Perancangan Frekuensi Meter Osilator IC LM555 Berbasis Arduino Nano

BAB II

LANDASAN TEORI
Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu
sistem. Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan
didalam merencanakan suatu sistem. Dengan pertimbangan hal-hal
tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami
untuk

pembahasan

selanjutnya.

Pengetahuan

yang

mendukung

perencanaan dan realisasi alat meliputi Arduino Nano, IC NE555, LCD
dan program.


1. Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah komputer dalam satu serpih (chip).
Mikrokontroler merupakan salah satu pengembangan yang penting dalam
bidang elektronik sejak penemuan mikroprosesor. Sebagian besarperangkat
elektronik sekarang ini memiliki mikrokontroler pada bagian intinya.
Mikrokontroler dioptimalkan untuk mengendalikan input saja atau output
saja. Pada umumnya, mikrokontroler memiliki kemampuan komputansi
yang rendah jika dibandingkan dengan prosesor yang digunakan oleh
komputer multimedia. Mikrokontroler juga membutuhkan daya yang lebih
rendah dibanding prosesor lainnya dan lebih mudah berinteraksi dengan
dunia fisik melalui sirkuit input yang disebut sensor dan sirkuit output yang
disebut aktuator.

5
Universitas Sumatera Utara

Pengetahuan tentang perangkat keras (hardware) maupun perangkat
lunak (software) diperlukan untuk memahami mikrokontroler. Hal ini
dikarenakan kedua komponen tersebut merupakan dasar dari kerja

mikrokontroler. Dalam sebuah mikrokontroler biasanya terdapat ROM
(Read-Only

Memory),

portkeluaran/masukan
(peripheral)

(I/O)

seperti:

RAM
dan

(Random-Access
beberapa

pencacah/pewaktu,


komponen
ADC

Memory),
pendukung

(Analog-to-Digital

Converter), DAC (Digital-to-Analog Converter) dan port komunikasi serial.

Pada umumnya, mikrokontroler terdiri dari 3 komponen utama yaitu:
ALU (Arithmetic Logic Unit) untuk melakukan perhitungan data,
sekumpulan pengingat (register) untuk memegang data pengguna dan unit
pengendali yang mengatur aliran data dari pengingat (register) ke
AL.Berdasarkan komponen yang terdapat dalam mikrokontroler, dapat
dikatakan mikrokontroler unggul dalam hal kecepatan akses dibandingkan
mikroprosesor. Hal ini dikarenakan sudah tersedianya unit memori dalam
serpih (chip)yang sama. Akan tetapi, kemampuan menyimpan data
mikrokontroler, baik di ROM maupun RAM, lebih sedikit. Hal ini dapat
disiasati dengan penambahan unit memori luar.

1.1 Sejarah mikrokontroler
Mikrokontroler dikembangkan dari mikroprosesor. Berikut ini sejarah
perkembangan teknologi mikroprosesor dan mikrokontroler.


Tahun 1617, John Napier menemukan system untuk melakukan perkalian
dan pembagian berdasarkan logaritma.

6
Universitas Sumatera Utara



Tahun 1694, Gottfriend Wilhelm Leibniz membuat mesin mekanik yang
dapat melakukan operasi +, -, *, /, dan akar kuadrat.



Tahun 1835, Charles Babbage mengusulkan computer digital pertama
didunia menggunakan punched card untuk data dan instruksi, serta

program control dengan unit aritmatika dan unit penyimpanan.



Tahun 1850, George Booble mengembangkan symbolic logic termasuk
operasi binary (AND, OR, dll).



Tahun 1946, von Neumann menyarankan bahwa instruksi menjadi kode
numerik yang disimpan pada memori. Computer dan semua desain
mikrokontroler didasarkan pada komputer Von Neumann.



Tahun 1948, transistor ditemukan. Dengan dikembangkan konsep
software. Pada tahun 1948 mulai adanya perkembangan hardware penting
seperti transistor.




Tahun 1959, IC (Intergrated Circuit) pertama dibuat.



Tahun 1971, intel 4004 dibuat, yang merupakan mikroprosesor pertama.
Terdiri dari 2250 transistor. Kemudian intel membuat intel 8008,
mikroposesor 8 bit. Semakin besar ukuran bit berarti mikroposesor dapat
memproses lebih banyak data.



Tahun 1972, TMS 1000, buatan Texas Instrumen , mikrokontroler pertama
yang dibuat.



Tahun 1974, beberapa pabrikan IC menawarkan mikroprosesor dan
pengendalian menggunakan mikroprosesor yang ditawarkan pada saat itu
yaitu 8080, 8085, Motorola 6800, signetics 6502, Zilog z80, dan Texas

Instruments 9900 (16 bit).

7
Universitas Sumatera Utara



Tahun 1978, mikroprosesor 16 bit menjadi lebih umum digunakan yaitu
Intel 8086, Motorola 68000 dan Zilog Z8000. Sejak saat itu pabrik
mikroprosessor terus mengembangkan mikroprosessor dengan berbagai
keistimewaan dan

arsitektur. Mikroprosessor

yang dikembangkan

termasuk mikroprosessor32 bit seperti intel Pentium, Motorola Dragon
Ball, dan beberapa mikrokontroler yang digunakan ARM core.

2. Arduino

Arduino adalah sebuah platform open source yang banyak digunakan
untuk membuat proyek-proyek elektronika. Arduino terdiri dari dua bagian
utama, yaitu hardware dan software. Hardware Arduino adalah sebuah
papan sirkuit fisik (mikrokontroler), sedangkan software Arduino adalah
sebuah perangkat lunak atau IDE (Integrated Development Environment)
yang berjalan pada komputer. Arduino IDE digunakan untuk menulis dan
meng-upload kode dari komputer ke papan sirkuit fisik (mikrokontroler).
Tidak seperti kebanyakan papan sirkuit pemrograman sebelumnya, Arduino
tidak lagi membutuhkan perangkat keras terpisah (disebut programmer atau
downloader) untuk meng-upload kode baru ke dalam mikrokontroler.
Arduino hanya membutuhkan kabel USB untuk meng-upload kode tersebut
ke mikrokontroler. Selain itu, bahasa pemrograman yang digunakan arduino
lebih mudah. Arduino menggunakan bahasa pemrograman C dengan versi
yang telah disederhanakan. Hal ini lah yang membuat penggunaan Arduino
sangat populer. Terdapat banyak jenis papan Arduino yang dapat digunakan
dengan tujuan berbeda. Beberapa papan memiliki spesifikasi yang berbeda,

8
Universitas Sumatera Utara


namun sebagian besar Arduino memiliki komponen utama yang sama. Pada
rancang bangun pintu otomatis dua arah ini, penulis akan menggunakan
Arduino Nano.

2.2 Arduino Nano
Arduino nano merupakan papan mikrokontroler berbasis ATmega328.
Arduino nano memiliki 14 digital pin input/output (6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 pin input analog, 16 MHz resonator keramik,
koneksi USB Mini-B, sebuah header ICSP dan sebuah tombol reset. Pin
sendiri adalah tempat untuk menghubungkan kabel untuk membuat suatu
rangkaian atau titik-titik pada papan yang dihubungkan dengan sejumlah
kabel penghubung.

Gambar : 2.1 Arduino Nano

Spesifikasi pada Arduino Nano adalah sebagai berikut:
• Mikrokontroler : ATmega328


Tegangan Operasi : 5V


• Tegangan Input (rekomendasi) : 7 - 12 V
• Tegangan Input (batas) : 6-20 V
9
Universitas Sumatera Utara

• Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
• Pin Analog input : 8
• Arus DC per pin I/O : 40 mA
• Flash Memory : 32 KB dengan 2 KB digunakan untuk bootloader
• SRAM : 2 KB
• EEPROM : 1 KB
• Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz

3. Frekuensi
Frekuensi adalah banyaknya jumlah getaran (gelombang / putaran /
prulangan) dalam satuan waktu. Untuk memperhitungkan frekuensi, harus
menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa.dan membagi
hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam
satuan Hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika jerman heinrich Rudolf hertz yang

menemukan fenomena ini pertama kali. Frkuensi sebesar 1 Hz menyatakan
peristiwa yang terjadi satu kali gelombang per detik.
Secara alternative, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah
kejadian/peristiwa,

lalu

memperhitungkan

frekuensi

(ƒ)

dengan

menggunakanrumus 1 :
F = 1/T……………………………(1)
Konsep frekuensi positif dan negatif dapat yang sederhana seperti roda
yang berputar satu cara lain. Sebuah nilai ditandatangani baik frekuensi
menunjukan kecepatan dan arah rotasi. Tingkat dinyatakan dalam satuan seperti

10
Universitas Sumatera Utara

revolusi (alias siklus) per detik (hertz) atau radian / detik (di mana 1 siklus sesuai
dengan

radian).

3.1 Perioda
Perioda berhubungan erat sekali dengan frekuensi. Periode didefinisikan sebagai
waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 buah getaran (gelombang / putaran
/ perulangan). Satuan perioda adalah detik, dengan symbol untuk perioda adalat T.
Perioda adalah waktu yang diperlukan untuk 1 panjang gelombang atau sering
dinyatakan dalam rumus 2 :
T = 1 / f (detik)………………………………(2)
3.2 Panjang Gelombang
Panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari
sebuah pola gelombang. Dalam sebuah gelombang sinus, panjang gelombang
adalah jarak antara puncak.:
Perioda yang dinyatakan dalam satuan panjang tersebut disebut Panjang
Gelombang dengan satuan meter dan symbol . Berbeda dengan perioda maka
besarnya Panjang gelombang jika dihubungkan dengan frekuensi adalah
tergantung pada kecepatan rambatan cahaya dalam ruang hampa. Persamaan
panjang gelombang dinyatakan oleh rumus 3 :
…………………………………………..(3)
Dimana:
λ = panjang gelombang dalam meter
c = kecepatan cahaya dalam m/det = 3 ×

Meter / detik

f = frekuensi dalam detik
3.3 Multivibrator

11
Universitas Sumatera Utara

Multivibrator adalah rangkaian yang dapat dihasilkan sinyal kontinyu,
yang digunakan sebagai pewaktu dari rangkaian-rangkaian digital sekuensial.
Dengan input clock yang dihasilkan oleh sebuah multivibrator, rangkaian seperti
counter, shift register maupun memory dapat menjalankan fungsinya dengan
benar.
Multivibrator digunakan untuk menghasilkan tegangan AC gigi-gergaji
atau gelombang-persegi, untuk membangkitkan frekuensi dasar dengan banyak
hermonik, dan untuk menimbulkan tegangan untuk menyalakan dan memadamkan
rangkaian elektronik gerbang atau sakelar.

Berdasarkan bentuk sinyal output yang dihasilkan, ada 3 macam
multivibrator:
a. Multivibrator bistable : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (eternal
source) pada salah satu dari dua state digital. Ciri khas dari multivibrator
ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilai tertentu, sampai ada trigger
kembali yang mengubah ke nilai yang berlawanan. SR Flip-flop adalah
contoh multivibrator bistable.
b. Multivibrator astable : adalah oscillator free running yang bergerak di dua
level digital pada frekuensi tertentu dan duty cycle tertentu.
c. Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot,
menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat
mendapat trigger dari luar.

12
Universitas Sumatera Utara

4. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang
menggunakan Kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan
berbagai bidang misalnya alat-alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun
layar computer. Pada postingan aplikasi LCD yang digunakan ialah LCD dot
matrik dengan jumlah karakter 2 × 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil
yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Pada LCD
berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixe!) yang
terdiri dari satu buah Kristal cair sebagai suatu titik cahaya. Walaupun disebut
sebagai titik cahaya, namun Kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:


Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris



Mempunyai 192 karakter tersimpan



Terdapat karakter generator terprogram



Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit



Dilengkapi dengan back light.

13
Universitas Sumatera Utara

Nama

Keterangan

1

GND

Graound

2

VCC

+5v

3

VEE

Contras

4

RS

Register Select

5

RW

Read/Write

6

E

Enable

7-14

D0-D7

Data Bit 0-7

15

A

Anoda (Back Light)

16

K

Katoda (Back Light)

No.Pin

14
Universitas Sumatera Utara