BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Motor DC dan Motor Servo 2.1.1. Motor DC Motor DC berfungsi mengubah tenaga listrik menjadi tenaga gerak (mekanik). Berdasarkan hukum Lorenz bahwa jika suatu kawat listrik diberi tegangan, maka akan menimbulkan arus listrik, yang jika diletakkan ke dalam suatu medan magnet akan menghasilkan gaya. Berdasarkan macamnya Motor DC terbagi menjadi tiga macam yaitu: a) Motor DC shunt b)motor DC Seri c) Motor DC Kompond 2.1.2. Motor Servo Dalam dunia robotika, tentu kita tidak asing mendengar istilah motor servo, Motor servo atau lebih singkat di sebut Servo adalah Sebuah alat yang terdiri dari Motor DC, Gear Box dan Driver control yang terpadu menjadi satu. Itu sebabnya banyak yang menggunakan tipe motor ini untuk pembuatan robot berkaki atau sejenis. Gambar 2.1 berikut adalah contoh motor Servo DC. Gambar 2.1. Motor Servo DC Di pasaran ada berbagai macam tipe servo berdasarkan dari putaran sudutnya yaitu tipe servo 180 0 dan 360 0 (Continues rotation), sedangkan berdasarkan dari 4
5 tipe signal yang di gunakan terdapat servo analog dan servo digital. Namun yang umum di sering kita jumpai yaitu tipe servo 180 0 dan 360 0 Prinsip kerja Motor DC Servo adalah suatu alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Magnit permanent motor DC Servo mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh magnet permanent dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan (lihat Gambar 2.2). Gambar 2.2. Diagram Rangkaian Motor servo DC Pada motor DC Servo ini, ada tiga komponen utama, yaitu: 1. Armatur 2. Magnet Permanen 3. Komutator Gambar 2.3. Konstruksi motor DC
6 Prinsip kerja motor didasarkan pada peletakan suatu konduktor dalam suatumedan magnet, hal ini terlihat pada Gambar 2.3. Pembahasan mengenai prinsip aliran medan magnit akan membantu kita memahami prinsip kerja dari sebuah motor. Jika suatu konduktor dililitkan dengan kawat berarus maka akan dibangkitkan medan magnit berputar. Kontribusi dari setiap putaran akan merubah intensitas medan magnit yang ada dalam bidang yang tertutup kumparan. Dengan cara inilah medan magnit yang kuat terbentuk. Tenaga yang digunakan untuk mendorong flux magnit tersebut disebut Manetomotive Force MMF). Flux magnet digunakan untuk mengetahui seberapa banyak flux pada daerah disekitar koil atau magnit permanent. Medan magnit pada motor DC Servo dibangkitkan oleh magnit permanent, jadi tidak perlu tenaga untuk membuat medan magnit. Flux madan magnit pada stator tidak dipengaruhi oleh arus armature. Oleh karena itu, kurva perbandingan antara kecepatan dengan torsi adalah linier. Pada prinsipnya jika sebuah penghantar dilalui arus listrik, Ia, ia akan menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Kemudian bilamana penghantar ini ditempatkan dalam induksi magnetic B, akan memperoleh gaya FB. besarnya gaya yang ditimbulkan sebanding dengan arus listrik Ia dan panjang penghantar L yang memotong induksi magnetik B. atau biasa dinyatakan dengan persamaan, Induksi magnetik, Fb=B. I. L Medan magnet pada motor servo dibangkitkan oleh magnet permanent, jadi tidak perlu tenaga untuk membuat medan magnet. Fluks pada medan stator tidak dipengaruhi oleh arus dari motoroleh karena itu, kurva perbandingan antara kecepatan dengan torsi adalah linear. Model dasar rangkaian motor servo :
7 Gambar 2.4. Rangkain dasar Motor Servo 2.2 Port USB 2.2.1 Mengenal Port USB USB ialah port yang sangat diandalkan saat ini dengan bentuknya yang kecil dan kecepatan datanya yang tinggi. Anda dapat menghubungkan hingga 127 produk usb dalam 1 komputer. USB versi 1.1 mendukung 2 kecepatan yaitu mode kecepatan penuh 12Mbits/s dan kecepatan rendah 1.5 Mbits/s. USB 2.0 mempunyai kecepatan 480Mbits/s yang dikenal sebagai mode kecepatan tinggi. Saat ini transfer data menggunakan port USB sudah semakin marak, port USB menjadi pilihan utama karena ukuran yang ringkas dan kecepatan transfer data yang cukup besar. Sebagai perbandingan, Bus PCI saat ini mendukung transfer data hingga 132 MB/s, dimana AGP (pada 66MHz) mendukung hingga 533 MB/s. AGP dapat melakukan ini karena kemampuannya untuk mentransfer data pada ujung naik dan turun detak 66MHz.
8 2.2.2. Fungsi USB Suatu piranti USB dapat dikatakan sebagai sebuah alat transceiver ( pengirim sekaligus penerima ) Baik host maupun USB itu sendiri. Sebuah istilah baru di perkenalkan, yakni USB function yang maksudnya adalah peralatan USB yang memilki kemampuan khusus. Seperti printer, scanner, modem, dan lainlainnya. 2.3 Mikrokontroller AVR 2.3.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR Blok sistem mikrokontroler AVR dapat kita lihat seperti pada Gambar 2.5. Gambar 2.5. Blok sistem mikrokontroler AVR
9 Salah satu seri mikrokontroler AVR yang banyak menjadi andalan saat ini adalah tipe ATtiny2313 dan ATmega8535. Seri ATtiny2313 banyak digunakan untuk sistem yang relatif sederhana dan berukuran kecil. Berikut adalah feature-feature mikrokontroler seri ATtiny2313. Kapasitas memori Flash 2 Kbytes untuk program Kapasitas memori EEPROM 128 bytes untuk data Maksimal 18 pin I/O 8 interrupt 8-bit timer Analog komparator On-chip oscillator Fasilitas In System Programming (ISP) Gambar 2.6. Konfigurasi pin ATtiny2313 Sedangkan ATmega8535 banyak digunakan untuk sistem yang kompleks, memiliki input sinyal analog, dan membutuhkan memori yang relatif lebih besar. Berikut adalah feature-feature mikrokontroler seri ATmega8535. Memori Flash 8 Kbytes untuk program Memori EEPROM 512 bytes untuk data Memori SRAM 512 bytes untuk data
10 Maksimal 32 pin I/O 20 interrupt Satu 16-bit timer dan dua 8-bit timer 8 channel ADC 10 bit Komunikasi serial melalui SPI dan USART Analog komparator 4 I/O PWM Fasilitas In System Programming (ISP) Berikut gambar arsitektur memori map mikrokontroller AVR : Gambar 2.7. Memory Map Mikrokontroller AVR 2.3.2. Fungsi Pin-Pin Pada Mikrokontroller AVR IC mikrokontroler dikemas (packaging) dalam bentuk yang berbeda. Namun pada dasarnya fungsi kaki yang ada pada IC memiliki persamaan. Gambar salah satu bentuk IC seri mikrokontroler AVR ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.8.
11 Gambar 2.8. Konfigurasi kaki IC seri mikrokontroler AVR ATmega8535 Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki pinnya. a) Port A Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter. b) PortB Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1
12 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.1 berikut. Tabel 2.1. Fungsi khusus pin-pin pada port B dari AVR ATmega8535 Port Pin Fungsi Khusus PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 T0 = timer/counter 0 external counter input T1 = timer/counter 0 external counter input AIN0 = analog comparator positive input AIN1 = analog comparator negative input SS = SPI slave select input MOSI = SPI bus master output / slave input MISO = SPI bus master input / slave output SCK = SPI bus serial clock c) PortC Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2.
13 d) PortD Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsifungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.2 berikut. Tabel 2.2. Fungsi khusus pin-pin pada port D dari AVR ATmega8535 Port Pin PD0 PD1 RDX (UART input line) TDX (UART output line) Fungsi Khusus PD2 INT0 ( external interrupt 0 input ) PD3 INT1 ( external interrupt 1 input ) PD4 PD5 PD6 PD7 OC1B (Timer/Counter1 output compareb match output) OC1A (Timer/Counter1 output comparea match output) ICP (Timer/Counter1 input capture pin) OC2 (Timer/Counter2 output compare match output) e) RESET RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.
14 f) XTAL1 XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit. g) XTAL2 XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier. h) AVcc Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter. i) AREF AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus dibeikan ke kaki ini. j) AGND AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki anlaog ground yang terpisah.