Perancangan Palang Pintu Otomatis Rel Kereta Api Berbasis Mikrokontroler AT89S51 Menggunakan Bahasa Assembly

BAB II
LANDASAN TEORI

2.1 Sinar Inframerah

Infra merah (infra red) ialah sinar elektromagnet yang panjang
gelombangnya lebih dari pada cahaya nampak yaitu di antara 700 nm dan 1 mm.
Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan
dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada
spectrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang
cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan
tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih
terasa/dideteksi.

Infra merah dapat dibedakan menjadi tiga daerah yakni:
• Infra Merah dekat ………………………..0.75 – 1.5 µm
• Infra Merah pertengahan ..………………1.50 – 10 µm
• Infra Merah jauh …………………………10 – 100 µm

Contoh aplikasi sederhana untuk far infra red adalah terdapat pada alat alat kesehatan. Sedangkan untuk mid infra red ada pada alat ini untuk sensor
alarm biasa, sedangkan near infra red digunakan untuk pencitraan pandangan

malam seperti pada nightscoop. Penggunaan infra merah sebagai media transmisi
data mulai diaplikasikan pada berbagai perlatan seperti televisi, handphone

Universitas Sumatera Utara

sampai pada transfer data pada PC. Media infra merah ini dapat digunakan baik
untuk kontrol aplikasi lain maupun transmisi data.

Sifat-sifat cahaya infra merah:
1. tidak tampak secara kasat mata oleh manusia
2. tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
3. dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas

Komunikasi inframerah dilakukan dengan menggunakan dioda infra
merah sebagai pemancar dan modul penerima infra merah sebagai penerimanya.
Untuk jarak yang cukup jauh, kurang lebih tiga sampai lima meter, pancaran data
infra merah harus dimodulasikan terlebih dahulu untuk menghindari kerusakkan
data akibat noise.
Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan
rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan

kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian
daerah panjang gelombang, sinar inframerah dibagi dalam 3 daerah, yaitu:

1. Daerah inframerah dekat dengan panjang gelombang 0,75 mikrometer
2,5 mikrometer
2. Daerah inframerah pertengahan dengan panjang gelombang 2,5
mikrometer – 50 mikrometer.
3. Daerah inframerah jauh dengan panjang gelombang 50 mikrometer – 1000
mikrometer.

Universitas Sumatera Utara

Spektrum sinar matahari terdiri dari sinar tampak dan sinar tidak tampak.
Dimana sinar tampak meliputi: merah, orange, kuning, hijau, biru, dan ungu.
Sinar yang tidak tampak antara lain: sinar ultraviolet, sinar X, sinar gamma, sinar
kosmik, microwave, gelombang listrik dan sinar inframerah. Gelombang
elektromagnetik diantara sinar tampak dan sinar microwave dinamakan sinar
inframerah, dengan karakteristik adalah tidak kasat mata atau tidak terlihat,
bersifat linier atau menyebar, refraktif atau dapat dipantulkan dan dapat diserap
oleh beberapa obyek.

Di bawah ini terdapat gambar berdasarkan pembagian panjang gelombang, yaitu:

Gambar 2.1 Karakteristik Spektrum Elektromagnetik

Universitas Sumatera Utara

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah
panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer inframerah adalah
pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 μm – 50
μm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm.

2.2 IC Regulator 7805
Sebuah rangkaian elektronik tidak dapat bekerja tanpa Power Supply
(sumber tegangan). Power supply tersebut dapat berupa sumber tegangan AC
atau sumber tegangan DC. Tegangan AC adalah tegangan bolak - balik
(Alternate Current) seperti

tegangan

listrik

yang

berasal

dari PLN atau

tegangan output dari sebuah transformator. Tegangan DC adalah tegangan
searah (Direct Current) seperti tegangan yang berasal dari sebuah accu,
battery, atau adaptor.

Sumber tegangan untuk sebuah rangkaian elektronika harus stabil dengan
daya yang harus disesuaikan kebutuhan. Contoh, sebuah IC TTL (Transitor
Transistor Logic) membutuhkan tegangan

DC

stabil 5 Volt, IC CMOS

membutuhkan tegangan DC stabil 12 Volt, Z80 membutuhkan tegangan DC stabil
5 Volt, dan sebagainya.
Sumber tegangan AC dapat diperoleh di antaranya dari:

1. Listrik PLN yang telah diturunkan dengan trafo step-down
2. Motor Generator
3. Turbin Angin

Universitas Sumatera Utara

Sumber tegangan DC dapat diperoleh di antaranya dari:

1. Battery (Accu)
2. Adaptor atau power supply dengan sumber awal dari PLN yang telah
diturunkan oleh trafo dan disearahkan oleh dioda
3. Solar Cell (tenaga surya)

Salah satu metode agar dapat menghasilkan tegangan output DC stabil
adalah dengan

menggunakan

IC 78XX

untuk

tegangan

positif dan IC

79XX untuk tegangan negatif dalam sistem regulator tegangan.Di bawah ini
adalah besarnya tegangan output yang dapat dihasilkan IC regulator 78XX dan
79XX dimana XX adalah angka yang menunjukan besar tegangan output stabil.

1. IC 7805 untuk menstabilkan tegangan DC

+5 Volt

2. IC 7809 untuk menstabilkan tegangan DC

+9 Volt

3. IC 7812 untuk menstabilkan tegangan DC +12 Volt
4. IC 7824 untuk menstabilkan tegangan DC +24 Volt
5. IC 7905 untuk menstabilkan tegangan DC

-5 Volt

6. IC 7909 untuk menstabilkan tegangan DC

-9 Volt

7. IC 7912 untuk menstabilkan tegangan DC

-12 Volt

8. IC 7924 untuk menstabilkan tegangan DC

-24 Volt

Berikut adalah skema elektronik regulator tegangan menggunakan IC 78XX dan
IC 79XX.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2 Skema Elektronik Rangkaian Catu daya IC 78XX

2.3 Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroller merupakan suatu komponen elektronika yang seluruh atau
sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut
dengan single chip mikrokomputer. Mikrokontroller biasanya dikelompokkan
dalam satu keluarga, masing-masing mikrokontroller mempunyai spesifikasi
tersendiri namun masih kompatibel dalam pemrogramannya.

Kelebihan

mikrokontroller

AT89S51

dibandingkan

dengan

mikrokontroller AT89Cxx adalah sebagai berikut:
1. AT89S51 memiliki fitur baru yaitu ISP (In System Programming) yang tidak
dimiliki oleh AT89Cxx. Fitur ISP ini memungkinkan kita untuk bisa
melakukan proses download program langsung ke IC mikrokontroller tanpa
harus mengeluarkannya dari board sistem. Hal ini terasa lebih menguntungkan

Universitas Sumatera Utara

karena pada AT89Cxx proses download hanya bisa dilakukan menggunakan
downloader board khusus yang terpisah dari board sistem kita, sehingga cukup
merepotkan dan membutuhkan development time yang lebih lama (time
consuming).
2. AT89S51 memiliki watchdog timer. Watchdog timer adalah fasilitas yang
digunakan untuk mengatasi kondisi dimana terjadi kemacetan program akibat
kesalahan software. Boleh dikata untuk mengatasi problem semacam hang up

pada PC. Watchdog timer ini bekerja seperti counter, yaitu akan mencacah naik
setiap clock osilator. Apabila telah mencapai maksismum (terjadi overflow)
maka akan menyebabkan program reset. Sehingga dengan memasukkan
subrutin tertentu kita bisa memanfaatkan overflow watchdog timer ini untuk
mengatasi kondisi hang.
3. AT89S51 memiliki dual data-pointer (2 buah data pointer). Dengan adanya
dual data-pointer maka kita bisa mengalamati data baik dari/ke internal
maupun eksternal memory dengan lebih cepat dan flexsibel.

Universitas Sumatera Utara

2.3.1 Arsitektur Microcontroller AT89S51

Gambar 2.3 Arsitektur Internal Mikrokontroler AT89S51

Universitas Sumatera Utara

Mikrokontroller AT89S51 merupakan mikrokontroller yang diproduksi
oleh Atmel dengan memori Flash sebesar 4 Kbyte “Erasable and Programable
Read Only Memory” (EPROM) berteknologi non-volatile (data memori tidak

akan hilang saat tegangan catu daya dimatikan) isi memori tersebut dapat
diprogram dan dihapus berkali-kali. Mikrokontroller AT89S51 mempunyai
memori

dengan

berstandar

code

MCS-51,

sehingga

memungkinkan

mikrokontroller ini untuk bekerja dalam mode single chip operation (mode
operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory (memori luar)
untuk menyimpan source code tersebut. MCS-51 merupakan keluarga
mikrokontroller 8 bit.
Mikrokontroller AT89S51 terdiri dari sebuah Central Processing Unit
(CPU), 2 jenis memori yaitu memori data (RAM) dan memori program (ROM),
port input/output dengan programmable pin secara independen, dan register mode,
status, internal timer dan counter, serial communication dan serta logika random
yang diperlukan oleh berbagai fungsi peripheral.
Mikrokontroller AT89S51 termasuk salah satu jenis mikrokontroller
keluarga MCS-51 yang dalam standar DIP (Dual Inline Package) 40 pin yang
mempunyai

konfigurasi

tersendiri.

Mikrokontroller

AT89S51

memiliki

konfigurasi sebagai berikut:
1.

Sebuah Central Processing Unit (CPU) 8 bit.

2.

Program Counter (PC) dan data pointer (DPTR) 16 bit.

3.

Program Status Word (PSW) 8 bit.

4.

Stack Pointer (SP) 8 bit.

5.

ROM internal 4 Kbyte (on chip).

Universitas Sumatera Utara

6.

RAM internal 128 byte (on chip) terdiri dari:
a.

4 register bank masing-masing 8 register.

b.

16 byte yang dapat dialamati pada bit level.

c.

80 byte data memori general purpose.

d.

Empat buah programmable port, masing-masing terdiri dari 8
buah jalur input/output (I/O).

e.

Dua buah timer/counter 16 byte.

f.

Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter).

g.

Lima buah jalur interrupt (2 buah jalur eksternal dan 3 buah jalur
internal).

7.

Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian dan operasi
boolean. Kecepatan pelaksanaan instruksi/siklus µs pada frekuensi
clock 12 Mhz. 8 bit Program Counter (PC) dan Data Pointer (DPTR).

Universitas Sumatera Utara

2.3.2 Konfigurasi AT89S51

Konfigurasi mikrokontroller AT89S51 digolongkan menjadi pin-pin
sumber tegangan, pin isolator, pin kontrol, pin input/output untuk proses interupsi
luar.

Gambar 2.3.1 Konfigurasi Mikrokontroler AT89S51

Berikut

ini

adalah

penjelasan

fungsi

dari

masing-masing

pin

mikrokontroller AT89S51:
1. Pin 1 sampai 8 (Port 1)
Merupakan port masukan dan keluaran dua arah berjumlah 8 bit dengan
rangkaian pull-up internal dan dapat juga berfungsi sebagai input

Universitas Sumatera Utara

dengan memberikan logika 1. Pada port ini terdapat pin MISO, MOSI
dan SCK yang digunakan saat pemrograman dan verifikasi data.

2. Pin 9 (Reset)
Pin ini merupakan masukan Reset (RST). Logika tinggi yang dikenakan
pada pin ini selama dua siklus mesin akan membuat mikrokontroller
menjalankan rutin reset.
3. Pin 10 sampai 17 (Port 3)
Merupakan saluran I/O 8 bit dua arah dengan internal pull-up yang
memiliki fungsi khusus. Bila fungsi pengganti tidak difungsikan, port ini
dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serba guna.
4. Pin 18 (XTAL 2)
Merupakan keluaran dari oscillator internal.
5. Pin 19 (XTAL 1)
Merupakan masukan ke rangkaian oscillator internal.
6. Oscillator
Oscillator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan XTAL yang
dihubungkan pada pin 18 dan pin 19. Diperlukan kapasitor penstabil
sebesar 30 pF. Besar nilai XTAL sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1
adalah input ke pembalikan penguat oscillator (inverting oscillator
amplifier) dan input ke clock internal pengoperasian rangkaian.
Sedangkan XTAL2 adalah output dari pembalikan penguat oscillator.
7. Pin 20 (Ground)
Pin ini dihubungkan ke ground dari rangkaian.

Universitas Sumatera Utara

8. Pin 21 sampai 28 (port 2)
Merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah biasa atau dapat berfungsi
sebagai saluran alamat tinggi (A15-18) pada saat mengakses memori
eksternal.
9. Pin 29 Program Store Enable
Merupakan sinyal baca untuk memori program eksternal. Pada saat
AT89S51 menjalankan program dari memori program eksternal,
diaktifkan dua kali setiap siklus mesin, kecuali pada saat dua aktivasi
dilompati selama tiap akses data memori eksternal.
10. Pin 30 Address Latch Enable
Merupakan sebuah pulsa keluaran untuk menahan bit alamat rendah
(A0-A7) pada saat mengakses memori eksternal. Pin ini juga berfungsi
sebagai pulsa input pemrograman (PROG) selama proses pemograman.
11. Pin 31 Eksternal Access Enable
Digunakan untuk menentukan memori yang digunakan oleh MCS-51
memori program internal atau eksternal. Di catu high jika menggunakan
memori program internal dan low jika menggunakan memori program
eksternal.
12. Pin 32 sampai 39 (Port 0)
Merupakan port I/O 8 bit dua arah. Port ini sebagai bus alamat rendah
(A0-A7) dan bus data (D0-D7).
13. Pin 40 (VCC)
Merupakan masukan bagi catu daya positif sebesar 5 volt, dengan
toleransi kurang lebih sebesar 10%.

Universitas Sumatera Utara

2.4 Kapasitor

Kapasitor

adalah

komponen

elektronika

yang

dapat

menyimpan

energi/muatan listrik .Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal
yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum
dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat
metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada
salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan
negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat
mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa
menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang
nonkonduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada
ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat
terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Dielektrik

Elektroda

Elektroda

Gambar 2.4 Skema Kapasitor

Kapasitor

merupakan

komponen

pasif

elektronika yang sering

dipakai di dalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok

Universitas Sumatera Utara

arus DC filter, dan penyimpan energi listrik. Diadalamnya 2 buah pelat
elektroda

yang saling berhadapan

dan dipisahkan

oleh sebuah insulator.

sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik.

Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan
pada tiap elektrodanya. Selama Kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir.
Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan
tiap – tiap kapasitor adalah dielektriknya.
Berikut ini adalah jenis jenis kapasitor:

2.4.1 Electrolytic Capacitor (ELCO)

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang
bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya.
Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses
pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif anoda
dan kutub negatif katoda.
Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium,
magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat
dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan
oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan
emas. Elektroda metal yang dicelup ke dalam larutan elektrolit (sodium borate)
lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif

Universitas Sumatera Utara

(katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi permukaan
plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan
Aluminium-oksida (Al O ) pada permukaannya.
2

3

Gambar 2.4.1

2.4.2

Kapasitor Elco

Ceramic Capasitor

Kapasitor

menggunakan

bahan

titanium

acid

barium

untuk

dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat
digunakan pada rangkaian
melewatkan

frekuensi

sinyal frekuensi tinggi menuju ground.

baik digunakan untuk rangkaian
sinyal. Jenis

tinggi. Biasanya

ini

Kapasitor

analog, karena dapat

tidak mempunyai polaritas

dan

digunakan
ini

mengubah

untuk
tidak
bentuk

hanya tersedia dengan

nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kapasitor diatas.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4.2 Ceramic Capacitor

2.4.3

Nilai Kapasitor

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka
atau kode

yang tertera pada badan kapsitor tersebut. Untuk kapasitor jenis

elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas
pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain
nilainya dikodekan.
Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit,dimana 3 digit pertama merupakan
angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3
digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10 dan nilai
selanjutnya , nilai selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah :

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.4 Nilai Kapasitor

Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis

kode 474J, berarti nilai

kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0,47µF sedangkan toleransinya
yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF
(Pico Farad).

2.5

Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya
memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat
bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin)
dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab

Universitas Sumatera Utara

diperkirakan bahwa motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di
industri.

Motor dc memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut
stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan
magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap
setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari
arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai
nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik
arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor
paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di
antara kutub-kutub magnet permanen.

Gambar 2.5 Motor DC

Universitas Sumatera Utara

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh
komutator,dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu
lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan
untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Penghantar yang mengalirkan arus ditempatkan tegak lurus pada medan
magnet, cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan. Besarnya gaya yang
didesakkan untuk menggerakkan berubah sebanding dengan kekuatan medan
magnet, besarnya arus yang mengalir pada penghantar, dan panjang penghantar.
Untuk menentukan arah gerakan penghantar yang mengalirkan arus pada medan
magnet, digunakan hukum tangan kanan motor. Ibu jari dan dua jari yang pertama
dari tangan kanan disusun sehingga saling tegak lurus satu sama lain dengan
menunjukkan arah garis gaya magnet dari medan, dan jari tengah menunjukkan
arah arus yang mengalir (min ke plus) pada penghantar. Ibu jari akan
menunjukkan arah gerakan penghantar, seperti diperlihatkan pada gambar 2.5.1.
Gambar tersebut menggambarkan bagaimana torsi motor dihasilkan oleh
kumparan yang membawa arus atau loop pada kawat yang ditempatkan pada
medan magnet. Interaksi pada medan magnet menyebabkan pembengkokan garis
gaya. Apabila garis cenderung lurus keluar, pembengkokan tersebut menyebabkan
loop mengalami gerak putaran. Penghantar sebelah kiri ditekan ke bawah dan
penghantar sebelah kanan ditekan keatas, menyebabkan putaran jangkar
berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5.1 Prinsip Motor dc

Motor dan generator arus searah dibuat dengan cara yang sama sehingga
mesin dc dapat bekerja baik sebagai motor maupun sebagai generator. Motor dc
magnet permanen adalah motor yang fluks magnet utamanya dihasilkan oleh
magnet permanen. Elektromagnetik digunakan untuk medan sekunder atau fluks
jangkar.Gambar 2.5.2 menggambarkan operasi motor magnet permanen. Arus
mengalir melalui kumparan jangkar dari sumber tegangan dc, menyebabkan
jangkar beraksi sebagai magnet. Kutub jangkar ditarik kutub medan dari polaritas
yang berbeda, menyebabkan jangkar berputar. Apabila kutub jangkar segaris
dengan kutub medan, sikat-sikat ada pada celah di komutator dan tidak ada arus
mengalir pada jangkar. Jadi gaya tarik atau gaya tolak magnet berhenti. Kemudian
kelembaman membawa jangkar melewati titik netral. Komutator membalik arus
jangkar ketika kutub yang tidak sama dari jangkar dan medan berhadapan satu
sama lain, sehingga membalik polaritas medan jangkar. Kutub-kutub yang sama

Universitas Sumatera Utara

dari jangkar dan medan kemudian saling menolak menyebabkan jangkar berputar
terus-menerus.

Gambar 2.5.2 Operasi Motor dc Magnet Permanen

Arah putaran motor dc magnet permanen ditentukan oleh arah arus yang
mengalir pada jangkar. Pembalikan ujung-ujung jangkar tidak membalik
arahputaran. Salah satu keistimewaan motor dc ini adalah kecepatannya dapat
dikontrol dengan mudah. Kecepatan motor magnet permanen berbanding
langsung dengan harga tegangan yang diberikan pada jangkar. Semakin besar
tegangan jangkar, semakin tinggi kecepatan motor.
Motor dc umum yang menggunakan sikat (brush), yang menggunakan
lilitan pada rotor dan menggunkan magnet tetap pada sisi stator, pada dasarnya

Universitas Sumatera Utara

dapat dianggap sebagai suatu beban yang dapat dihubungkan langsung ke
rangkaian switching arus DC. Oleh karena itu, pemilihan yang tepat cukup
diperoleh dengan memperhatikan besar kebutuhan arus untuk memutar motor DC
secara nominal. Lilitan pada motor DC dapat diidentikkan dengan lilitan pada
kumparan relay sehingga rangkaian drivernya relative sama. Tujuan motor DC
adalah untuk menghasilkan gaya yang menggerakkan (torsi). pada beberapa kasus
sering diperlukan arah putaran motor DC yang berubah-ubah. Prinsip dasar untuk
mengubah arah perputarannya adalah dengan membalik polaritas pada catudaya
tegangannya.

2.6 Transistor
Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah
terminal terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan akan
dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang
lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda
yang senama. Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah
dioda sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan

mentah

yang digunakan

untuk menghasilkan bahan N dan Bahan P adalah silicon dan germanium.
Oleh karena itu, dikatakan :
1.

Transistor Germanium PNP

2.

Transistor Silikon NPN

3.

Transistor Silikon PNP

Universitas Sumatera Utara

4.

Transistor Germanium NPN

Semua komponen didalam

rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah

yang terdapat didalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor.

Gambar 2.6 Simbol Tipe Transistor

Keterangan :
C = Kolektor
E = Emitor
B = Basis

Didalam pemakaiannya, transistor dipakai sebagai komponen saklar
(switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah
penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor.

Universitas Sumatera Utara

Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emitor
secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emitor terhubung langsung
(short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emitor (VCE) = 0 volt
pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0,3 volt.
Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam
keadaaan on

Gambar 2.6.1 Transistor Sebagai Saklar ON

Pada daerah penyumbatan, nilai resistansi persambungan kolektor emitor
secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emitor terbuka
(open). Keadaan ini menyebabkan tegangan (Vcb) sama dengan tegangan sumber
(Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena
terdapat arus bocor dari kolektor ke emitor. Dengan menganalogikan transistor

Universitas Sumatera Utara

sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti pada gambar dibawah
ini :

Gambar 2.6.2 Transistor Sebagai Saklar OFF

2.7 IC Jembatan H l293D
L293D adalah sebuah Integrated

Circuit (IC) merupakan IC yang

Berdasarkan jembatan- H. L293D terdiri dari 4 channel (kanal) yang dirancang
untuk menerima DTL (Diode Transistor Logic) standar atau tingkat logika TTL
(Transistor Transistor Logic) dan pengendali beban induktif pada solenoides,
relai, motor DC, motor stepper dan lain-lain.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Konfigurasi Pin L293D

L293D mampu melayani 4 buah beban dengan arus nominal 600 mA hingga
maksimum 1,2 A. Vs pada pin 8 merupakan masukan sumber tegangan untuk
beban, sedangkan Vss pada pin 16 merupakan sumber masukan tegangan untuk
L293D. L293D terdiri

dari dua

pasang jembatan-H yang masing - masing

dikendalikan oleh pin enable 1 dan enable 2. Pin enable berfungsi untuk
mengontrol keluaran.

2.8 Resistor
Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi
arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resitor dibagi menjadi 2
yaitu : Fixed Resistor dan Variable Resistor pada umumnya terbuat dari carbon

Universitas Sumatera Utara

film atau metal film tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material
yang lain.
Pada dasarnya semua bahan memliki sifat resistif namun beberapa bahan
tembaga perak dan emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang
sangat kecil. Bahan bahan tersebut menghantar

arus listrik dengan baik,

sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan
bahan material seperti karet ,gelas, karbon memilki resistansi yang lebih besar
menahan aliran elektron dan disebut sebagai isolator.

2.8.1

Fixed Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk
membatasi
dengan

jumlah

arus

yang

mengalir

dalam suatu rangkaian. Sesuai

namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan

karbon.
Tipe resistor yang umum berbentuk gelang kode warna untuk
memudahkan pemakai mengenali besar resistansi

tanpa mengukur besarnya

dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang
dikeluarkan oleh ELA (Electronic Industries Association)

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.8 Resistor karbon
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan kearah gelang
toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi
ini berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang
lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikir ke dalam.
dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari
resistor tersebut. Jika anda telah bisa menentukan

mana

gelang

pertama

selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.

Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki gelang
(tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2%
(toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang
pertama dan seterusnya berturut turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang
terakhir adalah faktor pengalinya.

Universitas Sumatera Utara

2.8.2

Variable Resistor
Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama

dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan
mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll.
Sedangkan yang kedua adalah semi fixed resistor. Nilai dari resistor ini
biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh penggunaan dari semi
fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine
tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai variable resistor, yang
sering digunakan adalah dengan cara memutar. Pengubahan nilai dengan cara
memutar biasanya terbatas sampai 300 derajat putaran. Ada beberapa model
variable resistor yang harus diputar

berkali – kali

untuk

mendapatkan

semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau “Trimmer
Potentiometers” .
Penggunaan alat bantu potensiometer banyak digunakan sebagai kontrol
pengguna, dan dapat mengontrol berbagai fungsi yang sangat luas peralatannya.
tetapi meluasnya dalam penggunaan potensiometer pada barang elektronik
konsumen telah menurun pada 1990 an, dengan adanya kontrol digital yang
sekarang lebih umum digunakan.
Namun mereka tetap dalam banyak aplikasi, seperti kontrol volume dan
sebagai sensor posisi salah satu aplikasi yang penggunaanya paling umum untuk
potensiometer rendah daya modern adalah sebagai alat kontrol audio. Kedua
potensiometer linier (juga dikenal sebagai "fader") dan potensiometer putar
(biasanya disebut tombol-tombol) secara teratur digunakan untuk mengatur

Universitas Sumatera Utara

kenyaringan, redaman frekuensi dan karakteristik lain dari sinyal audio dalam
audio control. The 'pot log' potensiometer juga digunakan sebagai kontrol volume
di amplifier audio, di mana ia juga disebut "lancip pot audio", karena respon
amplitudo dari telinga manusia juga logaritma. Memastikan bahwa, pada kontrol
volume ditandai 0 hingga 10, misalnya, pengaturan dari 5 suara setengah keras
sebagai pengaturan 10. Ada juga sebuah pot anti-log atau lancip audio sebaliknya
yang hanya kebalikan dari potensiometer logaritmik. Hal ini hampir selalu
digunakan dalam konfigurasi mengeroyok dengan potensiometer logaritmik,
misalnya, dalam kontrol keseimbangan audio.
Adapun fungsi potensiometer sebagai kontrol nada atau equalizer dalam
penggunaan

kombinasi

dan

jaringan

filter,

sebelumnya

untuk

televisi

dipergunakan untuk mengontrol kecerahan gambar, kontras, dan respon warna.
Sebuah potensiometer sering digunakan untuk mengatur "menahan vertikal", yang
mempengaruhi sinkronisasi antara menyapu sirkuit internal penerima (kadangkadang multivibrator).
Potensiometer juga sangat banyak digunakan sebagai bagian dari
transduser perpindahan karena kesederhanaan konstruksi dan karena mereka dapat
memberikan sinyal keluaran yang besar. untuk komputasi Dalam komputer
analog, potensiometer presisi tinggi digunakan untuk skala hasil antara oleh faktor
konstan yang diinginkan, atau untuk mengatur kondisi awal untuk perhitungan.
Sebuah potensiometer bermotor dapat digunakan sebagai generator fungsi,
menggunakan kartu perlawanan non-linear untuk memasok aproksimasi untuk
fungsi trigonometri. Sebagai contoh, putaran poros mungkin mewakili sudut, dan
rasio pembagian tegangan dapat dibuat sebanding dengan cosinus sudut.

Universitas Sumatera Utara

2.9

Dioda
Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua

kaki/kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi
konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di sambungkan.
Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe
N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang
berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya
barier.Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan positif sebesar 0.7 volt
yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana
dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik.
Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu
jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan positif dan kutub katoda kita
hubungkan dengan tegangan negatif (kita beri bias maju dengan tegangan yang
lebih besar dari 0.7 volt) maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda
(bersifat konduktor). Jika polaritasnya kita balik (kita beri bias mundur) maka arus
yang mengalir hampir nol atau dioda akan bersifat sebagai isulator.
Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju
dan bekerja sebagai isulator pada bias mundur, maka dioda sering digunakan
sebagai penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah
pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dsb.

Universitas Sumatera Utara

2.9.1 Karakteristik Dioda
Sifat umum diode adalah hanya dapat menghantarkan arus listrik ke satu
arah saja. Oleh karena itu bila pemasangan dioda terbalik maka dioda tidak
akan dapat menghantarkan arus listrik. Prinsip ini biasanya digunakan sebagai
pengaman alat untuk menunjukkan benar atau salah penyambungan catu daya.
Dioda memiliki dua elektroda (kaki), yaitu anoda dan katoda.Kaki – kaki
ini tidak boleh terbalik pemasangannya. Kaki katoda biasanya dekat dengan tanda
cincin sedangkan kaki yang jauh dari tanda cincin berarti kaki anoda. Jika P
(anoda) diberi tegangan positif dan N ( katoda) diberi tegangan negatif maka
pemberian tegangan ini disebut bias maju (biased forward), seperti yang
diperlihatkan pada gambar a. sebaliknya, bila diberi tegangan yang terbalik
yaitu P (anoda) diberi tegangan ini disebut bias mundur (biased reverse). Pada
keadaan ini,arus yang mengalir dalam dioda sangat kecil sehingga dapat
diabaikan.
P
A

+

a.

N
K

-

Bias Maju (Biased Forward)

Universitas Sumatera Utara

P

N

A

K

= 0
-

b. Bias

+

Mundur (Biased Forward)

Gambar 2.9 Sifat Dioda Bias Maju dan Bias Mundur

Pada saat diberi bias forward, dioda dapat dialiri arus dengan resistansi
yang cukup kecil,yang dikenal dengan nama resistansi maju (forward).Sebaliknya
jika dioda diberi bias reverse, maka arus listrik akan mengalami resistansi yang
amat sangat besar dan disebut resistansi reverse. Dioda dapat dianggap

suatu

voltage sensitive electronic switch, dimana dioda akan menutup atau dalam
kondisi on jika anoda lebih positif dari katoda dan akan terbuka jika kondisi
sebaliknya. Macam – macam dioda yang harus diketahui adalah :
1.

Dioda Penyearah (Rectifier)

2.

Dioda Zener

3.

Dioda Cahaya (LED-Light Emiting Diode)

Universitas Sumatera Utara

2.9.2 Dioda Penyearah (Rectifier)
Dioda ini biasanya digunakan pada power supply, namun digunakan juga pada
rangkaian radio sebagai detector, dan lain lain. Prinsip kerja dari dioda penyearah
adalah sebagai berikut :

Gmabr 2.9.1

Dioda Penyearah Yang Diberi Arus Bolak Balik (AC)

Arus AC yang mendorong electron keatas melalui resistor, saat
melewati dioda hanya ½ periode positif dari tegangan input yang akan
memberikan biased forward pada dioda, sehingga dioda akan mengantarkan
selama ½ periode positf. Tetapi untuk ½ periode negatif , dioda dibias reverse
dan terjadilah penyumbatan karena kecil sekali arus yang dapat mengalir.
dengan demikian arus AC telah disearahkan oleh dioda ini menjadi arus yang
searah (DC).

2.9.3 Dioda Zener
Dioda zener merupakan dioda yang banyak sekali digunakan setelah
dioda penyearah. Lambang dari dioda zener dapat dilihat pada gambar.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9.2 Simbol Dioda Zener

2.9.4

Dioda Cahaya (LED = Light Emiting Diode)
LED

merupakan

salah satu jenis dioda yang

mengubah energi,

perpindahan elektron-elektron yang jatuh dari pita konduksi ke pita valensi
menjadi cahaya berwarna warni, cahaya yang dipancarkan ini dikarenakan jenis
bahan

yang digunakan berbeda beda. Bahan bahannya anatara lain gallium,

arsen, dan fosfor. Penggunaan LED biasanya berhubungan dengan segala hal
yang dilihat oleh manusia, seperti untuk mesin hitung,jam digital, dan lain lain.

Gambar 2.9.3 Simbol Dioda Cahaya (LED)

Universitas Sumatera Utara

3.0

Bahasa Assembly MCS - 51
Secara fisik, kerja dari sebuah mikrokontroler dapat dijelaskan

sebagai siklus pembacaan instruksi yang tersimpan di
Mikrokontroler menentukan
dan melakukan proses
interprestasikan

data

di memori. Data yang

instruksi.

Alamat

mikrokontroler di register, yang dikenal sebagai
ini

misalnya

program

instruksi

program

dibaca
disimpan

counter.

pemrograman tingkat atas
siap

pakai.

(high

level language programming)

konstan dan

oleh

Instruksi

bahasa
semuanya

Penulis program assembly harus menentukan segalanya,

menentukan letak program yang ditulisnya dalam memori-program,
data

di

aritmatika yang melibatkan 2 register. Sarana yang

ada dalam program assembly sangat minim, tidak seperti dalam

sudah

memori.

alamat dari memori program yang akan dibaca,

baca

sebagai

dalam

membuat

tablel konstan dalam memori-program, membuat variabel

yang dipakai kerja dalam memori – data dan lain sebagainya.

3.1 Program sumber assembly
Program – sumber assembly (assembly source program) merupakan
kumpulan dari baris-baris perintah yang ditulis dengan program penyunting teks
(text editor) sederhana, misalnya program EDIT.COM dalam DOS, atau program
NOTEPAD dalam Windows atau MIDE-51. Kumpulan baris perintah tersebut
biasanya disimpan ke dalam file dengan nama ekstensi. ASM dan lain
sebagainya, tergantung pada program assembler yang akan dipakai untuk
mengolah

program

sumber

assembly

tersebut.

Setiap baris perintah merupakan sebuah perintah yang utuh, artinya sebuah

Universitas Sumatera Utara

perintah tidak mungkin dipecah menjadi lebih dari satu baris. Satu baris perintah
bisa terdiri atas 4 bagian, bagian pertama dikenali sebagai label atau sering juga
disebut sebagai

simbol, bagian kedua dikenali sebagai kode operasi, bagian

ketiga adalah

operand

dan

bagian

terakhir

adalah

komentar.

Antara bagian - bagian tersebut dipisahkan dengan sebuah spasi atau tabulator.

3.2 Bagian label
Label dipakai untuk memberi nama pada sebuah baris-perintah,
agar bisa mudah menyebitnya dalam penulisan program. Label bisa ditulis apa
saja asalkan diawali dengan huruf, biasa panjangnya tidak lebih dari 16 huruf.
Huruf-huruf berikutnya boleh merupakan angka atau tanda titik dan tanda
garis bawah. Kalau sebuah baris perintah tidak memiliki bagian label, maka
bagian ini boleh tidak ditulis namun spasi atau tabulator sebagai pemisah
antara label dan bagian berikutnya mutlak tetap harus ditulis.
Dalam sebuah program sumber bisa terdapat banyak sekali label, tapi tidak
boleh ada label yang kembar.Sering sebuah baris perintah hanya terdiri dari
bagian label saja, baris demikian itu memang tidak bisa dikatakan sebagai barisperintah yang sesungguhnya, tapi hanya sekedar member nama pada baris
bersangkutan. Bagian label sering disebut juga sebagai bagian symbol, hal ini
terjadi kalau label tersebut tidak dipakai untuk menandai bagian program,
melainkan dipakai untuk menandai bagian data.

Universitas Sumatera Utara

3.2 Bagian kode operasi
Kode operasi (operation code atau sering disingkat sebagai OpCode)
merupakan bagian perintah yang harus dikerjakan. Dalam hal ini dikenal dua
macam kode operasi, yang pertama adalah kode operasi untuk mengatur kerja
mikroprosesor / mikrokontroler. Jenis kedua dipakai untuk mengatur kerja
program assembler, sering dinamakan sebagai assembler directive.
Kode operasi ditulis dalam bentuk mnemonic, yakni bentuk singkatansingkatan yang relatip mudah di ingat, misalnya adalah MOV, ACALL, RET
dan lain

sebagainya. Kode

operasi

pembuat mikroprosesor / mikrokontroler,

ini

ditentukan

dengan

demikian

oleh

pabrik

setiap prosesor

mempunyai kode operasi yang berlainan.
Kode operasi berbentuk mnemonic tidak

dikenal mikroprosesor

mikrokontroler, agar program yang ditulis dengan kode mnemonic bisa
dipakai untuk mengendalikan prosesor, program semacam itu diterjemahkan
menjadi program yang dibentuk dari kode

operasi kode

biner,

yang

dikenali oleh mikroprosesor/mikrokontroler.
Tugas penerjemahan tersebut dilakukan oleh program yang dinamakan
sebagai Program Assembler. Di luar kode operasi yang ditentukan pabrik
pembuat mikroprosesor / mikrokontroler, ada pula kode operasi untuk mengatur
kerja dari program assembler, misalnya dipakai untuk menentukan letak program
dalam memori (ORG), dipakai untuk membentuk variabel (DS), membentuk tabel
dan data konstan (DB, DW) dan lain sebagainya.

Universitas Sumatera Utara

3.4 Bagian operand
Operand

merupakan

pelengkap

bagian kode operasi, namun tidak

semua kode operasi memerlukan operand, dengan demikian bisa terjadi sebuah
baris perintah hanya terdiri dari kode operasi tanpa operand. Sebaliknya ada
pula kode operasi yang perlu lebih dari satu operand, dalam hal ini antara operand
satu dengan yang lain dipisahkan dengan tanda koma.
Bentuk operand sangat bervariasi, bisa berupa kode-kode yang dipakai
untuk menyatakan register dalam prosesor, bisa berupa nomor memori (alamat
memori) yang dinyatakan dengan bilangan atau pun nama label, bisa berupa data
yang siap

di operasikan. Semuanya disesuaikan dengan keperluan dari kode

operasi. Untuk membedakan operand yang berupa nomor-memori atau operand
yang berupa data yang siap di operasikan, dipakai tanda-tanda khusus atau cara
penulisan yang berlainan.
Di samping itu operand bisa berupa persamaan matematis sederhana atau
persamaan boolean, dalam hal semacam ini program assembler akan menghitung
nilai dari persamaan – persamaan dalam operand, selanjutnya merubah hasil
perhitungan tersebut ke kode biner yang dimengerti oleh prosessor. Jadi
perhitungan di dalam operand dilakukan oleh program assembler bukan oleh
prosesor.

3.5 Bagian komentar
Bagian

komentar

merupakan catatan - catatan penulis program,

bagian ini meskipun tidak mutlak diperlukan tapi sangat membantu masalah
dokumentasi. Membaca komentar - komentar pada setiap baris perintah,

Universitas Sumatera Utara

dengan mudah bisa dimengerti maksud tujuan baris bersangkutan, hal ini sangat
membantu orang lain yang membaca program. Pemisah bagian komentar
dengan bagian sebelumnya adalah tanda spasi atau tabulator, meskipun demikian
huruf pertama dari komentar kadang berupa tanda titik koma, merupakan tanda
pemisah khusus untuk komentar. Untuk
intensip, kadang sebuah baris yang

keperluan

dokumentasi

merupakan komentar

saja,

yang

dalam hal

ini huruf pertama dari baris bersangkutan adalah tanda titik koma.

3.6 Assembly Listing
Program

sumber assembly di atas, setelah selesai ditulis diserahkan ke

program assembler untuk diterjemahkan. Setiap prosesor mempunyai program
assembler tersendiri, bahkan satu macam prosesor bisa memiliki beberapa
macam program assembler

buatan

pabrik

perangkat

lunak

yang

berlainan. Hasil utama pengolahan program assembler adalah program obyek.
Program obyek ini bisa berupa sebuah file tersendiri, berisikan kode-kode
yang

siap

dikirimkan

ke memori program

mikroprosesor/mikrokontroler,

tapi ada juga program obyek yang disisipkan
assembly

dalam

assembly

listing. Membaca

pada

program

assembly

memberikan gambaran yang lebih jelas bagi program

yang

sumber

Listing

bisa

ditulis,

bagi

pemula assembly listing memberi pengertian yang lebih mendalam tentang isi
memori program,

sehingga bisa lebih dibayangkan bagaimana

kerja

dari

sebuah program.

Universitas Sumatera Utara