ALAT PELATIH KETEPATAN PITCH UNTUK PENYANYI

  ALAT PELATIH KETEPATAN PITCH UNTUK PENYANYI (Berbasis Mikrokontroler MC68HC908JL3)

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  Disusun oleh: WINARTO

  NIM: 035114021 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  2007

PITCH TRAINER FOR SINGER

  

(Based on MC68HC908JL3 Microcontroller)

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

of Sanata Dharma University

  By: WINARTO

  Student Number: 035114021 ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

  2007

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 14 Juli 2007 Penulis

  Winarto

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  MOTTO:

“ADALAH BAIK KALAU BISA MENJADI ORANG PENTING,

TAPI JAUH LEBIH PENTING LAGI KALAU BISA MENJADI

ORANG BAIK”

  Kupersembahkan Tugas Akhir ini untuk: Tuhanku  yang Termulia     dan Mamaku yang Terkasih 

  Papa Adikku  yang Tersayang  Kekasihku  yang Tercinta 

  Judul : Alat Pelatih Ketepatan Pitch untuk Penyanyi Nama Mahasiswa : Winarto No. Mahasiswa : 035114021

  

INTISARI

  Alat pelatih ketepatan pitch adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ketepatan nada yang dinyanyikan oleh manusia. Alat ini secara khusus digunakan oleh penyanyi. Dengan mendengarkan interval nada yang harmonis, penyanyi diharapkan mampu menyesuaikan suaranya untuk mencapai keharmonisan itu.

  Dalam penelitian ini, mikrokontroler MC68HC908JL3 digunakan sebagai komponen utama untuk menghasilkan gelombang sinus dan kotak. Mikrofon kondenser digunakan untuk menerima sinyal suara manusia. Penguat mikrofon akan memperkuat sinyal suara manusia sebelum diubah menjadi isyarat digital oleh pembentuk gelombang kotak. Register geser dan pengunci akan membandingkan frekuensi suara manusia dengan frekuensi gelombang kotak dari mikrokontroler. Tombol masukan digunakan untuk memilih nada relative dan reference disertai LED penanda pilihan nada. Tampilan enam belas LED dengan nyala yang dapat bergeser berfungsi sebagai indikator ketepatan suara penyanyi.

  Alat pelatih ketepatan pitch sudah dicoba dan terbukti dapat bekerja pada frekuensi suara manusia antara 440 hertz sampai 1,4 kilohertz. Indikator ketepatan pitch dengan tampilan enam belas LED menampilkan dengan baik ketepatan pitch penyanyi dengan pergeseran nyala ke kiri saat frekuensi suara penyanyi terlalu rendah atau pergeseran nyala ke kanan saat frekuensi suara penyanyi terlalu tinggi. Pergeseran nyala ke kiri dan ke kanan dengan lambat menunjukkan bahwa frekuensi suara penyanyi telah mencapai frekuensi nada harmonis yang diinginkan. Kata kunci : Alat Pelatih Ketepatan Pitch, MC68HC908JL3, aplikasi mikrokontroler. vii

  Title : Pitch Trainer for Singer Student Name : Winarto Student Number : 035114021

ABSTRACT

  Pitch trainer is an instrument which can be used to measure the accuracy of human voice. This instrument especially created for singer. By hearing the harmonic pitch interval, singer should try to sing well to reach the harmonic.

  In this research, MC68HC908JL3 microcontroller is used as the primary component to generate sine wave and square wave. Push buttons with LEDs indicator are designed to choose the relative and reference pitch. The acoustic signal of human voice which is captured by condenser microphone will be amplified and converted to pulse by a Schmitt trigger. Finally, the accuracy of singer voice will be performed by sixteen LEDs display.

  Pitch trainer has been tested. It works well for 440 hertz up to 1.4 kilohertz of frequency. The sixteen LEDs display performs the accuracy of singer voice very well with left shifting of LEDs beam if the voice frequency is too low or right shifting of LEDs beam if the voice frequency is too high. Singer has reached the harmonic if the LEDs beam shifts left and right slowly.

  Keywords: Pitch Trainer, MC68HC908JL3, microcontroller application. viii

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir berjudul “Alat Pelatih Ketepatan Pitch untuk Penyanyi”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan Tugas Akhir ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama tahap perancangan, pembuatan, pengujian dan pengembangan alat.

  Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Bapak Djoko Untoro Suwarno selaku dosen pembimbing I yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.

  2. Bapak Tjendro atas selaku dosen pembimbing II yang dengan senang hati memberikan ilmu, bimbingan dan segenap perhatiannya.

  3. Bapak Raymond Weisling selaku pimpinan perusahaan tempat penulis melaksanakan Kerja Praktek yang telah memberikan ide dan menyumbangkan pemikirannya demi membantu penulis.

  4. Bapak Petrus Setyo Prabowo yang selalu menghibur dan memotivasi penulis lewat canda tawanya yang hangat.

  5. Bapak Damar Wijaya dan Bapak Martanto yang selalu bersedia membantu dengan senang hati dan berbagi pengetahuan tanpa pamrih.

  6. Mas Suryono, Mas Broto, Mas Hardi dan Mas Mardi yang selalu memberikan perhatian pada setiap penelitian yang dilakukan oleh penulis.

  7. Agung Bawono, I Wayan Santra, Budi Kawira dan senior-senior lain yang rela membantu dan menemani pada setiap penelitian yang dilakukan oleh penulis.

  8. Miko, Willy, Sevriady dan junior-junior lain yang tak pernah menolak bila dimintai bantuan.

  9. Andy Nugroho sebagai mantan teman kost sekaligus sebagai kakak yang baik lewat semua dukungan morilnya kepada penulis.

  10. Yosep, Widy, Opank, Bakri, Jeffry, Yanto, Suryo, Dennis, Joe, Inggit, Suvendi dan teman-teman Teknik Elektro 2003 lainnya sebagai teman-teman seperjuangan yang tak lelah memberi semangat.

  11. Njoo, Hermes, Hartono, William, Vandy, Jerry, Budi “Ndut”, Jimmy, Maman dan teman-teman kost Tasura 52 lainnya sebagai sahabat-sahabat terbaik yang pernah penulis miliki.

12. Ermin Setya Ningsih sebagai kekasih yang setia memberikan perhatian yang tulus dan penuh cinta.

  Penulis mengakui bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Akhir kata, semoga tugas akhir ini berguna bagi semua pihak dan dapat menjadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, 14 Juli 2007 Penulis

  Winarto ALAT PELATIH KETEPATAN PITCH UNTUK PENYANYI (Berbasis Mikrokontroler MC68HC908JL3)

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  Disusun oleh: WINARTO

  NIM: 035114021 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  2007

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Dalam hal latihan mengembangkan bakat musik, salah satu hal yang paling sulit diajarkan adalah kepekaan untuk mendengarkan suatu nada dan menyanyikan nada itu atau nada lain menurut jarak (interval) antara kedua nada dengan tepat.

  Tangga nada yang dipakai dalam musik barat sejak zaman J.S. Bach (1685- 1750) pada abad ke-18 menggunakan sistem kompromi dengan jarak antara semua nada dibuat seragam berdasarkan oktaf dibagi dua belas. Perbandingan antara dua dari ke-12 nada menghasilkan perbandingan frekuensi dengan bilangan irasional. Pembagian oktaf (2:1) menjadi dua belas diambil dari akar ke-12 dari dua atau sama dengan 1,059463094....

  Oleh karena dua antara dua belas nada itu tidak mempunyai perbandingan rasional, selalu ada kesalahan dari interval yang dekat dengan nilai rasional. Dalam musik vokal, nada tidak ditentukan oleh sesuatu yang tetap seperti tegangan dawai di dalam piano atau alat elektronik seperti organ. Penyanyi selalu dapat mengubah nada untuk mencari yang lebih harmonis dengan perbandingan kedua nada yang rasional. Memang ada tangga nada yang dipergunakan sebelum zaman J.S. Bach dengan semua nada menggunakan perbandingan yang amat harmonis dan perbandingan frekuensi seperti 3:2, 5:4, 5:3, 6:5, 4:3 dan lain sebagainya. Tabel 1-1 menunjukkan bahwa

  4

  4

  4

  akord mayor dengan tiga nada (triad), C -E -G (do-mi-sol) dalam tangga irasional mempunyai perbandingan frekuensi yang tidak bulat sementara dalam tangga nada rasional bernilai bulat.

  Tabel 1-1 Perbandingan Frekuensi Akord Mayor dengan Tiga Nada

  A B C D E F G Frekuensi Frekuensi Selisih Nada Irasional Rasional (hertz) (hertz) (hertz)

  4 C (do) 1:1 261,626 1:1 1 261,626 0,0

  4 E (mi) 1,259921:1 329,628 5:4 1,25 327,032 2,6

  4 G (sol) 1,498407:1 391,995 3:2 1,5 392,439 0,4 Kolom B dan C adalah perbandingan dan frekuensi yang ideal untuk organ atau piano yang ditala dengan benar, namun nada E (mi) tidak harmonis. Dalam kolom D bisa dilihat perbandingan paling sempurna dengan frekuensi yang dihasilkan ditulis dalam kolom F. Selisih di antara kolom C dan F tercantum dalam kolom G. Nada E (mi) akan mempunyai selisih 2,6 Hz dan telinga yang peka dapat mendengar

  4

  suara "wawawawa". Apabila frekuensi nada C dimasukkan ke kanal X pada

  4

  4

  osiloskop dan nada E atau G dimasukkan dalam kanal Y pada osiloskop yang sama, dengan display X-Y, pola Lissajous akan berputar-putar apabila frekuensi seperti kolom C. Akan tetapi, pola Lissajous tidak akan bergerak dengan frekuensi dari kolom F. [1]

  Supaya dapat mendengarkan interval nada yang paling harmonis dan mengasah kepekaan telinganya sehingga dapat mengubah nada suaranya untuk mencapai keharmonisan itu, penyanyi perlu memakai alat pelatih ketepatan pitch. Alat pelatih ketepatan pitch mampu menghasilkan beberapa nada dengan bentuk gelombang sinus sebagai referensi untuk telinga dan menerima nada yang dinyanyikan lewat mikrofon.

1.2. Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang akan dicapai yaitu membuat suatu peralatan yang berfungsi membantu penyanyi untuk melatih kemampuan pitch melalui latihan kepekaan untuk mendengarkan suatu nada dan menyanyikan nada itu atau nada lain menurut jarak (interval) antara kedua nada dengan tepat.

  Manfaat yang akan dicapai adalah:

  1. Untuk masyarakat umum Masyarakat dapat melatih dan mengembangkan kemampuan seni yang dimilikinya, khususnya seni suara, dengan alat yang praktis dan murah.

  2. Untuk perkembangan ilmu pengetahuan

  a. Menambah literatur aplikasi bersama antara elektronika analog, elektronika digital dan mikrokontroler.

  b. Menambah literatur aplikasi mikrokontroler untuk dunia seni, khususnya dunia musik vokal.

1.3. Batasan Masalah

  Pembahasan perancangan alat pelatih ketepatan pitch untuk penyanyi ini lebih diarahkan dan difokuskan dalam batasan-batasan masalah sebagai berikut: a.

  Berbasis mikrokontroler MC68HC908JL3 sebagai generator gelombang kotak dan sinus secara bersamaan.

  b. Menggunakan dua buah register geser dilengkapi pengunci sebagai pembanding frekuensi suara yang dinyanyikan terhadap frekuensi nada harmonis yang akan dicapai.

  c. Input berasal dari suara manusia.

  d. Pemilihan nada dapat dilakukan dengan penekanan tombol-tombol pilihan.

  e. Keluaran berupa 16 LED dengan nyala bergerak yang sekaligus berfungsi sebagai indikator ketepatan pitch.

  1.4. Metodologi Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengumpulkan sejumlah referensi atau literatur dari perpustakaan, internet dan sebagainya, kemudian menyusun perancangan dan melakukan serangkaian percobaan untuk merealisasikan perancangan.

  1.5. Sistematika Penulisan

  Tugas akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:

  BAB I : PENDAHULUAN BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI BAB ini berisi studi pustaka tentang landasan teori penelitian: Mikrofon Kondenser, Penguat Inverting, Komparator Histerisis, R-2R Ladder Digital to Analog

Converter, Penguat Daya, Speaker Pasif, Pencacah Dekade, Register Geser Serial-In

Parallel-Out dan Pengunci. BAB III : RANCANGAN PENELITIAN BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software) dari peralatan yang akan dibuat.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN BAB ini berisi hasil perancangan perangkat keras, data hasil pengujian, analisis data dan pembahasan. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang alat yang dibuat.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Perangkat Keras

  2.1.1. Mikrofon Kondenser

  Mikrofon (disebut juga mic) adalah transduser sinyal suara (akustik) menjadi sinyal listrik. Salah satu jenis mikrofon yang sering digunakan adalah mikrofon kondenser (mikrofon kapasitor). Mikrofon ini bekerja dengan prinsip pengisian kapasitor. Sinyal akustik (berupa getaran) menyebabkan perubahan kapasitansi sehingga tegangan yang tersimpan juga selalu berubah.

  Untuk dapat bekerja, mikrofon kondenser memerlukan catu daya dan resistor

  

bias yang dipasang secara seri terhadap mikrofon. Perbedaan tegangan pada resistor

  yang terjadi karena adanya perbedaan antara tegangan bias dan tegangan yang

  bias tersimpan pada kapasitor kemudian diperkuat pada pengolahan selanjutnya.

  Penampang mikrofon kondenser bagian dalam ditunjukkan pada gambar 2-1. [2] Gambar 2-1 Penampang Mikrofon Kondenser Bagian Dalam

  2.1.2. Penguat Inverting

  Untuk menguatkan sinyal audio yang kecil dapat digunakan rangkaian penguat seperti ditunjukkan pada gambar 2-2.

  inverting

  Gambar 2-2 Penguat Inverting Nilai tegangan keluaran (V ) dapat dihitung sebagai berikut:

  out R f

  V V , (2-1)

  = −

  out in R in

  dengan penguatan tegangan (Av) dirumuskan sebagai berikut:

  R f Av = .

  (2-2)

  R in

  Tanda negatif menunjukkan bahwa tegangan keluaran penguat memiliki beda fase 180 terhadap tegangan masukannya. [3]

2.1.3. Komparator Histerisis

  Ketika masukan lebih tinggi daripada suatu batasan tertentu, keluarannya tinggi. Bila masukan berada di bawah batasan lain (batas bawah), keluarannya rendah. Bila masukan berada di antara keduanya, keluarannya tetap. Rangkaian ini disebut histerisis karena keluarannya akan tetap bertahan sampai masukan mampu berubah sesuai dengan syarat tertentu. Rangkaian komparator histerisis dan kurva karakteristiknya ditunjukkan pada gambar 2-3.

  Gambar 2-3 Komparator Histerisis dan Kurva Karakteristiknya Tegangan masukan (V ) harus lebih tinggi dari tegangan batas atas (T) untuk

  in

  mencapai tegangan puncak maksimumnya (M) dan harus lebih rendah dari tegangan batas bawah (-T) untuk mencapai tegangan puncak minimumnya (-M).

  Rangkaian ini menyebabkan munculnya daerah histerisis yang berpusat pada titik nol, dengan tegangan batas histerisis yang dirumuskan sebagai berikut: [4]

  ⎛ R ⎞

1 T = ± M

  (2-3)

  ⎜⎜ ⎟⎟ R

  2 ⎝ ⎠

  Digital to Analog Converter

  2.1.4. R-2R Ladder

  Salah satu jenis Digital to Analog Converter (DAC) yang populer adalah R-2R DAC yang memiliki skema seperti ditunjukkan pada gambar 2-4.

  Ladder

  Masukan b(1) sampai b(n) adalah bit digital dengan b(1) sebagai Least

  

Significant Bit (LSB) dan b(n) sebagai Most Significant Bit (MSB). Masukan data

digital dari mikrokontroler diubah menjadi nilai tegangan sebagai keluaran.

  Rangkaian ini hanya membutuhkan dua nilai resistor dimana salah satunya adalah dua kali nilai resistor lainnya.

  (LSB) b(1)

  2R

  2R R b(2)

  2R R Masukan b(3)

  2R R b(n) Vout (MSB)

  2R

  Gambar 2-4 R-2R Ladder DAC Dengan tegangan catu daya

  V , jumlah bit sebagai dan bit ke-n sebagai n r b ( ) n , maka keluaran analog V dirumuskan sebagai berikut: [5] out

  b n − i

• n

  1 b n b n − 1 b n − 2 b ( 1 )

  ( ) ( ) ( ) ( ) V =

  V V ( ... ) (2-4)

• = +

  out r r n n

  ∑

  2

  2

  4

  8

  2

  i =

  1

  2.1.5. Penguat Daya Penguat daya adalah penguat yang menyalurkan sejumlah daya menuju beban.

  Karena alasan inilah, penguat daya diletakkan pada bagian akhir dari rangkaian. Penguat daya memiliki tingkat konsumsi energi yang rendah sehingga sudah dapat beroperasi hanya dengan catu daya DC. Penguat daya lazim digunakan pada aplikasi sinyal kecil dan sinyal audio, misalnya untuk speaker pasif. [6]

  2.1.6. Speaker Pasif

  Speaker pasif adalah speaker yang tidak memiliki sumber daya sendiri sehingga membutuhkan penguat daya eksternal. Speaker bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Speaker terdiri dari sebuah magnet permanen dan sebuah elektromagnet. Kuncup dari speaker terdiri dari sebuah kertas seperti diafragma menutupi sebuah silinder dengan kumparan di dalamnya, membentuk sebuah elektromagnet. Konstruksi speaker digambarkan seperti gambar 2-5.

  Gambar 2-5 Konstruksi Speaker Untuk menghasilkan bunyi, speaker memerlukan sinyal suara dalam bentuk tegangan yang diterima oleh kumparan speaker yang mengakibatkan diafragma akan bergetar dan getaran tersebut mengakibatkan udara di sekitarnya bergetar dan membentuk sebuah gelombang suara. [7]

  2.1.7. Pencacah Dekade

  Pencacah dekade adalah pencacah yang memberikan sarana pengubahan cacahan dari model biner yang kurang lazim ke dalam suatu cacahan ekuivalen dalam mode desimal yang lebih banyak dikenal. Setiap keluaran akan menjadi tinggi sesuai dengan urutan gilirannya masing-masing dan berulang setiap mencapai cacahan kesepuluh. Jika kesepuluh keadaan diskrit pada pencacah dekade didekode, diperoleh deretan bentuk gelombang yang terlihat pada gambar 2-6. [8]

  Gambar 2-6 Diagram Pewaktu Pencacah Dekade 2.1.8.

  Register Geser Serial-In Parallel-Out

  Pada konfigurasi Serial-In Parallel-Out (SIPO), data masukan menjadi input secara serial. Register yang sering digunakan adalah D flip-flop. Setiap bit data masukan dapat digeser menjadi keluaran pada setiap flip-flop dengan adanya clock. Data masukan suatu flip-flop diperoleh dari keluaran flip-flop sebelumnya sementara keluarannya akan menjadi data masukan bagi flip-flop berikutnya. Pada perangkat kerasnya, keluaran Q pada setiap flip-flop dapat ditampilkan sehingga disebut

  . Konfigurasi N-bit register geser SIPO ditunjukkan pada gambar 2-7. [9]

  parallel-out

  Gambar 2-7 N-Bit Register Geser SIPO

2.1.9. Pengunci

  Dalam dunia elektronika, pengunci adalah alat penyimpan data yang digunakan untuk menyimpan informasi dengan sistem sekuensial. Sebuah pengunci dapat menyimpan satu bit informasi. Dalam aplikasinya, pengunci yang sering digunakan adalah D flip-flop. Rangkaian D flip-flop dan simbolnya ditunjukkan pada gambar 2-8.

  Gambar 2-8 Rangkaian D Flip-Flop dan Simbolnya Tabel 2-1a Konfigurasi Kaki-Kaki Rangkaian D Flip-Flop

  

Pin Comment

  Input

  D

C Enable/Clock

Q Output

  

Q' Inverse of Q

  Rangkaian D flip-flop di atas juga disebut pengunci data, pengunci transparan atau gerbang pengunci sederhana. Rangkaian ini memiliki kaki masukan dan kaki (biasanya disebut clock atau control). Kata transparan muncul berdasarkan

  enable

  sifatnya yang akan meneruskan data masukan langsung menuju keluarannya saat kaki enable diaktifkan.

  Tabel 2-1b Tabel Kebenaran Rangkaian D Flip-Flop

  G/E D Q next Comment

  0 X Q prev No change 1 0 0 Reset 1 1 1 Set

  Tabel kebenaran di atas menunjukkan bahwa ketika kaki gate/enable diberi logika rendah, masukan D tidak akan mempengaruhi keluaran. Namun, ketika kaki diberi logika tinggi, keluaran akan mengikuti masukan D. [10]

  gate/enable

2.1.10. Konfigurasi Common Anode dan Common Cathode pada LED

  Konfigurasi common anode terjadi bila terminal anoda pada setiap LED terhubung menjadi satu pada Vcc. Untuk menyalakan setiap LED diperlukan logika rendah (ground) pada masing-masing terminal katodanya. Konfigurasi common anode ditunjukkan pada gambar 2-9 dengan D1, D2, D3, ..., Dn sebagai LED dan IN1, IN2,

  IN3, ..., IN sebagai terminal katoda dari masing-masing LED.

  n

  Gambar 2-9 Konfigurasi Common Anode pada LED Konfigurasi common cathode terjadi bila terminal katoda pada setiap LED terhubung menjadi satu pada ground. Untuk menyalakan setiap LED diperlukan logika tinggi (Vcc) pada masing-masing terminal anodanya. Konfigurasi common

  

cathode ditunjukkan pada gambar 2-10 dengan D1, D2, D3, ..., Dn sebagai LED dan

IN1, IN2, IN3, ..., IN n sebagai terminal anoda dari masing-masing LED.

  Gambar 2-10 Konfigurasi Common Cathode pada LED

2.2. Mikrokontroler MC68HC908JL3

  2.2.1. Gambaran Umum

  MC68HC908JL3 termasuk dalam Microcontroller Unit (MCU) 8-bit keluarga M68HC08 yang berdaya guna tinggi, murah dan dirancang berdasarkan strategi (CSIC) dengan arsitektur Von Neumann.

  Customer Specified Integrated Circuit

  Semua mikrokontroler dalam keluarga ini memakai Central Processor Unit (CPU) M68HC08 dan tersedia dengan berbagai modul, tipe dan ukuran memori, dan berbagai tipe kemasan.

  Tabel 2-2 Ringkasan Variasi Devais JK/JL

  Devais Ukuran Flash Memory Jumlah Pin

  MC68H(R)C908JL3 4096 byte 28 pin MC68H(R)C908JK3 4096 byte 20 pin MC68H(R)C908JK1 1536 byte 20 pin

  Fitur: a.

  Inti CPU M68HC08 berkemampuan tinggi.

  b.

  Kompatibel dengan kode objek keluarga M6805, M146805 dan M68HC05.

  c. Didesain dengan daya rendah; statis dengan mode stop and wait.

  Tegangan operasi (V e. Operasi internal bus 8 MHz.

  DD d. ) 5V dan 3V.

  f. Rangkaian menggunakan osilator RC atau osilator kristal.

  g.

  Pemrograman dalam sistem flash.

  h.

  Keamanan dengan sistem flash.

i. Memori flash yang dapat digunakan sebesar 4096 byte.

  j. RAM 128 byte. k.

  Timer Interface Module (TIM) 16-bit 2-saluran. l.

  ADC 8-bit 12-saluran. m. 23 kegunaan umum port I/O untuk MC68H(R)C908JL3:

  1) 7 interupsi keyboard dengan pull-up internal (jika digunakan osilator RC) 2)

  10 LED driver 3) Open-drain I/O 2 x25mA dengan pull-up 4)

  2 ICAP/OCAP/PWM n.

  Fitur sistem proteksi: 1)

  Computer Operating Properly (COP) watchdog 2) Deteksi tegangan rendah dan dapat diatur antara 3V atau 5V 3) Pengaturan deteksi opcode secara ilegal 4)

  Pengaturan deteksi alamat secara ilegal o. Pin dikendalikan dengan mengatur pull-up internal dan power dikondisikan ON. p.

  IRQ1 dapat diprogram pull-up dan diberi input schmitt-trigger. q.

  MC68HC(R)908JL3 terdiri dari 28-pin PDIP dan 28-pin SOIC.

  Konfigurasi pin dan diagram blok dari mikrokontroler MC68HC908JL3 ditunjukkan pada gambar 2-11 dan 2-12.

  Gambar 2-11 Konfigurasi Pin Mikrokontroler MC68HC908JL3 Gambar 2-12 Diagram Blok Mikrokontroler MC68HC908JL3 Catatan: Pin RST dan IRQ memiliki pull-up internal 30k Ω. PTD[6:7]: Pin yang memiliki keluaran open-drain 25mA dan pull-up 5k Ω. PTA[0:5], PTD[2:3], PTD[6:7]: Pin ini memiliki LED drive. PTA[0:6]: Pin dengan interupsi keyboard and pull-up terprogram. PTA[0:5] dan PTD[0:1]: Untuk MC68H(R)C908JK3/JK1 pin ini tidak ada.

2.2.2. Memori a.

  Pengenalan CPU08 dapat mengalamati ruang memori sebesar 64 kilobyte. Memori MC68HC908JL3 terdiri atas: 1) Memori flash 4096 byte 2)

  RAM 128 byte 3)

  Vektor interupsi 48 byte 4) Monitor Read-Only Memory (ROM) 960 byte b.

  Peta Memory Peta memory mikrokontroler MC68HC908JL3 ditunjukkan pada gambar 2-13.

  Gambar 2-13 Peta Memory Mikrokontroler MC68HC908JL3 c.

Bagian I/O Register-register , status dan data sebagian besar terletak pada alamat

  control

  $0000 - $003F, register-register I/O tambahan terletak pada $FE00 - $FFFF. Register- register tersebut dapat dilihat selengkapnya pada lampiran.

d. Alamat-Alamat Vektor Interupsi Alamat-alamat vektor interupsi ditunjukkan pada tabel 2-3.

  Tabel 2-3 Alamat-Alamat Vektor e.

  Random-Access Memory (RAM) Lokasi RAM berada pada alamat $0080-$00FF. Lokasi dari stack RAM dapat diprogram. 16-bit stack pointer memungkinkan stack pada ruang memori sebesar 64 kilobyte. Untuk operasi yang benar, stack pointer harus diletakkan hanya pada lokasi RAM. Sebelum memproses interupsi, CPU menggunakan 5 byte dari stack untuk menyimpan isi dari register CPU. Selama pemanggilan sebuah subrutin, CPU menggunakan 2 byte dari stack untuk menyimpan alamat kembali. Nilai stack pointer turun ketika push dan naik selama keadaan pull. Oleh karena stack berada pada lokasi RAM (terakhir) maka perlu diperhatikan agar tidak terjadi nested loop sehingga CPU tidak menimpa (overwrite) data pada RAM dengan data stack pointer selama subrutin atau interupsi. f.

  Memori Flash Memori flash dapat dibaca, diprogram dan dihapus dengan sebuah masukan eksternal. Memori ini terdiri dari array 4096 byte dan tambahan 48 byte vektor interupsi. Jangkauan alamat untuk memori flash dan vektor interupsi mikrokontroler MC68HC908JL3 adalah $EC00-$FBFF dan $FFD0-$FFFF.

2.2.3. Port Input/Output (I/O Ports)

  Dari 3 paralel port terdapat 23 pin I/O bidirectional. Semua I/O pin dapat diprogram sebagai input ataupun output. Port A adalah port dengan fungsi khusus 7 bit yang men-share ketujuh pinnya dengan modul Keyboard Interrupt (KBI). Tiap pin port A juga memiliki pull-up devais yang dikonfigurasi program apabila pin port yang bersangkutan dikonfigurasi sebagai input. PTA0-PTA5 memiliki LED drive. Port B adalah port dengan fungsi khusus yang men-share kedelapan pinnya dengan modul ADC. Port D adalah port dengan fungsi khusus yang men-share kedua pinnya dengan TIM dan men-share keempat pinnya dengan ADC. PTD6 dan PTD7 masing-masing memiliki kemampuan arus yang tinggi (25mA sink) dan terprogram pull-up. PTD2, PTD3, PTD6 dan PTD7 masing-masing mempunyai kemampuan LED driving. Register Data Port A

  Register data port A (PTA) berisi sebuah pengunci data (latch) untuk masing- masing pin port A. PTA ditunjukkan pada gambar 2-14.

  Gambar 2-14 Register Data Port A (PTA) PTA[6:0]

• – Bit Data Port A Bit-bit baca/tulis ini terprogram software. Arah data dari tiap pin port A dikendalikan oleh bit yang sesuai pada Data Direction Register A. Reset tidak mempengaruhi data port A.

KBI[5:0] — Port A Keyboard Interrupts Bit-bit enable interupsi keyboard, KBIE6-KBIE0, pada Keyboard Interrupt Control Register (KBIER) membuat pin port A sebagai pin interupsi eksternal.

  (DDRA)

  Data Direction Register A DDRA menentukan apakah tiap pin port A adalah input atau output.

  Memberikan logika 1 pada bit DDRA akan menghubungkan output buffer dengan pin port A yang bersangkutan, sedangkan memberikan logika 0 akan memutuskan output

  buffer dengan pin port A yang bersangkutan. DDRA ditunjukkan pada gambar 2-15.

  Gambar 2-15 Data Direction Register A (DDRA) DDRA[6:0] - Data Direction Register A Bits

  Merupakan bit baca/tulis yang mengendalikan arah data port A. Reset meng- -kan bit DDRA[6:0] sehingga semua pin port A dikonfigurasi sebagai input.

  clear

  1 = pin port A dikonfigurasi sebagai output 0 = pin port A dikonfigurasi sebagai input Rangkaian I/O Port A ditunjukkan pada gambar 2-16.

  Gambar 2-16 Rangkaian I/O Port A Ketika DDRAx 1, pembacaan alamat $0000 akan membaca data latch PTAx. Ketika DDRAx 0, pembacaan alamat $0000 akan membaca nilai tegangan pada pin tersebut. Data latch dapat selalu ditulis tanpa tergantung keadaan dari DDR-nya.

  (PTAPUE)

  Port A Input Pull-Up Enable Register

  PTAPUE berisi sebuah devais pull-up yang dapat dikonfigurasi software untuk tiap pin port A. Tiap bit dapat dikonfigurasikan secara individual dan membutuhkan DDRAx yang bersangkutan dikonfigurasi sebagai input. Tiap devais pull-up secara otomatis dan dinamis diputus ketika bit DDRAx yang bersangkutan dikonfigurasi sebagai output. PTAPUE ditunjukkan pada gambar 2-17.

  Gambar 2-17 Port A Input Pull-Up Enable Register (PTAPUE) PTA6EN - Mengaktifkan PTA6 sebagai pin OSC2

  Bit baca/tulis ini mengkonfigurasi pin OSC2 ketika memilih osilator RC. Bit ini tidak mempengaruhi pilihan osilator kristal atau osilator eksternal. 1 = pin OSC2 dikonfigurasi sebagai PTA6, memiliki fungsi interupsi dan pull-up 0 = pin OSC2 sebagai output dari clock osilator RC (RCCLK) PTAPUE[6:0]

• Port A Input Pull-Up Enable Bits Bit baca/tulis ini digunakan untuk mengaktifkan devais pull-up pada pin port A, terprogram software. 1 = pin port A yang bersangkutan dikonfigurasi menggunakan pull-up internal jika bit DDRA 0 (input) 0 = devais pull-up tidak terhubung dengan pin port A yang bersangkutan, tanpa melihat keadaan DDRA.

Berbagai fungsi pin pada port A ditunjukkan pada tabel 2-4.

  Tabel 2-4 Fungsi Pin Port A Register Data Port B

  Register data port B (PTB) berisi sebuah pengunci data (latch) untuk masing- masing pin port B. PTB ditunjukkan pada gambar 2-18.

  Gambar 2-18 Register Data Port B (PTB) PTB[7:0]

• – Bit Data Port B Bit-bit baca/tulis ini terprogram software. Arah data dari tiap pin port B dikendalikan oleh bit yang sesuai pada Data Direction Register B. Reset tidak mempengaruhi data port B.

  Data Direction Register B (DDRB) DDRB menentukan apakah tiap pin port B adalah input atau output.

  Memberikan logika 1 pada bit DDRB akan menghubungkan output buffer dengan pin port B yang bersangkutan, sedangkan memberikan logika 0 akan memutuskan output dengan pin port B yang bersangkutan. DDRB ditunjukkan pada gambar 2-19.

  buffer

  Gambar 2-19 Data Direction Register B (DDRB) DDRB[7:0]

• – Data Direction Register B Bits Merupakan bit baca/tulis yang mengendalikan arah data port B. Reset meng- clear -kan bit DDRB[7:0] sehingga semua pin port B dikonfigurasi sebagai input. 1 = pin port B dikonfigurasi sebagai output 0 = pin port B dikonfigurasi sebagai input Rangkaian I/O port B ditunjukkan pada gambar 2-20.

  Gambar 2-20 Rangkaian I/O Port B Ketika DDRBx 1, pembacaan alamat $0001 akan membaca data latch hotbox.

  Ketika DDRBx 0, pembacaan alamat $0001 akan membaca nilai tegangan pada pin tersebut. Data latch dapat selalu ditulis tanpa tergantung keadaan dari DDR-nya.

  Setiap pin yang terdapat pada port B memiliki berbagai fungsi seperti ditunjukkan pada tabel 2-5.

  Tabel 2-5 Fungsi Pin Port B Register Data Port D

  Register data port D (PTD) berisi sebuah pengunci data (latch) untuk masing- masing pin port D. PTD ditunjukkan pada gambar 2-21. PTD[7:0]

• – Bit Data Port D Bit-bit baca/tulis ini terprogram software. Arah data dari tiap pin port D dikendalikan oleh bit yang sesuai pada Data Direction Register D. Reset tidak mempengaruhi data port D.

  Gambar 2-21 Port D Data Register (PTD)

  Data Direction Register D (DDRD) DDRD menentukan apakah tiap pin port D adalah input atau output.

  Memberikan logika 1 pada bit DDRD akan menghubungkan output dengan pin

  buffer

  port D yang bersangkutan, sedangkan memberikan logika 0 akan memutuskan output buffer dengan pin port D yang bersangkutan. DDRD ditunjukkan pada gambar 2-22.

  Gambar 2-22 Data Direction Register D (DDRD)

  DDRD[7:0]

• – Data Direction Register D Bits

  Merupakan bit baca/tulis yang mengendalikan arah data port D. Reset meng- -kan bit DDRD[7:0] sehingga semua pin port D dikonfigurasi sebagai input.

  clear

  1 = pin port D dikonfigurasi sebagai output 0 = pin port D dikonfigurasi sebagai input Ketika DDRDx 1, pembacaan alamat $0003 akan membaca data latch PTDx. Ketika DDRDx 0, pembacaan alamat $0003 akan membaca nilai tegangan pada pin tersebut. Data latch dapat selalu ditulis tanpa tergantung keadaan dari DDR-nya.

  Setiap pin yang terdapat pada port D memiliki berbagai fungsi seperti ditunjukkan pada tabel 2-6.

  Tabel 2-6 Fungsi Pin Port D

2.2.4. Keyboard Interrupt Module (KBI) a.

  Fitur: 1)

  Tujuh pin interupsi keyboard dengan bit enable-nya masing-masing disertai sebuah pin untuk keyboard interrupt mask. 2)

  Komponen pull-up terintegrasi yang dapat diprogram secara software bila pin dikonfigurasikan sebagai input. 3) Memiliki sensitivitas interupsi yang dapat diprogram secara software.

  b.

  Keyboard Status and Control Register (KBSCR) 1) Menandai adanya permintaan interupsi keyboard.

  2) Menghapus permintaan interupsi keyboard. 3) Melakukan masking terhadap interupsi keyboard. KBSCR ditunjukkan pada gambar 2-23.

  Gambar 2-23 Keyboard Status and Control Register (KBSCR) Bit 7 – 4 tidak digunakan.

  Bit-bit ini bersifat read-only dan selalu terbaca sebagai logika 0.

• – KEYF

  Keyboard Flag Bit

  Bit ini bersifat read-only dan akan diset ketika terjadi permintaan interupsi keyboard yang belum dilayani pada port A.

  1 = terdapat permintaan interupsi keyboard yang belum dilayani 0 = tidak terdapat permintaan interupsi keyboard yang belum dilayani ACKK – Keyboard Acknowledge Bit

  Bit ACKK selalu terbaca sebagai logika 0. Memberikan logika 1 pada bit yang bersifat read-only ini akan membatalkan permintaan interupsi keyboard yang belum dilayani pada port A.

  IMASKK –

  Keyboard Interrupt Mask Bit

  Memberikan logika 1 pada bit ini akan mencegah terjadinya permintaan interupsi keyboard pada port A.

  MODEK –

  Keyboard Triggering Sensitivity Bit Bit ini mengendalikan sensitivitas interupsi keyboard pada port A.

  1 = Sensitivitas interupsi keyboard terjadi pada logika pinggiran negatif dan selama logika rendah. 0 = Sensitivitas interupsi keyboard terjadi hanya pada logika pinggiran negatif.

  c.

  Keyboard Interrupt Enable Register (KBIER) KBIER dapat mengaktifkan atau menonaktifkan permintaan interupsi keyboard yang belum dilayani pada port A. KBIER ditunjukkan pada gambar 2-24.

  Gambar 2-24 Port A Keyboard Interrupt Enable Bits (KBIER) Masing-masing bit dapat mengaktifkan atau menonaktifkan permintaan interupsi keyboard terhadap pin yang saling berkorespondensi pada port A. Reset akan menonaktifkan permintaan interupsi keyboard pada port A.

  1 = pin KBIx dapat menerima permintaan interupsi keyboard. 0 = pin KBIx tidak dapat menerima permintaan interupsi keyboard. [11]

  

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN Diagram blok dari rangkaian alat pelatih kemampuan pitch untuk penyanyi ditunjukkan pada gambar 3-1. Gambar 3-1 Diagram Blok Rancangan Penelitian Cara kerja dari setiap blok pada diagram blok perancangan di atas adalah

  sebagai berikut: 1) Suara manusia akan diterima oleh mikrofon kondenser. 2)

  Amplitudo gelombang suara manusia yang diterima masih terlalu kecil sehingga akan dikuatkan dengan penguat mikrofon sebelum dilakukan pengolahan selanjutnya. 3)

  Untuk mengubah gelombang suara manusia menjadi gelombang kotak digunakan rangkaian komparator histerisis sebagai pembentuk gelombang kotak. 4)

  Gelombang kotak dari pembentuk gelombang kotak akan menjadi masukan bagi register geser.

  ”data”

  5) Tombol pilihan digunakan untuk memilih nada reference dan relative maupun untuk mendengarkan nada relative lewat speaker. 6)

  Kumpulan data digital yang dibangkitkan oleh mikrokontroler kemudian diubah menjadi gelombang sinus oleh DAC. 7) Gelombang sinus dari DAC dikuatkan oleh penguat daya dan dibunyikan pada speaker.

  8) Pulsa-pulsa yang dibangkitkan oleh mikrokontroler digunakan sebagai clock untuk pencacah dekade.

  9) Dengan stimulasi berupa pulsa, pencacah dekade akan mencacah dan nyala LED akan berpindah untuk menunjukan posisi nada yang dipilih. 10)

  Gelombang kotak pertama yang dibangkitkan oleh mikrokontroler memiliki frekuensi delapan kali dari frekuensi gelombang suara manusia yang ingin diuji.

  Gelombang kotak ini akan menjadi masukan “strobeclk” bagi register geser. 11) Data hasil pengolahan register geser akan disimpan sementara pada pengunci. 12)

  Frekuensi pelepasan data dari pengunci dikendalikan oleh gelombang kotak kedua yang dibangkitkan oleh mikrokontroler. Gelombang kotak kedua ini berfrekuensi seperdelapan kali dari frekuensi gelombang kotak pertama. Gelombang kotak ini akan menjadi masukan “strobeclk/8” bagi register geser. 13) Data dari pengunci akan ditampilkan pada 16 LED.

3.1. Perancangan Perangkat Keras

3.1.1. Penguat Mikrofon

  Gelombang yang ditangkap oleh mikrofon kondenser masih terlalu lemah untuk dilewatkan pada LPF sehingga diperlukan penguat tegangan. Pada perancangan ini penguat mikrofon yang digunakan adalah rangkaian penguat inverting.

  Amplitudo gelombang suara manusia dari mikrofon hanya berkisar pada nilai 40mV sehingga perlu dikuatkan untuk mencapai amplitudo 5V. Dengan demikian, diperlukan penguatan tegangan (Av) sebesar 125 kali. Bila nilai R in diasumsikan sebesar 10k maka nilai R f dapat ditentukan sebagai berikut:

  Ω

  R f

  , sehingga

  Av = R in

  125

  10 1 , 25 .

  R = Av × R = × k Ω = M Ω f in

  Untuk mempermudah digunakan R praktis senilai 1,5M

  f

  Ω sehingga penguatan tegangan yang dihasilkan bernilai 150 kali. Karena penguat beroperasi dengan catu daya tunggal, diperlukan penambahan resistor-resistor lain sebagai pembagi tegangan untuk membentuk virtual ground pada tegangan 2,5V.

  Rancangan penguat mikrofon ditunjukkan pada gambar 3-2.

  Gambar 3-2 Rancangan Penguat Mikrofon 3.1.2.

  Pembentuk Gelombang Kotak

  Untuk mengubah gelombang sinus menjadi gelombang kotak digunakan komparator histerisis. Pada perancangan ini, digunakan R

  1 =100k dan R 2 =4M7.

  Dengan mengasumsikan nilai M =4V dan M =0,8V maka tegangan batas histerisisnya

  1

  2

  dapat dihitung sebagai berikut:

  ⎛ R ⎞ ⎛ R ⎞ 100 k 100 k

  4 1 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ T = V − M =

  5 V −

  4 V = 2 ,

  41 V .

  CC ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

  1

  1 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎟⎟

  R R R 100 k 100 k

  4 M

  3

  4

  2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ R ⎞ ⎛ R ⎞ 100 k 100 k

  7 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

  4

  1 5 ,

  8 2 , 52 .

  T =

  V V =

  V CC ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

  2

  2 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎟⎟

  V M =

+ +

• R R R 100 k 100 k

  4 M

  7

  3

  4 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝

  Rangkaian hasil perancangan pembentuk gelombang kotak dan grafik karakteristiknya ditunjukkan pada gambar 3-3.

  Gambar 3-3 Rancangan Komparator Histerisis dan Grafik Karakteristiknya

3.1.3. Digital to Analog Converter

  Pada perancangan ini digunakan rangkaian R-2R Ladder DAC untuk membentuk gelombang analog dari gelombang kotak keluaran mikrokontroler sebelum dikuatkan oleh penguat daya. Rangkaian R-2R Ladder DAC yang digunakan ditunjukkan seperti pada gambar 3-4.

  Gambar 3-4 Rancangan R-2R Ladder DAC Dengan nilai tegangan 5V sebagai logika 1 dan tegangan 0V sebagai logika 0 maka jangkauan DAC dapat dihitung sebagai berikut: a.

  Bila data=11111111, maka

  b n i

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  ( −

• n

  ⎛ ⎞

  V V =

• =

  4 ,

  98 V .

  ) ( )

  ⎜ ⎟

  out r n ∑

  5 V + =

  2

  4

  8

  16

  32 64 128 256

  i

  2

  =

1 ⎝ ⎠

b. Bila data=00000000, maka

  n b n − i ( +

  1 ⎛ ⎞

  5 .

  V =

  V

• =

  V out r ⎜ ⎟ n

  ∑

  2

  2

  4

  8

  16

  32 64 128 256

  i =

  1

  ⎝ ⎠ Dari perhitungan di atas, DAC memiliki jangkauan tegangan dari 0V sampai 4,98V.

  V ) ( ) + =

3.1.4. Pencacah Dekade

  Untuk menunjukkan posisi nada relative dan reference yang dipilih, digunakan dua buah pencacah dekade yang masing-masing berfungsi untuk mengendalikan penyalaan sepuluh LED penunjuk posisi nada relative dan empat LED penunjuk posisi nada reference. Pada perancangan ini pencacah dekade yang digunakan adalah IC 4017.

  Karena terdapat sepuluh pilihan nada relative maka pencacah dekade pertama mencacah normal sampai cacahan kesepuluh (modulus sepuluh). Pencacah dekade kedua hanya akan mencacah sampai cacahan keempat (modulus empat) karena hanya terdapat empat pilihan nada reference.