BAB II LANDASAN TEORI Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem. Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu sistem. Dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya. Pengetahuan yang mendukung perencanaan dan realisasi alat meliputi Arduino Nano, IC NE555, LCD dan program. 1. Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan sebuah komputer dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler merupakan salah satu pengembangan yang penting dalam bidang elektronik sejak penemuan mikroprosesor. Sebagian besarperangkat elektronik sekarang ini memiliki mikrokontroler pada bagian intinya. Mikrokontroler dioptimalkan untuk mengendalikan input saja atau output saja. Pada umumnya, mikrokontroler memiliki kemampuan komputansi yang rendah jika dibandingkan dengan prosesor yang digunakan oleh komputer multimedia. Mikrokontroler juga membutuhkan daya yang lebih rendah dibanding prosesor lainnya dan lebih mudah berinteraksi dengan dunia fisik melalui sirkuit input yang disebut sensor dan sirkuit output yang disebut aktuator. 5
Pengetahuan tentang perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software) diperlukan untuk memahami mikrokontroler. Hal ini dikarenakan kedua komponen tersebut merupakan dasar dari kerja mikrokontroler. Dalam sebuah mikrokontroler biasanya terdapat ROM (Read-Only Memory), RAM (Random-Access Memory), portkeluaran/masukan (I/O) dan beberapa komponen pendukung (peripheral) seperti: pencacah/pewaktu, ADC (Analog-to-Digital Converter), DAC (Digital-to-Analog Converter) dan port komunikasi serial. Pada umumnya, mikrokontroler terdiri dari 3 komponen utama yaitu: ALU (Arithmetic Logic Unit) untuk melakukan perhitungan data, sekumpulan pengingat (register) untuk memegang data pengguna dan unit pengendali yang mengatur aliran data dari pengingat (register) ke AL.Berdasarkan komponen yang terdapat dalam mikrokontroler, dapat dikatakan mikrokontroler unggul dalam hal kecepatan akses dibandingkan mikroprosesor. Hal ini dikarenakan sudah tersedianya unit memori dalam serpih (chip)yang sama. Akan tetapi, kemampuan menyimpan data mikrokontroler, baik di ROM maupun RAM, lebih sedikit. Hal ini dapat disiasati dengan penambahan unit memori luar. 1.1 Sejarah mikrokontroler Mikrokontroler dikembangkan dari mikroprosesor. Berikut ini sejarah perkembangan teknologi mikroprosesor dan mikrokontroler. Tahun 1617, John Napier menemukan system untuk melakukan perkalian dan pembagian berdasarkan logaritma. 6
Tahun 1694, Gottfriend Wilhelm Leibniz membuat mesin mekanik yang dapat melakukan operasi +, -, *, /, dan akar kuadrat. Tahun 1835, Charles Babbage mengusulkan computer digital pertama didunia menggunakan punched card untuk data dan instruksi, serta program control dengan unit aritmatika dan unit penyimpanan. Tahun 1850, George Booble mengembangkan symbolic logic termasuk operasi binary (AND, OR, dll). Tahun 1946, von Neumann menyarankan bahwa instruksi menjadi kode numerik yang disimpan pada memori. Computer dan semua desain mikrokontroler didasarkan pada komputer Von Neumann. Tahun 1948, transistor ditemukan. Dengan dikembangkan konsep software. Pada tahun 1948 mulai adanya perkembangan hardware penting seperti transistor. Tahun 1959, IC (Intergrated Circuit) pertama dibuat. Tahun 1971, intel 4004 dibuat, yang merupakan mikroprosesor pertama. Terdiri dari 2250 transistor. Kemudian intel membuat intel 8008, mikroposesor 8 bit. Semakin besar ukuran bit berarti mikroposesor dapat memproses lebih banyak data. Tahun 1972, TMS 1000, buatan Texas Instrumen, mikrokontroler pertama yang dibuat. Tahun 1974, beberapa pabrikan IC menawarkan mikroprosesor dan pengendalian menggunakan mikroprosesor yang ditawarkan pada saat itu yaitu 8080, 8085, Motorola 6800, signetics 6502, Zilog z80, dan Texas Instruments 9900 (16 bit). 7
Tahun 1978, mikroprosesor 16 bit menjadi lebih umum digunakan yaitu Intel 8086, Motorola 68000 dan Zilog Z8000. Sejak saat itu pabrik mikroprosessor terus mengembangkan mikroprosessor dengan berbagai keistimewaan dan arsitektur. Mikroprosessor yang dikembangkan termasuk mikroprosessor32 bit seperti intel Pentium, Motorola Dragon Ball, dan beberapa mikrokontroler yang digunakan ARM core. 2. Arduino Arduino adalah sebuah platform open source yang banyak digunakan untuk membuat proyek-proyek elektronika. Arduino terdiri dari dua bagian utama, yaitu hardware dan software. Hardware Arduino adalah sebuah papan sirkuit fisik (mikrokontroler), sedangkan software Arduino adalah sebuah perangkat lunak atau IDE (Integrated Development Environment) yang berjalan pada komputer. Arduino IDE digunakan untuk menulis dan meng-upload kode dari komputer ke papan sirkuit fisik (mikrokontroler). Tidak seperti kebanyakan papan sirkuit pemrograman sebelumnya, Arduino tidak lagi membutuhkan perangkat keras terpisah (disebut programmer atau downloader) untuk meng-upload kode baru ke dalam mikrokontroler. Arduino hanya membutuhkan kabel USB untuk meng-upload kode tersebut ke mikrokontroler. Selain itu, bahasa pemrograman yang digunakan arduino lebih mudah. Arduino menggunakan bahasa pemrograman C dengan versi yang telah disederhanakan. Hal ini lah yang membuat penggunaan Arduino sangat populer. Terdapat banyak jenis papan Arduino yang dapat digunakan dengan tujuan berbeda. Beberapa papan memiliki spesifikasi yang berbeda, 8
namun sebagian besar Arduino memiliki komponen utama yang sama. Pada rancang bangun pintu otomatis dua arah ini, penulis akan menggunakan Arduino Nano. 2.2 Arduino Nano Arduino nano merupakan papan mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino nano memiliki 14 digital pin input/output (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, 16 MHz resonator keramik, koneksi USB Mini-B, sebuah header ICSP dan sebuah tombol reset. Pin sendiri adalah tempat untuk menghubungkan kabel untuk membuat suatu rangkaian atau titik-titik pada papan yang dihubungkan dengan sejumlah kabel penghubung. Gambar : 2.1 Arduino Nano Spesifikasi pada Arduino Nano adalah sebagai berikut: Mikrokontroler : ATmega328 Tegangan Operasi : 5V Tegangan Input (rekomendasi) : 7-12 V Tegangan Input (batas) : 6-20 V 9
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM) Pin Analog input : 8 Arus DC per pin I/O : 40 ma Flash Memory : 32 KB dengan 2 KB digunakan untuk bootloader SRAM : 2 KB EEPROM : 1 KB Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz 3. Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya jumlah getaran (gelombang / putaran / prulangan) dalam satuan waktu. Untuk memperhitungkan frekuensi, harus menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa.dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika jerman heinrich Rudolf hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frkuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali gelombang per detik. Secara alternative, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/peristiwa, lalu memperhitungkan frekuensi (ƒ) dengan menggunakanrumus 1 : F = 1/T (1) Konsep frekuensi positif dan negatif dapat yang sederhana seperti roda yang berputar satu cara lain. Sebuah nilai ditandatangani baik frekuensi menunjukan kecepatan dan arah rotasi. Tingkat dinyatakan dalam satuan seperti 10
revolusi (alias siklus) per detik (hertz) atau radian / detik (di mana 1 siklus sesuai dengan radian). 3.1 Perioda Perioda berhubungan erat sekali dengan frekuensi. Periode didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 buah getaran (gelombang / putaran / perulangan). Satuan perioda adalah detik, dengan symbol untuk perioda adalat T. Perioda adalah waktu yang diperlukan untuk 1 panjang gelombang atau sering dinyatakan dalam rumus 2 : T = 1 / f (detik) (2) 3.2 Panjang Gelombang Panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola gelombang. Dalam sebuah gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak.: Perioda yang dinyatakan dalam satuan panjang tersebut disebut Panjang Gelombang dengan satuan meter dan symbol. Berbeda dengan perioda maka besarnya Panjang gelombang jika dihubungkan dengan frekuensi adalah tergantung pada kecepatan rambatan cahaya dalam ruang hampa. Persamaan panjang gelombang dinyatakan oleh rumus 3 :..(3) Dimana: λ = panjang gelombang dalam meter c = kecepatan cahaya dalam m/det = 3 Meter / detik f = frekuensi dalam detik 3.3 Multivibrator 11
Multivibrator adalah rangkaian yang dapat dihasilkan sinyal kontinyu, yang digunakan sebagai pewaktu dari rangkaian-rangkaian digital sekuensial. Dengan input clock yang dihasilkan oleh sebuah multivibrator, rangkaian seperti counter, shift register maupun memory dapat menjalankan fungsinya dengan benar. Multivibrator digunakan untuk menghasilkan tegangan AC gigi-gergaji atau gelombang-persegi, untuk membangkitkan frekuensi dasar dengan banyak hermonik, dan untuk menimbulkan tegangan untuk menyalakan dan memadamkan rangkaian elektronik gerbang atau sakelar. Berdasarkan bentuk sinyal output yang dihasilkan, ada 3 macam multivibrator: a. Multivibrator bistable : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (eternal source) pada salah satu dari dua state digital. Ciri khas dari multivibrator ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilai tertentu, sampai ada trigger kembali yang mengubah ke nilai yang berlawanan. SR Flip-flop adalah contoh multivibrator bistable. b. Multivibrator astable : adalah oscillator free running yang bergerak di dua level digital pada frekuensi tertentu dan duty cycle tertentu. c. Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot, menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar. 12
4. LCD (Liquid Crystal Display) LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan Kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan berbagai bidang misalnya alat-alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar computer. Pada postingan aplikasi LCD yang digunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Pada LCD berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixe!) yang terdiri dari satu buah Kristal cair sebagai suatu titik cahaya. Walaupun disebut sebagai titik cahaya, namun Kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah: Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris Mempunyai 192 karakter tersimpan Terdapat karakter generator terprogram Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit Dilengkapi dengan back light. 13
Nama Keterangan No.Pin 1 GND Graound 2 VCC +5v 3 VEE Contras 4 RS Register Select 5 RW Read/Write 6 E Enable 7-14 D0-D7 Data Bit 0-7 15 A Anoda (Back Light) 16 K Katoda (Back Light) 14