BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Perangkat Keras 2.1.1 Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontroler dan mikrokomputer hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat alat bantu dan mainan yang lebih canggih. Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan PC yang harus dipasang disamping atau dibelakang mesin permainan yang bersangkutan. Selain sistem tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan sistem telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu sistem pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu sistem akuisisi data sekaligus sistem pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolahan kata, pengolahan angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer RAM dan ROM-nya besar. Sedangkan pada mikrokontroler ROM dan RAM-nya terbatas. Pada mikrokontroler AT89S51 ROM atau flash PEROM berukuran 2 kilo byte, sedangkan RAM-nya berukuran 128 byte. Mikrokontroler AT89C51/52 mempunyai 40 kaki, 32 kaki diantaranya adalah untuk keperluan port paralel. Satu port paralel terdiri dari 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah port, yang masing-masing dikenal sebagai port 0, port 1, port 2, port 3. Data dapat dengan mudah dimasukkan diolah dan dikeluarkan dari port-port tersebut dengan instruksi-instruksi yang sederhana Secara umum arsitektur mikrokontroler AT89C51/52 seperti pada blok gambar dibawah ini, Mikrokontroler 89C51 adalah mikrokontroler dengan arsitektur MCS51 seperti 8031 dengan memori Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory) 2.1.2 Konstruksi AT89S51 Gambar 2.1 diagram blok mikrokontroler
Mikrokontroler AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 mikrofarad dan resistor 10 kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 pikofarad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscillator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program. Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara manual, program diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programable-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Jenis memori yang dipakai untuk Memori Program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Output yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Output paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0 P1.7) dan Port 3 (P3.0 P3.7).
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmitter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P3.0 dan P3.1 di kaki nomor 10 dan 11, sehingga kalau sarana input/output yang bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator Kristal atau clock yang diumpan 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. AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua 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. Port 1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Speciall Function Register (SFR). 2.1.3 SFR (Register Fungsi Khusus) pada keluarga 51 Tidak semua alamat pada SFR digunakan, alamat alamat yang tidak digunakan diimplementasikan pada chip. Jika dilakukan usaha pembacaan pada alamat alamat yang tidak terpakai tersebut akan menghasilkan data acak dan penulisannya tidak menimbulkan efek sama sekali. Penggunaan perangkat lunak sebaiknya jangan menuliskan 1 pada lokasi lokasi tak bertuan tersebut, karena dapat digunakan untuk mikrokontroler generasi selanjutnya.dengan demikian,nilai nilai reset atau nonaktif dari bit bit baru ini akan selalu 0 dan nilai aktifnya 1. Akumulator ACC atau akumulator yang menempati lokasi E 0h digunakan sebagai register untuk penyimpanan data sementara, dalam program, instruksi mengacunya sebagai register A (bukan ACC). Digunakan dalam Operasi Aritmatik (Add A,#05H), Operasi Logika (Anl A,#05H), Akses Memori Eksternal (Movx A,@DPTR)dan digunakan untuk fungsi umum.
Register B Register B (lokasi D 0h) digunakan selama operasi perkalian dan pembagian, untuk instruksi lain dapat diperlakukan sebagai register scratch pad ( papan coretcoret ) lainnya. Program status word (PSW) Register psw (lokasi D 0h) mengandung informasi status program. Stack Pointer Register SP atau Stack pointer (lokasi 8 1h) merupakan register dengan panjang 8-bit, digunakan dalam proses simpan menggunakan instruksi PUSH dan CALL. Walau Stack bisa menempati lokasi dimana saja dalam RAM, register SP akan selalu diinisialisasikan ke 07h setelah adanya reset, hal ini menyebabkan stack berawal di lokasi 08h. Data pointer Register data pointer atau DPTR mengandung DPTR untuk byte tinggi (DPH) dan byte rendah (DPL) yang amsing masing berada dilokasi 83h dan 82h, bersama sama membentuk register yang mampu menyimpan alamat 16-bit. Dapat dimanipulasikan sebagai register 16-bit atau ditulis dari/ke port, untuk masing masing Port 0, Port 1, Port 2 dan Port 3. Serial data Buffer SBUF atau serial Data Buffer (lokasi 99h) sebenarnya terdiri dari dua register yang terpisah, yaitu register penyangga pengirim (transmit buffer ) dan penyangga penerima (receive buffer). Pada saat data disalin ke SBUF, maka data sesungguhnya dikirim ke penyangga pengirim dan sekaligus mengawali transimisi data serial. Sedangkan pada saat data disalin dari SBUF, maka sebenarnya data tersebut berasal dari penyangga penerima.
Time Register Pasangan register (TH0, TL0) dilokasi 8Ch dan 8Ah (TH1,TL1) dilokasi 8Dh dan 8Bh serta (TH2,TL2) dilokasi CDh dan CCh merupakan register register pencacah 16-bit untuk masing masing Timer 0, Timer 1 dan Timer 2. Capture register Pasangan register (RCAP2H, RCAP21) yang menempati lokasi CBh dan CAh merupakan register capture untuk mode Timer 2 capture. Pada mode ini, sebagai tanggapan terjadinya suatu transisi sinyal di kaki (pin) T2EX (pada AT89S52/55), TH2 dan TL2 disalin masing masing ke RCAP2H dan RCAP2L. timer 2 juga memiliki mode isi ulang otomatis 16-bit dan RCAP2H serta RCAP2L digunakan untuk menyimpan nilai isi-ulang tersebut. Kontrol Register Register register IP, IE, TMOD, TCON,T2CON,T2MOD,SCON dan PCON berisi bit bit control dan status untuk sistem interupsi, pencacah/pewaktu dan port serial. Berikut ini merupakan spesifikasi dari IC AT89S51 : 1. Kompatible dengan produk MCS-51 2. Empat Kbyte In-Sistem Reprogammable Flash Memory 3. Daya tahan 1000 kali baca/tulis 4. Tegangan kerja 4,0 volt sampai 5,5 volt 5. Fully Static Operation : 0 Hz sampai 33 MHz 6. Tiga level kunci memori program 7. 128 x 8 bit RAM internal 8. 32 jalur input/output (I/O) 9. Dua 16 bit Timer/Counter 10. Enam sumber interrupt 11. Jalur serial dengan UART 2.1.4 Gambar IC Mikrokontroler AT89S51 Gambar IC mikrokontroler AT89S51 ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah ini:
Gambar 2.2. IC Mikrokontroler AT89S51 Deskripsi pin pin pada mikrokontroler AT89S51 : Vcc (Pin 40) suplai tegangan GND (pin 20) Ground Port 0 (Pin 39 Pin 32) Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun penerima kode byte pada saat flash programming. Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash programming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program. Port 2 (pin 21 Pin 28) Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengelurkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink ke keempat buah input TTL. Port 3 (pin 10 pin 17) Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pull-up. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing masing, yaitu sebagai berikut :
Table 2.1 Fungsi pin pada Port 3 Nama pin Fungsi P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) INT0 (interrupt 0 eksternal) P.3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1) P3.6 (pin 16) WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori) RST (Pin 9) Reset akan aktif dengan meberikan input high selama 2 cycle. ALE/PROG (Pin 30) Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input program (PROG) selama memprogram Flash. PSEN (Pin 29) Program store enable digunakan untuk mengakses memori program eksternal. EA (Pin 31) Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal. Pada saat flash programming, pin ini akan mendapat tegangan 12 volt. Xtal1 (Pin 19) Input untuk clock internal Xtal2 (Pin 18) Output dari oscillator.
Konfigurasi pin AT89S51 berbentuk kemasan DIP (Dual In-line Package). mikrokontroler dipacu pada frekuensi 12 MHz dengan memasang rangkaian osilator dengan kristal 12 MHz melalui kapasitor 33 pf pada kaki 18 (XTAL 1) dan kaki 19 (XTAL 2). Osilator yang digunakan adalah rangkaian osilator yang sudah terdapat pada mikrokontroler,dan hanya menambahkankristal dan kapasitor sebagai penentu frekuensi yang digunakan. Kristal yang digunakan adalah 12 Mhz. Karena Frekuensi Kristal = 12MHz T = 1/f T = 1/12MHz = 8,333333333-8 T= 8,333333333-8 x 1000000 = 0,083333333 µdetik sehingga satu periode gelombang kotak adalah : satu periode =0,083333333/2 = 0,04166 µdetik 2.2 Perangkat Lunak 2.2.1 Instruksi Instruksi AT89S51 Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51 merupakan jumlah instruksi, pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Dari instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10 instruksi, instruksi tersebut adalah : 1. Instruksi MOV Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung. Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h Perintah diatas berarti : isikan nilai 20 heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung MOV 20h,#80h MOV R0,20h
Perintah diatas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 heksadesimal ke register 0 (R0). Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat. 2. Instruksi DJNZ Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh, MOV R0,#80h Loop: DJNZ R0,Loop R0-1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya. 3. Instruksi ACALL Instruksi ini berfungsi untuk memangggil suatu rutin tertentu. Contoh :. ACALL TUNDA. TUNDA :.. 4. Instruksi RET Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh : ACALL TUNDA. TUNDA:. RET
5. Instruksi JMP (JUMP) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh: Loop:.. JMP Loop 6. Instruksi JB (JUMP IF BIT) Instruksi ini merupakan perintah untuk melompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh : Loop: JB P1.0,Loop 7. Instruksi JNB (JUMP IF NOT BIT) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika low (0). Contoh : Loop: JNB P1.0,Loop 8. Instruksi CJNE (COMPARE JUMP IF NOT EQUEL) Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh : Loop: CJNE R0,#20h,loop Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h, maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya.
9. Instruksi DEC (DECREMENT) Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1. contoh : MOV R0,#20h R0 = 20h.. DEC R0 R0 = R0 1. 10. Instruksi INC (INCREMENT) Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh: MOV R0,#20h R0 = 20h. INC R0 R0 = R0 + 1. 2.2.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator. Gambar 2.3. 8051 Editor, assembler, simulator
Setelah program selesai ditulis, kemudian di save dan kemudian di assembler (dicompile). Pada saat di assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan,itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi. Software ini berfungsi untuk mengubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroler. 2.2.3 Software Downloader Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler digunakan software ISP-Flash Programer 3.0a yang dapat di download dari internet. Tampilannya seperti gambar di bawah ini. Gambar 2.4 ISP-Flash Programmer 3.a Cara menggunakannya adalah dengan meng klik open file untuk mengambil file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051 IDE, kemudian klik write untuk mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroler.
2.3. KOMPONEN 2.3.1. Transistor Semua transistor memiliki 3 buah kaki sambungan atau terminal. Transistor daya rendah dibuat dengan kemasan dari bahan plastik atau logam. Dimana kemasan transistor yang terbuat dari plastik memiliki salah satu sisi permukaaan yang berbentuk datar, sedangkan yang terbuat dari logam memiliki sebuah tonjolan (tag) pada pinggiran bawah nya (rim). Fitur fitur ini dimaksudkan untuk membantu pemakai mengidentifikasikan kaki kaki terminal. Terminal terminal nya diberi label c, b, dan e yang merukan singkatan dari collector, basis dan emitor. Ada 2 jenis transistor berdasarkan arus inputnya (BJT) dan tegangan inputnya (FET). Berikut ulasan 2 transistor tersebut: 1. BJT (Bipolar junction Transistor) Transistor jenis ini merupakan transistor yang mempunyai 2 dioda, terminal positif dan negatife nya berdempet sehingga ada 3 terminal. Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. 2. FET (Field Effect Transistor) Transistor FET dibagi menjadi 2 macam, yaitu junction FET (JFET)dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal dengan sebutan metal oxide silikon FET (MOSFET). Berbeda dengan MOSFET terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semiconductor antara Source dengan drain). Dari sebuah fungsi, hal ini membuat N-chanel JFET menjadi sebuah versi solid state dari tabung vakum yang juga membentuk sebuah dioda antara grade dan katode. Untuk menggunakan sebuah BJT kita harus menyambungkan nya sedemikian rupa sehingga: 1. Terminal emitter BJT adalah terminal dengan polaritas paling negatife. 2. Terminal kolektor beberapa volt lebih positif dibandingkan terminal emitor.
3. Terminal basis lebih positif 0,7 volt atau sedikit lebih besar dari terminal emitor nya. Dengan kondisi kondisi ini kita dapat mengetahui bahwa : 1. Arus yang relatife kecil mengalir menuju basis. 2. Arus dengan nilai yang jauh lebih besar mengalir menuju kolektor. 3. Arus basis dan arus kolektor mengalir keluar dari transistor melalui emitor. Transistor sebagai switching Disamping sebagai penguat, transistor juga sering digunakan sebagai switching untuk mengontrol suatu beban dengan arus kecil,medium, atau arus besar dengan aplikasi aplikasi industri. Gambar 2.5 Transistor sebagai Switching Pada penggunaan transistor sebagai switching tegangan nol volt pada Vbe transistor jenis NPN berarti mengaktifkan transistor tersebut sebagai saklar dengan keadaan terbuka, sedangkan memberi tegangan 0,7 volt untuk transistor silikon dan 0,3 volt untuk transistor germanium pada Vbe transistor akan memfungsikan transistor itu sebagai saklar dengan keadaan tertutup. Sedangkan pada transistor jenis PNP tegangan nol justru akan membuat transistor tersebut bekerja sebagai saklar dalam keadaan tertutup. Pada keadaan transistor sebagai saklar tertutup maka arus Ic dari transistor itu akan mengalir melalui Rc melalui ground, sedangkan pada keadaan transistor sebagai saklar terbuka maka arus Ic akan tertahan sampai Rc saja.
2.3.2 LDR (light dependent resistor) Adalah jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap,nilai tahanannya semakin besar, sedangkan bila cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. Sebuah LDR terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Dalam gelap atau dibawah cahaya yang redup, bahan piringan hanya mengandung elektron bebas dalam jumlah yang relatife sangat kecil. Hanya tersedia sedikit elektron bebas untuk mengalirkan muatan listrik, hal ini berarti bahwa bahan bersifat sebagai konduktor yang buruk untuk arus listrik. Dengan kata lain nilai tahanan bahan sangat tinggi. Dibawah cahaya cukup terang,lebih banyak elektron dapat melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Dalam keadaan ini,bahan bersifat sebagai konduktor yang baik. Tahanan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, dan semakin rendah pula tahanan listrik bahan. Sensor Cahaya light dependent resistors (LDR) merupakan komponen elektronik yang peka terhadap pencahayaan. Jika mendapat cahaya terang maka nilai tahanannya mengecil sebesar (+ 250kΩ), jika mendapat cahaya yang gelap maka nilai tahanannya akan membesar sebesar (+ 1MΩ) atau bisa mencapai beberapa mega ohm. Gbr 2.6. Symbol LDR dan bentuk LDR
Gbr 2.7. Bentuk grafik LDR 2.3.3 Dioda Dioda merupakan sambungan bahan p-n yang berfungsi sebagai penyearah. Komponen ini memberikan resistansi yang sangat rendah terhadap aliran arus pada satu arah dan resistansi yang tinggi terhadap aliran arus, pada arah yang berlawanan. Karakteristik ini memungkinkan dioda untuk digunakan dalam aplikasi yang menuntut rangkaian untuk memberikan tanggapan yang berbeda sesuai dengan arah arus yang mengalir didalamnya. Sebuah dioda ideal akan melewatkan arus tak terhingga pada satu arah dan sama sekali tidak melewatkan arus pada arah yang sebaliknya. Sebagai tambahan, dioda akan mulai mengalirkan arus apabila tegangan terkecil sekalipun diberikan. Jika bahan semikonduktor tipe p dijadikan lebih positif daripada bahan tipe n melampaui nilai ambang tegangan majunya (sekitar 0,6 volt jika bahannya silikon dan 0,2 volt jika bahannya germanium). Dioda akan melewatkan arus dengan bebas. Jika sebaliknya, bahan tipe p dijadikan lebih negatife daripada bahan tipe n, tidak akan ada arus yang mengalir kecuali tegangan yang diberikan melebihi tegangan maksimum atau breakdown yang dapat diterima oleh perangkat. Bahan tipe p menjadi sisi katoda sedangkan bahan tipe n menjadi sisi anoda. Tanpa potensial eksternal, elektron-elektron dari bahan tipe n akan menyeberang ke dalam daerah tipe p dan mengisi sebagian dari hole-hole yang kosong. Tindakan ini akan mengakibatkan terbentuknya suatu daerah ditengah-tengah sambungan dimana
tidak terdapat pembawa muatan bebas. Zona ini dikenal dengan daerah serapan (deplesion religion). Dalam kondisi bias maju, dioda akan melewatkan arus dengan bebas, diode bertindak seperti sakelar yang tertutup. Dalam kondisi bias mundur, dioda melewatkan arus dalam jumlah yang dapat diabaikan,dioda bertindak seperti sebuah sakelar yang terbuka. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi bias maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi bias mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat bias maju dan menyumbat pada bias mundur), tetapi dioda mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Jenis-jenis dioda dibagi menjadi lima jenis berdasarkan fungsinya, yaitu : 1. Dioda penyearah Dioda yang difungsikan sebagai penyearah tegangan bolak balik menjadi tegangan searah dan biasanya digunakan pada rangkaian power supplay. 2. Dioda foto (fotovoltage) Digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik searah. 3. Dioda laser Digunakan untuk membangkitkan sinar laser tahap rendah, dan cara kerjanya mirip LED. 4. Dioda pemancar cahaya (LED) Adalah dioda yang memancarkan cahaya bila dipanjar maju. Led dibuat dari semikonduktor campuran seperti gallium arsenide fosfida (GaAsP),gallium fosfida (GAP), gallium indium fosfida dan gallium aluminium arsenide. Dioda pemancar cahaya menghasilkan cahaya ketika arus melewatinya. Led dapat digunakan sebagai indikator serba guna. Sebuah led membutuhkan arus sekitar 20mA untuk memancarkan cahaya dengan
kecerahan maksimum meskipun arus sekecil 5A pun masih bisa menghasilkan cahaya yang jelas nampak. Jatuh tegangan maju sebuah led rata-rata adalah 1,5volt, sehingga pasokan tegangan 2volt dapat menyalakan sebagian besar led dengan kecerahan maksimum. Sebuah led yang tipikal memiliki kemasan berbentuk kubah yang terbuat dari bahan plastik, dengan pinggiran yang menonjol (rim) pada bagian bawah kubah. Terdapat dua buah kaki terminal dibagian bawah kubah. Biasanya kaki katoda lebih pendek dari kaki anoda. Cara lain untuk membedakan kaki katoda dengan anoda adalah dengan memperhatikan bagian rim. Rim dibuat berbentuk datar pada sisi yang berdekatan dengan kaki katoda. 5. Dioda zener Dioda zener digunakan untuk regulasi tegangan 2.3.4 Relay Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Relay biasanya hanya sebuah kumparan akan tetapi memiliki beberapa kontak. Relay elektromekanis berisi kontak diam dan kontak bergerak yang dipasangkan pada plunger. Kontak ditujuk sebagai normaly open (NO) dan normaly close (NC). Kontak normaly open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menhantarkan arus atau diberi tenaga. Kontak normaly close akan tertutup ketika kumparan tidak diberi daya dan terbuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang nampak dengan kumparan yang tidak diberi daya. 2.3.5 Transformator (trafo) Transformator atau trafo adalah komponen yang digunakan untuk mentransfer sumber energi atau tenaga dari suatu rangkaian AC ke rangkaian lainnya. Perpindahan atau transfer energi tersebut bisa menaikkan atau menurunkan energi yang ditransfer, hal ini disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk menaikkan tegangan dibutuhkan transformator step-up dan untuk menurunkan tegangan dibutuhkan transformator step-
down. Tanpa transformator, distribusi daya listrik yang luas menjadi tidak praktis. Transformator dapat membangkitkan daya pada tegangan yang cocok, menaikkan sampai tegangan yang sangat tinggi untuk transmisi jarak jauh dan kemudian menurunkan pada distribusi yang praktis.prinsip kerja transformator didasarkan pada induksi bersama. Dimana induksi bersama terjadi ketika medan magnet disekitar satu penghantar memotong melintang penghantar yang lain, yang menginduksikan tegangan didalamnya. Efek ini dapat ditingkatkan untuk membentuk penghantar penghantar menjadi lilitan dan kumparan pada inti magnet bersama. Trafo daya biasanya menunjuk pada transformator yang lebih besar yang digunakan untuk merubah level tegangan dan arus untuk memenuhi persyaratan rangkaian. Sebagian besar transformator daya dirancang beroperasi pada frekuensi 50 Hz sampai dengan 60 Hz. Transformator ini berfungsi sebagai pensupply daya untuk mengubah tegangan jala jala menjadi tegangan lain yang dibutuhkan. Menurut pemakaiannya trafo dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu: 1. Trafo filter berfungsi memfilter atau menyaring sinyal. 2. Trafo MF biasa terdapat pada pesawat radio berfungsi sebagai kopel atau menghubungkan antar frekuensi. 3. Trafo daya atau trafo input/output digunakan untuk menyesuaikan impedansi. 2.3.6 Sensor Air Sensor air yang dibuat sebenarnya merupakan PCB yang jalurnya dirancang sedemikian rupa sehingga letak jalur-jalurnya rapat. Ketika air jauh ke atas sensor, maka resistor di basis transistor akan mendapat tegangan 5V. Hal ini akan menyebabkan transistor C945 akan aktif. Ketika transistor ini aktif, logika outputnya yang dihubungkan pada input IC 7408 (merupakan IC dengan 4 gerbang AND) akan menjadi 0. Sebaliknya ketika sensor air dalam keadaan kering, maka 5V tidak terhubung pada resistor di basis transistor. Sehingga basis transistor tidak mendapat tegangan. Hal ini menyebabkan transistor tidak aktif (transistor akan aktif bila tegangan di basisnya lebih besar dari 0,6V). Karena transistor ini tidak aktif, maka outputnya akan bernilai 1.
Keempat output dari sensor air ini dihubungkan ke sebuah IC 7408. Dengan demikian, ketika salah satu saja sensornya menghasilkan logika 0, maka ouput dari IC 7408 akan 0. Logika ini akan dikirimkan ke mikrokontroler untuk mengindikasikan adanya air pada sensor air. IC 7408 ini dapat menghemat penggunaan pin ada mikrokontroler dan mempermudah program yang dibuat. 2.3.7 IC (Integrated Circuit) IC adalah rangkain elektronik lengkap yang dimasukkan dalam 1 chip silikon. Didalam 1 buah Ic bisa berisi puluhan, ratusan bahkan ribuan komponen elektronika (transistor, diode, resistor, kapasitor dan lainnya) yang bersama sama sebagai penghantar listrik yang bekerjanya disesuaikan dengan fungsi IC tersebut. Berikut jenis IC dari segi bentuk dan fungsinya dalam peralatan elektronika. 1. IC power Adaptor atau regulator IC jenis ini digunkan sebagai komponen utama pada rangkaian power adaptor pada sub rangkaian regulator. Fungsi dari IC ini adalah untuk menstabilkan tegangan. 2. IC Digital IC digital merupakan IC yang banyak digunakan dalam elektronika. I jenis ini memiliki suatu titik elektronis yang berupa kaki IC. IC jenis ini memiliki dua keadaan logika, yaitu logika nol (rendah) atau logika satu (tinggi). Suatu titik elektronis mewakili satu binary digit atau biasa disingkat dengan bit. Binary berarti sistem bilangan yang mengenal dua angka yaitu nol dan satu. 2.3.8 Motor Stepper Motor stepper adalah motor listrik yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa digital, bukan dengan memberikan tegangan yang terus-menerus. Deretan pulsa diterjemahkan menjadi putaran shaft, dimana setiap putaran membutuhkan jumlah
pulsa yang ditentukan. Satu pulsa menghasilkan satu kenaikan putaran atau step, yang merupakan bagian dari satu putaran penuh. Oleh karena itu, perhitungan jumlah pulsa dapat diterapkan untuk mendapatkan jumlah putaran yang diinginkan. Perhitungan pulsa secara otomatis menujukkan besarnya putaran yang telah dilakukan, tanpa memerlukan informasi balik(feedback). Gbr 2.8. Putaran motor dengan satu pulsa Gbr 2.9. Putaran motor dengan banyak pulsa Ketepatan kontrol gerak motor stepper terutama dipengaruhi oleh jumlah step tiap putaran; semakin banyak jumlah step, semakin tepat gerak yang dihasilkan. Untuk ketepatan yang lebih tinggi, beberapa driver motor stepper membagi step normal menjadi setengah step(half step) atau mikro step. Pada motor stepper umumnya tertulis spesifikasi Np (= pulsa / rotasi). Sedangkan kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (= pulsa per second) dan kecepatan putar umumnya ditulis sebagai ω (= rotasi / menit atau rpm). Kecepatan putar motor stepper (rpm) dapat diekspresikan menggunakan kecepatan pulsa (pps) sebagai berikut. Oleh karena 1 rotasi = 360, maka tingkat ketelitian motor stepper dapat diekspresikan dalam rumus sebagai berikut.
Variable Reluctance (VR) motor stepper jenis ini memiliki bentuk rotor yang unik yaitu berbentuk silinder dan pada semua unitnya memiliki gerigi yang memiliki hubungan dengan kutub-kutub stator. Rotor pada magnet tipe ini tidak menggunakan magnet permanent. Stator terlilit oleh lilitan sehingga pada saat teraliri arus, stator akan menghasilkan kutub magnet. Jumlah gerigi pada rotor akan menentukan langkah atau step motor. Perbedaan motor stepper berjenis PM dengan VR yaitu motor berjenis VR memiliki torsi yang relatif lebih kecil dibanding dengan motor stepper berjenis PM. Hal lain yang dapat dilihat adalah sisa kemagnetan sangat kecil sehingga pada saat motor stepper tidak dialiri arus maka ketika diputar tidak ada torsi yang melawan. Sudut langkah motor stepper berjenis VR ini bervariasi yaitu sekitar sampai dengan 30. Motor stepper berjenis VR ini memiliki torsi yang kecil. Sering ditemukan pada printer dan instrumen-instrumen pabrik yang ringan yang tidak membutuhkan torsi yang besar. Gbr 2.10. Variable Reluctance Seperti pada gambar diatas, motor mempunyai 3 pasang kutub stator (A, B, C) yang diset terpisah 15 derajat. Arus dialirkan ke kutub A melalui lilitan motor yang menyebabkan tarikan magnetik yang menyejajarkan gigi rotor kekutub A. jika kita memberi energi kekutub B maka akan menyebabkan rotor berputar 15 derajat sejajar kutub B. proses ini akan berlanjut kekutub C dan kembali kekutub A searah dengan jarum jam.