PROYEK AKHIR PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG. Rachmat Winadi NRP

Transkripsi

1 PROYEK AKHIR PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG Rachmat Winadi NRP Dosen Pembimbing : Alridjajis, Dipl.Eng NIP JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2 PROYEK AKHIR PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG Rachmat Winadi Dosen Pembimbing : Alrijadjis, Dipl. Eng JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

3 PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG Oleh: RACHMAT WINADI Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md.) Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Disetujui Oleh: Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing 1. Ir. Retno Sukmaningrum, MT. 1. Alrijadjis, Dipl. Eng NIP NIP Firman Arifin, ST. NIP Ali Husein Alasiry, ST, M.Eng. NIP Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Elektronika Mohammad Syafrudin, ST, M.Eng NIP

4 Abstrak Hasil monitoring gempa bumi yang dilakukan oleh BMG menunjukkan bahwa aktifitas gempa bumi di Indonesia tergolong sangat aktif. Oleh sebab itu, diperlukan sebuah alat yang dapat memberikan informasi dengan cepat dan tepat. Proyek akhir ini merupakan aplikasi dari Hukum Faraday, dimana lilitan digunakan sebagai sensor pendeteksi getaran. Namun, pada proyek akhir ini digunakan metode yang berbeda dimana kumparan sekunder diganti dengan dua buah resistor yang dihubungkan secara paralel dan terletak melingkari kumparan primer. Jika sensor mendeteksi getaran pada range skala richter tertentu maka secara otomatis akan mengaktifkan sistem keamanan pada gedung. Dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan dapat diketahui bahwa sensor yang telah dibuat mampu mendeteksi getaran maksimal 6 skala richter. Kata kunci: gempa bumi, primer, sekunder,skala richter 4

5 Halaman ini sengaja dikosongkan

6 Abstract The result from earthquake monitoring done by BMG indicate that earthquake activity in Indonesia was very active. Because of that, an appliance which can give information swiftly and precisely needed. This final project represent application from Faraday Law, where the circumference used as a censor to detect vibration. But with different method where the secondary bobbin changed with two resistor connected parallelly and located encircle to the primary bobbin. If the censor detect vibration at any certain range of scale richter it will automatically activate security system of the building. From whole system examination result the censor which have been made are able to detect 6 scale richter maximal vibration. Key word: earthquake, primary, secondary, richter scale 6

8 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kehadhirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan kepada kami sehingga kami dapat menyelesaikan buku laporan proyek akhir kami yang berjudul: PEMBUATAN SENSOR POSISI FARADAY UNTUK PENDETEKSI DINI GEMPA PADA GEDUNG Proyek akhir ini disusun untuk melengkapi persyaratan akademik dalam menyelesaikan kuliah program Diploma III di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Kami menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu saran dan kritik yang sifatnya membangun senantiasa kami nantikan. Harapan kami adalah semoga apa yang telah kami tulis pada buku proyek akhir ini dapat bermanfaat bagi kami dan rekan-rekan mahasiswa pada khususnya dan seluruh pembaca pada umumnya. Demikian pengantar yang dapat kami sampaikan semoga setiap apa yang kami kerjakan akan menjadi amal dan manfaat baik bagi diri kami ataupun orang lain. Surabaya, Juli 2007 Penyusun 8

10 UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih dan rasa syukur yang tak terhingga, kami persembahkan kepada Allah SWT semata karena atas Rahmat dan Hidayah-Nya, maka proyek akhir ini dapat kami selesaikan. Pada kesempatan ini kami juga ingin sampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan proyek akhir ini, mulai dari persiapan hingga akhirnya dapat kami selesaikan proyek akhir ini, secara khusus kami ucapkan banyak-banyak terima kasih kepada: 1. Ibunda dan Ayahanda serta kakak-kakakku yang senantiasa mendo akan dan memberikan dukungannya dalam menyelesaikan proyek akhir ini. 2. Bapak Dr. Ir. Titon Dutono, M.Eng, selaku Direktur Politeknik Elektronika Negeri Surabaya ITS. 3. Bapak Mohammad Syafruddin, ST, M.Eng, selaku Kepala Jurusan Teknik Elektronika. 4. Bapak Alrijadjis, Dipl Eng, selaku dosen pembimbing yang selalu membina kami dengan kesabarannya. 5. Bapak dan Ibu dosen Politeknik Elektronika Negeri Surabaya ITS yang telah memberikan ilmunya kepada kami. 6. Seluruh Mahasiswa jurusan Elektronika PENS-ITS angkatan 2004 terima kasih atas dukungannya. 7. Buat arek Eb-D3 spesial buat KUKUH alias BUDI dan Qiky F.Z alias BAIM WONG thanks 4 a lot lah. 8. Arek-arek Lab. Workshop atas segala bantuan dan dukungannya selama ini. 9. Dan kepada semua yang tak dapat disebutkan satu-persatu. Semoga segala bantuan yang telah diberikan diterima oleh Allah SWT. Menyadari atas keterbatasan dan kemampuan yamg kami miliki, maka dalam penulisan buku Proyek Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kami menghargai apabila ada kritik maupun saran yang bersifat membangun untuk perbaikan buku Proyek Akhir ini. Terakhir, kami minta maaf atas segala kesalahan kami baik yang disengaja maupun yang tidak. Semoga Allah SWT membalas segala amal kebaikan anda semua. Amin. 10

12 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i HALAMAN PENGESAHAN...iii ABSTRAK...v KATA PENGANTAR...vii UCAPAN TERIMA KASIH...ix DAFTAR ISI...xi DAFTAR GAMBAR...xv DAFTAR TABEL...xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Permasalahan Batasan Masalah Metodologi Sistematika Pembahasan...3 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Sensor Getaran Operasional Amplifier Rangkaian Penguat Membalik Rangkaian Penguat Tak membalik Rangkaian Pengikut Tegangan Mikrokontroller Gambaran Umum Perlengkapan Dasar Mikrokontroler CPU Alamat Data Pengendali Memori RAM ROM Input / Output Mikrokontroler AVR ATmega Konfigurasi Pin AVR ATmega Struktur Memori Interupt

13 2.3.7 Port sebagai input/output digital Port sebagai Analag Digital Converter (ADC) Timer Serial pada ATmega Bahasa C Sejarah dan Standar C Tipe Data Pengenalan Fungsi-Fungsi Dasar Pengenalan Praprosesor #include Operator Relasi Operator Logika Pernyataan Bahasa C Pernyataan if Pernyataan if-else Pernyataan Switch Pernyataan switch Tunggal Perulangan FOR Perulangan While dan Do While Lompatan Skala Richter...46 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK 3.1 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras Sistem Kerja Perancangan Sensor Getaran Perancangan Rangkaian Operasional Amplifier Penguat Non-Inverting Rangkaian Penyearah Rangkaian Pengubah AC ke DC Rangkaian Differensial Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega Port Paralel Diagram Blok dan Konfigurasi Pin ADC Perancangan Rangkaian untuk simulasi Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak CodeVision AVR

14 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Perangkat Keras Pengujian Sensor Getaran Pengujian Operasional Amplifier Pengujian Penguat Non-Inverting Pengujian Rangkaian Rectifier dan Pengubah AC ke DC Pengujian Rangkaian differensial Pengujian Sistem Keseluruhan...72 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran...77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 1 : LISTING PROGRAM AVR LAMPIRAN 2 : PENGUJIAN FREKUENSI LAMPIRAN 3 : FOTO ALAT RIWAYAT HIDUP PENULIS 14

16 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Medan magnet menghasilkan arus konstan pada rangkaian... 5 Gambar 2.2 Dua buah Voltmeter yang identik mengukur tegangan yang berbeda pada titik A dan B... 5 Gambar 2.3 Rangkaian percobaan sensor... 7 Gambar 2.4 Rangkaian Penguat Inverting... 8 Gambar 2.5 Rangkaian Penguat Non-Inverting... 9 Gambar 2.6 Rangkaian Buffer Gambar 2.7 Blok Diagram Arsitektur Atmega Gambar 2.8 Pin-pin Atmega16 Kemasan 40 pin Gambar 2.9 Peta Memori Flash Gambar 2.10 Peta Memori SRAM Gambar 2.11 Register alamat EEPROM Bit Gambar 2.12 Register data EEPROM Bit Bit Gambar 2.13 Register kontrol EEPROM Bit Bit Gambar 2.14 Timing diagram untuk Mode single-conversion Gambar 2.15 Register ADMUX Gambar 2.16 Register ADCSRA Gambar 2.17 Register ADCLAR = Gambar 2.18 Register ADCLAR = Gambar 2.19 Register SFIOR Gambar 2.20 Blok diagram timer/counter Gambar 2.21 Timing diagram timer/counter, Tanpa prescaling Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, Dengan prescaling Gambar 2.23 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_i/o/8) Gambar 2.24 Timing diagram timer/counter, menyetingocfo, pengosongan data timer sesuai dengan datapembanding, dengan pescaler (fclk_i/o/8) Gambar 2.25 Regiter timer counter 8 bit Gambar 2.26 Register timer TCNT Gambar 2.27 Register timer OCR Gambar 2.28 Register timer TIFR Gambar 2.29 Block diagram clock generasi logic Gambar 2.30 Operasi synchronous Clock

17 Gambar 2.31 Diagram alir if...43 Gambar 2.32 Diagram alir if-else...44 Gambar 2.33 Perhitungan Skala Richter...46 Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian...49 Gambar 3.2 Desain konstruksi sensor...51 Gambar 3.3 Flowchart sistem...52 Gambar 3.4 Rangkaian penguat non-inverting...53 Gambar 3.5 Rangkaian Penyearah...53 Gambar 3.6 Rangkaian pengubah ac-ke-dc...54 Gambar 3.7 Rangkaian differensial...54 Gambar 3.8 Rangkaian mikrokontroler Atmega Gambar 3.9 Rangkaian Downloader...57 Gambar 3.10 Blok Diagram ADC Mikrokontroler ATmega Gambar 3.11 Rangkaian simulasi pada gedung...59 Gambar 3.12 Tampilan CodeVisionAVR...60 Gambar 3.13 Tampilan new file...61 Gambar 3.14 Tampilan option di Wizard AVR...61 Gambar 3.15 Tampilan option IC port...62 Gambar 3.16 Tampilan Port C AVR...62 Gambar 3.17 Tampilan Save general project...63 Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor getaran...65 Gambar 4.2 Rangkaian pengujian penguat non-inverting...67 Gambar 4.3 Bentuk sinyal output penguat...69 Gambar 4.4 Rangkaian pengujian rectifier dan pengubah ac ke dc...70 Gambar 4.5 Rangkaian pengujian differensial...71 Gambar 4.6 Perhitungan Skala Richter...73 Gambar 4.8 Data yang terbaca ADC

18 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Interrupt vektor Tabel 2.2 Konfigurasi pin port Tabel 2.3 Bit pemilih tegangan ref Tabel 2.4 Pemilihan scaning ADC Tabel 2.5 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang Tabel 2.6 Mode Output Pembanding, tanpa PWM Tabel 2.7 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM Tabel 2.8 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM Tabel 2.9 Deskripsi bit clock select Tabel 2.10 Persamaan untuk menyeting perhitungan register boud rate Tabel 2.11 Tipe-tipe data dasar Tabel 2.12 Operator Relasi Tabel 2.13 Operator Logika Tabel 2.14 Skala Richter Tabel 4.1 Hasil pengujian sensor Tabel 4.2 Hasil pengukuran rangkaian penguat Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Rangkaian Pengubah AC ke DC Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Rangkaian Differensial Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan

20 BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Dengan berkembangnya teknologi serta tingkat mobilitas manusia yang semakin meningkat maka manusia dituntut untuk segera mengetahui sesuatu yang terjadi secara cepat. Selama ini masyarakat mengetahui Hukum Faraday hanya sebatas prinsip perubahan fluks magnetik menyebabkan perubahan ggl induksi pada ujung kumparan. Padahal dari prinsip ini, kita bisa mengembangkan ke berbagai macam aplikasi yang sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari kita. Misalnya digunakan untuk pendeteksi gempa bumi secara real time sekaligus mengontrol aksi pada sebuah gedung dengan cara mengolah sinyal analog yang dihasilkan. Pada proyek akhir ini kami mencoba membuat sebuah sensor yang dapat mendeteksi getaran dengan menggunakan prinsip Hukum Faraday. Sensor ini terdiri dari sebuah kumparan dengan intinya yang dapat bergerak. Dari pergerakan kumparan dan inti ini menyebabkan perubahan ggl induksi yang dihasilkan. Perubahan ggl induksi ini menghasilkan suatu bentuk sinyal tertentu. Sinyal analog ini kemudian diubah ke data digital melalui rangkaian ADC (Analog Digital Converter) dan kemudian digunakan untuk mengontrol suatu aksi pada simulasi gedung TUJUAN Adapun tujuan dari proyek akhir ini adalah: 1. Sebagai penelitian untuk mengetahui hubungan antara getaran mekanis (pegas) yang merubah posisi solenoid terhadap perubahan ggl induksi. 2. Membuat simulasi untuk mengontrol sistem pada gedung berdasarkan perubahan ggl induksi PERMASALAHAN Masalah yang ditangani dari proyek akhir ini adalah mempelajari hubungan atau pengaruh getaran yang merubah posisi solenoid terhadap sinyal ggl induksi yang dihasilkan dan melakukan aksi pada sebuah gedung. 20

21 1.4. BATASAN MASALAH Dalam proyek akhir ini masalah akan dibatasi pada: 1. Ukuran solenoid (diameter , panjang , diameter inti ferit dan panjang inti ferit) tidak ditentukan atau diabaikan. 2. Konstanta pegas diabaikan, hanya dipakai pegas yang memiliki kelenturan yang sebanding dengan berat dari soleniod. 3. Sensor yang digunakan hanya satu dan perubahan posisi solenoid hanya berada pada posisi vertikal (naik-turun). 4. Kebebasan getaran tidak dapat melebihi jarak lintasan. 5. Besar tegangan yang terdeteksi tidak ditampilkan. 6. Software yang dibuat digunakan untuk mengontrol aksi pada simulasi gedung berdasarkan tegangan dari sensor METODOLOGI Metodologi dalam pembuatan proyek akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Study Literatur Mempelajari tentang Hukum Faraday, pengubah data analog ke digital, mikrokontroler Atmega16, dan komunikasi serial. 2. Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras dan Lunak Untuk perangkat keras mendesain bentuk konstruksi dari sensor dan menentukan nilai-nilainya agar didapatkan sensor yang memiliki sensitifitas yang tinggi, membuat sebuah simulasi aksi pada gedung, membuat rangkaian driver (penguat), minimum sistem mikrokontroler dan komunikasi serial menggunakan RS-232. Untuk perangkat lunak adalah membuat inisialisasi terhadap jalur RS-232 dan inisialisasi terhadap banyaknya bit per karakter, stop bit, parity, baud rate. Mengecek status dari port serial dan mengambil data dari hardware melalui jalur komunikasi serial RS Pengujian dan Analisa Perangkat Keras dan Lunak Untuk perangkat keras melakukan pengujian dan pengambilan data terhadap rangkaian sensor, penguat, ADC dan komunikasi serial serta melakukan analisa praktis terhadap hasil yang diperoleh. 4. Penulisan Laporan Penulisan laporan dilakukan sesuai data yang diperoleh dari proyek akhir. 21

22 1.6. SISTEMATIKA PEMBAHASAN Sistematika pembahasan proyek akhir ini kerangka pembahasan sebagai berikut: disusun dengan BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang uraian latar belakang, tujuan, permasalahan, batasan masalah, metodologi dan sistematika pembahasan. BAB II : TEORI PENUNJANG Bab ini berisi tentang teori-teori penunjang dalam proses perancangan dan pembuatan perangkat keras dan lunak dari proyek akhir yang secara garis besar menguraikan tentang sensor, operasional amplifier, pengubah data analog ke digital dan interfacing RS-232. BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai perancangan serta realisasi studi yang meliputi pembuatan sensor, operasional amplifier, komunikasi serial dan program untuk mengontrol aksi pada simulasi gedung. BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini berisi tentang pengujian dan analisa praktis terhadap hasil pengamatan secara keseluruhan dari sistem yang telah dibuat. BAB V : PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pembahasan sebelumnya serta saran-saran guna pengembangan dan penyempurnaan proyek akhir lebih lanjut. 22

24 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1. SENSOR GETARAN Gambar 2.1 menunjukkan dua buah resistor R1 (1kΩ) dan R2 (3kΩ) yang terhubung secara parallel. Menurut Hukum Faraday, perubahan medan magnet H meningkat secara linier terhadap waktu, menghasilkan arus konstan sebesar 1mA di dalam rangkaian. Apa tegangan yang melewati titik A-B? Berdasarkan Hukum Ohm, tegangan yang melewati dua resistor seharusnya berbeda, tapi bagaimana bisa berbeda jika kedua resistor tersebut terhubung pada titik yang sama A dan B? Gambar 2.1 Medan magnet menghasilkan arus konstan pada rangkaian 1 Tegangan yang terukur tergantung pada posisi kawat yang menghubungkannya ke voltmeter. Jika dua voltmeter yang identik dihubungkan melewati titik A-B seperti pada gambar 2.2, simulasi tegangan yang terukur akan bernilai -1V dan +3V

25 Gambar 2.2 Dua buah voltmeter yang identik mengukur tegangan yang berbeda pada titik A dan B 2 Tegangan digambarkan sebagai integral garis dari medan listrik dari titik A ke B sepanjang alur C (Persamaan 2.1). Medan listrik induksi dalam contoh ini tidak konservatif karena integral rangkaian tertutup dari medan listrik tidak bernilai 0 (nol) (persamaan 2.2). Jadi, tegangan di persamaan 1 tergantung dari arah aliran ( dalam contoh ini ). Integrasi medan listrik dari titik A ke B sepanjang alur C1 (gambar 2.2) mempunyai nilai yang berbeda dengan integrasi sepanjang alur C2. Kemudian, tegangan yang terukur tergantung dari voltmeter berada pada alur mana. Cara lain untuk memahami kejadian ini adalah dengan mempertimbangkan arus di dalam rangkaian, dimana arus 1mA melewati kedua transistor. V AB = c E dl...(2.1) d E dl = B da...(2.2) dt Untuk mengamati penomena ini, dibuat percobaan seperti gambar 2.3. Medan magnet dihasilkan oleh inti ferit induktor (solenoid) yang digerakkan oleh gelombang sinus. Ukuran solenoid, amplitudo dan frekuensi gelombang sinus dan nilai resistor tidak ditentukan, tapi resultan dari tegangan induktansi harus cukup besar untuk pengukuran. Dengan menggunakan oscilloscope dual channel, pengukuran tegangan secara bersama-sama dengan probe pertama pada R1 dan probe kedua pada R2. Diharapkan untuk penunjukkan nilai, amplitudo gelombang sinus induksi pada R2 adalah tiga kali lebih besar daripada R1 dan mempunyai polaritas yang berbeda. Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian detektor yang membandingkan amplitudo gelombang sinus dari sensor dengan tegangan referensi yang dihasilkan dari perbandingan antara R3 dan R4 dengan tegangan supply (Vcc). Saat komparator mengukur R1, amplitudo gelombang sinus terlalu kecil untuk mengaktifkan komparator sehingga outputnya bernilai 0 (nol) atau berlogic rendah. Saat komparator mengukur R3, amplitudonya cukup besar untuk

26 membangkitkan osilasi pada output komparator. Sinyal ini menghasilkan logic high pada output komparator. Gambar 2.3 Rangkaian percobaan OPERATIONAL AMPLIFIER Penguat operasional atau Op-Amp adalah rangkaian elektronika yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Hingga kini Op-Amp yang dirakit dari kompoenenkomponen diskrit dan dikemas dalam rangkaian tersegel masih dirasakan begitu mahal oleh insinyur dan teknisi yang pernah menggunakannya. Namun, kini dengan teknologi rangkaian terpadu (IC) yamg telah ditingkatkan, Op-Amp dalam bentuk kemasan IC menjadi jauh lebih murah dan amat luas pemakaiannya. Pada mulanya Op-Amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog rangkaian pengaturan dan rangkaian instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi matematika linier (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Kini Op-Amp dapat dijumpai dimana saja, dalam berbagai bidang : reproduksi suara, sistem komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial, dan aneka macam perangkat hobby. Dalam konfigurasinya kita akan menemukan Op-Amp dengan masukan dan keluaran tunggal, masukan dan keluaran differensial atau masukan differensial dan keluaran tunggal. Konfigurasi terakhir ini

27 banyak digunakan dalam industri elektronika. Konfigurasi ini juga akan dipakai sebagai kerangka landasan dari buku ini. Setiap orang yang terlibat dalam elektronika mau tak mau harus memahami kegunaan Op- Amp, mengetahui karakteristiknya, mampu mengenali konfigurasi dasar rangkaian Op-Amp dan mampu bekerja sama dengannya Rangkaian Penguat Membalik ( Inverting Amplifier ) Sebuah penguat menerima arus atau tegangan kecil pada input dan menjadikan arus atau tegangan lebih besar pada outputnya. Penguat Op- Amp memiliki penguatan yang relatif linier outputnya dikendalikan sebagai fungsi input. Gambar 2.4 Rangkaian Penguat Inverting 4 Penyusunan loop seperti gambar 2.4 disebut umpan balik negatif (degenaratif). Tegangan dengan fasa yang berlawanan pada output dibalikkan kembali pada masukan membalik sehingga cenderung melawan tegangan input aslinya sehingga output merupakan tegangan membalik tegangan input, dimana: Rf Vout = Vin Ri...(2.3) Rf Av = Ri...(2.4) Tanda minus diabaikan dalam hitungan dan hanya menunjukkan bahwa output berlawanan fasa terhadap input. Impedansi input 4 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, Operational Amplifiers and Linier Integrated Circuits, Penerbit Erlangga, Jakarta,

28 rangkaian sama dengan Ri, sedangkan lebar pita (bandwidth) dibagi satu ditambah penguatan loop tertutup Rangkaian Penguat Tak Membalik (Non Inverting Amplifier) Sebuah penguat impedansi tinggi tak membalik ditunjukkan pada gambar 2.5. Impedansi input rangkaian ini sangat besar dimana sama dengan impedansi antara input-input differensialnya dikalikan penguatan loop (penguatan loop terbuka dibagi penguatan loop tertutup). Tegangan pada output tidak dibalik polaritasnya (sama) terhadap tegangan input. Gambar 2.5 Rangkaian Penguat Non Inverting 5 Rangkaian Op-Amp ini akan memberikan penguatan loop tertutup sebesar Rf/Ri ditambah satu, sehingga tegangan pada output adalah: Rf Vout = + 1 Vin Ri...(2.5) Rf Av = + 1 Ri...(2.6) Lebar pita 3 db loop tertutup diberikan oleh frekuensi penguatan satu Op-Amp dibagi penguatan loop terttutup. 5 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, Operational Amplifiers and Linier Integrated Circuits, Penerbit Erlangga, Jakarta,

29 Satu hal yang penting untuk diperhatikan perbedaannya dengan penguat membalik adalah output akan menjadi saturasi bila input dibiarkan mengambang Rangkaian Pengikut Tegangan (Buffer) Pengikut tegangan didefinisikan sebagai rangkaian dengan penguatan satu atau kurang dengan output mengikuti input, diantara input dan output terhadap isolasi impedansi. Op-Amp yang berguna sebagai pengikut tegangan digambarkan sebagai berikut: Gambar 2.6 Rangkaian Buffer 6 Rangkaian ini memiliki impedansi input yang sangat tinggi serta impedansi output yang sangat rendah. Keuntungan ini menjadikannya amat ideal untuk meyangga atau mengisolasi rangkaian. 2.3 MIKROKONTROLER Gambaran Umum Sering kita mendengar istilah mikrokomputer, mikroprosesor, dan mikrokontroler. Mikroprosesor adalah bagian CPU (central processing unit) dari sebuah komputer, tanpa memori, I/O, dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu sistem lengkap. Supaya dapat bekerja, mikroprosesor memerlukan perangkat pendukung seperti RAM, ROM dan I/O. Bila sebuah miroprosesor dikombinasi dengan I/O dan memori (RAM/ROM) akan dihasilkan sebuah mikrokomputer. Sebagai terobosan mikrokomputer ini dapat juga dibuat dalam bentuk single chip yaitu Single Chip Microcomputer (SCM) yang selanjutnya disebut sebagai mikrokontroler. 6 Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, Operational Amplifiers and Linier Integrated Circuits, Penerbit Erlangga, Jakarta,

30 Perbedaan yang menonjol antara mikrokomputer dengan mikrokontroler (SCM) adalah pada penggunaan perangkat I/O dan media penyimpan program. Bila mikrokomputer menggunakan disket atau harddrive lainnya maka mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai penyimpan programnya. Sedangkan keuntungan mikrokontroler dibandingkan dengan mikroprosesor adalah pada mikrokontroler sudah terdapat RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu menambahkannya Perlengkapan Dasar Mikrokontroler CPU Unit pengolah pusat (CPU) terdiri atas dua bagian yaitu unit pengendali (CU) serta unit aritmatika dan logika (ALU). Fungsi utama unit pengendali adalah untuk mengambil, mengkode, dan melaksanakan urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Sedangkan unit aritmatika dan perhitungan bertugas untuk menangani operasi perhitungan maupun bolean dalam program Alamat Pada mikroprosesor/mikrokontroler, apabila suatu alat dihubungkan dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan terlebih dahulu alamat (address) dari alat tersebut. Untuk menghindari terjadinya dua alat bekerja secara bersamaan yang mungkin akan meyebabkan kerusakan Data Mikrokontroler ATmega16 mempunyai lebar bus data 8 bit. Merupakan mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan Pengendali Selain bus alamat dan bus data mikroprosesor/mikrokontroler dilengkapi juga dengan bus pengendali (control bus), yang fungsinya untuk menyerempakkan operasi mikroprosesor/mikrokontroler dengan operasi rangkaian luar Memori Mikroprosesor/mikrokontroler memerlukan memori untuk menyimpan program/data. Ada beberapa tingkatan memori, 30

31 diantaranya register internal, memori utama, dan memori massal. Sesuai dengan urutan tersebut waktu aksesnya dari yang lebih cepat ke yang lebih lambat RAM RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau ditulisi. Data dalam RAM akan terhapus bila catu daya dihilangkan. Oleh karena itu program mikrokontroller tidak disimpan dalam RAM. Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat RAM, yaitu RAM static dan RAM dynamic ROM ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data dalam ROM tidak akan terhapus meskipun catu daya dimatikan. Oleh karena itu ROM dapat digunakan untuk menyimpan program. Ada beberapa jenis ROM antara lain ROM murni, PROM, EPROM, EAPROM. ROM adalah memori yang sudah diprogram oleh pabrik, PROM dapat diprogram oleh pemakai sekali saja. Sedangkan EPROM merupakan PROM yang dapat diprogram ulang Input / Output I/O dibutuhkan untuk melakukan hubungan dengan piranti di luar sistem. I/O dapat menerima data dari alat lain dan dapat pula mengirim data ke alat lain. Ada dua perantara I/O yang dipakai, yaitu piranti untuk hubungan serial (UART) dan piranti untuk hubungan paralel (PIO) Mikrokontroler AVR ATmega 16 AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register generalpurpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on- 31

32 chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Untuk lebih jelas tentang arsitektur dari ATmega16 ditunjukan pada gambar ATmega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR ATmega16 antara lain: 1. Advanced RISC Architecture 130 Powerful Instructions Most Single Clock Cycle Execution 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz On-chip 2-cycle Multiplier 2. Nonvolatile Program and Data Memories 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits 512 Bytes EEPROM 512 Bytes Internal SRAM Programming Lock for Software Security 3. Peripheral Features Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode Real Time Counter with Separate Oscillator Four PWM Channels 8-channel, 10-bit ADC Byte-oriented Two-wire Serial Interface Programmable Serial USART 4. Special Microcontroller Features Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection Internal Calibrated RC Oscillator External and Internal Interrupt Sources Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby 32

33 5. I/O and Package 32 Programmable I/O Lines 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF 6. Operating Voltages V for ATmega16L V for Atmega16 Gambar 2.7 Blok Diagram Arsitektur ATmega Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 Pin-pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar Kemasan pin tersebut terdiri dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D yang masing masing Port terdiri dari 8 buah pin. Selain itu juga terdapat RESET, VCC, GND 2 buah, VCC, AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF. 33

34 Gambar 2.8 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin 2 Diskripsi dari pin-pin ATmega 16L adalah sebagai berikut : 1. VCC : Supply tegangan digital. 2. GND : Ground 3. Port A : Port A sebagai input analog ke A/D konverter. Port A juga sebagai 8-bit bi-directional port I/O, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin-pin port dapat menyediakan resistor-resistor internal pull-up. Ketika port A digunakan sebagai input dan pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistorresistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port A adalah tristate ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif. 4. Port B : Port B adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port B mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port B yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistorresistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port B adalah tristate ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif. 2 / AT mega 16 hal 2 34

35 5. Port C : Port C adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port C mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port C yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistorresistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port C adalah tristate ketika kondisi reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif. Jika antarmuka JTAG enable, resistorresistor pull-up pada pin-pin PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) akan diktifkan sekalipun terjadi reset. 6. Port D : Port D adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor internal pull-up. Buffer output port D mempunyai karaketristik drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port D yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika resistorresistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port D adalah tristate ketika kondisi reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif. 7. Reset : Sebuah low level pulsa yang lebih lama daripada lebar pulsa minimum pada pin ini akan menghasilkan reset meskipun clock tidak berjalan. 8. XTAL1 : Input inverting penguat Oscilator dan input intenal clock operasi rangkaian. 9. XTAL2 : Output dari inverting penguat Oscilator. 10. AVCC : Pin supply tegangan untuk PortA dan A/D converter. Sebaiknya eksternalnya dihubungkan ke VCC meskipun ADC tidak digunakan. Jika ADCdigunakan seharusnya dihubungkan ke VCC melalui low pas filter. 11. AREF : Pin referensi analog untuk A/D konverter Struktur Memori Untuk memaksimalkan performa dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Instruksi pada memori program dieksekusi dengan pipelining single level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program. 35

36 1. Flash Memori ATmega16 memiliki 16K byte flash memori dengan lebar 16 atau 32 bit. Kapasitas memori itu sendiri terbagi manjadi dua bagian yaitu bagian boot program dan bagian aplikasi program. Gambar 2.9 Peta Memori Flash 3 Flash memori memiliki kemampuan mencapai write dan erase. 2. Memori SRAM Penempatan memori data yang lebih rendah dari 1120 menunjukkan register, I/O memori, dan data internal SRAM. 96 alamatmemori pertama untuk file register dan memori I/O, dan 1024 alamat memori berikutnya untuk data internal SRAM. Lima mode pengalamatan yang berbeda pada data memori yaitu direct, indirect, indirect dis-placement, indirect pre-decreament dan indirect post-increament.pada file register, mode indirect mulai dari register R26-R31. Pengalamatan mode direct mencapai keseuruhan kapasitas data. Pengalamatan mode indirect displacement mencapai 63 alamat memori dari register X atau Y. Ketika meggunakan mode pengalamatan indirect dengan predecrement dan post increment register X, Y, dan Z akan didicrement-kan atau di-increment-kan. Pada ATmega16 memiliki 32 register, 64 register I/O dan 1024 data internal SRAM yang dapat mengakses semua mode-mode pengalamatan. 3 / AT mega 16 hal 14 36

37 Gambar 2.10 Peta Memori SRAM 4 3. Memori EEPROM Pada EEPROM ATmega16 memiliki memori sebesar 512 byte engan daya tahan siklus write/read. Register-register pada memori EEPROM : Bit 15 9 Res:reserved bits Bit ini sebagai bit-bit bank pada ATmega16 dan akan selalu membaca Gambar 2.11 Register alamat EEPROM Bit / AT mega 16 hal / AT mega 16 hal 17 37

38 Bit 8..0 EEAR8..0:EEPROM address Bit-bit ini sebagai alamat EEPROM. Bit 7..0 EEDR7..0:EEPROM data Bit-bit ini sebagai data EEPROM. Gambar 2.12 Register data EEPROM Bit Bit Bit 7..4 Res:reserved bits Bit-bit ini terdapat pada register kontrol. Bit ini sebagai Enable Interupt Ready pada EEPROM. Gambar 2.13 Register kontrol EEPROM Bit Bit Bit 2 Bit ini sebagai Enable Interupt Master pada EEPROM. Bit 1 Bit ini sebagai write enable pada EEPROM. Bit 0 Bit ini sebagai read enable pada EEPROM. 6 / AT mega 16 hal / AT mega 16 hal 17 38

39 2.3.6 Interupt Tabel 2.1 Interrupt vektor Port sebagai input/output digital ATmega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf x mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf n mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin 8 Ibit hal 42 39

40 dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1)atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pullup ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Tabel 2.2 Konfigurasi pin port 9 Bit 2 PUD : Pull-up Disable Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1) Port sebagai Analag Digital Converter (ADC) ATmega16 mempunyai ADC (Analog to Digital Converter) internal dengan fitur sebagai berikut (untuk lebih detil dapat mengacu pada datasheet) : 10-bit Resolution μs Conversion Time Up to 15 ksps at Maximum Resolution 8 Multiplexed Single Ended Input Channels Optional Left Adjustment for ADC Result Readout 0 - VCC ADC Input Voltage Range 40

41 Selectable 2.56V ADC Reference Voltage Free Running or Single Conversion Mode ADC Start Conversion by Auto Triggering on Interrupt 9 Ibit ha l 49 Sources Interrupt on ADC Conversion Complete Sleep Mode Noise Canceler Dibawah ini gambar timing diagram untuk mode single convertion maksudnya hanya satu input chanel saja yang dikonversi. Gambar 2.14 Timing diagram untuk Mode single-conversion 10 Register-register yang dipakai untuk mengakses ADC adalah: 1. ADMUX ADC Multiplexer Selection Register Gambar 2.15 Register ADMUX 11 Bit 7:6 REFS1:0 : Bit Pemilih tegangan referensi Bit ini berfungsi untuk memilih tegangan referensi ADC untuk lebih jelasnya terdapat pada tabel dibawah ini. 41

42 Tabel 2.3 Bit pemilih tegangan ref Ibit hal Ibit hal 211 Bit 5 ADLAR : ADC Left Adjust Result Bit 4:0 MUX4:0 : Bit pemilih Analog Channel dan Gain 2. ADCSRA ADC Control and Status Register Gambar 2.16 Register ADCSRA 13 Bit 7 ADEN : ADC Enable Diisi 1 untuk mengaktifkan ADC, diisi 0 untuk mematikan ADC sekaligus memberhentikan konversi yang sedang berlangsung. Bit 6 ADSC : ADC Start Conversion Pada mode single-conversion, set bit ini untuk memulai tiap konversi. Pada mode free-running, set bit ini untuk konversi pertama kalinya. Bit ADSC bila dibaca akan bernilai 1 selama proses konversi, dan bernilai 0 bila konversi selesai. Mengisi bit ini dengan nilai 0 tidak akan mempunyai dampak. Bit 5 ADATE : ADC Auto Trigger Enable Bila bit ini diisi 1 maka auto trigger ADC akan diaktifkan. ADC akan memulai konversi pada saat tepi positif dari sumber sinyal trigger yang dipilih. Sumber sinyal trigger ditentukan dengan menseting bit ADTS pada register SFIOR. Bit 4 ADIF : ADC Interrupt Flag Bit ini akan bernilai 1 pada saat ADC selesai mengkonversi dan Data register telah diupdate. ADC Conversion Complete Interrupt akan dijalankan bila bit ADIE dan bit-i pada register SREG diset 1. ADIF akan di-clear secara hardware bila mengerjakan penanganan vektor interrupt yang bersesuaian. 12 Ibit hal Ibit hal

43 Alternatifnya, ADIF dapat di-clear dengan menuliskan 1. Hatihati bila bekerja dengan Read-Modify-Write pada ADCSRA, interrupt yang tertunda dapat dinonaktifkan/batal. Hal ini juga berakibat sama bila instruksi SBI dan CBI digunakan. Bit 3 ADIE : ADC Interrupt Enable Mengisi bit ini dan bit-i pada register SREG menjadi 1 akan mengaktifkan ADC Conversion Complete Interrupt. Bit 2:0 ADPS2:0 Bit pemilih ADC Prescaler Menentukan bilangan pembagi antara sumber clock XTAL ke clock ADC. 3. ADCL, ADCH ADC data register Bila ADLAR = 0 Bila ADLAR = 1 Gambar 2.17 Register ADCLAR = 0 14 Gambar 2.18 Register ADCLAR = 1 15 Setelah ADC selesai melakukan konversi kedua register ini berisi hasil konversi. Bila channel differensial dipilih maka hasilnya dalam format 2 s complement. Saat ADCL dibaca, data register tidak akan meng-update data sampai ADCH dibaca. Jika hasilnya dirata kiri (left adjust) dan hanya butuh 8-bit maka cukuplah dengan membaca ADCH. Jika butuh 10-bit, baca ADCL dahulu kemudian ADCH. Register SFIOR berfungsi untuk sumber 43

44 14 Ibit hal Ibit hal 214 auto triger. Dimana kita dapat memilih beberapa mode untuk konversi. 4. SFIOR Special Function I/O Register untuk sumber auto trigger Gambar 2.19 Register SFIOR 16 Dengan konfigurasi seperti dibawah maka dapat memilih mode start ADC, ADC akan konversi ketika berdasarkan mode yang dipilih. Tabel 2.4 Pemilihan scaning ADC 17 ADTS2 ADTS1 ADTS0 Trigger source Free Running mode Analog Comparator External Interupt Request TimerCounter0 Compare Match TimerCounter0 Overflow TimerCounter1 Compare Match TimerCounter1 Overflow TimerCounter1 Capture Event Bit 7:5 ADTS2:0 : ADC Auto Trigger Source Bila ADATE dalam register ADCSRA diset 1, maka nilai dalam bit-bit ini akan menentukan sumber mana yang akan mentrigger konversi ADC. Bila bit ADATE bernilai 0, maka bit-bit ini tidak Ibit hal Ibit hal 217

45 akan mempunyai efek. Sebuah konversi ditrigger oleh sinyal rising-edge dari interrupt flag yang dipilih. Perlu diingat bahwa memindah sumber trigger yang di-clear ke sumber trigger lain yang di-set akan menyebabkan positive-edge pada sinyal trigger. Bila ADEN dalam register ADCSRA diset, juga akan memulai konversi. Memindah mode ke mode freerunning tidak akan menyebabkan pulsa trigger, meskipun bila flag interrupt ADC diset. Bit 4 RES : Reserved bit Bit cadangan, bila dibaca hasilnya nol Timer Timer/couter adalah tujuan umum single channel, module 8 bit timer/counter. Beberapa fasilitas chanel dari timer counter antara lain: Counter channel tunggal Pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding Bebas -glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulator (PWM) Pembangkit frekuensi Event counter external Gambar 2.20 Blok diagram timer/counter 18 45

46 Gambar diagram block timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar di bawah ini. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan 18 pada Ibit hal bagian 67 I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pinpin I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit pada gambar Timing Diagram Timer/Counter Timer/counter disain sinkron clock timer (clkt0) oleh karena itu ditunjukan sebagai sinyal enable clock pada gambar berikut. Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter. Gambar 2.21 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling 19 Sesuai dengan gambar dibawah timing diagram timer/counter dengan prescaling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal. 19 Ibit hal 76 46

47 Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, dengan prescaling 20 Sama halnya timing timer diatas, timing timer/counter dengan seting OCFO timer mode ini memasukan data ORCn sebagai data input timer. Ketika nilai ORCn sama dengan nilaitcntn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali ke nilai 0 (overflow). Gambar 2.23 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_i/o/8) 21 Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembalimkenilai 0 (overflow). 20 Ibit hal Ibit hal 76 47

48 Gambar 2.24 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan pescaler (fclk_i/o/8) Deskripsi Register Timer/Counter 8 bit Gambar 2.25 Regiter timer counter 8 bit 23 Bit 7 FOCO : perbandingan kemampuan output. FOCO hanya akan aktif ketika spesifik-spesifik bit WGM00 tanpa PWM mode. Adapun untuk meyakinkan terhadap kesesuaian dengan device-device yang akan digunakan,bit ini harus diset nol ketika TCCRO ditulisi saat mengoperasikan mode PWM. Ketika menulisi logika satu ke bit FOCO, dengan segera di paksakan untuk disesuaikan pada unit pembangkit bentuk gelombang. Output OCO diubah disesuaikan pda COM01: bit 0 menentukan pengaruh daya pembanding. Sebuah FOC0 stobe tidak akan membangkitkan beberepa interrupt, juga tidak akan membersihkan timer pada mode CTC mengunakan OCR0 sebagai puncak. FOC0 selalu dibaca nol. Bit 6,3 WGM01:0: Waveform Generation Mode. 22 Ibit hal Ibit hal 77 48

49 Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter, sumber untuk harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari pembangkit bentuk gelombang yang digunakan. Mode-mode operasi didukung oleh unit timer/counter sebagai berikut : mode normal, pembersih timer pada mode penyesuaian dengan pembanding ( CTC ), dan dua tipe mode Pulse Width Modulation ( PWM ). Tabel 2.5 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang 24 catatan : definisi nama-nama bit CTC0 dan PWM0 sekarang tidak digunakan lagi. Gunakan WGM 01: 0 definisi. Bagaimanapun lokasi dan fungsional dan lokasi dari masingmasing bit sesuai dengan versi timer sebelumnya. Bit 5:4 COMO1:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output. Bit ini mengontrol pin output compare (OCO), jika satu atau kedua bit COM01:0 diset,output OC0 melebihi fungsional port normal I/O dan keduanya terhubung juga. Bagaimanapun, catatan bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke pin OC0 yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan.ketika OC0 dihubungkan ke pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari pengesetan bit WGM01:0. Tabel di bawah menunjukan COM fungsionality ketika bit-bt WGM01:0 diset ke normal atau mode CTC (non PWM ). Tabel 2.6 Mode Output Pembanding, tanpa PWM Ibit hal Ibit hal 78

50 Tabel di bawah menunjukan bit COM01:0 fungsionality ketika bit WGM01:0 diset ke mode fast PWM. Tabel 2.7 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM 26 Tabel di bawah menunjukan bit COM01:0 fungsionality ketika bit WGM01:0 diset ke mode phase correct PWM. Tabel 2.8 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM 27 Bit 2:0 CS02:0 : Clock Select. Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan timer/counter. 50

51 26 Ibit hal Ibit hal 79 Tabel 2.9 Deskripsi bit clock select 28 Jika mode pin eksternal digunakan untuk timer counter0, perpindahan dati pin T0 akan memberi clock counter dengan tetap jika pin digunakan sebagai output. Dalam hal ini software diijinkan untuk mengontrol perhitungan. 3. Register Timer/Counter TCNT0 Gambar 2.26 Register timer TCNT0 29 Register timer/counter memberikan akses secara langsung, keduanya dugunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk penghitung unit 8-bit timer/counter. Menulis ke blok-blok register TCNT0 ( removes ) disesuaikan dengan clock timer berikutnya. Memodifikasi counter ( TCNT0 ) ketika perhitungan berjalan, memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0 dengan register OCR0. 51

52 4. Register Timer/Counter OCR0 28 Ibit hal Ibit hal 79 Gambar 2.27 Register timer OCR0 30 Register output pembanding berisi sebuah haraga 8 bit yang mana secara terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0). Sebuah penyesuaian dapat digunakan untuk membangkitkan output intrrupt pembanding, atau untuk membangkitakan sebuah output bentuk gelombang pada pin OC0. 5. Register Timer/Counter Interrupt Mask Bit 1 OCIE0: outpu timer counter menyesuaikan dengan kesesuaian interrupt yang aktif. Ketika bit OCIE0 ditulis satu, dan I-bit pada register status dalam kondisi set (satu), membandingkan timer/counter pada interrupt yang sesuai diaktifkan. Mencocokkan interrupt yang dijalankan kesesuaianpembanding pada timer/counter0 terjadi, ketika bit OCF0 diset pada register penanda timer/counter-tifr. Bit 0 TOIE0: Timer/Counter 0 Overflow Interrupt Enable. Ketika bit TOIE0 ditulis satu, dan I-bit pada register status dalam kondisi set ( satu ), timer/counter melebihi interrupt diaktifkan. Mencocokkan interrupt dijalankan jika kelebihan pada timer/counter0 terjadi, ketika bit TOV0 diset pada register penanda timer/counter- TIFR. 5. Register Timer/Counter Register TIFR 52

53 Gambar 2.28 Register timer TIFR Ibit hal Ibit h albit 80 1 OCF0: Output Compare Flag0. OCF0 dalam kondisi set ( satu ) kesesuaian pembanding terjadi antara timer/counter dan data pada OCRO Register 0 keluaran pembanding. OCF0 diclear oleh hardware ketika eksekusi pencocokan penangan vector interrupt. Dengan alternatif mengclearkan OCF0 dengan menuliskan logika satu pada flag. Ketika I-bit pada SREG, OCIE0 (Timer/Counter0 penyesuaian pembanding interrupt enable), dan OCF0 diset (satu ), timer/counter pembanding kesesuaian interrupt dijalankan. Bit 0 TOV0: Timer/Counter Overflow Flag. Bit TOV0 di ser ( satu ) ketika kelebihan terjadi pada timer/counter0. TOV0 diclearkan dengan hardware ketika penjalanan pencocokan penanganan vector interrupt. Dengan alternatif, TOV0 diclearkan dengan jalan memberikan logika satu pada flag. Ketika I-bit pada SREG, TOIE0 ( Timer/Counter0 overflow interrupt enable), dan TOV0 diset ( satu ), timer/counter overflow interrupt dijalankan. Pada tahap mode PWM yang tepat, bit ini di set ketika timer/counter merubah bagian perhitungan pada $ Serial pada ATmega16 Universal synchronous dan asynchronous pemancar dan penerima serial adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah : Operasi full duplex ( register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri ) Operasi Asychronous atau synchronous Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous Pembangkit boud rate dengan resolusi tinggi Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware Pendeteksian data overrun Pendeteksi framing error 53

Menunjukkan lagi