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