BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Konsep Dasar Sistem pendeteksi intensitas cahaya yang akan dirancang pada tugas akhir ini adalah sebuah sistem yang menggunakan sebuah mikrokontroler, dimana sistem ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat intensitas cahaya di suatu ruangan. Intensitas cahaya yang akan di deteksi oleh TSL230 akan di kirimkan ke mikrokontroler untuk di proses dan kemudian hasilnya akan ditampilkan pada seven segmen. Sensor gerak yang dirancang akan mendeteksi adanya pergerakan memasuki dan meninggalkan ruangan. Bila sensor gerak yang terhalangi adalah sensor infra merah yang pertama maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan memasuki ruangan dan bila sensor yang terhalangi adalah sensor infra merah yang kedua maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan meninggalkan ruangan. Selain itu juga digunakan LM393 sebagai zero detector, dimana komponen ini akan membandingkan tegangan AC dengan tegangan referensi nol volt. Dalam sistem ini pengendali utama yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51. AT89S51 mempunyai konsumsi daya rendah, mikrokontroler 8-bit CMOS dengan 4K byte momori Flash ISP (in system programmable dapat diprogram didalam sistem). Mikrokontroler ini dibuat dengan teknologi memori nonvolatile kerapatan tinggi dan kompatibel dengan standart industri 8051, set instruksi dan pin keluaran. Flash yang berada didalam chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang pada saat chip didalam sistem atau dengan menggunakan. Programmer memori nonvolatile konvensional, dengan mengkombinasikan CPU 8 bit yang serbaguna

2 dengan flash ISP pada chip, ATMEL 89S51 merupakan mikrokontroller yang luar biasa yang memberikan fleksibelitas yang tinggi Perangkat Keras Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih. Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan. Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan system telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data

3 sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan. Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan Konstruksi AT89S51 Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-farad dan resistor 10 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler. Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra

4 Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Jenis memori yang dipakai untuk Memori Program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori Data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7). AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/ Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1 di kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana input/ouput yang bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1. T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/ouput parelel kalau T0 dan T1 dipakai. AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR). AT89S51 memiliki beberapa fitur sebagai berikut yaitu; kompatibel dengan keluarga mikrokontroller MCS 51, 8 Kbyte In-system Programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis, tegangan kerja 4-5 Volt, bekerja dengan rentang frekuensi 0 33 MHz, 256 x 8 bit RAM internal, 32 jalur I/O yang

5 dapat deprogram, tiga buah 16-bit Timer / Counter, delapan sumber interrupt, saluran Full-Duplex Serial UART, watchdog timer, dual data pointer dan model pemograman ISP yang fleksibel ( Byte dan Page Mode ). Konfigurasi pin mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51

6 Gambar 2.2. Diagram Blok AT89S51

7 Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 : VCC (Pin 40) Suplai tegangan GND (Pin 20) Ground Port 0 (Pin 39-Pin 32) Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program. Port 2 (Pin 21 pin 28) Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL. Port 3 (Pin 10 pin 17) Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :

8 Tabel 2.1 Fungsi masing-masing Pin pada Port 3 Nama pin Fungsi P3.0 (pin 10) : RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) : TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) : INTO (interrupt 0 eksternal) P3.3 (pin 13) : INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) : T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) : T1 (input eksternal timer 1) P3.6 (pin 16) : WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) : RD (membaca eksternal data memori) RST (pin 9) Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. ALE/PROG (pin 30) Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG) selama memprogam Flash. PSEN (pin 29) Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal. EA (pin 31) Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt. XTAL1 (pin 19) Input untuk clock internal.

9 XTAL2 (pin 18) Output dari osilator Photodioda Photodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Photodioda adalah piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut p-i-n atau PIN dioda. Cahaya diserap didaerah penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Mode operasi Photodioda dapat diopersaikan dalam 2 mode yang berbeda : 1. Mode Photovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada Photodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linear, dan range perubahannya sangat kecil. 2. Mode Photokonduktivitas: disini, Photodioda diaplikasikan sebagai tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus Photodioda. Ketergantungan arus Photodioda pada kekuatan cahaya dapat sangat linear. Karakteristik bahan photodioda : 1. Silikon(Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus antara 400 nm sampai 1000 nm 2. Germanium(Ge) : arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800

10 2.2.4 Sensor cahaya Sensor cahaya yang digunakan akan digunakan tipe TSL230. Dimana tipe ini digolongkan kedalam silicon photodiode dan yang di dalamnya telah terpasang rangkaian yang akan mengubah output dari photodiode ke frekuensi. Sehingga output yang dihasilkan oleh sensor cahaya ini berupa frekuensi. Sensor cahaya ini juga dapat diaplikasikan untuk sensor warna RGB(merah, hijau dan biru). Dibawah ini adalah gambar diagram blok dari sensor cahaya tsl230: Gambar 2.3. Diagram Blok TSL230 Adapun spesifikasi dari sensor yang akan digunakan adalah: - Tegangan kerja normal sebesar 5V - Tidak perlu komponen tambahan - Programmable sensitivity and full-scale output frequency - Dapat diantarmukakan langsung dengan mikrokontroler - Memiliki toleransi kesalahan output frekuensi sebesar +/- 5% - Nonlinearity error (typically 0.2% at 100kHz) - Bekerja pada suhu -25 C hingga 70 C - Dapat bekerja pada tegangan 2,7V

11 2.2.5 Triac Pada rangkaian ini akan digunakan Triac BT139. Untuk tipe triac ini mampu melewatkan arus 16A dengan karekateristik tegangan block-nya sampai 600VAC. Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger. Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 600V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A. Gambar 2.4. Triac Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan break over triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan break over ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan break over nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi on triac. Apabila triac sudah on maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac

12 sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan break over nya. Gambar 2.5. Daerah Kerja Triac Driver Triac Pada rangkaian ini digunakan driver triac tipe MOC3020, dimana komponen ini digolongkan pada tipe optocoupler yang merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Adapun gambar dari rangkaian optocoupler yang ada di dalam ic MOC3020 seperti dibawah ini: Gambar 2.6. IC MOC3020 Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga

13 bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic, opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type MOC3020 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 7500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 60 ma. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 ma dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas Op-Amp OpAmp (Operasional Amplifiers) pada hakekatnya merupakan sejenis IC. Di dalamnya terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor atau dioda. Jikalau kepada IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika, seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi, dsb. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier, disingkat OpAmp. Namun demikian OpAmp dapat pula dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai penguat audio, pengatur nada, osilator atau pembangkit gelombang,

14 sensor circuit, dsb. Dibawah ini adalah gambar diagram dari OpAmp yaitu sebagai berikut: Gambar 2.7. Diagram Rangkaian OpAmp Salah satu fungsi OpAmp yaitu sebagai pembanding atau komparator, dimana rangkaian komparator atau pembanding dibagi atas 4 macam yaitu : a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input c. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar d. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jenjela input, artinya rangkaian komparator/pembanding yang hasilnya langsung dibandingkan dengan referensinya. Tegangan masukan yang bervariasi dibandingkan dengan tegangan masukan tetap berfungsi sebagai tegangan referensi. Jika tegangan masukan lebih tinggi dari tegangan referensi, maka keluaran negatif (-). Jika tegangan masukan lebih rendah dari tegangn referensi, maka keluaran positif (+).

15 2.3. Perangkat Lunak Bahasa Assembly MCS-51 Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Instruksi instruksi tersebut antara lain : 1. Instruksi MOV Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung. Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung MOV 20h,#80h MOV R0,20h Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat. 2. Instruksi DJNZ Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh, MOV R0,#80h Loop: DJNZ R0,Loop

16 ... R0-1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya. 3. Instruksi ACALL Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :... ACALL TUNDA... TUNDA: Instruksi RET Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh, ACALL TUNDA... TUNDA:... RET 5. Instruksi JMP (Jump) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh, Loop: JMP Loop 6. Instruksi JB (Jump if bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh, Loop:

17 JB P1.0,Loop Instruksi JNB (Jump if Not bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh, Loop: JNB P1.0,Loop Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal) Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh, Loop:... CJNE R0,#20h,Loop... Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya.. 9. Instruksi DEC (Decreament) Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh, MOV R0,#20h R0 = 20h... DEC R0 R0 = R Instruksi INC (Increament) Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh, MOV R0,#20h R0 = 20h

18 ... INC R0 R0 = R Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya ISP software seperti di bawah ini. Gambar 2.8. Atmel mikrokontroler ISP Software Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-assemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi. Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.