Perancangan Perangkat Keras TA : Perancangan dan Pembuatan Kalender Digital Berdasarkan 4 Sistem Penanggalan Berbasis Microcontroller.

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Langkah selanjutnya dalam perancangan perangkat keras pada sistem kalender digital menggunakan dot matrix ini adalah merealisasikan rangkaian pada diagram diatas. Rangkaian-rangkaian yang akan direalisasikan adalah: 1. Rangkaian Minimum Sistem AT89S52. 2. Rangkaian Komunikasi Serial RS232. 3. Rangkaian Serial RTC DS1307. 4. Rangkaian Driver Baris TIP42. 5. Rangkaian Shift Register 74LS164. 6. Rangkaian Display Dot Matrix. Dalam perancangan perangkat lunak terdapat proses-proses sebagai berikut: program utama, program interrupt serial, program konversi kalender . 3.1.1 Rangkaian Minimum Sistem AT89S52 Rangkaian mikrokontroler berfungsi sebagai pusat pengontrol dari rangkaian Kalender Digital ini. Pada Tugas Akhir ini digunakan mikrokontroler keluaran ATMEL yaitu Mikrokontroler AT89S52. Mikrokontroler ini mempunyai 40 pin dengan 4 jalur port yaitu Port 0, Port 1, Port 2, dan Port 3. Untuk mengetahui lebih lanjut konfigurasi mikrokontroler sebagai pengendali sistem, skematik rangkaian terlihat pada Gambar 3.2. A10 A9 D0 5v Baris6 XTAL1 D4 Baris1 A11 XTAL2 Y 1 CRY STAL 11.0592Mhz 30pF SCL 30pF Baris7 XTAL1 U2 AT89S52 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P3.1TXD P3.2INT0 P3.3INT1 P3.4T0 P3.5T1 P3.6WR P3.7RD XTAL2 XTAL1 GN D P2.0A8 P2.1A9 P2.2A10 P2.3A11 P2.4A12 P2.5A13 P2.6A14 P2.7A15 PSEN ALEPROG EAVPP P0.7AD7 P0.6AD6 P0.5AD5 P0.4AD4 P0.3AD3 P0.2AD2 P0.1AD1 P0.0AD0 VCC P1.0T2 P1.1T2EX P1.2 P1.3 P1.4SS P1.5MOSI P1.6MISO P1.7SCK RST P3.0RXD D3 D7 CLOCK Baris2 DATA SDA Baris8 RN2 R-PACK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RN2 R-PACK 2 3 4 5 6 7 8 9 P3.0 Rx D6 Baris4 WE Baris3 D2 P3.1 Tx XTAL2 D5 A8 Baris5 OE D1 VCC Gambar 3.2 Minimum sistem Mikrokontroler AT89S52 Pada skematik yang tecantum pada gambar 3.2 terdapat beberapa port yang berhubungan dengan komponen yang lainnya. Port 0 dihubungkan dengan komponen 74HC573 yang berfungsi sebagai penyangga data yang diterima dari mikrokontroler. Port 1 terhubung dengan rangkaian driver baris. Pada port 1 ini digunakan untuk melakukan scanning 8 baris. Port 3 P3.4 dan P3.5 masing- masing berfungsi sebagai input data dan input clock pada shift register. Pin RxD dan TxD berfungsi sebagai penerima dan pengirim data serial ke komputer, terhubung melalui MAX 232 sebagai konverter. Pada rangkaian mikrokontroler ini, digunakan komponen XTAL 11,0592 Mhz yang terhubung pada pin XTAL1 dan XTAL2.

A. Rangkaian Programmer

Penulis menggunakan rangkaian programmer yang terdiri dari sebuah IC 74LS244 yang berguna sebagai buffer dan kabel downloader dengan interface DB25 yang terhubung pada port LPT1 pada komputer dalam melakukan proses download program dalam format .HEX dari komputer ke mikrokontroler. Sedangkan software yang digunakan adalah Atmel Microcontroller ISP Software. Skematik kabel downloader yang digunakan untuk mendownload program ke mikrokontroler seperti pada Gambar 3.3. P2 CONNECTOR DB25 13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1 U11 74LS244 A1 2 A2 4 A3 6 A4 8 1OE 1 Y 1 18 Y 2 16 Y 3 14 Y 4 12 VC C 2 GN D 1 A5 11 A6 13 A7 15 A8 17 Y 5 9 Y 6 7 Y 7 5 Y 8 3 2OE 19 J1 HEADER 6 1 2 3 4 5 6 Gambar 3.3 Rangkaian kabel downloader pada port LPT Setelah kabel downloader terhubung ke Port paralel pada PC melalui DB25 dan terhubung ke mikrokontroler melalui konektor 6 pin. Tahap selanjutnya adalah melakukan download program ke mikro. Penulis menggunakan software Atmel Microcontroller. Antarmuka software dapat dilihat pada Gambar 3.4. Gambar 3.4 Atmel Microcontroller ISP Software Konektor 6 pin pada Gambar 3.3 dihubungkan terlebih dahulu pada Mikrokontroler AT89S52 jika akan melakukan proses download program. Konektor yang terhubung ke mikro seperti pada Gambar 3.5. TR J2 downloader 1 2 3 4 5 6 MOSI SCK MISO RESET Gambar 3.5 Konektor downloader pada Mikrokontroler

3.1.2 Rangkaian Komunikasi Serial RS232

Data yang diterima dari komputer melalui serial port adalah berupa tegangan dengan standar RS-232, yaitu antara -3 sampai -25 Volt untuk kondisi high dan +3 sampai +25 Volt untuk kondisi low. Sedangkan mikrokontroler bekerja dalam level tegangan TTL, yaitu +5 Volt untuk kondisi high dan 0 Volt untuk kondisi low. MAX232 akan mengubah level tegangan RS-232 menjadi level tegangan TTL agar dapat diolah oleh mikrokontroler. Demikian pula sebaliknya, data yang dikirim mikrokontroler akan diubah ke level tegangan RS-232 agar dapat diolah oleh komputer. Pengiriman data dari program visual di PC ke mikrokontroler menggunakan komunikasi serial RS232. Diagram skematik dari rangkaian serial terlihat pada Gambar 3.6. Gambar 3.6 Rangkaian skematik RS232 Penulis menggunakan komunikasi serial mode 1 dengan baudrate sebesar 9600 bps. Sehingga pengaturan register SCON dan register PCON adalah seperti pada tabel 3.1 dan tabel 3.2. Tabel 3.1 Susunan bit dalam register SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 1 1 Dari tabel 3.1 maka SCON bernilai 0x50 dimana SM0 = 0 dan SM1 = 1 berarti menggunakan mode 1, sedangkan REN = 1 berarti mengaktifkan port serial untuk menerima data. VCC U1 MAX232 C1+ 1 C1- 3 C2+ 4 C2- 5 VCC 16 GND 15 V+ 2 V- 6 R1OUT 12 R2OUT 9 T1IN 11 T2IN 10 R1IN 13 R2IN 8 T1OUT 14 T2OUT 7 P1 DB9 5 9 4 8 3 7 2 6 1 + C1 10u + C2 10u + C3 10u + C4 10u P3.0 Rx P3.1 Tx Tabel 3.2 Susunan bit dalam register PCON SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL Dari tabel 3.2 maka PCON bernilai 0 x 00,

3.1.3 Rangkaian Serial RTC DS1307

Real Time Clock DS1307 digunakan untuk merancang jam digital. RTC ini berkomunikasi secara serial dengan mikrokontroler melalui kaki SDA serial data dan SCL serial clock. Pada rangkaian ini DS1307 beroperasi sebagai slave dengan mengirimkan data waktu ke mikrontroler yang berfungsi sebagai master. Konfigurasi dari pin RTC DS1307 yang digunakan dalam Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 3.7. SDA SCL U45 DS1307 GN D 4 SQWOUT 7 SDA 5 X1 1 X2 2 SCL 6 VBAT 3 VCC 8 GND Y 3 32.768kHz C1 100nF BT2 CR2032 3V VCC Gambar 3.7 Rangkaian Real Time Clock DS1307

3.1.4 Rangkaian Driver Baris TIP42

Pada rangkaian kontroler memiliki 8 pasang transistor yang berfungsi sebagai driver baris. Dimana setiap pasang terdiri dari transistor 9013 dan TIP42. Rangkaian driver baris terhubung ke Port 1 mikrokontroler dan ke baris dot matrix. Agar lebih jelas mengenai uraian diatas, dapat dilihat skematik driver baris seperti Gambar 3.8. VCC Q3 Q5A C9013 3 1 2 VCC Q11A C9013 3 1 2 R93 BRS 4 R93 Q6A C9013 3 1 2 Q3 R93 BARIS4 BARIS2 BRS 7 Q3 B1 Q11A C9013 3 1 2 VCC BRS 5 BRS 6 VCC Q3 BARIS3 R93 BARIS1 Q11A C9013 3 1 2 BARIS7 VCC Q3 BRS 2 R93 VCC BARIS5 BRS 1 Q11A C9013 3 1 2 BARIS8 R93 BARIS6 R93 VCC BRS 3 VCC Q11A C9013 3 1 2 Q4A C9013 3 1 2 B1 R93 Q3 B1 BRS 8 Q3 Q3 Gambar 3.8 Rangkaian driver baris transistor TIP42 Output dari mikrokontroler tidak cukup kuat untuk menyalakan satu baris led dot matrix yang terdiri atas 288 led. Dibutuhkan transistor yang berdaya besar untuk memperkuat arus dari mikrokontroler agar dapat menyalakan atau mematikan tiap baris led dot matrix. Penulis menggunakan 2 buah transistor PNP tipe TIP42 dan 9013 yang dirangkai seperti pada gambar 3.8. Transistor berfungsi sebagai saklar untuk menyalakan atau mematikan tiap baris dari led dot matrix. Display dot matrix terdiri dari 8 baris led sehingga digunakan 8 pasang rangkaian dengan setiap pasang transistor terhubung ke Port P1.0 sampai Port 1.7. Pin basis pada TIP42 terhubung ke mikrokontroler, pin collector sebagai output yang terhubung ke pin baris pada led dot matrix, sedangkan pin emitter terhubung pada tegangan 5V. Rangkaian driver ini mempunyai karakteristik akan aktif jika mendapat input low. Saat output dari mikrokontroler high, maka transistor 9013 akan ON, tegangan di kolektor akan menjadi 0 V dan transistor TIP42 akan OFF, sehingga baris led akan mati. Sebaliknya jika output mikrokontroler low, maka transistor 9013 akan OFF, tegangan di kolektor 9013 akan menjadi 12 V dan transistor TIP42 akan ON sehingga baris led akan hidup.

3.1.5 Rangkaian Shift Register 74LS164

Rangkaian shift register digunakan sebagai driver kolom pada display dot matrix. Input pada IC shift register berupa data, clock dan clear dimana masing- masing terhubung ke Port P3.4, Port P3.5 dan VCC dari mikrokontroler. Output shift register terhubung pada kolom display dot matrix. Agar lebih jelas tentang konfigurasi pin dari IC 74LS164, dapat dilihat skematik rangkaian pada Gambar 3.9. H5 H7 H8 H21 H23 H24 H17 H18 H19 H22 H20 H13 H15 H16 H9 H10 H11 H12 H14 H29 H31 H32 H33 H25 H26 H27 H28 H30 U16 74LS164 A 1 B 2 CLK 8 CLR 9 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VC C 1 4 GN D 7 H24 C6 DATA H16 H8 CLK VCC CLK VCC CLK VCC R28 R25 R26 R27 R32 R29 R30 R31 DATA CLK VCC U16 74LS164 A 1 B 2 CLK 8 CLR 9 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VC C 1 4 GN D 7 C6 R4 R1 R2 R3 R8 R5 R6 R7 U16 74LS164 A 1 B 2 CLK 8 CLR 9 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VC C 1 4 GN D 7 C6 R12 R9 R10 R11 R16 R13 R14 R15 VCC CLK U16 74LS164 A 1 B 2 CLK 8 CLR 9 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VC C 1 4 GN D 7 C6 R20 R17 R18 R19 R24 R21 R22 R23 H3 H2 H4 H1 H6 Gambar 3.9 Rangkaian Shift Register 74LS164 Pada rangkaian display dot matrix terdiri dari 288 kolom sehingga masing- masing kolom tidak dapat terhubung langsung ke port mikrokontroler. Shift Register digunakan untuk mengatasi masalah ini, dimana cukup dipakai 3 output dari mikrokontroler untuk mengatur seluruh 288 kolom led. Shift Register mempunyai 2 input A dan B yang terhubung oleh gerbang ’and’, kedua input ini dihubungkan jadi satu dan dihubungkan ke Port P3.5 dari mikrokontroler. Output dan Shift Register hanya ada 8 Q A -Q H jadi dipakai 36 buah Shift Register untuk mengatur 288 kolom LED. Output terakhir dari Shift Register Q H dihubungkan ke input Shift Register yang berikutnya agar semua data dapat digeser oleh Shift Register. Semua kaki Clock dari Shift Register terhubung ke Port P3.4 dan semua kaki Clear terhubung ke VCC agar semua Shift Register berjalan secara sinkron. Rangkaian ini menggunakan sistem SIPO Serial Input Parallel Output.

3.1.6 Rangkaian Display Dot Matrix

Dalam perancangan kalender digital dengan dot matrix ini, ukuran display yang digunakan 48x48, dimana mikrokontroler mempunyai display ukuran 8x288. Pola display tidak memanjang tetapi berbentuk persegi, karena dot matrix yang disusun ke bawah secara rapat sehingga membentuk suatu display dot matrix ukuran 48x48. Maksud dari rangkaian display dot matrix diperjelas melalui skematik seperti pada gambar 3.10. H30 J2 DOT MATRIX 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 J3 DOT MATRIX 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 J4 DOT MATRIX 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 J5 DOT MATRIX 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 H1 H2 BRS1 BRS3 H3 BRS2 BRS4 H4 H29 BRS5 BRS7 H31 BRS6 BRS8 H32 BRS1 H9 H11 BRS2 H10 H12 BRS3 BRS4 H13 H14 BRS5 BRS7 H15 BRS6 BRS8 H16 BRS5 H5 H7 BRS6 H6 H8 BRS7 BRS8 H25 BRS1 H27 BRS2 H26 H28 BRS3 BRS4 H17 BRS1 H19 BRS2 H18 H20 BRS3 BRS4 H21 BRS5 H23 BRS6 H22 H24 BRS7 BRS8 Gambar 3.10. Rangkaian display dot matrix

3.1 Perancangan Perangkat Lunak