TUGAS AKHIR - Alat ukur nilai Rms (pengubah tegangan Rms menjadi tegangan DC) - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

ALAT UKUR NILAI RMS

( PENGUBAH TEGANGAN RMS MENJADI

TEGANGAN DC)

  

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

disusun oleh

  

R.WICAKSONO WIJAYANTO

035114006

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

FINAL PROJECT

  

Rms based AC Voltmeter

(Rms TO DC VOLTAGE converter)

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

by:

R.WICAKSONO WIJAYANTO

  

Student Number: 035114006

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

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 kutipan dan daftar pustaka,

sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

  Yogyakarta, 29 Januari 2007 R.Wicaksono Wijayanto

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO

  “Untuk segala sesuatu ada masanya, untuk apapun di bawah langit ada waktunya. Ada waktu untuk lahir, ada waktu untuk meninggal, ada waktu untk menanam, ada waktu untuk mencabut yang ditanam; …… ada waktu untuk menangis, ada waktu untuk

tertawa; …… Ia membuat segala sesuatu indah pada

waktunya,………” PENGKHOTBAH 3:1~11 Suka dan duka, Dari sumber yang sama, yang mengalirkan tawa, Betapa seringnya mengalirkan air mata.

  Bahwa keduanya tak terpisahkan. Bersama-sama keduanya datang, dan bila yang satu Sendiri bertamu di meja makanmu I ngatlah bahwa yang lain sedang ternyenyak di pemba- ringanmu

  KAHLI L GI BRAN Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

• * Papa dan mamaku
• * Orang-orang yang sayang kepadaku

  INTISARI Voltmeter yang sudah ada di Laboratorium Elektronika dan

Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma

menghasilkan tingkat kesalahan yang lebih besar, apabila digunakan untuk

mengukur tegangan rms dari tegangan AC yang berbentuk pulsa kotak dan

segitiga. Voltmeter ini hanya akurat untuk mengukur tegangan rms dari

tegangan AC yang berbentuk sinusoidal. Tegangan rms diperlukan untuk

menentukan keakuratan penghantaran suatu alat.

  Voltmeter nilai rms AC merupakan sebuah alat yang dirancang

untuk mengukur tegangan rms dari tegangan AC yang berbentuk sinusoidal,

pulsa kotak, dan segitiga. Untuk dapat mengukur tegangan rms, langkah

pertama adalah mengambil 256 cuplikan data tegangan dengan kecepatan

pengambilan data yang konstan. Selanjutnya, data diolah oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler mengkuadratkan 256 cuplikan data tegangan, mencari rerata

dari kuadrat 256 cuplikan data tegangan, dan mikrokontroler mencari nilai

akarnya. Proses ini dilakukan sebanyak 16 kali dan mikrokontroler mencari

nilai reratanya. Nilai rerata dari 16 nilai tegangan rms tersebut dikirimkan

menuju DAC dan juga ditampilkan pada LCD. Alat ukur ini dapat

direalisasikan menggunakan rangkaian penguat pembalik, penyearah presisi,

ADC, DAC, mikrokontroler, dan LCD.

  Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat menghasilkan

pengukuran nilai rms dengan tingkat kesalahan kurang dari 2,5% untuk

masukan tegangan AC pada skala 0,5Volt, pengukuran nilai rms dengan

tingkat kesalahan kurang dari 2,5% untuk masukan tegangan AC pada skala

  

5Volt, pengukuran nilai rms dengan tingkat kesalahan kurang dari 2% untuk

masukan tegangan AC pada skala 50Volt, pengukuran nilai rms dengan

tingkat kesalahan 1% untuk masukan tegangan AC pada skala 500Volt. Untuk

pengukuran terbaik, disarankan agar alat ini digunakan pada jangkauan

masukan dari 0,04Vp sampai 500Vp dan jangkauan frekuensi dari 10Hz

sampai 1000Hz. Pengukuran di luar jangkauan di atas dapat menghasilkan

tingkat kesalahan yang lebih besar.

  Kata kunci: voltmeter AC, rms, mikrokontroler

  ABSTRACT Existing voltmeters in Electronic and Electric Circuit Laboratory

Electrical Engineering Department, Sanata Dharma University usually gives

more error when it is used to measure pulse and triangle AC rms voltage. This

voltmeters only accurate when it is needed to measure sinusoidal AC rms

voltage. Rms voltage need to be measured accurately to determine the

conduction in a device.

  AC voltmeter true rms is an instrument that is designed to measure

rms voltage from sinusoidal, pulse, and triangle AC voltage. The first step in

measuring rms voltage is taking 256 voltage data samples with constant

sampling rate. Afterwards, data are processed by microcontroller.

Microcontroller then squaring the 256 voltage data sample, find the mean of

256 voltage data samples square, and then microcontroller find the root of

them. This process repeated 16 times and then microcontroller find the mean

of them. The mean of 16 rms voltage value is sent to DAC and displayed in

LCD. The realization of this instrument can be done using inverting

amplifiers, precision amplifiers, ADC, DAC, microcontroller, and LCD.

  This instrument can measure rms voltage with less than 2.5% error

for AC voltage input in scale of 0.5 Volt, less than 2.5% AC voltage input in

scale of 5 Volt, less than 2% error for AC voltage input in scale of 50 Volt,

and less than 1% error for AC voltage input in scale of 500 Volt. For the best

result, it is recommended to use this instrument for range from 0.04 Vp input

to 500 Vp input, and frequency range from 10 Hz to 1000 Hz. Measurement

out of range above may give more error.

  Keywords: AC voltmeter, rms, microcontroller

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis

berjudul “Rms based AC Voltmeter”.

  Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata

Dharma. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis

dapatkan selama tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.

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

  1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa yang tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.

  3. Bapak Ir. Tjendro, selaku dosen pembimbing II karya tulis yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.

  4. Bapak Ir. Bayu Primawan, M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  5. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  6. Rekan-rekan yang telah membantu penulis dalam pengerjaan karya tulis ini: Iin TI’01, David TE’02, Rony TE’03 (downloader μC), Didit TE’03 (matematis), Uci TE’03 (LCD M1632), Denis TE’03 (scanner),

  Gigih (Software), Boy TE’03 (dasi), Dian TE’03 (printer), Adi TE’02 (surat-surat), Guntur TE’03 (printer), Anggi TE’05.

  7. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

  8. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.

  9. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak

yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.

  

Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari

penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat

membangun sangat penulis harapkan.

  Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat menjadi bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta,

  29 Januari 2007 Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGIS ....................... ... ii

  ..................... iii HALAMAN PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING

  ................................ iv HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................ v

PERSEMBAHAN DAN MOTTO .......................................................... vi

  

INTISARI ...................................................................................................... vii

................................................................................................. viii

  ABSTRACT ............................................................................... ix

  KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI ................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR...................................................................... xvi

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................. xxi

  ........................................................................ 1

  BAB I. PENDAHULUAN

  

1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1

  1.2 Tujuan dan Manfaat ............................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah .................................................................................... 2

  1.4 Metodologi Penelitian ............................................................................ 3

  BAB II. DASAR TEORI ........................................................................... 5

  2.1 Nilai Rms ............................................................................................... 5

  

2.1.1 Nilai Rms dari Gelombang Sinusoidal..................................... 6

  

2.1.2 Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak.................................. 7

  

2.1.3 Nilai Rms dari Gelombang Segitiga........................................ 8

  2.2 Pencuplikan ............................................................................................ 9

  2.3 Penguat Operasional................................................................................ 11

  2.3.1 Penguat Operasional sebagai Penguat Inverting...................... 11

  2.3.2 Penguat Operasional sebagai Penyearah Presisi Gelombang Penuh....................................................................................... 12

  

2.3.3 Penguat Operasional sebagai Pengubah Arus Menjadi

Tegangan .................................................................................. 13

  2.4 Pengubahan Analog ke Digital ............................................................ 14

  2.5 Pengubahan Digital ke Analog ............................................................ 17

  2.6 Transistor sebagai Saklar..................................................................... 19 2.7 LCD HD44780 .....................................................................................

  21

2.7.1 DDRAM...................................................................................

  22

2.7.2 CGRAM ...................................................................................

  22

2.7.3 CGROM ...................................................................................

  23 ....................................... 24 BAB III. PERANCANGAN RANGKAIAN

  3.2 Perancangan Perangkat Keras ..............................................................

  

3.3.3 Ambil Nilai Tegangan, Kuadratkan, dan Jumlahkan ................. 43

  75 4.4 Skala 500Volt.......................................................................................

  4.3 Skala 50Volt.........................................................................................

  65

  4.2 Skala 5Volt...........................................................................................

  55

  54 4.1 Skala 0,5Volt........................................................................................

  52 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................

  

3.3.5 Keluaran dan Tampilan .............................................................. 50

3.3.6 Subrutin Tunda ...........................................................................

  

3.3.4 Cari Rerata dan Akar.................................................................. 45

  40

  26

  

3.3.1 Kerangka Utama Program .......................................................... 39

3.3.2 Inisialisasi LCD..........................................................................

  3.3 Perancangan Perangkat Lunak ............................................................. 39

  

3.2.7 Indikator Berdasarkan Saklar Rotary ......................................... 36

  

3.2.6 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan HD44780 ........... 35

  

3.2.5 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan DAC0808 .......... 33

  

3.2.4 Antarmuka ADC0804 degnan MIkrokontroler AT89s51 .......... 32

  

3.2.3 Hubungan Sinyal Terkokndisi dengan AC0804......................... 31

  

3.2.2 Rangkaian Penyearah Presisi...................................................... 29

  3.2.1 Rangkaian Penguat Inverting dengan Gain dan Saklar Rotary.. 26

  86

  5.1 Kesimpulan ..........................................................................................

  90 5.2 Saran.....................................................................................................

  91 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 2-1 Gelombang Sinusoidal .....................................................

  6 2. Gambar 2-2 Pulsa Kotak ......................................................................

  7 3. Gambar 2-3 Gelombang Segitiga.........................................................

  8

  

4. Gambar 2-4 Sinyal analog x(t) ............................................................. 10

  

5. Gambar 2-5 Deretan pulsa x p (t) ............................................................ 10

(t)

  

6. Gambar 2-6 Hasil pencuplikan x s ..................................................... 11

  7. Gambar 2-7 Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting ............................................................................................... 12 8. Gambar 2-8 Penyearah presisi gelombang penuh................................

  13 9. Gambar 2-9 Pegubah arus menjadi tegangan.......................................

  13 10. Gambar 2-10 Diagram blok pengubah analog ke digital .....................

  14 11. Gambar 2-11 Pin ADC0804.................................................................

  17 12. Gambar 2-12 Pin DAC0808.................................................................

  18 13. Gambar 2-13 Rangkaian transistor sebagai saklar ...............................

  19 14. Gambar 2-14 Pin LCD HD44780 ........................................................

  21 15. Gambar 2-15 Hubungan posisi tampilan dan alamat DDRAM ...........

  22 14. Gambar 3-1 Diagram blok rancangan ..................................................

  24

  15. Gambar 3-2 Rangkaian penguat inverting dengan gain dan saklar rotary .................................................................................................... 29 16. Gambar 3-3 Rangkaian penyearah presisi............................................

  30

  18. Gambar 3-5 Antarmuka AT89s51 dengan ADC0804..........................

  26. Gambar 3-13 Diagram alir subrutin ambil nilai tegangan, kuadratkan, dan jumlahkan ..................................................................

  31.Gambar 4-2 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  56

  30.Gambar 4-1 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  51

  50 29. Gambar 3-16 Diagram alir subrutin kirim data....................................

  46 28. Gambar 3-15 Diagram alir subrutin keluaran dan tampilan.................

  44 27. Gambar 3-14 Diagram alir subrutin cari reratadan akar ......................

  42

  32

  41 25. Gambar 3-12 Diagram alir subrutin kirim perintah .............................

  40 24. Gambar 3-11 Diagram alir subrutin inisialisasi LCD ..........................

  38 23. Gambar 3-10 Diagram alir kerangka utama program ..........................

  22. Gambar 3-9 Antarmuka rangkaian indikator dengan Mikrokontroler AT89s51 ..................................................................

  36

  35 21. Gambar 3-8 Rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah.............

  20. Gambar 3-7 Antarmuka AT89s51 dengan HD44780 ..........................

  19.Gambar 3-6 Antarmuka Mikrokontroler AT89s51 dengan DAC0808 ............................................................................................. 34

  57

  32.Gambar 4-3 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  57

  33.Gambar 4-4 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  58

  34.Gambar 4-5 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  58

  35.Gambar 4-6 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  59 36.Gambar 4-7 Gelombang tegangan masukan pada skala 0,5Volt ............

  63

  38.Gambar 4-8 Gelombang keluaran rangkaian penguat inverting dengan gain dan saklar rotary pada skala 0,5Volt...............................

  63

  39.Gambar 4-9 Gelombang keluaran rangkaian penyearah presisi pada skala 0,5Volt................................................................................

  64

  40.Gambar 4-10 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  66

  41.Gambar 4-11 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%).......................................................................................................... 67

  42.Gambar 4-12 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  67

  43.Gambar 4-13 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%)........................................................................................................ 68

  44.Gambar 4-14 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  68

  45.Gambar 4-15 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  69 46.Gambar 4-16 Gelombang tegangan masukan pada skala 5Volt. ..........

  73

  47.Gambar 4-17 Gelombang keluaran rangkaian penguat inverting dengan gain dan saklar rotary pada skala 5Volt..................................

  73

  48.Gambar 4-18 Gelombang keluaran rangkaian penyearah presisi pada skala 5Volt.....................................................................................

  74

  49.Gambar 4-19 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  76

  50.Gambar 4-20 Grafik kesalahan pengukuran gelombang sinusoidal pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  77

  51.Gambar 4-21 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ...............................................................................

  77

  52.Gambar 4-22 Grafik kesalahan pengukuran gelombang segitiga pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................................

  78

  53.Gambar 4-23 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tegangan tetap (%) ................................................................

  78

  54.Gambar 4-24 Grafik kesalahan pengukuran gelombang pulsa kotak pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap (%) ...............................................................................

  79 55.Gambar 4-25 Gelombang tegangan masukan pada skala 50Volt .........

  84

  56.Gambar 4-26 Gelombang keluaran rangkaian penguat inverting dengan gain dan saklar rotary pada skala 50Volt................................

  84

  57.Gambar 4-27 Gelombang keluaran rangkian penyearah presisi pada skala 50Volt.................................................................................

  85

  58.Gambar 4-28 Gelombang keluaran rangkaian penguat inverting dengan gain dan saklar rotary pada skala 500Volt................................

  86

  59.Gambar 4-29 Gelombang keluaran rangkian penyearah presisi pada skala 500Volt...............................................................................

  87

  DAFTAR LAMPIRAN

  1. Gambar Rangkaian............................................................................... L2

  2. Perhitungan Tegangan Rms ................................................................. L3

  3. Pencuplikan Gelombang Sinusoidal Sebanyak 256 kali...................... L6

  4. Foto Perangkat Keras Hasil Perancangan ............................................ L10

  5. Listing Program.................................................................................... L11

  6. Tabel 1 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap...................... ................................................................................ L27

  7. Tabel 2 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap...................... ................................................................................ L33

  8. Tabel 3 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap......................... ............................................................................. L39

  9. Tabel 4 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap......................... ............................................................................. L45

  10. Tabel 5 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap...................... ................................................................................ L51

  11. Tabel 6 Data pengukuran gelombang tegangan sinusoidal pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap....................... ............................................................................... L54

  12. Tabel 7 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap...................... ................................................................................ L57

  13. Tabel 8 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap...................... ................................................................................ L63

  14. Tabel 9 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap......................... ............................................................................. L69

  15. Tabel 10 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap......................... ............................................................................. L75

  16. Tabel 11 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap...................... ................................................................................ L81

  17. Tabel 12 Data pengukuran gelombang tegangan segitiga pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap...................... ................................................................................ L84

  18. Tabel 13 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 0,5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap............. ......................................................................................... L87

  19. Tabel 14 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 0,5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap............. ......................................................................................... L92

  20. Tabel 15 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 5Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap................ ...................................................................................... L97

  21. Tabel 16 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 5Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap................ ...................................................................................... L103

  22. Tabel 17 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 50Volt untuk variasi frekuensi dengan amplitudo tetap............. ......................................................................................... L109

  23. Tabel 18 Data pengukuran gelombang tegangan pulsa kotak pada skala 50Volt untuk variasi amplitudo dengan frekuensi tetap............. ......................................................................................... L112

  

24. Datasheet ADC0804.................................................................... ........ L115

  

25. Datasheet DAC0808..................................................................... ....... L147

  

26. Datasheet LF351….............................................................................. L155

  

27. Datasheet HD44780U.......................................................................... L160

  

28. Datasheet LM741…....................................................................... ..... L171

  

29. Datasheet 1N4148…............................................................................ L177

  

30. Datasheet PSS9012.............................................................................. L179

  

31. Datasheet AT89s51.............................................................................. L187

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

1.1 Dalam perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata

  Dharma, mahasiswa sering melakukan pengukuran nilai rms (root-mean- square ) dari tegangan AC dengan menggunakan voltmeter (baik voltmeter analog maupun digital), misalnya untuk melakukan tugas kuliah atau praktikum. Sebagian besar voltmeter yang ada di Laboratorium Elektronika dan Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma hanya akurat jika digunakan untuk mengukur nilai rms tegangan AC yang berbentuk sinusoidal. Oleh karena itu, lebih baik jika laboratorium menyediakan voltmeter yang akurat untuk mengukur nilai rms tegangan AC yang mempunyai bentuk selain sinusoidal, misalnya mempunyai bentuk pulsa kotak, dan segitiga.

  Pada penelitian ini, akan dirancang sebuah alat ukur nilai rms dari tegangan AC yang berbentuk sinusoidal, pulsa kotak, dan segitiga dengan menggunakan Mikrokontroler AT89s51 sebagai pengendali utama. Alat ini akan menampilkan nilai rms dari masukan tegangan AC pada LCD, dan menyediakan tegangan DC yang merupakan representasi dari nilai rms masukan tegangan AC.

   Tujuan dan Manfaat

1.2 Tujuan yang akan dicapai dalam perancangan ini adalah membuat

  suatu peralatan sebagai aplikasi Mikrokontroler AT89s51 yang berfungsi sebagai penampil nilai rms dari masukan tegangan AC dan juga penyedia tegangan DC yang merepresentasikan nilai rms dari masukan tegangan AC.

  Manfaat yang akan dicapai adalah:

  a. Menambah literatur aplikasi mikrokontroler untuk instrumentasi, yaitu alat ukur nilai rms dari masukan tegangan AC dan juga penyedia tegangan DC yang merepresentasikan nilai rms dari masukan tegangan AC.

  b. Memudahkan pengguna laboratorium untuk melakukan pengukuran nilai rms dari masukan tegangan AC.

  c. Memberi hasil nilai rms yang akurat untuk masukan tegangan AC yang mempunyai bentuk selain sinusoidal.

   Batasan Masalah

1.3 Perangkat yang akan dirancang mempunyai batasan-batasan

  sebagai berikut:

a. Empat skala amplitudo masukan maksimum yaitu 0,5Volt; 5Volt;

  b. Tegangan masukan dengan frekuensi masukan maksimum 1000Hz dan frekuensi masukan minimum 40Hz.

  c. Tegangan masukan berbentuk sinusoidal, pulsa kotak, dan segitiga.

  d. Untuk tegangan masukan berbentuk pulsa maka lebar pulsa minimumnya adalah 0,5mS.

  e. Tampilan alat menggunakan LCD.

  

f. Mikrokontroler yang digunakan adalah Mikrokontroler AT89s51.

1.4 Metodologi Penelitian

  Penulis melakukan penelitian dengan melakukan metodologi sebagai berikut: a. Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet.

  b. Menyusun referensi dan literatur yang ada.

  c. Perancangan dan pembuatan alat yang terencana meliputi perancangan keras dan perangkat lunak.

  d. Penyusunan laporan.

1.5 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu:

  BAB I. Berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

  

BAB II. Berisi dasar teori meliputi nilai rms (root-mean-square),

penguat operasional, pengubahan analog menjadi digital (ADC), pengubahan digital menjadi analog (DAC), transistor sebagai saklar, LCD HD44780.

  

BAB III. Berisi perancangan alat yang meliputi diagram blok

perancangan, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak.

BAB IV. Berisi data pengamatan dan pembahasan. BAB V. Berisi kesimpulan dan saran.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Nilai Rms (root-mean-square)

  Nilai rms digunakan untuk mengukur efektifitas sebuah sumber tegangan dalam memberikan daya pada sebuah beban dan menentukan keakuratan penghantaran suatu alat dan tingkat tegangan suatu alat. Nilai rms suatu gelombang dapat dihitung sebagai:

  T

  1

  2 .

  Vrms = V dt (2-1) ∫

  T dengan T adalah perioda waktu dan V adalah tegangan dari gelombang.

  Nilai rms gelombang tegangan yang berbentuk pulsa sinusoidal dan pulsa kotak dapat dihitung juga dengan persamaan 2-1. Secara umum, nilai rms merupakan akar dari kuadrat rata-rata suatu gelombang. Apabila gelombang menjadi rusak sampai pada harmonisanya, nilai rms dapat dihitung secara individual. Nilai rms dari gelombang, sesungguhnya dapat didekati dengan kombinasi nilai rms setiap harmonisanya, seperti ditunjukkan pada persamaan 2-2.

  2

  2

  2

  2 Vrms = Vdc Vrms Vrms ... Vrms (2-2)

+ + + + ( 1 ) ( 2 ) ( n ) dengan Vdc adalah tegangan komponen DC, Vrms dan Vrms adalah nilai rms dari frekuensi fundamental dan komponen harmonik ke-n, secara individu.

  ) 1 ( ) (n Pengukuran nilai rms berguna dalam perhitungan daya, seperti dalam rumus berikut ini:

  R Vrms P

  2 =

  (2-3) dengan P adalah daya dan R adalah nilai resistor.

2.1.1 Nilai Rms dari Gelombang Sinusoidal

  Nilai puncak (peak) gelombang tegangan yang berbentuk sinusoidal merupakan nilai maksimum gelombang baik pada bagian positif ataupun negatif. Nilai ini ditunjukkan oleh V p1 dan -V p1 pada gambar 2-1.

  Vs T

1 V p1

   t

• -V p1 T

  01 Gambar 2-1. Gelombang sinusoidal. Nilai puncak-ke-puncak (peak-to-peak) gelombang merupakan nilai dari puncak positif ke puncak negatif dan dapat dihitung dengan Vpp = 2 V p1

  (2-4)

Nilai rms dari gelombang tegangan yang berbentuk sinusoidal adalah

  V p

1 Vrms =

  (2-5)

  2 Untuk gelombang tegangan yang berbentuk setengah gelombang sinusoidal, nilai rms yang dihasilkan dapat dihitung dengan T

01 Vrms = V (2-6)

  p1 2 T .

  1

2.1.2 Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak

  Nilai puncak (peak) gelombang tegangan yang berbentuk pulsa kotak merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai ini ditunjukkan oleh V p2 pada gambar 2-2.

  Vs T

2 V p2 t T

  02 Gambar 2-2. Pulsa kotak.

  

Nilai rms dari gelombang tegangan yang berbentuk pulsa kotak adalah

Vrms = V p2

02 T

  2

  T (2-7)

2.1.3 Nilai Rms dari Gelombang Segitiga

  Nilai puncak (peak) gelombang tegangan yang berbentuk segitiga merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai ini ditunjukkan oleh V p3 pada gambar 2-3.

  Vs T

3 V p3 t T

  3

  3

  03 Gambar 2-3. Gelombang segitiga.

  Nilai rms dari gelombang segitiga adalah Vrms =

  3 = 2 T 03 maka nilai rms dari gelombang segitiga yang dihasilkan sesuai dengan persamaan 2-9.

  − + − − (2-8) Untuk nilai T

  V p

  3 ) ( ) ( T T T T T T T T

  3

  03

  03

  03

  3

  3

  2

  3

  3

  03

1 Vrms = V p3 (2-9)

  3

2.2 Pencuplikan

  Proses pencuplikan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Cara paling populer adalah dengan operasi sample and hold. Dalam operasi ini, saklar dan mekanisme penyimpan bekerja untuk menghasilkan deretan cuplikan dari sinyal masukan yang kontinyu. Hasil dari proses pencuplikan disebut Pulse Amplitude Modulation (PAM) karena interval keluaran yang berturutan dapat digambarkan sebagai deretan pulsa dengan amplitudo tertentu sesuai dengan sinyal masukan. Sinyal analog yang mendekati sinyal masukan bisa didapatkan kembali (direkonstruksi) dari sinyal PAM dengan low-pass filter sederhana.

  Sinyal dengan band terbatas, yaitu sinyal yang tidak mempunyai komponen spektral diatas f m hertz. Sinyal dengan band terbatas dapat ditentukan secara unik dengan nilai tercuplik pada interval T detik, s dengan

1 T

  (2-10) ≤ s

  2 f m dan laju pencuplikan (sampling rate) adalah

  1 (2-11) f = s

  T s

  Dalam hal ini terdapat batasan untuk laju pencuplikan, dikenal sebagai

  f ≥ 2 f (2-12) s m sehingga laju pencuplikan sering juga disebut sebagai laju Niquist. Kriteria ini merupakan syarat cukup supaya sinyal analog masukan bisa didapatkan kembali seutuhnya dari sinyal diskret tercuplik.

  Pencuplikan yang ditinjau dari segi yang lebih praktis, sering disebut dengan pencuplikan praktis. Gelombang pencuplik pada pencuplikan praktis mempunyai amplitudo dan lebar pulsa yang berhingga. Gelombang yang dicuplik merupakan isyarat terbatasi waktu.

  Pencuplikan dilakukan dengan mengkalikan sinyal analog x(t) pada gambar 2-4 dengan deretan pulsa x (t) pada gambar 2-5.

p

x(t)

t Gambar 2-4. Sinyal analog x(t). T t -4T s -2T s 0 2T s

   4T s Gambar 2-5. Deretan pulsa x (t) . p Setiap pulsa mempunyai lebar T dan amplitudo 1 / T. Proses pengkalian dapat diartikan sebagai proses pembukaan dan penutupan suatu saklar.

  Deretan data hasil pencuplikan x s (t) yang ditunjukkan pada gambar 2-6 dinyatakan sebagai x ( t ) = x ( t ) x ( t )

  (2-13) s p

  Pencuplikan ini juga disebut pencuplikan natural karena puncak dari tiap pulsa x (t) mempunyai bentuk yang sesuai dengan sinyal analog. s t -4T s -2T s 0 2T s

   4T s Gambar 2-6. Hasil pencuplikan x . s (t)

2.3 Penguat Operasional

2.3.1 Penguat Operasional Sebagai Penguat Inverting

  Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting terdiri atas sebuah penguat operasional dan dua buah resistor. Rangkaian ini menggunakan feedback supaya penguatan dari penguat operasional lebih kecil dibandingkan dengan penguatan large signal voltage gain sebesar 200.000 untuk IC LM741, seperti yang tertera pada datasheet. Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting ditunjukkan pada gambar 2-7.

  Rf 1k Ri

• Vi
• Vo Gambar 2-7. Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting.

  Besarnya penguatan dapat dihitung dengan Rf pengua tan =

  (2-14) Ri

2.3.2 Penguat Operasional sebagai Penyearah Presisi Gelombang Penuh

  Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi gelombang penuh terdiri atas dua buah penguat operasional. Penguat operasional yang pertama berfungsi sebagai penyearah presisi setengah gelombang inverting dan penguat operasional yang kedua berfungsi sebagai penjumlah pembalik. Keuntungan menggunakan rangkaian ini adalah tegangan keluaran yang tidak mengalami pengurangan tegangan yang disebabkan oleh prasikap tegangan maju dioda, sehingga tegangan di bawah prasikap tegangan maju dioda juga dapat disearahkan. Besarnya penguatan dapat dihitung dengan

  Rf pengua tan = (2-15) Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi gelombang penuh ditunjukkan pada gambar 2-8.

  R D1 _- R ₊

  Vi R/2 D2 Rf _{+ -} R

  Vo Gambar 2-8. Penyearah presisi gelombang penuh.

2.3.3 Penguat Operasional Sebagai Pengubah Arus Menjadi Tegangan

  Rangkaian penguat operasional sebagai pengubah arus menjadi tegangan menggunakan sebuah penguat operasional dan sebuah resistor.

  R

  I

• Vo
• Gambar 2-9. Pengubah arus menjadi tegangan.