Robot PWM DASAR TEORI

2.8.2 Timercounter ATmega8

Mikrokontroler ATmega8 memiliki 3 buah jenis dari fitur timercounter yaitu timer counter 0 8bit, timercounter 1 16bit, dan timercounter 2 8bit [14]. Fitur timer counter pada umumnya digunakan untuk generator gelombangfrekuensi, penghitungan waktu suatu siklus, dan PWM Pulse Width Modulation.

2.8.2.1 Timercounter 1 ATmega8

Timer Counter 1 adalah TimerCounter 16 bit yang memungkinkan program pewaktuan lebih akurat. Berbagai fitur dari TimerCounter 1 adalah [14]: 1. Desain 16 bit memungkinkan 16bit PWM. 2. Dua buah compare unit. 3. Dua buah register pembanding. 4. Satu buah input capture unit. 5. Timer terseting nol saat match compare auto reload. 6. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glitch-free. 7. Periode PWM dapat diubah-ubah. 8. Pembangkit frekuensi. 9. Empat buah sumber interupsi TOV1,OCF1A,OCF1B, dan ICF1.

2.8.2.1.1 Pengaturan fitur PWM pada

timercounter 1 Pengaturan seluruh register timercounter1 perlu diperhatikan saat mengaktifkan fitur PWM. Register yang diatur untuk mengaktifkan fitur PMW yaitu TCCR1A dan TCCR1B. Gambar susunan bit pada register TCCR1A dan TCCR1B ditunjukkan pada Gambar 2.15 dan Gambar 2.16. Gambar 2.15. Susunan Register TCCR1A [14] Gambar 2.16. Susunan Register TCCR1B [14] Pengaturan mode operasi PWM yang digunakan diatur pada bit WGM13:0. Mode operasi mempengaruhi bagaimana cara pengendalian PWM dilakukan. Pemilihan mode operasi yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2. Pemilihan Mode Operasi dengan Waveform Generation Mode Sumber clock yang digunakan dalam timercounter1 diatur pada bit CS2:0. Pemilihat bit ini akan mempengaruhi clock yang akan dieksekusi saat proses counter. Nilai prescaler clock akan dimasukkan pada register TCNT1. Pemilihan sumber clock dapat mengacu pada Tabel 2.3. Tabel 2.3. Pengaturan Sumber Clock TimerCounter 1 Pengaturan bit COM1A1:0 dan COM1B1:0 digunakan untuk mengontrol pin OC1A dan pin OC1B. Jika salah satu bit dari COM1A1:0 diatur menjadi 1 atau mungkin keduanya, maka kaki pin OC1A tidak berfungsi normal sebagai Port IO. Hal tersebut juga serupa pengaruhnya pada pengaturan bit COM1B1:0. Pengaturan bit COM1A1:0 dan COM1B1:0 memiliki perbedaan kegunaan berdasarkan mode operasi yang dipakai. Pengaruh mode operasi teradap pengaturan bit COM1A1:0 dan COM1B1:0 ditunjukan pada Tabel 2.4, Tabel 2.5, dan Tabel 2.6. Tabel 2.4. Konfigurasi Compare Output Mode untuk non-PWM [14] Tabel 2.5. Konfigurasi Compare Output Mode untuk Fast PWM [14] Tabel 2.6. Konfigurasi Compare Output Mode untuk Phase Correct and Frequency Correct PWM [14] Pengisian data pada register OCR1A dan OCR1B akan mempengaruhi batasan nilai counter yang dilakukan TCNT1. Gambar susunan bit pada register OCR1A dan OCR1B ditunjukkan pada Gambar 2.17 dan Gambar 2.18. Register ini bertugas secara kontinyu untuk membandingkan nilai OCR1x terhadap nilai TCNT1. Saat nilai OCR1x mendapat kondisi yang sama terhadap TCNT1, maka kondisi tersebut dapat digunakan untuk membangkitkan Output Compare Interrupt, atau untuk membangkitkan bentuk gelombang output pada pin OC1x. kapasitas data maksimal register OCR1A dan OCR1B ditentukan saat pengaturan WGM1:0 pada Tabel 2.2 kolom nomor 7. Gambar 2.17. Susunan Register OCR1A [14] Gambar 2.18. Susunan Register OCR1B [14]

2.8.2.1.2 Mode operasi

fast PWM Mode ini melakukan pengendalian lama waktu on T on dan waktu off T off berdasarkan nilai dari register pembanding OCR1A atau OCR1B. Pengendalian lama waktu on dan off tersebut berdampak pada perubahan duty cycle. Pencacahan pada register TCNT1 berlangsung single slope satu arah, yakni dilakukan counting-up yang dimulai dari BOTTOM 0x0000 hingga nilai TOP kemudian diulang kembali. Besarnya nilai TOP dapat ditentukan sesuai dengan resolusi yang diinginkan dan dibutuhkan. Resolusi nilai yang tersedia yang tercatat pada tabel pemilihan mode operasi seperti 8-bit, 9-bit, dan 10- bit , akan tetapi dapat pula ditentukan secara manual melalui register ICR1 atau OCR1A. Resolusi minimal yang diperbolehkan yaitu 2-bit pengaturan nilai pada penggunaan ICR1 atau OCR1A yaitu 0x0003, sedangakan resolusi maksimal yang diperbolehkan adalah 16- bit pengaturan nilai pada penggunaan ICR1 atau OCR1A yaitu yaitu 0xFFFF. Nilai resolusi PWM dalam bentuk bit dapat dirumuskan sebagi berikut [14]: Gambar 2.18 adalah gambar timming diagram penggunaan mode Fast PWM. Gambar tersebut akan terlihat pola pencacahan dan output dalam penggunaan mode operasinya. Gambar 2.19. Diagram Pewaktuan Fast PWM Mode [14] Gambar 2.19 menunjukan nilai OCR1A atau ICR1 didefinisikan sebagai nilai TOP. Pola diagram pada TCNTn mengilustrasikan bentuk pencacahan single-slope. Gambar diagram tersebut memunculkan output compare OCnx dalam 2 bentuk yaitu inverting dan non-inverting. Garis pendek pada pola TCNTn menunjukan kondisi compare match antara OCR1x dan TCNT1. Bit register TOV1 interrupt flag akan bernilai 1 saat terjadi compare match. Perubahan duty cycle terlihat pada hasil output dari oleh OCnx. Output pada posisi inverting akan terkondisikan set high1 saat terjadi compare match, sedangkan pada posisi non-inverting akan terkondisikan clear low0 saat terjadi compare match. Kondisi tersebut waktu on dan off pada pulsa yang dikeluarkan pin OCnx. Pengaturan lama waktu on terlihat pada posisi non-inverting, sedangan pengaturan lama waktu off terlihat pada posisi inverting. Nilai frekuensi Fast PWM Mode dapat dihitung dengan persamaan berikut [14]: Dimana variabel N adalah nilai prescaler sumber clock. Nilai prescaler sudah tersedia yaitu 1, 8, 64, 256, dan 1024. Variabel f clk_IO adalah nilai frekuensi clock yang kita gunakan pada chip mikrokontroler.

2.8.3. USART Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver

and Transmitter USART Universal Synchronous Asynchronous serial Receiver and Transmitter merupakan protokol komunikasi serial yang terdapat pada mikrokontroler AVR. Fitur ini berguna dalam pengiriman data secara serial antar mikrokontroler, namun dapat juga dilakukan antara mikrokontroler terhadap hardware lain contohnya seperti PC. Komunikasi serial pada fitur USART ini mempunyai 2 cara yaitu sinkron dan asinkron. Penggunaan mode sinkron harus melakukan fase sinkronisasi data dengan pengiriman data pulsaclock terlebih dahulu. Berbeda dengan penggunaan mode asinkron tidak perlu melakukan pengiriman data terlebih dahulu, tetapi sinkronisasi dilakukan dengan inisialisasi data pada program. Proses inisialisasi dilakukan terhadap perangkat yang akan melakukan pengiriman data secara serial dengan menyamakan kecepatan laju data baud rate. Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan fitur USART harus melakukan pengaturan bit pada register-register yang mempengaruhi komunikasi USART.

2.8.3.1. Pengaturan USART

Pengaturan register-register USART perlu diperhatikan saat melakukan komunikasi serial. Pengaturan bit RXEN bernilai 1 akan mengaktifkan fungsi penerimaan data, saedangkan pengaturan TXEN akan mengaktifkan fungsi pengiriman data. Besarnya ukuran data yang dikirim atau diterima dapat diatur melalui bit UCSZ2:0 dengan mengacu pada Tabel 2.7. Tabel 2.7. Pengaturan Ukuran Data [14] Komunikasi serial dapat dilakukan dalam 2 mode yaitu sinkron dan asinkron. Mode komunikasi diatur melalui bit UMSEL dengan mengacu pada Tabel 2.8. Tabel 2.8. Pengaturan Mode Komunikasi Serial [14] Paritas dan stop bit diatur melalui bit UPM1:0 dan bit USBS pada register UCSRC. Pengaturan paritas dan stop bit mengacu pada Tabel 2.9 dan Tabel 2.10. Tabel 2.9. Pengaturan Paritas [14] Tabel 2.10. Pengaturan Stop Bit [14] Nilai baudrate yang digunakan dalam komunikasi serial diatur oleh bit UBRR11:0. Rumus perhitungan nilai baudrate mengacu pada mode komunikasi serial yang dipakai. Tabel 2.11 menunjukkan rumus perhitungan baudrate berdasarkan mode komunikasi yang dipakai. Tabel 2.11. Rumus Perhitungan Baudrate [14] Data pengiriman dan penerimaan terletak pada register UDR. Register UDR terbagi menjadi 2 bagian yaitu RXB dan TXB, tetapi berada pada alamat yang sama. Gambar susunan register UDR ditunjukkan pada Gambar 2.20. Gambar 2.20. Susunan Register UDR [14] Kapasitas bit pada register ini sebesar 8-bit. RXB digunakan sebagai tempat penyimpanan data yang akan dikirim, sedangkan TXB digunakan sebagai tempat penerimaan data sebelum data akan di baca. Data dengan ukuran 5-bit, 6-bit, dan 7-bit akan diabaikan oleh transmitter dan ditambah logika 0 pada bit bagian atas hingga berukuran 8-bit.

2.9 PWM

Pulse Width Modulation PWM merupakan metode yang digunakan untuk mengatur duty cycle pada tegangan DC sehingga bentuk gelombangnya berbentuk seperti pulsa-pulsa tegangan. Cara yang dilakukan dengan mengatur lama waktu lebar pulsa tegangan on dan off pada satu periode secara terus menerus. Semakin lama waktu teganan on dibandingkan dengan lama waktu tegangan off memberikan duty cycle yang besar. Nilai duty cycle 50 diperoleh dengan memberi lebar pulsa yang sama pada waktu on dan off . Perbedaan nilai duty cycle dijelaskan pada Gambar 2.21. Gambar 2.21. Bentuk Pulsa pada Perubahan Duty Cycle [15] Besarnya nilai duty cycle dapat diperoleh dengan menggunakan rumus berikut [15]: 2.8 T ON merupakan lama waktu lebar pulsa saat tegangan on, sedangkan T OFF merupakan lama waktu lebar pulsa saat tegangan off.

2.10 IC Driver L298

IC Driver L298 digunakan sebagai driver komponen berbeban induktif seperti relay , solenoids, motor DC dan motor stepper. IC ini dapat dioperasikan hingga nilai maksimum tegangan sebesar 46 Volt dan nilai arus maksimum sebesar 4 Ampere [16]. Bentuk IC Driver L289 ditunjukkan pada Gambar 2.22. Gambar 2.22. IC Driver L298 [16] Pin Enable A dan B digunakan sebagai trigger agar tegangan pada pin Vs dapat mengalir menuju output. Pemberian PWM Pulse Width Modulation pada pin Enable dapat digunakan untuk pengaturan kecepatan putar motor DC. Pin Output 1 dan 2 aliran tegangannya diatur oleh Enable A, sedangkan Output 3 dan 4 diatur oleh Enable B Blok diagram rangkaian IC Driver L298 ditunjukan pada Gambar 2.23. Gambar 2.23. Blok Diagram IC Driver L298 [16]

2.11 IC Regulator Tegangan

IC regulator digunakan untuk meregulasi tegangan agar tegangan output yang didapat lebih stabil. IC LM78xx adalah salah satu jenis IC regulator tegangan tetap bernilai positif. Pada IC LM78xx terdapat 3 kaki sebagi terminal, yaitu Vin, GND, dan Vout. Besarnya nilai output tegangan positif yang mampu dihasilkan, ditentukan pada kode angka kemasannya. Meskipun dirancang sebagai regulator tegangan tetap, namun regulator ini dapat dimodifikasi agar tegangan output dan arusnya dapat diatur [17]. Rangkaian dasar dari regulator tegangan dengan IC LM78xx ditunjukkan pada Gambar 2.24. Gambar 2.24. Rangkaian Dasar IC LM78xx [17] Nilai tegangan input harus lebih besar dari pada tegangan output yang dihasilkan dan tidak lebih dari tegangan input maksimalnya sesuai datasheet. Kapasitor masukan C1 diperlukan sebagai perata tegangan, sedangkan kapasitor keluaran C2 digunakan untuk memperbaiki tanggapan peralihan trancient response [18].

2.12 Motor DC

Motor adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak putar motor. Motor DC adalah salah satu jenis motor yang mengunakan tegangan searah DC sebagai sumber tegangan. Dua bagian utama pada motor DC yaitu rotor sebagai bagian yang berputar dan stator sebagai bagian yang diam. Bagian rotor berupa koil yang akan dialiri arus listrik. Bagian stator menghasilkan medan magnet dari pengaruh elektromangetik koil ataupun magnet permanen [19]. Gambar 2.25. Susunan Komponen pada Motor DC [19] Arah putaran pada motor DC dapat diatur dengan mengubah polaritas tegangan pada terminalnya, sehingga gerak putaran motor berupa clockwise atau counterclockwise. Kecepatan putaran motor DC berbanding lurus dengan besar beda potensial yang diberikan pada terminalnya [19]. Pemberian beda potensial yang semakin meningkat akan berdampak pada kenaikan nilai arus listrik. Hal tersebut akan meningkatnya pula gaya Lorentz yang dihasilkan, sehingga motor berputar semakin cepat.

2.13 Light Emitting Diode LED

Light Emitting Diode LED adalah dioda semikonduktor yang dapat melepaskan cahaya saat diberi tegangan prasikap. Diode semikonduktor pada umumnya menggunakan bahan silicon dan germanium, sehingga beberapa energi dilepas dalam bentuk panas. Pada umumnya LED menggunakan elemen Gallium Arsenide Phosphide GaAsP atau Gallium Phosphide GaP. Elemen-elemen tersebut dapat memproduksi sumber cahaya, sehingga beberapa energi akan dilepaskan dalam bentuk cahaya [20]. Prinsip kerja LED sama seperti dioda yaitu jika diberi tegangan bias maju akan aktif sehingga mengeluarkan cahaya, tetapi saat diberi tegangan bias balik akan terkondisi off seperti didoda pada umumnya sehingga tidak mengeluarkan cahaya. Tiap jenis LED memiliki spesifikasi forward voltage minimum dan maksimum yang berbeda dan memiliki kemampuan arus yang bervariasi, sehingga penggunaan datasheet sangat diperlukan. Konfigurasi rangkaian LED terlihat pada Gambar 2.26. Terdapat 3 jenis rangkaian yaitu rangkaian satu LED, rangkaian LED secara seri, dan rangkaian LED secara paralel. Gambar 2.26. Konfigurasi Rangkaian LED [21] Nilai komponen resistor R diperlukan agar LED dapat memenuhi spesifikasi kemampun arusnya. Perhitungan nilai resistor pada tiap konfigurasi rangkaian dapat dilihat pada rumus berikut [21]: 1. Rangkaian satu LED 2. Rangkaia LED secara seri 3. Rangkaian LED secara parallel dengan keterangan : R = nilai resistor Ohm Vcc = nilai catu daya yang dipakai Volt Vf = forward voltage sesuai datasheet Volt If = forward current sesuai datasheet Ampere

2.14 Modul RC-Timer Radio Telemetry 915 Mhz

Modul ini merupakan hardware yang dapat melakukan komunikasi data melalui media udara wireless. Komunikasi data dilakukan pada frekuensi 915 Mhz. fitur yang disediakan pada modul ini yaitu [22,23]:  FSK modulation dengan 2 jalur komunikasi half-duplex  Anti-inteference  Komunikasi serial UART  Komunikasi data up to 250 kbps  Frequency hopping spread spectrum FHSS  Adaptive Time Division Multiplexing TDM  Pemakaian arus untuk pengiriman 100mA  Pemakaian arus untuk penerimaan 25mA  Pemakaian arus saat sleep mode 1μA  Sumber tegangan 2,4-3.6 Vdc  Terkonfigurasi regulator tegangan 3,3Vdc  Terkonfigurasi dengan IC FT232RQ  Jarak transmisi data di alam terbuka lebih dari 1Km  LED indikator Paket modul ini terdapat 2 rangkaian yaitu air module dan ground modul. Kedua rangakaian tersebut dapat digunakan sebagai pengirim maupun penerima. Pada ground module sudah terkonfigurasi dengan konektor USB, sehingga dapat langsung digunakan pada PClaptop. Rangkaian air module terkonfigurasi dalam bentuk pin yang dapat langsung disambungkan pada mikrokontroler. Terdapat pin TX dan RX yang langsung dapat dipakai untuk komunikasi data serial [22]. Gambar 2.7. Modul RC-Timer Radio Telemetry 915Mhz [22]

2.15 Sound Card

Sound Card atau kartu suara adalah perangkat keras pada PClaptop yang berguna untuk mengolah audio atau suara [24]. Perangkat ini dapat mengkonversi sinyal audio, mengeluarkan sinyal audio, merekam sinyal audio, dan menyimpan sinyal audio. Kemampuan pengolahan audio sangat banyak sehingga banyak perangkat lain dari PClaptop yang terhubung pada sound card. Secara umum sound card memiliki beberapa fungsi [24]: 1. Digital Signal Processing Berfungsi untuk mengolah sinyal audio baik analog maupun digital. Proses pengolahan dibagi dalam 2 bentuk yaitu Analog to Digital Converter ADC dan Digital to Analog Converter DAC. Proses ADC biasa dilakukan saat menangkap sinyal listrik dari microphone, sedangkan proses DAC dilakukan saat mengeluarkan output sinyal analog ke speaker. 2. Synthesizersintesis Melalui teknologi sintesis Frequency Modulation FM dapat menghasilkan suara yang jernih. Sinyal suara disimulasikan menggunakan algoritma tertentu sehingga menghasilkan sine wave. Hal tersebut menghasilkan suara yang mirip dengan suara sumber aslinya. 3. MIDI Musical Instrument Digital Interface MIDI adalah standar protokol yang memungkinkan perangkat elektronik dapat melakukan sinkronisasi sehingga dapat saling berkomunikasi [25]. Ada 3 jenis Sound Card berdasarkan kondisi pemasangan yaitu Sound Card On Board, Sound Card Off Board , dan Sound Card External. Sound card pada perangkat PClaptop biasanya sudah terpasang langsung pada motherboard atau biasa disebut Sound Card On Board. Sound Card Off Board pemasangannya pada slot ISAPCI pada motherboard. Sound Card External pemasangannya dihubungkan ke komputer melalui port eksternal seperti USB atau FireWire [24]. Gambar 2.28. Bentuk Sound Card PCLaptop [24]