PENGGUNAAN SENSOR TEKANAN DAN SENSOR SUHU DENGAN INTERFACING DALAM PRAKTIKUM HUKUM GAY-LUSSAC
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PENGGUNAAN SENSOR TEKANAN DAN SENSOR
SUHU DENGAN INTERFACING DALAM
PRAKTIKUM HUKUM GAY-LUSSAC
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh :
Dina Kurniawati
NIM. 041424019
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Hai anak-Ku, jika hatimu bijak, hati-Ku juga bersukacita
Jiwa-Ku bersukaria, kalau bibirmu mengatakan yang jujur
Janganlah hatimu iri kepada orang-orang yang berdosa,
tetapi takutlah akan Tuhan senantiasa
Karena MASA DEPAN sungguh ADA, dan
HARAPAN TIDAK akan HILANG
(Amsal 23: 15-18)
Skripsi ini kupersempahkan untuk:
BAPA di Surga
Babehku, Diyo Budiyono
Ibuku, Rusmini
Ponakanku, alm. Maria Kusumaningtyas
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRAK
Kurniawati, Dina. 2009. Penggunaan Sensor Tekanan dan Sensor Suhu
dengan Interfacing dalam Praktikum Hukum Gay-Lussac. Program Studi
Pendidikan Fisika. Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sanata Dharma.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui (1) bagaimana perangkat
keras (hardware) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum Hukum GayLussac yang menggunakan interfacing; (2) bagaimana perangkat lunak (software)
pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing; (3) bagaimana pemanfaatan alat praktikum Hukum
Gay-Lussac yang menggunakan interfacing dalam pembelajaran Hukum GayLussac. Penelitian ini dimulai dengan merancang dan membuat alat praktikum
Hukum Gay Lussac pada bulan Desember 2008 – Mei 2009. Kemudian pengujian
alat di laboratorium dan pemanfaatan alat untuk pembelajaran Hukum Gay-Lussac
dilaksanakan pada bulan September 2009. Variabel penelitian ini ialah suhu
sebagai variabel bebas, tekanan sebagai variabel terikat, dan volume sebagai
variabel kontrol. Sampel dari penelitian ini adalah 13 orang mahasiswa
Pendidikan Fisika semester 1 yang mengikuti kuliah Termofisika. Data yang
terkumpul berupa data hasil pengujian alat, data kuesioner, dan data hasil jawaban
sampel. Data penelitian dianalisis dengan mencari reliabilitas dan validitas alat
serta analisis deskriptif dari kuesioner.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) rancangan perangkat keras
(hardware) alat praktikum Gay-Lussac yang menggunakan sensor tekanan dan
sensor suhu telah berhasil dibuat dan diuji. Hardware tersebut memiliki spesifikasi
sebagai berikut bekerja pada tegangan searah 12 volt dan arus listrik searah 3A,
memiliki validitas dan reliabilitas yang baik pada rangkaian sensor suhu, memiliki
reliabilitas yang baik pada rangkaian sensor tekanan; (2) rancangan perangkat
lunak (software) alat praktikum Gay-Lussac yang menggunakan Visual Basic 6.0
telah berhasil dibuat dan diuji. Software tersebut memiliki spesifikasi sebagai
berikut bekerja pada komputer yang memiliki operating system Windows XP dan
memiliki Microsoft Office 2000, memiliki data masukan berupa suhu dan tekanan
serta grafik suhu dan tekanan; (3) pemanfaatan alat praktikum Gay-Lussac yang
menggunakan sensor suhu dan sensor tekanan dengan interfacing dalam
pembelajaran Hukum Gay-Lussac membantu responden dalam memahami konsep
Hukum Gay-Lussac.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
Kurniawati, Dina. 2009. Interfacing of Pressure Sensor and
Temperature Sensor on the Gay-Lussac’s Law Practical. Physics Education Study
Program. Department of Mathematics and Science Education. Faculty of Teachers
Training and Education. Sanata Dharma University Yogyakarta.
This research was intended to find out : (1) how the design of hardware
that using interfacing of temperature sensor and pressure sensor; (2) how the
design of software that using interfacing of temperature sensor and pressure
sensor; (3) how to use lab equipment Gay-Lussac which use interfacing in
instructional of Gay-Lussac’s Law. This research begins with designing and
making lab equipment Gay-Lussac’s Law in December 2008 until May 2009.
Furthermore, laboratory testing equipment and utilization of instrument for
learning of Gay-Lussac’s Law held in September 2009. Variable in this research is
temperature as the independent variable, pressure as a variable bound, and the
volume as control variable. There were 13 students of the first grade students of
Physics Education Study Program that take thermophysics class were involve to
obtain data. The research used result data of instrument testing, questionnaire, and
test as the instruments. The data was analyzed to calculate reliability and validity
of the Gay-Lussac’s Law instrument and using descriptive analysis from the
questionnaire.
The results of this research were: (1) hardware design of instrument
Gay-Lussac lab using pressure sensor and temperature sensor has been
successfully built and tested. This hardware has specifications: working at 12 Vdc
and direct current 3A, has a good reliability and validity on the temperature sensor
and pressure sensor circuit; (2) software of Gay-Lussac’s Law instrument has
designed using Visual Basic 6.0 and has been successfully built and tested. This
software has specifications: working at personal computer that has operating
system Windows XP and Microsoft Office 2000; has data temperature, pressure,
graph of temperature and pressure as input; (3) utilization of Gay-Lussac’s Law
instrument using a temperature sensor and pressure sensor with interfacing can
assist respondents to understand tne concept of Gay-Lussac’s Law.
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Bapa di surga atas segala berkatNya sehingga penulis
dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul “Penggunaan Sensor
Tekanan dan Sensor Suhu dengan Interfacing dalam Praktikum Hukum GayLussac”.
Penulis menyadari, bahwa untuk keperluan menyusun dan menulis sampai
pada penyelesaian penulisan skripsi ini tidak terlepas bantuan dari segala pihak,
baik berupa pengetahuan, bimbingan dan dorongan maupun kemudahan lainnya.
Untuk semua itu, melalui skripsi ini patut dan layak penulis menyampaikan terima
kasih kepada:
1. Drs. Severinus Domi, M.Si., selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Drs. T. Sarkim, M.Ed,. Ph.D.
selaku Dosen Pembimbing yang memberi
waktu, bantuan, dorongan, dengan penuh kesabaran telah mengarahkan dan
membimbing dalam penulisan skripsi ini.
3. Drs. Fr.Y. Kartika Budi, M.Pd., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen Program Studi Pendididkan Fisika Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan dukungan dan
bimbingannya.
5. Bapak Sunarjo, Bapak Sugeng, dan Bu Heni (sekretariat JPMIPA), atas
kerjasamanya dalam melayani kebutuhan administrasi.
6. Mas agus, Bapak Gito, dan mas Ngadiyono untuk pemakaian Laborotoriunnya.
7. Bapakku dan Ibuku yang telah memberi perhatian, kasih sayang, dukungan,
doa, dan selalu mendengarkan segala curahan hatiku selama ini serta
senantiasa mendambakan kelulusanku.
8. Mbak Endang, Om Ito, Pak Anton, dan Ibu Vita yang selalu memenuhi
kebutuhan fisik dan morilku serta memperlakukanku layaknya anak kalian.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9. Kel. Hadi Prayitno di Banguntapan dan Kel. Priyanto dan Kel. Nur Edi di
Purworejo yang telah memberi perhatian, kasih sayang, dan doa. Terima kasih
untuk 5 tahun penuh kehangatan.
10. Prayadi Sulistyanto untuk bantuan, kritik, saran, dan ejekan selama pembuatan
skripsi.
11. Made, Mbak Heti, Konyil, dan Idank yang banyak memberi semangat dan
mendengarkan segala keluh kesahku.
12. Luna Boarding House: Bapak dan Ibu Arkom; Kadek untuk kejadian-kejadian
aneh
yang
terhitung
dari
awal
insadha;
Kaka,
Nia,
Noven, Cita untuk kegilaan kalian yang membahagiakan; mbak ve untuk
semangatnya; Titin dan Novi untuk kebersamaan dan curahan-curahan hati
yang aneh; Aya dan Ita Chan untuk kebersamaan dan tukar pikiran; mbak
Ponco, mbak Obe dan cik Eva untuk nasehatnya, mbak ika dan Ita Kun.
13. Teman-temanku seangkatan Pendidikan Fisika 2004 khususnya Woro, Vera,
Fredy, Budi “Bene”, Petrus, Teguh, Wulan, Jazjuz, Dwik Wahyu, Ika, Ndraz,
Aris, Yosep, Darmiyono, Mas Eri, Ita dan Wil terima kasih atas
persahabatannya.
14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih
banyak atas bantuan dan dukungan yang diberikan kepada penulis.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis menyadari bahwa penulisan skripsi
ini masih jauh dari sempurna, sehingga masih perlu dikaji dan dikembangkan
secara lebih lanjut. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik
yang bersifat konstruktif. Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat
bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan.
Yogyakarta, 21 Desember 2009
Penulis
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................
iii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .............................................
iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................
vi
ABSTRAK ......................................................................................................
vii
ABSTRACT ....................................................................................................
viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
xi
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xviii
BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah ......................................................................
1
B. Perumusan Masalah ............................................................................
3
C. Tujuan Penulisan .................................................................................
4
D. Manfaat Penulisan ...............................................................................
4
BAB II. DASAR TEORI ................................................................................
6
A. Hukum Gay-Lussac .............................................................................
6
1. Pengertian Temperatur ..................................................................
6
2. Pengertian Tekanan .......................................................................
6
3. Pengertian Volume ........................................................................
7
4. Hukum Gay-Lussac .......................................................................
7
B. Hardware atau Perangkat Keras ..........................................................
11
1. Interface (Perantara / Antar Muka ) ..............................................
11
2. Sensor dan Transduser ...................................................................
11
3. RS-232 ..........................................................................................
15
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4. Pengkondisi Sinyal ........................................................................
16
5. Mikrokontroler ..............................................................................
17
C. Program Visual Basic 6.0 ....................................................................
31
D. Pembelajaran Hukum Gay-Lussac dan Permasalahannya ..................
33
1. Pengertian Pembelajaran ...............................................................
33
2. Hasil Belajar ..................................................................................
35
3. Pembelajaran Hukum Gay-Lussac Sejenis Sebelumnya ...............
36
4. Beberapa Tipe Eksperimen ...........................................................
38
5. Permasalahan dari HukumGay-Lussac yang Dihadapi Siswa ......
39
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN ........................................................
41
A. Perancangan Layout Perangkat ...........................................................
41
1. Blok Komputer ..............................................................................
42
2. Blok Konverter ..............................................................................
43
3. Blok Pusat Pengendali ..................................................................
43
4. Blok Buffer ...................................................................................
43
5. Blok Sensor ...................................................................................
43
B. Perancangan Perangkat Keras .............................................................
44
1. Koneksi Komputer dan Mikrokontroler dengan MAX232 ...........
44
2. Koneksi Mikrokontroler dan Sensor dengan TLC2272CP ...........
45
3. Perancangan Tempat Sensor Suhu dan Sensor Tekanan ...............
47
C. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................
50
1. Perancangan Software pada ATMEGA32-16PU ..........................
50
2. Perancangan Software pada Program Aplikasi Visual Basic
6.0 ..................................................................................................
51
D. Cara Analisis Data Rancangan Alat ....................................................
60
1. Jenis Penelitian ..............................................................................
60
2. Instrumen Penelitian ......................................................................
60
3. Variabel – Variable Penelitian ......................................................
61
4. Metode Pengumpulan Data ...........................................................
61
5. Metode Analisis Data ....................................................................
67
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
76
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
A. Hardware .............................................................................................
76
1. Deskripsi Hardware .......................................................................
76
2. Validitas Hardware ........................................................................
78
3. Reliabilitas Hardware ....................................................................
80
B. Software ..............................................................................................
86
1. Diskripsi Software .........................................................................
86
2. Pengujian Software .......................................................................
87
C. Hasil
Pemanfaatan
Alat
Praktikum
Gay-Lussac
Berbasis
Interfacing dam Pembelajaran Hukum Gay-Lussac ...........................
90
BAB V. PENUTUP .........................................................................................
103
A. Kesimpulan .........................................................................................
103
B. Saran ....................................................................................................
104
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
105
LAMPIRAN ....................................................................................................
108
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Halaman
TABEL 2.1.Koefisien Pemuaian, pada 200C ...................................................
10
TABEL 2.2.Fungsional PIN ATMEGA32-16PU ............................................
21
TABEL 3.1.Tabel Penyajian Uji Validitas LM35 ...........................................
68
TABEL 3.2.Tabel Penyajian Uji Reliabilitas LM35........................................
69
TABEL 3.3.Tabel Penyajian Uji Reliabilitas MPX5050GP. ...........................
71
TABEL 3.4.Penetapan Skor Kuesioner ...........................................................
73
TABEL 4.1.Tabel Uji Validitas LM35 ............................................................
78
TABEL 4.2.Tabel Uji Reliabilitas LM35 ........................................................
81
TABEL 4.3.Ketidakpastian Berulang LM35 ...................................................
82
TABEL 4.4.Tabel Uji Reliabilitas MPX5050GP.............................................
84
TABEL 4.5.Ketidakpastian Berulang MPX5050GP .......................................
85
TABEL 4.6. Hasil Penskoran Kuesioner Praktikum Gay-Lussac Berbasis
Interfacing ........................................................................................................
91
TABEL 4.7.Hasil Penskoran Soal Hukum Gay-Lussac ..................................
92
TABEL 4.8.Alpha Cronbach Keefektifan Petunjuk Praktikum .......................
92
TABEL 4.9. Frekuensi Prosedur Percobaan dalam Petunjuk Praktikum
Tidak Membingungkan ....................................................................................
93
TABEL 4.10.Frekuensi Isi Dasar Teori Membantu dalam Menganalisis Data
93
TABEL 4.11.Alpha Cronbach Kemudahan Merangkai Sensor .......................
94
TABEL 4.12.Frekuensi Merangkai Sensor Suhu.............................................
95
TABEL 4.13.Frekuensi Merangkai Sensor Tekanan ......................................
95
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TABEL 4.14. Alpha Cornbach Penilaian Terhadap Desain Program Aplikasi
96
TABEL 4.15.Frekuensi Tampilan Program Menarik Bagi User .....................
96
TABEL 4.16.Frekuensi Cara Kerja Program Mudah Dipahami User .............
97
TABEL 4.17.Frekuensi User Tidak Kesulitan Dalam Menjalankan Program
97
TABEL 4.18.Frekuensi Form HELP Sungguh Membantu User .....................
97
TABEL 4.19.Alpha Cronbach Hasil Pembelajaran Menggunakan Alat
Rancangan .......................................................................................................
99
TABEL 4.20.Frekuensi Pertanyaan-Pertanyaan dalam Petunjuk Praktikum
Dapat Dijawab Dengan Baik ............................................................................
99
TABEL 4.21.Frekuensi Di Akhir Praktikum User Dapat Memahami
Bahasan Tentang Hukum Gay-Lussac .............................................................
xv
99
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.Grafik T vs P ................................................................................
9
Gambar 2.2.Bentuk Gelombang Logic TTL atau CMOS ................................
16
Gambar 2.3.Bentuk Gelombang Logic RS-232 ...............................................
16
Gambar 2.4.Konfigurasi PIN ATMEGA32-16PU ...........................................
19
Gambar 2.5.Peta Memori Program ATMEGA32-16PU ..................................
23
Gambar 2.6.Peta Memori Data ATMEGA32-16PU ........................................
24
Gambar 2.7.Status Register ATMEGA32-16PU .............................................
26
Gambar 2.8.SFIOR ATMEGA32-16PU ..........................................................
29
Gambar 2.9.Stack Pointer ATMEGA32-16PU ................................................
29
Gambar 3.1.Perancangan Peralatan..................................................................
42
Gambar 3.2.Diagram Blok Umum ...................................................................
42
Gambar 3.3.Konfigurasi Kaki Max232 dengan Serial Port dari
ATMEGA32-16PU ..........................................................................................
45
Gambar 3.4.Konfigurasi kaki MPX5050GP dan TLC2272CP dengan
ATMEGA2-16PU ............................................................................................
46
Gambar 3.5.Konfigurasi LM35 dan TLC2272CP dengan Port dari
ATMEGA32-16PU ..........................................................................................
47
Gambar 3.6.Casing LM35 ................................................................................
49
Gambar 3.7.Casing MPX5050GP ....................................................................
49
Gambar 3.8.Flowchart Program ATMEGA32-16PU ......................................
51
Gambar 3.9.Flowchart pada Form “Welcome”................................................
53
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.10.Tampilan Program pada Form “Welcome” ................................
53
Gambar 3.11.Tampilan Program pada Form “ Program Utama”.....................
54
Gambar 3.12.Flowchart Program Utama .........................................................
55
Gambar 3.13.Flowchart Subrutin Siap Proses .................................................
55
Gambar 3.14.Flowchart Subrutin Terima Data ................................................
57
Gambar 3.15.Flowchart Subrutin Membuat Grafik .........................................
58
Gambar 3.16.Flowchart Subrutin Reset Program ............................................
58
Gambar 3.17.Flowchart Form “HELP” ...........................................................
59
Gambar 3.18.Tampilan Program pada Form “HELP” .....................................
60
Gambar 4.1.Rangkaian Alat .............................................................................
76
Gambar 4.2.Pengujian Software I ....................................................................
87
Gambar 4.3. Pengujian Software II ..................................................................
88
Gambar 4.4. Pengujian Software III ................................................................
88
Gambar 4.5. Pengujian Software IV ................................................................
89
Gambar 4.6. Pengujian Software V .................................................................
89
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1. List Program pada ATMEGA32-16PU ..................................
108
LAMPIRAN 2. List Program pada Visual Basic 6.0 ....................................... 111
LAMPIRAN 3. Rangkaian Kontroler ............................................................
126
LAMPIRAN 4. Datasheet ATMEGA32-16PU .............................................
127
LAMPIRAN 5. Datasheet MPX5050GP ......................................................
237
LAMPIRAN 6. Datasheet LM35 ....................................................................
245
LAMPIRAN 7. Datasheet TLC2272CP ..........................................................
258
LAMPIRAN 8. Datasheet MAX232 ................................................................
287
LAMPIRAN 9. Petunjuk Praktikum Gay-Lussac Berbasis Interfacing ..........
293
LAMPIRAN 10. Kuesioner Praktikum Gay-Lussac Berbasis Interfacing ...
299
xviii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG MASALAH
Dewasa ini penggunaan instrumen praktikum berbasis
interfacing dalam dunia pendidikan bukanlah hal yang asing lagi,
misalnya pembelajaran Hukum Gay-Lussac dengan menggunakan
laboratorium interface yang dilakukan oleh Lana Zimmer di sebuah
sekolah di Indiana (Lana Zimmer, 2003). Seperti yang diketahui
bersama penggunaan instrumen-instrumen tersebut dimaksudkan
dengan tujuan mempermudah penyampaian inti materi ajar kepada
peserta didik. Interfacing adalah penghubung antar komputer baik
dengan
komputer
atau
dengan
perangkat
lain
(http://ocw.gunadarma.ac.id/course/diploma-three-program/studyprogram-of-computer-engineering-d3/interfacing/pendahuluan, 2008,
30 Desember 2008). Sehingga dengan penggunaan instrumen seperti
ini dalam pembelajaran, dapat digunakan kelebihan yang diberikan
komputer atau perangkat lain seperti menampilkan objek semirip
aslinya, mengkondisikan keadaan seperti kenyataan di lapangan
(kehidupan sehari-hari), dan sebagainya. Sehingga materi yang
tadinya sulit untuk digambarkan dengan kata-kata, menjadi lebih
mudah distimulus otak untuk digambarkan.
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Untuk tingkat universitas terlebih khusus di Universitas
Sanata Dharma dalam prodi Pendidikan Fisika, penggunaan instrumen
praktikum berbasis interfacing dalam mata kuliah praktikum belum
pernah dilakukan. Padahal ada beberapa instrumen praktikum di dalam
laboratorium yang berbasis interfacing.
Dari hal ini peneliti mencoba mengambil topik penelitian
mengenai pemanfaatan salah satu instrumen praktikum berbasis
interfacing untuk pelaksanaan salah satu praktikum termofisika
(Hukum Gay-Lussac). Pemilihan topik bahasan fisika dijatuhkan pada
Hukum Gay-Lussac karena hukum ini membahas hubungan suhu dan
tekanan pada volume tetap. Sedangkan penggunaan perangkat alat
ukur tekanan di dalam laboratorium fisika belum umum, terutama yang
menggunakan sensor.
Selain penggunaan sensor tekanan pada penelitian ini pun
digunakan sensor suhu dan perangkat lunak berupa software yang
dirancang
dengan
menggunakan
program
Visual
Basic
6.0.
Penggunaan perangkat-perangkat ini bukannya tanpa maksud, peneliti
menyadari sebagai sebuah praktikum/percobaan pasti tidak lepas dari
suatu kesalahan (ketidakpastian) sehingga digunakanlah perangkatperangkat tersebut. Ketidakpastian alat ini memang belum diuji tetapi
setidaknya dapat mengkondisikan sebuah sistem dimana Hukum GayLussac berlaku. Untuk itu melalui penelitian ini pula, kiranya dapat
dikaji secara mendalam ketidakpastian alat praktikum tersebut dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
faktor-faktor penyebabnya sehingga praktikum Gay-Lussac yang baik
dapat terlaksana.
Dengan dikombinasikan sensor suhu, sensor tekanan, dan
perangkat lunak dalam sebuah instrumen berbasis interfacing kiranya
tujuan materi ajar Hukum Gay-Lussac tidak lagi diajarkan dalam
kondisi abstrak yang hanya dapat dibayangkan dalam angan-angan dari
kata-kata pengajar kepada peserta didik tetapi dapat dilihat secara
langsung proses terjadinya melalui praktikum yang dilakukan oleh
peserta didik. Akhirnya, melalui hasil penelitian yang berupa
perancangan alat praktikum, penjelasan mengenai inti materi Hukum
Gay-Lussac menjadi lebih mudah digambarkan, dikondisikan, dan
akhirnya dijelaskan baik dalam ruang kuliah maupun ruang praktikum.
B. PERUMUSAN MASALAH
Masalah yang akan dibahas dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana perangkat keras (hardware) pengukuran suhu dan
tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing?
2. Bagaimana perangkat lunak (software) pengukuran suhu dan
tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing?
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
3. Bagaimana pemanfaatan alat praktikum Hukum Gay-Lussac
yang menggunakan interfacing dalam pembelajaran Hukum
Gay-Lussac?
C. TUJUAN PENULISAN
Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat merancang dan mengetahui kehandalan perangkat keras
(hardware) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum
Hukum Gay-Lussac yang menggunakan interfacing.
2. Dapat merancang dan mengetahui kehandalan perangkat lunak
(software) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum
Hukum Gay-Lussac yang menggunakan interfacing.
3. Dapat memanfaatkan alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan sensor suhu dan sensor tekanan dengan
interfacing dalam pembelajaran Hukum Gay-Lussac dan
memperoleh hasil berupa petunjuk praktikum untuk membantu
siswa, calon guru, dan guru dalam memahami pembelajaran
Hukum Gay-Lussac.
D. MANFAAT PENULISAN
Manfaat penulisan bagi penulis adalah:
1. Memperluas pemahaman tentang program Visual Basic 6.0
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan alat praktikum yang
menggunakan komponen elektronik.
Manfaat penulisan bagi masyarakat adalah:
1. Dapat mengetahui pemanfaatan program Visual Basic dalam
bidang pendidikan terkhusus fisika.
2. Dapat mulai tergugah untuk mempelajari pembuatan alat-alat
praktikum lainnya sehingga dapat bernilai ekonomis bila
dipasarkan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
A. Hukum Gay Lussac
1. Pengertian Temperatur
Temperatur merupakan ukuran mengenai panas atau
dinginnya benda (Giancoli, 2001: 450). Menurut Lana Zimmer,
“temperature is the measure of the average energy of particles of
substance” (2003). Halliday,dkk : “Temperature is one of the
seven SI base quantities. Physicists measure temperature on the
Kelvin scale, which is marked in unit called kelvins” (1997: 454).
Berdasarkan 3 definisi di atas dapat disimpulkan bahwa
temperatur merupakan tingkat derajat energi panas ( energi kinetik
yang bergerak dengan begitu cepat) dan termasuk dalam besaran
pokok dengan satuan Kelvin.
2. Pengertian Tekanan
Halliday, dkk., 1997, 351: “We define the pressure exerted
by the fluid on the piston as p =
∆F
.” Menurut Setford, tekanan
∆A
menunjukkan bagaimana konsentrasi suatu gaya ketika menekan
pada suatu luasan permukaan tertentu (1996 : 78). Sedangkan
menurut Zimmer, “the pressure of a gas is the force of its outward
push divided by the are of the walls of the container”(2003).
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Ketiga pendapat di atas sependapat bahwa tekanan
berhubungan dengan suatu kelakuan fluida yang menekan pada
suatu tempat/wadah yang ditempatinya.
Pada kedalaman/ketinggian tertentu terdapat 3 jenis tekanan
sekaligus yaitu tekanan atmosfir, tekanan mutlak, dan tekanan
gauge. Tekanan atmosfir adalah tekanan yang ada pada atmosfir.
Tekanan mutlak adalah tekanan total atau penjumlahan dari
tekanan atmosfir dan tekanan gauge. Tekanan gauge adalah
perbedaan tekanan atau tekanan hasil pengurangan tekanan mutlak
dengan tekanan atmosfir (bdk. Halliday,dkk., 1997: 352)
3. Pengertian Volume
Volume adalah ruang yang ditempati oleh objek (Setford,
1997 : 13). Adapula pendapat, volume adalah isi atau besarnya
benda dalam ruang (Tim penyusun kamus pusat pembinaan dan
pengembangan bahasa, 1996: 1121). Mengacu pada 2 definisi di
atas dapat disimpulkan volume adalah isi atau besarnya benda
dalam ruang yang ditempati oleh benda itu sendiri.
4. Hukum Gay-Lussac
Hukum Fisika tentang gas ada 3 yaitu Hukum Boyle,
Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Ketiga hukum tersebut
mengatur tentang hubungan beberapa variabel seperti temperatur,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
tekanan, dan volume suatu gas dalam sebuah sistem (bdk. Yohanes
Surya, 2003: 169). Hubungan-hubungan tersebut didapat dengan
mengkondisikan sebuah sistem suatu gas. Dari pengkondisian
keadaan tersebut akan dilihat perubahan variabel-variabel bila satu
variabel dikendalikan menjadi variabel yang konstan (bdk.
Giancoli, 2001: 462).
Pada saat variabel yang diatur konstan adalah V volume
gas dan variabel-variabel yang berubah adalah P tekanan gas dan T
temperatur gas. Hubungan ketiga variabel tersebut dikenal dengan
hukum Gay-Lussac.
Giancoli 2001, 461 :
“Hukum gas ketiga, dikenal sebagai hukum Gay Lussac,
dari Joseph Gay Lussac (1778-1850), menyatakan bahwa pada
volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur
mutlak:
P∝T
[V konstan] ............(1.1)”
Jika persamaan (1.1) hendak dibuat grafik maka grafik
tersebut akan tampak seperti gambar 2.1, Perhatikan bahwa grafik
P-T tampak sebagai garis lurus yang melalui titik (0,0). Untuk
setiap harga V tertentu terdapat satu garis. Kemiringan grafik
menunjukkan tetapan yang disebut c =
P
atau sebanding dengan
T
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
nilai c =
9
nR
, n merupakan jumlah mol gas dan R merupakan suatu
V
tetapan seharga 8,315 J/mol.K atau 0,082 atm.liter/mol.K (bdk.
Djonoputro, 1984: 41).
Gmb.2.1. Grafik T vs P
Dari penjelasan mengenai hukum Gay-Lussac di atas,
hubungan P (tekanan) tergantung dari T (suhu) pada V (volume
tertentu yang tetap) sehingga dapat disimpulkan T berupa peubah
bebas, P peubah terikat, dan V peubah kontrol (bdk. Djonoputro,
1984:40). Untuk itu, untuk mengkondisikan praktikum ini
dibutuhkan suatu wadah yang tidak akan berubah volumenya
walaupun suhunya diubah-ubah. Wadah seperti ini dapat dicari
dengan memperhatikan koefisien muai yang sekecil-kecilnya (bdk.
Djonoputro, 1984:41). Berikut disajikan pada tabel 2.1 koefisien
pemuaian beberapa zat pada suhu 200C (lih. Giancoli, 2001: 455).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Koefisien Muai
Koefisien Muai
Panjang, α
Volume, β
(oC)-1
(oC)-1
Aluminium
25 × 10-6
75 × 10-6
Kuningan
19 × 10-6
56 × 10-6
Besi atau baja
12 × 10-6
35 × 10-6
Timah hitam
29 × 10-6
87 × 10-6
Kaca (Pyrex)
3 × 10-6
9 × 10-6
Kaca (biasa)
9 × 10-6
27 × 10-6
0,4 × 10-6
1 × 10-6
≈ 12 × 10-6
≈ 36 × 10-6
1,4-3,5 × 10-6
4-10 × 10-6
Zat
10
Padat
Kwarsa
Beton dan bata
Marmer
Cair
Bensin
950 × 10-6
Air raksa
180 × 10-6
Ethyl alkohol
1100 × 10-6
Gliserin
500 × 10-6
Air
210 × 10-6
Gas
Udara (dan sebagian
3400 × 10-6
besar gas pada tekanan
atmosfir)
Tabel 2.1. Koefisien Pemuaian, pada 20oC (sumber: Giancoli, 2001: 455)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
B. Hardware atau Perangkat Keras
1.
Interface (Perantara /Antar Muka)
Malvino 1986, 372 :
“Rangkaian-rangkaian terpadu digital adalah alat-alat daya
rendah karena rangkaian ini hanya mampu memberi arus beban
kecil. Perantaraan artinya menggunakan semacam penyangga di
antara alat daya rendah ( sering berupa IC digital) dan beban daya
tinggi (seperti rele, motor, atau lampu pijar).”
Adapula definisi lain, mengenai interface atau interfacing
atau pengantarmukaan periperal komputer yaitu penghubung antar
komputer baik dengan komputer atau dengan perangkat lain
(http://ocw.gunadarma.ac.id/course/diploma-three-program/studyprogram-of-computer-engineering-d3/interfacing/pendahuluan,
2008, 30 Desember 2008).
Menurut 2 definisi di atas dapat ditarik kesimpulan
mengenai interface yaitu penghubung antar komputer baik dengan
komputer atau dengan perangkat lain, yang dimaksudkan untuk
menyangga hubungan-hubungan tersebut.
2.
Sensor dan Transduser
Sensor adalah elemen yang mengubah sinyal fisik menjadi
sinyal elektronik yang dibutuhkan komputer (Tim penyusun kamus
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
pusat pembinaan dan pengembangan bahasa, 1996: 916).
Sedangkan pendapat lain mengatakan, “Sensors and detectors are
devices which are designed so that they can detect or quantitatively
determine physical parameters such as pressure, temperature,
position
or
velocity
over
a
measuring
range”
(http://www.electronics-manufacturers.com/products/sensors
transducers-detectors/ , 2007, 28 Desember 2008).
Dari 2 pendapat di atas dapat disimpulkan bahwa sensor
adalah alat yang dirancang untuk mendeteksi atau membedakan
secara kuantitatif parameter fisik, lalu mengubah parameter fisik
tersebut menjadi sinyal elektronik yang dapat dimengerti
komputer.
Sedangkan transduser ialah peralatan listrik atau elektonik
yang dapat mengubah satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya
(bdk. Brenda McGuigan, 2008).
a. Sensor Tekanan
Pada penelitian ini digunakan MPX5050GP sebagai
sensor tekanan.
MPX5050GP, transduser piezoresistif merupakan sensor
tekanan yang dirancang untuk tujuan luas tetapi pada umumnya
bekerja pada mikrokontroler atau mikroprosesor dengan input
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
analog ke digital (lih. Lampiran 5 hal 237). MPX5050GP
memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
1) Memiliki kesalahan maksimum (akurasi) 2,5% di atas
temperatur 00C-850C.
2) Sesuai untuk mikroprosesor dan mikrokontroler.
3) Bekerja pada temperatur -400C sampai +1250C.
4) Alat ukur regangan-tegangan geser bersilikon yang
dipatenkan (Patented silicon shear stress strain gauge).
5) Tahan lama karena berbahan epoxy.
6) Mudah
digunakan
karena
memiliki
pilihan
chip
pembawa (Chip Carrier Option).
7) Memiliki sensitivitas sebesar 90mV/kPa.
“Pressure transducers may typically provide two types
of outputs which include a cable connection for transmitting a
signal representative of the sensed pressure to a remote
monitoring or control device and a human-readable display for
providing a local reading of the sensed pressure. Pressure
transducers that use piezoresistors are formed with a silicon
substrate and an epitaxial layer, which is grown on the
substrate. A portion of the substrate is removed, leaving a thin,
flexible diaphragm portion. The piezoresistors are located in the
diaphragm portion to form a pressure transducer”
(http://www.electronicsmanufacturers.com/products/sensorstransducers-detectors/pressure-transducer/ , 2007, 30 Desember
2008).
Dari pendapat di atas dapat disimpulkan beberapa hal
mengenai sensor tekanan transduser piezoesistif :
1. Transduser tekanan secara khas menyediakan 2 tipe output
yang mencakup sebuah kabel koneksi yang melanjutkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
perwakilan sinyal tekanan pada monitor kendali atau alat
kendali dan tampilan untuk pengguna yang menyediakan
bacaan tekanan.
2. Transduser tekanan yang menggunakan piezoresistor
dibentuk dengan substrat silikon dan lapisan epitaxial
yang berkembang pada substrat.
b. Sensor Suhu
LM35 adalah sensor temperatur presisi yang memiliki
tegangan output yang linear terhadap skala Celsius. LM35
memiliki ciri-ciri sebagai berikut (lih. Lampiran 6 hal 245) :
1) Dikalibrasi langsung dalam Celsius
2) Memiliki skala linear +10.0 mV/0C
3) Memiliki ketepatan 0.50C pada suhu 250C
4) Jangkauan maksimal suhu antara -550C sampai +1500C
5) Cocok untuk aplikasi jarak jauh
6) Harga yang cukup murah
7) Bekerja pada tegangan catu 4 Volt sampai 30 Volt
8) Memiliki arus drain kurang dari 60 µA
9) Memiliki pemanasan sendiri yang lambat (low selfheating) 0.080C di udara diam
10) Ketidaklinear hanya sekitar ± 1
0
4
C
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
11) Memiliki impedansi keluaran yang kecil 0.1 W untuk
beban mA
12) Memiliki akurasi ± 0,60C pada suhu 250C, ± 0,90C pada
suhu 1000C dan 0 0C.
3.
RS-232
Komunikasi
RS-232
dilakukan
secara
asinkron
(asynchronous), yaitu komunikasi serial yang tidak memiliki clock
bersama antara pengirim dan penerima, masing-masing dari
pengirim maupun penerima memiliki clock sendiri. Yang
dikirimkan dari pengirim ke penerima adalah data dengan baudrate
tertentu yang ditetapkan sebelum komunikasi berlangsung. Setiap
word atau byte disinkronkan dengan bit start, bit stop dan clock
internal masing-masing pengirim atau penerima (bdk Retna
Prasetia & dkk 2004: 129).
Menurut Elwi, RS-232 digunakan untuk mengkonversikan
data, data dalam bentuk level tegangan RS-232 ke data level
tegangan TTL, pengiriman diubah ke dalam level tegangan RS232. Data dalam level tegangan TTL ditunjukkan oleh gambar 2.2
dan data dalam level tegangan RS-232 ditunjukkan oleh gambar
2.3. Pada komunikasi RS-232 memiliki logika high ‘1’ dengan
range tegangan antara -5V sampai dengan -10V dan untuk logika
low ‘0’ dengan range tegangan antara +5V sampai dengan +10V.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Panjang kabel yang dapat digunakan dalam komunikasi RS-232
sekitar 15 meter (2006: 20-21).
Gmb.2.2. Bentuk Gelombang Logic TTL atau CMOS
Gmb.2.3. Bentuk Gelombang Logic RS-232
4.
Pengkondisi Sinyal
Menurut Mujahidi, 2006:
“ Sinyal-sinyal listrik yang dihasilkan oleh transduser harus
dikonversikan ke dalam bentuk jenis sinyal yang bisa dikenali oleh
board akusisi data yang digunakan. Tugas pengkondisi sinyal yang
sering
dilakukan
adalah
biasanya
berupa
penguatan
(Amplification), misalnya sinyal-sinyal yang masih lemah dari
thermocouple sebaiknya dikuatkan terlebih dahulu untuk
meningkatkan resolusi pengukuran. Tugas dari pengkondisi sinyal
yang lain adalah memfilter noise yang lewat dan juga melakukan
linearisasi keluarannya. Tugas yang lain adalah melakukan isolasi
antara sinyal dari transduser dengan komputer (biasanya hal ini
dilakukan jika sinyal yang diamati mengandung mengandung
tegangan tinggi).”
Untuk
penelitian
ini
dipakai
pengkondisi
sinyal
TLC2272CP yang memiliki ciri-ciri (lih. Lampiran 7 hal 258)
sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
a. TLC2272CP merupakan op-amp jenis dual dimana dalam satu
kemasan terdapat 2 buah op-amp dengan tipe 8 pin.
b. Cocok untuk transduser piezoresistif karena memiliki input
impedansi tinggi dan noise yang rendah yang sesuai dengan
keadaan transduser yang piezoresistif yang memiliki sinyal
lemah dan sumber impedansi yang tinggi.
c. Memiliki fitur output rel ke rel (rail to rail) dengan catu daya
single dan split sehingga mendukung untuk interfacing dengan
ADC.
d. Memiliki range suhu udara operasi antara 00C – 700C.
e. Memiliki input tegangan offset maksimum sebesar 2.5mV pada
suhu 250C.
5.
Mikrokontroler
Mikrokontroler dapat dianalogikan dengan sebuah sistem
komputer yang dikemas dalam sebuah chip (Agus Bejo, 2008: 1).
Untuk
penelitian
ini
digunakan
ATMega32-16PU
sebagai
mikrokontroler. ATMega32-16PU merupakan mikrokontroler AVR
keluarga
RISC
(Reduced
Instruction
Set
Computing).
Mikrokontroler ini memiliki RISC 8 bit, di mana semua instruksi
dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, sehingga membuat
mikrokontroler ini relatif lebih cepat.
a. Fitur ATMega32-16PU
ATMega32-16PU memiliki fitur sebagai berikut (lih. Lampiran
1 hal 127):
1)
131
macam
instruksi,
yang
hampir
semuanya
dieksekusi dalam 1 siklus clock.
2)
32 x 8-bit register serba guna.
3)
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4)
32 Kbytes Flash Memori jenis non-volatile, yang
memiliki fasilitas In-System Programming.
5)
1024 Bytes EEPROM.
6)
2048 Bytes Internal SRAM.
7)
Programming lock, fasilitas untuk mengamankan kode
program.
8)
2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16bit.
9)
4 channel output PWM.
10)
8 channel 10-bit ADC.
11)
Serial USART.
12)
Master/Slave SPI serial interface.
13)
On-chip analog comparator.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
b. Konfigurasi PIN ATMega32-16PU
Gmb.2.4. Konfigurasi Pin ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
Konfigurasi pin ATMega32-16PU dapat dilihat dari gambar
2.4. Dari tabel 2.2 di bawah dapat dijelaskan secara fungsional
konfigurasi pin ATMega32-16PU sebagai berikut:
PIN
KETERANGAN
PORT B, merupakan port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O 8-bit,
PORT B juga dapat difungsikan secara individu sebagai berikut:
1...8
PB7
: SCK (SPI Serial Clock)
PB6
: MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB5
: MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input)
PB4
: SS (SPI Slave Select Input)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PB3
20
: AIN1 (Analog Comparator Negatif Input), OC0
(Timer/Counter 0 Output Compare Match Output)
PB2
: AIN0 (Analog Comparator Positif Input), INT2
(External Interrupt 2 Input)
PB1
: T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)
PB0
: T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input),
XCK (USART External Clock Input/Output)
9
RESET , merupakan pin reset akan bekerja bila diberi pulsa
rendah (aktif low)
10
VCC, catu daya digital
11
GND, ground untuk catu daya digital
12
XTAL2, output dari penguat osilator pembalik
XTAL1, input ke penguat osilator pembalik dan input ke internal
13
clock
PORT D, merupakan port I/O 8 bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai port I/O, PORT
D juga dapat difungsikan sebagai berikut:
PD7 : OC2 (Timer/Counter 2 Output Compare Match
Output)
PD6 : ICP1 (Timer/Counter 1 Input Capture Pin)
14...21
PD5 : OC1A (Timer/Counter Output Compare A Match
Output)
PD4 : OC1B (Timer/Counter Output Compare B Match
Output)
PD3 : INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 : INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1 : TXD (USART Output Pin)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
PD0 : RXD (USART Input Pin)
PORT C, merupakan Port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O, PORT
C juga dapat difungsikan secara individu sebagai berikut:
PC7 : TOSC2 (Timer Oscillator Pin2)
PC6 : TOSC1 (Timer Oscillator Pin1)
22...29
PC5 : TD1 (JTAG Test Data Input)
PC4 : TD0 (JTAG Test Data Output)
PC3 : TMS (JTAG Test Mode Select)
PC2 : TCK (JTAG Test Clock)
PC1 : SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0 : SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
AVCC, catu daya yang digunakan untuk masukkan analog ADC
30
yang terhubung ke PORT A
31
GND, ground untuk catu daya analog
32
AREF, tegangan referensi analog untuk ADC
PORT A, merupakan Port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
33...40
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O 8-bit
PORT A juga dapat berfungsi sebagai masukkan 8 channel ADC
Tabel 2.2. Fungsional Pin ATMega32-16PU (sumber: Bejo, 2008: 11-12)
c. Arsitektur ATMega32-16PU
Mikrokontroler
ATMega32-16PU
memiliki
arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode
program
dan
memori
untuk
data
sehingga
dapat
memaksimalkan unjuk kerja. Instruksi-instruksi dalam memori
program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil
(pre-fetched) dari memori program. Konsep inilah yang
memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam
setiap satu siklus clock.
32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk
mendukung operasi pada Arithmetic Logic Unit (ALU) yang
dapat dilakukan dalam satu siklus. Enam dari register serba
guna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit
pada mode pengalamatan tak langsung (indirect addressing)
untuk mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register
pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan
R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z
(gabungan R30 dan R31).
Hampir semua instruksi memiliki format 16-bit
(word). Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat
register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped
I/O selebar 64 Byte. Beberapa register ini digunakan untuk
fungsi
khusus
antara
lain
sebagai
register
kontrol
Timer/Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan
fungsi I/O lainnya. Register ini menempati memori pada alamat
0x20h – 0x5Fh.
d. Organisasi Memori ATMega32-16PU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Mikrokontroler ATMega 32-16PU memiliki 3 jenis
memori yaitu memori program, memori data, dan memori
EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
1) Memori Program
Gmb.2.5. Peta Memori Program ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
ATMega32-16PU
memiliki
kapasitas
memori program sebesar 32 Kbyte yang terpetakan dari
alamat 0000h – 3FFFh dimana masing-masing alamat
memiliki lebar data 16 bit. Sehingga organisasi memori
program seperti ini sering dituliskan dengan 16K x 16
bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu
bagian program boot dan bagian program aplikasi (lihat
gmb 2.5). Jika tidak menggunakan fitur Boot Loader
Flash maka semua kapasitas memori program di atas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
dapat digunakan untuk program aplikasi. Tetapi jika
kita menggunakan fitur Boat Loader Plash maka
pembagian ukuran kedua bagian ini ditentukan oleh
BOOTSZ fuse.
2) Memori Data
Gmb.2.6. Peta Memori Data ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
ATMega32-16PU
memiliki
kapasias
memori data sebesar 2144 Byte yang terbagi menjadi 3
bagian yaitu register serba guna, register I/O, dan
SRAM (lihat gmb 2.6). Tiga puluh dua byte alamat
terendah digunakan untuk register serba guna yaitu R0
– R31. Enam puluh empat byte berikutnya digunakan
untuk register I/O yang digunakan untuk mengatur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
fasilitas seperti timer/counter, interupsi, ADC, USART,
SPI, EEPROM, dan port I/O seperti PORT A, PORT B,
PORT C, dan PORT D. Selanjutnya 2048 Byte di
atasnya digunakan untuk memori data SRAM.
Jika register-register I/O diakses seperti
mengakses data pada memori (menggunakan instruksi
LD atau ST) maka register I/O menempati alamat 0020
– 005F. Tetapi jika register-register I/O diakses seperti
mengakses I/O pada umumnya (mengunakan instruksi
IN atau OUT) maka register I/O menempati alamat
memori 0000h – 003Fh.
3) Memori EEPROM
ATMega32-16PU memiliki EEPROM sebesar 1024
Byte yang terpisah dari memori program maupun
memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat
diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu
register EEPROM Address (EEARH-EEARL), register
EEPROM Data (EEDR), dan register EEPROM Control
(EECR). Untuk mengakses memori EEPROM ini
diperlakukan seperti mengakses data eksternal sehingga
waktu eksekusi relatif lebih lama bila dibandingkan
dengan mengakses data dari SRAM.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
PENGGUNAAN SENSOR TEKANAN DAN SENSOR
SUHU DENGAN INTERFACING DALAM
PRAKTIKUM HUKUM GAY-LUSSAC
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh :
Dina Kurniawati
NIM. 041424019
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Hai anak-Ku, jika hatimu bijak, hati-Ku juga bersukacita
Jiwa-Ku bersukaria, kalau bibirmu mengatakan yang jujur
Janganlah hatimu iri kepada orang-orang yang berdosa,
tetapi takutlah akan Tuhan senantiasa
Karena MASA DEPAN sungguh ADA, dan
HARAPAN TIDAK akan HILANG
(Amsal 23: 15-18)
Skripsi ini kupersempahkan untuk:
BAPA di Surga
Babehku, Diyo Budiyono
Ibuku, Rusmini
Ponakanku, alm. Maria Kusumaningtyas
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRAK
Kurniawati, Dina. 2009. Penggunaan Sensor Tekanan dan Sensor Suhu
dengan Interfacing dalam Praktikum Hukum Gay-Lussac. Program Studi
Pendidikan Fisika. Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sanata Dharma.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui (1) bagaimana perangkat
keras (hardware) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum Hukum GayLussac yang menggunakan interfacing; (2) bagaimana perangkat lunak (software)
pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing; (3) bagaimana pemanfaatan alat praktikum Hukum
Gay-Lussac yang menggunakan interfacing dalam pembelajaran Hukum GayLussac. Penelitian ini dimulai dengan merancang dan membuat alat praktikum
Hukum Gay Lussac pada bulan Desember 2008 – Mei 2009. Kemudian pengujian
alat di laboratorium dan pemanfaatan alat untuk pembelajaran Hukum Gay-Lussac
dilaksanakan pada bulan September 2009. Variabel penelitian ini ialah suhu
sebagai variabel bebas, tekanan sebagai variabel terikat, dan volume sebagai
variabel kontrol. Sampel dari penelitian ini adalah 13 orang mahasiswa
Pendidikan Fisika semester 1 yang mengikuti kuliah Termofisika. Data yang
terkumpul berupa data hasil pengujian alat, data kuesioner, dan data hasil jawaban
sampel. Data penelitian dianalisis dengan mencari reliabilitas dan validitas alat
serta analisis deskriptif dari kuesioner.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) rancangan perangkat keras
(hardware) alat praktikum Gay-Lussac yang menggunakan sensor tekanan dan
sensor suhu telah berhasil dibuat dan diuji. Hardware tersebut memiliki spesifikasi
sebagai berikut bekerja pada tegangan searah 12 volt dan arus listrik searah 3A,
memiliki validitas dan reliabilitas yang baik pada rangkaian sensor suhu, memiliki
reliabilitas yang baik pada rangkaian sensor tekanan; (2) rancangan perangkat
lunak (software) alat praktikum Gay-Lussac yang menggunakan Visual Basic 6.0
telah berhasil dibuat dan diuji. Software tersebut memiliki spesifikasi sebagai
berikut bekerja pada komputer yang memiliki operating system Windows XP dan
memiliki Microsoft Office 2000, memiliki data masukan berupa suhu dan tekanan
serta grafik suhu dan tekanan; (3) pemanfaatan alat praktikum Gay-Lussac yang
menggunakan sensor suhu dan sensor tekanan dengan interfacing dalam
pembelajaran Hukum Gay-Lussac membantu responden dalam memahami konsep
Hukum Gay-Lussac.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
Kurniawati, Dina. 2009. Interfacing of Pressure Sensor and
Temperature Sensor on the Gay-Lussac’s Law Practical. Physics Education Study
Program. Department of Mathematics and Science Education. Faculty of Teachers
Training and Education. Sanata Dharma University Yogyakarta.
This research was intended to find out : (1) how the design of hardware
that using interfacing of temperature sensor and pressure sensor; (2) how the
design of software that using interfacing of temperature sensor and pressure
sensor; (3) how to use lab equipment Gay-Lussac which use interfacing in
instructional of Gay-Lussac’s Law. This research begins with designing and
making lab equipment Gay-Lussac’s Law in December 2008 until May 2009.
Furthermore, laboratory testing equipment and utilization of instrument for
learning of Gay-Lussac’s Law held in September 2009. Variable in this research is
temperature as the independent variable, pressure as a variable bound, and the
volume as control variable. There were 13 students of the first grade students of
Physics Education Study Program that take thermophysics class were involve to
obtain data. The research used result data of instrument testing, questionnaire, and
test as the instruments. The data was analyzed to calculate reliability and validity
of the Gay-Lussac’s Law instrument and using descriptive analysis from the
questionnaire.
The results of this research were: (1) hardware design of instrument
Gay-Lussac lab using pressure sensor and temperature sensor has been
successfully built and tested. This hardware has specifications: working at 12 Vdc
and direct current 3A, has a good reliability and validity on the temperature sensor
and pressure sensor circuit; (2) software of Gay-Lussac’s Law instrument has
designed using Visual Basic 6.0 and has been successfully built and tested. This
software has specifications: working at personal computer that has operating
system Windows XP and Microsoft Office 2000; has data temperature, pressure,
graph of temperature and pressure as input; (3) utilization of Gay-Lussac’s Law
instrument using a temperature sensor and pressure sensor with interfacing can
assist respondents to understand tne concept of Gay-Lussac’s Law.
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Bapa di surga atas segala berkatNya sehingga penulis
dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul “Penggunaan Sensor
Tekanan dan Sensor Suhu dengan Interfacing dalam Praktikum Hukum GayLussac”.
Penulis menyadari, bahwa untuk keperluan menyusun dan menulis sampai
pada penyelesaian penulisan skripsi ini tidak terlepas bantuan dari segala pihak,
baik berupa pengetahuan, bimbingan dan dorongan maupun kemudahan lainnya.
Untuk semua itu, melalui skripsi ini patut dan layak penulis menyampaikan terima
kasih kepada:
1. Drs. Severinus Domi, M.Si., selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Drs. T. Sarkim, M.Ed,. Ph.D.
selaku Dosen Pembimbing yang memberi
waktu, bantuan, dorongan, dengan penuh kesabaran telah mengarahkan dan
membimbing dalam penulisan skripsi ini.
3. Drs. Fr.Y. Kartika Budi, M.Pd., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen Program Studi Pendididkan Fisika Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan dukungan dan
bimbingannya.
5. Bapak Sunarjo, Bapak Sugeng, dan Bu Heni (sekretariat JPMIPA), atas
kerjasamanya dalam melayani kebutuhan administrasi.
6. Mas agus, Bapak Gito, dan mas Ngadiyono untuk pemakaian Laborotoriunnya.
7. Bapakku dan Ibuku yang telah memberi perhatian, kasih sayang, dukungan,
doa, dan selalu mendengarkan segala curahan hatiku selama ini serta
senantiasa mendambakan kelulusanku.
8. Mbak Endang, Om Ito, Pak Anton, dan Ibu Vita yang selalu memenuhi
kebutuhan fisik dan morilku serta memperlakukanku layaknya anak kalian.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9. Kel. Hadi Prayitno di Banguntapan dan Kel. Priyanto dan Kel. Nur Edi di
Purworejo yang telah memberi perhatian, kasih sayang, dan doa. Terima kasih
untuk 5 tahun penuh kehangatan.
10. Prayadi Sulistyanto untuk bantuan, kritik, saran, dan ejekan selama pembuatan
skripsi.
11. Made, Mbak Heti, Konyil, dan Idank yang banyak memberi semangat dan
mendengarkan segala keluh kesahku.
12. Luna Boarding House: Bapak dan Ibu Arkom; Kadek untuk kejadian-kejadian
aneh
yang
terhitung
dari
awal
insadha;
Kaka,
Nia,
Noven, Cita untuk kegilaan kalian yang membahagiakan; mbak ve untuk
semangatnya; Titin dan Novi untuk kebersamaan dan curahan-curahan hati
yang aneh; Aya dan Ita Chan untuk kebersamaan dan tukar pikiran; mbak
Ponco, mbak Obe dan cik Eva untuk nasehatnya, mbak ika dan Ita Kun.
13. Teman-temanku seangkatan Pendidikan Fisika 2004 khususnya Woro, Vera,
Fredy, Budi “Bene”, Petrus, Teguh, Wulan, Jazjuz, Dwik Wahyu, Ika, Ndraz,
Aris, Yosep, Darmiyono, Mas Eri, Ita dan Wil terima kasih atas
persahabatannya.
14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih
banyak atas bantuan dan dukungan yang diberikan kepada penulis.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis menyadari bahwa penulisan skripsi
ini masih jauh dari sempurna, sehingga masih perlu dikaji dan dikembangkan
secara lebih lanjut. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik
yang bersifat konstruktif. Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat
bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan.
Yogyakarta, 21 Desember 2009
Penulis
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................
iii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .............................................
iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................
vi
ABSTRAK ......................................................................................................
vii
ABSTRACT ....................................................................................................
viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
xi
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xviii
BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah ......................................................................
1
B. Perumusan Masalah ............................................................................
3
C. Tujuan Penulisan .................................................................................
4
D. Manfaat Penulisan ...............................................................................
4
BAB II. DASAR TEORI ................................................................................
6
A. Hukum Gay-Lussac .............................................................................
6
1. Pengertian Temperatur ..................................................................
6
2. Pengertian Tekanan .......................................................................
6
3. Pengertian Volume ........................................................................
7
4. Hukum Gay-Lussac .......................................................................
7
B. Hardware atau Perangkat Keras ..........................................................
11
1. Interface (Perantara / Antar Muka ) ..............................................
11
2. Sensor dan Transduser ...................................................................
11
3. RS-232 ..........................................................................................
15
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4. Pengkondisi Sinyal ........................................................................
16
5. Mikrokontroler ..............................................................................
17
C. Program Visual Basic 6.0 ....................................................................
31
D. Pembelajaran Hukum Gay-Lussac dan Permasalahannya ..................
33
1. Pengertian Pembelajaran ...............................................................
33
2. Hasil Belajar ..................................................................................
35
3. Pembelajaran Hukum Gay-Lussac Sejenis Sebelumnya ...............
36
4. Beberapa Tipe Eksperimen ...........................................................
38
5. Permasalahan dari HukumGay-Lussac yang Dihadapi Siswa ......
39
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN ........................................................
41
A. Perancangan Layout Perangkat ...........................................................
41
1. Blok Komputer ..............................................................................
42
2. Blok Konverter ..............................................................................
43
3. Blok Pusat Pengendali ..................................................................
43
4. Blok Buffer ...................................................................................
43
5. Blok Sensor ...................................................................................
43
B. Perancangan Perangkat Keras .............................................................
44
1. Koneksi Komputer dan Mikrokontroler dengan MAX232 ...........
44
2. Koneksi Mikrokontroler dan Sensor dengan TLC2272CP ...........
45
3. Perancangan Tempat Sensor Suhu dan Sensor Tekanan ...............
47
C. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................
50
1. Perancangan Software pada ATMEGA32-16PU ..........................
50
2. Perancangan Software pada Program Aplikasi Visual Basic
6.0 ..................................................................................................
51
D. Cara Analisis Data Rancangan Alat ....................................................
60
1. Jenis Penelitian ..............................................................................
60
2. Instrumen Penelitian ......................................................................
60
3. Variabel – Variable Penelitian ......................................................
61
4. Metode Pengumpulan Data ...........................................................
61
5. Metode Analisis Data ....................................................................
67
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
76
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
A. Hardware .............................................................................................
76
1. Deskripsi Hardware .......................................................................
76
2. Validitas Hardware ........................................................................
78
3. Reliabilitas Hardware ....................................................................
80
B. Software ..............................................................................................
86
1. Diskripsi Software .........................................................................
86
2. Pengujian Software .......................................................................
87
C. Hasil
Pemanfaatan
Alat
Praktikum
Gay-Lussac
Berbasis
Interfacing dam Pembelajaran Hukum Gay-Lussac ...........................
90
BAB V. PENUTUP .........................................................................................
103
A. Kesimpulan .........................................................................................
103
B. Saran ....................................................................................................
104
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
105
LAMPIRAN ....................................................................................................
108
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Halaman
TABEL 2.1.Koefisien Pemuaian, pada 200C ...................................................
10
TABEL 2.2.Fungsional PIN ATMEGA32-16PU ............................................
21
TABEL 3.1.Tabel Penyajian Uji Validitas LM35 ...........................................
68
TABEL 3.2.Tabel Penyajian Uji Reliabilitas LM35........................................
69
TABEL 3.3.Tabel Penyajian Uji Reliabilitas MPX5050GP. ...........................
71
TABEL 3.4.Penetapan Skor Kuesioner ...........................................................
73
TABEL 4.1.Tabel Uji Validitas LM35 ............................................................
78
TABEL 4.2.Tabel Uji Reliabilitas LM35 ........................................................
81
TABEL 4.3.Ketidakpastian Berulang LM35 ...................................................
82
TABEL 4.4.Tabel Uji Reliabilitas MPX5050GP.............................................
84
TABEL 4.5.Ketidakpastian Berulang MPX5050GP .......................................
85
TABEL 4.6. Hasil Penskoran Kuesioner Praktikum Gay-Lussac Berbasis
Interfacing ........................................................................................................
91
TABEL 4.7.Hasil Penskoran Soal Hukum Gay-Lussac ..................................
92
TABEL 4.8.Alpha Cronbach Keefektifan Petunjuk Praktikum .......................
92
TABEL 4.9. Frekuensi Prosedur Percobaan dalam Petunjuk Praktikum
Tidak Membingungkan ....................................................................................
93
TABEL 4.10.Frekuensi Isi Dasar Teori Membantu dalam Menganalisis Data
93
TABEL 4.11.Alpha Cronbach Kemudahan Merangkai Sensor .......................
94
TABEL 4.12.Frekuensi Merangkai Sensor Suhu.............................................
95
TABEL 4.13.Frekuensi Merangkai Sensor Tekanan ......................................
95
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TABEL 4.14. Alpha Cornbach Penilaian Terhadap Desain Program Aplikasi
96
TABEL 4.15.Frekuensi Tampilan Program Menarik Bagi User .....................
96
TABEL 4.16.Frekuensi Cara Kerja Program Mudah Dipahami User .............
97
TABEL 4.17.Frekuensi User Tidak Kesulitan Dalam Menjalankan Program
97
TABEL 4.18.Frekuensi Form HELP Sungguh Membantu User .....................
97
TABEL 4.19.Alpha Cronbach Hasil Pembelajaran Menggunakan Alat
Rancangan .......................................................................................................
99
TABEL 4.20.Frekuensi Pertanyaan-Pertanyaan dalam Petunjuk Praktikum
Dapat Dijawab Dengan Baik ............................................................................
99
TABEL 4.21.Frekuensi Di Akhir Praktikum User Dapat Memahami
Bahasan Tentang Hukum Gay-Lussac .............................................................
xv
99
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.Grafik T vs P ................................................................................
9
Gambar 2.2.Bentuk Gelombang Logic TTL atau CMOS ................................
16
Gambar 2.3.Bentuk Gelombang Logic RS-232 ...............................................
16
Gambar 2.4.Konfigurasi PIN ATMEGA32-16PU ...........................................
19
Gambar 2.5.Peta Memori Program ATMEGA32-16PU ..................................
23
Gambar 2.6.Peta Memori Data ATMEGA32-16PU ........................................
24
Gambar 2.7.Status Register ATMEGA32-16PU .............................................
26
Gambar 2.8.SFIOR ATMEGA32-16PU ..........................................................
29
Gambar 2.9.Stack Pointer ATMEGA32-16PU ................................................
29
Gambar 3.1.Perancangan Peralatan..................................................................
42
Gambar 3.2.Diagram Blok Umum ...................................................................
42
Gambar 3.3.Konfigurasi Kaki Max232 dengan Serial Port dari
ATMEGA32-16PU ..........................................................................................
45
Gambar 3.4.Konfigurasi kaki MPX5050GP dan TLC2272CP dengan
ATMEGA2-16PU ............................................................................................
46
Gambar 3.5.Konfigurasi LM35 dan TLC2272CP dengan Port dari
ATMEGA32-16PU ..........................................................................................
47
Gambar 3.6.Casing LM35 ................................................................................
49
Gambar 3.7.Casing MPX5050GP ....................................................................
49
Gambar 3.8.Flowchart Program ATMEGA32-16PU ......................................
51
Gambar 3.9.Flowchart pada Form “Welcome”................................................
53
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.10.Tampilan Program pada Form “Welcome” ................................
53
Gambar 3.11.Tampilan Program pada Form “ Program Utama”.....................
54
Gambar 3.12.Flowchart Program Utama .........................................................
55
Gambar 3.13.Flowchart Subrutin Siap Proses .................................................
55
Gambar 3.14.Flowchart Subrutin Terima Data ................................................
57
Gambar 3.15.Flowchart Subrutin Membuat Grafik .........................................
58
Gambar 3.16.Flowchart Subrutin Reset Program ............................................
58
Gambar 3.17.Flowchart Form “HELP” ...........................................................
59
Gambar 3.18.Tampilan Program pada Form “HELP” .....................................
60
Gambar 4.1.Rangkaian Alat .............................................................................
76
Gambar 4.2.Pengujian Software I ....................................................................
87
Gambar 4.3. Pengujian Software II ..................................................................
88
Gambar 4.4. Pengujian Software III ................................................................
88
Gambar 4.5. Pengujian Software IV ................................................................
89
Gambar 4.6. Pengujian Software V .................................................................
89
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1. List Program pada ATMEGA32-16PU ..................................
108
LAMPIRAN 2. List Program pada Visual Basic 6.0 ....................................... 111
LAMPIRAN 3. Rangkaian Kontroler ............................................................
126
LAMPIRAN 4. Datasheet ATMEGA32-16PU .............................................
127
LAMPIRAN 5. Datasheet MPX5050GP ......................................................
237
LAMPIRAN 6. Datasheet LM35 ....................................................................
245
LAMPIRAN 7. Datasheet TLC2272CP ..........................................................
258
LAMPIRAN 8. Datasheet MAX232 ................................................................
287
LAMPIRAN 9. Petunjuk Praktikum Gay-Lussac Berbasis Interfacing ..........
293
LAMPIRAN 10. Kuesioner Praktikum Gay-Lussac Berbasis Interfacing ...
299
xviii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG MASALAH
Dewasa ini penggunaan instrumen praktikum berbasis
interfacing dalam dunia pendidikan bukanlah hal yang asing lagi,
misalnya pembelajaran Hukum Gay-Lussac dengan menggunakan
laboratorium interface yang dilakukan oleh Lana Zimmer di sebuah
sekolah di Indiana (Lana Zimmer, 2003). Seperti yang diketahui
bersama penggunaan instrumen-instrumen tersebut dimaksudkan
dengan tujuan mempermudah penyampaian inti materi ajar kepada
peserta didik. Interfacing adalah penghubung antar komputer baik
dengan
komputer
atau
dengan
perangkat
lain
(http://ocw.gunadarma.ac.id/course/diploma-three-program/studyprogram-of-computer-engineering-d3/interfacing/pendahuluan, 2008,
30 Desember 2008). Sehingga dengan penggunaan instrumen seperti
ini dalam pembelajaran, dapat digunakan kelebihan yang diberikan
komputer atau perangkat lain seperti menampilkan objek semirip
aslinya, mengkondisikan keadaan seperti kenyataan di lapangan
(kehidupan sehari-hari), dan sebagainya. Sehingga materi yang
tadinya sulit untuk digambarkan dengan kata-kata, menjadi lebih
mudah distimulus otak untuk digambarkan.
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Untuk tingkat universitas terlebih khusus di Universitas
Sanata Dharma dalam prodi Pendidikan Fisika, penggunaan instrumen
praktikum berbasis interfacing dalam mata kuliah praktikum belum
pernah dilakukan. Padahal ada beberapa instrumen praktikum di dalam
laboratorium yang berbasis interfacing.
Dari hal ini peneliti mencoba mengambil topik penelitian
mengenai pemanfaatan salah satu instrumen praktikum berbasis
interfacing untuk pelaksanaan salah satu praktikum termofisika
(Hukum Gay-Lussac). Pemilihan topik bahasan fisika dijatuhkan pada
Hukum Gay-Lussac karena hukum ini membahas hubungan suhu dan
tekanan pada volume tetap. Sedangkan penggunaan perangkat alat
ukur tekanan di dalam laboratorium fisika belum umum, terutama yang
menggunakan sensor.
Selain penggunaan sensor tekanan pada penelitian ini pun
digunakan sensor suhu dan perangkat lunak berupa software yang
dirancang
dengan
menggunakan
program
Visual
Basic
6.0.
Penggunaan perangkat-perangkat ini bukannya tanpa maksud, peneliti
menyadari sebagai sebuah praktikum/percobaan pasti tidak lepas dari
suatu kesalahan (ketidakpastian) sehingga digunakanlah perangkatperangkat tersebut. Ketidakpastian alat ini memang belum diuji tetapi
setidaknya dapat mengkondisikan sebuah sistem dimana Hukum GayLussac berlaku. Untuk itu melalui penelitian ini pula, kiranya dapat
dikaji secara mendalam ketidakpastian alat praktikum tersebut dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
faktor-faktor penyebabnya sehingga praktikum Gay-Lussac yang baik
dapat terlaksana.
Dengan dikombinasikan sensor suhu, sensor tekanan, dan
perangkat lunak dalam sebuah instrumen berbasis interfacing kiranya
tujuan materi ajar Hukum Gay-Lussac tidak lagi diajarkan dalam
kondisi abstrak yang hanya dapat dibayangkan dalam angan-angan dari
kata-kata pengajar kepada peserta didik tetapi dapat dilihat secara
langsung proses terjadinya melalui praktikum yang dilakukan oleh
peserta didik. Akhirnya, melalui hasil penelitian yang berupa
perancangan alat praktikum, penjelasan mengenai inti materi Hukum
Gay-Lussac menjadi lebih mudah digambarkan, dikondisikan, dan
akhirnya dijelaskan baik dalam ruang kuliah maupun ruang praktikum.
B. PERUMUSAN MASALAH
Masalah yang akan dibahas dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana perangkat keras (hardware) pengukuran suhu dan
tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing?
2. Bagaimana perangkat lunak (software) pengukuran suhu dan
tekanan pada alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan interfacing?
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
3. Bagaimana pemanfaatan alat praktikum Hukum Gay-Lussac
yang menggunakan interfacing dalam pembelajaran Hukum
Gay-Lussac?
C. TUJUAN PENULISAN
Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat merancang dan mengetahui kehandalan perangkat keras
(hardware) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum
Hukum Gay-Lussac yang menggunakan interfacing.
2. Dapat merancang dan mengetahui kehandalan perangkat lunak
(software) pengukuran suhu dan tekanan pada alat praktikum
Hukum Gay-Lussac yang menggunakan interfacing.
3. Dapat memanfaatkan alat praktikum Hukum Gay-Lussac yang
menggunakan sensor suhu dan sensor tekanan dengan
interfacing dalam pembelajaran Hukum Gay-Lussac dan
memperoleh hasil berupa petunjuk praktikum untuk membantu
siswa, calon guru, dan guru dalam memahami pembelajaran
Hukum Gay-Lussac.
D. MANFAAT PENULISAN
Manfaat penulisan bagi penulis adalah:
1. Memperluas pemahaman tentang program Visual Basic 6.0
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan alat praktikum yang
menggunakan komponen elektronik.
Manfaat penulisan bagi masyarakat adalah:
1. Dapat mengetahui pemanfaatan program Visual Basic dalam
bidang pendidikan terkhusus fisika.
2. Dapat mulai tergugah untuk mempelajari pembuatan alat-alat
praktikum lainnya sehingga dapat bernilai ekonomis bila
dipasarkan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
A. Hukum Gay Lussac
1. Pengertian Temperatur
Temperatur merupakan ukuran mengenai panas atau
dinginnya benda (Giancoli, 2001: 450). Menurut Lana Zimmer,
“temperature is the measure of the average energy of particles of
substance” (2003). Halliday,dkk : “Temperature is one of the
seven SI base quantities. Physicists measure temperature on the
Kelvin scale, which is marked in unit called kelvins” (1997: 454).
Berdasarkan 3 definisi di atas dapat disimpulkan bahwa
temperatur merupakan tingkat derajat energi panas ( energi kinetik
yang bergerak dengan begitu cepat) dan termasuk dalam besaran
pokok dengan satuan Kelvin.
2. Pengertian Tekanan
Halliday, dkk., 1997, 351: “We define the pressure exerted
by the fluid on the piston as p =
∆F
.” Menurut Setford, tekanan
∆A
menunjukkan bagaimana konsentrasi suatu gaya ketika menekan
pada suatu luasan permukaan tertentu (1996 : 78). Sedangkan
menurut Zimmer, “the pressure of a gas is the force of its outward
push divided by the are of the walls of the container”(2003).
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Ketiga pendapat di atas sependapat bahwa tekanan
berhubungan dengan suatu kelakuan fluida yang menekan pada
suatu tempat/wadah yang ditempatinya.
Pada kedalaman/ketinggian tertentu terdapat 3 jenis tekanan
sekaligus yaitu tekanan atmosfir, tekanan mutlak, dan tekanan
gauge. Tekanan atmosfir adalah tekanan yang ada pada atmosfir.
Tekanan mutlak adalah tekanan total atau penjumlahan dari
tekanan atmosfir dan tekanan gauge. Tekanan gauge adalah
perbedaan tekanan atau tekanan hasil pengurangan tekanan mutlak
dengan tekanan atmosfir (bdk. Halliday,dkk., 1997: 352)
3. Pengertian Volume
Volume adalah ruang yang ditempati oleh objek (Setford,
1997 : 13). Adapula pendapat, volume adalah isi atau besarnya
benda dalam ruang (Tim penyusun kamus pusat pembinaan dan
pengembangan bahasa, 1996: 1121). Mengacu pada 2 definisi di
atas dapat disimpulkan volume adalah isi atau besarnya benda
dalam ruang yang ditempati oleh benda itu sendiri.
4. Hukum Gay-Lussac
Hukum Fisika tentang gas ada 3 yaitu Hukum Boyle,
Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Ketiga hukum tersebut
mengatur tentang hubungan beberapa variabel seperti temperatur,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
tekanan, dan volume suatu gas dalam sebuah sistem (bdk. Yohanes
Surya, 2003: 169). Hubungan-hubungan tersebut didapat dengan
mengkondisikan sebuah sistem suatu gas. Dari pengkondisian
keadaan tersebut akan dilihat perubahan variabel-variabel bila satu
variabel dikendalikan menjadi variabel yang konstan (bdk.
Giancoli, 2001: 462).
Pada saat variabel yang diatur konstan adalah V volume
gas dan variabel-variabel yang berubah adalah P tekanan gas dan T
temperatur gas. Hubungan ketiga variabel tersebut dikenal dengan
hukum Gay-Lussac.
Giancoli 2001, 461 :
“Hukum gas ketiga, dikenal sebagai hukum Gay Lussac,
dari Joseph Gay Lussac (1778-1850), menyatakan bahwa pada
volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur
mutlak:
P∝T
[V konstan] ............(1.1)”
Jika persamaan (1.1) hendak dibuat grafik maka grafik
tersebut akan tampak seperti gambar 2.1, Perhatikan bahwa grafik
P-T tampak sebagai garis lurus yang melalui titik (0,0). Untuk
setiap harga V tertentu terdapat satu garis. Kemiringan grafik
menunjukkan tetapan yang disebut c =
P
atau sebanding dengan
T
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
nilai c =
9
nR
, n merupakan jumlah mol gas dan R merupakan suatu
V
tetapan seharga 8,315 J/mol.K atau 0,082 atm.liter/mol.K (bdk.
Djonoputro, 1984: 41).
Gmb.2.1. Grafik T vs P
Dari penjelasan mengenai hukum Gay-Lussac di atas,
hubungan P (tekanan) tergantung dari T (suhu) pada V (volume
tertentu yang tetap) sehingga dapat disimpulkan T berupa peubah
bebas, P peubah terikat, dan V peubah kontrol (bdk. Djonoputro,
1984:40). Untuk itu, untuk mengkondisikan praktikum ini
dibutuhkan suatu wadah yang tidak akan berubah volumenya
walaupun suhunya diubah-ubah. Wadah seperti ini dapat dicari
dengan memperhatikan koefisien muai yang sekecil-kecilnya (bdk.
Djonoputro, 1984:41). Berikut disajikan pada tabel 2.1 koefisien
pemuaian beberapa zat pada suhu 200C (lih. Giancoli, 2001: 455).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Koefisien Muai
Koefisien Muai
Panjang, α
Volume, β
(oC)-1
(oC)-1
Aluminium
25 × 10-6
75 × 10-6
Kuningan
19 × 10-6
56 × 10-6
Besi atau baja
12 × 10-6
35 × 10-6
Timah hitam
29 × 10-6
87 × 10-6
Kaca (Pyrex)
3 × 10-6
9 × 10-6
Kaca (biasa)
9 × 10-6
27 × 10-6
0,4 × 10-6
1 × 10-6
≈ 12 × 10-6
≈ 36 × 10-6
1,4-3,5 × 10-6
4-10 × 10-6
Zat
10
Padat
Kwarsa
Beton dan bata
Marmer
Cair
Bensin
950 × 10-6
Air raksa
180 × 10-6
Ethyl alkohol
1100 × 10-6
Gliserin
500 × 10-6
Air
210 × 10-6
Gas
Udara (dan sebagian
3400 × 10-6
besar gas pada tekanan
atmosfir)
Tabel 2.1. Koefisien Pemuaian, pada 20oC (sumber: Giancoli, 2001: 455)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
B. Hardware atau Perangkat Keras
1.
Interface (Perantara /Antar Muka)
Malvino 1986, 372 :
“Rangkaian-rangkaian terpadu digital adalah alat-alat daya
rendah karena rangkaian ini hanya mampu memberi arus beban
kecil. Perantaraan artinya menggunakan semacam penyangga di
antara alat daya rendah ( sering berupa IC digital) dan beban daya
tinggi (seperti rele, motor, atau lampu pijar).”
Adapula definisi lain, mengenai interface atau interfacing
atau pengantarmukaan periperal komputer yaitu penghubung antar
komputer baik dengan komputer atau dengan perangkat lain
(http://ocw.gunadarma.ac.id/course/diploma-three-program/studyprogram-of-computer-engineering-d3/interfacing/pendahuluan,
2008, 30 Desember 2008).
Menurut 2 definisi di atas dapat ditarik kesimpulan
mengenai interface yaitu penghubung antar komputer baik dengan
komputer atau dengan perangkat lain, yang dimaksudkan untuk
menyangga hubungan-hubungan tersebut.
2.
Sensor dan Transduser
Sensor adalah elemen yang mengubah sinyal fisik menjadi
sinyal elektronik yang dibutuhkan komputer (Tim penyusun kamus
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
pusat pembinaan dan pengembangan bahasa, 1996: 916).
Sedangkan pendapat lain mengatakan, “Sensors and detectors are
devices which are designed so that they can detect or quantitatively
determine physical parameters such as pressure, temperature,
position
or
velocity
over
a
measuring
range”
(http://www.electronics-manufacturers.com/products/sensors
transducers-detectors/ , 2007, 28 Desember 2008).
Dari 2 pendapat di atas dapat disimpulkan bahwa sensor
adalah alat yang dirancang untuk mendeteksi atau membedakan
secara kuantitatif parameter fisik, lalu mengubah parameter fisik
tersebut menjadi sinyal elektronik yang dapat dimengerti
komputer.
Sedangkan transduser ialah peralatan listrik atau elektonik
yang dapat mengubah satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya
(bdk. Brenda McGuigan, 2008).
a. Sensor Tekanan
Pada penelitian ini digunakan MPX5050GP sebagai
sensor tekanan.
MPX5050GP, transduser piezoresistif merupakan sensor
tekanan yang dirancang untuk tujuan luas tetapi pada umumnya
bekerja pada mikrokontroler atau mikroprosesor dengan input
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
analog ke digital (lih. Lampiran 5 hal 237). MPX5050GP
memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
1) Memiliki kesalahan maksimum (akurasi) 2,5% di atas
temperatur 00C-850C.
2) Sesuai untuk mikroprosesor dan mikrokontroler.
3) Bekerja pada temperatur -400C sampai +1250C.
4) Alat ukur regangan-tegangan geser bersilikon yang
dipatenkan (Patented silicon shear stress strain gauge).
5) Tahan lama karena berbahan epoxy.
6) Mudah
digunakan
karena
memiliki
pilihan
chip
pembawa (Chip Carrier Option).
7) Memiliki sensitivitas sebesar 90mV/kPa.
“Pressure transducers may typically provide two types
of outputs which include a cable connection for transmitting a
signal representative of the sensed pressure to a remote
monitoring or control device and a human-readable display for
providing a local reading of the sensed pressure. Pressure
transducers that use piezoresistors are formed with a silicon
substrate and an epitaxial layer, which is grown on the
substrate. A portion of the substrate is removed, leaving a thin,
flexible diaphragm portion. The piezoresistors are located in the
diaphragm portion to form a pressure transducer”
(http://www.electronicsmanufacturers.com/products/sensorstransducers-detectors/pressure-transducer/ , 2007, 30 Desember
2008).
Dari pendapat di atas dapat disimpulkan beberapa hal
mengenai sensor tekanan transduser piezoesistif :
1. Transduser tekanan secara khas menyediakan 2 tipe output
yang mencakup sebuah kabel koneksi yang melanjutkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
perwakilan sinyal tekanan pada monitor kendali atau alat
kendali dan tampilan untuk pengguna yang menyediakan
bacaan tekanan.
2. Transduser tekanan yang menggunakan piezoresistor
dibentuk dengan substrat silikon dan lapisan epitaxial
yang berkembang pada substrat.
b. Sensor Suhu
LM35 adalah sensor temperatur presisi yang memiliki
tegangan output yang linear terhadap skala Celsius. LM35
memiliki ciri-ciri sebagai berikut (lih. Lampiran 6 hal 245) :
1) Dikalibrasi langsung dalam Celsius
2) Memiliki skala linear +10.0 mV/0C
3) Memiliki ketepatan 0.50C pada suhu 250C
4) Jangkauan maksimal suhu antara -550C sampai +1500C
5) Cocok untuk aplikasi jarak jauh
6) Harga yang cukup murah
7) Bekerja pada tegangan catu 4 Volt sampai 30 Volt
8) Memiliki arus drain kurang dari 60 µA
9) Memiliki pemanasan sendiri yang lambat (low selfheating) 0.080C di udara diam
10) Ketidaklinear hanya sekitar ± 1
0
4
C
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
11) Memiliki impedansi keluaran yang kecil 0.1 W untuk
beban mA
12) Memiliki akurasi ± 0,60C pada suhu 250C, ± 0,90C pada
suhu 1000C dan 0 0C.
3.
RS-232
Komunikasi
RS-232
dilakukan
secara
asinkron
(asynchronous), yaitu komunikasi serial yang tidak memiliki clock
bersama antara pengirim dan penerima, masing-masing dari
pengirim maupun penerima memiliki clock sendiri. Yang
dikirimkan dari pengirim ke penerima adalah data dengan baudrate
tertentu yang ditetapkan sebelum komunikasi berlangsung. Setiap
word atau byte disinkronkan dengan bit start, bit stop dan clock
internal masing-masing pengirim atau penerima (bdk Retna
Prasetia & dkk 2004: 129).
Menurut Elwi, RS-232 digunakan untuk mengkonversikan
data, data dalam bentuk level tegangan RS-232 ke data level
tegangan TTL, pengiriman diubah ke dalam level tegangan RS232. Data dalam level tegangan TTL ditunjukkan oleh gambar 2.2
dan data dalam level tegangan RS-232 ditunjukkan oleh gambar
2.3. Pada komunikasi RS-232 memiliki logika high ‘1’ dengan
range tegangan antara -5V sampai dengan -10V dan untuk logika
low ‘0’ dengan range tegangan antara +5V sampai dengan +10V.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Panjang kabel yang dapat digunakan dalam komunikasi RS-232
sekitar 15 meter (2006: 20-21).
Gmb.2.2. Bentuk Gelombang Logic TTL atau CMOS
Gmb.2.3. Bentuk Gelombang Logic RS-232
4.
Pengkondisi Sinyal
Menurut Mujahidi, 2006:
“ Sinyal-sinyal listrik yang dihasilkan oleh transduser harus
dikonversikan ke dalam bentuk jenis sinyal yang bisa dikenali oleh
board akusisi data yang digunakan. Tugas pengkondisi sinyal yang
sering
dilakukan
adalah
biasanya
berupa
penguatan
(Amplification), misalnya sinyal-sinyal yang masih lemah dari
thermocouple sebaiknya dikuatkan terlebih dahulu untuk
meningkatkan resolusi pengukuran. Tugas dari pengkondisi sinyal
yang lain adalah memfilter noise yang lewat dan juga melakukan
linearisasi keluarannya. Tugas yang lain adalah melakukan isolasi
antara sinyal dari transduser dengan komputer (biasanya hal ini
dilakukan jika sinyal yang diamati mengandung mengandung
tegangan tinggi).”
Untuk
penelitian
ini
dipakai
pengkondisi
sinyal
TLC2272CP yang memiliki ciri-ciri (lih. Lampiran 7 hal 258)
sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
a. TLC2272CP merupakan op-amp jenis dual dimana dalam satu
kemasan terdapat 2 buah op-amp dengan tipe 8 pin.
b. Cocok untuk transduser piezoresistif karena memiliki input
impedansi tinggi dan noise yang rendah yang sesuai dengan
keadaan transduser yang piezoresistif yang memiliki sinyal
lemah dan sumber impedansi yang tinggi.
c. Memiliki fitur output rel ke rel (rail to rail) dengan catu daya
single dan split sehingga mendukung untuk interfacing dengan
ADC.
d. Memiliki range suhu udara operasi antara 00C – 700C.
e. Memiliki input tegangan offset maksimum sebesar 2.5mV pada
suhu 250C.
5.
Mikrokontroler
Mikrokontroler dapat dianalogikan dengan sebuah sistem
komputer yang dikemas dalam sebuah chip (Agus Bejo, 2008: 1).
Untuk
penelitian
ini
digunakan
ATMega32-16PU
sebagai
mikrokontroler. ATMega32-16PU merupakan mikrokontroler AVR
keluarga
RISC
(Reduced
Instruction
Set
Computing).
Mikrokontroler ini memiliki RISC 8 bit, di mana semua instruksi
dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, sehingga membuat
mikrokontroler ini relatif lebih cepat.
a. Fitur ATMega32-16PU
ATMega32-16PU memiliki fitur sebagai berikut (lih. Lampiran
1 hal 127):
1)
131
macam
instruksi,
yang
hampir
semuanya
dieksekusi dalam 1 siklus clock.
2)
32 x 8-bit register serba guna.
3)
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4)
32 Kbytes Flash Memori jenis non-volatile, yang
memiliki fasilitas In-System Programming.
5)
1024 Bytes EEPROM.
6)
2048 Bytes Internal SRAM.
7)
Programming lock, fasilitas untuk mengamankan kode
program.
8)
2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16bit.
9)
4 channel output PWM.
10)
8 channel 10-bit ADC.
11)
Serial USART.
12)
Master/Slave SPI serial interface.
13)
On-chip analog comparator.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
b. Konfigurasi PIN ATMega32-16PU
Gmb.2.4. Konfigurasi Pin ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
Konfigurasi pin ATMega32-16PU dapat dilihat dari gambar
2.4. Dari tabel 2.2 di bawah dapat dijelaskan secara fungsional
konfigurasi pin ATMega32-16PU sebagai berikut:
PIN
KETERANGAN
PORT B, merupakan port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O 8-bit,
PORT B juga dapat difungsikan secara individu sebagai berikut:
1...8
PB7
: SCK (SPI Serial Clock)
PB6
: MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB5
: MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input)
PB4
: SS (SPI Slave Select Input)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PB3
20
: AIN1 (Analog Comparator Negatif Input), OC0
(Timer/Counter 0 Output Compare Match Output)
PB2
: AIN0 (Analog Comparator Positif Input), INT2
(External Interrupt 2 Input)
PB1
: T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)
PB0
: T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input),
XCK (USART External Clock Input/Output)
9
RESET , merupakan pin reset akan bekerja bila diberi pulsa
rendah (aktif low)
10
VCC, catu daya digital
11
GND, ground untuk catu daya digital
12
XTAL2, output dari penguat osilator pembalik
XTAL1, input ke penguat osilator pembalik dan input ke internal
13
clock
PORT D, merupakan port I/O 8 bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai port I/O, PORT
D juga dapat difungsikan sebagai berikut:
PD7 : OC2 (Timer/Counter 2 Output Compare Match
Output)
PD6 : ICP1 (Timer/Counter 1 Input Capture Pin)
14...21
PD5 : OC1A (Timer/Counter Output Compare A Match
Output)
PD4 : OC1B (Timer/Counter Output Compare B Match
Output)
PD3 : INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 : INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1 : TXD (USART Output Pin)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
PD0 : RXD (USART Input Pin)
PORT C, merupakan Port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O, PORT
C juga dapat difungsikan secara individu sebagai berikut:
PC7 : TOSC2 (Timer Oscillator Pin2)
PC6 : TOSC1 (Timer Oscillator Pin1)
22...29
PC5 : TD1 (JTAG Test Data Input)
PC4 : TD0 (JTAG Test Data Output)
PC3 : TMS (JTAG Test Mode Select)
PC2 : TCK (JTAG Test Clock)
PC1 : SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0 : SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
AVCC, catu daya yang digunakan untuk masukkan analog ADC
30
yang terhubung ke PORT A
31
GND, ground untuk catu daya analog
32
AREF, tegangan referensi analog untuk ADC
PORT A, merupakan Port I/O 8-bit dua arah (bi-directional)
33...40
dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai Port I/O 8-bit
PORT A juga dapat berfungsi sebagai masukkan 8 channel ADC
Tabel 2.2. Fungsional Pin ATMega32-16PU (sumber: Bejo, 2008: 11-12)
c. Arsitektur ATMega32-16PU
Mikrokontroler
ATMega32-16PU
memiliki
arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode
program
dan
memori
untuk
data
sehingga
dapat
memaksimalkan unjuk kerja. Instruksi-instruksi dalam memori
program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil
(pre-fetched) dari memori program. Konsep inilah yang
memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam
setiap satu siklus clock.
32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk
mendukung operasi pada Arithmetic Logic Unit (ALU) yang
dapat dilakukan dalam satu siklus. Enam dari register serba
guna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit
pada mode pengalamatan tak langsung (indirect addressing)
untuk mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register
pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan
R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z
(gabungan R30 dan R31).
Hampir semua instruksi memiliki format 16-bit
(word). Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat
register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped
I/O selebar 64 Byte. Beberapa register ini digunakan untuk
fungsi
khusus
antara
lain
sebagai
register
kontrol
Timer/Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan
fungsi I/O lainnya. Register ini menempati memori pada alamat
0x20h – 0x5Fh.
d. Organisasi Memori ATMega32-16PU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Mikrokontroler ATMega 32-16PU memiliki 3 jenis
memori yaitu memori program, memori data, dan memori
EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
1) Memori Program
Gmb.2.5. Peta Memori Program ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
ATMega32-16PU
memiliki
kapasitas
memori program sebesar 32 Kbyte yang terpetakan dari
alamat 0000h – 3FFFh dimana masing-masing alamat
memiliki lebar data 16 bit. Sehingga organisasi memori
program seperti ini sering dituliskan dengan 16K x 16
bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu
bagian program boot dan bagian program aplikasi (lihat
gmb 2.5). Jika tidak menggunakan fitur Boot Loader
Flash maka semua kapasitas memori program di atas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
dapat digunakan untuk program aplikasi. Tetapi jika
kita menggunakan fitur Boat Loader Plash maka
pembagian ukuran kedua bagian ini ditentukan oleh
BOOTSZ fuse.
2) Memori Data
Gmb.2.6. Peta Memori Data ATMega32-16PU (sumber:
http://www.atmel.com )
ATMega32-16PU
memiliki
kapasias
memori data sebesar 2144 Byte yang terbagi menjadi 3
bagian yaitu register serba guna, register I/O, dan
SRAM (lihat gmb 2.6). Tiga puluh dua byte alamat
terendah digunakan untuk register serba guna yaitu R0
– R31. Enam puluh empat byte berikutnya digunakan
untuk register I/O yang digunakan untuk mengatur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
fasilitas seperti timer/counter, interupsi, ADC, USART,
SPI, EEPROM, dan port I/O seperti PORT A, PORT B,
PORT C, dan PORT D. Selanjutnya 2048 Byte di
atasnya digunakan untuk memori data SRAM.
Jika register-register I/O diakses seperti
mengakses data pada memori (menggunakan instruksi
LD atau ST) maka register I/O menempati alamat 0020
– 005F. Tetapi jika register-register I/O diakses seperti
mengakses I/O pada umumnya (mengunakan instruksi
IN atau OUT) maka register I/O menempati alamat
memori 0000h – 003Fh.
3) Memori EEPROM
ATMega32-16PU memiliki EEPROM sebesar 1024
Byte yang terpisah dari memori program maupun
memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat
diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu
register EEPROM Address (EEARH-EEARL), register
EEPROM Data (EEDR), dan register EEPROM Control
(EECR). Untuk mengakses memori EEPROM ini
diperlakukan seperti mengakses data eksternal sehingga
waktu eksekusi relatif lebih lama bila dibandingkan
dengan mengakses data dari SRAM.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2