15 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroler AT89C2051 2.1.1 Deskripsi Mikrokontroler AT89C2051 Mikrokontroler jenis AT89C2051 adalah sebuah CMOS mikrokomputer 8-bit bervoltase rendah yang memiliki performa tinggi dengan 2 Kilo byte Flash Programmable Eraseable Read Only Memory(PEROM). Perangkat ini dihasilkan oleh teknologi high density nonvolatile memory techonology yang terus dikembangkan pabrik ATMEL. 2.1.2 Fasilitas Mikrokontroler AT89C2051 Dimana Fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89C2051 adalah sebagai berikut: 1. Memiliki 2 Kbytes Flash PEROM 2. 128x8 bit Byte Internal RAM 3. Memiliki 15 programable I/O lines 4. Memiliki dua buah bit 16 bit Timer/Counter 5. Mempunyai channel UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 6. Memiliki Analog Comparator 7. Memiliki 5 sumber interrupsi 2.1.3 Deskripsi Pin AT89C2051
16 Mikrokontroler AT89C2051 memiliki 20 pin, 15 pin diantaranya adalah directional I/O yang terbagi dalam 2 port. Berikut adalah penjelasan dari konfigurasi dari pin-pin AT89C2051, yaitu: Gambar 2.1.1 IC Mikrokontroler AT89C2051 1. Vcc (pin 20), merupakan pin supply tegangan sebesar +5 volt. 2. GND (pin 10), merupakan pin tegangan referensi 0 volt (ground). 3. RST (pin1), sebagai masukan reset, yaitu jika pada saat diberi tegangan +5 volt, maka seluruh isi dari internal memory dan register-register yang dimiliki AT89C2051 akan kembali ke kondisi reset. Program Counter dari IC tersebut berada pada alamat 0000H. Jika dihubungkan dengan ground, maka AT89C2051 akan beroperasi sesuai dengan program yang telah diisi di dalam internal ROM atau external ROM. 4. XTAL1 (pin 5), sebagai masukan ke invertingoscillator amplifier dan masukan ke external clock operating circuit. 5. Port 1 (pin port P1.0 sampai P1.7), merupakan port yang berfungsi sebagai port I/O dengan 8 bit bidirectional. Port pin P1.2 samapi P1.7 menyediakan internal pullup. Sedangkan pada port pin P1.0 dan P1.1 membutuhkan external pullup. Pin P1.0 dan P1.1 juga bertindak sebagai input positif(ain0) dan input negatif(ain1), pada suatu precision comparatoe analog. Port1 juga menerima code data pada waktu flash
17 programming dan program verification. Ouput port1 mempunyai kemampuan buffer sink 20 ma dan dapat langsung mendrive LED. 6. Port 3 (pin port P3.0 samapi P3.7), merupakan port yang berfungsi sebagai port I/O dengan 7 bit bidirectional yang juga dilengkapi dengan internal pullup. Pada port P3.6 tidak dapat diterima sebagai suatu general purpose pin I/O dan P3.6 adalah hard-wired suatu inputan untuk keluaran pada on-chip comparator. Output port 3 mempunyai kemampuan buffer sink 20 ma. Port 3 juga melayani fungsi-fungsi lain yang terdapat pada mikrokontroler AT89C2051, antara lain: Port Pin Alternate Functions P3.0 RxD (serial input port) P3.1 TxD (serial output port) P3.2 INT0 (external interrupt 0) P3.3 INT1 (external interrupt 1) P3.4 T0 (timer 0 external input) P3.5 T1 (timer 1 external input) Tabel 2.1.3 Fungsi alternatif Port 3
18 Gambar 2.1.2 Blok Diagram Mikrokontroler AT89C2051 2.1.4 Prinsip Kerja Mikrokontroler AT89C2051 IC AT89C2051 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 Xtal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 mikro-farad dan resirstor 10 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Xtal dengan frekuensi maksimum 24 Mhz dan 2 kapasitor 30 pico-farad dipakai untuk melengakapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja microcontroller.
19 Mikrokontroler memerlukan 2 macam memori yang berbeda sifatnya, yaiu: 1. Read Only Memory(ROM), yang isinya tidak akan berubah meskipun IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan pprogram. Begitu di-reset, microcontroller akan langsung bekerja dengan program dalam ROM tersebut. Dalam susunan MCS51, memori penyimpan program ini disebut Memori Program. 2. Random Access Memory (RAM), yang isinya akan hilang begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakainuntuk menyimpan data disebut Memori Data. Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89C2051 adalah Flash PEROM. Program untuk mengendalikan microntroller diisikan ke memori lewat bantuan alat yang dinamakan AT89C2x51. Memori Data yang disediakan Chip AT89C2051 sebesar 128 byte. Sarana Input/Output yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89C2051 mempunyai 17 jalur Input/Output paralel. Jalur Input/Output paralel ini dikenal sebagai Port 1(P1.0 sampai P1.7) dan Port 3(P3.0 sampai P3.5 dan P3.7). AT89C2051 sudah dilengkapi dengan UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) yang biasa dipakai dalam komunikasi secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. Oleh karena itu, jika sarana UART ini dipakai maka P1.0 dan P1.1 tidak llagi bisa dipakai untuk jalur input/output paralel. Timer 0 dan Timer 1 masing-masing adalah untaian pencacah biner 16 bit di dalam chip yang dipakai sebagai sarana input/output yang bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini dapat berasal dari oscilator kristal atau clock yang
20 diumpankan dari luar lewat T0 dan T1. T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5 sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0 dan T1 dipakai. AT89C2051 mempunyai 5 sumber pembangkit interupsi, 2 diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi, 3 sumber interupsi lainnya berasal dari sarana komnukasi data seri dan sistem Timer 0 dan Timer 1. Port 1, Port 2, UART, Timer 0, dan Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Funcion Register (SRF). Program untuk mengendalikan kerja microcontroller disimpan dalam memori program. Program pengendali tersebut merupakan kumpulan instruksi kerja microcontroller. Sepanjang microcontroller bekerja, instruksi tersebut byte demi byte diambil ke CPU dan selanjutnya dipakai untuk mengatur kerja microcontroller. Proses pengambilan instruksi dari memori program disebut sebagai fetch cycles dan saat CPU melaksanakan insruksi disebut sebagai execute cycles. Semua microcontroller maupun mikroprosesor dilengkapi sebuah register yang berfungsi khusus mengatur fetch cycles. Register tersebut dinamakan Program Counter. Nilai Program Counter secara otomatis akan bertambah satu setiap kali selesai mengambil 1 byte isi memori program. Sehingga isi memori program dapat secara berurutan diumpankan ke CPU.
21 2.2. Sensor PIR (Passive Infra Red) 2.2.1 Pengenalan Sensor PIR PIR (Passive Infra Red)merupakan sebuah sensor berbasiskan infra red.akan tetapi,tidak seperti sensor infra red kebanyakan yang terdiri dari LED infra merah dan fototransistor.pir tidak memancarkan apapun seperti LED Inframerah.Sesuai dengan namanya Passive,sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya.benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia. Gambar 2.2 Bentuk fisik sensor PIR
22 2.2.2 Fungsi Pin Sensor PIR Berikut ini adalah susunan pin / kaki dari pin-pin Sensor PIR yaitu; Sensor PIR Port Control O / P Pin 4 ( l1 ) V+ Pin 1 ( VCC ) GND Pin 2 ( GND ) Tabel 2.2 Fungsi Pin Sensor PIR 2.2.3 Bagian-bagian dari Sensor PIR 1. Fresnel Lens Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama. Namun kini, lensa Fresnel pada mobil telah ditiadakan diganti dengan lensa plain polikarbonat. Lensa Fresnel juga berguna dalam pembuatan film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi juga karena intensitas cahaya yang relative konstan diseluruh lebar berkas cahaya.
23 2. IR Filter IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja. 3. Pyroelectric sensor Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas. Material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energy panas yang dibawa oleh infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell. 4. Amplifier Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.
24 5. Comparator Seterlah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh comparator sehingga mengahasilkan output. 2.2.4 Cara Kerja Sensor PIR Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia,hal ini disebabkan karena adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif.ir Filter mampu menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif antara 8 µm sampai 14µm, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 µm sampai 10 µm ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor.misalnya ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran sinar inframerah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari linngkungan sehingga menyebabkan material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar inframerah pasif tersebut.kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga menghasilkan output. Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka sensor PIR akan menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh manusia tersebut. Panjang gelombang yang konstan ini menyebabkan energi panas yang dihasilkan dapat digambarkan hampir sama pada kondisi lingkungan disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan, maka tubuh manusia itu akan menghasilkam pancaran sinar inframerah pasif dengan panjang gelombang yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang menyebabkan sensor merespon dengan cara menghasilkan arus pada material Pyroelectricnya dengan besaran yang berbeda beda. Karena besaran yang berbeda inilah comparator menghasilkan output.
25 Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output apabila sensor ini dihadapkan dengan benda panas yang tidak memiliki panjang gelombang inframerah antar 8 sampai 14 mikrometer dan benda yang diam seperti sinar lampu yang sangat terang yang mampu menghasilkan panas, pantulan objek benda dari cermin dan suhu panas ketika musim panas. Gambar 2.2 Diagram Kerja Sensor PIR 2.3 Relay Relay adalah sebuah saklar magnetic yang biasanya menggunakan medan magnet dan sebuah kumparan untuk membuka atau menutup satu atau beberapa kontak saklar pada saat relay dialiri arus listrik. Pada dasarnya relay terdiri dari sebuah lilitan kawat yang terlilit pada suatu inti besi dari besi lunak berubah menjadi magnet yang menarik atau menolak suatu pegas sehingga kontak pun menutup atau membuka. Relay mempunyai anak kontak yaitu NO (Normally open) dan NC (Normally Close). listrik hingga mencapai batas maksimalnya Relay
26 merupakan rangkaian yang bersifat elektronis sederhana dan tersusun oleh ; - Saklar - medan elektromagnet (kawat koil) - poros besi Cara kerja komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik melalui koil,lalu membuat medan magnet sekitarnya merubah posisi saklar sehingga menghasilkan arus listrik yang lebih besar. Disinilah keutamaan komponen sederhana ini yaitu dengan bentuknya yang minimal bisa menghasilkan arus yang lebih besar. Komponen sederhana ini dalam perkembangannya digunakan (atau pernah digunakan) sebagai komponen dasar berbagai perangkat elektronika,lampu kendaraan bermotor,jaringan elektronik, televisi, radio, bahkan pada tahun 1930an pernah digunakan sebagai perangkat dasar komputer yang keberadaannya kini digantikan oleh mikroprosesor seperti IntelCorp.dan AMD. Semua itu karena pemakaian relay mempunyai Keuntungan yaitu ; - Dapat mengontrol sendiri arus serta tegangan listrik yang diinginkan - Dapat memaksimalkan besarnya tegangan - Dapat menggunakan baik saklar maupun koil lebih dari satu, disesuaikan dengan kebutuhan. 2.3.1 Prinsip Kerja Relay Relay akan bekerja bila kontak-kontak yang terdapat pada relay tersebut bergerak membuka dan menutup. Relay pada keadaan normaly open kontak kontaknya yang mempunyai posisi
27 tertutup pada saat relay tidak bekerja akan membuka setelah ada arus yang mengalir, sedangkan relay pada keadaan normaly close kontak-kontaknya yang mempunyai posisi terbuka pada relay tidak bekerja akan menutup setelah ada arus yang mengalir, banyaknya kontak-kontak dimana jangkar dapat melepas atau menyambung lebih dari satu kontak sekaligus, oleh karena itu relay yang dijual dipasaran ada yang membuka atau menutup lebih banyak kontak sekaligus 2.3.2 Konstruksi Relay Simbol relay yang ada jenis DPDT (Double pole Double Throw) dan SPDT (single pole double throw). Pole adalah kontak yang bergerak, sedangkan throw adalah kontak diam. NC (normally-closed) menunjukkan bahwa kontak tersebut pada keadaannya normal (relay- off) terhubung dengan pole. Sedangkan NO (normally-opened) pada keadaan normalnya tidak terhubung dengan pole. Relay yang baik mempunyai resistansi isolasi yang tinggi, sehingga tegangan yang tinggi pada peralatan tidak menggangu kerja dari rangkaian pengendali. Ada dua jenis relay yang bisa didapat yaitu inputnya bekerja pada arus searah dan yang bekerja pada arus bolakbalik. Pada umumnya relay yang digunakan pada rangkaian / sistem elektronika adalah yang bekerja pada tegangan DC.