Sensor Efek Hall LCD Liquid Crystal Display M1632 2x16

Dari grafik diatas terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan untuk suatu motor dc tertentu. dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran, dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan putaran motor. Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu: a. Stall torque,, menunjukkan titik pada grafik dimana torsi maksimum ,tetapi tidak ada putaran pada motor. b. No load speed,,menunjukkan titik pada grafik dimana terjadi kecepatan putaran maksimum,tetapi tidak ada beban pada motor

2.3 Sensor Efek Hall

Piranti sensor efek hall Efek Hall menghasilkan tegangan keluaran yang ditimbulkan karena medan magnet. Sensor efek hall pertama kali ditemukan pada tahun 1879 oleh Edward H.Hall. Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah magnet diletakkan tegak lurus terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan konduktor. Tegangan yang muncul ini disebut dengan tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus dan kuat medan magnet. Dengan demikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat medan magnet. Vout Bahan semikonduktor Magnetik fluk elektron Gambar 2.8 Tranduser Efek Hall menggunakan sebuah keping semikonduktor Bila arus mengalir mengalir melalui bahan semikonduktor, tegangan emf ialah dihasilkan di antara sisi yang lain pada keping semikonduktor tersebut. Kemudian jika terdapat hubungan magnet melalui keping semikonduktor, akan dihasikan tegangan Universitas Sumatera Utara yang sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet melewati bahan semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron bergerak menyebar kepusat keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan Hall, umumbya sebesarr 10 milivolt. Penerapan sensor efek hall di industri biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan putaran obyek yang bergerak. Setiap kali medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa keluaran keping semikonduktor yang dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putaran motor tersebut.

2.4 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah singel chip yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan dirancang khusus untuk aplikasi kontrol serta dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas IO pada satu chip. Mikrokontroler merupakan satu hasil dari kemampuan komputasi yang sangat cepat dengan bentuk yang sangat kecil dan harga yang yang murah. Mukrokontroler terus berkembang dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan pasar terhadap alat-alat elektronik dengan perangkat cerdas, cepat sebagai pengontrol dan pemroses data.

2.4.1 Mikrokontroler ATMega 8535

Mikrokontroler AVR Alf and Vegard’s Risc processor dari Atmel ini menggunakan arsitektur RISC Reduced Instruction Set Computer yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC Complex Instruction Set Computer. Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar belum tentu sederhana, sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan 2 siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal. Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan langsung pada sistemnya. Universitas Sumatera Utara Sekarang ini, AVR dapat dikelompokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, keluarga AT90CAN, keluarga AT90PWM dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam pembuatan alat ini, digunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATmega yaitu ATmega8535.

2.4.2 Arsitektur ATMega 8535

Mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur-fitur utama, seperti berikut. 1. Saluran IO sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga unit TimerCounter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kbytes dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial. Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi Atmel dengan 8 KByte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan 512 Bytes Internal SRAM. AVR ATMega8535 memiliki seluruh fitur yang dimiliki AT90S8535. Selain itu, konfigurasi pin AVR ATMega8535 juga kompatibel dengan AT90S8535. Diagram blok arsitektur ATmega8535 ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Terdapat sebuah inti prosesor processor core yaitu Central Processing Unit, di mana terjadi proses pengumpanan instruksi fetching dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU Arithmatic and Logic Unit. Universitas Sumatera Utara Tedapat empat buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan sebagai masukan maupun keluaran. Media penyimpan program berupa Flash Memory, sedangkan penympan data berupa SRAM Static Ramdom Access Memory dan EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory . Untuk komunikasi data tersedia fasilitas SPI Serial Peripheral Interface, USART Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter , serta TWI Two-wire Serial Interface. Di samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC Analog Comparator, 8 kanal 10-bit ADC Analog to Digital Converter, 3 buah TimerCounter, WDT Watchdog Timer, manajemen penghematan daya Sleep Mode, serta osilator internal 8 MHz. Seluruh fitur terhubung ke bus 8 bit. Unit interupsi menyediakan sumber interupsi hingga 21 macam. Sebuah stack pointer selebar 16 bit dapat digunakan untuk menyimpan data sementara saat interupsi. Gambar 2.9 Blok Diagram dan Arsitektur ATMega 8535 Universitas Sumatera Utara Mikrokontroler ATmega8535 dapat dipasang pada frekuensi kerja hingga 16 MHz maksimal 8MHz untuk versi ATmega8535L. Sumber frekuensi bisa dari luar berupa osilator kristal, atau menggunakan osilator internal. Keluarga AVR dapat mengeksekusi instruksi dengan cepat karena menggunakan teknik “memegang sambil mengerjakan” fetch during execution. Dalam satu siklus clock, terdapat dua register independen yang dapat diakses oleh satu instruksi.

2.4.3 Konfigurasi PIN

Secara umum deskripsi mikrokontroler ATMega 8535 adalah sebagai berikut: Gambar 2.10 Konfigurasi pin ATMega 8535  VCC power supply  GND ground  Port A PA7..PA0 Port A berfungsi sebagai input analog pada AD Konverter. Port A juga berfungsi sebagai suatu Port IO 8-bit dua arah, jika ADKonverter tidak digunakan. Pin - pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up yang dipilih untuk masing-masing bit.Port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetrisdengan keduanya Universitas Sumatera Utara sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pinPA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pin – pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.  Port B PB7..PB0 Port B adalah suatu Port IO 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up yang dipilih untuk beberapa bit. Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port B yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan. Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.  Port C PC7..PC0 Port C adalah suatu Port IO 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up yang dipilih untuk beberapa bit. Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan. Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.  Port D PD7..PD0 Port D adalah suatu Port IO 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up yang dipilih untuk beberapa bit. Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan. Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Universitas Sumatera Utara  RESET Reset input  XTAL1 Input Oscillator  XTAL2 Output Oscillator AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan AD Konverter  AREF adalah pin referensi analog untuk AD konverter.

2.4.4 Stack Pointer

Stack pointer merupakan suatu bagian dari AVR yang berguna untuk menyimpan data sementara, variabel lokal, dan alamat kembali dari suatu interupsi ataupun subrutin. Stack pointer diwujudkan sebagai dua unit register, yaitu SPH dan SPL. Saat awal, SPH dan SPL akan bernilai 0, sehingga perlu diinisialisasi terlebih dahulu. SPH merupakan byte atas MSB, sedangkan SPL merupakan byte bawah LSB. Hal ini hanya berlaku untuk AVR dengan kapasitas SRAM lebih dari 256 byte. Bila tidak, maka SPH tidak didefinisikan dan tidak dapat digunakan.

2.4.5 Timer ATMega 8535

AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu TimerCounter0 8 bit, TimerCounter1 16 bit, dan TimerCounter2 8 bit. TimerCounter 0 TimerCounter0 adalah TimerCounter 8 bit yang multifungsi. Fitur-fitur dari TimerCounter0 pada ATmega8535 adalah sebagai berikut: a. Counter 1 kanal. b. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai compare match. c. Sebagai pembangkit gelombang PWM. d. Sebagai pembangkit frekuensi. e. Clock prescaler 10 bit. f. Sumber interupsi dari compare match OCF0 dan overflow TOV0. Universitas Sumatera Utara TimerCounter 1 TimerCounter1 adalah TimerCounter 16 bit yang memungkinkan programpewaktuan lebih akurat. Fitur-fitur dari TimerCounter1 ini adalah sebagai berikut. a. Desain 16 bit, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan PWM 16 bit. b. Dua buah unit pembanding. c. Dua buah register pembanding. d. Satu buah input capture unit. e. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai match compare. f. Dapat menghasilkan gelombang PWM. g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah. h. Sebagai pembangkit frekuensi. i. Empat buah sumber interupsi TOV1, OCF1A, OCF1B dan ICF1. TimerCounter 2 TimerCounter2 adalah TimerCounter 8 bit yang multifungsi. Fitur-fitur untuk TimerCounter2 pada ATmega8535 adalah sebagai berikut. a. Sebagai counter 1 kanal. b. Timer di-nol-kan saat proses pembandingan tercapai match compare. c. Dapat mengahasilkan gelombang PWM. d. Sebagai pembangkit frekuensi. e. Clock prescaler 10 bit. f. Sumber interupsi dari compare match OCF0 dan overflow TOV0.

2.4.6 Sistem Clock

Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12 siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistem mikrokontroler kita memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari Universitas Sumatera Utara clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang komponen seperti di bawah ini: Gambar 2.11 Sistem Clock

2.4.7 Organisasi memori AVR ATMega8535

AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Sebagai tambahan, ATmega8535memiliki fitur suatu EEPROM Memori untuk penyimpanan data. Semuatiga ruang memori adalah reguler dan linier.

A. Memori Data

Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum,64 buah register IO,dan 512 byte SRAM Internal.Register keperluan umum menempati space data pada alamatterbawah, yaitu 00 sampai 1F. Sementara itu, register khusus unutk menangani IO dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64alamat berikutnya, yaitu mulai dari 20 hingga 5F. Register tersebutmerupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsiterhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register,timercounter, fungsi – fungsi IO, dan sebagainya. Register khususalamat memori secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 2.2. Alamatmemori berikurnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi60 sampai dengan 25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Universitas Sumatera Utara Tabel 2.1 Konfigurasi Data AVR AT Mega 8535 B.Memori Program ATmega8535 berisi 8K bytes On-Chip di dalam sistem Memoriflash Reprogrammable untuk penyimpanan program. Karena semuaAVR instruksi adalah 16 atau 32 bits lebar, Flash adalah berbentuk 4K x16. Untuk keamanan perangkat lunak, Flash Ruang program memori adalah dibagi menjadi dua bagian, bagian boot program dan bagian aplikasi program dengan alamat mulai dari 000 sampai FFF.Flash Memori mempunyai suatu daya tahan sedikitnya 10,000writeerase Cycles. ATmega8535 Program Counter PC adalah 12 bitlebar, alamat ini 4K lokasi program memori. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.12 Memori Program AT Mega 8535

2.4.8 ADC Analog To Digital Converter

ADC pada ATmega8535 merupakan ADC 10-bit tipe Successive Approximation , yang terhubung ke sebuah multiplekser analog yang akan memilih satu dari delapan kanal. Untuk menjaga validitas data, terdapat untai Sample and Hold . Tegangan suplai ADC terpisah dari tegangan suplai mikrokontroler, tetapi selisihnya tidak boleh lebih dari 0,3 V. Untuk mengatasinya, digunakan untai filter LC. Terdapat 8 kanal ADC masing-masing selebar 10 bit. ADC dapat digunakan dengan memberikan masukan tegangan pada port ADC, yaitu port A.0 sampai dengan port A.7. Ada dua mode ADC yang dapat digunakan, yaitu single conversion dan free running . Pada mode single conversion, pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC akan digunakan. Sedangkan pada mode free running, pengguna cukup sekali mengaktifkan, sehingga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti.

2.4.9 PWM Pulse Width Modulation

Mikrokontroler ATmega8535 menyediakan fitur TimerCounter1 yang dapat diatur sebagai timer, pencacah counter, perekam waktu kejadian even occurance time capture , pembangkit isyarat PWM Pulse Width Modulation, serta autoreload timer Clear Timer on CompareCTC . Dengan lebar 16 bit, TimerCounter1 dapat Universitas Sumatera Utara digunakan secara fleksibel untuk berbagai tujuan yang berkaitan dengan waktu dan pembangkit gelombang. Register-regiser yang terlibat pada operasi TimerCounter1 antara lain : a. TCCR1A TimerCounter Control Register A b. TCCR1B TimerCounter Control Register B c. TCNT1H TimerCounter1 High-byte dan TCNT1L TimerCounter1 Low-byte d. OCR1AHL Output Compare Register 1 A High-byteLow-byte dan OCR1BHL Output Compare Register 1 B High-byteLow-byte e. ICR1HL Input Capture Register 1 High-byteLow-byte f. TIMSK TimerCounter Interrupt Mask Register g. TIFR TimerCounter Flag Register Isyarat PWM merupakan hasil modulasi isyarat segitiga oleh isyarat konstan. Pengubahan amplitudo isyarat konstan akan mengubah lebar pulsa hasil modulasi. Sementara pengubahan amplitudo isyarat segitiga dengan bentuk segitiga sebangun dengan segitiga awal akan mengubah frekuensi PWM. Terdapat dua register OCR1AB Output Compare Register1AB yang isinya secara kontinyu dibandingkan dengan isi register TimerCounter1. Register-register ini dapat diisi oleh pengguna, selebar masing-masing 16 bit. Dalam mode PWM, nilai register OCR1AB ini yang menjadi isyarat pemodulasi. Lebar register data TimerCounter1 adalah 16 bit, sehingga dapat mencacah nilai dari 0000 hingga FFFF. Dalam operasi PWM, nilai TimerCounter1 ini yang menjadi isyarat segitiga. Sebagai catatan, istilah segitiga di sini tidak berarti segitiga dalam bidang geometri, tetapi isyarat yang meningkat amplitudonya secara berlangkah sehingga bentuknya menyerupai segitiga. Fasilitas PWM yang disediakan memiliki resolusi 8 hingga 10 bit. Mode operasinya meliputi Fast PWM FPWM, Phase Correct PWM PCPWM, dan Phase and Frequency Correct PWM PFCPWM . Pada mode Fast PWM, TimerCounter1 akan mencacah ulang dari nol BOTTOM setiap kali terjadi limpahan overflow. Segitiga yang terjadi adalah segitiga siku-siku. Sedangkan pada dua mode yang lain, TimerCounter1 akan mencacah turun ketika terjadi limpahan, sehingga segitiga berbentuk sama kaki dengan puncak pada nilai TOP. Perbedaan utama pada mode PCPWM dan PFCPWM adalah waktu perbaruan nilai OCR1AB. Mode PCPWM Universitas Sumatera Utara memperbarui OCR1AB saat nilai TOP, sedangkan pada PFCPWM saat nilai BOTTOM . Perubahan nilai OCR1A menjadi lebih kecil menunjukkan pulsa yang menyempit pula. Durasi pulsa saat nilai OCR1A lebih besar daripada nilai TCNT1 disebut waktu ON t ON . Sebaliknya, ketika nilai OCR1A lebih kecil, disebut waktu OFF t OFF . Perbandingan t ON terhadap periode PWM disebut duty cycle, yang nilainya maksimal 100 . Modulasi lebar pulas PWM dicapaidiperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja duty cycle gelombang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut. Gambar 2.13 Gelombang kotak pulsa dengan kondisi high 5V dan low 0V T on adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi baca: high atau 1 dan, T off adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah baca: low atau 0. Anggap T total adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara T on dengan T off , biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”. T total = T on + T off ………………………………………………………. 2.1 Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang di definisikan sebagai, Universitas Sumatera Utara D = T on off total T T + on T on T = ……………………………… 2.2 Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat dirumusan sebagai berikut, sehingga : ......................................... 2.3 Dari rumus diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat diubah- ubah secara langsung dengan mengubah nilai T on . Apabila T on adalah 0, V out juga akan 0. Apabila T on adalah T total maka V out adalah V in atau katakanlah nilai maksimumnya. PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off. Tegangan dc dikonvert menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan puncak dan saat off mrnjadi nol 0 volt. Dengan mengatur duty cycle dari sinyal modulasi lebar pulsa dari sinyal disebabkan oleh PWM. Terlihat pada gambar di bawah sinyal ref adalah sinyal tegangan dc yang dikonversi oleh sinyal gergaji dan menghasilkan sinyal kotak Gambar 2.14 Sinyal Referensi sinyal tegangan DC Universitas Sumatera Utara Informasi analog dapat dikirimkan dengan menggunakan pulsa-pulsa tegangan atau pulsa-pulsa arus. Dengan modulasi pulsa, pembawa informasi terdiri dari pulsa- pulsa persegi yang berulang-ulang. Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan adalah teknik modulasi durasi atu lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda negatif pulsa-pulsa persegi tersebut..

2.5 LCD Liquid Crystal Display M1632 2x16

Prinsip kerja LCD adalah mengatur cahaya yang ada, atau nyala LED. Dibandingkan dengan seven segment, memang LCD lebih dianggap rumit oleh sebagian orang, akan tetapi ada pula orang yang lebih suka memakai LCD karena pemakaian daya yang sangat rendah, selain itu juga karena jumlah karakter yang ditampilkan semakin banyak. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 LCD 2 x 16 Gambar 2.15 LCD 2x16 LCD M1632 mempunyai karakteristik sebagai berikut : 1. 16 karakter, dua baris tampilan kristal cair LCD dari matriks titik. 2. Duty Ratio : 116. 3. ROM pembangkit karakter untuk 192 tipe karakter bentuk karakter 5 x 7 matriks titik. 4. Mempunyai dua jenis RAM yaitu, RAM pembangkit karakter dan RAM data tampilan. 5. RAM pembangkit karakter untuk 8 tipe karakter program tulis dengan bentuk 5 x 7 matrik titik. 6. RAM data tampilan dengan bentuk 80 x 8 matrik titik maksimum 80 karakter. 7. Mempunyai pembangkit clock internal. Universitas Sumatera Utara 8. Sumber tegangan tunggal +5 Volt. 9. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan. 10. Jangkauan suhu pengoperasian 0 sampai 50 derajat. LCD M1632 terdiri dari dua bagian utama. Bagian pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf angka dua baris, masing-masing baris bisa menampung 16 hurufangka. Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik panel LCD, yang berfungsi mengatur tampilan informasi serta mengatur komunikasi LCD M1632 dengan mikrokontroler. Gambar 2-15 diperlihatkan diagram blok pengendali LCD. Universitas Sumatera Utara Schmitt trigger mikrokontroler Sensor Efek Hall LCD M Variabel Resistor Driver Motor BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Alat