilan Pada Monitor 60 x

15 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Perkembangan teknologi digital berjalan sangat cepat. Hal ini ditunjukkan dengan adanya perubahan penggunaan alat-alat industri yang berbasis pada analog beralih ke teknologi digital. Salah satu alat berbasis teknologi digital yang banyak dimanfaatkan pada industri adalah pengendali-mikro. Pengendali-mikro banyak dimanfaatkan karena fleksibel digunakan dalam berbagai kondisi dan punya kemampuan yang handal untuk melaksanakan kegiatan-kegiatan produksi serta kontrol. Industri yang menerapkan kemajuan teknologi pengendali-mikro adalah industri otomotif. Pada industri ini pengendali-mikro banyak digunakan pada sistem kontrol transmisi, sistem kontrol injeksi bahan bakar, kontrol suspensi, kemudi, sistem rem dan tampilan. Salah satu pemanfaatan pengendali-mikro yang dapat diterapkan dalam industri otomotif adalah untuk mengolah data jarak dan sudut pergerakan suatu kendaraan. Data jarak dan sudut yang diolah oleh pengendali-mikro pada akhirnya dapat digunakan untuk membuat peta rute perjalanan dari kendaraan tersebut. 1.2 Spesifikasi Alat Spesifikasi alat yang dibuat untuk Tugas Akhir ini sebagai berikut : 1. Menggunakan sensor putaran untuk mengambil data jarak 2. Menggunakan potensio untuk mengambil data sudut. 3. Menggunakan pengendali-mikro keluarga MCS-51 sebagai pengolah data. 4. Peta dapat ditampilkan di monitor dan disimpan dalam hard disk.

16 2 1.3 Batasan Masalah Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang alat dengan berbasis pengendalimikro keluarga MCS-51 untuk menghasilkan suatu rute perjalanan kendaraan dengan memanfaatkan data arah dan jarak yang ditempuh oleh kendaraan. Tugas Akhir ini dibatasi oleh hal-hal sebagai berikut : 1. Alat yang dirancang hanya digunakan untuk mengambil data jarak dan sudut, yang selanjutnya data tersebut ditampilkan pada monitor. Data jarak berdasar pada putaran roda dan data sudut berdasar pada pergerakan kemudi. 2. Alat yang digunakan untuk mengolah data jarak dan sudut menggunakan pengendali-mikro keluarga MCS Alat yang dibuat belum diterapkan pada kendaraan yang sesungguhnya. Putaran roda kendaraan disimulasikan menggunakan motor, sedangkan kemudi digantikan dengan potensio. 1.4 Garis Besar Pembahasan Tiap Bab Penulisan Tugas Akhir ini terbagi dalam 5 bab, dengan diawali Bab I sebagai Pendahuluan yang berisi latar belakang, gambaran alat, spesifikasi alat, batasan Tugas Akhir, dan garis besar pembahasan tiap bab. Bab II menjelaskan dasar teori pengolahan data jarak dan sudut. Bab III berisi Arsitektur Perangkat Keras dan Perangkat Lunak yang digunakan pada sistem pengolahan data jarak dan sudut beserta tampilan yang direalisasikan pada Tugas Akhir ini.

17 3 Bab IV membahas tentang hasil pengujian sistem keseluruhan sesuai kriteria keberhasilan. Dan yang terakhir Bab V berisi kesimpulan dari Tugas Akhir yang telah direalisasikan serta saran pengembangan yang dapat dilakukan untuk Pengembangan alat kedepanya untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

18 4 BAB II TEORI DASAR 2.1 Pengantar Bab ini membahas secara garis besar teori dasar dari sistem pemetaan rute kendaraan dan landasan teori dari beberapa komponen penting yang digunakan dalam perancangan alat. diawali dengan penghitung kecepatan Motor, potensio sebagai kemudi belok kiri-kanan serta menjelaskan landasan teori beberapa komponen-komponen penting penyusun pemetaan rute kendaraan yang lainya. 2.2 Penghitung Kecepatan Motor Gambar 2.1 Sensor dan Cakram Putaran motor pada aplikasi ini dihitung setiap detik sehingga menghasilkan nilai dalam satuan rps (rotation per second). Perpotongan pada

19 5 sensor proximity ini dapat terjadi dengan menggunakan sebuah piringan yang terhubung dengan poros motor. Pada piringan tersebut perlu diberikan lubanglubang yang akan terdeteksi oleh sensor pada posisi-posisi tertentu. Untuk menambah akurasi perhitungan dapat dilakukan dengan menambah jumlah lubang yang ada pada piringan. Sehingga untuk jumlah lubang 6 buah dapat kita dapatkan resolusi menurut persamaan 2.1 R=f(L.Tw) R = resolusi L = Jumlah lubang Pada Cakram Tw= time window ( waktu pengukuran ) Dan kecepatan rotasi yang bisa kita ukur per menitnya sebagai berikut sesuai persamaan 2.2. ω=f{ L. tw.cnt}..2.2 ω = Kecepatan Motor dalam rpm Cnt= Jumlah Pulsa yg di hitung oleh counter L = Jumlah Lubang Tw= Time windows, durasi terbukanya counter Mikrokontroller mendeteksi perhitungan jumlah putaran melalui bagian sensor yang dalam aplikasi ini digunakan sebuah Proximity sensor. Bagian sensor ini berfungsi mendeteksi jumlah putaran roda kendaraan dan memberikan isyarat berupa pulsa clock. Setiap satu kali sensor mendeteksi obyek (obyek berupa logam), maka sensor akan mengeluarkan satu pulsa clock. Isyarat ini akan diolah lebih lanjut oleh pengendali-mikro sebagai data jarak.

20 Bagian Data Sudut Bagian ini terdiri dari potensio dan modul ADC yang berfungsi memberikan data untuk kemudian diolah oleh pengendali-mikro sebagai data sudut. Potensio berfungsi untuk mengatur tegangan. Nilai sudut yang dihasilkan sebanding dengan besar tegangan terhadap titik acuan tertentu. Nilai hambatan potensiometer akan berubah bila terjadi perubahan posisi roda (roda belok kiri atau kanan). Nilai tengah dari potensio dijadikan sebagai titik acuan, yang berarti posisi roda lurus. Sebagai contoh digunakan potensio dengan nilai 10kΩ terlihat seperti pada gambar 2.2. Apabila posisi roda lurus maka nilai hambatan potensio adalah 5kΩ, sedangkan jika roda berbelok kekanan nilai potensio lebih besar dari 5kΩ sesuai dengan berapa derajat perubahan posisi roda. Begitu juga sebaliknya jika roda berbelok ke kiri nilai potensio lebih kecil dari 5 kω. 5V +V 5V +V R2 5k R1 10k 40% Out Out R3 5k Gambar 2.2 Potensio pembagi tegangan

21 7 2.3 Pengendali-mikro Mikrokontroler merupakan sistem mikroprosesor untuk tujuan khusus dalam rangkaian terintegrasi (chip), yang terdiri dari Central Processing Unit(CPU), dan Register sebagai pemroses utama, sedangkan Read only Memory (ROM), Random Acsess Memory (RAM), Timer, dan Input/Output (I/O). Mikrokontroler AT89S52 diproduksi oleh ATMEL dan kompatibel dengan mikrokontroler standar industri MCS-52TM. Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler CMOS dengan 8-bit yang berdaya rendah dan dilengkapi dengan Programmable and Eresable Read Only Memory (PEROM) 8 K byte. Bagian lain dalam mikrokontroler AT89S52 adalah RAM 256 bytes, port I/O, timer/counter 16 bit, pengendali interupsi, pengendali bus, port serial full duplex dan on-chip oscillator. AT89S52 merupakan prosesor 8-bit dengan low power supply dan performansi tinggi yang terdiri dari CMOS dengan Flash Programmable dan Erasable Read Only Memory (PEROM) sebesar 4 Kbyte didalamnya. Alat tersebut dibuat dengan menggunakan teknologi tinggi non-volatile berdensitas tinggi dari ATMEL yang kompatibel dengan keluarga MCS-51 buatan Intel yang merupakan standar industri. Dengan menggunakan flash memori, program dapat diisi dan dihapus secara elektrik, yaitu dengan memberikan kondisi-kondisi tertentu (high / low) pada pin-pinnya sesuai dengan konfigurasi untuk memprogram atau menghapus. Cara ini lebih praktis dibandingkan dengan menggunakan EPROM yang penghapusan program atau datanya menggunakan sinar ultraviolet.

22 8 Fasilitas yang tersedia pada AT89S52 antara lain : a. 4 Kbytes Flash EEROM dengan kemampuan sampai 1000 kali tulishapus b. 128 x 8-bit internal RAM. c. 32-bit atau jalur Input/Output. d. 2 (dua) buah 16-bit Timer / Counter. e. 6 (enam) buah sumber interupsi. f. Serial Communication Interface. g. Kompatibel dengan prosesor MCS-51 buatan Intel Corp. h. Operasi Klok antara 1 sampai 24 MHz. Gambar 2.3. Arsitektur Internal Mikrokontroler AT89S52

23 Fungsi - fungsi Pin Mikrokontroler AT89S52 Susunan pin atau kaki kaki mikrokontroler AT89S52 dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Gambar 2.4. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S52 XTAL1, adalah kaki masukan ke rangkaian oscilator internal. Sebuah oscillator kristal atau sumber oscilator luar dapat digunakan. XTAL2, adalah kaki keluaran dari rangkaian oscilator internal. Pin ini dipakai bila menggunakan oscilator kristal. Gambar 2.5. Koneksi kristal untuk clock. Gambar 2.5. memperlihatkan contoh koneksi pin XTAL2 dan XTAL1 untuk menghasilkan klok internal. Kristal yang digunakan berkisar antara 1 MHz sampai

24 10 24 MHz. Penggunaan klok pada sistem mikroprosesor mutlak diperlukan untuk sinkronisasi aktivitas seluruh komponen digital yang terlibat di dalamnya, makin cepat getaran k, makin cepat pula proses yang dilakukan sistem tersebut. Karena sebuah siklus mesin (machine cycle) pada 8052 membutuhkan 12 klok, maka jika kita menggunakan kristal 12 MHz, 1 siklus mesin memakan waktu 1 μs. RST, Reset input. Memberikan sinyal HIGH pada pin ini paling tidak selama 2 siklus mesin (sekitar 2 μs untuk prosesor yang menggunakan kristal 12 MHz) akan me-reset mikrokontroler. Semua pin I/O akan high ketika reset diberi kondisi high ALE / PROG, Sinyal HIGH diberikan oleh pin ini atau ALE (Addres Latch Enable) ketika prosesor mengakses kode program (fetch cycle) dari memory eksternal. Pin ini disediakan karena 8 dari 16 pin Address dipakai bergantian dengan 8 pin Data. Pin ini disambungkan dengan sebuah Latch atau Buffer yang menahan sinyal address. Pada operasi normal ALE dikeluarkan secara konstan pada 1/6 frekuensi oscillator dan dapat dipakai untuk timing atau clocking eksternal. Sedangkan PROG atau kondisi LOW yang diberikan terhadap pin ini diterapkan pada saat pengisian kode program ke dalam ROM internal. PSEN, Program Strobe Enable merupakan sinyal pengontrol yang membolehkan program memori eksternal masuk ke dalam bus selama proses pemberian / pengambilan instruksi (fetching). Pin ini biasanya dihubungkan dengan OE (output enable) pada Chip ROM eksternal.

25 11 EA / VPP, Pin EA ini harus dihubungkan ke ground jika kode program diletakkan pada memory eksternal. Sebaliknya harus disambunkan ke Vcc jika kode program diletakkan pada ROM internal. AT89S52 memiliki memory internal, yaitu 128 byte RAM dan 4kbytes ROM, sehingga untuk menyimpan program yang ukurannya tidak melebihi 4kbyte tidak diperlukan lagi ROM eksternal. Dari 32-pin saluran I/O yang tersedia, 24 di antaranya digunakan untuk I/O paralel dan 8-bit sisanya berfungsi ganda, yaitu sebagai I/O paralel sekaligus untuk sinyal kontrol yaitu pin P3.0 sampai P3.7. Sinyal control tersebut adalah WR, RD, T0, T1, INT0, INT1 dan 2-bit saluran Input/Output serial yaitu RXD dan TXD Organisasi Memori Mikrokontroler AT89S52 memiliki memory internal program yang terpisah dari memory internal data, ruang memory internal program memiliki kapasitas 4 kbyte flash EEROM, yaitu alamat 0000H sampai 0FFFH dalam bilangan heksadesimal atau alamat 0 sampai 4095 dalam bilangan desimal. Karena alamat terkait dengan jumlah pin address yang menggunakan sistem biner, maka biasanya angka alamat memory menggunakan bilangan biner atau heksadesimal, di mana setiap angka heksadesimal mewakili 4-bit angka biner.

26 12 (a). Memory Program. (a). Memory Data. Gambar 2.6. Peta Memory internal pada intel Gambar 2.6.a. memperlihatkan lokasi ROM internal. Lokasi ini dapat diakses jika pin EA = 1 atau diberi tegangan Vcc. Jika ukuran program melampaui 4kbyte, maka harus digunakan ROM eksternal yang alamatnya antara 0000h sampai FFFFh atau 64kbyte dan pin EA = 0 atau dihubungkan dengan ground. Jika digunakan EPROM eksternal, maka alamat

27 13 memory program sama dengan alamat memory data, dengan kata lain alamat 64 kbyte dipakai bersama oleh program dan data. Seperti telah disebutkan di atas, AT89S52 dapat membedakan alamat memory hingga 64 kbyte, pengaksesan data ke memori data eksternal dilakukan dengan menggunakan data pointer melalui instruksi MOVX. Di samping dapat mengakses RAM eksternal, mikrokontroler AT89S52 memiliki RAM internal yang pengaksesannya terpisah dengan RAM eksternal. RAM internal berkapasitas 128 byte ditambah sejumlah SFR (Special Function Register). Gambar 2.6.b. kiri memperlihatkan RAM internal dan SFR. Kelompok RAM internal memiliki alamat antara 00 7FH sedangkan kelompok SFR (Special Function Register) memiliki alamat antara 80H FFH. RAM internal dapat diakses secara langsung (direct addressing) maupun tak langsung (indirect addressing) melalui RO dan R1. Sedangkan SFR hanya dapat diakses secara langsung dengan menyebutkan nama lokasinya, bukan nomor lokasinya, misalnya ACC, B, P0, P1 dst. 128 byte RAM internal yang terletak antara 00 7FH terbagi atas 3 (tiga) bagian yaitu :

28 14 Gambar 2.7. Peta RAM internal a. Kelompok Register Bank. Berupa 32 byte atau 32 register yang terletak antara 00h sampai 1Fh. Bagian ini dipecah menjadi 4 register bank yang masing-masing terdiri dari 8 register yang diberi nama R0 sampai R7. Masing-masing register dapat dialamatkan dengan nama ataupun dengan alamat RAM-nya. Bit RS0 dan RS1 pada register PSW di SFR menentukan bank mana yang sedang digunakan. Misalnya jika RS0 dan RS1 bernilai 00, maka R2 menempati lokasi 02H pada register bank pertama, tetapi jika RS0 dan RS1 bernilai 10, maka R2 menempati lokasi 12H pada register bank ketiga. b. Daerah pengalamatan bit (bit addressable) yang terdiri dari 16 byte atau 16 register dengan alamat antara 20h sampai 2Fh. Setiap bit pada areal ini dapat diakses secara terpisah tanpa mengganggu bit lainnya. Pengalamatan byte dapat mengunakan alamat register antara 20h sampai 2Fh, sedangkan pengalamatan bit dapat dilakukan dengan menuliskan

29 15 titik setelah alamat registernya, misal 20H.7 untuk bit MSB pada register 20H. c. Daerah register penggunaan umum (Scratch Pad Area) yang terletak di bagian atas RAM internal, yaitu alamat 30h sampai 7FH. Biasanya Stack diletakkan di area ini SFR (Special Function Register). Di dalam setiap operasinya mikrokontroler harus selalu menyertakan register sebagai salah satu operand atau tempat data yang akan dilibatkan dalam operasi tsb. Register adalah memori kecil berukuran 1 atau 2 byte, 8-bit atau 16- bit. Register akan menampung data sebelum diolah, register juga akan menampung data hasil olahan sementara sebelum dikembalikan atau dikirim ke BUS internal atau eksternal. Selain itu, register juga digunakan untuk mengendalikan operasi I/O device, seperti paralel I/O, serial communication, Timer dan Interrupt. Gambar 2.8. memperlihatkan peta SFR. Register-register yang ada di mikrokontroler adalah sebagai berikut: a. Register A, disebut juga sebagai akumulator (SFR alamat E0h) yaitu tempat akumulasi proses olah data. b. Register B, disebut juga Base Register (SFR alamat F0h). Register ini jarang dipakai karena hanya dipakai untuk operasi perkalian dan pembagian saja.

30 16 Gambar 2.8. Peta SFR (Special Function Register). c. Register R0 s/d R7 (tidak terletak dalam SFR). Merupakan Register serbaguna yang boleh dipakai untuk apa saja. Khusus untuk register R0 dan R1 dapat digunakan juga untuk operasi pengalamatan tak langsung (indirect addressing).

31 17 d. Register DPTR, merupakan satu-satunya register 16-bit yang ada pada mikrokontroler keluarga MCS51. Register ini mempunyai fungsi serbaguna seperti halnya register R0 s/d R7, dan dapat juga untuk menyimpan alamat memory eksternal bagi mode pengalamatan tak langsung. Register ini dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu register DPL dan register DPH. Register DPL adalah byte bawah dari DPTR yaitu bit ke-0 s/d bit ke-7, sedangkan register DPH adaalh byte atas dari DPTR yaitu bit ke-8 s/d bit ke-15. e. PSW (Program Status Word) atau flag register, SFR alamat D0H, merupakan register yang berisi data-data kondisi mikrokontroler setelah suatu operasi selesai dijalankan. Register ini memiliki bit ke-3 dan bit ke-4 digunakan untuk pemilihan register bank. f. Register Port, terdiri dari 4 (empat) yaitu P0, P1, P2, dan P3. Register port berisi data-data yang akan dikirim keluar dan data-data yang telah dibaca dari luar. Setiap bit pada register port terkait langsung dengan kondisi pin tertentu, misalnya jika bit pada P1.5 diberi nilai biner 1, maka pin yang terkait dengannya, yaitu pin nomor 6 (lihat gambar 2.2.) akan berkondisi HIGH atau tegangan 5 volt. Jika pin 6 ini disambungkan ke sebuah LED, maka LED akan menyala. Sebaliknya, jika pin 6 tsb disambungkan ke sebuah sensor dan sensor tsb dalam kondisi HIGH, maka P1.5 akan bernilai 1. Pada kasus LED, pin P1.5. berfungsi sebagai pin output, sedangkan pada kasus sensor, pin tsb berfungsi sebagai input bagi prosesor.

32 18 g. SP (Stack Pointer), SFR alamat 81h, berisi alamat stack atau tumpukan tertinggi dalam RAM internal. Register ini berguna untuk menyimpan data yang terkait dengan instruksi PUSH (memasukkan data ke stack) dan POP (mengeluarkan data dari stack) atau alamat-alamat kode program yang diselamatkan pada saat terjadi pemanggilan subprogram atau rutin interupsi. h. Pasangan Register Timer. Register yang terkait dengan penggunaan timer adalah register TH0, TL0, TH1, TL1, TMOD dan TCON. Pasangan register TH dan TL digunakan sebagai container atau jam pasir yang menampung pulsa dengan kapasitas maksimum pulsa. Pulsa yang masuk ke dalam kontainer ini bergantung pada mode penggunaan Timer. Jika I/O device ini digunakan sebagai Timer, maka pulsa yang masuk berasal dari rangkaian klok internal dengan perioda 12 kali perioda kristal yang digunakan. Jika prosesor menggunakan kristal 12 MHz, maka perioda pulsa untuk timer 1 μs. Sedangkan jika I/O device ini digunakan sebagai Counter, maka pulsa yang masuk berasal dari pin T1 atau T0 para Port 3 (lihat gambar 2.4.). Frekuensi pulsa yang masuk melalui T1 maupun T0 tidak boleh melampaui 1/24 frekuensi kristal. i. Register-register kontrol. Yaitu register-register yang digunakan untuk mengendalikan kerja I/O device internal. Reegister tersebut antara lain register IP (Interrupt Priority) dan IE (Interupt Enable) untuk operasi interupsi, register TMOD (Timer Mode) dantcon (Timer Control) untuk operasi Timer atau Counter, register SCON untuk operasi komunikasi

33 19 serial dan register PCON (Power Control) untuk pengendalian penggunaan daya listrik prosesor Struktur Port. Prosesor AT89S52 menyediakan 32-pin I/O yang dikelompokkan menjadi 4 buah Port. Setiap pin terkait langsung dengan bit tertentu yang ada pada register P0, P1, P2 atau P3 yang terletak dalam SFR. Seperti tampak pada gambar 2.6. register P0, P1, P2 dan P3 merupakan register bit addressable, setiap bit dapat diakses 2 arah (input atau output) secara terpisah tanpa mempengaruhi bit lainnya. Sebagai contoh saat P1.5 digunakan sebagai pin input, P1.4 dapat digunakan sebagai output atau sebaliknya. Port 0 Port 0 (nol) terdapat pada pin 32 s/d pin 39. Port 0 adalah port paralel 8-bit dua arah yang belum dilengkapi dengan rangkaian pull-up internal, yaitu rangkaian untuk mempertahankan harga tegangan pada saat kondisi HIGH maupun LOW. Output dari port 0 dapat mensuplai arus ke 8 buah pin TTL. Meskipun demikian, karena pin pada port 0 tidak dilengkapi dengan internal pullup, biasanya pin-pin pada port ini digunakan sebagai pin input. Selain untuk paralel port, pin-pin pada port 0 juga dapat digunakan untuk pin address maupun pin data ketika prosesor menggunakan memory atau I/O eksternal. Port 1 Port 1 terdapat pada pin 1 s/d pin 8. Port 1 adalah port paralel 8-bit dua arah yang telah dilengkapi dengan internal pull-up. Setiap pin pada port 1 dapat

34 20 mensuplai arus ke 4 buah pin TTL. Seluruh pin dapat digunakan sebagai input maupun output. Port 2 Port 2 terdapat pada pin 21 s/d pin 28. Port 2 adalah paralel port dua arah yang dilengkapi dengan rangkaian pull-up. Output dari port 2 dapat mensuplai arus ke 4 buah pin TTL. Selain sebagai paralel port. Port 2 juga dapat digunakan sebagai pin address (lihat gambar 2.4.). Untuk fungsi ini port 2 mengunakan internal pull-up yang kuat. Port 3 Port 3 terletak pada pin 10 s/d 17. Port 3 adalah port paralel dua arah yang dilengkapi dengan rangkaian pull-up. Output dari port 3 dapat mensuplai arus ke 4 pin TTL. Selain itu port 3 juga memiliki fungsi lain yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 2.1. Fungsi lain Port Metode Pengalamatan (addressing mode) Untuk mengakses memory atau register, prosesor 8051 memiliki beberapa cara pengalamatan, yaitu : a. Pengalamatan Register (register addressing)

35 21 Cara ini hanya berlaku untuk register R0 sampai R7. Misalnya instruksi : MOV R7,22H menyebabkan isi RAM internal alamat 22H disalin ke Register R7. b. Pengalamatan Langsung (direct addressing) Cara pengalamatan seperti ini hanya berlaku untuk RAM internal dan SFR. Pada cara ini, dalam instruksinya operand ditunjukkan oleh suatu alamat yang lebarnya 8-bit. Misalnya instruksi MOV 24H,22H menyebabkan isi RAM internal alamat 22H disalin ke RAM internal alamat 24H. MOV TMOD,# B menyebabkan angka biner dimasukkan ke register TMOD. MOV 24H,P1 menyebabkan kondisi pin pada Port 1 direkam ke dalam RAM internal alamat 24H. c. Pengalamatan tidak langsung (indirect addressing) Cara pengalamatan ini hanya berlaku untuk RAM internal. Pada cara ini, instruksi menunjukkan suatu register yang isinya adalah alamat dari suatu operand. Misalnya, 22Hmenyebabkan isi RAM internal alamat 22H disalin ke RAM internal yang alamatnya tersimpan pada registe R0. d. Pengalamatan segera (immediate addressing) Cara ini berlaku untuk RAM internal dan SFR, di mana data yang akan dilibatkan tertulis langsung pada instruksinya, misalnya : MOV TMOD,# B menyebabkan angka biner dimasukkan ke register TMOD.

36 22 MOV 24H,#22H menyebabkan angka 22H dimasukkan ke RAM internal alamat 24H. e. Pengalamatan berindeks (indexed addressing) Biasanya cara ini digunakan untuk mengambil data yang ditulis pada memory program. Cara ini ditujukan untuk menbaca look-up table yang ada di memori program. Misalnya : MOVC A,@A+DPTR menyebabkan data yang terletak pada memory yang alamatnya merupakan hasil penjumlahan isi register A dengan isi register DPTR disalin ke register A. 2.4 Komunikasi Serial Serial Port lebih sulit diterapkan dibandingkan dengan Paralel Port. Dalam banyak kasus, device yang dihubungkan dengan saluran serial membutuhkan sarana untuk mengubah informasi serial kembali menjadi bentuk paralel agar dapat diolah oleh prosesor, sarana ini antara lain UART (Universal Asynchronous Receive Transmit). Dilihat dari sisi software, register yang dibutuhkan untuk komunikasi serial lebih banyak dari yang dibutuhkan untuk komunikasi paralel, yaitu sekedar SPP (Standard Paralel Port). Tetapi di balik itu semua, ada beberapa keunggulan Serial transfer dibandingkan dengan paralel, antara lain : 1. Kabel serial dapat lebih panjang dari kabel paralel. Serial Port mengirimkan informasi 1 atau HIGH sebagai tegangan antara 3 sampai 25 volt dan informasi 0 atau LOW sebagai tegangan

37 23 antara +3 sampai +25 volt. Sedangkan paralel port mengirimkan LOW dalam bentuk tegangan 0 volt dan HIGH sebagai tegangan 5 volt. Sehingga serial port memiliki sinyal yang dapat berayun dengan jangkauan maksimum yang dibolehkan sebesar 50 volt, dibandingkan dengan paralel port yang hanya memiliki jangkauan maksimum 5 volt saja. Sehingga kehilangan tegangan pada kabel serial tidak menjadi masalah berarti dibandingkan dengan masalah yang dialami oleh kabel paralel. 2. Jumlah kabel yang dibutuhkan untuk kabel serial jauh lebih sedikit dibandingkan kabel paralel. Tiga utas kabel (Tx, Rx dan Ground) untuk komunikasi serial jelas lebih sedikit dibandingkan dengan 19 sampai 25 utas kabel untuk komunikasi paralel. Meskipun kita juga harus memperhitungkan interfacing atau antarmuka yang dibutuhkan pada ujung kabel. 3. Infra Red devices atau peralatan elektronik yang menggunakan cahaya infra merah telah mulai populer, antara lain electronic diary atau buku harian elektronik, komputer palmtop dll. Tentu saja transfer data melalui infra red lebih mudah diterapkan jika dilakukan secara serial, bukan paralel 8-bit yang membutuhkan satu saluran infra red untuk setiap bit. IrDA-1, spesifikasi infra red yang pertama, dapat mentransfer data dengan baudrate kilo baud dan telah dikaitkan (interfaced into) dengan UART (Universal Asynchronous Receive Transmit).

38 24 4. Penggunaan mikrokontroler atau single chip microprocessor juga sudah populer, beberapa di antaranya sudah dilengkapi dengan Serial Communication Interface, misalnya prosesor Intel 8051 yang dilengkapi dengan built in USART. Dengan fasilitas seperti ini prosesor dapat berkomunikasi dengan prosesor lain melalui 2 kabel saja, yaitu TxD dan RxD, tidak seperti komunikasi paralel yang paling tidak membutuhkan 8 kabel belum termasuk kabel strobe dan status. Satu di antara beberapa standar untuk komunikasi serial adalah RS-232. Komunikasi RS-232 dilakukan secara asinkron (asynchronous), yaitu komunikasi serial yang tidak memiliki clock bersama antara pengirim dan penerima, masingmasing dari pengirim maupun penerima memiliki clock sendiri. Yang dikirimkan dari pengirim ke penerima adalah data dengan baudrate tertentu yang ditetapkan sebelum komunikasi berlangsung. Setiap word atau byte disinkronkan dengan start bit, stop bit dan clock internal masing-masing pengirim atau penerima. Gambar 2.9. Gelombang informasi untuk komunukasi serial. Gambar 2.9. memperlihatkan bentuk gelombang komunikasi serial dengan format 8N1, yaitu 8-bit data, tanpa parity, 1 stop bit. Pada keadaan idle atau menganggur, jalur RS-232 ditandai dengan mark state atau Logika HIGH. Pengiriman data diawali dengan start bit yang berlogika 0 atau LOW, berikutnya

39 25 data dikirimkan bit demi bit mulai dari LSB (Least Significant Bit) atai bit ke-0. Pengiriman setiap byte diakhiri dengan stop bit yang berlogika HIGH. Gambar 2.9. memperlihatkan kondisi LOW setelah stop bit, ini adalah start bit yang menandakan data berikutnya akan dikirimkan. Jika tidak ada lagi data yang ingin dikirim, maka jalur transmisi ini akan dibiarkan dalam keadaan HIGH. Ada yang disebut Break Signal, yaitu keadaan LOW yang lamanya cukup untuk mengirimkan 8-bit data. Jika pengirim menyebabkan jalur komunikasi dalam keadaan seperti ini, penerima akan menganggap ini adalah break signal atau sinyal rusak. Data yang dikirimkan dengan cara seperti pada gambar 2.9 ini disebut data yang terbingkai (to be framed) oleh start dan stop bit. Jika stop bit dalam keadaan LOW, berarti telah terjadi framing error. Biasanya hal ini terjadi karena perbedaan kecepatan komunikasi antara pengirim dengan penerima. Di antara sarana penting yang ada pada Intel 8051 adalah UART atau dikenal dengan nama serial Port. Ini berarti kemudahan dalam akses jalur komunikasi serial, programmer cukup menulis dan membaca data dari register khusus bernama SBUF tanpa harus susah payah mengatur pengiriman data bit demi bit dengan baudrate tertentu. Sebelum komunikasi berlangsung, harus dilakukan dulu inisialisasi register-register tertentu pada SFR yang terkait dengan komunikasi serial termasuk penentuan baudrate. Saat proses pengiriman maupun penerimaan data sedang berlangsung, kosong dan penuhnya SBUF akan diberitakan melalui bit indikator TI dan RI. Pemantauan TI dan RI dapat dilakukan dengan atau tanpa melibatkan sistem interupsi.

40 Melakukan setting mode komunikasi. Sebelum komunikasi dilakukan, programmer harus melakukan setting komunikasi serial pada 1 atau 2 register. Jika komunikasi dilakukan dengan cara sinkron (Synchronous Communication), register yang disetting cukup SCON, tetapi jika komunikasi dilakukan dengan cara asinkron (Asynchronous Communication), register yang harus disetting bukan hanya SCON, tetapi juga TMOD, TH1 dan 1-bit pada register PCON. SCON (serial control) adalah Register Fungsi Khusus (Special Function Register) yang digunakan untuk menentukan tipe komunikasi yang diinginkan. Tabel 2.2. memperlihatkan bit yang ada dalam register SCON beserta fungsinya masing-masing.

41 27 Tabel 2.2. Isi register SCON. Bit ke- Nama bit Address Explanation of Function 7 SM0 9F Serial port mode bit 0 6 SM1 9E Serial port mode bit 1. 5 SM2 9D Multiprocessor Communications Enable 4 REN 9C Receiver Enable. 3 TB8 9B Transmit bit 8. The 9th bit to transmit in mode 2 and 3. 2 RB8 9A Receive bit 8. The 9th bit received in mode 2 and 3. 1 TI 99 Transmit Flag. Set when a byte has been completely transmitted. 0 RI 98 Receive Flag. Set when a byte has been completely received. Sebagai tambahannya, tabel 2.3. berisi mode komunikasi serial yang sesuai dengan keadaan bit-bit SM0 dan SM1. Tabel 2.3. Mode komunikasi serial berdasarkan bit pada SM0 dan SM1 SM0 SM1 Serial Mode Explanation Baud Rate bit Shift Register Oscillator / bit UART Terkait dengan Timer bit UART Oscillator / 32 or / bit UART Terkait dengan Timer 1

42 28 Bit ke-7 sampai bit ke-4 pada SCON merupakan bit konfigurasi. Seperti tampak pada Tabel 2.3, setting bit SM0 dan bit SM1 memungkinkan kita memilih 1 dari 4 mode komunikasi. Mode 0 berarti komunikasi asinkron dengan kecepatan transfer 1/12 kali frekuensi osilator. Jika kita menggunakan osilator 12 MHZ, berarti kecepatan transfernya 1 Mbaud. Mode 1 adalah mode yang paling sering dipilih. Pada mode ini, komunikasi dilakukan secara asinkron dengan baudrate ditentukan berdasarkan setting pada Timer 1. Jika mode 1 ini dipilih, Timer 1 harus diset pada mode 8-bit autoreload. Pengisian register TH1 dan bit SMOD pada register PCON menentukan baudrate yang akan berlaku pada komunikasi serial tipe ini. Mode 2 dan 3 adalah mode komunikasi serial dengan bingkai atau frame berukuran 9-bit. Karena 1-byte data hanya terdiri dari 8-bit, bit kesembilan diambil dari bit TB8 atau RB8 pada register SCON. Bit TB8 adalah bit yang ditambahkan ketika dilakukan transmit atau pengiriman data, sedangkan bit RB8 ditambahkan ketika prosesor sedang menerima atau receive data. Bit SM2 hanya digunakan untuk komunikasi multiprosesor. Biasanya, jika prosesor sedang berperan sebagai penerima data, saat SBUF penuh, bit RI akan berubah menjadi HIGH. Tetapi jika SM2 diset HIGH, maka perubahan RI menjadi HIGH ini bergantung pada bit ke-9 yang diterima, jika bit ke-9 ini HIGH, maka RI juga ikut menjadi HIGH. Meskipun SBUF telah penuh, jika bit ke-9 LOW, maka bit indikator RI tidak akan berubah menjadi HIGH. Hal seperti ini berguna pada aplikasi tertentu yang melibatkan beberapa prosesor untuk berkomunikasi antar mereka. Dengan kata lain setting SM2 bisa membuat prosesor bersangkutan menjadi tuli, tidak menghiraukan datangnya data pada

43 29 SBUF karena memang data tersebut bukan untuknya tetapi untuk prosesor lainnya yang ada pada jalur komunikasi serial yang sama. Bit REN atau Receive Enable diset jika kita ingin komunikasi berlangsung 2 arah, prosesor juga dapat menerima data selain dapat mengirim data melalui saluran serial. Jika bit ini diset LOW, maka prosesor menjadi tuli, sama sekali tidak dapat menerima data. Empat bit LSB pada register SCON merupakan bit-bit operasional. Bit TB8 dan bit RB8 terkait dengan komunikasi serial mode 2 dan 3 seperti telah dijelaskan sebelumnya. Sedangkan bit RI dan TI merupakan bit indikator yang menyatakan SBUF telah dalam keadaan penuh atau kosong. Jika prosesor mengirim data, data tsb cukup diletakkan di register SBUF, pengiriman bit demi bit dilakukan oleh internal USART. Saat SBUF kosong karena semua bit telah dikirimkan ke saluran serial TxD, maka bit indikator TI (transmit interrupt) akan berubah menjadi HIGH. Sedangkan bit indikator RI bekerja sebaliknya. Ketika prosesor sedang menerima data bit demi bit dari saluran serial RxD, bit indikator RI (receive interrupt) akan berubah menjadi HIGH saat SBUF telah dipenuhi 8-bit data. Perlu dicatat bahwa sebenarnya bit TI diset HIGH pada pertengahan pengiriman stop bit, sedangkan bit RI diset pada pertengahan penerimaan stop bit. Untuk komunikasi dengan standard RS-485 programmer tidak boleh melakukan disable saluran komunikasi terlalu cepat, ia harus menunggu paling tidak selama setengah periode stop bit setelah RI atau TI berubah menjadi HIGH, jika tidak, maka akan terjadi transmission error.

44 Setting untuk menentukan baudrate. Seperti tampak pada tabel 2.2, penentuan kondisi bit SM0 dan SM1 berakibat pada pilihan 1 dari 4 mode komunikasi serial. Mode 0 dan 2 menggunakan baudrate yang hanya bergantung pada frekuensi osilator. Pada mode 0, hanya satu macam baudrate yang diizinkan, yaitu 12 1 frekuensi kristal. Jika kita menggunakan kristal Mhz, baudrate untuk mode 0 adalah baud. Untuk mode 2, disediakan 2 pilihan baudrate, yaitu 1 atau 1 kali frekuensi kristal, bergantung pada kondisi bit SMOD pada register PCON. Jika SMOD diset HIGH, maka baudrate sama dengan 1 kali frekuensi kristal. Jika 32 frekuensi kristal Mhz dan SMOD diset LOW, maka baudrate untuk mode 2 adalah baud. Untuk mode 1 dan 3, penentuan baudrate harus melibatkan Timer 1. Timer 1 harus digunakan dengan mode 8-bit autoreload dan pengisian TH1 harus disesuaikan dengan baudrate yang diinginkan. Rumus untuk menentukan isi TH1 terkait dengan budrate yang diinginkan adalah sebagai berikut. f XTAL TH1 = 256, jika bit SMOD pada register PCON diset LOW BAUD f XTAL TH1 = 256, jika bit SMOD = HIGH BAUD

45 31

46 32

47 33

48 31 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT Bab ini membahas perancangan dan realisasi alat yang dibuat mencakup perangkat keras dan lunak, diawali dengan perancangan dan realisasi perangkat keras yang terdiri dari beberapa modul kemudian akan dijelaskan perancangan perangkat lunak PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT KERAS Perangkat keras yang akan direalisasikan dibagi beberapamodul,yaitu: 1. Modul pengambil data sudut. 2. Modul sistem sensor putaran. 3. Modul pengendali Mikrokontroller. 4. Modul Komunikasi serial. Sumber Tegangan 12 V DC interface Komputer Sensor Putaran Pengendali-Mikro Sumber Tegangan ADC Potensio Gambar 3.1. Bagan Alat Keseluruhan

49 Modul Pengambil Data Sudut Modul pengambil data sudut terdiri dari potensio sebagai acuan perubahan sudut kemudi dan ADC untuk mengubah data analog dari potensio menjadi kode biner supaya dapat diolah oleh pengendali-mikro Untai Potensio Pada Tugas Akhir ini potensio digunakan untuk pengambilan data perubahan sudut kemudi. Potensio dimanfaatkan sebagai pembagi tegangan, seperti yang terlihat pada Gambar V +V 5V +V R2 5k R1 10k 40% Out Out R3 5k Gambar 3.2. Potensio sebagai pembagi tegangan Besarnya Vout dapat diketahui melalui Persamaan 3.1. R3 Vout = x Vin R2 + R3

50 33 Selanjutnya nilai tegangan Vout diumpankan ke salah satu input ADC untuk kemudian diubah menjadi kode biner. Vin pada potensio dipilih sebesar 5V karena jangkauan tegangan masukan ADC antara 0V 5V Pemasangan Potensio Untuk mekanik perputaran kemudi diperlukan komponen-komponen antara lain komp steer, gear, dan potensio. Komp steer adalah bagian dari kendaraan yang menghubungkan kopel kemudi dengan ball joint yang berfungsi untuk menggerakkan roda ke kiri dan ke kanan. Gear digunakan untuk memutar potensio seiring dengan berputarnya batang pada komp steer. Pemasangan ketiga komponen tersebut seperti terlihat pada Gambar 3.3a. dan Gambar 3.3b. Gambar 3.3a. Tampak Atas

51 34 Gambar 3.3b. Tampak Samping Modul ADC (Analog to Digital Converter) ADC berfungsi untuk mengubah tegangan menjadi kode-kode biner. Dalam Tugas Akhir ini, perancangan modul ADC menggunakan ADC MAX154 keluaran MAXIM. Keunggulan yang dimiliki ADC MAX154 adalah : 1. Hanya menggunakan satu IC untuk akuisisi data. 2. Memiliki 4 jalur masukan analog. 3. Waktu yang diperlukan dalam proses konversi sebesar 2,5µs/kanal. 4. Tidak membutuhkan clock dari luar. 5. Catu daya yang digunakan sebesar +5 volt. 6. Memiliki acuan internal sebesar 2,5 volt. 7. Memiliki kesalahan konversi sebesar ½ LSB. MAX154 hanya menggunakan CS dan RD sebagai kontrol input. Operasi read dilakukan dengan cara memberi CS dan RD berlogika low. Ada 2 modus teknik konversi yang ditentukan oleh panjangnya masukan RD yaitu :

52 35 1. Modus 0, melakukan operasi read dan menahan RD pada logika low hingga konversi serta pengambilan data selesai dilaksanakan. Modus ini biasa dibutuhkan oleh mikroprosesor yang melakukan wait state seperti ditunjukkan pada Gambar Modus 1, pengoperasian read dilaksanakan secara serentak dengan menginisialisasi sebuah konversi dan data dibaca sebelum hasil konversi. Modus ini digunakan untuk mikroprosesor yang tidak melakukan wait state. Gambar 3.4. Timing Diagram Mode 0 Modus 0 digunakan pada modul ADC ini, dengan pertimbangan agar dihasilkan data yang valid karena data akan diambil setelah konversi selesai dilakukan dan modus ini mempermudah dalam pengambilan data. Teknik modus 0 ini dilakukan dengan cara memberikan CS dan RD dalam logika low agar dapat

53 36 menyimpan alamat analog multiplexer sementara dan memulai proses konversi. Data keluaran DB0 DB7 memiliki kondisi impedansi tinggi. ADC ini memiliki 4 masukan analog ( AIN1, AIN2, AIN3 dan AIN4 ) yang masing-masing dapat dipilih melalui alamat A0 dan A1 seperti yang terlihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Pemilihan Empat Kanal Input Analog MAX 154 Selektor A0 A1 Kanal 0 0 AIN1 0 1 AIN2 1 0 AIN3 1 1 AIN4 Keluaran MAX154 berupa data 8 bit dan dihubungkan langsung pada pengendali-mikro. Kode biner hasil konversi dapat dibaca dengan memberikan masukan RD pada logika low, dilanjutkan dengan memberikan masukan CS pada logika low. Bobot kode biner (NB) pada keluaran ADC ini dapat diperoleh dari Persamaan 3.2. Vin Vref( ) NB = x 256 ± akurasi Vref( + ) Vref( ) Dimana: NB Vin = bobot kode biner keluaran = tegangan pada masukan Vref(+) = tegangan pada masukan ref(+) Vref(-) = tegangan pada masukan ref(-)

54 37 Untai modul pengkonversi analog ke digital yang digunakan adalah sebagai berikut: C3 VCC C4 47UF 0.1UF J11 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 E DIR 74ALS245 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 REF OUT RDY /INT GND A/DC AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 A0 A1 /RD /CS VREF+ VREF- MAX J DATA VDD J1 1 2 INPUT J9 1A VCC 1Y 6A 2A 6Y 2Y 5A 3A 5Y 3Y 4A GND 4Y VCC P1.0 P1.2 P1.1 Gambar 3.5. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) Modul Sistem Sensor Putaran Sistem Sensor Sensor yang digunakan dalam perancangan ini adalah proximity sensors yang beroperasi dari suhu C sampai 70 0 C. Sensor ini bekerja dengan catu tegangan 12 volt sampai 24 volt. Sedangkan prinsip kerja dari proximity sensors adalah apabila terdapat obyek yang berupa logam terdeteksi oleh sensor, maka sensor akan mengeluarkan tegangan yang besarnya mendekati tegangan masukan. Sedangkan jika tidak ada obyek yang terdeteksi maka tegangan keluaran sensor adalah 0V. Jarak obyek yang dapat dideteksi oleh proximity sensors adalah 5mm. Jadi jika obyek berada di luar jangkauan sensor maka sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 0V.

55 38 Gambar 3.6. Penampang Proximity Sensors Mekanik Pemasangan Sensor dan Potensio Pembuatan mekanik untuk simulasi deteksi putaran roda terdiri dari motor, piringan logam, dan modul pendeteksi putaran roda. Setiap komponen mempunyai fungsi masing-masing, yaitu: 1. Motor berfungsi sebagai penggerak piringan logam. 2. Piringan logam berfungsi sebagai pengganti cakram mobil dan sebagai obyek yang akan dideteksi oleh sensor putaran. Pada tugas akhir ini digunakan piringan logam berdiameter sama dengan diameter cakram mobil, yaitu 24 cm. Tetapi bentuk piringan pada tugas akhir ini telah divariasi dengan menambahkan 6 gerigi pada pinggirnya. Fungsi dari gerigi ini adalah sebagai pembentuk pulsa kotak. Jarak tiap gerigi dibuat

56 39 sama supaya frekuensi pada saat logika high dan low sama. Bentuk piringan logam dapat dilihat pada Gambar Gambar 3.7. Piringan Bergerigi 3. Modul pendeteksi putaran roda berfungsi untuk mengetahui apakah mobil dalam keadaan diam atau bergerak dan berapa kali roda berputar. Pemasangan sensor putaran harus berada dekat dengan piringan logam yang akan dideteksi. Jarak antara sensor putaran dengan piringan harus < 5mm. Ini dikarenakan jangkauan sensor putaran yang digunakan adalah 5mm.

57 40 Gambar 3.8. Pemasangan Sensor Modul Perubah level Tegangan Untuk memperoleh tegangan masukan yang dapat diolah oleh pengendali mikro, dibutuhkan untai pembagi tegangan yang dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5V. Hal ini dikarenakan output dari proximity sensor besarnya mendekati tegangan masukan. Dalam tugas akhir ini digunakan input sensor sebesar 12V, sehingga keluarannya mendekati 12V. Sedangkan tegangan masukan yang dapat diolah pengendali-mikro tidak boleh lebih dari 5V. Oleh karena itu output dari proximity sensor digunakan sebagai masukan pembagi tegangan. Untai pembagi tegangan dapat dilihat pada Gambar 3.9. Nilai Vout dapat diketahui melalui Persamaan 3.3.

58 41 Vout R2 = x Vin R1+ R2 Dimana : Vin = tegangan keluaran sensor Apabila tegangan keluaran sensor sebesar 12V maka Vout dari pembagi tegangan sebesar : Vout = 3k 3k + 4k x 12V = 5,14V V1 12V +V Proximity sensor R1 4k Out R Load 10k R2 3k. Gambar 3.9. Untai Pengubah level tegangan Tegangan Sinyal keluaran dari pembagi tegangan diumpankan ke IC LM319 agar bentuk sinyal yang dihasilkan proximity sensors menjadi sinyal kotak. IC LM319 merupakan suatu piranti pembanding tegangan yang memiliki kecepatan yang tinggi (dual high speed voltage comparator). Tanggapan waktu yang dimiliki adalah sekitar 80 nano detik. Akan tetapi sinyal keluaran yang dihasilkan oleh LM319 belum murni pulsa digital. Oleh karena itu keluaran dari LM319 dihubungkan ke IC 74LS14. 74LS14 adalah IC inverter yang akan mengubah logika high menjadi low pada keluarannya. Setiap keping IC 74LS14 mempunyai 6 gerbang not yang

59 42 berdiri sendiri. Karena logika 0 diubah menjadi 1 maka digunakan 2 gerbang not, sehingga logika 1 akan tetap bernilai 1. Untai pendeteksi putaran roda selengkapnya dapat dilihat pada Gambar VCC J1 Gnd Out Vcc +12 R1 10k PROXIMITY +12 VCC J2 SUPPLY R2 R3 4k 3k R4 100k VCC 11 IC1 4 5 LM R5 5k IC2E 74LS14 9 IC2D 74LS14 J3 1 2 OUT Gambar Untai Detektor Putaran Modul Pengendali-mikro AT89S52 Modul pengendali mikro ini disusun dengan pengendali mikro AT89S52 produksi Atmel Semiconductors dengan osilator kristal 11,0592 MHz dan untai reset. Modul ini berfungsi mengolah data dari ADC dan sensor putaran kemudian akan ditampilkan ke monitor. Kegunaan dari masing-masing pin pada pengendalimikro dapat dilihat pada Gambar 3.11.

60 43 C? CS ADC RD ADC RDY ADC RST R2 OUT RS232 T2 IN RS232 PROXIMITY P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 J CON IC1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT 0 P3.3/INT 1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1 GND AT89S52 CAP VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P VCC k7 R ARRAY VCC J CON8 DATA ADC Gambar 3.11 Penggunaan Pin pada Pengendali-mikro Untai Reset Pengendali-mikro AT89S52 Untai reset disini dirancang untuk melakukan reset saat pertama kali AT89S52 diberi supply atau disebut juga dengan power on reset. Untai ini dipasang pada pin 9 (reset) pada pengendali-mikro AT89S52. Untai reset ini terdiri dari sebuah kapasitor yang bernilai 10 μf dan dua buah resistor yang masing-masing bernilai 1k5Ω dan 10kΩ. Untai reset dapat dilihat pada Gambar VCC RESET R1 10K SW1 R10 1K5 C5 10u RESET Gambar Rangkaian Reset AT89S52

61 Untai Osilator Untai osilator luar diperlukan pada pengendali-mikro AT89S52 untuk melengkapi internal clock generator. Osilator tersebut berupa kristal dengan nilai 11,0592 MHz dan 2 buah kapasitor 30 pf. Kristal dihubungkan dengan pin 18 (XTAL2) dan pin 19 (XTAL1) pengendali-mikro AT89S52. Digunakan osilator kristal 11,0592 MHz karena untuk komunikasi data secara serial, nilai baud rate yang dihasilkan lebih presisi. Untainya seperti pada Gambar XTAL2 XTAL1 X M C6 30p C7 30p Gambar Untai Osilator AT89S52

62 45 VC EA/V X1 X2 RESE R W INT INT T0 T1 P10/ P11/ P1 P1 P1 P1 P1 P1 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P0 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 PSE ALE/ TX RX V SS V C IC1 AT89S5 CF1 100n XTA M C3 30p C2 30p S1 RESE R1 10k C1 10u J1 R R1 13 R2 8 T1 11 T2 10 G N 15 V 2 V- 6 V C 16 R1 12 R2 9 T1 14 T2 7 C1 1 C1 3 C2 4 C2 5 U1 MAX2 C7 1uF C5 1uF C8 1uF C6 1uF C4 1uF VC J9 DB R3 1k5 R4 100 R5 5k IC1 LM31 R3 3k R2 4k R1 2k Vcc Ou Gn J1 PROXIMI +1 VC IC2 74LS1 8 9 IC2 74LS1 R9 2k A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 B 18 B 17 B 16 B 15 B 14 B 13 B 12 B 11 E 19 DI 1 J11 74ALS2 AIN 4 AIN 3 AIN 2 AIN 1 A0 22 A1 21 /R 10 /C 16 D0 6 D1 7 D2 8 D3 9 D4 17 D5 18 D6 19 D7 20 RD 15 REF 5 /IN 11 VREF 14 VRE 13 G N 12 V D 24 A/D MAX1 C4 0.1U C3 47U G 7N V C J9 740 VC k POTENSI +5 +5

63 Modul Sistem Komunikasi Serial Menghubungkan pin TxD dan RxD dengan konektor DB9. Untuk melakukan komunikasi serial dengan standar RS-232, harus dilakukan penyesuaian level sinyal dari level TTL menjadi level RS-232 menggunakan IC tertentu, misalnya DS 275 atau MAX232. Gambar di bawah ini merupakan contoh penggunaan IC MAX232 untuk menyesuaikan tegangan dari prosesor dengan tegangan standar RS-232 yang melalui konektor DB9. Pin TxD dari prosesor dihubungkan dengan pin T1IN pada MAX232, sedangkan pin RxD dari prosesor dihubungkan dengan pin R1OUT pada MAX RS 232 Bagian ini menggunakan rangkaian terintegrasi (IC) jenis MAX232, yang memang berfungsi untuk mengubah arus tegangan TTL menjadi arus tegangan RS232, dan sebaliknya. MAX232 menggunakan sistem komunikasi simplex sehingga difungsikan untuk mengubah dari arus tegangan logika TTL menjadi arus tegangan logika komputer (RS232).

64 47 Gambar Penggunaan IC pengubah level sinyal. Gambar memperlihatkan contoh sambungan prosesor AT89C2052 dengan konektor DB9.

65 PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT LUNAK Perangkat lunak digunakan sebagai pengatur kerja pengendali-mikro AT89S52 agar bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan. Bagian ini terbagi dalam beberapa subrutin agar lebih sistematis dan terstruktur. Diagram alir perangkat lunak yang dibuat dan digunakan dalam pemetaan rute kendaraan ditunjukkan pada Gambar Output dari pengendali-mikro diubah menjadi bentuk grafik serta dapat diketahui besarnya sudut pergeseran kemudi dan berapa kali roda berputar. Antar muka pengendali mikro dengan komputer melalui port serial. Pengendali-mikro di-set pada Mode 1 dengan baud rate Sedangkan untuk penampil menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic. Diagram alir Visual Basic dapat dilihat pada Gambar Pertama-tama koordinat awal di-set pada (0,0) dan θ 0 = 0. Selanjutnya program akan menunggu masukan dari pengendali-mikro. Jika masukan telah diterima maka data tersebut akan diolah menjadi sudut belok dan jarak tempuh. Sudut belok disimpan ke variabel θ 1 dan jarak tempuh adalah (X 1, Y 1 ). Berikutnya akan mulai ditarik garis dari (X 0, Y 0 ) ke (X 1, Y 1 ). Akan di-cek apakah terjadi overlap pada garis yang dibuat, jika terjadi overlap maka garis akan diberi warna berbeda. Selanjutnya program akan kembali mendeteksi masukan dari pengendali-mikro.

66 49 Start Inisialisai Int.0, serial, register Scan nilai ADC dari P0 Simpan di register ADC (RADC) Tidak INT.0=1 Ya Hitung pulsa Proximity Simpan di register Pulsa (RPLS) Kirim : 1. RADC 2. RPLS Ke Komputer END Gambar Diagram Alir Pengendali-mikro

67 50 START Θo =0, Xo =0, Yo =0 Ambil Data Jarak Tempuh dan Sudut Belok dari Mikro D = Jarak Tempuh dari Titik Terakhir Θ1= Θo + Sudut Belok Z = Zoom Scale X1= Xo + (d Sin Θ1) Z Y1= Yo + (d Cos Θ1) Z Θ1=Θ0 Buat Garis Dari (Xo=Yo) ke (X1=Y1) Cek Overlap Garis Tidak Ada Overlap ya Beri Warna Berbeda Selesai Tidak ya Last Point, Coordinate, Angle, Distance, END Gambar Diagram Alir Visual Basic

68 51

69 51 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ALAT Bab ini akan membahas tentang pengujian dan analisis setiap modul dari alat yang dirancang. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah sistem yang dirancang mempunyai unjuk kerja seperti yang diinginkan dalam spesifikasi. Pembahasan pada bab ini dibagi menjadi dua, pengujian perangkat keras dan pengujian secara keseluruhan PENGUJIAN PERANGKAT KERAS Pengujian Pendeteksi Putaran Tujuan dari pengujian modul pendeteksi putaran adalah apakah modul ini dapat mendeteksi gerigi pada piringan. Piringan tersebut diletakkan berdekatan dengan proximity sensors dengan jarak +5mm. Pengujian perangkat lunak dilakukan dengan cara memutar piringan dan menghubungkan keluaran dari modul pendeteksi putaran ke osiloskop. Pada pengujian ini digunakan piringan plastik yang dipasangi logam sebanyak 6 buah. Motor DC untuk memutar piringan diberi tegangan sebesar 5V. Hasil pengujian seperti pada Gambar 4.1. Frekuensi sinyal kotak yang dihasilkan bervariasi tergantung kecepatan piringan berputar, semakin cepat putaran piringan maka frekuensi sinyal kotak semakin tinggi.

70 52 Gambar 4.1. Sinyal Keluaran Modul Pendeteksi Putaran Pengujian Pengendali-mikro Pengujian ini dilakukan dengan membuat perangkat lunak sederhana yang akan mengeluarkan data high atau low secara bergantian pada setiap port yang dihubungkan dengan LED. Pengujian dilakukan dengan asumsi jika LED menyala berarti pin pada port tersebut berada pada kondisi high dan sebaliknya bila LED mati maka pin berada pada kondisi low. Diagram alir perangkat lunak yang diberikan sebagai pengujian modul pengendali-mikro dapat dilihat pada Gambar 4.2. dan hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.1..

71 53 MULAI Kirim Data ke tiap Port Data = P0 = P1 = P2 = P3 SELESAI Gambar 4.2. Diagram Alir Pengujian Pengendali-mikro Tabel 4.1. Hasil Pengujian Modul Pengendali-mikro Keluaran Data Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 00H 00H 00H 00H 00H 01H 01H 01H 01H 01H 02H 02H 02H 02H 02H 04H 04H 04H 04H 04H 0AH 0AH 0AH 0AH 0AH 0FH 0FH 0FH 0FH 0FH 10H 10H 10H 10H 10H 20H 20H 20H 20H 20H 40H 40H 40H 40H 40H 50H 50H 50H 50H 50H 80H 80H 80H 80H 80H A0H A0H A0H A0H A0H F0H F0H F0H F0H F0H FFH FFH FFH FFH FFH

72 Pengujian Modul Pengubah Analog ke Digital Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan masukan tegangan dari 0V hingga 5V pada ADC dengan penambahan 0,5V untuk setiap pengukuran. Data yang dikeluarkan dari ADC selanjutnya dibaca oleh pengendali-mikro melalui port 0 kemudian dikeluarkan pada port 2. Data keluaran port 2 inilah yang kemudian diukur. Berikut diagram alir perangkat lunak dan hasil pengukuran untuk pengujian untai ADC. START KONVERSI ADC AMBIL DATA ADC KIRIM DATA KE PORT END Gambar 4.3. Diagram Alir Pengujian ADC

73 55 Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Modul Pengubah Analog ke Digital No Tegangan Masukan (Vin) Nilai Bit (NB) Data Biner Data Keluaran Ain Gambar 4.4. Grafik Perbandingan Nilai Bit ADC Untuk mengetahui apakah ADC telah melakukan konversi dengan benar, maka dilakukan perhitungan secara manual sesuai dengan Persamaan 3.2 untuk

74 56 mencari Nilai Bit (NB). Dari Tabel 4.2 dan Gambar 4.4 dapat diketahui bahwa hasil konversi untai ADC tidak jauh berbeda dengan hasil perhitungan. Sehingga dapat disimpulkan pada pengujian ini modul ADC berkerja dengan baik Pengujian Potensio Pengujian dilakukan dengan cara memberikan masukan tegangan sebesar 5V pada potensio. Kemudian nilai potensio diubah-ubah dengan cara memutar potensio ke kiri dan ke kanan. Besar putaran yang akan digunakan pada mekanik nantinya adalah 180. Selanjutnya keluaran dari potensio dihubungkan ke ADC untuk diolah menjadi data biner. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Hasil Pengujian Potensio Hambatan Potensio (kω) Tegangan Hasil Perhitungan 0.5V 1V 1.5V 2V 2.5V 3V 3.5V 4V 4.5V 5V Tegangan Hasil Pengujian 0.7V 1V 1.3V 1.9V 2.3V 2.7V 3.4V 3.9V 4.3V 4.9V

75 57 Dari hasil pengujian diketahui bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan oleh potensio berkisar 0V 5V. Jadi dapat disimpulkan bahwa modul potensio dapat digunakan pada alat ini PENGUJIAN ALAT KESELURUHAN Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan dengan menggabungkan perangkat keras dan perangkat lunak. Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan semua blok dan mengaktifkannya. Kemudian keluaran RS232 dihubungkan ke port serial komputer. Pengujian dilakukan dengan menghidupkan motor untuk memutar piringan dan mengubah-ubah sudut piringan. Hasil pengujian alat keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 4.4. dan Tabel 4.5. Penambahan sudut tiap pengujian sebesar 5. Tabel 4.4. Piringan Belok ke Kanan Sudut Sebenarnya ( x ) Hasil Pengujian ( x ) rata-rata 6 Δ rata-rata Ralat ,67+0,5 10,71% ,33+0,5 5,35% ,33+0,5 3,49% ,67+0,5 2,54% ,33+0,5 2,05% ,33+0,5 1,71% ,94% ,33+0,5 1,27% ,67+0,5 1,11%

76 58 Tabel 4.5. Piringan Belok ke Kiri SudutSebenarnya ( x ) Hasil Pengujian ( x ) rata-rata 6 Δ rata-rata Ralat ,67+0,5 10,71% ,33+0,5 5,35% ,49% ,33+0,5 2,54% ,33+0,5 2,05% ,33+0,5 1,71% ,33+1 2,94% ,33+0,5 1,27% ,67+0,5 1,11% Dari hasil pengujian secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa alat dapat bekerja sesuai spesifikasi yang diinginkan, tetapi untuk pengambilan data sudut masih terdapat ralat. Nilai ralat didapat dari Persamaaan 4.1. ΔF F ΔA = 100 A Dimana : ΔF F = ralat nisbi Δ A = ralat tiap pengujian A = sudut rata-rata nilai max. nilai min. Δ A =

77 59 Sebagai contoh, untuk pengujian roda belok ke kiri dengan sudut 5 didapat hasil bervariasi, yaitu 5, 4, dan 5. Maka nilai ralat nisbinya sebesar : ΔF F ΔA = 100 A ΔA = = 0, A = = 4,67 3 ΔF F ΔA = 100 A = 10,71% 0 0 Setelah dilakukan pengujian beberapa kali dapat diketahui bahwa tiap pengujian mempunyai ralat nisbi masing-masing. Semakin besar nilai sudutnya, maka nilai ralat semakin kecil. Untuk tampilan pada monitor seperti terlihat pada Gambar 4.5.a dan 4.5.b Gambar 4.5.a. Tampilan pada Monitor

78 Gambar 4.5.b. Tampilan pada Monitor 60