Materi 4: Microprocessor-Based Control I Nyoman Kusuma Wardana Sistem Komputer STMIK STIKOM Bali
Mikroprosesor mengantarkan ke suatu era baru dlm sistem kontrol Mikroprosesor menawarkan fleksibilitas thd kontrol program utk menyelesaikan berbagai masalah Kontrol berbasis mikrokontroler scr cepat menggantikan sistem kontrol berbasis sirkuit analog dan relai elektromekanikal Salah satu sistem kontrol berbasis mikroprosesor adalah Programmable Logic Controller (PLC) Kusuma Wardana, M.Sc. 3
Mikroprosesor BUKAN sebuah komputer Utk bekerja, mikroprosesor memerlukan komponen tambahan, sprt memori dan input/output Komponen yg sangat terkait dgn mikroprosesor adlh mikrokontroler Mikrokontroler memiliki semua fungsi komputer dlm satu IC Kusuma Wardana, M.Sc. 4
Arsitektur Mikroprosesor dan mikrokontroler Kusuma Wardana, M.Sc. 5
Bbrp alasan menggunakan sistem kontrol digital berbasis mikroprosesor adlh sbb: 1. Sinyal bertegangan rendah dr sensor ketika dikonversi menjadi sinyal digital dpt ditransmisikan pd jarak yg jauh dgn error kecil 2. Mikroprosesor dpt menghandel kalkulasi dan strategi kontrol yg rumit 3. Kemampuan long-term memory 4. Strategi kontrol dgn diganti scr mudah dgn memasukkan program yg baru 5. Dpt dibuat dlm bentuk komputer jaringan Kusuma Wardana, M.Sc. 6
Gambar Struktur Top-level Komputer Kusuma Wardana, M.Sc 8
Komponen 2 komputer digambarkan sbb: PC = Program Counter IR = Instruction Reg. MAR = Memory Addrs Reg. MBR = Memory Buffer Reg. I/O AR = I/O Address Reg I/O BR = I/O Buffer Reg. Kusuma Wardana, M.Sc 9
Fungsi dasar dr komputer adalah mengeksekusi program Program terdiri dr set instruksi yg tersimpan di memori Sederhananya, trdapat 2 tahap dlm mengeksekusi program: 1. Prosesor membaca (fetch) instruksi dr memori, dan 2. Prosesor mengeksekusi setiap instruksi Kusuma Wardana, M.Sc 10
Sekarang, amati contoh berikut: Misal prosesor mempunyai satu register data bernama accumulator (AC) Regiter data dan register instruksi mempunyai lebar 16-bit 16-bit words Format instruksi menyediakan 4-bit utk opcode 2 4 = 16 opcode yg berbeda Sisanya, Format instruksi menyediakan 12- bit utk alamat 2 12 = 4096 (4K) alamat yg berbeda Kusuma Wardana, M.Sc 11
Register internal CPU: Program Counter (PC) = alamat instruksi Instruction Reg. (IR) = Instruksi yg dieksekusi Accumulator (AC) = penyimpanan sementara List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan Kusuma ke Wardana, AC M.Sc dari memori 12
Langkah2 eksekusi program Contoh: tambahkan isi dari memori dengan alamat 940 dengan isi memori yg beralamat 941, dan simpan hasilnya di alamat 941. Kusuma Wardana, M.Sc 13
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 14
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 15
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 16
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 17
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 18
Jawab: List opcode: 0001 = load AC dari memori 0010 = simpan AC ke memori 0101 = tambahkan ke AC dari memori Kusuma Wardana, M.Sc 19
tambahkan isi dari memori dengan alamat 940 dengan isi memori yg beralamat 941, dan simpan hasilnya di alamat 941 Kusuma Wardana, M.Sc 20
A block diagram of a microprocessor-based computer Kusuma Wardana, M.Sc. 22
Salah satu bagian terpenting dr suatu sistem kontrol adalah koneksi antara kontroler dan dunia nyata Pd sistem kontrol digital, data masuk dan keluar melalui antarmuka secara: o o Serial Paralel Kusuma Wardana, M.Sc. 23
Antarmuka paralel mengirim data 8-bit (atau lebih) menggunakan 8 kabel yg berbeda Antarmuka paralel sangat cocok utk mengirim data dr alat yg memiliki nilai ON atau OFF Contoh aplikasi: digital-to-analog converter (DAC) Kusuma Wardana, M.Sc. 24
Contoh: 8-bit DAC Rumus tegangan keluaran DAC: V out = input V ref 256 Kusuma Wardana, M.Sc. 25
Contoh: Sebuah 8-bit DAC memiliki sebuah tegangan referensi Vref sebesar 10 V. Input biner 10011011. Tentukan tegangan output Jawab: Input biner 10011011 sama dgn nilai desimal 155. V out = input V ref 256 = 155 10V 256 = 6. 05 V Kusuma Wardana, M.Sc. 26
Mengingat kembali: Ubah biner (10011011) 2 ke desimal: (10011011) 2 = 1x2 7 + 0x2 6 + 0x2 5 + 1x2 4 + 1x2 3 + 0x2 2 + 1x2 1 + 1x2 0 = 128 + 0 + 0 + 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = (155) 10 Kusuma Wardana, M.Sc. 27
Contoh: Sebuah 8-bit DAC memiliki sebuah tegangan referensi Vref sebesar 10 V. Input biner 11111111. Tentukan tegangan output Jawab: Input biner 10011011 sama dgn nilai desimal 155. V out = input V ref 256 = 255 10V 256 = 9. 96V (bukan 10V) Kusuma Wardana, M.Sc. 28
Salah satu parameter yg paling penting dr DAC adalah resolusi Resolusi error terbesar ketika proses konversi dilakukan Jika 8-bit DAC memiliki 2 8-1 = 255 steps Resolusi = 1/255 = 0.39% Jika 10-bit DAC memiliki 2 16-1 = 65.535 steps Resolusi = 1/ 65.535 = 0.0015% Kusuma Wardana, M.Sc. 29
Contoh: Sebuah komputer menggunakan DAC utk menghasilkan tegangan yg mewakili posisi dr antena. Antena dpt berotasi 180 o dan harus dpt diatur setiap 1 o. Apakah resolusi 8-bit dapat digunakan? Bgmn jika designer memerlukan rotasi yg lebih kecil, misalnya 0.5 o. Apakah 8-bit dapat digunakan? Kusuma Wardana, M.Sc. 30
Jawab: Resolusi yg diperlukan adlh 1 bagian dari 180, dgn kata lain resolusi 1/180 = 0.0056. Jika menggunakan 8-bit DAC, maka dpt menjangkau resolusi 1/255 = 0.0039. Dgn demikian, resolusi 8-bit sudah cukup. Jika diperlukan pergerakan setiap 0.5 o, maka memerlukan resolusi 0.5/180 = 0.0027. dgn demikian, 8-bit tidaklah cukup. Kusuma Wardana, M.Sc. 31
Contoh: DAC0808 Merupakan 8-bit DAC Kusuma Wardana, M.Sc. 32
Analog-to-digital Converter (ADC) adalah komponen elektronik yg mengubah tegangan analog menjadi sinyal digital ADC umumnya merupakan sebuah chip dgn komponen pendukung di dalamnya Asumsi kita memiliki ADC 8-bit: Tegangan input ADC merupakan tegangan 0V (0000 0000)sampai dgn Vref (1111 1111). Kusuma Wardana, M.Sc. 33
output = V in 255 V ref Kusuma Wardana, M.Sc. 34
Contoh: Sebuah 8-bit ADC memiliki Vref sebesar 7 Vdc. ADC tsb diberi input analog sebesar 2.5Vdc. Tentukan output biner dr ADC tsb Kusuma Wardana, M.Sc. 35
Jawab: Output dr 8-bit ADC memiliki memiliki nilai desimal maksimum 255 ketika Vin = Vref. Oleh karena itu, Vin sebesar 7Vdc akan dikonversi mnjd 255. output = V in 255 V ref = 2.5Vdc 255 7Vdc = 91 Nilai desimal 91 = 01011011 Kusuma Wardana, M.Sc. 36
Mengingat kembali: Ubah desimal (91) 10 ke biner 91/2 = 45 sisa 1 (lsb) 45/2 = 22 sisa 1 22/2 = 11 sisa 0 11/2 = 5 sisa 1 5/2 = 2 sisa 1 2/2 = 1 sisa 0 1/2 = 0 sisa 1 (msb) Hasilnya (91) 10 = (01011011) 2 Kusuma Wardana, M.Sc. 37
Contoh: ADC0804 Merupakan 8-bit ADC Kusuma Wardana, M.Sc. 38
Amati gambar berikut sbg acuan User memilih aksi pada port 03. jika ditekan Start, maka set point akan dibaca melalui port 01. Data dari sensor akan dibaca melalui port 02. Sesuai dgn strategi kontrol, output kontroler yang melalui port 00 akan mengontrol putaran motor. Demikian dilakukan sampai tombol Stop ditekan Contoh sistem kontrol menggunakan antarmuka paralel Kusuma Wardana, M.Sc. 39
Pd komunikasi serial, data dikirim 1 bit setelah bit sebelumnya melalui sebuah penghantar (kawat). Alasan menggunakan kom.serial: 1. Penghantar lebih sedikit 2. Kabel lebih sedikit, mudah utk perlakuan pengurangan derau (noise) 3. Dpt ditransmisi utk jarak yg jauh Kusuma Wardana, M.Sc. 40
Data dlm komputer ditransmisikan dlm format digital Agar dpt berkomunikasi dgn dunia luar, digunakan konverter parallel-to-serial Kusuma Wardana, M.Sc. 41
Antarmuka RS232 Kusuma Wardana, M.Sc. 42
Beberapa alat yg sering digunakan pd sistem kontrol berbasis mikroprosesor: 1. Mikrokontroler 2. Single-Board Computers 3. Programmable Logic Controllers (PLC) 4. Personal Computers Kusuma Wardana, M.Sc. 44
Kilian, C., 2001, Modern Control Technology: Components and Systems, ed. 2, Delmar Thompson Learning Stallings, W., 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance 8 th edition, Prentice Hall Hamacher,C., Vranezic, Z., Zaky, S., Manjikian, N., 2012, Computer Organization and Embedded Systems 6 th edition, McGrawHill Kusuma Wardana, M.Sc. 45