BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller ATMega 8535 ATMega 8535 adalah mikrokontroller kelas AVR (Alf and Vegard s Risc Processor) keluarga ATMega. Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16 bit dan sebagian besar intruksi dieksekusi dalam satu siklus clock, berbeda dengan MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock dalam mengeksekusi intruksi. Hal ini dapat terjadi karena teknolgi kedua sensor ini berbeda.avr berteknologi RISC ( Reduce Intruction Set Computing ), sedangkan seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Intruction Set Computing),Secara umum, AVR dapat deikelompokan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, AT90Sxx, ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan intruksi yang digunakan bisa dikatakan sama. 6
2.1.1. Arsitektur ATMega 8535 Untuk lebih jelasnya mengenai arsitektur ATMega 8535 secara terperinci dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini : Gambar 2.1 Blok Diagram fungsional ATMega 8535 7
Arsiktektur ATMega 8535 dari gambar 2.1 dapat terlihat beberapa bagian : 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D 2. ADC 10 bit sebanyak 8 Channel 3. Tiga buah timer / counter 4. CPU 32 register 5. Watchdog timer dengan oscilator internal 6. SRAM sebanyak 512 byte 7. Memori Flash sebesar 8 kb 8. Sumber Interrupt internal dan eksternal 9. Port SPI (Serial Pheriperal Interface) 10. EEPROM on board sebanyak 512 byte 11. Komparator analog 12. Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter) 2.1.2. Fitur ATMega 8535 1. Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. 2. Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM ( Electically erasable Programable Read Only ) sebesar 512 byte. 3. ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel. 8
4. Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps. 5. Enam pilihan mode sleep menghemat daya listrik. 2.1.3. Konfigurasi Pin ATMega 8535 Konfigurasi pin ATMega 8535 bisa dilihat pada gambar 2.2. dari gambar tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 seperti gambar dibawah ini :. Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATMega 8535 9
Konfigurasi Pin ATMega 8535 : 1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya 2. GND merupakan pin ground 3. Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC 4. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu timer / counter, komparator analog dan SPI 5. Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan timer oscillator 6. Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial. 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroller. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. 9. AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC. 10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC. 2.1.4. Peta Memori Mikrokontroller ATMega 8535 AVR ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Sebagai tambahan, ATMega 8535 memiliki fitur EEPROM memory untuk penyimpanan data. Semua tiga ruang memori adalah regular dan linear. 10
2.1.5. Memori Data ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu: 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroller menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroller, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada gambar 2.3. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F Gambar 2.3 Konfigurasi Peta Memory ATMega 8535 11
2.1.6. Memori Program Memori program yang terletak dalam Flash EEPROM tersusun dalam word karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit. AVR ATMega 8535 memiliki 4 Kbyte x 16-bit Flash EEPROM dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR memiliki 12-bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash. Gambar 2.4 Memori Program ATMega 8535 ATMega 8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8- bitsebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. 12
2.1.7. ADC (Analog to Digital Converter) Mikrokontroller ATMega 8535 memiliki fasilitas Analog to Digital Converter yang sudah dikemas dalam chip. Fitur ADC internal inilah yang menjadi salah satu kelebihan mikrokontroller ATMega 8535 bila dibandingkan mikrokontroller yang lain. Dengan adanya ADC internal ini kita tidak akan direpotkan lagi dengan kompleksitas hardware saat membutuhkan proses perubahan sinyal dari analog ke digital seperti yang harus dilakukan jika memakai IC ADC eksternal. ATMega 8535 memiliki resolusi yang mencapai 10-bit dengan 8 chanel. ADC ini bekerja dengan teknik successive approximanition. Rangkaian internal ADC ini memiliki catu daya tersendiri yaitu pin AVCC. Tegangan AVCC harus sama dengan VCC +/- 0.3 V. AVCC terdapat pada pin 30, sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal input ADC untuk resolusi 8-bit (256) adalah : Kode Digital = (Vinput / Vref ) x 256. 2.2. LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menampilkan huruf, angka atau simbol-simbol tertentu. Tipe LCD yang sering digunakan adalah LCD 16 x 2 (16 kolom 2 baris) dan LCD 20 x 4 (20 kolom 4 baris). Dalam pengoperasian LCD ada tiga buah line control, yaitu line EN, line RS, dan line RW. Jika LCD dioperasikan sebagai mode 4 bit, maka diperlukan 7 buah line (3 line control dan 13
4 data bus). Sedangkan jika dioperasikan sebagai 8 mode bit diperlukan 11 buah line (3 line control dan 8 data bus). Berikut adalah gambar nyata dari LCD 16x2 : Gambar 2.5. Bentuk Nyata LCD 16x2 Untuk lebih mudah melihat susunan serta pin pin pada LCD dapat dilihat pada tabel 2.1 dibawah ini : Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD 16x2 : No. Pin Nama Fungsi 1. Vss Ground 2. Vdd Positif Supply 3. Vee Contrast 4. Rs Register select 5. R/W Read/Write 6. EN Enable 7-14 D0-D7 Data Bus 14
15 Anade 16 Katode Tegangan positif backlight Tegangan negatife backlight Pin 1 dan 2 merupakan line power supply. Pin Vdd terhubung dengan positive supply (5V dc), dan Vss dengan 0V supply atau ground. Pin 3 (Vee) adalah pin control yang digunakan untuk mengatur ketajaman karakter yang tampil di LCD. Pin terhubung dengan resistor variable, pin 4 adalah line RS (Register Select). Saat RS low, data yang ada di data bus diperlakukan sebagai instruksi khusus seperti: clear screen, positioning cursor, dan lain-lain. Saat RS high, data yang ada di data bus diperlakukan sebagai karakter/teks yang kemudian ditampilkan ke LCD. Pin 5 adalah R/W (Read Write). Saat R/W low, data (instruksi/karakter) ditulis ke LCD, sedangkan saat R/W high, digunakan untuk membaca data karakter atau status informasi pada register LCD. Read status informasi busy flag menggunakan DB7 sebagai indikator. Jika DB7 high, maka operasi internal sedang berlangsung sehingga belum boleh mengirim instruksi/karakter selanjutnya, sampai saat DB7 low. Pin 6 adalah line EN (enable). Line kontrol ini digunakan untuk memberi informasi pada LCD bahwa sedang mengirimkannya suatu data dengan melakukan transisi dari 1-0. 15
2.3. Sensor Suhu DS18B20 Salah satu sensor suhu yang digunakan adalah sensor DS18B20 yang dikeluarkan oleh Dallas Semiconductor. DS18B20 merupakan sensor suhu yang telah memiliki keluaran digital sehingga tidak diperlukannya rangkaian ADC dan proporsional dengan suhu pada orde derajat Celcius. Bentuk fisik dari DS18B20 dapat terlihat pada gambar 2.7, device ini mempunyai tiga kaki yang terdiri dari GND yaitu ground, DQ untuk data masukan atau data keluaran dan VDD untuk daya device. Salah satu keunggulan lain yaitu device ini tidak memerlukan daya dari luar, daya dapat di ambil langsung oleh device ini dari kaki DQ atau kaki untuk data, istilah lainnya yaitu parasite power. Bentuk contoh rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 2.7., jika DS18B20 yang kita gunakan sedikit kita bisa menggunakan pendayaan dari luar, melalui kaki VDD, rangkaiannya juga dapat dilihat pada gambar 2.7. Namun jika device yang kita pasangkan berjumlah banyak baiknya kita menggunakan parasite power. Daya yang dibutuhkan sensor ini berkisar antara 3.0 V sampai 5.5 V. Gambar 2.6. Sensor suhu DS18B20 16
Pada gambar 2.6 adalah gambar dan struktur sebenarnya DS18B20 akan tetapi agar bisa berkomunikasi dengan mikrokontroler diperlukan resisitor tambahan pada pin keluaran (DQ), untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini : Gambar 2.7. Blok diagram daya external pada DS18B20 DS18B20 menggunakan 1-wire bus protokol eksklusif yang menerapkan bus komunikasi menggunakan satu sinyal kendali. Garis kendali memerlukan strong pull-up resistor karena semua device dihubungkan melalui 3-state atau port open drain (pin DQ). Dalam sistem bus ini, mikrokontroler mengidentifikasi dan melakukan pengalamatan device pada bus menggunakan kode 64-bit yang unik. Karena masing-masing device memiliki suatu kode unik, maka banyaknya device yang dapat dialamatkan pada suatu bus. 17
Spesifikasi Mempunyai Tengangan keluaran 3.0V to 5.5V Tingkat akurasi ±0.5 C pada range -10 C to +85 C Dapat digunakan antara -55-125 C (-67 F - +257 F) 9 to 12 bit dapat digunakan Mempunyai tipe 1-Wire interface- Hanya memerlukan satu pin untuk komunikasi Unique 64 bit ID burned into chip 3 wires interface: VCC, GND, DATA ( DQ) Harga yang relatife cukup mahal 2.4. Sensor Suhu LM 35DZ Sensor suhu LM35DZ adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35DZ yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35DZ memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35DZ juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. 18
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan dari sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µa hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (selfheating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC. Gambar 2.8. Gambar dan Struktur LM35DZ IC LM 35DZ sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mv / C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mv. IC LM 35DZ ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai kurang lebih satu 1/4ºC pada temperatur ruang. Jangka sensor mulai dari 55 C sampai dengan 150 C. Tegangan keluaran pada LM35 ini terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 derajad 19
celcius. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 derajad Celcius.Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajad Celcius Pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0,3V (300mV).LM35DZ memiliki Spesisifikasi sebagai berikut: Di kalibrasi langsung dalam celsius Memiliki faktor skala linear + 10.0 mv/ C Memiliki ketetapan 0,5 C pada suhu 25 C Jangkauan maksimal suhu antara -55 C sampai 150 C Bekerja pada tegangan catu daya 4 sampai 30Volt Memiliki arus drain kurang dari 60 uamp Pemanasan sendiri yang lambat ( low self-heating) Ketidak linearanya hanya sekitar ±¼ C Memiliki Impedansi keluaran yang kecil yaitu 0,1 watt untuk beban 1 mamp. Harganya cukup murah Sensor LM35DZ bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100 C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.0,1 C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat 20
IC LM35DZ sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mv / C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mv. 21