TUGAS AKHIR - Akuisisi data pengukuran temperature menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 = Data acquisition of temperature measurement using AT90S8535 AVR microcontroller - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT USING

AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER

(AKUISISI DATA PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)

  Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Disusun oleh:

  

YOHANES MARIANO GONOSAH

NIM : 985114027

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2004

  

TUGAS AKHIR

DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT

USING AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER

(DATA AKUISISI PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)

  

Disusun oleh:

YOHANES MARIANO GONOSAH

NIM : 985114027

  

Telah disetujui Oleh:

Pembimbing

  I Ir. Linggo Sumarno,M.T tanggal ……………………………… Pembimbing

  II Martanto,S.T,M.T tanggal…………………………………

TUGAS AKHIR DATA ACQUISITION OF TEMPERATURE MEASUREMENT USING AT90S8535 AVR MICROCONTROLLER (DATA AKUISISI PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AVR AT90S8535)

  Dipersiapkan dan ditulis oleh YOHANES MARIANO GONOSAH

  NIM : 985114027 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

  Pada tanggal 19 Mei 2004 Dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Panitia Penguji Nama lengkap Tanda Tangan Ketua Ir. Linggo Sumarno, MT. ………………………….

  Sekretaris Martanto, S.T., M.T. …………………………. Anggota Ir. Bambang Sutopo, M.Phil. ………………………….

  Joko Untoro, S.T., M.T. ………………………….

  Yogyakarta, Agustus 2007 Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Dekan Fakultas teknik

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  

Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok,

karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri.

  

Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari

(Matius 6 : 34) Skripsi ini kupersembahkan untuk:

• Yesus Kristus dan Bunda Maria  Yang tercinta Bapak, MAMA, MY BRO TODY DAN SELURUH

  KELUARGA

• YANG TERKASIH ISTRIKU BARBARA NUNUNG IKA TITIANTI

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi 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, 30 April 2004 Penulis

  

ABSTRAK

  Sistem akuisisi data pengukuran temperatur sesungguhnya adalah suatu sistem pengukuran temperatur dengan melakukan penyimpanan data terukur. Penelitian ini menggunakan mikrokontroller AVR AT90S8535 untuk mengukur dan mengumpulkan data temperatur.

  Sistem akuisisi data temperatur terdiri dari beberapa bagian yaitu sensor temperatur LM35, ADC 0804, mikrokontroller AT90S8535, dan penampil HD44780U. Mikrokontroller AT90S8535 merupakan komponen utama sebagai tempat pengolahan data.

  Pengukuran yang dilakukan memanfaatkan sifat linearitas sensor temperatur LM35, dan keluarannya dikondisikan menjadi tegangan yang dapat mewakili tegangan masukan.. Kemudian tegangan ini diubah ke digital oleh ADC. Data digital ini diolah di mikrokontroller dan siap untuk ditampilkan pada penampil HD44780U.

  

ABSTRACT

  Data acquisition of temperature measurement is really a measuring of temperature and stored of temperature measured. In this research, AVR AT90S8535 microcontroller is used to measure and collect a number of temperature data.

  Data acquisition of temperature measurement consist some of part. There are a LM35 temperature sensor , ADC 0804, AT90S8535 microcontroller and a display HD44780U. AT90S8535 microcontroller was the prime component in which data processing were done

  The measurement used linearity of LM35 , which it’s output is conditioned to get a voltage that represent of input voltage. And then this voltage is changed to digital which can be processed by AT90S8535 microcontroller as a data which can be performed on a display HD44780U.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya yang telah menyertai penulis selama penyusunan tugas akhir ini sampai selesai.

  Tugas akhir ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

  Dalam proses penyusunan tugas akhir ini penulis menyadari banyak pihak yang telah memberikan sumbangan baik pikiran, waktu, tenaga, bimbingan dan dorongan kepada penulis sehingga akhirnya tugas akhir ini dapat selesai dengan baik. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

  1. Bapak Ir. Linggo Sumarno, MT., selaku dosen pembimbing I tugas akhir dan Bapak Martanto ST. MT., selaku dosen pembimbing II tugas akhir yang dengan teliti dan sabar telah membimbing dan memberikan masukan yang berharga bagi penulis.

  2. Buat orang tuaku Bapak Fransiskus Ph SAH dan Ibu Irene Bunga yang telah memberikan dorongan, doa dan nasehat – nasehat yang berguna bagi penulis.

  3. Buat Orang tuaku Bapak Mathias Subardjono dan ibu Rosalia Sri Utari atas dorongan semangat dan perhatiannya.

  4. Dosen – dosen teknik elektro atas pendidikan yang telah kau berikan selama penulis belajar disini.

  5. Segenap karyawan – karyawan di sekretariat fakultas teknik atas pelayanan dan informasi yang diberikan.

  6. Laboran teknik elektro (mas Hardi, mas Suryo, mas Sur, mas Mardi) yang telah membantu menyelesaikan tugas akhir ini, terima kasih.

  7. Ka’ Un, my bro Tody dan semua yang telah memberikan kasih dan perhatiannya kepada penulis.

  8. Istriku terkasih Barbara Nunung Ika Titianti untuk semua kasih sayang, perhatian dan kesabaranmu.

  9. Bapak RM. Heru Hidayat Sasongko sekeluarga yang telah memberi perhatian dan bantuannya.

  10. Sahabat - sahabatku di Teknik Elektro 98, dan semua teman Elektro Sanata Dharma. Terima kasih selalu.

  11. Sahabatku di Wisma Wirata, terima kasih atas kebersamaan yang telah kita jalani.

  12. Saudara dan sahabatku semua yang tak dapat kusebut satu persatu yang dengan setia memberi dorongan semangat dan doa.

  Penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala masukan dan saran yang membangun akan diterima dengan senang hati.

  Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

  Jogjakarta, 30 April 2004

  

DAFTAR ISI

Halaman

  HALAMAN JUDUL………………………………………………………….. i HALAMAN PERSETUJUAN ii

  HALAMAN PENGESAHAN iii

  HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN……………………………… iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……………………………………… v

  INTISARI……………………………………………………………………. vi ABSTRACT…………………………………………………………………... vii KATA PENGANTAR………………………………………………………... viii DAFTAR ISI………………………………………………………………….. x DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………. xiii DAFTAR TABEL…………………………………………………………….. xv

BAB I PENDAHULUAN …………………………………………….………

  1 I.1 Latar Belakang Masalah……………………………………..……

  1 I.2 Perumusan Masalah………………………………….……………

  2 I.3 Batasan Masalah………………………………….………….……

  2 I.4 Tujuan Penelitian………………………………………………….

  3 I.5 Manfaat Penelitian……………………………….…………….….

  3 I.6 SistematikaPenulisan………………………………………………

  4

BAB II DASAR TEORI …………………………………………………..….

  6

  2.1 Prinsip dasar system pendukung akuisisi pengukuran temperatur

  7 2.2 Sensor Temperatur………………………………………………..

  8

  2.3 Pengondisi sinyal…………………………………………………

  9

  2.3.1 Penguat tegangan……………………………………………

  10

  2.4 Pengubah analog ke digital ………………………………………

  12 2.4.1 Resolusi ADC………………………………………………..

  14

  2.4.2 Linearitas ADC………………………………………………

  15 2.5 Mikrokontroler AVR AT90S8535………………………………..

  15

  2.5.1 Instruksi pada mikrokontroler AVR AT90SD8535…………

  17 2.5.2 Metode pengalamatam memory …………………………….

  18 2.5.3 Periperal pada mikrokontroler AVR AT90S8535…………...

  19 2.6 Keypad matrik…………………………………………………….

  24 2.7 LCD……………………………………………………………….

  25

  2.8 Karakteristik dasar alat ukur

  26 BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Perancangan perangkat elektronis……………………………….

  37 3.1.1 Sensor temperatur dan pengondisi sinyal…………………….

  37 3.1.2 Pengubah analog ke digital…………………………………..

  39 3.1.3 Unit penampil………………………………………………..

  39

  3.2 Perancangan perangkat lunak

  40

  3.2.1 Algoritma program

  40

  3.2.2 Diagram alir program

  42

  3.3 Pembahasan program

  45

  3.3.1 Program utama

  45

  3.3.2 Program penampilan data

  49

  3.3.3 Program ambil data

  52

  3.3.5 Program menampilkan data di LCD

  53 BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Karakteristik sensor ……………………………………………….

  56

  4.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal……………………………………

  58

  4.3 Hasil Pengukuran…………………………………………………

  59 4.4 Analisis Regresi Linear…………………………………………...

  61 ………………………………………………………….

  BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan………………………………………………….…...

  65 5.2 Saran……………………………………………………………..

  66 DAFTAR PUSTAKA

  LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram blok Akuisisi pengukuran temperatur menggunakan AVR……………………………………………………………………………….

  7 Gambar 2.2 Simbol dan konfigurasi pin – pin LM35…..………………………..

  9 Gambar 2.3 Konfigurasi penguat operasional dasar……………………………..

  10 Gambar 2.4 Rangkaian op-amp non inverting…………………………………...

  11 Gambar 2.5 Diagram blok ADC…………………………………………………

  13 Gambar 2.6 Blok skematik ADC………………………………………………...

  14 Gambar 2.7 Diagram blok AT90S8535……………….…………………………

  17 Gambar 2.8 Konfigurasi pin AT90S8535………..………………………………

  20 Gambar 2.9 Koneksi Osilator………………………………

  23 Gambar 2.10 Keypad matrik…………………….

  24 Gambar 3.1 Diagram blok akuisisi data pengukur temperatur………………

  36 Gambar 3.2 Sensor LM35 dan buffer…………………………………..

  38 Gambar 3.3 Interfacing LCD HD44780………………………………..

  39 Gambar 3.4 Diagram alir program utama………………………………………..

  42 Gambar 3.5 Diagram alir penampilan data…………………..…

  43 Gambar 3.6 Diagram alir pengambilan data …………………………

  43 Gambar 3.7 Diagram alir manipulasi data …………………………………….

  44 Gambar 3.8 Diagram alir tampilan data di LCD ……………………….

  44 Gambar 4.1 Grafik tanggapan rangkaian sensor temperatur……………………..

  57 Gambar 4.2 Grafik tegangan keluaran pengondisi sinyal……………….…..

  59

Gambar 4.3 Grafik perbandingan hasil pengukuran temperatur…………..……..Gambar 4.4 Grafik hasil regresi pengukuran temperatur……………..………….Gambar 4.5 Diagram alir menampilkan data di LCD….………………………...

  61

  63

  34

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil pengukuran tegangan keluaran Sensor……………….

  57 Tabel 4.2 Hasil pengukuran pada rangkaian pengkondisi sinyal…………….

  58 Tabel 4.3 Hasil pengukuran temperatur …………….……………………….

  60 Tabel 4.4 Hasil regresi linier pengukuran temperatur………………………..

  63

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Jika ditanyakan kepada masyarakat umum, bagaimana caranya kita mengetahui besarnya temperatur yang terjadi pada suatu saat, maka mungkin sebagian besar orang akan menjawab bahwa untuk mengetahui besarnya temperatur pada suatu saat harus kita gunakan termometer sebagai instrumen pengukurnya. Itulah fenomena yang terjadi pada masyarakat umum.

  Fenomena seperti diatas mungkn sebagian besar tidak terjadi pada masyarakat di dunia elektronika. Pada dunia elektronika, ada instrumen lain yang dapat dimanfaatkan untuk mengetahui perubahan temperatur. Instrumen itu adalah sensor temperatur yang didukung oleh perangkat-perangkat lainnya.

  Seiring dengan perkembangan dunia elektronika, maka makin banyak bermunculan perangkat pengolah dan pengontrol. Dan yang paling kita kenal adalah komputer. Tetapi ada sebuah perangkat pengolah dan pengontrol yang mengalami perkembangan yang cukup pesat yaitu Mikrokontroler.

  Kita dapat memanfaatkan Mikrokontroler sebagai pengukur suhu. Untuk bekerja dan berfungsi sebagai pengukur suhu maka mikrokontroler tersebut harus didukung oleh beberapa perangkat lagi yaitu, sensor temperatur, untai pengondisi sinyal, pengubah sinyal analog ke digital (Analog to Digital dan sebuah penapil untuk menampilkan hasil dari pengukuran.

  Converter)

1.2 Perumusan Masalah

  Dalam akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini, yang menjadi pemikiran utama adalah membuat alat ukur temperatur atau instrumen untuk pengukuran temperatur dengan menggunakan sensor temperatur elektronis dan hasil pengukurannya dapat diterima dan diolah oleh mikrokontroler serta hasilnya dapat ditampilkan pada

  display atau LCD (liquid crystal display).

1.3 Batasan Masalah

  Dalam Tugas Akhir dengan Judul “Akuisisi Data Pengukuran Temperatur Menggunakan Mikrokontriler AVR AT90S8535” ini dibatasi pada masalah- masalah sebagai berikut.

  1. Proses pengukuran temperatur dengan memanfaatkan sensor temperatur presisi LM35 dan untai pengondisi sinyalnya dengan memanfaatkan penguat operasional TL082.

  2. Akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini dirancang memiliki range skala dalam derajat Celcius antara 0°C sampai dengan 100°C.

  3. Konversi sinyal dari sinyal analog menjadi data digital dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) yang terdapat pada mikrokontroler AVR AT90S8535 dengan keluaran 10 bit.

  untuk ADC pada mikrokontroler yang digunakan sebanyak 2 buah kanal (Channel)

4. Input

  5. Konversi skala temperatur dari Celcius ke Fahrenheit.

  6. Rerata dari 3 data terakhir dari setiap pengambilan data dalam range waktu tertentu.

  7. Temperatur maksimum dan minimum dalam setiap pengambilan data ditampilkan.

  8. Periode sampling dan Sampling rate untuk pengambilan data dapat diatur sesuai dengan kebutuhan..

  1.4 Tujuan Penelitian

  Secara umum tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah :

  1. Merancang serta membuat perangkat elektronika yang dapat mendukung berhasilnya pelaksanaan akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 seperti untai sensor dan pengondisi sinyalnya serta untai konverter sinyal analog ke data digital dan LCD (liquid crystal display).

  2. Mempelajari dan mengaplikasikan penggunaan mikrokontroler AVR AT90S8535 dalam kehidupan sehari-hari

  1.5 Manfaat Penelitian

  Perancangan akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini nantinya menghasilkan alat ukur temperatur yang dapat mempermudah pengamatan perubahan temperatur di suatu tempat dalam kurun waktu tertentu.

1.6 Sistematika Penulisan

  Laporan Tugas Akhir ditulis dengan metode studi literatur dan hasil dari pengamatan selama penelitian. Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari lima bab yaitu :

  Bab I Pendahuluan Pada bab ini berisi antara lain : latar belakang yang mendasari

  dipilihnya topik dalam tugas akhir ini, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan.

  Bab II Dasar Teori Bab ini membahas tentang dasar teori yang mendukung dan

  berkaitan dengan perangkat pendukung akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 dan teori dasar tentang analisis regresi linear.

  Bab III Rancangan Penelitian Bab ini berisi mengenai perancangan perangkat keras dari Akuisisi

  pengukuran temperatur meliputi sensor temperatur LM35, pengondisi sinyal CA3140, pengubah sinyal analog ke data digital yang menjadi satu dengan rangkaian mikrokontroler AVR AT90S8535 serta interfacing LCD HD44780U. Bab ini juga berisi mengenai perancangan perangkat lunak yaitu diagram alir dan program akuisisi pengukuran temperatur.

Bab IV Analisa Hasil Pengukuran Dan Pembahasan Bab ini berisi analis dan pembahasan mengenai hasil penelitian yang telah dilakukan. Bab V Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran, pada bab ini juga menjelaskan

  kemungkinan-kemungkinan pengembangan dari perangkat pendukung akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrikontroler AVR AT90S8535.

BAB II DASAR TEORI Akuisisi data pengukuran temperatur merupakan suatu usaha pengukuran

  data temperatur pada interval tertentu. Perangkat elektronis yang digunakan untuk mendukung akuisisi pengukuran temperatur ini dapat pula disebut termometer karena perangkat tersebut berupa alat pengukur temperatur. Termometer ini memiliki beberapa keunggulan, yaitu dapat menampilkan nilai rata-rata dari suatu hasil pengukuran, dapat menampilkan nilai maksimum dan minimum dari data hasil pengukuran dan data hasil pengukuran dapat dilihat pada tampilan / LCD.

  Agar temperatur dapat dibaca dan diolah oleh mikrokontroler maka perlu dilakukan beberapa konversi, yang pertama yakni konversi dari besaran fisis (temperatur) menjadi besaran listrik berupa tegangan listrik analog yang proporsional dengan menggunakan sensor temperatur. Kedua, tegangan listrik analog yang dihasilkan oleh sensor diubah menjadi data digital dengan sebuah ADC (Analog to Digital Converter).

  Temperatur merupakan besaran yang digunakan untuk menunjukkan energi termal suatu benda. Skala yang digunakan antara lain dalam ºCelcius (C), ºReamur (R), ºFahrenheit (F), serta Kelvin (K). Berikut ini adalah hubungan antara temperatur dalam °Celcius (Tc) dengan besaran-besaran yang lainnya:

  Temperatur dalam Kelvin = ( T C + 273,15 ) (2.1) Temperatur dalam ºReamur = ( (4/5) T C ) (2.2) Temperatur dalam ºFahrenheit = ( (9/5) T + 32 ) (2.3) C

  2.1. Prinsip Dasar Sistem Pendukung Akuisisi Pengukuran Temperatur

  Diagram blok sistem akuisisi pengukuran temperatur diperlihatkan pada gambar 2.1 berikut ini.

  Sensor Pengondisi Sinyal ADC 10-bit

  8-bit LCD

  Keypad

  Mikrokontroler AVR Gambar

  2.1. Diagram blok akuisisi pengukuran temperatur menggunakan AVR Sensor temperatur menerima temperatur dari medium yang akan diukur dan dikonversi ke dalam bentuk tegangan analog. Keluaran dari sensor berupa tegangan analog akan dikondisikan (dikuatkan ataupun dilemahkan) sinyalnya oleh pengondisi sinyal agar sinyal tegangan tersebut dapat diterima oleh ADC.

  Kemudian keluaran dari ADC yang berupa data digital dikirimkan ke mikroprosesor AVR dan akhirnya data yang telah diolah oleh mikrosesor AVR ditampilkan melalui penampil / LCD.

  2.2. Sensor Temperatur

  Sensor temperatur adalah suatu piranti yang mengubah besaran temperatur menjadi besaran elektris. Salah satu sensor temperatur yang banyak dipakai adalah sensor temperatur LM35. Sensor temperatur LM35 menghasilkan keluaran berupa tegangan yang linear tiap kenaikan derajat Celcius pada benda terukur. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa LM35 adalah sensor temperatur linear.

  Karakteristik sensor LM35 adalah : a. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan derajat Celcius.

  b. Memiliki sensitivitas sebesar 10mV/°C.

  c. Bekerja pada temperatur -55°C sampai 150°C.

d. Arus yang dibutuhkan kurang dari 60 A.

  e. Bekerja pada tegangan 4V sampai 30V.

  f. Impedansi output rendah.

  g. Ketelitiannya sebesar  0.25°C. Simbol dan konfigurasi dari pin-pin sensor temperatur LM35 dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Simbol dan konfigurasi pin-pin LM35

2.3. Pengondisi Sinyal

  Pengondisi sinyal berfungsi untuk menyesuaikan sinyal keluaran sensor temperatur agar dapat diterima dengan baik oleh untai ADC. Dalam hal ini pengondisi sinyal akan dibentuk dengan memanfaatkan penguat operasional karena penguat operasional atau yang sering disebut op-amp memiliki beberapa keutamaan yaitu memiliki impedansi masukan yang sangat besar, memiliki impedansi keluaran yang rendah, memiliki nilai penguatan tinggi dan karakteristiknya tidak berubah atau dipengaruhi temperatur.

  Dalam akuisisi pengukuran temperatur menggunakan mikrokontroler AVR AT90S8535 ini, penguat operasional dimanfaatkan sebagai penguat tegangan.

  Pada gambar 2.3. dapat dilihat simbol dari op-amp dan konfigurasi kaki IC CA4140 yang digunakan sebagai pengondisi sinyal. _{Non Inverting} +VCC

• _{Inverting Input Output Input -VEE}
• (a) (b)

Gambar 2.3. (a) Simbol op-amp. (b) Konfigurasi kaki IC CA3140

2.3.1 Penguat Tegangan

  Pada penguat tak membalik seperti digambarkan pada gambar 2.4., tegangan keluaran mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan. Tahanan Rf dan R1 membentuk perbandingan jaringan resistansi yang menghasilkan tegangan umpan balik Va pada masukan tidak membalik adalah sama dengan nol, maka masukan membalik dan masukan tak membalik mempunyai potensial yang sama sehingga didapat : Va = Vin

• +VCC

  Vin + Vout Va -

• -VEE

  Rf

  R1

Gambar 2.4. Rangkaian op-amp non inverting

  Tahanan Rf dan R1 merupakan pembagi tegangan bagi Vout. Pada R1 timbul tegangan sebesar :

  1  R 

  Va  Vout 

   

  1 R  Rf  

  1 Va  R  

   

  1 Vout R  Rf  

1 Va

  karena  ; Av disebut juga dengan penguatan (gain)

  Vout Av

  maka,

  Vout R 1  Rf  

  Av    

  Va R

  1   Rf

    Av

1 ………………………...(2.1)

     

  1 R   Akhirnya tegagan keluaran dari penguat tak membalik ditentukan dengan persamaan :

  Rf  

  Vout Vin 1 ……………………………(2.2)     

  1 R  

  Sedangkan hubungan antara Av dan Vin adalah, Av merupakan besarnya nilai penguatan yang dicari atau yang diharapkan dan Vin adalah besarnya tegangan masukan. Penguatan ini nantinya akan berpengaruh pada Vout.

2.4. Pengubah analog ke digital (ADC)

  Pengubah analog ke digital merupakan untai yang berfungsi untuk mengubah tegangan analog menjadi data digital. Data digital yang dihasilkan dinyatakan dalam kode biner dengan menggunakan dua (2) nilai tegangan yaitu 5 volt yang dinyatakan dengan lambang “1 atau tinggi” dan 0 volt yang dinyatakan dengan lambang “0 atau rendah”. Bilangan biner merupakan kombinasi dari sederetan lambang 1 dan 0.

  Pada perangkat pendukung akuisisi data temperatur ini yang akan digunakan adalah pengubah analog ke digital dengan metoda Successive (ADC Pendekatan Berturut-turut). Pada gambar 2.5.

  Approximation Register/SAR dapat dilihat gambar diagram blok ADC 10 bit menggunakan metoda SAR.

  V IN (-)

  S

  KENDALI

  CLK (+) Comparator CC ………….

  DAC SAR

  V

  a

  10 bit 10 bit

  Keterangan: CC:Conversion Complete

  Register

  CLK: Clock

  Buffer

  S: Start ……………..

  DAC :Digital to Analog Converter

  Q Q 9……..

Gambar 2.5. Diagram blok ADC 10 bit dengan metoda SAR

  Bagian utama pengubah analog ke digital ini adalah SAR 10 bit. Tegangan keluaran V dari DAC dibandingkan dengan tegangan masukan (V ) oleh

  a

  IN

  pembanding (comparator). Keluaran pembanding merupakan data masukan serial bagi SAR. Lalu SAR mengatur keluaran digital 10 bit sampai menghasilkan V yang sama dengan tegangan masukan. Latch 10 bit pada

  a

  akhir pengubahan akan dipegang sebagai hasil data digital keluaran. Sifat-sifat ADC pada AVR AT90S8535 antara lain dapat mengkonversi tegangan listrik analog menjadi data digital 10 bit ekivalen, mempunyai waktu konversi 65- 260 μs dan memiliki 8 buah kanal masukan multipleks.

  Pada gambar 2.6. diperlihatkan gambar blok skematik ADC yang terdapat pada Mikrokontroler AVR AT90S8535.

Gambar 2.6. Blok skematik ADC pada AVR AT90S8535

2.4.1. Resolusi ADC

  Resolusi pada ADC ditentukan oleh jumlah bit data yang dimiliki. Resolusi

  n

  dirumuskan 1/(2 ) dengan n merupakan jumlah bitnya, sehingga semakin banyak jumlah bit yang dimiliki berarti semakin tinggi resolusi yang dapat diberikan oleh ADC tersebut. Untuk ADC 10 bit data maka resolusinya

  10 bernilai 1/(2 ) = 1/1024 = 0,0009765625.

2.4.2. Linearitas ADC

  n

  Linearitas dapat dirumuskan 1/(2 ) * V dengan n adalah jumlah bitnya dan

  ref

  Vref adalah tegangan referensinya. Untuk ADC 10 bit maka linearitas yang

  1  

  dapat diberikan adalah 

  V . Bilangan 1024 merupakan kombinasi  

_ref

1024   kode biner dari bit-bit tersebut.

2.5. Mikrokontroler AVR AT90S8535

  AVR adalah mikrokontroler 8-bit yang dibangun pada arsitektur komputer RISC (Reduced Instruction Set Computer). CPU (Central Processing Unit) mampu melakukan sebuah instruksi dalam satu putaran clock, sehingga AT90S8535 dapat mencapai 1 MIPS (Million of Instruction Per Second) per Mhz dan memungkinkan perancangan yang optimal untuk konsumsi daya dan kecepatan proses.

  AVR menggabungkan antara kecanggihan instruksi dengan 32 x 8 bit register multifungsi (General Purpose Register) yang terhubung langsung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit) dan memungkinkan dalam satu putaran clock 2 operan diumpan dari register file, kemudian ALU (Arithmetic Logic Unit) menjalankan satu operasi dan akhirnya hasil langsung disimpan kembali dalam register file. Hal ini menghasilkan mikrokontroler yang sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler konvesional berasitektur CISC (Complex Instruction Set Computer).

  Enam dari 32 register yang dimiliki oleh AVR AT 90S8535 dapat digunakan sebagai 3 buah pasangan register untuk pengalamatan tak langsung

  Ketiga pasang register ini kemudian disebut sebagai 16-bit (Indirect Addressing). register X, register Y dan register Z. Selain itu, register Z digunakan juga sebagai penunjuk alamat (address- pointer) untuk mengakses table konstanta yang tersimpan dalam program memory.

  CPU mempunyai 64 alamat untuk mengontrol fungsi-fungsi dari peripheral I/O, seperti Control Register, timer/counter, A/D converter, ADC, dan fungsi-fungsi lainnya. Memory I/O dapat diakses secara langsung

  EEPROM

  atau sebagai bagian dari lokasi data space dengan alamat $20-$5F(20-5F Hexadesimal)

  AVR memiliki arsitektur Harvard dengan memory terpisah antara program dan data. Program memory diakses dalam dua tahap berurutan (2 pipeline stage). Saat sebuah instruksi sedang dijalankan, instruksi berikutnya diambil dari program memory. Konsep ini memungkinkan sebuah instruksi dapat dijalankan dalam satu putaran clock.

  AT90S8535 menggunakan SRAM untuk stack pointer. Saat terjadi interupsi atau sebuah instruksi call dijalankan, alamat asal program yang ditinggalkan disimpan dalam stack pointer, kemudian CPU menjalankan program yang dipanggil atau program yang melayani interupsi seperti yang ditunjukkan dalam vektor interupsi. Program akan kembali ke alamat yang ditinggalkan setelah instruksi RET (Return) untuk subroutine atau RETI (Return from dijalankan. Pada gambar 2.7. diperlihatkan gambar diagram blok dari

  Interrupt)

  Mikrokontroler AVR AT90S8535. Pada gambar tersebut dapat kita lihat bahwa

  AVR AT90S8535 memiliki 4 buah port dan dilengkapi dengan periperal-periperal pendukung lainnya.

Gambar 2.7. Diagram Blok AT90S8535

2.5.1. Instruksi pada Mikrokontroler AVR AT90S8535

  AT90S8535 memiliki 118 instruksi yang dapat dikelompokkan dalam 4 bagian yaitu : 22 instruksi aritmatik dan logika, 34 instruksi percabangan, 31 instruksi transfer data dan 31 buah instruksi operasi bit dan tes bit. Terdapat beberapa operasi “skip” yang dapat melewati (skip) sebuah instruksi setelah suatu instruksi tes dilakukan.

  Seluruh register dalam AT90S8535 dapat digunakan sebagai akumulator, setengah bagian bawah register file digunakan untuk nilai segera (Immediate value).

  Hampir seluruh opcode AT90S8535 mempunyai panjang 16-bit, hanya 2 instruksi yang mempunyai panjang 32-bit yaitu : LDS (Load Direct from Data dan STS (Store Direct to Data Space).

  Space)

2.5.2. Metode Pengalamatan Memory dan Program AT90S8535

  Terdapat lima buah pengalamatan data memory yang dapat dilakukan yaitu:

  1. Pengalamatan langsung (Direct Addressing)

  2. Pengalamatan tak langsung (Indirect Addressing)

  3. Pengalamatan tak langsung dengan displacement

  (Indirect Addressing with Displacement)

  4. Pengalamatan tak langsung dengan Post-increment (Indirect

  Addressing with Post-increment)

  5. Pengalamatan tak langsung dengan Pre-decrement (Indirect

  Addressing with Pre-decrement)

  Sedang untuk pengaksesan konstanta pada program memory digunakan sebuah instruksi khusus yaitu LPM (Load Program Memory) yang mengambil data pada alamat program memory yang ditunjuk register Z dan hasilnya disimpan pada register R0.

  Untuk pengalamatan relative dari program yang dijalankan (relative digunakan RJMP (Relative Jump) dan RCALL (Relative

  Program Addressing)

Call). Sedang pengalamatan tak langsung program (Indirect Program Addressing)

  digunakan perintah IJMP (Indirect Jump) dan ICALL (Indirect Call).

2.5.3. Periperal-periperal Mikrokontroler AVR AT90S8535

  Mikrokontroler AVR dilengkapi dengan periperal-periperal pendukung yang built-in dalam satu keping/chip. Bagian ini akan mendeskripsikan mengenai periperal-periperal tersebut secara umum.

  2.5.3.1 8K Bytes In-System Progammable Flash

  AT90S8535 dilengkapi dengan 8K Bytes In-System Programmable Flash untuk penyimpanan program yang dapat dihapus-tulis sampai 1000 kali.

  2.5.3.2. 512 Bytes SRAM

  Terdapat 512 Bytes SRAM untuk penyimpanan data sementara selama proses ataupun untuk stack pointer program yang dijalankan. Alamat SRAM yaitu dari $60-$25F.

  2.5.3.3. 512 Bytes In-System Programmable EEPROM

  512 Bytes EEPROM diorganisasi terpisah dengan data space, dengan satu byte dapat baca/tulis sendiri. EEPROM dapat menyimpan data ketika program sedang berjalan dan data tidak akan hilang saat catu daya dimatikan. EEPROM dapat dihapus /tulis sampai 100.000 kali.

  2.5.3.4. Periperal Input/Output

  AT90S8535 memiliki 4 buah Port multi-fungsi yang terdiri dari 8 buah pin Port untuk masing-masing Port yaitu Port A, B, C dan D. Pada gambar 2.8. dapat dilihat konfigurasi pin dari AVR AT90S8535.

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin AT90S8535

  2.5.3.5. Timer/Counter

  AT90S8535 memiliki 2 buah Timer/Counter yang masing-masing mempunyai seleksi prescale terpisah dari sebuah prescale yang sama.

  1. Timer/Counter0, merupakan Timer/Counter 8-bit yang dapat digunakan sebagai timer dengan sumber clock dari prescale CK atau sebagai counter dengan sumber clock diambil dari pin T0.

  2. Timer/Counter1, merupakan Timer/Counter 16-bit yang dapat digunakan sebagai timer dengan sumber clock dari prescale CK atau counter dengan sumber clock dari pin T1.

2.5.3.6. Analog To Digital Converter

  Salah satu keistimewaan yang dimiliki oleh AVR AT90S8535 adalah memiliki ADC (Analog to Digital Converter) on chip. ADC ini terhubung dengan 8 kanal multiplekser analog yang menjadikan setiap pin dari Port A (Port ADC) dapat digunakan sebagai input bagi ADC. ADC ini memiliki 2 pin catu tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC dan AGND. ADC ini membutuhkan Sebuah tegangan reverensi eksternal yang dihubungkan pada pin AREF(Analog dengan range 2V s/d Avcc.

  Reference)

  ADC mengubah input tegangan analog menjadi 10 bit data digital. Nilai minimum menunjukan nilai AGND (Analog Ground) dan nilai maksimum menunjukkan nilai tegangan pada AREF (Analaog Reference) dikurangi 1 LSB. Masukan kanal analog dipilih dengan menulis pada MUX bit yang berada di ADMUX. Setiap kanal dari 8 kanal masukan ADC yaotu ADC0 – ADC7 dapat dipilih sebagai masukan bagi ADC.

  Konversi akan dimulai jika pada ADSC (ADC start conversion bit) bernilai 1. Kondisi bit ini akan terus tinggi selama proses konversi berlangsung dan akan di-set menjadi nol oleh hardware ketika konversi telah selesai. Jika sebuah kanal data yang berbeda dipilih ketika proses konversi sedang berlangsung, maka ADC akan menyelesaikan terlebih dahulu proses konversi yang sedang berlangsung sebelum memproses data dari kanal yang lain.

  ADC menghasilkan data digital 10-bit, yang dapat dilihat pada data register ADC yaitu ADCH (ADC high) dan ADCL (ADC low). Ketika membaca data, ADCL harus dibaca terlebih dahulu kemudian ADCH, hal ini untuk menjamin bahwa isi dari data register merupakan hasil dari konversi yang sama.

  Ketika ADCL dibaca, jalan masuk ADC ke data register menjadi tertutup.Ini berarti bahwa ketika ADCL telah dibaca dan konversi telah selesai sebelum ADCH dibaca, tidak ada register yang di-update dan hasil dari konversi menjadi hilang. Kemudian ADCH dibaca, akses ADC ke register ADCH dan ADCL diaktifkan kembali.

  2.5.3.7. SPI Serial Interfacce untuk In-System Programming

  Pemrograman AT90S8535 dapat dialakukan secara serial melalui SPI Serial Interface tanpa memerlukan board programmer. Hal ini dapat dilakukan melalui 4 buah pin yaitu MOSI (data input line for memory downloading), MISO

  

(data output line for memory uploading), SCK (serial clock input) dan RESET

  ditambah hubungan ke ground dan Vcc. Selama tidak ada koneksi rangkaian yang membebani pin-pin tersebut, saat pemrograman pin-pin tersebut dapat dihubungkan secara langsung ke komputer.

  2.5.3.8. On-Chip Osilator

  AT90S8535 dilengkapi dengan On-Chip osilator yang dapat berosilasi dengan hanya menghubungkan 3 buah komponen luar tambahan. Pin XTAL1 dan

  XTAL2 adalah input dan output inverting amplifier, sebuah crystal atau keramik resonator dapat digunakan untuk membangkitkan frekuensi osilasi yang diinginkan. Gambar 2.9. menunjukkan bagaimana koneksi osilator pada AVR AT90S8535.

Gambar 2.9. Koneksi Osilator

  AT90S8535 dapat dihubungkan dengan kristal sampai frekuensi osilasi 10 Mhz. Selain dihubungkan dengan kristal kedua pin tersebut harus dihubungkan dengan kapasitor keramik  30 pF ke ground.

2.5.3.9. Periperal dan kemampuan lain AT90S8535

  Beberapa periperal dan kemampuan lain adalah :

  1. On-chip Analog comparator

  2. Progamable Watchdog Timer dengan On-chip Oscillator

  3. External interrupt source

  4. Low power Idle dan Power down modes

  5. Power on reset circuit

  6. Real time clock

  2.6 Keypad Matrik

  matrik merupakan suatu jenis keypad yang tersusun dari beberapa

  Keypad

  saklar bentuk baris dan kolom yang masing-masing dihubungkan pada port mikrokontroler. Saklar-saklar tersebut tersusun sedemikian rupa sehingga jika salah satu saklar ditekan akan menghubungkan salah satu baris dengan salah satu kolomnya. Rangkaian keypad matrik dapat dilihat pada gambar 2.10.

  Scaninput (colom) Scanoutput (baris)

Gambar 2.10 Keypad matrik

  Pada saklar mekanis hal yang perlu diperhatikan adalah pengaruh dari lentingan (bouncing), yaitu saat saklar ditekan atau dilepas, terjadi bouncing sehingga logika saklar tidak dapat diperkirakan. Penanganannya dengan program.

  2.7. LCD (Liquid Crystal Display)

  LCD adalah suatu piranti keluaran yang dapat menampilkan karakter huruf dan angka. LCD tersusun dari 2 buah kaca dengan penghantar transparan yang diantaranya disisipkan kristal cair (liquid cryztal).