PERANCANGAN HARDWARE JAM DIGITAL DENGAN SISTEM KALENDER BERBASIS MIKROKONTROLLER DS1307 TUGAS AKHIR DIAN SAIFUL RAMADHAN NUR TANJUNG 072408030 PROGRAM STUDI DIPLOMA III FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PERANCANGAN HARDWARE JAM DIGITAL DENGAN SISTEM KALENDER BERBASIS MIKROKONTROLLER DS1307 TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya DIAN SAIFUL RAMADHAN NUR TANJUNG 072408030 PROGRAM STUDI DIPLOMA III FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PERNYATAAN PERANCANGAN HARDWARE JAM DIGITAL DENGAN SISTEM KALENDER BERBASIS MIKROKONTROLLER DS1307 TUGAS AKHIR Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 7 Agustus 2010 DIAN SAIFUL RAMADHAN NUR TANJUNG 072408030
PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, dengan limpahan berkatnya penyusunan tugas akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yaitu kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 2. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 3. Ibu Dra. Justinon, M.Si, selaku Sekretaris Program Studi D-III Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 4. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan kepercayaan penuh pada penulis untuk menyempurnakan tugas akhir ini. 5. Dosen, staff dan pegawai di Program Studi D-III Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 6. Teristimewa kedua orangtua penulis Ayahanda S.Tanjung dan Ibunda N.A.Zai yang telah banyak memberikan dukungan doa dan moril maupun materil.
Kepada Kakak dan Adik (Kak Titin, Kak Aril, Dek Ricky, Dek Idul dan Dek Intan) atas perhatian, motivasi dan doanya. 7. Lia Murti Tirtayasa yang telah banyak membantu dan memberi dukungan serta pemikiran kepada penulis. 8. Teman-teman di Kos-kosan Gg.Sipirok, khususnya (Putta The Gil, Marvel Margukguk, Nasrul, Isman) atas dukungan semangat dan doanya. 9. Teman-teman seperjuangan FIN 07, khususnya GORGOM 07 (Taufik Pasaribu dan Yatim Ibrahimovic) yang telah banyak memberi dukungan semangat dan kerja sama selama masa perkuliahan. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
ABSTRAK Untuk mengatur waktu aktifitas sehari-hari agar berjalan sesuai rutinitas yang diinginkan seseorang, maka sering kali diperlukan alat bantu sebagai pengingat waktu, berupa jam digital yang dilengkapi dengan kalender. Tugas akhir ini merancang bangun jam digital menggunakan IC Real Time Clock yang dilengkapi dengan menggunakan mikrokontroller ATMega8-L sebagai pengendali waktu saat ini dan kalender untuk menampilkan tanggal, bulan dan tahun saat ini. Dalam sistem ini IC Real Time Clock (RTC) DS1307 sebagai masukan waktu ke mikrokontroller dan seven segment sebagai penunjuk waktu (jam dan menit) dan kalender (tanggal, bulan dan tahun). Waktu yang menjadi acuan dalam jam digital diatur pada awal penggunaan jam digital ini ke dalam IC RTC melalui tombol tekan dan mikrokontroller akan mengambil data waktu tersebut pada alamat memori tertentu. Berdasarkan hasil pengujian, mulai dari set waktu dan set tampilan kalender dapat dikendalikan oleh mikrokontroller. Secara keseluruhan sistem ini dapat berfungsi sesuai dengan rancangan.
DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Halaman ii iii iv vi vii x xii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah 1 1.2. Rumusan Masalah 2 1.3. Tujuan Penulisan 2 1.4. Batasan Masalah 3 1.5. Sistematika Penulisan 3 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Perangkat Keras 5 2.1.1. Real Time Clock (RTC) DS1307 5
2.1.1.1. Komunikasi Serial Antar IC (I 2 C/TWI) 7 2.1.1.2. Prinsip Komunikasi I 2 C 7 2.1.1.3. Pengalamatan 7-bit I 2 C/TWI 8 2.1.1.4. Defenisi-defenisi Kondisi Bus 9 2.1.1.5. Mode Pengoperasian Transfer Data 10 2.1.1.6. Mode Operasi RTC DS1307 melalui I 2 C/TWI 11 2.1.1.7. Peta Alamat (Address Map) RTC DS1307 14 2.1.1.8. Jam dan Kalender 14 2.1.1.9. Register Kontrol (Control Register) 16 2.1.2. Mikrokontroller ATMega8L 17 2.1.2.1. Konstruksi ATMega8L 18 2.1.2.2. Pin-pin pada Mikrokontroller ATMega8L 20 2.1.3. Menentukan Lamanya Satu Detik 21 2.1.3.1. Menentukan Satu Detik Menggunakan Osilator Kristal 22 2.1.3.2. Menentukan Satu Detik Pada Mikrokontroller 24 2.1.4. Mikrokontroller AT89C2051 27 2.1.4.1. Pin-Pin Pada Mikrokontroller AT89C2051 28 2.1.5. IC 4094 30 2.1.6. Seven Segment 32 2.2. Perangkat Lunak 34 2.2.1. Pemrograman Bahasa C 34 2.2.1.1. Bentuk Dasar Program C 34 2.2.1.2. Pengenal 35 2.2.1.3. Tipe Data 36 2.2.1.4. Variabel Bertanda (Signed) dan Tak Bertanda (Unsigned) 38 2.2.1.5. Pengarah Preprosesor 38 2.2.1.6. Pernyataan 39 2.2.1.7. Fungsi Pustaka 39 2.2.1.8. Pernyataan IF 40
2.2.1.9. Pernyataan Switch 41 2.2.1.10. Memanggil Assembler 42 2.2.2. Bahasa Assembly MCS-51 43 2.2.3. Code Vision AVR 47 2.2.4. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator 49 2.2.5. Software Downloader 50 BAB 3 PERANCANGAN ALAT 3.1. Diagram Blok Rangkaian 51 3.2. Sistem Kerja Rangkaian 51 3.3. Perancangan Power Supply (PSA) 52 3.4. Rangkaian Mikrokontroller ATMega8L 53 3.5. Perancangan Driver 54 3.6. Perancangan Display Seven Segment 54 BAB 4 ANALISA RANGKAIAN 4.1. Pengujian Rangkaian Power Supply 57 4.2. Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega8L 58 4.3. Pengujian Rangkaian Driver 58 4.4. Pengujian Rangkaian Display Seven Segment 58 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 60 5.2. Saran 61 DAFTAR PUSTAKA 62 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram pin RTC DS1307 6 Gambar 2.2 Block diagram DS1307 7 Gambar 2.3 Prinsip komunikasi serial bus I 2 C 8 Gambar 2.4 Proses transfer data pada I 2 C 11 Gambar 2.5 Data write-slave receiver mode 12 Gambar 2.6 Data read-slave transmitter mode 13 Gambar 2.7 IC mikrokontroller ATMega8L 20 Gambar 2.8 Skema penentuan detik, menit dan jam 22 Gambar 2.9 Rangkaian skematik untuk menentukan suatu detik menggunakan kristal osilator 50 khz 24 Gambar 2.10 Pembangkitan clock 1 MHz di port 1 pin 0 26 Gambar 2.11 Pembangkitan clock 500 khz 26 Gambar 2.12 Pin IC Mikrokontroller AT89C2051 28 Gambar 2.13 Diagram fungsi register 31 Gambar 2.14 Diagram pin IC 4094 31 Gambar 2.15 Tampilan seven segment 32
Gambar 2.16 Konfigurasi seven segment tipe common anoda 32 Gambar 2.17 Konfigurasi seven segment tipe common katoda 33 Gambar 2.18 Programmer setting 48 Gambar 2.19 Software 8051 editor, assembler, simulator 49 Gambar 2.20 ISP-Flash programmer 50 Gambar 3.1 Diagram blok rancangan jam digital dengan sistem kalender 51 Gambar 3.2 Rangkaian power supply 52 Gambar 3.3 Sistem minimum ATMega8L 53 Gambar 3.4 Rangkaian Driver 54 Gambar 3.5 Rangkaian skematik display seven segment 55 Gambar 3.6 Rangkaian Jam dan Menit 55 Gambar 3.7 Rangkaian Tanggal, Bulan dan Tahun 56
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Peta alamat RTC DS1307 15 Tabel 2.2 Register kontrol (control register) 16 Tabel 2.3 Rate select (RS1, RS0) 16 Tabel 2.4 Jumlah intruksi NOP yang di sisipkan dan frekuensi clock keluaran 27 Tabel 2.5 Fungsi masing-masing pin port 3 mikrokontroller AT89S2051 29 Tabel 2.6 Tipe data 36 Tabel 4.1 Konversi angka desimal ke heksadesimal 59