i TUGAS AKHIR - Pemantau denyut jantung dengan metode cahaya - USD Repository

! "
"#

$

% %

"

"

&

'
& ()*++,(+-

.
/

.
0

.

1((2

/

.

3
.

'
!"#$$%!$&

.

.
.

/
0

1((2

.

!

"

#

$

!

"

#

$

$
$
&'()"*

&#-. %
$
$
12 22

$

$

$
$
$

$

1 !%

!% .

&

%

%

+

,
,
/-# 0
/-#

$

$

$

3
,

,

'

,

,
'

,

&

#

-

,

&#-. &
'
$
,
/-#

12 22 !%

&'()"*
,

,
,

,

$

1 !%

,
$
/-# '

,

% $

$

!

5

#

$
+

"

$
#

'

6

7

"

'

8
9

:

3

7

>

;
'

!

3

6

+

3

! =

!

0

"< "" !"'

+
!

"

%

0

#

"'

<

'

'$

/

#

'

8
3

33

*

1

"- "

8

6
"

3

#

&

5

$

4

?

#

(

'

%

$

&
)

. "

"

9 "

'6@2>. %

'6@2 . 0
'6@2>.

'6@2 . #

%

<
$

2 /
8

9

"

!

,

'

$

'

6

5

%

,
&

,

8

)

%

4

22(

0&/& &5 %

'

* %

'

%

1 %

'

&

? '

!

%

"# $

2

.

.
'

&

.

$

:

( %

)

#

(

.

&#-.

) %

>

.

2

(

&'()"*

)

"
'

"
)

>
"

*+

>,

+

*

'

?
+ /-#.

(

+

2

""' 2 +"!A

:7

!&! 333 %6:&5-&5;&5 :&5; &3&5
:

"

:

'

:

%

>

'

: ,

*

%

&

1
?

,

%

:

>
*
%

'

(

#

)
&'()"*

%

>
>

4

?

:

?

:

!

%

)

'

>>
<

?
(

&##

<

#

>1
.

"

>*

>?

"

>(

!&! 3B 0&"3/ #&5 %6 !&0&"&5
>

-

$ :

*

>

%

:

>

%

'

>>

%

&#-

>*

%

,

%

*

7

*>
*1

#

-.

&'()"*

*(

>*

%

%

*(

>*

%

%

*(

>*

%

%

*)

>1

%

%

*)

>?

%

!

>(

%

%

#

>)

%

/

""' 2

"

1
#

$

1
1*

4

!&! B

6"3 %+/&5 #&5 "&:&5

#&7'&: %+"'& &
/& %3:&5

4

1?

'

#

<

'

7

'

%

'

>

'

%

'

*

'

>

%

1

'

>

#

?

'

>

%

(

'

>>#

)

'

>*%

2 '

>1#

%

5
/-# 4 1

)
%

1
:

:
0

(

?

%

%

'
/

&

%
*
7
&#-

#

#

%

:

* 0C

**
*?
*?
*(

&#-

1

4

;

&

;

; ,

;

"

>

;

>"

*

;

*"

-

1

;

1:

/6#

?

;

?

,

%

(

;

(

,

%

)

;

)

,

%

2 ;

$

?

"

<
-

!

:

2
:

;

'

;

#

1 ;

1

3

? ;

?

( ;

(:

) ;

)

2 ;

2"

%

7

%

,

:
!
'

"

&

#

"# $
!
&'()"*

%

"

'
!

2

'

%
!

/6#

! "# $

:

*

#

7

'

%

,

)

2

&

,

/#:

)

!

* ;

;

7

/#:

3

;

;

(

'
/-# 4 1
4

!

%

%

,

,

)
)
2

#

:
:

?

>
"- 5

1

"

?
(

;

"

> ;

>%

* ;

*

1 ;

#

%

/-# 4 1

)

$ %

2

'

""' 2 +"!A
%

:7

#

$

<

#

#

? ;

:

"

#

( ;

'

) ;

>:

%

:
%

*
5

3

%

*
?

2 ;

*:

$

*

(

;

1

,

'

;

?

,

&#- 2(2>

>2

;

)

,

&'()"*

>

> ;

2#

* ;

#

%

&#-

1 ;

#

%

<

? ;

&

: ,

,

( ;

>0

) ;

*

,
%

>2 ;

>

&

>

;

>

"

>

;

>

:

)

%

>

:

>*
#

<

>1

%

>?

$

>(

'

"
#

<

"

>)
-

*2
*

%

7

4

*

>

;

>>'

/-#

*

>> ;

>*; ,

>* ;

>1; ,

>1 ;

>?!

"

>? ;

>(!

"

>( ;

>)%

>) ;

> 2 %

2

12

*2 ;

> 2 %

2

12

*

;

> 2 % 2

2

1

*

;

> 2 %

2

1

* ;

>

'

#

.

7

7

*>
/%7 * 0C

%

"
7

/%7 * 0C

''/ 222 222

%

,

**
7

*1
*1
*)

$
1

*> ;

>

%

,

$
1

** ;

>

%

,

$
1

*1 ;

> >; ,

$

,

$
*? ; ,

1>
$

,

4

:"

1>

!

"

# $
%

&

!
'
&

(

)!
!

(*
+

,

!

)!

!

"
#
$

%
&'"
&"(
)

!

!

*

*

"

!
+

,
!

"

&-" $./

0
#

$

)
0
%

*

%

+

1

1
0

)

%
, %'2"

#
3&3 2

+

,, " ) ( '4(,
5
)

"

"

67)8$
&"(
!

,,, ( 2- 29 2 %'2'&, , 2

!

,: %'29

2 " 2 %'

) 2

: %'23 3%

0
0

0

! "
!
#$$

%$$$

&#'!

(
!
!

! )

! *
!)

+

!

%
!)

%
!

6

dan

bekerja secara bersamaan, menyebabkan kontraksi dan

relaksasi untuk memompa darah keluar dari jantung. Darah yang keluar dari bilik
akan melewati sebuah katup. Terdapat 4 buah katup di dalam jantung. Yaitu
,

,

, dan

(sering juga disebut dengan

).

Bagian kanan dan kiri jantung bekerja secara bersamaan membuat suatu
pola yang bersambung secara terus menerus yang membuat darah akan terus
mengalir menuju jantung paru!paru dan bagian tubuh lainnya.
Bagian kanan :
•

Darah memasuki jantung melalui 2 bagian pembuluh vena

dan

yang membawa oksigen kosong dari tubuh menuju ke bagian
kanan
•

.

Ketika

berkontraksi, darah mengalir dari bagian kanan atrium

menuju bagian kanan
•

Ketika

melalui katup

penuh, maka katup

.
akan menutup untuk

mencegah darah mengalir kembali ke bagian atria ketika
berkontraksi.
•

Ketika

berkontraksi, darah akan mengalir keluar melalui katup
menuju arteri dan paru!paru yang mana pada bagian ini darah

akan mendapatkan oksigen.
Bagian kiri :

7

•

Bagian

akan mengosongkan darah yang telah

mengandung oksigen dari paru!paru menuju ke bagian kiri
•

Ketika

berkontraksi, darah akan mengalir menuju bagian

sebelah kiri melalui katup
•

Ketika

penuh maka katup

darah menggalir kembali ke
•

Ketika
melalui katup

.
akan tertutup untuk mencegah

ketika

berkontraksi.

berkontraksi maka darah akan meninggalkan jantung
menuju ke seluruh tubuh

Secara jelas bagian!bagian jantung ditunjukan dalam gambar 2.1 tentang anatomi
jantung dan gambar 2.2 menunjukan grafik sinyal jantung pada
(ECG) [9].

Gambar 2.1 Anatomi Jantung

8

Gambar 2.2 Grafik sinyal jantung
Jumlah detak jantung rata!rata (

) adalah istilah dari banyaknya

detak yang dihasilkan oleh jantung dalam setiap menit. Ketika dalam kondisi
istirahat jumlah detak jantung manusia dewasa adalah 70 detak setiap menit untuk
laki!laki dan 75 detak untuk perempuan, tetapi jumlah detak jantung ini bervariasi
antara satu orang dengan orang yang lain. Untuk menghitung detak jantung
maksimum manusia dapat ditunjukan dalam persamaan 2.1 [10].

= 220 −

(

var

)

............................................. (2.1)

Tabel 2.1 Detak Jantung Manusia Normal

0!5 Bulan
6!12 Bulan
1!3 Tahun
3!5 Tahun
6!10 Tahun
11!14 Tahun
14+ Tahun

120!160
90!140
80!140
80!130
70!110
60!105
60!100

9

(LDR) adalah suatu resistor yang nilai resistansi
dapat berubah!ubah sesuai dengan perubahan intensitas cahaya [12].

Gambar 2.3 Simbol dan contoh bentuk fisik LDR
Kurva karateristik respon dari LDR dengan berbagai macam bahan ditunjukkan
oleh gambar 2.4 [13].

Gambar 2.4 Spektrum respon LDR

adalah salah satu jenis dioda yang dapat memancarkan
cahaya. LED memiliki spektrum cahaya yang berbeda!beda tergantung dari bahan
penyusun LED [14].

10

Gambar 2.5 Simbol dan contoh bentuk fisik LED
Jika LED diberi tegangan maju LED akan ON seperti pada gambar 2.6 serta akan
mengeluarkan cahaya.

Gambar 2.6 Rangkaian LED
Untuk mencari nilai R pada rangkaian LED digunakan persamaan berikut:

=

−

............................................................................

!

"

Rangkaian penguat

(2.2)

#
merupakan rangkaian penguat dengan OP!

Amp dengan konfigurasi seperti pada Gambar 2.7 [3]. Tegangan keluaran penguat
!

ditunjukan pada persamaan 2.3.

VO = (

+ 1) ×
!

………….…………………………… (2.3)

11

Gambar 2.7 Konfigurasi penguat
$

"

!

Rangkaian pembagi tegangan merupakan rangkaian yang terdiri dari resistor
yang dikonfigurasikan seperti pada gambar 2.8 [3].

Gambar 2.8 Konfigurasi Pembagi Tegangan
Besar tegangan keluaranVout ditentukan dengan persamaan 2.4 berikut :

Vout =

%

R2
1 +

×

................................................................

(2.4)

2

!
"

tegangan berfungsi untuk mempertahankan tegangan

agar

tidak terbebani oleh beban. Tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian
tegangan persis sama dengan tegangan masukan. Konfigurasi
seperti pada gambar 2.9 [15].

tegangan

12

Gambar 2.9 Konfigurasi Pengikut Tegangan
&

!

'

(

)

Tapis pelewat rendah adalah suatu tapis frekuensi yang melewatkan
frekuensi!frekuensi

rendah

dan

menahan frekuensi!frekuensi tinggi

[4].

Karakteristik ideal filter pelewat rendah ditunjukkan oleh gambar 2.10.

Gambar 2.10 Karakteristik ideal filter pelewat rendah
Pada tapis pelewat rendah menggunakan tapis LC pasif, induktor (L) tidak
mudah dibuat sesuai dengan ukuran yang diinginkan. Dengan menggunakan op!
amp dapat dibuat suatu tapis aktif RC yang menghasilkan penurunan tanggapan
frekuensi yang tajam sama dengan yang dihasilkan oleh tapis pasif LC.
Rancangan–rancangan tapis ada beberapa macam seperti: Butterworth,
Chebychev, Bessel. Dalam perancangan yang akan digunakan adalah tapis dengan
rancangan Butterworth.

13

Tapis Butterworth adalah yang terbaik dalam pendekatan antara pelemahan
dan respon fase. Tapis butterworth tidak mempunyai riak gelombang pada
tanggapan frekuensi

dan

karena itu tapis butterworth kadang!

kadang disebut sebagai tapis dengan tingkat datar yang maksimum seperti dalam
gambar 2.11 [3].

Gambar 2.11 Respon amplitudo tapis Butterworth
Ada dua jenis topogi tapis frekuensi, yaitu Sallen!key dan
(MFB). Dalam perancangan akan digunakan topologi tapis $
# .Topologi $

!

%

#

#
!

%

dapat digambarkan seperti pada gambar 2.12

[8].

Gambar 2.12 Tapis pelewat rendah dengan topologi Sallen!key orde dua

14

Berdasarkan table 2.2 dapat ditentukan besar nilai komponen untuk tapis pelewat
rendah dengan persamaan 2.5.

………….………………………….. (2.5)

…………………………………….. (2.6)

Frekuensi

ωc didefinisikan sebagai frekuensi dari masukan dimana |ACL|

dikurangi menjadi 0.707 (!3dB) kali nilai frekuensi rendah. Untuk merancang
sebuah tapis pelewat rendah yang pertama kali adalah menentukan frekuensi
, bila ditentukan besar R1=R2=R, nilai resistansi Rf yaitu sebesar 2R.
Sehingga besar kapasitor C1 dan C2 dapat ditentukan dengan persamaan 2.7.

…………………………………………….. (2.7)

……………………………………………
*

"

+

(2.8)

,

Pengubah analog ke digital, berfungsi untuk mengubah tegangan analog
menjadi data digital. Data digital yang dihasilkan dinyatakan dalam kode biner
dengan menggunakan dua nilai tegangan yaitu 5 volt, yang dinyatakan dengan
lambang ‘1’ dan 0 volt dengan lambang ‘0’. Bilangan biner merupakan kombinasi
dari sederetan kode 1 dan 0. Diagram blok pengubah analog ke digital dengan
metode %
Gambar 2.13 [16].

&

(SAR) diperlihatkan seperti pada

15

.
Gambar 2.13 Diagram kotak Pengubah Analog ke Digital
Pada Gambar 2.13, bagian utama pengubah analog ke digital adalah SAR 8
bit. Tegangan Va

dari ADC dibandingkan dengan tegangan

pembanding (

). '

pembanding merupakan data

SAR, kemudian SAR mengatur
sama dengan tegangan

Vin oleh
bagi

digital 8 bit sampai menghasilkan Va yang
.

dipertahankan sebagai hasil data digital

8 bit pada akhir pengubahan akan
. Ketelitian ADC tergantung pada

bit data digital yang diharapkan. ADC 8 bit dapat membangkitkan tegangan
dengan 255 tingkatan. Misalkan tegangan maksimal yang dapat dibangkitkan 2,55
volt. ADC dapat mencacah tegangan dari 0 volt sampai 2,55 volt, dengan
kenaikan 0,01 volt. Setiap kenaikan 0,01 volt keluaran ADC akan berubah 1 bit.
Nilai cacahan 0 sampai 225 akan dirubah menjadi digital dengan nilai 00H sampai
FFH. Waktu pengubahan pada ADC ditentukan dengan persamaan 2.9.

Tkonversi =

T

#
64

……………………………………………. (2.9)

Tkonversi = Waktu yang dibutuhkan untuk mengubah 1 data analog
menjadi 1 data digital.

16

T

#

= Periode (

Frekuensi (

#=

#

1
T

#

……………………………………

Sesuai dengan rumusan pada data sheet 0804, frekuensi
konfigurasi

pada

#=

(2.10)
# dengan

seperti Gambar 2.14 adalah

1
1,1 x R x C

……………………………………

(2.11)

Resolusi ADC dinyatakan dengan persamaan 2.12.

Resolusi =

Vref(+ ) ! Vref(!)
255

……………………………………

(2.12)

Resolusi = Ketelitian ADC
Vref(+) = Referensi tegangan atas
Vref(!) = Referensi tegangan bawah
Sesuai dengan penggunaan

ADC 0804 dengan Vref/2 =2,5 volt,

maka
5!0
255
Resolusi = 19,6 mv
Resolusi =

Perubahan ADC tiap bit dinyatakan dengan persamaan 2.13.

Level =

Tegangan konversi
Resolusi ADC …………………………………. (2.13)

17

0

1

+%

$%

..
! +

!"
$%
(
'(
'(!"

*
!")

Gambar 2.14 Konfigurasi

!"

/.
&.2.
$

#"

-./

#"

,

- .1

&
&
&
&
&
&
&
&

ADC 0804

Berikut fungsi masing!masing pin ADC 0804 pada Gambar 2.14
1. Pin 1. (

%

(CS), sinyal untuk mengaktifkan ADC.

Jika pin CS rendah, maka ADC aktif.
2. Pin 2.

(RD), merupakan sinyal baca. Jika RD rendah,

maka ADC memulai membaca data analog.
3. Pin 3. )

(WR), merupakan pin mulai konversi. Jika WR

rendah, mulai konversi.
4. Pin 4 (Clk In) dan 19 (Clk R), merupakan pin yang
berfungsi sebagai sumber clock.
5. Pin 5 (INTR), merupakan pin interupsi. Bila INTR bernilai
tinggi, menandakan ADC mulai konversi. Jika nilai rendah
berarti selesai konversi.
6. Pin 6 (Vin +), merupakan pin tegangan

analog positif.

18

7. Pin 7 (Vin !), merupakan pin tegangan

analog negatif.

8. Pin 8 dan pin 10 (Agng dan Vdng), pin ini harus ditanahkan
karena Agnd merupakan acuan bagi
Vdgn sebagai acuan bagi

#

pada ADC dan
.

9. Pin 9 (Vref/2), merupakan pin untuk

tegangan yang

menentukan besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk tiap
cacahan.
10. Pin 1!18 (D7!D0), merupakan pin untuk

digital.

11. Pin 20 (VCC), merupakan pin untuk catu tegangan sebesar
5 Volt.
-

"

)

Rangkaian komparator merupakan rangkaian pembanding antara terminal
maupun
dari

terminal

. Bila
, maka

gambar gambar 2.15.

lebih tinggi

saturasi positif. Sebaliknya, bila

lebih tinggi dari terminal
negatif [4]. Komparator

terminal

, maka

!nya saturasi

dengan bias positif ditunjukkan oleh

19

.

.

Gambar 2.15 Komparator

dengan bias positif

Dari gambar 2.15 terlihat bahwa saat Vi < Vref maka Vo = !Vsat, sedangkan saat
Vi > Vref maka Vo = Vsat. Comparator

dengan bias positif ditunjukkan

oleh gambar 2.16.

.

.

Gambar 2.16 Komparator
./

dengan bias positif

+!*-0$
Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler yang diproduksi oleh

ATMEL yang memiliki memori program internal yang disebut dengan PEROM
(*

+

'

). Mikrokontroler

AT89S52 juga terdapat intruksi timer yang dapat diprogram sebagai PWM (+
)

). Sebagai suatu sistem kontrol, dalam mikrokontroller AT89S52

sudah terdapat RAM dan ROM.. Mikrokontroler AT89S52 mempunyai 40 kaki,
32 kaki untuk keperluan input/output port, satu port I/O terdiri dari 8 kaki
sehingga totalnya terdapat 4 buah port I/O yang masing!masing dikenal sebagai
port 0, port 1, port 2 dan port 3 [6].

20

Secara umum konfigurasi yang dimiliki mikrokontroler AT89S52 adalah :
•

Kompatibel dengan produk MCS!51.

•

8 bit CPU ((

•

16 bit PC (+

(

•

8 bit PSW (+

%

•

8 bit SP (%

•

8 Kbyte PEROM (+

•

256 x 8 bit

•

32 pin Input/Output tersusun dari 4 port (masing!masing port 8 bit).

•

2 buah ,

•

Register Control : TCON, TMOD, SCON, PCON, IP dan IE.

•

Rangkaian osilator dan

#.

•

Data ,

(SBUF).

•

2 buah #

+

#+

$

) dengan register A dan B.

) dan DPTR (
)

+

).

).

).
'

RAM.

-(

16 bit.

-

dan 3 buah

Gambar 2.17 Konfigurasi pin AT89S52

.

).

21

Berikut fungsi masing!masing pin AT89S52 pada Gambar 2.17
1.

Pin 1 sampai 8, P1.0 sampai P1.7. +

1 ini dapat berfungsi sebagai

I/O biasa dan dapat berfungsi sebagai
Sebagai

,

dengan memberi logika “1”.

ini dapat memberikan

#

keempat buah

TTL. Sedangkan sebagai fungsi yang lain, dalam hal ini untuk
%

+

. %+/, maka

1 dapat berperan sebagai:

a. P1.5 atau MOSI, digunakan untuk

.

b. P1.6 atau MISO, digunakan untuk

0

c. P1.7 atau SCK, digunakan untuk
2.

Pin 9, RST, sebagai masukan

#

. Kondisi “1” selama 2

) pada saat osilator bekerja akan me!

0
(

mikrokontroler yang

bersangkutan.
3.

Pin 10 sampai 17, P3.0 sampai P3.7. +

1 ini sebagai

dan mempunyai sifat yang sama dengan
sedangkan sebagai fungsi khusus,

I/O biasa

1 maupun

2.

ini mempunyai keterangan

sebagai berikut:
•

Pin 10, P3.0 atau RXD, sebagai

•

Pin 11, P3.1 atau TXD, sebagai

•

Pin 12, P3.2 atau INT0, sebagai &

2

•

Pin 13, P3.3 atau INT1, sebagai &

3

•

Pin 14, P3.4 atau T0, sebagai &

2

•

Pin 15, P3.5 atau T1, sebagai &

3

22

•

Pin 16, P3.6 atau WR, sebagai &

•

Pin 17, P3.7 atau RD, sebagai &

4

4.

Pin 18, XTAL1, sebagai

5.

Pin 19, XTAL2, sebagai

6.

Pin 20, GND, sebagai

7.

Pin 21 sampai 28, P2.0 sampai P2.7 atau A8 sampai A15. +
berfungsi sebagai I/O biasa. +
berfungsi sebagai

ini mempunyai

dan

dengan memberi logika “1”. Sebagai

ini dapat memberikan
8.

Pin 29, PSEN .+

%

#

ke empat buah

Pin 30, PROG atau ALE (
pulsa!pulsa untuk mengunci

,

TTL.

/, merupakan sinyal baca untuk

memori program eksternal. PSEN akan aktif dua kali setiap
9.

2 ini

.

), pin ini menghasilkan
rendah . 4

/ alamat selama

pengaksesan memori eksternal. Pin ini juga berfungsi sebagai masukan
pulsa program .

/. Pada operasi normal, ALE

akan mengeluarkan sinyal

# sebesar 1/6 dari frekuensi kristal.

10. Pin 31, Vpp atau EA . &
dihubungkan ke

/, EA harus selalu

apabila mikrokontroler akan mengeksekusi

program dari memori eksternal 0000h sampai FFFFh. Selain dari itu,
EA akan dihubungkan ke Vcc agar mikrokontroler mengakses program
secara internal.

23

11. Pin 32 sampai 39, P0.7 sampai P0.0 atau D7 sampai D0 dan A7 sampai
A0. +
biasa

0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa. Pada fungsi sebagai I/O
ini dapat memberikan

#

atau dapat diubah sebagai
pada

ke delapan buah TTL
dengan memberikan logika “1”

tersebut.

12. Pin 40, VCC, sebagai suplai tegangan.
Mikrokontroler ATMEL AT89S52 memiliki osilator yang tersedia pada
kemasan IC tersebut (

) sebagai sumber detak (

#). Kaki pin 18 dan 19

merupakan kaki XTAL2 dan XTAL2 yang dihubungkan dengan kristal keramik
dan kapasitor yang selanjutnya terhubung dengan

0 Gambar 2.18

menunjukkan cara menghubungkan kristal sumber detak dengan Mikrokontroler
AT89S52. Besar kapasitor yang terhubung dengan sumber detak tergantung dari
jenis sumber detak yang dipasangkan. Bila sumber detak berupa kristal, maka
besar kapasitor yang terpasang adalah 30 pF ± 10 pF dan bila jenis keramik besar
kapasitor yang terpasang adalah 40 pF ± 10pF sesuai dengan yang dinyatakan
pada

0

Gambar 2.18 Rangkaian pembangkit sinyal detak

24

Gambar 2.19 menunjukkan konfigurasi tombol reset. Reset akan aktif bila pin
RST diberikan logika

selama 2 Rs.

)

*

Gambar 2.19 Konfigurasi tombol reset
Bila tombol reset tidak ditekan, maka pin RST akan mendapat

logika

4,

sehingga mikrokontroler akan bekerja normal. Resistor dan kapasitor digunakan
untuk memperoleh waktu pengosongan kapasitor. Waktu pengosongan kapasitor
dapat dihitung sebagai:

T = R × C ……………………………………………………........
.. ,

(2.14)

' 0

Ada dua macam cara pengiriman (transmisi) secara

yaitu komunikasi

sinkron dan komunikasi asinkron. Pada komunikasi sinkron sinyal detak dikirim
bersama!sama dengan data

. Dalam transmisi data

detak tidak dikirim bersama data
+

secara asinkron,

[6].

pada AT89S52 bersifat

& penuh atau

&, artinya

bisa menerima dan mengirim data pada waktu bersamaan. +
memiliki penyangga penerima yaitu
menerima

yang kedua sebelum

(SBUF). +

dapat

yang pertama dibaca oleh register

25

penerima, melalui register SBUF. SBUF selalu berhubungan dengan akumulator
dalam mengisi dan menerima data.
+

pada AT89S52 bisa digunakan dalam empat mode kerja. Dari

ke!empat mode tersebut, 1 mode diantaranya bekerja secara sinkron dan tiga
mode lain bekerja secara asinkron. Semua mode dapat diatur melalui register
kontrol
Mode 0

(SCON). Keempat mode kerja tersebut adalah :
Mode ini bekerja secara

#

, data

dikirim dan diterima

melalui kaki P3.0 (RxD), sedangkan kaki P3.1 (TxD) dipakai untuk
menyalurkan detak pendorong data

yang dibangkitkan

AT89S52. Data dikirim/diterima 8 bit sekaligus, dimulai dari bit yang
paling kecil atau LSB (bit 0), diakhiri dengan bit yang paling besar
atau MSB (bit 7). Kecepatan pengiriman data (

) adalah 1/12

frekuensi kristal yang digunakan.
Mode 1

Pada mode ini, data dikirim melalui kaki P3.1 (TxD) dan diterima
melalui kaki P3.0 (RxD) secara sinkron (begitu juga mode 2 dan 3).
Pada mode ini, data dikirim/diterima 10 bit sekaligus, diawali dengan
1 bit

, disusul 8 bit data yang dimulai dari bit yang paling kecil

(bit 0), diakhiri dengan 1 bit
sebagai penerima bit

. Pada AT89S52 yang berfungsi

adalah RB8 dalam register %

(SCON). Kecepatan pengiriman data (

(

) bisa diatur sesuai

dengan keperluan. Mode inilah (mode 2 dan juga mode 3) yang umum

26

dikenal

sebagai
-,

Mode 2

UART

atau

$

0

Data dikirim 11 bit, diawali dengan 1 bit start, kemudian 8 bit data.
Bit ke!9 yang dapat diatur lebih lanjut dan diakhiri dengan 1 bit

.

Pada AT89S52 yang berfungsi sebagai pengirim bit 9 tersebut berasal
dari bit TB8 dalam register SCON. Pada AT89S52 yang berfungsi
sebagai penerima bit 9 ditampung pada bit RB8 dalam register SCON,
sedangkan bit

diabaikan dan tidak ditampung. Kecepatan

pengiriman data (

) bisa dipilih antara 1/32 atau 1/64

frekuensi kristal yang digunakan.
Mode 3

Mode ini sama dengan mode 2, hanya saja kecepatan pengiriman data
(

) bisa diatur sesuai keperluan, seperti halnya pada mode

asinkron (mode 1, mode 2, mode 3).
Register kontrol dan status untuk

berada dalam SCON seperti

diperlihatkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Susunan bit dalam register SCON
Nilai

pada komunikasi

ditentukan oleh kristal yang digunakan,

karena berpengaruh pada jumlah limpahan
dengan persamaan 2.15.

. Perhitungan

sesuai

27

=

.

!

''

2SMOD
× Laju Limpahan
32
0 "

1
………………….… (2.15)

0

Untuk dapat menggunakan transistor sebagai saklar, transistor harus
dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga bekerja di daerah

0 Jika kemudian

tegangan VCC dinaikkan perlahan!lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba!tiba
arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada
pada daerah cut!off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON).
Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan
0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON [11].
22

&

&

Gambar 2.21 Konfigurasi transistor sebagai saklar

(

=β

=

=

VCC ! VCE

....................................................................... ( 2.16)

…………………………………………….. (2.17)

(

=

VB ! VBE
"

....................................................................

(2.18)

28

.

!

!

1

LCD merupakan salah satu penampil pada peralatan elektronik modern saat
ini. Beberapa peralatan elektronik menggunakan penampil LCD yang dibuat
khusus sehingga dapat menampilkan tanda!tanda tertentu seperti yang dipakai
pada layar

. Tampilan tersebut harus dibuat khusus pada saat LCD

dibuat [17].
Pada LCD telah terdapat sebuah kontroler sehingga akan mempermudah
hubungan antarmuka antara LCD tersebut dengan mikrokontroler. Kontroler yang
ditanamkan kedalam LCD umumnya kompatibel (berbasis kontroler Hitachi
HD44780U) walaupun berbeda pabrik pembuat LCD tersebut.
Kontroler HD44780 memerlukan 3 jalur kontrol dan 4 atau 8 jalur untuk
data. Dengan menggunakan jalur data 8 bit, maka diperlukan 11 jalur I/O.
Sedangkan jika menggunakan komunikasi 4 bit, maka pemrograman sedikit lebih
rumit tetapi jalur I/O yang diperlukan turun menjadi 7 jalur. Digram dari LCD
2X16 karakter ditunjukkan oleh gambar 2.22.

Gambar 2.22 Diagram kotak LCD 2X16 Karakter

29

Gambar 2.23 Susunan Pin LCD 2X16 Karakter

Tabel 2.2 Fungsi Pin LCD 2X16 Karakter
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

"

Vss
Vcc
VEE
RS
R/W
E
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
BPL
GND

2

'

!
Vcc +5V
Pengatur Kontras
%
-)
Data Bit 0
Data Bit 1
Data Bit 2
Data Bit 3
Data Bit 4
Data Bit 5
Data Bit 6
Data Bit 7
Back Plane Light
!

Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW,
Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa
sedang dikirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui
program EN harus dibuat logika low “0” dan set pada dua jalur kontrol yang lain

30

RS dan RW. Ketika dua jalur yang lain telah siap, set EN dengan logika “1” dan
tunggu untuk sejumlah waktu tertentu (sesuai dengan datasheet dari LCD
tersebut) dan berikutnya set EN ke logika low “0” lagi. Jalur RS adalah jalur
Register Select. Ketika RS berlogika low “0”, data akan dianggap sebagi sebuah
perintah atau instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor). Ketika RS
berlogika high “1”, data yang dikirim adalah data text yang akan ditampilkan pada
display LCD. Sebagai contoh, untuk menampilkan huruf “T” pada layar LCD
maka RS harus diset logika high “1”. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/ Write.
Ketika RW berlogika low (0), maka informasi pada bus data akan dituliskan pada
layar LCD. Ketika RW berlogika high ”1”, maka program akan melakukan
pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu
diberi logika low ”0”. Pada akhirnya, bus data terdiri dari 4 atau 8 jalur
(bergantung pada mode operasi yang dipilih oleh user).

.

"
+

!

!
adalah suatu prinsip pendeteksian denyut jantung

menggunakan sensor optis. Prinsip ini mendeteksi perubahan
kulit [18].

Gambar 2.24 Prinsip Kerja +

darah pada

31

.$

)

!

'3 4

00!#./ 0

2

)

SST!10 USB/232 RF MODEM adalah merupakan salah satu sub system
produksi Delta Electronic yang berfungsi untuk mengirimkan data dari port USB
ataupun serial RS232 (level TTL) melalui gelombang radio frekwensi 2.4 – 2.54
GHz dengan modulasi GPSK. Proses pengiriman data dapat dilakukan dengan
menggunakan format Delta Subsystem Protocol atau per byte secara bebas [19].

Gambar 2.25 Modul ,

SST!10 USB/232 RF

Komunikasi data dengan menggunakan Protokol Delta Sub System secara
garis besar terdiri dari dua paket data yaitu paket data yang dikirim dan ACK yang
merupakan jawaban dari paket kiriman tersebut. ACK berfungsi untuk
menjelaskan status paket data yang dikirimkan apakah diterima dengan baik atau
tidak.

!"#$%

&

'()

*
*'*

!

+

*'

,

-

/
& /
&0

*
* *

.

33

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Denyut Jantung Dengan Metode Cahaya
Bila diinginkan arus yang mengalir dalam LED sebesar 15mA, besar nilai
resistansi Ra dapat dicari dengan persamaan 3.1.

−

=

=

(

)

....................................................................... (3.1)

5 − 0.7
= 286.66
15.10 −3

Karena nilai resistansi yang diperoleh sebesar 286.66- tidak terdapat
dipasaran, maka nilai resistansi tersebut didekati dengan nilai resistor yang
terdapat dipasaran yaitu sebesar 330 -. Sehingga besarnya arus yang melewati
LED berubah menjadi sebesar :

=

5 − 0 .7
= 13
330

Sedangkan untuk mencari tegangan keluaran DC (VOUT) dapat diperoleh
menggunakan persamaan 2.3 pada bab II. Sehingga di dapatkan tegangan keluaran
seperti dalam persamaan 3.2 dan 3.3.

34

(

)

(

=
(

(

)

)
)

(

=
(

......................................................... (3.2)

+

)
)

+

......................................................... (3.3)

Rangkaian tapis pelewat rendah ini dirancang untuk menghilangkan
gangguan (

) dan melewatkan frekuensi yang dikehendaki. Perancangan tapis

pelewat rendah ini dirancang dengan frekuensi

sebesar 5Hz. Frekuensi

dapat diperoleh dengan persamaan 3.4.
⋅
60

=

........................................................

(3.4)

Dengan menentukan jumlah detakan maksimum sebanyak 300 detak setiap menit
dapat diperoleh jumlah detak setiap detik.

=

300
≅5
60

Perancangan tapis pelewat frekuensi ini digunakan topologi

! "" #

dengan orde 2.
Sesuai dengan persamaan 2.7, dengan menentukan nilai resistor R1=R2=10Kdapat dicari nilai kapasitor C1 dan C2.

35

0.707
= 2 .2 $
6.28 × 5 × 10000

1

=

2

= 2×

1

= 2 × 2.2 $ = 4.4 $

Karena besar nilai kapasitasi 4.4=F tidak terdapat dipasaran, maka didekati
dengan harga toleransi ± 5% yaitu sebesar 4.7=F. Nilai resistansi Rf sebesar 2R
yaitu sebesar
= 2×

= 2 × 10 %

= 20 %

Nilai resistansi Rf sebesar 20K- tidak terdapat dipasaran sehingga nilai
tersebut didekati dengan resistasi 10K- yang dipasang secara seri. Dari nilai
komponen yang telah ditentukan maka, konfigurasi tapis pelewat rendah orde 2
seperti pada gambar 3.3.

TL072

Gambar 3.3 Tapis Pelewat Rendah Orde 2

Perancangan penguat berupa pengamatan tegangan keluaran dari sensor,
pada tegangan 0 volt sampai dengan 8 milivolt. Pada perancangan, tegangan 0
volt akan mewakili tegangan 0 volt, dan tegangan 8 milivolt akan mewakili
tegangan 1 volt. Jadi besar nilai penguatan yang diperlukan adalah sebesar 125

36

kali agar dapat mewakili tegangan tersebut. Besar tegangan penskalaan seperti
pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Penskalaan tegangan pengamatan
Vin

Vout

8mV

1V

0V

0V

Sesuai dengan tabel 3.2, maka di perlukan rangkaian penguat yang dapat
dibangun menggunakan rangkaian penguat operasional (opBamp) dengan
penguatan sebesar 125 kali.
Dari nilai penguatan sebesar 125 kali dapat dirancang penguat

# & '

(

B & '

(

seperti dibawah ini:

=

+1

Dengan menentukan nilai Ri=1K-, dapat dicari nilai Rf

125 =

125 − 1 =

+1

1%

= 124 × 1% = 124%
Berdasarkan nilai perhitungan dapat dibangun rangkaian penguat
dengan konfigurasi seperti gambar 3.4.

37

TL072

Gambar 3.4 Rangkaian penguat

B & '

( dengan penguatan 125 kali

Pada bagian penguat setelah rangkaian tapis pelewat rendah (

)*

$ " ') untuk dapat digunakan sebagai masukan dari ADC perlu dikuatkan untuk
mendapatkan tegangan masukan maksimum ADC sebesar 5V.
Tabel 3.2 Penskalaan Tegangan untuk rangkaian penguat
Vin

Vout

1V

5V

0V

0V

Sesuai dengan tabel 3.2, maka di perlukan rangkaian penguat dengan nilai
penguatan sebesar 5 kali. Dari nilai penguatan sebesar 5 kali dapat dirancang
penguat

# & '

=

( seperti dibawah ini:

+1

Dengan menentukan nilai Ri=10K-, dapat dicari nilai Rf

5=

5 −1 =

+1

10%

38

= 4 × 10% = 40%
Berdasarkan nilai perhitungan dapat dibangun rangkaian penguat

B & '

(

dengan konfigurasi seperti gambar 3.5.
TL072

Gambar 3.5 Rangkaian penguat

B & '

( dengan penguatan 5 kali

!
Pembagi tegangan berfungsi menghasilkan nilai tegangan referensi untuk
ADC. Mengacu rumusan pembagi tegangan 2.4 dan Gambar 3.6, nilai resistor
yang dibutuhkan dapat dihitung dengan cara berikut.
Agar nilai Vref = 2.5 volt pada VCC=5 volt, maka nilai R3 dan R4

Vref =

R4
+VCC
R3 + R4

Bila nilai R3=R4 dipilih 10k- maka, konfigurasi tegangan referensi dengan
pembagi tegangan dapat digambarkan pada gambar 3.6.

39

Gambar 3.6 Konfigurasi tegangan referensi dengan pembagi tegangan
"

!

#

$

%

Gambar 3.7 menunjukkan konfigurasi rangkaian ADC 0804. Perancangan
ADC menggunakan waktu konversi 100=s sesuai dengan ,
Mengacu persamaan 2.10, frekuensi "

-

ADC 0804.

yang di gunakan sebesar:

T "
64
T "
100 × 10 − 6 =
64
−6
6400 × 10 = T "
Tkonversi =

T "
"
"
"

= 64 × 10 − 4
1
=
T "
1
=
64 × 10 − 4
= 640kH

Sesuai dengan rumusan 2.11,
C1 adalah :

1
1,1 × R11 × C1
1
R11 × C1 =
640.000 × 1,1

640.000 =

"

=

1
, maka nilaiBnilai R11 dan
1,1 × R11 × C1

40

Bila R11 dipilih 10kD, maka:
1
640.000 × 1,1 × 10.000
1 = 150 *$
1=

/( ) *
%()* )* + ( (,( -

/ +
#
#
#
#
#
#
#
#

!

!

'
%
"

*12(
&.
(*0+
.

"

+

$
$
&

Gambar 3.7 Konfigurasi ADC 0804
*

ADC berupa tegangan DC antara 0 Volt sampai dengan 5 Volt.

KontrolBkontrol ADC yang meliputi CS, RD, WR dan INT yang masing masing
aktif bila diberikan logika rendah. PinBpin kontrol di hubungkan dengan
Mikrokontroler AT89S52 pada kaki P2.0, P2.1, P2.2 dan P2.3, seperti terlihat
pada Gambar 3.8.
*

ADC yang berupa data digital dihubungkan dengan mikrokontroler

pada * ' 1. Kaki DB7 pada ADC 0804 dihubungkan pada kaki P1.7 sebagai
MSB (

!(

. ) dan pada kaki DB0 sebagai LSB (

. ) di hubungkan dengan kaki P1.0 pada mikrokontroler.

!(

41

&

'

# () "

Mikrokontroler AT89S52 dikonfigurasi seperti Gambar 3.9. Pin reset
dihubungkan dengan saklar tekan, sebuah hambatan dan kapasitor. Pada
perancangan, waktu pengosongan dipilih sebesar 100 ms dengan asumsi waktu
reset telah lebih dari 2 =s, sesuai dengan persamaan 2.14. Bila nilai R12 dipilih 10
kD, maka nilai C4 adalah:
0,1 = 10.000 × 4

C4 = 10 =F
3

567

/
/
/
/
/
/
/
/

!
!
!
!
!
!
!
!

/
/
/
/
/
/
/
/

!%
!%

! //

$

4

4% $
4% $

/
/
/
/
/
/
/
/

!
!
!
!
!
!
!
!

.
#
+
&.
5 "

%

+

/ ! 4
/ !%4
/ ! %.
/ ! %
/ !%.
/ !%
/ !'
/ !
/&

&%

3

"

$ !/ ."

%
&'
(-(

Gambar 3.9 Konfigurasi AT89S52
Kristal sebagai sumber detak ( "
dalam perhitungan

, '

) dipilih sebesar 11,0592 MHz agar

dapat mudah dihitung. Bila menggunakan kristal

42

11,0592 MHz, maka
921,6 kHz.

' 1 didetak dengan laju

11,0592 MHz
yaitu sebesar
12

' melimpah dengan laju limpahan sebesar 32 x .

menggunakan kristal 11,0592 Mhz didapatkan hasil limpahan
Pin

EA/VPP

dihubungkan

dengan

mikrokontroler mengakses program
dengan ('

sumber

VCC

,'

. Bila

' secara bulat.
+5

Volt

agar

' " dari PEROM. Jika dihubungkan

,/ maka mikrokontroler akan mengeksekusi program

' ". PIN

PSEN dan ALE/PROG tidak digunakan.
0 ' 3 dikonfigurasikan sebagai komunikasi

' " secara asinkron dengan

komputer. Pin P3.0, yaitu kaki RxD digunakan sebagai saluran untuk menerima
data dari komputer terhubung dengan kaki R2 out RS232, sedangkan pada kaki
P3.1 yaitu kaki TxD yang digunakan sebagai jalur mengirimkan data ke komputer
terhubung dengan kaki T2IN

pada RS232. Pin kontrol untuk ADC 0804

dihubungkan dengan kaki pada * ' 2.
*

'

!

' +

Pemrograman mikrokontroler digunakan untuk membaca data dari ADC.
Data dari ADC berupa data paralel yang kemudian diolah menjadi data
dikirimkan ke '

' " dan

& ' untuk selanjutnya ditransmisikan.

Adapun program yang digunakan mikrokontroler AT89S52 dalam
mengubah data paralel menjadi data serial terdiri dari beberapa langkah yaitu :

43

interupsi serial, baca ADC, pengiriman data serial, seperti yang ditunjukkan
gambar 3.10

& *,

*2 -*- +/ , 8+
&(, *28+
* +

, 9+ * *
, 9+& :*2+

% 0*
% 0*
0*+

0*+ (, - +&(, *2+
& + , 9+ * *+;

(, - +&(, *2+
, 9+ * *+;