BAB 2 LANDASAN TEORI. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 5 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroler AVR Atmega8 AVR merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang di dalamnya terdapat berbagai macam fungsi. Perbedaannya pada mikro yang pada umumnya digunakan seperti MCS51 adalah pada AVR tidak perlu menggunakan oscillator eksternal karena di dalamnya sudah terdapat internal oscillator. Selain itu kelebihan dari AVR adalah memiliki Power-On Reset, yaitu tidak perlu ada to3mbol reset dari luar karena cukup hanya dengan mematikan supply, maka secara otomatis AVR akan melakukan reset. Untuk beberapa jenis AVR terdapat beberapa fungsi khusus seperti ADC, EEPROM sekitar 128 byte sampai dengan 512 byte. AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 8K byte in-system Programmable Flash. Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan kecepatan maksimum 16MIPS pada frekuensi 16MHz. Jika dibandingkan dengan ATmega8L perbedaannya hanya terletak pada besarnya tegangan yang diperlukan untuk bekerja. Untuk ATmega8 tipe L, mikrokontroler ini dapat bekerja dengan tegangan antara 2,7-5,5 V sedangkan untuk ATmega8 hanya dapat bekerja pada tegangan antara 4,5 5,5 V.

2 Konfigurasi Pin Atmega8 Gambar 2.1. Konfigurasi Pin ATmega 8 Atmega8 ATmega8 memiliki 28 Pin, yang masing-masing pin nya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8. a. VCC Merupakan supply tegangan digital. b. GND Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding. c. Port B (PB7...PB0) Didalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin dapat digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pin-pin 7 yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat

3 7 digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer. d. Port C (PC5 PC0) Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masingmasing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source). e. RESET/PC6 Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapat pada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa 8 minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja. Port D (PD7 PD0). f. Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O. g. AVcc Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan untuk analog saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan tetap saja

4 8 disarankan untuk menghubungkannya secara terpisah dengan VCC. Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter. h. AREF Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC Spesifikasi Atmega 8 1. Kinerja tinggi, rendah daya Atmel AVR 8-bit Microcontroller 2. Advanced RISC Architecture a. 130 Instruksi Powerfull - Kebanyakan Single-jam Siklus Eksekusi b General Purpose Kerja Register c. Operasi Fully Static d. Sampai dengan 16MIPS throughput di 16MHz e. On-chip 2-siklus Multiplier 3. segmen Memory Tinggi Ketahanan Non-volatile a. 8Kbytes In-System Self-programmable memori program flash b. 512bytes EEPROM c. SRAM 1Kbyte internal d. Menulis / Erase Cycles: Flash / EEPROM e. Data retensi: 20 tahun pada 85 C / 100 tahun pada 25 C (1) f. Opsional Boot Kode Bagian dengan Independent Lock Bits g. In-System Programming secara On-chip Program Boot h. Benar Operasi Baca-Sementara-Write i. Kunci Pemrograman untuk Security Software 4. Fitur Peripheral a. Dua 8-bit Timer / Counter dengan Prescaler terpisah, satu Bandingkan Modus b. Satu 16-bit Timer / Counter dengan Prescaler terpisah, Bandingkan Mode, dan Tangkap c. Mode d. Real Time Counter dengan Oscillator terpisah e. Tiga Saluran PWM f. 8-channel ADC di TQFP dan QFN / MLF paket

5 9 g. Delapan Saluran 10-bit Akurasi h. 6-channel ADC dalam paket PDIP i. Enam Saluran 10-bit Akurasi j. Byte berorientasi Dua-kawat Serial Interface k. Programmable Serial USART l. Master / Slave SPI Serial Interface m. Programmable Watchdog Timer dengan terpisah On-chip Oscillator n. On-chip Analog Comparator 5. Fitur Mikrokontroler Khusus a. Power-on ulang dan Programmable Brown-out Detection b. Internal dikalibrasi RC Oscillator c. Eksternal dan Sumber Interrupt internal d. Lima Mode Sleep: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, dan e. Bersiap 6. I / O dan Paket a. 23 Programmable I / O Garis b. 28-lead PDIP, 32-lead TQFP, dan 32-pad QFN / MLF 7. Tegangan Operasi a. 2.7V - 5.5V (ATmega8L) b. 4.5V - 5.5V (ATmega8) 8. Kelas Kecepatan a. 0-8MHz (ATmega8L) b. 0-16MHz (ATmega8) 9. a. Aktif: 3.6mA b. Menganggur Mode: 1.0mA c. Power-down Mode: 0.5μA Memori Atmega 8 Memori atmega terbagi menjadi tiga yaitu :

6 10 1. Memori Flash Memori flash adalah memori ROM tempat kode-kode program berada. Kata flash menunjukan jenis ROM yng dapat ditulis dan dihapus secara elektrik. Memori flash terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian aplikasi dan bagian boot. Bagian aplikasi adalah bagian kode-kode program apikasi berada. Bagian boot adalah bagian yang digunakan khusus untuk booting awal yang dapat diprogram untuk menulis bagian aplikasi tanpa melalui programmer/downloader, misalnya melalui USART. 32 General purpose registers 64 I/O registers Additional I/O registers Internal RAM Flash Boot Section EEPROM Memori Data Memori data adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi menjadi empat bagian yaitu : 32 GPR (General Purphose Register) adalah register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh ALU (Arithmatich Logic Unit), dalam instruksi assembler setiap instruksi harus melibatkan GPR.Dalam istilah processor komputer sahari-hari GPR dikenal sebagai chace memory. I/O register dan Aditional I/O register adalah register yang difungsikan khusus untuk mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler seperti pin port, timer/counter, usart dan lain-lain. Register ini dalam keluarga mikrokontrol MCS51 dikenal sebagi SFR(Special Function Register). 3. EEPROM EEPROM adalah memori data yang dapat mengendap ketika chip mati (off), digunakan untuk keperluan penyimpanan data yang tahan terhadap gangguan catu daya Timer/Counter 0 Timer/counter 0 adalah sebuah timer/counter yang dapat mencacah sumber pulsa/clock baik dari dalam chip (timer) ataupun dari luar chip (counter) dengan kapasitas 8-bit atau 256 cacahan. Timer/counter dapat digunakan untuk : 1. Timer/counter biasa 2. Clear Timer on Compare Match (selain Atmega 8) 3. Generator frekuensi (selain Atmega 8) 4. Counter pulsa eksternal Komunikasi Serial Pada Atmega 8

7 11 Mikrokontroler AVR Atmega 8 memiliki Port USART pada Pin 2 dan Pin3 untuk melakukan komunikasi data antara mikrokontroler dengan mikrokontroler ataupun mikrokontroler dengan komputer. USART dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron, dan asinkron. Sinkron berarti clock yang digunakan antara transmiter dan receiver satu sumber clock. Sedangkan asinkron berarti transmiter dab receiver mempunyai sumber clock sendiri-sendiri. USART terdiri dalm tiga blok yaitu clock generator, transmiter, dan receiver Sistim Minimum Atmega 8 Dengan menggunakan minimum sistem yang kompatibel dengan atmega8mikrokontroler atmega8 bertindak sebagai mikro target dimana kita membutuhkan downloader lain intuk mendownload firmware ke atmega8. downloader tersebut bisa berupa downloader paralel atau serial dengan tools programmernya menggunakan Ponkemudian sediakan USBASP (Downloader) yang lain untuk mendownload firmware ke atmega8. (Downloader tidak harus yang berbasis USBASP bisa yang lain asal kompatibel dengan MOSI,MISO,SCK dan reset mikrokontroler AVR). 2.2 LCD 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 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

8 12 Gambar 2.2 LCD 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 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.

9 13 +5VDC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2 VCC 15 V+BL LCD 16x2 RS RW EN GND LCD Drv V-BL Gambar 2.3. 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 Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.1. menunjukkan operasi dasar LCD Tabel 2.1.Operasi Dasar LCD RS R/W Operasi 0 0 Input Instruksi ke LCD 0 1 Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6) 1 0 Menulis Data 1 1 Membaca Data Tabel 2.2. Konfigurasi LCD Pin Bilangan biner Keterangan RS 0 Inisialisasi 1 Data RW 0 Tulis LCD / W (write)

10 14 1 Baca LCD / R (read) E 0 Pintu data terbuka 1 Pintu data tertutup Tabel 2.3.Konfigurasi Pin LCD Pin Keterangan Konfigurasi Hubung No. 1 GND Ground 2 VCC Tegangan +5VDC 3 VEE Ground 4 RS Kendali RS 5 RW Ground 6 E Kendali E/Enable 7 D0 Bit 0 8 D1 Bit 1 9 D2 Bit 2 10 D3 Bit 3 11 D4 Bit 4 12 D5 Bit 5 13 D6 Bit 6 14 D7 Bit 7 15 A Anoda (+5VDC) 16 K Katoda (Ground) 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.

11 15 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. 2.3Water Flow Sensor G1/2 Water Flow sensor terdiri dari tubuh katup plastik, rotor air, dan sensor hall efek. Ketika air mengalir melalui, gulungan rotor-rotor. Kecepatan perubahan dengan tingkat yang berbeda aliran. Sesuai sensor hall efek output sinyal pulsa.kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dc dan Ground. Water flow sensor ini terdiri atas katup plastik, rotor air, dan sebuah sensor hall-effect. Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena efek Hall. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.

12 Spesifikasi Flow Sensor a. Bekerja padategangan5vdc-24vdc b. Arus Maksimum saat ini15ma(dc5v) c. Berat sensor 43 gram d. Tingkat Aliranrentang 0,5~ 60L / menit e. SuhuPengoperasian 0 C~ 80 f. Operasikelembaban35%~ 90% RH g. Operasitekanan bawah1.75mpa 2.4 Bahasa Pemograman Arduino Uno Bahasa Pemograman Arduino Uno jenis pemograman yang paling banyak digunakan terutama untuk para pemula sangat disarankan untuk digunakan Arduino Uno.Dan banyak sekali referensi versi yang digunakan untuk membahas Arduino Uno. Versi terakhir adalah Arduino Uno R3 ( revisi 3 ),menggunakan ATMega 328 sebagai mikrokontrolernya.berikut penjelasan bagian bahasa pemograman Arduino Uno : Void setup () { // semua kode yang ada disini akan dibaca sekali oleh Arduino } Void loop () { // semua kode yang ada disini akan dibaca berulang kali (terus-menerus)oleh Arduino }

13 17 Semua kode program yang ada di dalam bagian void setup akan dibaca sekali oleh Arduino.Biasanya isinya merupakan kode perintah untuk menentukan fungsi pada sebuah pin. Contoh kodenya seperti: pinmode (13, OUTPUT); //menentukan pin 13 sebagai OUTPUT pinmode(3, INPUT); //menentukan pin 3 sebagai INPUT Adapun untuk komunikasi antara Arduino dengan komputer menggunakan: Serial.begin(9600); Semua kode program yang ada di dalam void loop akan dibaca berulang kali (terus-menerus) oleh Arduino.Isinya berupa kode-kode perintah kepada pin INPUT dan OUTPUT pada Arduino. Contoh kodenya seperti berikut: digitalwrite(13, HIGH); //untuk memberikan 5v(nyala)kepada pin 13 digitalwrite(13, LOW); //untuk memberikan 0v(mati) kepada pin 13 analogwrite(3, 225); //untuk memberikan nilai 225(setara dengan 5v)kepada pin3 Adapun untuk menampilkan sensor di Serial Monitor,bisa menggunakan: Serial.print(namasensor); //menampilkan nilai sensor di variabel nama sensor Untuk menampilkan teks biasanya menggunakan Serial.print( Selamat Datang ); //menampilkan teks Selamat Datang pada serial monitor Dan untuk membuka serial Monitor sendiri pada Arduino,bisa dengan memilih menu tools kemudian pilih Serial Monitor,atau dengan menekan kombinasi CTRL+SHIFT+M di keyboard.kamu bisa membuat catatan di program dan tidak akan dibaca oleh Arduino,dengan cara mengetikkan // kemudian mengetikan catatan seperti: Voidloop(){ // Catatan pada baris ini tidak akan di baca oleh program }

14 18 Tapi pemakaian tanda // hanya berfungsi pada catatan satu baris saja.jika kamu ingin membuat catatan yang lebih panjang yang berupa paragraf.maka pertama kamu ketikkan /* lalu ketikkan catatanmu,dan jika sudah selesai tutup dengan kode */. Contohnya seperti berikut: Void loop ()} /*apapun yang akan kamu ketikkan disini tidak akan dibaca oleh program sepanjang apapun kamu mengetikkannya */ BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Diagram Blok Sistem