UNIVERSITAS BINA NUSANTARA Jurusan Sistem Komputer Program Studi Sistem Digital Skripsi Sarjana Komputer Semester Ganjil 2006 / 2007 PERANCANGAN MODUL DENGAN PENGATURAN GRAYSCALE PADA DOT MATRIX (PROTOTYPE) Antoni (0700725392) Hendry (0700727851) Hery Budianto (0700713253) Abstrak Penelitian ini merancang sebuah modul dengan pengaturan grayscale pada Dot Matrix. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat module prototype Color LED Display yang menghasilkan tampilan dengan kedalaman warna grayscale dan satu warna. Metode penelitian ini menggunakan metode analisis dan perancangan. Dalam metode analisis, penelitian ini menganalisa bagaimana menggunakan teknik PWM (Pulse Width Modulation). Dalam metode perancangan, penelitian ini merancang module dan hubungan antar modul agar dapat menampilkan tampilan grayscale sesuai dengan inputan. Hasil Penelitian yang dicapai adalah sistem komunikasi yang menggunakan protokol SPI, sistem yang mengatur tampilan grayscale dengan tingkat kedalaman warna 8-bit dan refresh rate 100Hz Kata Kunci : grayscale, PWM, Dot Matrix, refresh-rate - iv -
PRAKATA Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih, berkat dan karunia- Nya yang telah membimbing dan menguatkan hati penulis dalam menyusun dan menyelesaikan Skripsi yang berjudul Perancangan Modul dengan Pengaturan Grayscale pada Dot Matrix (PROTOTYPE), sebagai tugas akhir dan prasyarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan (S1) di Jurusan Sistem Komputer Universitas Bina Nusantara. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan serta dukungan moral. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak, terutama kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Gerardus Polla, M.App.Sc, selaku Rektor Universitas Bina Nusantara yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat menimba ilmu dalam jurusan Sistem Komputer Universitas Bina Nusantara. 2. Bapak Ir. Sablin Yusuf, M.Sc, M.Comp.Sc selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat menimba ilmu dalam jurusan Sistem Komputer Universitas Bina Nusantara. 3. Bapak Wiedjaja, S.Kom, M.Kom, selaku dosen pembimbing dan Ketua Jurusan Sistem Komputer yang telah mengorbankan waktu dan tenaganya untuk membimbing materi, memberikan petunjuk, saran, kritik dan ide selama pembuatan skripsi ini. - v -
4. Bapak Robby Saleh, S.Kom, selaku Sekretaris Jurusan Sistem Komputer Universitas Bina Nusantara yang telah menyumbangkan banyak ide, saran dan kritik. 5. Bapak Endra S.Kom M.T, selaku Kepala UPT Perangkat Keras yang telah memberikan banyak dukungan moral, saran dan bantuan selama penyusunan skripsi. 6. Bapak Rudy Susanto, S.kom, selaku Kepala Bengkel Universitas Bina Nusantara dan pengurus Lab LitBang Sistem Komputer (BENGKEL) yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah banyak menyediakan waktu fasilitas, ide, saran, kritik serta dorongan selama penyusunan skripsi. 7. Segenap dosen dan staff Jurusan Sistem Komputer yang telah memberikan bimbingan dan pengajaran selama kami membina ilmu di Universitas Bina Nusantara. 8. Kedua Orang Tua, kakak dan adik penulis yang telah membesarkan, mendidik, memberi kesempatan kepada kami untuk belajar di perguruan tinggi, memberikan motivasi, dorongan, serta material dalam proses penyusunan skripsi ini. 9. Segenap Asisten dan staff UPT Perangkat Keras yang telah memberikan dukungan moral, saran dan bantuan selama pembuatan skripsi. 10. Segenap teman-teman Jurusan Sistem Komputer yang telah banyak membantu selama penulisan skripsi ini. - vi -
Tak ada gading yang tak retak, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun terhadap skripsi ini dari rekan-rekan pembaca sangat dibutuhkan agar dapat membuat skripsi ini lebih baik. Akhir kata, penulis merasa sangat bersyukur apabila skripsi ini dapat bermanfaat dan berguna bagi kepentingan orang banyak. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca serta dapat dikembangkan ke arah yang lebih sempurna. Jakarta, Januari 2007 Penulis - vii -
DAFTAR ISI Halaman Judul Luar...i Halaman Judul Dalam...ii Halaman Pengesahan... Error! Bookmark not defined. Abstrak...iv PRAKATA...v DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR...xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN...xiv BAB I PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang...1 1.2. Ruang Lingkup...1 1.3. Tujuan dan Manfaat...2 1.3.1. Tujuan...2 1.3.2. Manfaat...2 1.4. Metodologi Penelitian...2 1.5. Sistematika Penulisan...3 BAB II LANDASAN TEORI...4 2.1. Light-emitting Diode (LED)...4 2.1.1. Karakteristik LED...5 2.2. Multiplexing pada LED Matrix...5 2.3. Pulse Width Modulation (PWM)...7 - viii -
2.4. Kontrol Brightness dengan PWM Dimming...8 2.5. Sumber Arus...8 2.5.1. Sumber Arus Konstan Transistor Sederhana...9 2.6. VHDL...11 2.7. CPLD...11 2.8. Serial Peripheral Interface (SPI)...12 2.9. AVR...13 2.9.1. AVR ATMEGA 8515...14 BAB III PERANCANGAN SISTEM...18 3.1. Perancangan Perangkat Keras...18 3.1.1. Modul CPLD...18 3.1.2. Sumber Data...27 3.1.3. Modul Display...28 3.2. Perancangan Perangkat Lunak...30 BAB IV IMPLEMENTASI DAN EVALUASI...34 4.1. Implementasi Hardware dan Software...34 4.2. Cara Pengoperasian...35 4.2.1. AVR...35 4.2.2. Modul CPLD...36 4.2.3. Modul Display...41 4.3. Evaluasi...43 4.3.1. Evaluasi Kecepatan...43 4.3.2. Evaluasi fps...47 4.3.3. Evaluasi Kapasitas...48 - ix -
4.3.4. Evaluasi Duty-cycle...49 4.3.5. Evaluasi Constant Current...53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...57 5.1. Kesimpulan...57 5.2. Saran...58 DAFTAR PUSTAKA...59 RIWAYAT HIDUP...60 LAMPIRAN-LAMPIRAN - x -
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ragam bentuk LED...4 Gambar 2.2 Multiplexing pada Common-Row Anode...6 Gambar 2.3 Sinyal PWM dalam berberapa duty-cycle...8 Gambar 2.4 Simbol Sumber Arus...9 Gambar 2.5 Sumber Arus Konstan Menggunakan Transistor...9 Gambar 2.6 Arsitektur CPLD...12 Gambar 2.7 SPI Timing Diagram dengan CPHA=0...13 Gambar 2.8 SPI Timing Diagram dengan CPHA=1...13 Gambar 2.9 Konfigurasi Pin AVR ATMEGA 8515...15 Gambar 2.10 Gambar arsitektur AVR ATMEGA 8515...17 Gambar 3.1 Rancangan Utama Sistem...18 Gambar 3.2 Rancangan Modul CPLD...19 Gambar 3.3 Diagram Alir Modul CPLD...24 Gambar 3.4 Gambar rangkaian modul Display...28 Gambar 3.5 Converter tegangan...28 Gambar 3.6 Current Sink...29 Gambar 3.7 Diagram Alir AVR...31 Gambar 4.1 Rancangan Utama Sistem...34 Gambar 4.2 Rancangan CPLD...37 Gambar 4.3 Contoh penerapan Scanning dan PWM pada modul Display (1)...39 Gambar 4.4 Contoh penerapan Scanning dan PWM pada modul Display (2)...40 Gambar 4.5 Rancangan Modul Display...41 - xi -
Gambar 4.6 Rancangan converter tegangan...41 Gambar 4.7 Rancangan current sink...42 Gambar 4.8 Output PWM dengan data 255...49 Gambar 4.9 Output PWM dengan data 192...50 Gambar 4.10 Output PWM dengan data 128...50 Gambar 4.11 Output PWM dengan data 32...50 Gambar 4.12 Grafik perbandingan data dengan duty-cycle...52 Gambar 4.13 Grafik salah satu output ROW pada modul CPLD...52 Gambar 4.14 Gambar rangkaian pengukuran arus dengan input tetap (steady)...54 Gambar 4.15 Gambar rangkaian pengukuran arus dengan input dari modul CPLD...55 Gambar 4.16 Grafik perbandingan data PWM dengan arus yang dihasilkan...56 - xii -
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Perbandingan refresh-rate dengan frekuensi counter...44 Tabel 4.2 Tabel refresh-rate hasil (tanpa pengiriman data)...45 Tabel 4.3 Tabel refresh-rate hasil (dengan pengiriman data)...46 Tabel 4.4 Tabel durasi maksimum sesuai FPS...49 Tabel 4.5 Tabel hubungan data dengan duty-cycle...51 Tabel 4.6 Tabel hubungan jumlah baris dengan duty-cycle...53 Tabel 4.7 Tabel hubungan R2 dengan arus yang dihasilkan...53 Tabel 4.8 Tabel hasil pengukuran arus dengan input tetap (steady)...54 Tabel 4.9 Tabel hasil pengukuran arus dengan input dari modul CPLD...55 - xiii -
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A GAMBAR RANGKAIAN CONVERTER TEGANGAN UNTUK LED UKURAN 8X8... LA-1 GAMBAR RANGKAIAN CONSTANT CURRENT SINK UNTUK LED UKURAN 8X8... LA-2 GAMBAR SKEMATIK AVR ATMEGA8515L... LA-3 LAMPIRAN B LISTING PROGRAM AVR ATMEGA8515L... LB-1 LAMPIRAN C DATABOOK...LC - xiv -