DC Wattmeter 100 mW-100W Berbasis Mikrokontroler AT89S51 TUGAS AKHIR - DC Wattmeter 100mW-100W berbasis mikrokontroler AT89S51 - USD Repository

  

DC Wattmeter 100 mW-100W

Berbasis Mikrokontroler AT89S51

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

  

Oleh:

Jeffry

NIM : 035114016

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

100 mW-100W DC Wattmeter

Based on AT89S51 Microcontroller

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering

  

By:

Jeffry

Student Number : 035114016

  

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  DC Wattmeter 100 mW-100W Berbasis Mikrokontroler AT89S51 TUGAS AKHIR

  Oleh : JEFFRY

  NIM : 035114016 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing I Martanto, S.T., M.T. Tanggal___________ Pembimbing

  II Ir. Tjendro Tanggal___________

  

LEMBAR PENGESAHAN OLEH PENGUJI

TUGAS AKHIR

DC Wattmeter 100 mW-100W

Berbasis Mikrokontroler AT89S51

  disusun oleh: JEFFRY

  NIM : 035114016 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji pada tanggal : 14 Maret 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Panitia Penguji Nama Lengkap Tanda tangan Ketua : B. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T. ......……………...

  Sekretaris : Martanto, S.T., M.T. …………………. Anggota : Ir. Tjendro ...……………….. Anggota : Pius Yozy Merucahyo, S.T., M.T. ………………….

  Yogyakarta,……Maret 2008 Fakultas Sains dan Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Dekan

  Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S.,

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

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

  Yogyakarta, 8 Maret 2008 Jeffry

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO

  Karya Tulis ini kupersembahkan kepada : Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan KASIH KARUNIA-Nya, ™ penulis dan pemilik hidupku. I belong to You......

  Papa dan mama serta adikku atas perhatian dan kasih sayang yang telah ™ diberikan (Bersama keluargaku melayani Tuhan.......)

  

™ Orang-orang yang telah membantu membentuk karakterku sehingga setiap

hari ada perubahan karakter yang semakin sempurna.

  

“Takut akan Tuhan adalah permulaan pengetahuan”

(Amsal 1:7a)

”Tetapi orang-orang yang menanti-nantikan TUHAN mendapat kekuatan

baru, mereka seumpama rajawali yang naik terbang dengan kekuatan

sayapnya; mereka berlari dan tidak menjadi lesu, mereka berjalan dan

tidak menjadi lelah”

  

(Yesaya 40:31)

  ”Segala perkara dapat ku tanggun g di dalam Dia yang m em beri kekuatan kepadaku ” (Filipi 4:13)

  

INTISARI

  Multimeter yang sudah ada di Laboratorium Elektronika dan Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma kurang praktis jika pengguna harus melakukan pengukuran tegangan, arus, dan daya DC secara cepat.

  Hal ini disebabkan karena pengguna harus menyambung dan memutus probe jika harus mengukur tegangan dan arus dan mengalikan tegangan dan arus tersebut untuk menghasilkan dayanya. Oleh sebab itu dibutuhkan alat untuk mengukur tegangan, arus dan daya secara bersamaan.

  DC Wattmeter 100mW-100W merupakan sebuah alat yang dirancang untuk mengukur dan menampilkan tegangan, arus dan daya secara bersamaan. Untuk bisa melakukan itu, langkah pertama adalah tegangan yang masuk akan dikonversi oleh ADC 0809 menjadi data digital, kemudian data diolah oleh mikrokontroler. Mikrokontroler melakukan proses perhitungan untuk menghasilkan nilai tegangan, arus, daya dan kemudian ditampilkan di LCD. Alat ini dapat direalisasikan menggunakan rangkaian penguat tak membalik sebagai sensor tegangan dan arus, ADC 0809, mikrokontroler dan LCD.

  Dari hasil pengujian dan analisa, daya maksimum yang telah diukur sebesar 32,2 W. Alat ini menghasilkan pengukuran tegangan terbaik dengan tingkat kesalahan sebesar 0,64 % pada skala 5 Volt dan 50 Volt. Untuk pengukuran arus terbaik dihasilkan tingkat kesalahan sebesar 1,45% pada skala arus 2 A dan untuk pengukuran daya terbaik didapatkan tingkat kesalahan sebesar 1,72%.

  Kata kunci : multimeter, DC Wattmeter, mikrokontroler

  

ABSTRACT

  Existing multimeters in Electronic and Electric Circuit Laboratory Electrical Engineering Department, Sanata Dharma University is less be practical if users have to measure DC voltage, current, and power quickly. It is caused users have to connect and break the wire if they have to measure voltage and current, and multiplying between voltage and current to get the power value. That is why required a appliance to measure the voltage, current and power concurrently.

  DC Wattmeter 100mW-100W is an instrument that is designed to measure and display the voltage, current and power concurrently. The first step in measuring is converting the incoming voltage by ADC 0809 to digital data, and then the digital data is processed by microcontroller. Microcontroller do the calculation process to produce the voltage, current, power and displayed in LCD. The realization of this instrument can be done using non inverting amplifiers as voltage and current sensor, ADC 0809, microcontroller, and LCD.

  Maximum power that have measured is 31,9 W. This instrument has the best voltage measurement result with 0,64% error in scale of 0,5 Volt and 50 Volt. For the best current measurement has 1,45% error in scale of 2A and for the best power measurement has1,72% error.

  Keywords: multimeter, DC Wattmeter, microcontroller

KATA PENGANTAR

  Syukur ke hadirat Tuhan Allah Bapa atas berkat dan kasihNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul ”DC Wattmeter 100 mW- 100W berbasis mikrokontroler AT89S51”.

  Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar Sarjana Teknik Elektro. Adapun dalam penulisan tugas akhir ini penulis tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.

  Papa dan mama yang telah memberi dukungan, semangat, dan doa yang tak pernah putus sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I yang telah memberi saran, ide, kritik, dan bimbingan yang luar biasa.

  3. Bapak Ir. Tjendro selaku dosen pembimbing II yang telah memberi ide, saran, kritik, nasehat, dan dorongan semangat.

  4. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi, Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  5. Teman-teman yang telah banyak membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini: Rikhard (buat komponen dan peralatannya), Stenly (kamar yang menjadi bengkel, komputer, printer), Sigit (Bor dan kawan2nya), Denis (Timer).

  6. Teman-teman seperjuangan TE’03: Roni, Ricky, Winarto, Yakob, Gigih,

7. Brothers and Sisters di PMK Apostolos: Mas Nanto, Mas Ony, Mbak Fenny,

  Mas Anto, Mas Dody, Mas Agus, Tyas, Mbak Wilma, Meme ”gendut”, Ratna, Nike, Nia, Berlin, Stevan ”Starboy” (ayo pingpong...), Ipang ”Aldy” (PS kita....?), Welly, Theo, Boy ”Ghazthank” (Kuberi juga kau...!), anak2 kelas C: Agnes, Itha, Lilis, Veny, Yemi ( Be the impacters!), Takul (Launching kita..?), Yusak TM, De’Ratih (thanks buat perhatian dan pengertiannya), dan yang lainnya yang tidak bisa disebut satu persatu. Kalian semua luar biasa. Jadi teladan, berkat di manapun kalian berada. Keep strong

  and belong to Jesus...!!! 8.

  Seluruh keluarga di manapun berada serta seluruh pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

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

  Yogyakarta, Maret 2007 Penulis

  DAFTAR ISI

  Halaman Judul.......................................................................................................... i Halaman Judul Dalam Bahasa Inggris..................................................................... ii Halaman Pengesahan Oleh Pembimbing................................................................. iii Halaman Pengesahan Oleh Penguji......................................................................... iv Pernyataan Keaslian Karya...................................................................................... v Halaman Persembahan dan Motto........................................................................... vi Intisari...................................................................................................................... vii Abstract.................................................................................................................... viii Kata Pengantar......................................................................................................... ix Daftar Isi.................................................................................................................. xi Daftar Gambar......................................................................................................... xiv Daftar Tabel............................................................................................................ xvii Daftar Lampiran...................................................................................................... xviii BAB 1 Pendahuluan ...............................................................................................

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

  1 1.2 Rumusan Masalah..................................................................................

  2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan ..............................................................

  3 1.4 Batasan Masalah ...................................................................................

  3 1.5 Metodologi Penulisan ..………………………………………….........

  3 1.6 Sistematika Penulisan............................................................................

  4 BAB 2 Dasar Teori ................................................................................................

  5

  2.1

  5 Penguat Operasional Sebagai Penguat Non Inverting ..........................

  2.2

  6 Penguat Operasional Sebagai Penguat Inverting..................................

  2.3 Transistor Sebagai Saklar.....................................................................

  7

  2.4

  10 Pembagi Tegangan................................................................................

  2.5

  10 Pengubah Analog ke Digital (Analog to Digital Converter)................

  2.6 Mikrokontroler AT89S51......................................................................

  12

  2.6.1

  12 Memori.........................................................................................

  2.6.1.1

  13 RAM Internal................................................................

  2.6.1.2 Register Fungsi Khusus................................................

  14 2.7 LCD (Liquid Crystal Display)...............................................................

  17

  2.7.1

  19 DDRAM (Display Data Random Access Memory.......................

  2.7.2

  19 CGRAM (Character Generator Random Access Memory).........

  2.7.3 CGROM (Character Generator Read Only Memory)................

  20 BAB 3 Rancangan Penelitian..................................................................................

  21 3.1 Diagram Blok Sistem ............................................................................

  21 3.2 Perancangan Perangkat Keras ...............................................................

  22 3.2.1 Rangkaian Pendeteksi Tegangan..................................................

  22 3.2.2 Rangkaian Pendeteksi Arus..........................................................

  25 3.2.3 Hubungan ADC0809 dengan Mikrokontroler AT89S51.............

  29 3.2.4 Hubungan Mikrokontroler dengan HD44780...............................

  30 3.2.5 Indikator Dengan Saklar Rotary...................................................

  31 3.3 Perancangan Perangkat Lunak ..............................................................

  35 3.3.1 Kerangka Utama Program ............................................................

  35 3.3.2 Inisialisasi LCD......................……………………………….......

  36 3.3.3 Ambil Nilai Tegangan dan Arus...................................................

  38 3.3.4 Kalikan Nilai Tegangan dan Arus.................................................

  39 3.3.5 Tampilkan Pada LCD....................................................................

  40 BAB 4 Hasil dan Pembahasan.................................................................................

  43 4.1 Skala Tegangan 0,5 Volt........................................................................

  44 4.2 Skala Tegangan 5 Volt..........................................................................

  47 4.3 Skala Tegangan 50Volt..........................................................................

  48 4.4 Skala Arus 20 mA.................................................................................

  49 4.5 Skala Arus 200mA.................................................................................

  53

  4.6 Skala Arus 2A.......................................................................................

  BAB 5 Kesimpulan dan Saran.................................................................................

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

  5.2 Saran...................................................................................................... Daftar Pustaka Lampiran

  55

  59

  59

  60

  61

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penguat Non Inverting........................................................... 5Gambar 2.2 Penguat Inverting.................................................................. 7 Gambar 2.3 Transistor sebagai saklar.......................................................

  8 Gambar 2.4 Rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah dengan LED indikator..........................................................

  9 Gambar 2.5 Rangkaian Pembagi Tegangan..............................................

  10 Gambar 2.6 Alamat RAM Internal dan Flash PEROM……...................

  12 Gambar 2.7 Peta memori RAM internal.................................................. 14 Gambar 2.8 Peta memori SFR AT89S51…………………………….

  15 Gambar 2.9 Program Status Word...................... ..................................

  16 Gambar 2.10 Dimensi Layar LCD...........................................................

  17 Gambar 2.11 Pin LCD HD44780…………………..................................

  18 Gambar 2.12 Hubungan Posisi Tampilan dan Alamat DDRAM..............

  19 Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ...........................................................

  21 Gambar 3.2 Rangkaian penguat non inverting sebagai pendeteksi

  24 tegangan dan saklar rotary...................................................

Gambar 3.3 Rangkaian penguat non inverting sebagai pendeteksi arus.....................................................................

  25

Gambar 3.4 Penguat non inverting dua tingkat........................................

  38 Gambar 3.14 Diagram alir subrutin kalikan tegangan dan arus...............

  45 Gambar 4-4 Grafik kesalahan pengukuran tegangan dengan skala 5 Volt

  44 Gambar 4-3 Grafik kesalahan pengukuran tegangan dengan skala 0,5 Volt........................................................................

  43 Gambar 4-2 Pengukuran arus, tegangan dan daya ...................................

  41 Gambar 4-1 Pengukuran tegangan ..........................................................

  41 Gambar 3.16 Diagram alir subrutin kirim data....... .................................

  40 Gambar 3.15 Diagram alir subrutin tampilkan pada LCD........................

  37 Gambar 3.13 Diagram alir subrutin ambil nilai tegangan dan arus.........

  28 Gambar 3.5 Rangkaian penguat non inverting sebagai pendeteksi arus dan saklar rotary .................................................................

  37 Gambar 3.12 Diagram alir subrutin kirim perintah.................................

  35 Gambar 3.11 Diagram alir subrutin inisialisasi LCD...............................

  34 Gambar 3.10 Diagram alir kerangka utama program...............................

  32 Gambar 3.9 Hubungan rangkaian indikator dengan Mikrokontroler AT89S51..............................................................................

  31 Gambar 3.8 Rangkaian transistor sebagai saklar aktif rendah..................

  30 Gambar 3.7 Hubungan AT89S51 dengan HD44780...............................

  29 Gambar 3.6 Hubungan AT89S51 dengan ADC0809..............................

  48

  Gambar 4-5 Grafik kesalahan pengukuran tegangan dengan skala 50 Volt........................................................................

  49 Gambar 4-6 Grafik kesalahan pengukuran arus dengan skala 20 mA......

  50 Gambar 4-7 Grafik kesalahan pengukuran tegangan pada skala arus 20 mA...................................................................

  52 Gambar 4-8 Grafik kesalahan pengukuran daya dengan skala 20 mA......

  52 Gambar 4-9 Grafik kesalahan pengukuran arus dengan skala 200 mA.....

  53 Gambar 4-10 Grafik kesalahan pengukuran tegangan pada skala arus 200 mA..............................................................

  54 Gambar 4-11 Grafik kesalahan pengukuran daya dengan skala 200 mA..

  55 Gambar 4-12 Grafik kesalahan pengukuran arus dengan skala 2 A..........

  56 Gambar 4-13 Grafik kesalahan pengukuran tegangan pada skala arus 2 A......................................................................

  57 Gambar 4-14 Grafik kesalahan pengukuran daya pada skala arus 2 A

  58

  DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pemilih Kanal Input...........…………………………………..

  12 Tabel 3-1 Nilai Komponen Skala Tegangan……………………………

  23 Tabel 3-2 Nilai Komponen Skala Arus....................................................

  28 Tabel 4-1 Data pengamatan pada input-output sensor tegangan

untuk skala 0,5 Volt dengan gain 10 kali ......................................

  46

  DAFTAR LAMPIRAN

  Gambar Rangkaian..................................................................................................... L1 Listing Program......................................................................................................... L4 Foto Alat Hasil Rancangan........................................................................................ L26 Tabel 1 Data pengukuran tegangan untuk skala 0,5 V dengan beban potensiometer 1K Ω ..................................................................................... L27 Tabel 2 Data pengukuran tegangan untuk skala 5 V dengan beban potensiometer 1K Ω ..................................................................................... L28 Tabel 3 Data pengukuran tegangan untuk skala 50 V dengan beban potensiometer 5 K Ω .................................................................................... L30 Tabel 4 Data pengukuran arus untuk skala 2 A dengan beban resistor 10 Ω /10 W....................................................................................... L32 Tabel 5 Data pengukuran arus untuk skala 200mA dengan beban resistor 100 Ω /10 W.................................................................................... L33 Tabel 6 Data pengukuran arus untuk skala 20 mA dengan beban resistor 1K Ω /10 W..................................................................................... L34 Tabel 7 Data pengukuran tegangan untuk skala arus 2 A dengan beban resistor 10 Ω /10 W...................................................................................... L35 Tabel 8 Data pengukuran tegangan untuk skala arus 200 mA dengan beban resistor 100 Ω /10 W.....................................................................................

  L36 Tabel 9 Data pengukuran tegangan untuk skala arus 20 mA dengan beban resistor 1K Ω /10 W...................................................................................... L37 Tabel 10 Data pengukuran daya untuk skala arus 2A dengan beban

  Ω

  resistor 10 /10 W...................................................................................... L38 Tabel 11 Data pengukuran daya untuk skala arus 200 mA dengan beban resistor 100 Ω /10 W.................................................................................... L39

  Tabel 12 Data pengukuran daya untuk skala arus 20 mA dengan beban resistor 1 K Ω /10 W................................................................................... L40 Tabel 13 Data pengamatan pada input-output sensor tegangan (penguat non inverting) untuk skala 5 Volt dengan gain 1 kali.................. L41 Tabel 14 Data pengamatan pada input-output sensor tegangan (penguat non inverting) untuk skala 50 Volt ........................................... L42

  

Datasheet LF351........................................................................................................ L43

  ADC0809.................................................................................................. L50

  Datasheet

Datasheet FCS 9012.................................................................................................. L60

Datasheet HD44780U................................................................................................. L66

  AT89S51....................…………………………………………................ L87

  Datasheet

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Pengukuran adalah suatu cara untuk menentukan nilai suatu besaran.

  Dalam melakukan pengukuran diperlukan bantuan suatu instrumen. Sebuah instrumen yang didasarkan pada prinsip-prinsip listrik atau elektronika dalam pemakaiannya sebagai alat ukur elektronis disebut instrumen elektronis (William

  D. Cooper, 1991). Instrumentasi elektronis sebagai bagian dari elektronika yang khusus berupa alat ukur dibuat dengan tujuan yaitu membuat suatu pekerjaan khususnya pengukuran menjadi lebih mudah dan praktis.

  Banyak alat ukur elektronis menggunakan jarum penunjuk yang bergerak jika dialiri arus listrik. Alat ukur listrik ini termasuk alat ukur analog (Warsito S, 1985), karena hasil pengukurannya dinyatakan oleh besar tanggapan alat ukur, dalam hal ini oleh besar simpangan. Kekurangan yang ada pada penunjukkan secara analog adalah pembacaan yang tidak cermat. Ketidakcermatan ini ditentukan oleh bentuk pembagian skala dan kemampuan atau ketelitian orang yang membacanya.

  Penggunaan alat ukur listrik (baik alat ukur tegangan atau arus) banyak dibutuhkan di laboratorium, khususnya Laboratorium Elektronika dan Rangkaian Listrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma. Kebutuhan ini terlihat saat mahasiswa melakukan percobaan atau praktikum yang biasanya melakukan harus mencari besarnya nilai daya suatu rangkaian. Memang sudah ada alat ukur tegangan DC dan arus DC, namun pengguna tentu akan repot apabila harus memasang beberapa probe, memutus/menyambung arus (kabel), mengalikan hasil pengukuran, sambil membaca nilai yang ditampilkan (terlebih alat ukur analog).

  Seperti diketahui bahwa dalam mengukur tegangan, alat ukur harus dipasang paralel dengan beban, dan untuk mengukur arus, alat ukur harus dipasang seri dengan beban. Hal ini tentunya cukup merepotkan bagi pengguna jika harus bergantian dalam melakukan pengukuran arus dan tegangan.

1.2 Perumusan Masalah

  Untuk mengatasi permasalahan-permasalahan tersebut, penelitian ini berupaya membuat suatu peralatan yang dapat mengukur tegangan DC, arus DC, dan dayanya sekaligus (DC Wattmeter). Untuk menentukan besarnya tegangan dan arus pada beban digunakan sensor tegangan dan arus berupa rangkain op-amp sesuai aplikasinya. Keluaran dari sensor tegangan dan arus digunakan sebagai masukan pada rangkaian ADC (Analog to Digital Converter). Keluaran dari ADC ini nantinya akan diolah oleh Mikrokontroler AT89S51 yang berfungsi sebagai pengendali utamanya. Nilai-nilai yang terukur akan ditampilkan dalam bentuk angka-angka pada unit penampil (LCD). Dengan demikian diharapakan pengukuran menjadi mudah, praktis dalam pemasangan, dan hasilnya langsung dapat dibaca di unit penampil (LCD).

  1.3 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini yaitu membuat suatu peralatan yang berfungsi sebagai alat ukur tegangan DC, arus DC, dan daya (DC Wattmeter) serta menampilkan hasil pengukuran tersebut pada unit penampil yang berupa LCD.

  Manfaat dari penelitian ini di antaranya : 1.

  Mempermudah proses pengukuran tegangan, arus, dan daya listrik DC.

  2. Menambah literatur aplikasi mikrokontroler untuk instrumentasi, yaitu untuk pengukuran tegangan, arus, dan daya.

  1.4 Batasan Masalah

  Alat yang akan dirancang memiliki batasan masalah sebagai berikut : a. Memiliki tiga skala untuk tegangan, yaitu : 0,5 Volt; 5 Volt; 50 Volt.

  b.

  Memiliki tiga skala untuk arus, yaitu : 20 mA; 0,2 A; 2 A.

  c. Tegangan masukan maksimum sebesar 50 Volt.

  d.

  Arus masukan maksimum sebesar 2 A.

  e.

  Tampilan alat menggunakan LCD.

  f. Mikrokontroler yang digunakan adalah Mikrokontroler AT89S51.

  1.5 Metodologi Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengumpulkan sejumlah referensi atau literatur dari perpustakaan, internet, dan sebagainya, kemudian membuat perancangan alat, realisasi/implementasi alat, pengujian alat, pengambilan data dan mengambil kesimpulan dari hasil pengujian.

1.6 Sistematika Penulisan

  Tugas akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut :

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

  BAB II : DASAR TEORI Berisi dasar teori meliputi penguat operasional, transistor sebagai saklar, pembagi tegangan, pengubahan analog menjadi digital (ADC), mikrokontroler AT89S51, LCD HD44780.

  BAB III : PERANCANGAN ALAT Berisi perancangan alat yang meliputi diagram blok perancangan, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak.

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

BAB II DASAR TEORI

2.1 Penguat Operasional Sebagai Penguat Non Inverting

  Penguat non inverting mempunyai tegangan keluaran,

  V , dengan polaritas _out

  yang sama seperti tegangan masukan, , seperti ditunjukkan pada gambar 2-1

  

E

_i

(Coughlin dan Driscoll, 1982).

  I Penguat non inverting

  Gambar 2-1

  Karena tegangan antara masukan non inverting (+) dan masukan inverting (-) dari op-amp itu secara praktis nol, maka kedua masukan tersebut berada pada potensial E yang sama. Karenanya , E tampak melintasi R , sehingga E _{i i i i} menyebabkan arus I mengalir seperti diberikan oleh :

  E _i

  I ..................... (2-1)

  =

  R _i Atau _{i i f out}

  E R R E V + =

  V ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

  

E

_f R _f R _Rf

  V _{Rf i f} E Ri Rf

  R

  I V × = = ) ( ..................... (2-2)

  Tegangan keluaran didapat dengan menambahkan tegangan yang melintasi (yaitu ), dan tegangan yang melintasi (yaitu ): ^out

  V _i R E _i R _{f Rf}

  V _i i ^{f i out}

  Arah I tergantung pada polaritas . Arus masukan terminal (-) op-amp tersebut dapat diabaikan. Karenanya, I mengalir melalui dan tegangan yang melintasi dinyatakan oleh sebagai berikut : ⁱ

  ....................(2-3) Untuk menyatakan gain tegangannya, didapatkan : _{i f i out}

• = 1

  ⎝ ⎛

  E R R

  R R E

  V A + = =

  1 ....................(2-4)

2.2 Penguat Operasional Sebagai Penguat Inverting

  Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting terdiri atas sebuah penguat operasional dan dua buah resistor. Polaritas tegangan keluaran selalu berlawanan dengan polaritas tegangan masukan. Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting ditunjukkan pada gambar 2-2 berikut :

  

Rf

  4

  

5

_- Ri

  2 Vin

  6 Vout ⁺

  3 U2

  7

  

1

Gambar 2-2 Penguat inverting

  Besarnya penguatan dapat dihitung dengan :

  Vout Rf

  − ............(2-5)

  A = = Vin Ri

2.3 Transistor sebagai Saklar

  Transistor mempunyai 2 keadaan ekstrim yaitu daerah cut off (titik sumbat) dan daerah jenuh (saturasi). Keadaan ekstrim menjadikan transistor dapat digunakan sebagai switch atau saklar. Pada saat arus basis Ib= 0, transistor identik dengan saklar yang sedang off, karena transistor hanya melewatkan arus kolektor Ic yang kecil,

  EC

  sehingga tegangan emitor kolektor V mendekati Vcc. Pada saat arus basis Ib cukup besar, transistor identik dengan saklar yang sedang on, karena transistor melewatkan arus kolektor Ic yang besar, sehingga tegangan emitor kolektor V EC kecil. Tegangan ini merupakan tegangan saturasi emitor-kolektor (V EC ). Rangkaian transistor

  ( Sat ) sebagai saklar yang digunakan ditunjukkan pada gambar 2-3.

  

VCC

RB Q1 PNP

  VBB RC Gambar 2-3 Rangkaian transistor sebagai saklar

  Arus kolektor saat saturasi dapat dihitung dengan

  Vcc −

  V _{EC ( sat )} Ic Ampere . ...........(2-6) _Sat = ( )

  Rc

  Dengan demikian, nilai arus basis yang akan menimbulkan saturasi adalah

  Ic ( Sat )

  Ampere .............(2-7)

  Ib = _Sat ( ) hfe

  dengan Ib adalah arus basis pada saat penjenuhan, adalah arus kolektor

  Ic _sat ( Sat )

  ( )

  pada saat penjenuhan, dan hfe adalah penguatan arus DC. Tegangan emitor-kolektor pada saat penjenuhan adalah

EC EC

  V = V Volt ...............(2-8)

  ( Sat )

  Jika rangkaian transistor sebagai saklar ditambahkan dengan LED sebagai indikator, maka gambarnya ditunjukkan pada gambar 2-4.

  _{VBB RB}

  

VCC

_{Q1 RC} 9012 D1 _LED Gambar 2-4. Transistor sebagai saklar aktif rendah dengan LED indikator.

  Dari gambar 2-4, dengan tegangan pada LED sebesar Volt, persamaan arus

  V _LED

  kolektor menjadi :

  Vcc − V − _{EC sat LED}

  V ( )

  ........(2-9)

  Ic = _Sat ( )

  Rc

  Daerah aktif dari transistor merupakan semua titik operasi di antara daerah cut off dengan daerah saturasi. Di dalam daerah aktif, sambungan emitor-basis diberi prasikap tegangan maju. Persamaan 2-10 digunakan untuk menghitung arus basis. Pada daerah aktif, arus kolektor Ic dianggap tetap. Dengan nilai Ib tertentu, Ic tidak banyak berubah walaupun Vcc bertambah.

  V − _{CC EB BB} V −

  V Ib Ampere ..............(2-10) =

  Rb

BB EB

  dengan Ib adalah arus basis, V adalah tegangan basis, V adalah tegangan emitor- basis, dan Rb adalah hambatan pada basis.

2.4 Pembagi Tegangan

  Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada gambar 2-5 berikut ini:

  Gambar 2-5 Rangkaian Pembagi Tegangan

  Dari gambar 2-5 di atas, nilai bisa dihitung sebagai berikut :

  V _R

2 R

  2 V = ×

  V ............(2-11)

  2

  1 R

• R

2 R

  Sedangkan nilai V sendiri adalah sebagai berikut :

• =

  ............(2-12)

  V V _{R R}

  V

  1

  2

2.5 Pengubah Analog ke Digital ( Analog to Digital Converter )

  Di dalam dasar teori DC Wattmeter berbasis mikrokontroler ini bagian pengubah analog menjadi digital 8 bit menggunakan sebuah IC ADC0809. ADC0809 mempunyai 8 kanal masukan (IN0-IN7) sinyal analog yang dapat dipilih. ADC0809 dapat melakukan proses konversi secara terkontrol atau free running. ADC0809 melakukan proses konversi secara terkontrol, yaitu sebuah konversi perubahan tegangan dari analog menjadi digital berdasarkan perintah dari mikrokontroler.

  Resolusi ADC dengan jumlah bit (n) dapat dihitung dengan persamaan 2-13 berikut :

  V _mak

  Volt/step ..............(2-13)

  resolusi = _n

  2 Sehingga dengan V sebesar 5 Volt, ADC0809 ini mempunyai ketelitian sebesar : _mak

  5 Volt/step

  resolusi =

  8

  2 = 0,01953 Volt/step

  resolusi

  ADC0809 melakukan konversi tegangan dari analog ke digital dengan waktu konversi 100 µs. Delapan kanal analog multiplexer diatur oleh Address Latch and di mana multiplexer ini akan meneruskan sinyal analog tersebut ke bagian

  Decoder

  konversi tegangan. Untuk pemilihan 8 kanal input ADC0809 diatur oleh kaki ADDA, ADDB, ADDC sesuai dengan tabel 2-1.

  Proses konversi ADC0809 terjadi saat sinyal ALE dan START muncul. Sinyal analog di kanal sesuai yang ditunjuk berdasarkan kaki ADDA, ADDB, ADDC akan dikonversikan menjadi digital. Akhir proses konversi terjadi dengan adanya perubahan dari logika 0 ke logika 1 pada kaki EOC. Data hasil konversi akan muncul di data bus (D0-D7) saat sinyal OE berlogika 1.

  

Tabel 2-1 Pemilih Kanal Input

ADDRESS LINE SELECTED ANALOG CHANNEL C B A

  IN0

  IN1

  IN2

  IN3

  IN4

  IN5

  IN6

  IN7 L L L L H H H H L L H H L L H H L H L H L H L H

2.6 Mikrokontroler AT89S51

  Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler yang kompatibel dengan Mikrokontroler 8051 buatan Intel dan mendukung komunikasi serial. Arsitektur AT89S51 terdiri dari:

2.6.1 Memori

  Semua produk ATMEL AT89S51 memiliki ruang alamat memori data dan memori program yang terpisah. Pemisahan penyimpanan memori data dan program dapat diakses menggunakan metode pengaksesan alamat 8 bit. Alamat Random

  

Access Memory (RAM) internal dan Flash Programmable Eraseable Read Only

Memory (PEROM) ATMEL AT89S51 ditunjukkan pada Gambar 2-6.

  AT89S51 mempunyai struktur memori yang terdiri atas : 1.

  RAM Internal, mempunyai memori sebesar 128 byte yang biasa digunakan untuk menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara.

  2. Register Fungsi Khusus (Special Function Register), memori yang memiliki fungsi khusus untuk menunjang kerja dari mikrokontroler tersebut, seperti : (PSW) dan lain-lain.

  Timer, Program Status Word 3.

  Flash PEROM, memori yang digunakan oleh mikrokontroler untuk menyimpan instruksi-instruksi AT89S51.

  Mikrokontroler AT89S51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM

  Internal dan Flash PEROM. RAM Internal dialamati oleh RAM Address Register

  (Register Alamat RAM), sedangkan Flash PEROM dialamati oleh Program

  Address Register (Register Alamat Program). RAM Internal dan Flash PEROM

  walaupun memiliki alamat memori yang sama yaitu 00H, namun secara fisik kedua memori tersebut tidak saling berhubungan. Berikut penjelasan tentang RAM internal SFR dan Flash PEROM.

2.6.1.1 RAM Internal

  RAM internal pada Mikrokontroler ATMEL AT89S51 terdiri atas:

  a. Register Bank. Mikrokontroler ini memiliki 8 buah register yang terdiri atas R0 sampai dengan R7. Register ini dapat diubah ke bank 1, bank 2, bank 3 dengan cara mengubah kondisi nilai RS0 dan RS1 pada register PSW. b.

  Bit Addressable RAM. RAM ini terletak di alamat 20H sampai 2FH yang dapat diakses secara pengalamatan bit, sehingga dapat mengerjakan fungsi-fungsi

  boolean .

  c.

  RAM keperluan umum. RAM ini dimulai dari alamat 30H hingga 7F dan dapat diakses dengan pengalamatan langsung dan tak langsung. Pengalamatan langsung dilakukan ketika salah satu operan merupakan bilangan yang menunjukkan lokasi yang dialamati. Lokasi RAM internal dapat dilihat pada Gambar 2-7.

  Gambar 2-7

  Peta memori RAM internal

2.6.1.2 Register Fungsi Khusus (Special Function Register)

  AT89S51 mempunyai 21 Special Function Register yang terletak di alamat 80H sampai dengan FFH. Beberapa register ini dapat dialamati secara bit.

  SFR terdiri dari: a.

  Akumulator. Register ini terletak di alamat E0H dan dapat dialamati secara bit, akumulator digunakan untuk hampir semua operasi logika dan aritmatika.

  b. Port. AT89S51 mempunyai 4 buah port : yaitu Port 0, Port 1, Port 2 dan Port 3 yang terletak di alamat 80H, 90H, A0H dan B0H. Semua port tersebut dapat di alamati secara bit sehingga dapat dilakukan perubahan salah satu pin port tersebut tanpa mengganggu pin yang lain. Gambar 2-8 berikut ini menunjukkan peta memori SFR AT89S51.

  Gambar 2-8 Peta memori SFR AT89S51 c.

  PSW. PSW terletak di alamat D0H, terdiri atas beberapa bit seperti diperlihatkan pada Gambar 2-9. PSW berisi data bit hasil eksekusi program seperti hasil aritmatika dan logika.

  

Gambar 2-9 Program Status Word

d.

  Register B. Register ini digunakan bersama akumulator untuk proses aritmatik selain digunakan untuk register biasa dan dapat dialamati secara bit.

  e.

  Stack Pointer. Merupakan register 8 bit yang terletak di alamat 81H. Isi dari stack

  pointer merupakan alamat data yang di simpan pada stack. Proses yang

  berhubungan dengan stack ini biasa dilakukan oleh instruksi-instruksi Push, Pop, dan lain-lain.

  Acall

  f. Data pointer (DPTR). DPTR merupakan register 16 bit yang terdiri dari 8 bit penunjuk rendah (DPL) dan 8 bit penunjuk tinggi (DPH), terletak di alamat 82H untuk DPL dan 83H untuk DPH. DPTR bisa digunakan untuk mengakses source code atau data yang terletak di memori external.

  g.

  Register Timer. AT89S51 mempunyai 2 buah timer, 16 bit Timer/Counter yaitu:

  timer 0 dan timer 1. Timer 0 terletak di alamat 84H untuk TL0 dan 8CH untuk TH0, sedangkan Timer 1 terletak di alamat 8BH untuk TL1 dan 8DH untuk TH1. h.

  Register Port Serial, Port ini merupakan on chip serial port yang digunakan untuk melakukan komunikasi dengan peralatan yang menggunakan serial port. i. Register interupsi. Mikrokontroler ini memiliki 5 buah interupsi dengan dua level prioritas interupsi, interupsi secara otomatis akan dimatikan bila sistem di-reset.

  Register yang berhubungan dengan interupsi adalah Interrupt Enable Register (IE) di alamat A8H dan Interupsi Priority Register (IP) di alamat B8H.

2.7 LCD (Liquid Crystal Display)

  LCD (Liquid Crystal Display) merupakan suatu tampilan (display) yang terdiri dari bahan cairan kristal yang dioperasikan dengan menggunakan system dot

  

matrix. LCD yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah LCD dengan

  menggunakan driver HD44780. LCD ini dapat menampilkan angka-angka, abjad, huruf Jepang, dan juga simbol-simbol lainnya. Interface LCD HD44780 dengan mikrokontroler AT89S51 dapat dilakukan dengan sistem 4 bit ataupun 8 bit.