Perancangan Sistem Pengaman Gedung Dan Peralatan Listrik Terhadap Bahaya Kebakaran Berbasis Mikrokontroler AT89C2051

(1)

PERANCANGAN SISTEM PENGAMAN GEDUNG

DAN PERALATAN LISTRIK TERHADAP BAHAYA KEBAKARAN BERBASIS MIKROKONTROLER

AT89C2051

Oleh :

035203044

THOMAS PARULIAN DEARDO HALOHO

PROGRAM DIPLOMA IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

PERANCANGAN SISTEM PENGAMAN GEDUNG

DAN PERALATAN LISTRIK TERHADAP BAHAYA KEBAKARAN BERBASIS MIKROKONTROLER

AT89C2051

Oleh:

035203044

THOMAS PARULIAN DEARDO HALOHO

Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan

PROGRAM DIPLOMA IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Sidang pada tanggal 13 Bulan September Tahun 2008 di depan Penguji :

1. Ir. Kasmir Tanjung : Ketua Penguji ……….

2. Fahmi, ST., MSc. : Anggota Penguji ……….

3. Ir. Soeharwinto, ST., MT. : Anggota Penguji ……….

Diketahui Oleh : Disetujui Oleh :

Ketua Pembimbing Karya Akhir

Ir. Nasrul Abdi, MT.

NIP. 131 459 554 NIP. 131 653 979

(3)

ABSTRAK

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 kebetuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu lebih canggih.

Mikrokontroler merupakan salah satu jenis piranti semikonduktor programmable yang paling diminati. Selain praktis dan murah, mikrokontroler juga mudah untuk diaplikasikan pada berbagai keperluan, contohnya untuk mengendalikan sistem-sistem otomatis yang berdiri sendiri (stand alone) atau tempelan (embedded) seperti mesin fotokopi, remote controller, sistem pengendali, sistem proteksi hingga aplikasi robot.

Dari beberapa aplikasi mikrokontroler yang telah dipaparkan di atas, penulis ingin menerapkan salah satu aplikasi mikrokontroler dari sekian banyaknya aplikasinya, yaitu penulis akan merancang suatu alat yang mampu mengamankan suatu gedung dan peralatan listrik yang terdapat di dalamnya terhadap kerusakan yang lebih fatal apabila terjadi kebakaran yang berbasis Mikrokontroler AT89C2051.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan anugrah yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini.

Karya Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi D-IV Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik USU.

Dalam penulisan Karya Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan baik material, bimbingan, tuntunan maupun spritual oleh berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menghaturkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ayahanda tercinta, M. Haloho. dan Ibunda (alm) M. br Purba serta abang Heri Jonathan Haloho, Amd. dan adik tercinta Dina Anggraini br. Haloho.

2. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT. Selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar, tulus dan penuh perhatian membimbing penulis dalam menyelesaikan Karya Akhir ini.

3. Bapak Ir. Mustafrind Lubis Selaku Dosen Wali atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

4. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT. Selaku Ketua Program Studi D-IV Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik.

5. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT. Selaku Sekretaris Program Studi D-IV Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik.

(5)

6. Seluruh Staf Pengajar yang telah membekali penulis dengan imu dan pengetahuan yang dimilikinya.

7. Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Elektro, khususnya B’ Martin.

8. Yang terkhusus buat belahan hati dan jiwa penulis, Henny Deviany Sitorus, SE. Tersayang. Terima kasih buat semangat dan motivasinya agar dapat menyelesaikan Karya Akhir ini tepluruh at pada waktunya. 9. Seluruh Rekan – rekan Pemuda/i GKP, khususnya buat K’ Melati

Siburian.

10.Sahabat-sahabatku : B’ Yudi, Pak Dedianto (Thanks buat bukunya), Edy Rahman, Apara Hendra, Joko, Aswin, Rambo, Silva, Sabrina, Ijal dan seluruh sahabat-sahabat lainnya tak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih buat semuanya.

Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam penulisan Karya Akhir ini. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan masukan yang bersifat membangun demi penyempurnaannya ke depan.

Akhir kata, dengan segala kerendahan hati, penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya apabila terdapat kesalahan dan kekurangan selama penulisan Karya Akhir ini. Semoga Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semuanya. Syaloom... Tuhan memberkati...

Medan, September 2008

Penulis

035203044

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1. 1 Latar Belakang ... 1

1. 2 Tujuan Penulisan Karya Akhir ... 2

1. 3 Rumusan Masalah ... 2

1. 4 Batasan Masalah ... 2

1. 5 Metode Penulisan ... 3

1. 6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2. 1 Deskripsi Mikrokontroler AT89C2051 ... 5

2. 1. 1 Konfigurasi Pin ... 6

2. 1. 2 Deskripsi Pin AT89C2051 ... 6

2. 1. 3 Diagram Blok AT89C2051 ... 9

2. 1. 4 Karekteristik Oscilator ... 9

(7)

2. 1. 6 Batasan-batasan pada Instruksi tertentu ... 11

2. 1. 7 Memprogram Flash Memori ... 13

2. 2 Komponen-komponen tambahan yang digunakan ... 15

2. 3 Operational Amplifier ... 24

BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 26

3. 1 Diagram Blok Rangkaian ... 26

3. 2 Perancangan Rangkaian Power Supply (PSA) ... 28

3. 2. 1 Perancangan Rangkaian PSA Blok Rangkaian ... 28

3. 2. 2 Perancangan Rangkaian PSA Spreyer ... 29

3. 3 Perancangan Rangkaian Penguat dan Penguat Sinyal ... 30

3. 4 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89C2051 ... 31

3.5 Perancangan Rangkaian Driver Relay ... 33

3. 5. 1 Perancangan Rangkaian Driver Relay Spreyer ... 33

3. 5. 2 Perancangan Rangkaian Driver Relay Buzzer ... 35

3. 5. 3 Perancangan Rangkaian Driver Relay Beban ... 37

3. 6 Prinsip Kerja Alat ... 39

3. 7 Diagram Alir Pemrograman ... 40

BAB IV PENGUJIAN RANGKAIAN DAN ALAT ... 41

4. 1 Pengujian Rangkaian ... 41

4. 1. 1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89C2051 ... 41

4. 1. 2 Pengujian Rangkaian Penguat dan Pengolah Sinyal ... 42

(8)

4. 2 Pengujian Alat ... 43

BAB V PENUTUP ... 45

5. 1 Kesimpulan ... 45

5. 2 Saran ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46 LAMPIRAN

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Konfigurasi Pin AT89C2051 ... 6

Gambar 2. 2 Blok Diagram AT89C2051 ... 9

Gambar 2. 3 Perangkaian Oscilator ... 10

Gambar 2. 4 Konfigurasi Eksternal Clock Drive ... 10

Gambar 2. 5 Simbol Resistor ... 16

Gambar 2. 6 Simbol Kapasitor ... 16

Gambar 2. 7 Simbol Tipe Transistor ... 17

Gambar 2. 8 Transistor Sebagai Saklar ON ... 18

Gambar 2. 9 Karekteristik Daerah Saturasi pada Transistor ... 19

Gambar 2. 10 Transistor sebagai Saklar ON ... 20

Gambar 2. 11 Simbol Dioda ... 21

Gambar 2. 12 Simbol IC ... 22

Gambar 2. 13 Relay Elektromagnetis ... 23

Gambar 2. 14 Simbol Op-Amp Dasar ... 24

Gambar 2. 15 Rangkaian Inverting Amplifier ... 24

Gambar 2. 16 Rangkaian Non Inverting Amplifier ... 25

Gambar 3. 1 Diagram Blok Rangkaian ... 26

Gambar 3. 2 Rangkaian Power Supply (PSA) Blok Rangkaian ... 28

Gambar 3. 3 Rangkaian Power Supply untuk Spreyer ... 29

Gambar 3.4 Rangkaian Penerima Sinar Inframerah Api ... 31

(10)

Gambar 3. 6 Rangkaian Driver Spreyer ... 33

Gambar 3. 7 Rangkaian Driver Buzzer ... 35

Gambar 3. 8 Rangkaian Driver Relay Beban ... 37

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Fungsi dan Fitur Spesial Port 3 ... 7

Tabel 2. 2 Peta Memori SFR dan Reset Value ... 11

Tabel 2. 3 Kode Warna Resistor ... 15

(12)

ABSTRAK

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1. 1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi semikonduktor telah memungkinkan manusia untuk

memadukan ribuan transistor beserta komponen lain ke dalam satu chip yang dikenal sebagai IC (Integrated Circuit). Teknologi IC berkembang dengan pesat sehingga di pasaran beredar ribuan jenis IC dengan spesifikasi dan kegunaan yang beragam. Namun demikian, kebutuhan manusia yang jauh lebih kompleks, menuntut spesifikasi yang khusus dan unik dari semikonduktor pada setiap kasusnya. Sebagai solusinya, para ilmuan dan produsen semikonduktor mengembangkan piranti semikonduktor yang dapat diprogram (Programmable Devices) sesuai dengan keperluan.

Mikrokontroler merupakan salah satu jenis piranti semikonduktor programmable yang paling diminati. Selain praktis dan murah, mikrokontroler

juga mudah untuk diaplikasikan pada berbagai keperluan, contohnya untuk mengendalikan sistem-sistem otomatis yang berdiri sendiri (stand alone) atau

tempelan (embedded) seperti mesin fotokopi, remote controller, sistem pengendali, sistem proteksi hingga aplikasi robot.

Dari beberapa aplikasi mikrokontroler yang telah dipaparkan di atas, maka penulis akan merancang suatu alat pengamanan yang berbasis mikrokontroler. Atas dasar pertimbangan pemakaian jumlah I/O mikrokontroler (5 I/O), seri atau jenis mikrokontroler yang penulis gunakan, penulis mengambil judul

(14)

LISTRIK TERHADAP BAHAYA KEBAKARAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C2051”

1. 2 Tujuan Penulisan Karya Akhir

Adapun yang menjadi tujuan penulisan Karya Akhir ini adalah :

a. Untuk merancang suatu alat yang mampu mengamankan suatu gedung dan peralatan listrik yang terdapat di dalamnya terhadap kerusakan yang lebih fatal apabila terjadi kebakaran yang berbasis mikrokontroler AT89C2051. b. Untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan masa studi program

Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

1. 3 Rumusan Masalah

Adapun yang menjadi rumusan masalah adalah :

a. Bagaimana cara kerja mikrokontroler yang berfungsi sebagai pusat kendali sistem.

b. Bagaimana cara membuat suatu alat yang mampu mengamankan suatu gedung dan peralatan listrik yang terdapat di dalamnya mulai dari perancangan hingga pengujian alat.

1. 4 Batasan Masalah

Agar penulisan karya akhir ini sesuai dengan yang diharapkan dan

mengingat masalah yang akan diangkat mempunyai ruang lingkup yang relatif luas, maka penulis membatasi masalah karya akhir ini hanya pada :

(15)

a. Memaparkan dan menjelaskan prinsip kerja mikrokontroler sebagai pusat kendali sistem.

b. Membahas prinsip kerja alat.

1. 5 Metode Penulisan

Karena Karya Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka penulis

mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data yang diperlukan melalui : 1. Studi literature : Mengambil bahan-bahan dan data-data dari berbagai

sumber referensi seperti: buku-buku referensi, artikel-artikel dari majalah maupun dari internet, dan lain sebagainya.

2. Studi Bimbingan : Diskusi-diskusi, berupa tanya jawab dengan Dosen Pembimbing, senior-senior dan teman-teman seangkatan mengenai masalah-masalah yang ada serta berupaya mencari penyelesaian dan solosi dari permasalahan tersebut.

3. Studi Laboratorium : Melakukan perancangan alat, memprogram alat, dan menguji alat pada sebuah laboratorium mini yang kelengkapan peralatan-peralatan penunjang lainnnya yang diperlukan cukup memadai.

1. 6 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka penulis membuat sistematik pembahasan. Sistematik pembahasan ini merupakan

(16)

urutan bab demi bab temasuk isi dari sub-sub babnya. Adapun sistematik pembahasan tersebut adalah :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan tentang teori mengenai Mikrokontroler AT89C2051, komponen elektronika dan operational amplifier (OP-AMP).

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Bab ini berisikan tentang perancangan sistem, yang meliputi perancangan power supply, rangkaian penguat dan pengolah sinyal, rangkaian Mikrokontroler AT89C2051, rangkaian driver relay spreyer, buzzer, beban.

BAB IV PENGUJIAN RANGKAIAN DAN ALAT

Bab ini berisikan tentang pengujian rangkaian dan alat. Pengujian rangkaian ini meliputi pengujian rangkaian Mikrokontroler AT89C2051, rangkaian penguat dan pengolah sinyal, rangkaian driver relay.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil pembahasan.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(17)

BAB II

LANDASAN TEORI

2. 1 Deskripsi Mikrokontroler AT89C2051

Mikrokontroler jenis AT89C2051 adalah sebuah CMOS mikrokomputer 8-bit bervoltase rendah yang memiliki performa tinggi dengan 2 Kilobyte Flash Programmable Erasable Read Only Memory (PEROM). Perangkat ini dihasilkan

oleh teknologi high density nonvolatile memory technologi yang terus dikembangkan pabrik ATMEL. Mikrokontroler ini kompatibel dengan standar industri MCS-51TM

Mikrokontroler AT89C2051 menyediakan beberapa fitur standar, antara lain 2 K byte Flash memori, RAM 128 byte, 15 jalur input/output, 2 timer/counter 16-bit, 5 arsitektur interupsi jenis two-level, sebuah serial port yang dapat membaca dan mengirim sinyal dua arah (Full Duplex), sebuah analog komparator yang sangat presisi, oscilator on-chip dan sirkuit clock. Mikrokontroler AT89C2051 juga didesain dengan logika statis untik operasi penurunan frekuensi sampai titik nol (frequency down to zero operation) dan mendukung 2 macam power saving software operasional mode. Pertama adalah mode Idle yang

melakukan penghentian CPU dengan mengijinkan RAM, timer/counter, serial port, dan sistem interupsi untuk terus melanjutkan operasinya. Kedua adalah mode Power down yang melakukan penyimpanan isi dari RAM, melakukan pembekuan dari segi instruksi setnya. Dengan mengkombinasi sebuah CPU 8-bit versatile dengan Flash pada sebuah monolithic Chip, ATMEL89C2051 merupakan sebuah mikrokomputer yang sangat kuat dan memiliki fleksibilitas yang tinggi.

(18)

oscilator serta menghentikan semua proses pada fungsi-fungsi chip yang lain sampai hardware reset berikutnya.

2. 1. 1 Konfigurasi Pin

Gambar 2. 1 Konfigurasi Pin AT89C2051

Mikrokontroler AT89C2051 memiliki beberapa port yang dapat dipakai sebagai port input maupun output, di samping port pendukung lainnya, yaitu port P1.0 sampai P1.7 dan port P3.0 sampai P3.7. Pemakaiannya harus disesuaikan dengan peraturan yang telah ditetapkan oleh produsen mikrokontroler ini.

2. 1. 2 Deskripsi PIN AT89C2051 VCC

Suplai tegangan (+) mikrokontroler

GND

Suplai tegangan ( - ) mikrokontroler

Port 1

Port 1 adalah sebuah 8-bit input/output port yang 2 arah (bidirectional I/O port). Pin port P1.2 sampai P1.7 menyediakan pull-ups secara internal. P1.0 dan P1.1 juga berfungsi sebagai input positif (AIN0) dan input negatif (AIN1) yang bertanggung jawab pada pembanding sinyal analog yang ada di dalam chip.

(19)

Keluaran port 1.0 membuat arus sebesar 20 mA dan dapat digunakan untuk menyalakan LED secara langsung. Jika sebuah program mengakses Port pin1, maka port ini digunakan sebagai port input. Ketika port pin 1.2 sampai 1.7 digunakan sebagai port input dan port-port tersebut diset secara pulled-low, maka port-port tersebut dapat menghasilkan arus (IIL

Port 1 juga dapat menerima kode/data saat memori flash dalam kondisi diprogram atau saat proses verifikasi dilakukan.

) karena adanya interaksi pull-ups tadi.

Port 3

Port 3 pin P3.0 sampai P3.5 adalah 6 input/output pin yang dapat menerima kode/data secara 2 arah (bidirectional I/O port) yang mempunyai fasilitas internal pull-ups. P3.6 adalah sebuah hardware yang digunakan sebagai input dan output dari komparator on chip, tetapi pin tersebut tidak dapat diakses sebagai port input/output standar. Port pin 3 dapat mengeluarkan arus sebesar 20 mA.

Port 3 juga menyediakan fungsi dari fitur spesial yang bervariasi dari Mikrokontroler AT89C2051. Fungsi dan fitur spesial dari Mikrokontroler AT89C2051 dapat dilihat pada Tabel 2. 1 di bawah ini :

Tabel 2. 1 Fungsi dan fitur spesial Port 3 yang bervariasi

Port Pin Alternate Functions

P3. 0 P3. 1 P3. 2 P3. 3 P3. 4 P3. 5

RXD (serial input port) TXD (serial output ) INT0 (external interrupt 0) INT1 (external interrupt 1) T0 (timer 0 external input) T1 (timer 1 external input)

(20)

Port 3 juga dapat menerima beberapa sinyal kontrol untuk keperluan pemrograman Flash memory dan verifikasi data.

RST

RST berfungsi sebagai kaki untuk input sinyal reset. Semua input/output (I/O) akan kembali pada posisi nol (reset) secepatnya ketika kaki reset (RST) tersebut berlogika tinggi/high condition. Menahan pin RST untuk dua cycle machine ketika suatu oscilator sedang bekerja akan mengakibatkan resetnya semua sistem device yang ada ke dalam zero position.

XTAL1

Sebagai input kepada inverting amplifier oscilator dan memberi input kepada internal clock operating sirkuit.

XTAL 2

(21)

2. 1. 3 Diagram Blok AT89C2051

Diagram Blok AT89C2051 dapat dilihat pada Gambar 2. 2 di bawah ini.

Gambar 2. 2 Blok Diagram AT89C2051

2. 1. 4 Karakteristik Oscilator

XTAL 1 dan XTAL 2 adalah suatu input dan output yang bertanggung jawab penuh dari sebuah amplifier inverting di mana XTAL – XTAL tersebut dapat dikonfigurasikan untuk digunakan sebagai on-chip oscilator. Gambar 2. 3 menunjukkan rangkaian oscilator yang terbuat dari sebuah kristal quatrz atau resonator keramik. Dalam rangka pengaktifan perangkat ini dari sebuah external

(22)

clock source, XTAL 2 harus dikondisikan tidak tersambung ketika XTAL 1

sedang diberi suatu sinyal/tegangan seperti yang ditunjukkan Gambar 2. 4. Dalam posisi ini rangkaian tidak dibutuhkan lagi untuk mengkondisikan mikrokontroler ‘sedang proses’ atau duty cycle dalam menerima sinyal clock eksternal. Selama input, pada sirkuit clocking internal ada suatu sinyal dari sebuah device yang dibagi menjadi dua flip-flop. Namun tegangan minimum dan maksimum serta time pada posisi rendah (low) maupun tinggi (high) harus dianalisis terlebih dahulu.

Gambar 2. 3 Perangkaian Oscilator Gambar 2. 4 Konfigurasi Eksternal Clock Drive

Catatan :

C1, C2 = 30 pF ± 10 pF untuk jenis kondensator kristal = 40 pF ± 10 pF untuk jenis resonator keramik

2. 1. 5 Register Fungsi Khusus/Special Function Register (SFR)

Sebuah peta memori yang terdapat pada on-chip memory area dan disebut sebagai Special Function Register (SFR) space memory pada Tabel 2. 2.

Sebagai catatan, tidak semua alamat memori ditunjukkan pada tabel karena terbatasnya media. Alamat memori yang tidak terdapat dalam tabel biasanya sangat jarang digunakan atau diimplementasikan dalam suatu proyek.

(23)

Akses baca (road access) pada alamat memori ini akan menghasilkan suatu data general yang bernilai acak atau random, sedangkan akses tulis (write access) akan mempunyai efek yang indeterminate.

Program user tidak boleh ditulis pada alamat yang tidak tercantum dalam Tabel. Dalam kasus tersebut, memori reset atau nilai inactive dari bit yang baru akan selalu nol (0).

Tabel 2. 2 Peta Memori SFR dan Reset value

2. 1. 6 Batasan – batasan pada Instruksi Tertentu

Mikrokontroler AT89C2051 dan beberapa variannya adalah suatu jenis mikrokontroler yang terkenal cukup murah tetapi handal dari keluarga

(24)

mikrokontroler ATMEL. Mikrokontroler tersebut memiliki 2 Kbyte Flash memori program. Mikrokontroler.

1. Instruksi-insruksi branching:

LCALL, LJMP, ACALL, AJMP, SJMP, JMP@+DPTR

Beberapa instruksi unconditional branching di atas akan dieksekusi secara benar selama software programmer selalu mengingat bahwa alamat destination branching harus jatuh di dalam batas ukuran memori kontroler (lokasi 00H sampai 7FFH digunakan untuk AT89C2051). Pelanggaran atas aturan pengalamatan memori di atas akan mengakibatkan program menjadi bertingkah laku aneh.

CJNE [...]. DJNZ [...], JB, JNB, JC, JNC, JBC, JZ, JNZ dengan instruksi kondisional branching tersebut di atas juga harus juga mematuhi aturan-aturan pengalamatan memori yang telah disebutkan. Apabila programmer melanggar aturan di atas, hal itu mungkin akan mengakibatkan hasilnya menjadi tidak menentu.

Beberapa penerapan yang menyertakan interupsi pada lokasi alamat servis rutin pada keluarga mikrokontroler ATMEL 80C51 dapat dipelajari pada manual-manual masing-masing.

2. MOVX – related instruction, Data Memori:

Mikrokontroler AT89C2051 mempunyai 128 byte internal data memori. Dengan kata lain, mikrokontroler AT89C2051 mempunyai batas stack sebesar 128 byte, yaitu sebesar jumlah RAM dari mikrokontroler tersebut. Akses eksternal data memori dan eksekusi eksternal program memori tidak terdapat dalam mikrokontroler jenis ini. Oleh karena itu,

(25)

instruksi MOVX [...] tidak diperbolehkan dalam memprogram mikrokontroler AT89C2051.

Kode assambler jenis 80C51 akan tetap dieksekusi sebagai instruksi assambler, meskipun instruksi tersebut ditulis dengan kondisi yang melanggar aturan pengalamatan. Tingkah laku device atau alat yang kita buat, bertanggungjawab terhadap kesalahan eksekusi logika program, bukan pada program yang kita tulis.

2. 1. 7 Memprogram Flash Memori

Pada Mikrokontroler AT89C2051 terdapat memori Flash sebesar 2 Kbyte. Memori ini digunakan sebagai memori kode program dan dikondisikan pada keadaan array, yang bisa ditulis dan dibaca (read-write) dan siap untuk diberi program. Memori array tersebut hanya dapat diprogram per byte pada tiap satuan waktu. Sekali memori array tersebut diberi program, maka untuk memprogram ulang harus dilakukan penghapusan data program yang telah ada secara elektrikal. Dengan kata lain, memori array tersebut tidak dapat langsung ditimpa dengan program yang baru, tetapi harus dihapus terlebih dahulu.

Urutan Pemrograman Chip

1. Power-up sequence:

Berikan tegangan antara Vcc dan GND dan SET, XTAL 1, ke posisi GND. 2. Set pin RST dengan nilai logika High, set pin P3.2 juga dengan nilai High. 3. Berikan nilai level logika kombinasi High dan Low pada pin-pin P3.3,

P3.4, P3.5, P3.7 sesuai mode operasi yang akan kita lakukan, apakah operasi pembacaan memori atau operasi memasukkan program ke memori.

(26)

4. Alamatkan data program yang kita buat pada range alamat memori 000H, yaitu pada pin P1.0 sampai P1.7.

5. Berikan tegangan Vcc 12 Volt pada pin RST ketika akan melakukan program chip (mode operasi pemrograman).

6. Masukkan pulsa kode program yang akan kita masukkan pada pin 3.2. Waktu penulisan program pada memori array akan memakan waktu sekitar 1,2 ms (milisecond).

7. Untuk verifikasi data program yang kita masukkan, ubah logika pada pin RST dari Vcc 12 Volt menjadi level logika High lalu set pin P3.3 sampai P3.7 menjadi level prioritas. Data output dapat dibaca melalui port pin P1. 8. Untuk memasukkan program ke alamat memori berikutnya supaya tidak

tumpang tindih, berikan pulsa positif pada pin XTAL 1. Langkah ini untuk menaikkan addres counter dengan increment satu (+1 pada addres counter). Masukkan data program yang baru pada port pin P1.

9. Ulangi langkah 5 sampai 8, ubah data dan alur range memori mikrokontroler sampai batas 2 Kbyte.

10.Power-off sequence.

Set XTAL1 dengan logika Low dan RST juga dengan logika Low, lalu matikan tegangan pada mikrokontroler AT89C2051.

(27)

2. 2 Komponen – Komponen Tambahan Yang Digunakan Resistor

Resistor, atau yang sering disebut dengan tahanan, adalah salah satu komponen elektronika yang digunakan sebagai penghambat, baik arus (I) ataupun tegangan (V) yang akan diinput atau dikeluarkan ke sirkuit atau rangkaian lain. Tahanan resitor diberi kode berupa pita warna yang melingkari badannya. Warna pita menunjukkan nilai tahanan dan toleransinya. Nilai dari warna-warna resistor dapat dilihat pada Tabel 2. 3 di bawah ini.

Tabel 2. 3 Kode Warna Resistor

No. Warna Cincin I Cincin II Cincin III (10n) Toleransi

1 Hitam 0 0 100

2 Coklat 1 1 101

3 Merah 2 2 102

4 Jingga 3 3 103

5 Kuning 4 4 104

6 Hijau 5 5 105

7 Biru 6 6 106

8 Ungu 7 7 107

9 Kelabu 8 8 108

10 Putih 9 9 109

11 Emas 7 7 5%

12 Perak 8 8 10%

13 Tanpa Warna 9 9 20%

Sebagai contoh :

Sebuah Resistor memiliki warna Merah, Ungu, Coklat dan Emas. Kode wana resistor tersebut adalah :

Merah : 2 Ungu : 7 Coklat : 10 Emas : ±5%

(28)

Simbol resistor ditunjukkan pada Gambar 2. 5.

Gambar 2. 5 Simbol Resistor

Kapasitor

Kapasitor merupakan komponen elektronika yang sering dipakai di dalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, filter, dan penyimpanan energi listrik. Di dalam 2 buah pelat elektroda saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberi tegangan DC maka energi

listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir.

Simbol kapasitor ditunjukkan pada Gambar 2. 6

Gambar 2. 6 Simbol Kapasitor

Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan seperti ini dapat diperoleh satu buah transistor.

Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan :

(29)

1. Transistor germanium PNP 2. Transistor silikon NPN 3. Transistor silikon PNP 4. Transistor germanium NPN

Transistor mempunyai 3 kaki. Anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah arus yang melalui transistor. Simbol tipe transistor dapat dilihat pada Gambar 2. 7.

Gambar 2. 7 Simbol tipe transistor Keterangan :

C = kolektor E = emiter B = basis

Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor.

Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung (short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (VCE) = 0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan

C B

(30)

menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on seperti pada Gambar 2. 8.

Gambar 2. 8 Transistor sebagai Saklar ON

Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturi adalah :

Rc Vcc

Imax = ………..……….(2.1)

Rc Vcc I

hfe B = ……….……….(2.2)

Rc . hfe

Vcc

I_B= ……….(2.3)

Hubungan antara tegangan basis (VB) dan arus basis (IB

B BE B B R V V

I = −

) adalah :

……….(2.4)

VB = IB . RB + VBE

BE B B V Rc . hfe R . Vcc

V = +

………..(2.5)

………(2.6)

Jika tegangan VB BE

B B V Rc . hfe R . Vcc

V = +

telah mencapai , maka transistor

akan saturasi, dengan Ic mencapai maksimum.

Saklar On Vcc

Vcc

IC R

IB VBE

(31)

Gambar 2. 9 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan VCE (sat) adalah harga VCE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan pada lembar data. Biasanya VCE (sat) hanya beberapa perpuluhan volt, walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada Gambar 2. 9 dikenal sebagai daerah saturasi.

Gambar 2. 9 Karakteristik daerah saturasi pada transistor

Pada daerah penyumbatan,nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka (open).

Keadaan ini menyebabkan tegangan (VCB) sama dengan tegangan sumber (Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti Gambar 2. 10 dibawah ini.

Titik Sumbat (Cut off)

IB > IB(sat) IB = IB(sat)

Penjenuhan (saturation)

Rc Vcc

IB = 0

(32)

Gambar 2. 10 Transistor Sebagai Saklar OFF

Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (VB) sama dengan tegangan kerja transistor (VBE) sehingga arus basis (IB

hfe I I_B = C

) = 0 maka :

………...(2.7)

IC = IB I

. hfe ….………(2.8) C

= 0 . hfe ………..………(2.9) C

Hal ini menyebabkan V

= 0 ………..(2.10) CE

Vcc = Vc + V

sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus : CE

…………..………(2.11) CE

= Vcc – (Ic . Rc) …..………(2.12)

CE = Vcc …..………(2.13)

Dioda

Sebuah dioda semikonduktor dapat dipakai untuk menggantikan tabung hampa. Dioda semikonduktor dapat dibuat dari bahan jenis N yang bersifat kelebihan elektron lalu disambung dengan jenis P yang kekurangan elektron. Bahan jenis N dan P tersebut dihasilkan dengan cara penodaan (doping) pada bahan semikonduktor Germanium dan Silikon. Cara penyambungan kedua bahan ini adalah dengan cara kimia, bukan dengan cara mekanik, yaitu proses

Saklar Off Vcc

Vcc

IC R

IB VBE

(33)

pemanasan sehingga berdifusi , di mana kedua bahan itu tersusun menjadi sebuah susunan kristal tunggal.

Apabila diteliti akan tampak bahwa pada tempat-tempat yang berdekatan dengan sambungan itu akan terjadi perembesan sedikit , baik elektron maupun hole dari wilayah masing-masing. Beberapa diantaranya akan bergabung menjadi satu yang disebut rekombinasi.

Hole adalah suatu tempat kosong yang ditinggalkan oleh elektron. Dalam waktu singkat, perembesan dalam sambungan akan mencapai kesetimbangan PN. Kemudian terbentuklah daerah yang kehabisan pendukung muatan P ataupun N yang disebut deflection region yang merupakan penghambat kuat (potential barrier).

Dioda hanya akan dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga kebanyakan dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier).

Simbol dioda dapat dilihat pada Gambar 2. 11.

Gambar 2. 11 Simbol Dioda

Integrated Circuit

Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semikonduktor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil.

(34)

Sebelum ada IC, hampir seluruh peralatan elektronik dibuat dari satuan-satuan komponen (individual) yang dihubungkan satu sama lainnya sehingga tampak mempunyai ukuran besar serta tidak praktis.

Secara garis besar, IC dibedakan menjadi dua, yaitu IC terprogram dan IC tak terprogram. Dalam penggunaannya, IC terprogram harus diisi dengan program tertentu yang sesuai dengan kerja yang diharapkan dari IC tersebut. Sebaliknya, IC tak terprogram tidak perlu diprogram terlebih dahulu sebelum digunakan sesuai keperluan. Simbol IC dapat dilihat pada Gambar 2. 12.

Gambar 2. 12 Simbol IC

Relay Pengendali Otomatis

Relai pengendali otomatis (an electromechanical relay = EMR) adalah

saklar magnetis. Relai ini menghubungkan rangkaian beban ON atau OFF dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau menutup kontak pada rangkaian listrik maupun elektronis. EMR dapat digunakan untuk mengontrol rangkaian beban tegangan tinggi dengan kontrol tegangan rendah.

Relai biasanya hanya mempunyai satu kumparan, tetapi relai dapat mempunyai beberapa kontak. Jenis EMR diperlihatkan pada Gambar 2. 10. Relai elektromagnetis berisi kontak diam dan kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada plunger. Kontak ditunjuk sebagai normally open (NO) dan

(35)

normally closed (NC). Apabila kumparan diberi tenaga, terjadi medan elektromagnetis. Aksi dari medan pada gilirannya menyebabkan plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan membuka kontak NC. Jarak gerak plunger biasanya ≤ 4 inchi.

Kontak normally open akan membuka ketika tidak ada arus yang mengalir

pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menerima arus atau diberi tenaga. Kontak normally closed akan tertutup apabila kumparan tidak diberi daya dan membuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan tidak diberi daya.

(36)

2. 3 Operational Amplifier

Operational Amplifier adalah penguat beda (differential amplifier) dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. Op amp banyak digunakan untuk pengubah tegangan (amplitudo dan polaritas), osilator, filter dan rangkaian instrumentasi. Op amp terdiri dari sejumlah besar differential amplifier untuk mendapatkan penguatan tegangan yang besar.

Op amp dasar menggunakan differential amplifier dengan 2 input (plus dan minus) dan setidaknya 1 output.

Simbol op amp dasar dapat dilihat pada Gambar 2. 14.

Gambar 2. 14 Simbol op amp dasar

Rangkaian Praktis Op Amp

Rangkaian praktis op amp terdiri dari Inverting Amplifier dan Non Inverting Amplifier.

Inverting Amplifier

Rangkaian penguatan konstan yang banyak digunakan adalah inverting amplifier, seperti pada Gambar 2. 15 berikut :

(37)

Output diperoleh dengan mengalikan input dengan suatu konstanta penguatan yang nilainya ditentukan oleh resistor input R1 dan resistor umpan balik Rf

Hubungan antara tegangan input dan output

. Output ini terbalik (inverted) dari input (beda phase 180º).

V1 = - x V0, sehingga V0 = - x V

Non Inverting Amplifier

Rangkaian penguatan non inverting dapat dilihat pada Gambar 2. 16.

Gambar 2. 16 Rangkaian Non Inverting Amplifier

Hubungan antara tegangan input dan output adalah : V1 = x V0,

= 1 + sehingga V0 V1

(38)

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3. 1 Diagram Blok Rangkaian

Diagram blok merupakan gambaran dasar dari rangkaian sistem yang akan dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3. 1 berikut ini:

Mikrokontroler

Gambar 3. 1 Diagram Blok Rangkaian

Desain sistem rangkaian terdiri dari:

1. Sensor api, dimana pada perancangan ini digunakan fotodioda yang sensitive terhadap sinar infra merah yang dipancarkan oleh cahaya api. Fotodioda ini akan berubah nilai hambatannya bergantung pada kadar sinar infra merah yang mengenainya. Semakin besar sinar infra merah yang mengenainya, semakin kecil nilai hambatan fotodioda tersebut.

2. Rangkaian pengolah dan penguat sinyal. Rangkaian ini akan mengolah setiap perubahan hambatan pada fotodioda menjadi perubahan tegangan, kemudian diperkuat dengan menggunakan Op-Amp, selanjutnya pada rangkaian ini juga

(39)

terdapat transistor yang berfungsi untuk mengolah sinyal analog yang telah diperkuat menjadi sinyal digital.

3. Mikrokontroler AT89C2051 berfungsi untuk mendeteksi dan memproses sinyal digital yang masuk dari rangkaian pengolah dan penguat sinyal, kemudian menentukan tindakan untuk mematikan (OFF) atau (ON) menghidupkan relay.

4. Rangkaian driver relay spreyer. Mikrokontroler tidak dapat secara langsung mengendalikan ON/OFF spreyer, sehingga untuk mengendalikannya dibutuhkan rangkaian tambahan atau rangkaian driver.

5. Spreyer berfungsi untuk menyemprotkan air yang bertujuan untuk memadamkan nyala api. Spreyer yang digunakan adalah spreyer otomatis yang dapat diaktifkan dengan memberi tegangan 12Vdc pada spreyer tersebut. 6. Rangkaian driver buzzer. Mikrokontroler tidak dapat secara langsung

mengendalikan ON/OFF buzzer, sehingga untuk mengendalikannya dibutuhkan rangkaian tambahan atau rangkaian driver.

7. Buzzer berfungsi untuk menghasilkan suara yang bertujuan memberi tanda atau peringatan jika terjadi nyala api di dalam ruangan.

8. Rangkaian driver relay beban. Mikrokontroler tidak dapat secara langsung mengendalikan ON/OFF beban, sehingga untuk mengendalikannya dibutuhkan rangkaian tambahan atau rangkaian driver.

9. Relay beban berfungsi untuk memutuskan catu daya jala-jala 220VAC ke beban listrik.

(40)

3. 2 Perancangan Rangkaian Power Supplay (PSA)

Pada perancangan rangkaian ini digunakan 2 buah power supplay, yang pertama berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian dan yang kedua berfungsi untuk mensupplay tegangan ke spreyer.

3. 2. 1 Perancangan rangkaian power supply blok rangkaian

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh blok rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari tiga keluaran, yaitu 5 volt, 8 volt dan 12 volt. Keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke blok rangkaian pengolah/penguat sinyal dan mikrokontroler, keluaran 8 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke blok rangkaian driver relay sprayer dan buzzer, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke blok rangkaian driver relay beban listrik. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada Gambar 3. 2 berikut ini :

Gambar 3. 2 Rangkaian power supplay (PSA) blok rangkaian

Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan penyearah gelombang penuh menggunakan dua buah dioda,

(41)

berikutnya berfungsi untuk menahan arus yang ada pada regulator agar tidak balik jika terjadi penarikan arus sesaat dari output tegangan 8 dan 12 volt yang dibutuhkan untuk mengaktifkan relay. Regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar keluaran tegangan yang disupplay ke blok rangkaian pengolah/penguat sinyal dan mikrokontroler stabil 5 volt walaupun terjadi perubahan tegangan pada masukannya. Regulator 8 volt (7808) digunakan agar keluaran tegangan yang disupply ke blok rangkaian driver relay sprayer dan buzzer stabil 8 volt walaupun terjadi perubahan tegangan pada masukannya. LED hanya sebagai indikator apakah PSA telah bekerja dengan baik.

3. 2. 2 Perancangan power supply spreyer

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke spreyer. Rangkaian PSA ini menghasilkan output tegangan 12 Volt dc. Spreyer membutuhkan power supply yang terpisah karena membutuhkan arus yang cukup besar untuk mengaktifkan spreyer. Jika tegangan masukan spreyer tetap diambil dari PSA yang untuk semua blok rangkaian, arus yang dihasilkan oleh PSA itu akan diambil sepenuhnya oleh spreyer sehingga arus yang dibutuhkan mikrokontroler berkurang yang mengakibatkan mikrokontroler reset. Rangkaian power supply untuk spreyer ditunjukkan pada Gambar 3. 3 di bawah ini :

(42)

3. 3 Perancangan Rangkaian Penguat dan Pengolah Sinyal

Sensor infra merah api ini mendeteksi pancaran cahaya infra merah yang dipancarkan oleh api. Pancaran sinar infra merah dari api akan diterima oleh fotodioda. Tahanan fotodioda akan mengalami perubahan jika menerima pancaran sinyal infra merah. Fotodioda memiliki hambatan sekitar 20 s/d 50 Mohm jika tidak terkena sinar infra merah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 500 s/d 1000 Kohm jika terkena sinar infra merah dari api tergantung dari besarnya intensitass yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil.

Perubahan hambatan fotodioda diolah menjadi perubahan tegangan. Untuk mengubah perubahan hambatan menjadi perubahan tegangan, fotodioda harus diserikan dengan resistor yang biasanya dikenal dengan istilah rangkaian pembagi tegangan. Dengan demikian perubahan hambatan pada fotodioda menyebabkan perubahan tegangan pada output rangkaian pembagi tegangan. Pada perancangan ini fotodioda diserikan dengan hambatan sebesar 33Kohm, ini bertujuan agar sensitifitas sensor dapat diatur.

Perubahan tegangan tadi kemudian diperkuat menggunakan Op-Amp LM358 yang merupakan IC dual OP AMP. Sinyal yang telah dikuatkan tadi selanjutnya diolah oleh rangkaian penerima transistor C945 agar menghasilkan sinyal digital.

Jika fotodioda menerima pancaran sinar infra merah dari api maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika potodioda tidak menerima sinar infra merah dari api, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1). Penulis menggunakan 2 buah

(43)

rangkaian penguat dan pengolah sinyal yang sama yang bertujuan untuk menambah cakupan penerimaan pancaran sinar infra merah yang dihasilkan api. Rangkaian penerima infra merah ditunjukan pada Gambar 3. 4 di bawah ini:

Gambar 3. 4 Rangkaian Penerima sinar infra merah dari api

3. 4 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89C2051

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari blok rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler AT89C2051. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 3. 5 berikut ini:

(44)

Gambar 3. 5 Rangkaian Mikrokontroler AT89C2051

Mikrokontroler ini memiliki 15 port I/O, yaitu port 1 dan port 3. Pin 12 sampai 19 adalah port 1, dan port 3 berada pada pin 2, 3, 6, 7, 8, 9 dan 11. Pin 20 dihubungkan ke catu daya 5 volt. Dan pin 10 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.

Pada pin 1 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktifnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :

t = R x C = 10 KΩ x 10 µF = 1 mdetik Jadi 1 mili detik setelah power aktif pada IC kemudian program aktif.

(45)

3. 5 Perancangan Rangkaian Driver Relay

Perancangan rangkaian driver relay ini terdiri dari perancangan driver relay spreyer, driver relay buzzer dan driver relay beban.

3. 5. 1 Perancangan Rangkaian Driver Relay Spreyer

Spreyer yang digunakan adalah spreyer 6 – 15Volt, dengan arus yang dibutuhkan sebesar 450 mA. Rangkaian rangkaian driver spreyer ini berfungsi sebagai saklar elektronik untuk menghubungkan spreyer dengan catu daya. Pada perancangan ini digunakan relay 6 - 9Volt dan sebuah rangkaian transistor sebagai saklar. Rangkaian driver spreyer ini ditunjukkan pada Gambar 3. 6 berikut ini :

Gambar 3. 6 Rangkaian driver spreyer

Komponen utama dari rangkaian ini adalah relay. Relay merupakan saklar magnetis yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan elektromagnetis. Pada rangkaian ini digunakan relay yang dapat bekerja dengan baik pada tegangan 6 – 9 Volt, ini

(46)

berarti jika positip relay (kaki 1) dihubungkan ke catu daya +8 volt dan negatip relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan terhubung dengan catu daya sehingga menghasilkan medan elektromagnetis, yang mana medan elektromagnetis ini akan menarik logam sehingga mengakibatkan saklar terhubung.

Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Untuk menentukan tipe transistor yang digunakan, maka harus diketahui arus yang mengalir pada relay. Relay yang digunakan adalah 4098, relay ini dapat bekerja dengan baik dengan kisaran tegangan 6 - 9 volt, oleh sebab itu pada alat ini digunakan tegangan 8 volt sebagai tegangan kerja relay. Relay ini mempunyai hambatan 180Ω, sehingga arus yang mengalir pada relay adalah: mA atau A volt R V

iC 0,044 44

180 8 = Ω = =

maka transistor yang digunakan harus dapat mengalirkan arus 44mA pada kolektornya. Pada alat ini digunakan transistor tipe NPN C945, yang dapat mengalirkan arus maksimal 100 mA pada kolektornya.

Berikutnya menghitung hambatan yang digunakan pada basis. (hfe max= 100) mA atau A A hfe iC

ib 0,00044 0,44

100 044 , 0 = =

= dengan demikian nilai Rb yang

harus digunakan adalah: = − = − =10000Ω

00044 , 0 6 , 0 5 A volt volt ib Vbe Vb Rb

(47)

Jadi dapat digunakan resistor ¼ Watt. Pada alat ini digunakan resistor 10 K ¼ watt.

Input dari rangkaian ini dihubungkan ke pin 19 mikrokontroler, sehingga ON/OFF relay dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.

3. 5. 2 Perancangan Rangkaian Driver Relay Buzzer

Buzzer yang digunakan adalah buzzer 6 – 15 volt, dengan arus stabil sebesar 12 mA. Rangkaian rangkaian driver buzzer ini berfungsi sebagai saklar elektronik untuk menghubungkan buzzer dengan catu daya. Pada perancangan ini digunakan relay 6 – 9 volt dan sebuah rangkaian transistor sebagai saklar. Rangkaian driver buzzer ini ditunjukkan pada Gambar 3. 7 berikut ini :

Gambar 3. 7 Rangkaian driver buzzer

(48)

relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan terhubung dengan catu daya sehingga menghasilkan medan elektromagnetis, yang mana medan elektromagnetis ini akan menarik logam sehingga mengakibatkan saklar terhubung.

Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Untuk menentukan tipe transistor yang digunakan, maka harus diketahui arus yang mengalir pada relay. Relay yang digunakan adalah 4098, relay ini dapat bekerja dengan baik dengan kisaran tegangan 6 - 9 volt, oleh sebab itu pada alat ini digunakan tegangan 8 volt sebagai tegangan kerja relay. Relay ini mempunyai hambatan 180 Ω, sehingga arus yang mengalir pada relay adalah: mA atau A volt R V

i 0,044 44

180 8 = Ω = =

maka transistor yang digunakan harus dapat mengalirkan arus 44 mA pada kolektornya. Pada alat ini digunakan transistor tipe NPN C945, yang dapat mengalirkan arus maksimal 100 mA pada kolektornya.

Berikutnya menghitung hambatan yang digunakan pada basis. (hfe max = 100) mA atau A A hfe iC

ib 0,00044 0,44

100 044 , 0 = = =

dengan demikian nilai Rb yang harus digunakan adalah:

Ω = − = − = 10000 00044 , 0 6 , 0 5 A volt volt ib Vbe Vb Rb

(49)

Jadi dapat digunakan resistor ¼ Watt. Pada alat ini digunakan resistor 10 K ¼ watt.

Input dari rangkaian ini dihubungkan ke pin 18 mikrokontroler, sehingga ON/OFF relay dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.

3. 5. 3 Perancangan Rangkaian Driver Relay Beban

Rangkaian driver relay beban ini berfungsi sebagai saklar elektronis untuk memutuskan beban berupa lampu secara otomatis. Rangkaian driver relay beban ini ditunjukkan pada Gambar 3. 8 berikut ini :

Gambar 3. 8 Rangkaian driver relay beban

Komponen utama dari rangkaian ini adalah relay. Relay ini memisahkan tegangan rendah dari rangkaian dengan tegangan tinggi dari lampu beban yang dihubungkan dengan catu daya 220 voltAC. Dengan kata lainnya relai digunakan untuk mengontrol rangkaian arus beban tinggi dengan menggunakan rangkaian arus kontrol rendah.

(50)

Relay merupakan saklar magnetis yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan elektromagnetis. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt, ini berarti jika positip relay (kaki 1) dihubungkan ke catu daya +12 volt dan negatip relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan terhubung ke catu daya sehingga menghasilkan medan elektromagnetis, dimana medan elektromagnetis ini akan menarik logam yang mengakibatkan saklar terhubung.

Pada rangkaian ini, untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Untuk menentukan tipe transistor yang digunakan, maka harus diketahui arus yang mengalir pada relay. Relay yang digunakan adalah JQX-4453, relay ini mempunyai hambatan 350 Ω, sehingga arus yang mengalir pada relay adalah:

mA atau A volt R V

i 0,034 34

350 12 = Ω = =

maka transistor yang digunakan harus dapat mengalirkan arus 34 mA pada kolektornya. Pada perncangan ini digunakan transistor tipe NPN C945, yang dapat mengalirkan arus maksimal 100 mA pada kolektornya.

Berikutnya menghitung hambatan yang digunakan pada basis. (hfe = 90)

mA atau A A hfe iC

ib 0,00037 0,37

90 034 , 0 = =

= dengan demikian nilai Rb yang

harus digunakan adalah: = − = − =11.892Ω

00037 , 0 6 , 0 5 A volt volt ib Vbe Vb Rb

Watt = I x V = 0,00037 x 4,4 = 0,001628 watt.

(51)

Input dari rangkaian ini dihubungkan ke pin 17 mikrokontroler, sehingga lampu beban dapat dihidupkan/dimatikan dengan menggunakan program yang diisikan ke IC mikrokontroler tersebut.

3. 6 Prinsip Kerja Alat

Sensor api (foto dioda) menerima infra merah yang dipancarkan api. Fotodioda ini akan berubah nilainya hambatannya jika sinar infra merah yang berasal dari api mengenainya. Perubahan hambatan pada fotodioda akan diubah menjadi perubahan tegangan, kemudian diperkuat dengan menggunakan Op-amp, selanjutnya pada rangkaian ini terdapat transistor yang berfungsi untuk mengolah sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal yang masuk dari rangkaian penguat/pengolah sinyal kemudian diterima oleh mikrokontroler untuk kemudian menentukan tindakan untuk meng-ONkan atau meng-OFFkan relay-relay.

Jika api terdeteksi oleh fotodioda, mikrokontroler (sudah diprogram sebelumnya) akan bekerja untuk mengaktifkan spreyer untuk mematikan api, menghidupkan alarm untuk memberitahukan adanya trouble pada orang-orang yang ada disekitarnya, mematikan lampu dan peralatan listrik lainnya untuk menghindari kerusakan yang lebih lanjut dan menghindari hubung singkat akibat kabel yang terbakar.

Jika api sudah padam, spreyer dan alarm mati. Namun lampu serta peralatan listrik lainnya belum bekerja secara normal. Untuk membuatnya kembali normal, maka rangkaian mikrokontroler harus direset kembali.

(52)

3. 7 Diagram Alir Pemrograman

Diagram alir pemrograman mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 3. 9 di bawah ini :

Start

(53)

BAB IV

PENGUJIAN RANGKAIAN DAN ALAT

4. 1 Pengujian Rangkaian

4. 1. 1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89C2051

Untuk mengetahui apakah rangkaian Mikrokontroler AT89C2051 telah bekerja dengan baik, maka dilakukan pengujian. Pengujian bagian ini dilakukan dengan memberikan program sederhana pada Mikrokontroler AT89C2051. Programnya adalah sebagai berikut:

Loop:

Setb P3.7 Acall tunda Clr P3.7 Acall tunda Sjmp Loop Tunda:

Mov r7,#255 Tnd: Mov r6,#255

Djnz r6,$ Djnz r7,tnd Ret

Program di atas bertujuan untuk menyalakan LED yang terhubung ke P3.7 selama ± 0,13 detik kemudian mematikannya selama ± 0,13 detik secara terus menerus. Perintah Setb P3.7 akan menjadikan P3.7 berlogika high yang menyebabkan LED mati. Acall tunda akan menyebabkan LED ini mati selama

(54)

beberapa saat. Perintah Clr P3.7 akan menjadikan P3.7 berlogika low yang menyebabkan LED akan nyala. Perintah Acall tunda akan menyebabkan LED ini nyala selama beberapa saat. Perintah Sjmp Loop akan menjadikan program tersebut berulang, sehingga akan tampak LED tersebut tampak berkedip.

Apabila program tersebut diisikan ke Mikrokontroler AT89C2051, kemudian mikrokontroler dapat berjalan sesuai dengan program yang diisikan, maka rangkaian minimum Mikrokontroler AT89C2051 telah bekerja dengan baik.

4. 1. 2 Pengujian Rangkaian Penguat dan Pengolah Sinyal

Pengujian pada rangkaian ini dilakukan dengan mengukur tegangan pada output rangkaian penguat dan pengolah sinyal. Hasil pengukuran tegangan output rangkaian penguat dan penguat sinyal dapat dilihat pada Tabel 4. 1 :

Tabel 4. 1 Tegangan output rangkaian penguat dan pengolah sinyal Kondisi Tegangan pada output

Ada api 0,23volt

Tidak ada api 4,5volt

Dari hasil pengukuran tegangan output rangkaian penguat dan penguat sinyal dapat dilihat tegangan output pada kondisi ada api lebih kecil nilainya dari pada tegangan output tanpa ada api. Hal ini disebabkan adanya perubahan nilai hambatan pada sensor fotodioda. Tahanan fotodioda akan semakin mengecil nilainya jika terkena sinar inframerah yang berasal dari api. Perubahan tahanan fotodioda tergantung dari besarnya intensitas sinar inframerah yang mengenainya.

(55)

4. 1. 3 Pengujian Rangkaian Driver Relay

Pengujian kesemua rangkaian driver relay (spreyer, buzzer, dan beban) dilakukan dengan memberikan tegangan 5 volt pada basis transistor C945. Transistor C945 merupakan transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif jika pada basis diberi tegangan > 0,7 volt dan tidak aktif jika pada basis diberi tegangan < 0,7 volt.

Pemberian tegangan 5 volt pada basis mengakibatkan transistor aktif sehingga relay juga aktif dan hubungan semua peralatan (spreyer, buzzer, dan beban) dengan catu daya terhubung, sehingga semua peralatan (spreyer, buzzer, dan beban) dapat bekerja, maka rangkaian ini telah berfungsi dengan baik.

4. 2 Pengujian Alat

Setelah semua pengujian blok komponen dilakukan, maka tahap terakhir adalah melakukan pengujian alat. Pengujian alat dilakukan untuk melihat mengetahui apakah alat sudah bekerja sesuai dengan yang direncanakan dan diharapkan.

Dari hasil pengujian di dapat :

1. Jarak terjauh api yang dapat dideteksi sensor sekitar ±200 cm (posisi trimpot pada keadaan maksimum). Sensitifitas sensor dapat diubah dengan mengubah posisi trimpot pada rangkaian penguat dan pengolah sinyal.

Kondisi adanya api

2. Sudut yang masih dapat diterima sensor terhadap nyala api maksimal 30º.

(56)

3. Setelah ada api, 1-2 detik kemudian lampu mati.

4. Pada saat yang bersamaan spreyer bekerja untuk menyemprotkan air selama 5-7 detik, setelah itu spreyer berhenti menyemprotkan air selama 1-2 detik. Setelah itu sensor mengecek apakah api masih ada atau tidak. Jika ada, spreyer kembali bekerja. Jika tidak ada, spreyer berhenti bekerja.

5. Pada saat yang bersamaan juga, buzzer bekerja untuk mengeluarkan suara berisik yang bertujuan untuk memberitahukan adanya api.

6. Untuk menghidupkan kembali lampu, rangkaian mikrokontroler harus di reset kembali. Hal ini bertujuan untuk memberikan kesempatan kepada kita untuk mengecek apakah ada kerusakan pada ruangan peralatan listrik akibat adanya api tadi.

1. Spreyer berhenti bekerja untuk menyemprotkan air. Setelah kondisi api padam

2. Buzzer berhenti bekerja untuk mengeluarkan suara berisik.

3. Lampu belum menyala. Untuk kembali menghidupkan lampu, rangkaian mikrokontroler harus direset kembali. Setelah rangkaian mikrokontroler di reset kembali, lampu kembali menyala dan bekerja dengan normal.

(57)

BAB V PENUTUP

5. 1 Kesimpulan

Dari hasil pengamatan dan pengujian dapat disimpulkan :

1. Alat sudah dapat bekerja sesuai dengan yang direncanakan dan diharapkan.

2. Masih terdapat beberapa kelemahan alat, seperti : jarak penerimaan sensor inframerah yang kurang jauh ±200 cm dan jarak sembur air yang relatif pendek (kurang dari 50 cm).

3. Alat akan tetap bekerja bila menerima sinarinfra merah walaupun sinyal inframerah itu bukan berasal dari api.

5. 2 Saran

1. Untuk mengurangi kelemahan alat ini, adalah dengan mengganti sensor inframerah (fotodioda) dengan sensor lebih sensitif lagi terhadap api . 2 Sebaiknya penempatan sensor inframerah (fotodioda) harus disesuaikan

dengan kondisi dan bentuk ruangan supaya pendeteksian adanya api dapat lebih akurat.

3 Begitu juga dengan penempatan spreyer dan buzzer, harus disesuaikan dengan kondisi dan bentuk ruangan supaya hasil penyemprotan air lebih terarah lagi ke sumber api dan bunyi yang dihasilkan buzzer bisa terdengar lebih jelas, sehingga orang bisa dengan cepat mengetahui adanya api di ruangan tersebut.

(58)

DAFTAR PUSTAKA

1. Albert Paul Malvino, 2003, Prinsip-Prinsip Elektronika, Salemba Teknika, Jakarta.

2. Andi Pratomo, 2004, Belajar Cepat dan Mudah Mikrokontroller PIC16F84, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta.

3. ATMEL, 1997, Flash Mikrokontroller Architectural Overview, Atmel Inc

4. Dwi Hartanto-Suwanto Raharjo, 2005, Visual Downloader untuk Microcontroller AT89C2051, ANDI, Yogyakarta.

5. Frank D. Petruzella, 2001, Elektronika Industri, ANDI, Yogyakarta.

6. Tim Lab. Mikroprosesor, 2007, Pemrograman Mikrokontroler AT89C2051, ANDI, Yogyakarta.

(59)

8-Bit

Microcontroller

with 2 Kbytes

Flash

Features

•

Compatible with MCS-51 Products

•

2 Kbytes of Reprogrammable Flash Memory Endurance: 1,000 Write/Erase Cycles

•

2.7 V to 6 V Operating Range

•

Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz

•

Two-Level Program Memory Lock

•

128 x 8-Bit Internal RAM

•

15 Programmable I/O Lines

•

Two 16-Bit Timer/Counters

•

Six Interrupt Sources

•

Programmable Serial UART Channel

•

Direct LED Drive Outputs

•

On-Chip Analog Comparator

•

Low Power Idle and Power Down Modes

Pin Configuration

PDIP/SOIC

Description

The AT89C2051 is a low-voltage, high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 2 Kbytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The device is manufactured using Atmel’s high density nonvolatile memory technology

and is compatible with the industry standard MCS-51 instruction set and pinout.

By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip, the Atmel AT89C2051 is a powerful microcomputer which provides a highly flexible and cost effective solution to many embedded control applications.

The AT89C2051 provides the following standard features: 2 Kbytes of Flash, 128 bytes of RAM, 15 I/O lines, two 16-bit timer/counters, a five vector two-level interrupt architecture, a full duplex serial port, a precision analog comparator, on-chip oscilla-tor and clock circuitry. In addition, the AT89C2051 is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two software selectable power sav-ing modes. The Idle Mode stops the CPU while allowsav-ing the RAM, timer/counters, serial port and interrupt system to continue functioning. The Power Down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset.

(60)

(61)

Pin Description

VCC Supply voltage. GND Ground. Port 1

Port 1 is an 8-bit bidirectional I/O port. Port pins P1.2 to P1.7 provide internal pullups. P1.0 and P1.1 require exter-nal pullups. P1.0 and P1.1 also serve as the positive input (AIN0) and the negative input (AIN1), respectively, of the on-chip precision analog comparator. The Port 1 output buffers can sink 20 mA and can drive LED displays di-rectly. When 1s are written to Port 1 pins, they can be used as inputs. When pins P1.2 to P1.7 are used as inputs and are externally pulled low, they will source current (IIL) because of the internal pullups.

Port 1 also receives code data during Flash programming and program verification.

Port 3

Port 3 pins P3.0 to P3.5, P3.7 are seven bidirectional I/O pins with internal pullups. P3.6 is hard-wired as an input to the output of the on-chip comparator and is not accessible as a general purpose I/O pin. The Port 3 output buffers can sink 20 mA. When 1s are written to Port 3 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 3 pins that are externally being

pulled low will source current (IIL) because of the pullups.

Port 3 also serves the functions of various special features of the AT89C2051 as listed below:

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)

Port 3 also receives some control signals for Flash pro-gramming and propro-gramming verification.

RST

Reset input. All I/O pins are reset to 1s as soon as RST goes high. Holding the RST pin high for two machine cy-cles while the oscillator is running resets the device. Each machine cycle takes 12 oscillator or clock cycles.

XTAL1

Input to the inverting oscillator amplifier and input to the internal clock operating circuit.

XTAL2

Oscillator Characteristics

XTAL1 and XTAL2 are the input and output, respectively, of an inverting amplifier which can be configured for use as an on-chip oscillator, as shown in Figure 1. Either a quartz crystal or ceramic resonator may be used. To drive the device from an external clock source, XTAL2 should be left unconnected while XTAL1 is driven as shown in Figure 2. There are no requirements on the duty cycle of the external clock signal, since the input to the internal clocking circuitry is through a divide-by-two flip-flop, but minimum and maximum voltage high and low time specifi-cations must be observed.

Figure 2. External Clock Drive Configuration Figure 1. Oscillator Connections

Notes: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals

= 40 pF ± 10 pF for Ceramic Resonators

AT89C2051

(62)

Table 1. AT89C2051 SFR Map and Reset Values 0F8H 0FFH 0F0H B 00000000 0F7H 0E8H 0EFH 0E0H ACC 00000000 0E7H 0D8H 0DFH 0D0H PSW 00000000 0D7H 0C8H 0CFH 0C0H 0C7H 0B8H IP XXX00000 0BFH 0B0H P3 11111111 0B7H 0A8H IE 0XX00000 0AFH 0A0H 0A7H 98H SCON 00000000 SBUF XXXXXXXX 9FH 90H P1 11111111 97H 88H TCON 00000000 TMOD 00000000 TL0 00000000 TL1 00000000 TH0 00000000 TH1 00000000 8FH 80H SP 00000111 DPL 00000000 DPH 00000000 PCON 0XXX0000 87H

Special Function Registers

A map of the on-chip memory area called the Special Function Register (SFR) space is shown in the table be-low.

Note that not all of the addresses are occupied, and unoc-cupied addresses may not be implemented on the chip. Read accesses to these addresses will in general return

random data, and write accesses will have an indetermi-nate effect.

User software should not write 1s to these unlisted loca-tions, since they may be used in future products to invoke new features. In that case, the reset or inactive values of the new bits will always be 0.

(63)

Restrictions on Certain Instructions

The AT89C2051 and is an economical and cost-effective member of Atmel’s growing family of microcontrollers. It contains 2 Kbytes of flash program memory. It is fully com-patible with the MCS-51 architecture, and can be pro-grammed using the MCS-51 instruction set. However, there are a few considerations one must keep in mind when utilizing certain instructions to program this device. All the instructions related to jumping or branching should be restricted such that the destination address falls within the physical program memory space of the device, which is 2K for the AT89C2051. This should be the responsibil-ity of the software programmer. For example, LJMP 7E0H would be a valid instruction for the AT89C2051 (with 2K of memory), whereas LJMP 900H would not.

1. Branching instructions:

LCALL, LJMP, ACALL, AJMP, SJMP, JMP @A+DPTR These unconditional branching instructions will execute correctly as long as the programmer keeps in mind that the destination branching address must fall within the physical boundaries of the program memory size (loca-tions 00H to 7FFH for the 89C2051). Violating the physi-cal space limits may cause unknown program behavior. CJNE [...], DJNZ [...], JB, JNB, JC, JNC, JBC, JZ, JNZ With these conditional branching instructions the same rule above applies. Again, violating the memory bounda-ries may cause erratic execution.

For applications involving interrupts the normal interrupt service routine address locations of the 80C51 family ar-chitecture have been preserved.

2. MOVX-related instructions, Data Memory:

The AT89C2051 contains 128 bytes of internal data mem-ory. Thus, in the AT89C2051 the stack depth is limited to 128 bytes, the amount of available RAM. External DATA memory access is not supported in this device, nor is ex-ternal PROGRAM memory execution. Therefore, no MOVX [...] instructions should be included in the program. A typical 80C51 assembler will still assemble instructions, even if they are written in violation of the restrictions men-tioned above. It is the responsibility of the controller user to know the physical features and limitations of the device being used and adjust the instructions used correspond-ingly.

(64)

Program Memory Lock Bits

On the chip are two lock bits which can be left unpro-grammed (U) or can be prounpro-grammed (P) to obtain the ad-ditional features listed in the table below:

Lock Bit Protection Modes

(1)

Program Lock Bits

LB1 LB2 Protection Type

1 U U No program lock features.

2 P U Further programming of the

Flash is disabled.

3 P P Same as mode 2, also verify

is disabled.

Note: 1. The Lock Bits can only be erased with the Chip Erase operation

Idle Mode

In idle mode, the CPU puts itself to sleep while all the on-chip peripherals remain active. The mode is invoked by software. The content of the on-chip RAM and all the spe-cial functions registers remain unchanged during this mode. The idle mode can be terminated by any enabled interrupt or by a hardware reset.

P1.0 and P1.1 should be set to ’0’ if no external pullups are used, or set to ’1’ if external pullups are used.

It should be noted that when idle is terminated by a hard-ware reset, the device normally resumes program execu-tion, from where it left off, up to two machine cycles before the internal reset algorithm takes control. On-chip hard-ware inhibits access to internal RAM in this event, but ac-cess to the port pins is not inhibited. To eliminate the pos-sibility of an unexpected write to a port pin when Idle is terminated by reset, the instruction following the one that invokes Idle should not be one that writes to a port pin or to external memory.

Power Down Mode

In the power down mode the oscillator is stopped, and the instruction that invokes power down is the last instruction executed. The on-chip RAM and Special Function Regis-ters retain their values until the power down mode is termi-nated. The only exit from power down is a hardware reset. Reset redefines the SFRs but does not change the

on-chip RAM. The reset should not be activated before VCC

is restored to its normal operating level and must be held active long enough to allow the oscillator to restart and stabilize.

P1.0 and P1.1 should be set to ’0’ if no external pullups are used, or set to ’1’ if external pullups are used.

Programming The Flash

The AT89C2051 is shipped with the 2 Kbytes of on-chip PEROM code memory array in the erased state (i.e., con-tents = FFH) and ready to be programmed. The code

memory array is programmed one byte at a time. Once the

array is programmed, to re-program any non-blank byte, the entire memory array needs to be erased electrically.

Internal Address Counter: The AT89C2051 contains an internal PEROM address counter which is always reset to 000H on the rising edge of RST and is advanced by applying a positive going pulse to pin XTAL1.

Programming Algorithm: To program the AT89C2051, the following sequence is recommended.

1. Power-up sequence:

Apply power between VCC and GND pins

Set RST and XTAL1 to GND

With all other pins floating, wait for greater than 10 milliseconds

2. Set pin RST to ’H’ Set pin P3.2 to ’H’

3. Apply the appropriate combination of ’H’ or ’L’ logic levels to pins P3.3, P3.4, P3.5, P3.7 to select one of the programming operations shown in the PEROM Programming Modes table.

To Program and Verify the Array:

4. Apply data for Code byte at location 000H to P1.0 to P1.7.

5. Raise RST to 12V to enable programming.

6. Pulse P3.2 once to program a byte in the PEROM ar-ray or the lock bits. The byte-write cycle is self-timed and typically takes 1.2 ms.

7. To verify the programmed data, lower RST from 12V to logic ’H’ level and set pins P3.3 to P3.7 to the ap-propiate levels. Output data can be read at the port P1 pins.

8. To program a byte at the next address location, pulse XTAL1 pin once to advance the internal address counter. Apply new data to the port P1 pins.

9. Repeat steps 5 through 8, changing data and advanc-ing the address counter for the entire 2 Kbytes array or until the end of the object file is reached.

10.Power-off sequence: set XTAL1 to ’L’ set RST to ’L’

Float all other I/O pins Turn Vcc power off

(65)

Data Polling: The AT89C2051 features Data Polling to indicate the end of a write cycle. During a write cycle, an attempted read of the last byte written will result in the complement of the written data on P1.7. Once the write cycle has been completed, true data is valid on all outputs, and the next cycle may begin. Data Polling may begin any time after a write cycle has been initiated.

Ready/Busy: The Progress of byte programming can also be monitored by the RDY/BSY output signal. Pin P3.1 is pulled low after P3.2 goes High during program-ming to indicate BUSY. P3.1 is pulled High again when programming is done to indicate READY.

Program Verify: If lock bits LB1 and LB2 have not been programmed code data can be read back via the data lines for verification:

1. Reset the internal address counter to 000H by bring-ing RST from ’L’ to ’H’.

2. Apply the appropriate control signals for Read Code data and read the output data at the port P1 pins. 3. Pulse pin XTAL1 once to advance the internal address

counter.

4. Read the next code data byte at the port P1 pins. 5. Repeat steps 3 and 4 until the entire array is read. The lock bits cannot be verified directly. Verification of the lock bits is achieved by observing that their features are enabled.

Chip Erase: The entire PEROM array (2 Kbytes) and the two Lock Bits are erased electrically by using the proper combination of control signals and by holding P3.2 low for 10 ms. The code array is written with all “1"s in the Chip Erase operation and must be executed before any non-blank memory byte can be re-programmed.

Reading the Signature Bytes: The signature bytes are read by the same procedure as a normal verification of locations 000H, 001H, and 002H, except that P3.5 and P3.7 must be pulled to a logic low. The values returned are as follows.

(000H) = 1EH indicates manufactured by Atmel (001H) = 21H indicates 89C2051

Programming Interface

Every code byte in the Flash array can be written and the entire array can be erased by using the appropriate com-bination of control signals. The write operation cycle is self-timed and once initiated, will automatically time itself to completion.

All major programming vendors offer worldwide support for the Atmel microcontroller series. Please contact your local programming vendor for the appropriate software re-vision.

Flash Programming Modes

Mode RST

P3.2/

P3.3 P3.4 P3.5 P3.7

PROG

Write Code Data(1,3) 12V L H H H

Read Code Data(1) H H L L H H

Write Lock Bit - 1 12V H H H H

Bit - 2 12V H H L L

Chip Erase 12V H L L L

Read Signature Byte H H L L L L

Notes: 1. The internal PEROM address counter is reset to 000H on the rising edge of RST and is advanced by a posi-tive pulse at XTAL1 pin.

2. Chip Erase requires a 10 ms PROG pulse. 3. P3.1 is pulled Low during programming to indicate

RDY/BSY\. (2)

(66)

Figure 3. Programming the Flash Memory Figure 4. Verifying the Flash Memory

Flash Programming and Verification Characteristics

TA = 21°C to 27°C, VCC = 5.0 ± 10%

Symbol Parameter Min Max Units

VPP Programming Enable Voltage 11.5 12.5 V

IPP Programming Enable Current 250 µA

tDVGL Data Setup to PROG Low 1.0 µs

tGHDX Data Hold After PROG 1.0 µs

tEHSH P3.4 (ENABLE) High to VPP 1.0 µs

tSHGL VPP Setup to PROG Low 10 µs

tGHSL VPP Hold After PROG 10 µs

tGLGH PROG Width 1 110 µs

tELQV ENABLE Low to Data Valid 1.0 µs

tEHQZ Data Float After ENABLE 0 1.0 µs

tGHBL PROG High to BUSY Low 50 ns

tWC Byte Write Cycle Time 2.0 ms

tBHIH RDY/BSY\ to Increment Clock Delay 1.0 µs

tIHIL Increment Clock High 200 ns

(67)

Flash Programming and Verification Waveforms

Absolute Maximum Ratings*

Operating Temperature... -55°C to +125°C Storage Temperature... -65°C to +150°C Voltage on Any Pin

with Respect to Ground ... -1.0 V to +7.0 V Maximum Operating Voltage ... 6.6 V DC Output Current ... 25.0 mA

*NOTICE: Stresses beyond those listed under “Absolute Maxi-mum Ratings” may cause permanent damage to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indi-cated in the operational sections of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

(68)

D.C. Characteristics

TA = -40°C to 85°C, VCC = 2.7 V to 6.0 V (unless otherwise noted)

Symbol Parameter Condition Min Max Units

VIL Input Low Voltage -0.5 0.2 VCC-0.1 V

VIH Input High Voltage (Except XTAL1, RST) 0.2 VCC+0.9 VCC+0.5 V

VIH1 Input High Voltage (XTAL1, RST) 0.7 VCC VCC+0.5 V

VOL Output Low Voltage

(1)

(Ports 1, 3)

IOL = 20 mA, VCC = 5 V

IOL = 10 mA, VCC = 2.7 V 0.5 V

VOH Output High Voltage

(Ports 1, 3)

IOH = -80 µA, VCC = 5 V ± 10% 2.4 V

IOH = -30 µA 0.75 VCC V

IOH = -12 µA 0.9 VCC V

IIL Logical 0 Input Current

(Ports 1, 2, 3) VIN = 0.45 V -50 µA

ITL Logical 1 to 0 Transition

Current (Ports 1, 2, 3) VIN = 2 V -750 µA

ILI Input Leakage Current

(Port P1.0, P1.1) 0 < VIN < VCC ±10 µA

VOS Comparator Input Offset

Voltage VCC = 5 V 20 mV

VCM Comparator Input

Common Mode Voltage 0 VCC V

RRST Reset Pulldown Resistor 50 300 KΩ

CIO Pin Capacitance Test Freq. = 1 MHz, TA = 25°C 10 pF

ICC

Power Supply Current

Active Mode, 12 MHz, VCC = 6 V/3 V 15/5.5 mA

Idle Mode, 12 MHz, VCC = 6 V/3 V

P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 5/1 mA

Power Down Mode(2) VCC = 6 V P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 100 µA

VCC = 3 V P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 20 µA

Notes: 1. Under steady state (non-transient) conditions, IOL

must be externally limited as follows: Maximum IOL per port pin:20 mA

Maximum total IOL for all output pins:80 mA

If IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater than the listed test conditions. 2. Minimum VCC for Power Down is 2 V.

(69)

External Clock Drive Waveforms

External Clock Drive

Symbol Parameter VCC = 2.7 V to 6.0 V VCC = 4.0 V to 6.0 V Units

Min Max Min Max

1/tCLCL Oscillator Frequency 0 12 0 24 MHz

tCLCL Clock Period 83.3 41.6 ns

tCHCX High Time 30 15 ns

tCLCX Low Time 30 15 ns

tCLCH Rise Time 20 20 ns

tCHCL Fall Time 20 20 ns

(70)

Shift Register Mode Timing Waveforms

AC Testing Input/Output Waveforms

(1)

Note: 1. AC Inputs during testing are driven at VCC - 0.5 V for a

logic 1 and 0.45 V for a logic 0. Timing measure-ments are made at VIH min. for a logic 1 and VIL

max. for a logic 0.

Serial Port Timing: Shift Register Mode Test Conditions

(VCC = 5.0 V ± 20%; Load Capacitance = 80 pF)

Symbol Parameter

12 MHz Osc Variable Oscillator

Units

Min Max Min Max

tXLXL Serial Port Clock Cycle Time 1.0 12tCLCL µs

tQVXH Output Data Setup to Clock Rising Edge 700 10tCLCL-133 ns

tXHQX Output Data Hold After Clock Rising Edge 50 2tCLCL-33 ns

tXHDX Input Data Hold After Clock Rising Edge 0 0 ns

tXHDV Clock Rising Edge to Input Data Valid 700 10tCLCL-133 ns

Float Waveforms

(1)

Note: 1. For timing purposes, a port pin is no longer floating when a 100 mV change from load voltage occurs. A port pin begins to float when a 100 mV change from the loaded VOH/VOL level occurs.

(71)

AT89C2051

TYPICAL ICC - IDLE (85°C)

0 1 2 3

0 3 6 9 12

FREQUENCY (MHz)

I

C

m

A

Vcc=6.0V

Vcc=5.0V

Vcc=3.0V

AT89C2051

TYPICAL ICC - ACTIVE (85°C)

0 5 10 15 20

0 6 12 18 24

FREQUENCY (MHz)

I

C

m

A

Vcc=6.0V

Vcc=5.0V

Vcc=3.0V

(72)

Note: 1. XTAL1 tied to GND for ICC (power down).

2. P.1.0 and P1.1 = VCC or GND.

3. Lock bits programmed.

AT89C2051

TYPICAL ICC vs. VOLTAGE- POWER DOWN (85°C)

0 5 10 15 20

3.0V 4.0V 5.0V 6.0V

Vcc VOLTAGE

I

C

µ

A

(73)

Ordering Information

Speed

(MHz)

Power

Supply Ordering Code Package Operation Range

12 2.7 V to 6.0 V AT89C2051-12PC 20P3 Commercial

AT89C2051-12SC 20S (0°C to 70°C)

AT89C2051-12PI 20P3 Industrial

AT89C2051-12SI 20S (-40°C to 85°C)

24 4.0 V to 6.0 V AT89C2051-24PC 20P3 Commercial

AT89C2051-24SC 20S (0°C to 70°C)

AT89C2051-24PI 20P3 Industrial

AT89C2051-24SI 20S (-40°C to 85°C)

Package Type 20P3 20 Lead, 0.300" Wide, Plastic Dual In-line Package (PDIP)

20S 20 Lead, 0.300" Wide, Plastic Gull Wing Small Outline (SOIC)

(1)

VIL Input Low Voltage -0.5 0.2 VCC-0.1 V

VIH Input High Voltage (Except XTAL1, RST) 0.2 VCC+0.9 VCC+0.5 V

VIH1 Input High Voltage (XTAL1, RST) 0.7 VCC VCC+0.5 V

VOL Output Low Voltage (1)

(Ports 1, 3)

IOL = 20 mA, VCC = 5 V

IOL = 10 mA, VCC = 2.7 V 0.5 V

VOH Output High Voltage

(Ports 1, 3)

IOH = -80 µA, VCC = 5 V ± 10% 2.4 V

IOH = -30 µA 0.75 VCC V

IOH = -12 µA 0.9 VCC V

IIL Logical 0 Input Current

(Ports 1, 2, 3) VIN = 0.45 V -50 µA

ITL Logical 1 to 0 Transition

Current (Ports 1, 2, 3) VIN = 2 V -750 µA

ILI Input Leakage Current

(Port P1.0, P1.1) 0 < VIN < VCC ±10 µA

VOS Comparator Input Offset

Voltage VCC = 5 V 20 mV

VCM Comparator Input

Common Mode Voltage 0 VCC V

RRST Reset Pulldown Resistor 50 300 KΩ

CIO Pin Capacitance Test Freq. = 1 MHz, TA = 25°C 10 pF

ICC

Power Supply Current

Active Mode, 12 MHz, VCC = 6 V/3 V 15/5.5 mA

Idle Mode, 12 MHz, VCC = 6 V/3 V

P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 5/1 mA

Power Down Mode(2) VCC = 6 V P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 100 µA

VCC = 3 V P1.0 & P1.1 = 0V or VCC 20 µA

Notes: 1. Under steady state (non-transient) conditions, IOL

must be externally limited as follows: Maximum IOL per port pin:20 mA

Maximum total IOL for all output pins:80 mA

If IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater than the listed test conditions. 2. Minimum VCC for Power Down is 2 V.

(2)

External Clock Drive Waveforms

External Clock Drive

Symbol Parameter VCC = 2.7 V to 6.0 V VCC = 4.0 V to 6.0 V Units

Min Max Min Max

1/tCLCL Oscillator Frequency 0 12 0 24 MHz

tCLCL Clock Period 83.3 41.6 ns

tCHCX High Time 30 15 ns

tCLCX Low Time 30 15 ns

tCLCH Rise Time 20 20 ns

tCHCL Fall Time 20 20 ns

(3)

Shift Register Mode Timing Waveforms

AC Testing Input/Output Waveforms

(1)

Note: 1. AC Inputs during testing are driven at VCC - 0.5 V for a

logic 1 and 0.45 V for a logic 0. Timing measure-ments are made at VIH min. for a logic 1 and VIL

max. for a logic 0. Symbol Parameter

12 MHz Osc Variable Oscillator

Units

Min Max Min Max

tXLXL Serial Port Clock Cycle Time 1.0 12tCLCL µs

tQVXH Output Data Setup to Clock Rising Edge 700 10tCLCL-133 ns

tXHQX Output Data Hold After Clock Rising Edge 50 2tCLCL-33 ns

tXHDX Input Data Hold After Clock Rising Edge 0 0 ns

tXHDV Clock Rising Edge to Input Data Valid 700 10tCLCL-133 ns

Float Waveforms

(1)

Note: 1. For timing purposes, a port pin is no longer floating when a 100 mV change from load voltage occurs. A port pin begins to float when a 100 mV change from the loaded VOH/VOL level occurs.