PENGENDALI PEMBAGI FREKUENSI PADA PEMANCAR FM BERBASIS MIKROKONTROLER AVR
PENGENDALI PEMBAGI FREKUENSI
PADA PEMANCAR FM
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh :
ANDREAS SRI ISMANTO
NIM : 025114030
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
i
FREQUENCY DIVIDER CONTROLLER
AT FM TRANSMITTER
BASED ON AVR MICROCONTROLLER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to obstain the Sarjana Teknik Degree
in Electrical Engineering
By :
ANDREAS SRI ISMANTO
STUDENT NUMBER : 025114030
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2007
ii
iii
iv
v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Hidup itu begitu indah-khususnya bila Anda berjalan bersama Tuhan.
Ingatlah bahwa Ia setia menyertai Anda
Dan Ia mengharapkan Anda menggunakan waktu Anda secara bijaksana.
(Sully Ozrovech)
Kuberharap dari apa yang tidak saya tahu dan saya tidak perlu tahu.
Kuberharap dari apa yang tidak saya mampu dan saya tak perlu mampu.
Dan hanya dengan kemauanku, kan kudapat semua inginku.
Kupersembahkan karyaku kepada :
Hati Yesus yang Mahakudus yang selalu mengasihiku,
Bunda Maria yang setia mendampingi dan membimbingku mengenal Putera-Nya,
Bapak-Ibu, kakak-kakak dan saudara-saudara yang mencintai dan kucintai,
Romo Bowo yang telah menyadarkan dan menolong dalam mencapai harapan,
Teruntuk cintaku, Christin novitasari yang teramat kusayang, “terimakasih!”,
Bapak dan ibu dosen yang selalu mendampingi,
khususnya pembimbing bapak A. Bayu Primawan, S.T, M.Eng yang banyak membantu,
Teman-teman seangkatan “korban pemutihan”.
Dan kepada almamater fakultas Sains dan Teknologi
Terakhir kali buat Kampus III Sanata Dharma Paingan.
vi
INTISARI
Pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM yang berbasis mikrokontroler
AVR digunakan untuk mempermudah dan mempersingkat waktu pengaturan frekuensi
yang biasanya pemindahan frekuensi pada pemancar FM dilakukan dengan pengaturan
saklar-saklar. Dengan alat ini, pemindahan frekuensi dapat dilakukan hanya dengan
menekan tombol Up atau Down saja dan frekuensi yang terkunci PLL ditampilkan pada
LCD.
Mikrokontroler AVR ini digunakan sebagai pembagi frekuensi yang telah
diprogram sehingga menghasilkan keluaran berupa bilangan BCD 14 bit ( logika 1 adalah
5 volt dan logika 0 adalah 0 volt). Bilangan ini akan digunakan sebagai pembagi
frekuensi dari VCO agar sama dengan frekuensi referensinya.
Hasil dari penelitian ini adalah pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM
yang berbasis mikrokontroler AVR dapat bekerja dengan baik dan menghasilkan
keluaran mikrokontroler berupa bilangan BCD dengan frekuensi pemancar FM
ditampilkan pada LCD.
Kata kunci : mikrokontroler, penampil (LCD), pembagi frekuensi, dan pemancar FM.
vii
ABSTRACT
Frequency divider controller at FM transmitter based on AVR microcontroller is
used to set frequency easily and quickly which frequency movement on FM transmitter is
done by switch setting. By this equipment, frequency movement could be done by
pressing Up or Down button only and could be shown on LCD.
AVR microcontroller is used as programmed frequency divider until it could
results output as 14 bits number of BCD (logic 1 is 5 volt and logic 0 is 0 volt). These
numbers would be used as frequency divider from VCO in order to equal with its
reference frequency.
The results from this research are frequency divider at FM transmitter based on
AVR microcontroller could works well, results microcontroller as 14 bits numbers of
BCD, and the frequency of FM transmitter could be shown on LCD.
Keywords : AVR microcontroller, function display (LCD), frequency divider, and FM
transmitter.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada ALLAH Bapa yang di surga dan
bersamaNya Bunda Maria perawan suci yang telah melimpahkan berkat dan cinta-Nya
yang berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan
memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada :
1. Bapak A. Bayu Primawan, ST., M.Eng., selaku Pembimbing I dan Bapak
Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk
seluruh dosen-dosen di Fakultas Sain dan Teknologi atas segala ilmu yang
diwariskannya.
2. Untuk keluarga penulis: Bapak, Ibu, dan kedua kakak sekeluarga dan
keponakan-keponakan penulis serta seluruh keluarga besar yang selalu
memberi semangat dan dukungan materi yang sangat berarti.
3. Romo Petrus Subowo, SCJ yang selalu memberi dukungan dan segalanya
yang sangat berarti hingga selesainya kuliah ini.
4. Teman-teman seperjuangan, Duwek, Tanto dan Kelik, “suwon broe!!!” Bhule,
Robby dan seluruh teman-teman elektro angkatan 2002, Terima kasih atas
segala masukan dan bantuannya serta perjuangan selama 5 tahun ini, “MOGA
SUKSES KAWAN!!!”.
ix
5. Para laboran elektro Mas Sur, Mas Mardi dan Mas Broto, Mas Hardi. Terima
kasih semuanya.
6. Untuk pak Yudi dan semua kru dari angkatan sangat tua sampai paling muda
RADIO MASDHA FM 95.00 MHz “Together in Peace”, untuk Padepokan
221 (Mas Alek, Mbak Ria, Jo Pamor, Jumilan, Simbah, Sastro dan Kang
Ucup), Langit Communication ( Mas Ragil, Mbak Atik, Ludruk, Gustaman,
Daman, dan ketujuh belas lainnya), kang Bowo dan mbak Yuli, Mr Big, mbak
Nyoman dan Puput, kos Tokyo (Tommy, Mario, Mbah Joyo, Junaidi, Andri,
Ari, mas Yudis, bapak Tukiyo dan Ibu), terimakasih semuanya.
7. Dan untuk hati keduaku, Christin Novitasari. Terima kasih atas segala
segalanya, dirimu sangatlah berarti.
Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun
bagi semua pihak berhubungan dengan bidang telekomunikasi. Akhir kata “Belajarlah
dari apa yang sudah dilakukan dan jadikan itu sebagai pengalaman hidup”
Yogyakarta, Oktober 2007
Penulis
x
DAFTAR ISI
Hal.
HALAMAN JUDUL……………………………………………………… i
HALAMAN JUDUL……………………………………………………… ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING……………………………. iii
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI…………………………………..
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………….
v
HALAMAN PERSEMBAHAN………………………………………….. vi
INTISARI…………………………………………………………………. vii
ABSTRACT………………………………………………………………... viii
KATA PENGANTAR…………………………………………………….
ix
DAFTAR ISI………………………………………………………………
xi
DAFTAR GAMBAR……………………………………………………...
xiv
DAFTAR TABEL………………………………………………………… xvii
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………...
xviii
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang………………………………………………………...
1
I.2 Batasan Masalah…………………………………………………..
2
I.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………...
2
I.4 Manfaat Penelitian…………………………………………………….
3
I.5 Sistematika Penulisan…………………………………………………
3
xi
BAB II DASAR TEORI
II.1 Pengertian Modulasi Frekuensi (FM)…………………..…………..
5
II.2 Sistem Pemancar Radio FM…………………………………………..
8
II.3 Mikrokontroler AVR ATMega8535…………………………………..
14
II.3.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega8535……………………
15
II.3.2 Fitur ATMega8535……….…………………………….………......
17
II.3.3 Konfigurasi pin ATMega8535……………………………………...
17
II.3.4 Peta Memori………………………………………………………...
19
II.3.5 Status Register (SREG)..………………………….………………...
21
II.3.6 Instruksi Mikrokontroler ATMega8535.………….………………...
23
II.4 Reset dan Osilator……….….………………………………………..
24
II.4.1 Reset………………..…………………………………………
24
II.4.2 Osilator………..……………………………………………....
25
II.5 Liquid Cristal Display (LCD).………………………………………..
26
II.5.1 DDRAM……………..…………………………………………
26
II.5.2 CGRAM……………………………………………………....
27
II.5.3 CGROM ………………………………………………………
27
II.5.4 Register…………………..…………………………………….
28
II.5.4.1. Register Perintah.……..…………………………………….
29
II.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Perintah .……..…………..….
29
II.5.4.1.1. Pembacaan Data dari Register Perintah .……..………..….
29
II.5.4.2. Register Data…………..…………………………………….
31
II.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Data…….……..…………..….
31
xii
II.5.4.1.1. Pembacaan Data dari Register Data….. .……..………..….
32
BAB III PERANCANGAN ALAT
III.1 Diagram Blok …………………………………………………
33
III.2 Perancangan Perangkat Keras…………………………………
35
III.2.1 Perhitungan frekuensi Divider sebagai pembagi N…..……..
35
III.2.2 Mikrokontroler AVR ATMega8535….……………..………
39
III.2.2.1 Reset Eksternal …..……………………………………….
40
III.2.2.1 Osilator Eksternal …..…………………………………….
42
III.2.3 Kaki-kaki yang digunakan LCD……………………..……...
43
III.3 Perancangan Perangkat Lunak………………………………………
43
III.3.1. Inisialisasi Periperal…………….…………………………………
44
III.3.2. Program Utama Mikrokontroler..…………………………………
44
III.3.2.1. Program Subroutine UP ……...…………………………………
46
III.3.2.2. Program Subroutine DOWN ……...…………………….………
47
III.3.2.3. Program Subroutine LCD ……...…………………….…………
48
III.4 Perancangan Rangkaian Alat yang akan dibuat……………….….…
49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan………………………………...
50
IV.2 Hasil Keluaran Alat Secara Keseluruhan…………………………..
52
IV.2.1 Hasil Keluaran Mikrokontroler……………………………..
52
IV.2.1.1. Hasil Keluaran Mikrokontroler bilangan BCD…………..
52
xiii
IV.2.1.2. Hasil Keluaran Mikrokontroler pada LCD………………..
54
IV.2.2 Hasil Keluaran Pemancar…………..………………………..
56
IV.3 Perangkat Lunak Hasil Perancangan………………………………… 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan…………………………………………………………..
64
V.2 Saran…………………………………………………………………
64
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….
65
LAMPIRAN ……………………………………………………………...
L1-L34
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin/Out LCD.………………………………….
Hal.
28
Tabel 2.2 Diagram pewaktuan pembacaan data ke register perintah
30
mode 4……………………………………………………..
Tabel 3.1 Data konversi frekuensi ke BCD…………………………...
L8
Tabel 4.1 Keluaran mikrokontroler berupa bilangan BCD……..….…
L12
Tabel 4.2 Keluaran frequency counter dan LCD pada frekuensi FM …
L17
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Hal.
Modulasi Frekuensi……………………………………………... 6
Gambar 2.2
Lengkung Frekuensi Waktu …………………………………….
7
Gambar 2.3
Untaian system PLL……………..………………………….......
9
Gambar 2.4
Frekuensi dan fasa……………………………………..…….....
10
Gambar 2.5
Tanggapan Frekuensi LPF…………………….………………..
12
Gambar 2.6
Low Pass Filter pasif RC ………………………………………
12
Gambar 2.7
VCO dengan dioda varactor…………………………………....
13
Gambar 2.8
Dioda blok dan Konfigurasi pin LB3500 ……………………....
14
Gambar 2.9
Tampilan pin ATMega8535………………………………….....
17
Gambar 2.10
Memori Data dan Memori Program ATMega8535………….....
20
Gambar 2.11
Status Register ATMega8535…………………….………….....
21
Gambar 2.12 Rangkaian Reset Eksternal…….……………………….………
24
Gambar 2.13 Rangkaian Osilator Eksternal …………………………..……...
25
Gambar 2.14 Konfigurasi Pin/Out LCD………………………………..……...
27
Gambar 3.1
34
Diagram blok sederhana pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler AVR…………………..
Gambar 3.2
Diagram blok pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM 34
berbasis mikrokontroler AVR yang lengkap …………………..
Gambar 3.3
Diagram blok dan Konfigurasi Pin IC LB3500 ……………….
36
Gambar 3.4
Konfigurasi Pin IC TC9122
36
Gambar 3.5
Diagram blok contoh perhitungan pengaturan frekuensi divider..
37
xvi
Gambar 3.6 Rangkaian reset eksternal……………………………………….
40
Gambar 3.7
42
Rangkaian osilator kristal ………………………………............
Gambar 3.8 Port LCD………………………………………………..………..
43
Gambar 3.9
Diagram alir program utama mikrokontroler ……………..……..
45
Gambar 3.10 Diagram alir fungsi UP pada mikrokontroler……………..….….
46
Gambar 3.11 Diagram alir fungsi DOWN pada mikrokontroler ……………....
47
Gambar 3.12 Diagram alir fungsi LCD…………..………………………..….
48
Gambar 3.13 Rangkaian alat yang akan dibuat ………………………….…..
49
Gambar 4.1
51
Tampak depan alat pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler ATMega8535…………
Gambar 4.2
Tampak atas pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM
51
berbasis mikrokontroler ATMega8535………………...
Gambar 4.3
Tampilan LCD saat frekuensi 88 MHz……………………..
55
Gambar 4.4
Tampilan LCD saat frekuensi 90 MHz …………..………...
55
Gambar 4.5
Tampilan LCD saat frekuensi 100 MHz …..………..……...
55
Gambar 4.6
Tampilan LCD saat frekuensi 108 MHz …………..…….....
55
Gambar 4.7
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 88 MHz .. 56
Gambar 4.8
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 92 MHz .. 57
Gambar 4.9
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 100 MHz
Gambar 4.10
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 108 MHz 58
Gambar 4.11
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
57
59
pemancar 88.0 MHz
Gambar 4.12
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
xvii
59
pemancar 88.1 MHz
Gambar 4.13
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
60
pemancar 88.2 MHz
Gambar 4.14
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
60
pemancar 88.3 MHz
Gambar 4.15
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
61
pemancar 92.0 MHz
Gambar 4.16
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
61
pemancar 92.1 MHz
Gambar 4.17
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
62
pemancar 92.2 MHz
Gambar 4.18
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
pemancar 92.3 MHz
xviii
62
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Teknologi di bidang telekomunikasi berkembang sangat cepat, bahkan
sampai ke desa-desa banyak ditemukan stasiun-stasiun pemancar radio, baik yang
ilegal maupun legal dengan tujuan hanya sekedar memberikan hiburan, maupun
menyalurkan aspirasi rakyat. Karena begitu banyak frekuensi yang digunakan,
maka pemerintah mengatur alokasi frekuensi bagi masing-masing radio dengan
tujuan agar tidak saling mengganggu. Di Indonesia, alokasi frekuensi sinyal
carrier untuk siaran FM ditetapkan pada frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz.
Alokasi itu terbagi untuk 204 kanal dengan penganalan kelipatan 100 kHz. Kanal
pertama berada pada frekuensi 87,6 MHz, sedangkan kanal ke 204 berada pada
frekuensi 107,9 MHz. Penetapan tersebut dan aturan lainnya tertuang dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor : KM. 15 Tahun 2003 [1].
Bagi seorang teknisi radio yang pekerjaannya adalah membuat banyak
pemancar radio dengan frekuensi yang berbeda-beda maka hal ini menjadi
persoalan, yaitu untuk membuat pemancar radio harus menunggu pesanan terlebih
dahulu, ini dimaksudkan untuk mendapatkan frekuensi terkunci yang diinginkan.
Untuk menyelesaikan masalah tersebut maka ada beberapa teknis radio sudah
menemukan solusinya, yaitu dibuatlah pemancar radio yang dapat diubah-ubah
frekuensinya menggunakan dip switch. Pengubahan frekuensi menggunakan dip
2
switch ini sangatlah merepotkan dan hanya orang-orang tertentu saja yang
mengetahuinya karena menggunakan bilangan BCD (binary code desimal).
Karena terjadi kerumitan dalam pemindahan frekuensi tersebut maka penulis
akan merancang, membuat dan membahas pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan penampil LCD (
Liquid Cristal Display). Pengguna dapat melakukan pengubahan frekuensi
pemancar dengan menekan tombol UP/DOWN dengan frekuensi keluaran
pemancarnya tertampil pada LCD.
1.2. Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Pemancar bekerja pada frekuensi FM (88 MHz – 108 MHz), pemancar
ini hanya sebagai alat bantu kerja alat.
2. Menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8535.
3. Menggunakan tombol Up/Down dengan perubahan step frekuensi 100
KHz.
4. Penampil frekuensi menggunakan LCD 16x2.
1.3. Tujuan Penelitian
1. Mempelajari dan mempraktikkan mata kuliah mikrokontroler dan
mengaplikasikannya pada sintesa pemancar FM.
2. Membantu para pembaca yang gemar dalam dunia keteknisan radio FM,
khususnya bagian aplikasi sintesa frekuensi FM.
3
1.4. Manfaat Penelitian
Pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM ini akan mempermudah
dalam penggeseran frekuensi terkunci FM (PLL = phase locked loop). Pengendali
ini mengubah cara penggeseran frekueansi dari dip switch digantikan dengan
tombol Up/Down berbasis mikrokontroler. Pergeseran frekuensi dengan step 100
KHz dan frekuensi pemancar radionya tertampil pada LCD.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang dipergunakan dalam penyusunan tugas akhir ini
terdiri dari 5 Bab yaitu :
1.
BAB I – Pendahuluan
Berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat
penelitian, dan sistematika penulisan.
2.
BAB II - Dasar teori
Berisi pengertian frekuensi modulasi, tujuan pemancar FM, penjelasan
sistem PLL pada pemancar FM secara umum, mikrokontroler dan LCD.
3.
BAB III - Perancangan Perangkat Keras dan Lunak
Berisi perancangan pengaturan frekuensi dan tampilan LCD berbasis
mikrokontroler. Perancangan pengaturan frekuensi terdiri dari fungsi serta
sistematika perangkat, sehingga rangkaian tersebut dapat beroperasi dengan
maksimal.
4
4.
BAB IV - Analisis Hasil dan Pembahasan
Berisi data hasil pengamatan, analisis hasil pengukuran dan pembahasan
yang diperoleh dalam penelitian serta cara pengoperasian perangkat sesuai dengan
kinerja yang direncanakan.
5.
BAB V – Kesimpulan dan Saran
Merupakan kesimpulan akhir terhadap hasil penelitian perangkat serta
memberikan masukan-masukan pengembangan perangkat secara maksimal.
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Pengertian Frekuensi Modulasi
Dalam istilah teknik, kata modulasi mempunyai definisi yang cukup
panjang. Tetapi hal itu dapat dijelaskan dengan analogi sederhana berikut : bila
sesuatu ingin dipindahkan ke tempat lain yang jauh, maka diperlukan sesuatu
media lain sebagai perantara.
Sinyal informasi (suara, gambar, dan data) juga begitu. Agar dapat dikirim
ke tempat lain, sinyal informasi harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam
konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan
yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier).
Jenis dan cara penumpangan sangat beragam. Dari tinjauan "penumpang",
cara menumpangkan manusia pasti berbeda dengan paket barang atau surat. Hal
serupa berlaku untuk penumpangan sinyal analog yang berbeda dengan sinyal
digital. Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal
gambar, sinyal film, atau sinyal lain.
Dari sisi pembawa, cara menumpang di pesawat terbang akan berbeda
dengan menumpang di mobil, bus, truk, kapal laut, perahu, atau kuda. Hal yang
sama juga terjadi pada modulasi. Di mana cara menumpang ke amplitudo
gelombang carrier akan berbeda dengan cara menumpang di frekuensi gelombang
6
carrier. Gelombang/sinyal carrier adalah gelombang radio yang mempunyai
frekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi sinyal informasi [2].
Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal carrier
yang berasal dari osilator RF, sedangkan modulasi frekuensi adalah suatu proses
modulasi dengan cara mengubah-ubah frekuensi gelombang carrier dengan
amplitudo tetap.
Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [2].
(a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier. (c) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan frekuensi sebagai fungsi waktu.
Dari Gambar 2.1 terlihat bahwa ketika amplitudo sinyal informasi positif,
frekuensi carrier disimpangkan sebesar ∆f menjadi f1. Sedangkan
pada saat
7
amplitudo sinyal informasi negatif, frekuensi pembawa disimpangkan sebesar ∆f
menjadi -f1. Deviasi frekuensi (∆f) adalah simpangan yang dialami oleh frekuensi
pembawa (fc) karena amplitudo informasi (Am). Semakin besar amplitudo
informasi, semakin besar pula deviasinya sehingga dapat mengganggu pemancar
lain [3].
Frekuensi pembawa sesaat dapat dinyatakan [3]:
f i (t ) = f c (t ) + kem (t )
(2.1)
Sinyal modulasi em(t) digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa.
Perubahan pada frekuensi adalah kem(t), dengan k adalah konstanta deviasi
frekuensi. Frekuensi pembawa tanpa modulasi dilambangkan dengan fc. Bila em(t)
suatu gelombang sinus
em (t ) = Am maks sin ω m t
(2.2)
frekuensi pembawa sesaat menjadi
f i (t ) = f c (t ) + kAm maks sin ω m t
(2.3)
Sketsa dari fi ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2. Lengkung frekuensi-waktu [3].
Deviasi frekuensi puncak dari sinyal didefinisikan sebagai [3]
(2.4)
8
∆f = kAmmaks
sehingga persamaan 2.3 menjadi
f i (t ) = f c (t ) + ∆f sin ω m t
2.2.
(2.5)
Sistem Pemancar Radio FM
Tujuan dari pemancar FM adalah untuk mengubah satu atau lebih sinyal input
yang berupa frekuensi audio menjadi gelombang termodulasi dalam sinyal RF
(Radio Frequency) yang dimaksudkan sebagai output daya yang kemudian
diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan.
Kestabilan frekuensi dari oscilator direct FM tidak cukup bagus, untuk itu
dibutuhkan automatic frekuensi control (AFC) yang menggunakan sebuah kristal
osilator stabil sebagai frekuensi referensi. Komponen AFC berperan sebagai
pengatur frekuensi yang dibangkitkan osilator lokal untuk dicatukan ke mixer,
sehingga frekuensi osilator menjadi stabil.
Suatu pemancar mono biasanya dibangkitkan dengan osilator saja tanpa
membutuhkan stereo generator. Untuk membangkitkan isyarat FM ini paling baik
menggunakan Phase Lock Loop (PLL) karena osilator LC yang telah kita pelajari
sangat rentan terhadap perubahan frekuensi, artinya osilator tersebut mudah
bergeser frekuensinya atau tidak stabil. Satu-satunya keuntungan osilator LC
adalah frekuensinya dapat diubah-ubah sesuai keinginan walaupun perubahannya
terbatas. Osilator yang dijamin kestabilannya adalah osilator kristal yaitu osilator
yang menggunakan kristal sebagai sumber frekuensi. Namun demikian osilator ini
9
tidak dapat diubah-ubah frekuensinya seperti pada osilator LC. Bila ingin
merubah frekuensi maka kristalnya harus diubah dengan frekuensi yang sesuai,
hal ini kurang praktis dan memakan biaya. Untuk dapat menggabungkan dua hal
tersebut di atas, yaitu frekuensi dapat diubah namun tetap dijamin frekuensinya
stabil, maka pemecahannya menggunakan rangkaian Phase lock loop (PLL). PLL
sendiri adalah rangkaian umpan balik negatif dengan frekuensi sebagai input dan
frekuensi atau tegangan sebagai output. Aplikasi yang biasanya menggunakan
PLL adalah demodulator untuk AM dan FM, pengali frekuensi dan pesintesa
frekuensi.
Frekuensi
referensi
Detektor
Fasa
LPF
VCO
fo
Prescaler
(pembagi N)
(LPF = Low Pass Filter)
(VCO = Voltage Controlled Oscilator)
Gambar 2.3. Untaian sistem PLL.
Sistem kerja PLL yaitu bila dua buah sinyal mempunyai beda fasa yang
tetap maka pastilah memiliki frekuensi sama pula. Sifat ini dimanfaatkan untuk
membentuk suatu sistem yang dapat menghasilkan frekuensi keluaran yang stabil
dengan membandingkan beda fasa antara frekuensi referensi yang sangat stabil
dengan frekuensi keluaran yang diumpankan frekuensi pembagi. Frekuensi hasil
keluaran dari VCO dibandingkan dengan frekuensi acuan kristal osilator
10
(frekuensi referensi) di detektor fasa (comparator). Bila kedua frekuensi yang
masuk ke detektor fasa, frekuensi dan fasanya sama, maka detektor fasa akan
mengeluarkan tegangan searah. Dalam hal ini pada output VCO akan dihasilkan
frekuensi dan fasa yang sesuai dengan frekuensi acuan sehingga frekuensi PLL
dalam keadaan terkunci.
Gambar 2.4. (a) Kedua input memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa
konstan. (b) Peningkatan frekuensi input menyebabkan kesalahan positif fasa ∆θ
[4].
Pada Gambar 2.4a di atas menunjukkan bila kedua masukan phase detector
adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi ωFR dengan fasa sama, maka beda fasa
sama dengan nol dan tegangan v1, v2, v3 sama dengan nol. Tegangan v3 menjadi
input VCO agar output tetap pada frekuensi ωFR yang sama dengan ωi, sehingga
loop terjaga atau yang sering disebut equilibrium loop. Apabila ωi berubah naik,
maka θi semakin besar, sehingga θi sama dengan θo seperti pada Gambar 2.4b.
Dengan adanya beda fasa (∆θ), maka muncul tegangan v1 dan setelah itu,
ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v3 semakin tinggi. Kecepatan sudut ωo
11
akan naik mencapai ωo yang sama dengan ωi sehingga kedua vektor berotasi pada
kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new equilibrium loop).
Saat kondisi lock tercapai, tegangan v3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika
ωi sama dengan ωo, maka
v3 =
ωi − ω FR
ko
(2.6)
Frekuensi referensi adalah frekuensi yang dibangkitkan oleh kristal osilator.
Frekuensi referensi akan digunakan untuk masukan pada detektor fasa, dimana
akan dibandingkan dengan frekuensi pembagi N.
Filter adalah rangkaian yang dirancang untuk melewatkan suatu pita
frekuensi tertentu dan memperlemah pita frekuensi yang lain. Filter aktif terdiri
dari kombinasi resistor, kapasitor, dan satu atau lebih komponen aktif (seperti OpAmp) dengan umpan balik [5].
Kelebihan dari filter aktif :
1.
Tidak memerlukan lilitan (induktor), sehingga tidak ada masalah pada
frekuensi rendah dan mudah diimplementasikan pada frekuensi sangat
rendah.
2.
Karakteristik tanggapan frekuensi mendekati ideal.
3.
Ukuran dan biaya dapat ditekan.
Kekurangan dari filter aktif :
1.
Kurang handal dibanding komponen pasif.
12
2.
Membutuhkan catu daya tersendiri.
3.
Perlu feedback, sehingga ada kemungkinan tidak stabil.
Pada perancangan pemancar FM, LPF digunakan untuk menghilangkan
komponen frekuensi tinggi dari output phase detector dan menghasilkan tegangan
DC rata-rata sebagai pengendali osilator.
Gambar 2.5. Tanggapan frekuensi LPF [5].
Gambar 2.5 memperlihatkan low pass filter pasif RC.
R1
input
C1
output
Gambar 2.6 Low pass filter pasif RC
Frekuensi cutoff filter (fc) dihitung menggunakan persamaan 2.12. Dengan
fc adalah frekuensi cutoff filter, R1 adalah resistor filter dan C1 adalah kapasitor
filter.
fc =
1
2πR1C1
(2.12)
13
Voltage-controlled oscilators (VCO) banyak terdapat dibeberapa aplikasi,
seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning radio, dan phase-locked loop.
VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan
pengaturan tegangan [3].
Gambar 2.7 memperlihatkan dioda varactor yang diaplikasikan untuk
membangun VCO. Nama varactor berarti variable reactor sehingga pada dioda
varactor nilai kapasitansi pada sambungan pn dapat diubah-ubah sesuai dengan
prasikap tegangan baliknya [6]. Pada perancangan pemancar FM frequency
hopping prasikap tegangan balik dioda varactor ditentukan oleh LPF.
Gambar 2.7. VCO dengan dioda varactor [6].
IC LB3500 adalah prescaler dengan rasio pembagian frekuensi 1/8.
Banyak digunakan sebagai tuning radio FM dan mampu membagi frekuensi
maksimum 150 MHz. Gambar 2.17 menunjukkan konfigurasi dan diagram blok
LB3500 [7].
14
Gambar 2.8. Diagram blok dan konfigurasi pin IC LB3500 [7].
Frekuensi pembagi N adalah frekuensi hasil umpan balik dari VCO dan
pembagi 8, dimana hasil dari frekuensi pembagi akan di bandingkan dengan
frekuensi referensi oleh detektor fasa. Pada frekuensi pembagi di pakai IC
TC9122. IC ini mempunyai masukan 14 bit yang berupa bilangan BCD (Binary
Code Decimal). Pada TC9122 mempunyai karakteristi tidak dapat membagi
frekuensi yang terlalu tinggi. Sehingga dari VCO akan dilewatkan pembagi 8
terlebih dahulu.
2.3.
Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem
komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu
komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemenelemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output
spesifik berdasarkan input yang diterima dan program yang dikerjakan.
Mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang
diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem
terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang
15
programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih
kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc
processor), maka mikro ini telah memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi
dengan biaya ekonomis yang cukup minimal [8].
2.3.1. Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega8535
[7]Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler CMOS
dengan daya rendah yang memiliki arsitektur AVR RISC (Reduced Instruction Set
Computer) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits
word) dan sebagian besar instruksi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan
instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Ini karena dalam MCS51
menggunakan CISC (Complex Instruction Set Computing). Arsitektur ini
mendukung kemampuan untuk melaksanakan eksekusi dalam satu siklus clock
osilator. AVR memiliki fitur untuk menghemat konsumsi daya yaitu dengan mode
sleep. Mode sleep dalam mikrokontroler AVR ada dua macam yaitu mode idle dan
mode power down.
Mikrokontroler AVR memiliki model arsitektur Harvard dimana memori
dan bus untuk program dan data dipisahkan. Dalam arsitektur AVR ini, 32 register
umum terhubung langsung ke ALU processor. Hal ini yang membuat AVR
memiliki kecepatan tinggi dalam mengeksekusi instruksi.
16
Dalam satu siklus clock terdapat dua register independen yang dapat diakses
oleh satu instruksi. Teknik yang digunakan adalah fetch during execution atau
memegang sambil mengerjakan. Hal ini berarti dua operan dibaca dari dua
register, dilakukan eksekusi operasi dan hasilnya disimpan kembali dalam satu
register. Proses ini dilakukan dalam satu siklus clock.
Mikrokontroler ATMega8535 ini merupakan mikrokontroler 8 bit keluarga
AVR yang memiliki beberapa fasilitas seperti [8]:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, Port B, Port C dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.
17
2.3.2. Fitur ATMega8535
Kapabilitas detail ATMega8535 adalah sebagai berikut :
1.
Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal
16 MHz.
2.
Kapabilitas memori flash I8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan
EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory)
sebesar 512 byte.
3.
ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4.
Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5
Mbps.
5.
Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.3.3. Konfigurasi Pin ATMega8535
Gambar 2.8 berikut ini menunjukkan tampilan pin-pin mikrokontroler
ATMega8535
Gambar 2.9. Tampilan Pin ATMega8535.
18
Dari tampilan pin seperti diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. VCC
Æ Merupakan pin masukan tegangan (catu daya) sebesar 5
volt.
b. AVCC Æ Merupakan pin masukan tegangan ADC.
c. AREF
Æ Merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
d. Reset
Æ Merupakan pin reset, mikrokontroler akan mereset program
jika pin ini berlogika low selama 50ns.
e. GND
Æ Merupakan pin ground
f. Port A
Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8-bit bi-directional
I/O Port (PA0 – PA7). Port ini juga berfungsi sebagai 8 bit
channel ADC (ADC0 – ADC7).
g. Port B Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PB0 – PB7). Port B memiliki beberapa fungsi
khusus yaitu T0 untuk input Timer dan T1 untuk input
counter, AIN0 dan AIN1 untuk input analog komparator.
SS, MOSI, MISO, dan SCK untuk komunikasi serial SPI.
h. Port C Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PC0 – PC7). Port C memiliki beberapa fungsi
khusus yaitu TOSC1, TOSC2, dan OC2 untuk input Timer
Oscilator, SDA dan SCL untuk input komunikasi serial
I2C.
i. Port D
Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PD0 – PD7). Port D memiliki beberapa fungsi
19
khusus yaitu input interupsi eksternal (INTO dan INT1),
komunikasi serial USART (TXD dan RXD) dan OC1B,
OC1A, ICP1.
j. X-TAL 1 dan X-TAL2 Æ Merupakan input clock external
2.3.4. Peta Memori
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
program yang terpisah. Memori data yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu 32 buah
register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal.
Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah,
yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan
kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai
dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan
untuk mengatur fungsi terhadap berbagai periferal mikrokontroler, seperti kontrol
register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori
digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.
Konfigurasi memori data ditunjukkan pada Gambar 2.9 di bawah ini :
20
Gambar 2.10. Memori Data dan Memori Program AVR ATMega8535.
Memori data pada mikrokontroler memiliki memori data RAM (Random
Access Memory) atau memori yang bisa dibaca dan ditulis dan ROM (Read Only
Memory) atau memori yang hanya bisa dibaca saja. Di dalam ATMega8535
memiliki dua buah ROM, yaitu Flash PEROM (Programable Erasable Read Only
Memory) dan EEPROM (Electricslly Erasable Programable Read Only Memory).
Memori program yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word atau 2
byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16 bit atau 32 bit. AVR ATMega8535
memiliki 4Kbyte x 16 bit Flash PEROM dengan alamat mulai dari $000 sampai
$FFF tersebut yang memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu
mengalamati Flash. Selain itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data
berupa EEPROM 8 bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dumulai dari $000
sampai $1FF.
EEPROM adalah salah satu dari tiga tipe memori pada AVR (dua yang lain
adalah memori Flash dan SRAM). EEPROM dapat menyimpan data saat tidak
21
dicatu daya dan juga dapat diubah saat program berjalan. Oleh karena itu,
EEPROM sangat berguna untuk menyimpan informasi seperti nilai kalibrasi,
nomer ID, dan juga password. Untuk menulis dalam EEPROM, perlu ditentukan
terlebih dahulu data apa yang akan ditulis serta alamat untuk menulis data tersebut
untuk mencegah ketidaksengajaan menulis di dalam EEPROM. Proses penulisan
dalam EEPROM tidak berlangsung waktu itu juga, tetapi membutuhkan waktu
sekitar 2.5 ms sampai dengan 4 ms. Oleh karena alasan tersebut, program yang
dibuat harus dicek terlebih dahulu apakah EEPROM telah siap untuk ditulis
dengan byte data baru (kemungkinan operasi penulisan yang terdahulu belum
selesai).
2.3.5. Status Register (SREG)
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap
operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan
bagian dari inti CPU mikrokontroler.
Gambar 2.11. Status Register ATMega8535.
22
1. Bit 7 – I : Global Interupt Enable
Bit harus diset untuk meng-enable interupsi. Setelah itu, dapat
mengaktifkan interupsi mana yang akan digunakan dengan cara mengenable bit kontrol register yang bersangkutan secara individu. Bit akan
di-clear apabila terjadi suatu interupsi yang dipicu oleh hardware, dan
bit tidak akan mengizinkan terjadinya interupsi, serta akan diset
kembali oleh interuksi RETI.
2. Bit 6 – T : Bit Copt Storage
Interuksi BLD dan BST menggunakan bit-T sebagai sumber atau
tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat
disalin ke bit-T menggunakan interuksi BST, dan sebaliknya bit-T
dapat disalin kembali ke suatu bit dalam register GPR menggunakan
intruksi BLD.
3. Bit 5 – H : Half Carry Flag
4. Bit 4 – S : Sign Bit
Bit-S merupakan hasil operasi EOR antara flag-N (negatif) dan flag-V
(komponen dua overflow).
5. Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Bit berguna untuk mendukung operasi aritmatika.
6. Bit 2 – N : Negative Flag
Apabila suatu operasi menghasilkan bilangan negatif, maka flag-N
akan diset.
7. Bit 1 – Z : Zero Flag
23
Bit akan diset bila hasil operasi yang diperoleh adalah nol.
8. Bit 0 – C : Carry Flag
Apabila suatu operasi menghasilkan carry, maka bit akan diset.
2.3.6. Instruksi Mikrokontroler ATMega8535
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 130 macam instruksi. Instruksiinstruksi mikrokontroler AVR dapat dibagi sebagai berikut [8] :
a. Instruksi transfer data, instruksi ini berfungsi untuk transfer data antara
register ke register, memori ke memori, register ke memori, antarmuka
ke register, dan antarmuka ke memori.
b. Instruksi
aritmatika
dan
logic,
instruksi
aritmatika
meliputi
penjumlahan, pengurangan, penambahan satu (increament), dan
pengurangan satu (decreament). Instruksi logika dan manipulasi bit,
yang melaksanakan operasi AND, OR, XOR, perbandingan,
penggeseran, dan komplemen data.
c. Instruksi Bit dan Bit-Test, yaitu instruksi untuk setting kondisi tiap bit,
baik set maupun clear, bahkan ada beberapa variasi, seperti instruksi
putar, hingga watchdog reset.
d. Instruksi percabangan, yang berfungsi mengubah urutan normal
pelaksanaan suatu program menjadi sesuai yang dikehendaki. Dengan
instruksi ini program yang sedang dilaksanakan akan mencabang ke
suatu
alamat
tertentu.
Instruksi
percabangan
percabangan bersyarat dan percabangan tanpa syarat.
dibedakan
atas
24
e. Instruksi stack, I/O dan kontrol, yang digunakan untuk mengatur
penggunaan stack, membaca/menulis port I/O serta pengontrolanpengontrolan.
2.4.
Reset dan Osilator
Dalam perancangan perangkat keras ini akan dirancang reset eksternal
dan osilator yang mendukung kinerja mikrokontroler ini.
a. Reset Eksternal
Keadaan reset terjadi apabila pin reset mendapat logika 0 selama lebih
dari 50ns. Pin reset dihubungkan dengan resistor (R1) yang terhubung ke VCC
dan kapasitor (C1) yang terhubung ke ground. Rangkaian reset eksternal
ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.12. Rangkaian reset eksternal.
Pada
perancangan
ini
digunakan
waktu
1ms
untuk
mereset
mikrokontroler. Penentuan reset eksternal dapat dilakukan dengan mengatur
nilai resistor dan kapasitornya. Untuk membuat keadaan reset tegangan
25
maksimal yang harus diberikan pada pin ini Vc = 0,85 Vcc (datasheet AVR
−t
ATMega8535). Karena Vc = Vcc(1 − e RC ) maka dapat dicari nilai C1 dengan :
Vc = Vcc(1 − e
−t
RC
)
Setelah ditentukan resistor yang digunakan, maka kapasitornya dapat
dicari dengan :
RC = 0,5271 × 10 −3
b. Osilator
Salah
satu
kelebihan
mikrokontroler
AVR
ATMega8535
adalah
kecepatannya dalam melakukan eksekusi program dibandingkan dengan keluarga
mikrokontroler MCS-51. AVR ATMega8535 membutuhkan waktu satu siklus
clock untuk melakukan eksekusi terhadap suatu instruksi.
Rangkaian osilator yang digunakan pada perancangan ini ditunjukkan pada
Gambar 2.12.
Gambar 2.13. Osilator kristal 4MHz yang dihubung ke mikrokontroler AVR
ATMega8535 (datasheet AVR Hardware Design Consideration).
26
2.5.
LCD (Liquid Crystal Display)
Teknologi LCD tidak hanya diterapkan pada monitor sebagaimana yang
populer selama ini. Notebook, ponsel, pager, dan berbagai perkakas elektronik
lain juga menggunakannya. LCD ditemukan oleh seorang ahli botani asal Austria
bernama Freidrich Reintzer, pada akhir abad ke-19. Istilah Liquid Crystal ini
justru dipopulerkan pertama kali oleh fisikawan Jerman bernama Otto Lehmann.
Banyak sekali kegunaan LCD dalam perancangan suatu sistem yang
menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil
sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler.
LCD yang akan digunakan adalah jenis LCD M1632, jenis ini merupakan
modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul
tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk
mengendalikan LCD. Mikrokontroler HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi
sebagai pengali LCD memiliki CGROM (Character Generator Read Only
Memory). CGRAM (Character Generator Random Access Memory). Berikut ini
bagian-bagian dari LCD M1632 [8] :
2.5.1. DDRAM
DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada.
Contoh : Untuk karakter ‘L’ atau 4CH yang ditulis pada alamat 00, karakter
tersebut akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila
karakter tersebut ditulis pada alamat 40, maka karakter tersebut akan tampil pada
baris kedua kolom pertama dari LCD.
27
2.5.2. CGRAM
CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter
dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Namun memori
akan hilang saat Power Supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
2.5.3. CGROM
DDRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter
dimana pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780, sehingga
pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Namun karena sifat kepermanenan
ROM, maka saat Power Supply dimatikan tidak akan membuat karakter hilang.
Gambar 2.13. Konfigurasi Pin/Out LCD.
Tabel 2.1. Konfigurasi Pin/Out LCD.
28
2.5.4. Register
HH44780 memiliki dua buah register yang aksesnya diatur menggunakan
kaki RS. Pada saat RS berlogika 0, register yang diakses adalah register perintah
dan pada saat RS berlogika 1, register yang diakses adalah register data.
29
2.5.4.1. Register Perintah
Register
perintah
adalah
register
dimana
perintah-perintah
dari
mikrokontroler ke HD44780 pada saat proses penulisan data atau tempat status
dari HDD44780 dapat dibaca pada saat pembacaan data.
2.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Perintah
Penulisan data ke register perintah dilakukan dengan tujuan mengatur
tampilan LCD, inisialisasi, dan mengatur Address Counter maupun Address Data.
Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data ke register perintah. RW
berlogika 0 menunjukkan proses penulisan data akan dilakukan. Nible tinggi (bit 7
sampai bit 4) terlebih dahulu dikirimkan diawali pulsa logika 1 pada E Clock.
Selanjutnya, Nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan diawali pulsa logika 1
pada E clock lagi. Untuk mode 8 bit interface, proses penulisan dapat langsung
dilakukan 8 bit (bit 7 ... bit 0) dan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E Clock.
2.5.4.1.2. Pembacaan Data dari Register Perintah
Proses pembacaan data pada register perintah biasa digunakan untuk melihat
status busy dari LCD atau membaca Address Counter. RS diatur pada logika 0
untuk akses ke register perintah, R/W diatur pada logika 1 yang menunjukkan
proses pembacaan data. Pembacaan 4 bit nibble rendah dibaca diawali pulsa
logika 1 pada E Clock. Untuk Mode 8 bit Interface, pembacaan 8 bit (nibble
tinggi dan rendah) dilakukan sekaligus diawali sebuah pulsa logika 1 pada E
Clock.
30
Tabel 2.2. Diagram Pewaktuan Pembacaan Data ke Register Perintah Mode 4.
Perintah
Hapus
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
0
0
0
0
0
1
Deskripsi
Hapus display dan
DDRAM
Display
0
Posisi Awal
0
0
0
0
0
1
X
Set Alamat DDRAM
di 0
0
Set Mode
0
0
0
0
1
I/D
S
Atur
arah
penggeseran
kursor
dan display
0
Display
0
0
0
1
D
C
B
Atur
Display(D)
On/OFF, kursor (C)
On/OFF
ON/OFF
Blinking
(B)
0
Geser
0
0
1
S/C
R/L
X
X
Geser
kursor
display
Cursor
tanpa
mengubah
/Display
atau
alamat
DDRAM
0
Set Fungsi
0
1
DL
N
F
X
X
Atur panjang data,
jumlah
baris
yang
tampil,
dan
font
karakter.
0
Set Alamat
1
ACG
ACG
ACG
ACG
ACG
ACG
Data
dapat
dibaca
atau ditulis setelah
CGRAM
alamat diatur.
1
Set Alamat
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
Data
dapat
dibaca
atau ditulis setelah
DDRAM
alamat diatur.
X
= diabaikan
31
I/D
1
= Increment
0 = Decrement
S
0
= Display tidak geser
S/C
1
= Display Shift
0 = Geser Cursor
R/L
1
= Geser Kiri
0 = Geser kanan
DL
1
= 8 bit
0 = 4 bit
N
1
= 2 baris
0 = 1 baris
F
1
= 5 x 10, 0 = 5 X 8
D
0
= Display OFF
1 = Display ON
C
0
= Cursor OFF
1 = Cursor ON
B
0
= Blinking OFF
1 = Blinking ON
2.5.4.2. Register Data
Register data adalah register dimana mikrokontroler dapat menuliskan atau
membaca data ke atau dari DDRAM. Penulisan data pada register akan
menempatkan data tersebut dari DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur
sebelumnya.
2.5.4.2.1. Penulisan Data ke Register Data
Penulisan data pada register data dilakukan untuk mengirimkan data yang
akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan logika 1 pada RS
menunjukkan akses ke register data, kondisi R/W diatur pada logika 0 yang
menunjukkan proses penulisan data. Data 4 bit nibble tinggi (bit 7 hingga bit 4)
dikirimkan diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock dan kemudian diikuti 4 bit
32
nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali pulsa logika 1 pada sinyal E
Clock.
2.5.4.2.2. Pembacaan Data dari Register Data
Pembacaan data dari register data dilakukan untuk membaca kembali data
yang tampil pada LCD. Proses dilakukan dengan mengatur RS pada logika 1
menunjukkan adanya akses ke register data. Kondisi R/W diatur pada logika
tinggi menunjukkan adanya proses pembacaan data. Data 4 bit nibble tinggi (bit 7
hingga bit 4) dibaca dengan diawali adanya pulsa logika 1 pada E Clock dan
dilanjutkan dengan data 4 bit nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali
dengan pulsa logika 1 pada E Clock.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Bab ini tentang perancangan pengaturan frekuensi otomatis dengan penampil
digital pada sintesa frekuensi FM berbasis mikrokontroler AVR ATMega8535,
beserta bagian-bagian Mikrokontroler ATMega8535, dua buah tombol dan penampil
yaitu LCD M1632 ukuran 16 x 2. Penjelasan untuk tiap-tiap bagian akan dibahas
pada subbab berikutnya.
3.1. Diagram Blok
Pengaturan frekuensi otomatis dengan penampil digital pada sintesa frekensi
FM berbasis mikrokontroler AVR ATMega8535 adalah suatu alat aplikasi dari
sintesa frekuensi FM pada pemancar radio, dimana akan mempermudah pemindahan
frekuensi pemancar FM pada PLL yang biasanya menggunakan dip swicth secara
BCD menjadi menggunakan mikrokontroller dengan tampilan LCD 16x2. Diagram
blok dari sistem kerja alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.
32
Gambar 3.1. Diagram blok sederhana rancangan sistem Pengaturan frekuensi
otomatis dengan penampil digital pada sintesa frekensi FM berbasis mikrokontroler
AVR ATMega8535.
Gambar 3.2. Diagram blok rancangan sistem Pengaturan frekuensi otomatis dengan
penampil digital pada pesintesa frekuensi FM yang lengkap berbasis mikrokontroler
AVR ATMega8535.
33
3.2. Perancangan Perangkat Keras
3.3.1. Perhitungan Frekuensi Divider sebagai pembagi N
Pemancar FM ini bekerja pada frekuensi carrier yaitu 88 MHz sampai 108
Mhz dengan daya rendah. AFG (audio function generator) digunakan sebagai sumber
sinyal informasi. Frekuensi referensi dengan osilator kristal membangkitkan sinyal
yang akan dibandingkan dengan keluaran sinyal pembagi terprogram di phase
detector. Frekuensi referensi yang akan digunakan adalah sebesar 12,5 KHz.
Tegangan hasil keluaran phase detector ini yang pada nantinya akan mengontrol
VCO sehingga menghasilkan frekuensi carrier yang diinginkan.
LPF berfungsi untuk menghilangkan komponen frekuensi tinggi dari keluaran
phase detector. Frekuensi Di
PADA PEMANCAR FM
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh :
ANDREAS SRI ISMANTO
NIM : 025114030
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
i
FREQUENCY DIVIDER CONTROLLER
AT FM TRANSMITTER
BASED ON AVR MICROCONTROLLER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to obstain the Sarjana Teknik Degree
in Electrical Engineering
By :
ANDREAS SRI ISMANTO
STUDENT NUMBER : 025114030
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2007
ii
iii
iv
v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Hidup itu begitu indah-khususnya bila Anda berjalan bersama Tuhan.
Ingatlah bahwa Ia setia menyertai Anda
Dan Ia mengharapkan Anda menggunakan waktu Anda secara bijaksana.
(Sully Ozrovech)
Kuberharap dari apa yang tidak saya tahu dan saya tidak perlu tahu.
Kuberharap dari apa yang tidak saya mampu dan saya tak perlu mampu.
Dan hanya dengan kemauanku, kan kudapat semua inginku.
Kupersembahkan karyaku kepada :
Hati Yesus yang Mahakudus yang selalu mengasihiku,
Bunda Maria yang setia mendampingi dan membimbingku mengenal Putera-Nya,
Bapak-Ibu, kakak-kakak dan saudara-saudara yang mencintai dan kucintai,
Romo Bowo yang telah menyadarkan dan menolong dalam mencapai harapan,
Teruntuk cintaku, Christin novitasari yang teramat kusayang, “terimakasih!”,
Bapak dan ibu dosen yang selalu mendampingi,
khususnya pembimbing bapak A. Bayu Primawan, S.T, M.Eng yang banyak membantu,
Teman-teman seangkatan “korban pemutihan”.
Dan kepada almamater fakultas Sains dan Teknologi
Terakhir kali buat Kampus III Sanata Dharma Paingan.
vi
INTISARI
Pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM yang berbasis mikrokontroler
AVR digunakan untuk mempermudah dan mempersingkat waktu pengaturan frekuensi
yang biasanya pemindahan frekuensi pada pemancar FM dilakukan dengan pengaturan
saklar-saklar. Dengan alat ini, pemindahan frekuensi dapat dilakukan hanya dengan
menekan tombol Up atau Down saja dan frekuensi yang terkunci PLL ditampilkan pada
LCD.
Mikrokontroler AVR ini digunakan sebagai pembagi frekuensi yang telah
diprogram sehingga menghasilkan keluaran berupa bilangan BCD 14 bit ( logika 1 adalah
5 volt dan logika 0 adalah 0 volt). Bilangan ini akan digunakan sebagai pembagi
frekuensi dari VCO agar sama dengan frekuensi referensinya.
Hasil dari penelitian ini adalah pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM
yang berbasis mikrokontroler AVR dapat bekerja dengan baik dan menghasilkan
keluaran mikrokontroler berupa bilangan BCD dengan frekuensi pemancar FM
ditampilkan pada LCD.
Kata kunci : mikrokontroler, penampil (LCD), pembagi frekuensi, dan pemancar FM.
vii
ABSTRACT
Frequency divider controller at FM transmitter based on AVR microcontroller is
used to set frequency easily and quickly which frequency movement on FM transmitter is
done by switch setting. By this equipment, frequency movement could be done by
pressing Up or Down button only and could be shown on LCD.
AVR microcontroller is used as programmed frequency divider until it could
results output as 14 bits number of BCD (logic 1 is 5 volt and logic 0 is 0 volt). These
numbers would be used as frequency divider from VCO in order to equal with its
reference frequency.
The results from this research are frequency divider at FM transmitter based on
AVR microcontroller could works well, results microcontroller as 14 bits numbers of
BCD, and the frequency of FM transmitter could be shown on LCD.
Keywords : AVR microcontroller, function display (LCD), frequency divider, and FM
transmitter.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada ALLAH Bapa yang di surga dan
bersamaNya Bunda Maria perawan suci yang telah melimpahkan berkat dan cinta-Nya
yang berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan
memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada :
1. Bapak A. Bayu Primawan, ST., M.Eng., selaku Pembimbing I dan Bapak
Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk
seluruh dosen-dosen di Fakultas Sain dan Teknologi atas segala ilmu yang
diwariskannya.
2. Untuk keluarga penulis: Bapak, Ibu, dan kedua kakak sekeluarga dan
keponakan-keponakan penulis serta seluruh keluarga besar yang selalu
memberi semangat dan dukungan materi yang sangat berarti.
3. Romo Petrus Subowo, SCJ yang selalu memberi dukungan dan segalanya
yang sangat berarti hingga selesainya kuliah ini.
4. Teman-teman seperjuangan, Duwek, Tanto dan Kelik, “suwon broe!!!” Bhule,
Robby dan seluruh teman-teman elektro angkatan 2002, Terima kasih atas
segala masukan dan bantuannya serta perjuangan selama 5 tahun ini, “MOGA
SUKSES KAWAN!!!”.
ix
5. Para laboran elektro Mas Sur, Mas Mardi dan Mas Broto, Mas Hardi. Terima
kasih semuanya.
6. Untuk pak Yudi dan semua kru dari angkatan sangat tua sampai paling muda
RADIO MASDHA FM 95.00 MHz “Together in Peace”, untuk Padepokan
221 (Mas Alek, Mbak Ria, Jo Pamor, Jumilan, Simbah, Sastro dan Kang
Ucup), Langit Communication ( Mas Ragil, Mbak Atik, Ludruk, Gustaman,
Daman, dan ketujuh belas lainnya), kang Bowo dan mbak Yuli, Mr Big, mbak
Nyoman dan Puput, kos Tokyo (Tommy, Mario, Mbah Joyo, Junaidi, Andri,
Ari, mas Yudis, bapak Tukiyo dan Ibu), terimakasih semuanya.
7. Dan untuk hati keduaku, Christin Novitasari. Terima kasih atas segala
segalanya, dirimu sangatlah berarti.
Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun
bagi semua pihak berhubungan dengan bidang telekomunikasi. Akhir kata “Belajarlah
dari apa yang sudah dilakukan dan jadikan itu sebagai pengalaman hidup”
Yogyakarta, Oktober 2007
Penulis
x
DAFTAR ISI
Hal.
HALAMAN JUDUL……………………………………………………… i
HALAMAN JUDUL……………………………………………………… ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING……………………………. iii
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI…………………………………..
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………….
v
HALAMAN PERSEMBAHAN………………………………………….. vi
INTISARI…………………………………………………………………. vii
ABSTRACT………………………………………………………………... viii
KATA PENGANTAR…………………………………………………….
ix
DAFTAR ISI………………………………………………………………
xi
DAFTAR GAMBAR……………………………………………………...
xiv
DAFTAR TABEL………………………………………………………… xvii
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………...
xviii
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang………………………………………………………...
1
I.2 Batasan Masalah…………………………………………………..
2
I.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………...
2
I.4 Manfaat Penelitian…………………………………………………….
3
I.5 Sistematika Penulisan…………………………………………………
3
xi
BAB II DASAR TEORI
II.1 Pengertian Modulasi Frekuensi (FM)…………………..…………..
5
II.2 Sistem Pemancar Radio FM…………………………………………..
8
II.3 Mikrokontroler AVR ATMega8535…………………………………..
14
II.3.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega8535……………………
15
II.3.2 Fitur ATMega8535……….…………………………….………......
17
II.3.3 Konfigurasi pin ATMega8535……………………………………...
17
II.3.4 Peta Memori………………………………………………………...
19
II.3.5 Status Register (SREG)..………………………….………………...
21
II.3.6 Instruksi Mikrokontroler ATMega8535.………….………………...
23
II.4 Reset dan Osilator……….….………………………………………..
24
II.4.1 Reset………………..…………………………………………
24
II.4.2 Osilator………..……………………………………………....
25
II.5 Liquid Cristal Display (LCD).………………………………………..
26
II.5.1 DDRAM……………..…………………………………………
26
II.5.2 CGRAM……………………………………………………....
27
II.5.3 CGROM ………………………………………………………
27
II.5.4 Register…………………..…………………………………….
28
II.5.4.1. Register Perintah.……..…………………………………….
29
II.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Perintah .……..…………..….
29
II.5.4.1.1. Pembacaan Data dari Register Perintah .……..………..….
29
II.5.4.2. Register Data…………..…………………………………….
31
II.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Data…….……..…………..….
31
xii
II.5.4.1.1. Pembacaan Data dari Register Data….. .……..………..….
32
BAB III PERANCANGAN ALAT
III.1 Diagram Blok …………………………………………………
33
III.2 Perancangan Perangkat Keras…………………………………
35
III.2.1 Perhitungan frekuensi Divider sebagai pembagi N…..……..
35
III.2.2 Mikrokontroler AVR ATMega8535….……………..………
39
III.2.2.1 Reset Eksternal …..……………………………………….
40
III.2.2.1 Osilator Eksternal …..…………………………………….
42
III.2.3 Kaki-kaki yang digunakan LCD……………………..……...
43
III.3 Perancangan Perangkat Lunak………………………………………
43
III.3.1. Inisialisasi Periperal…………….…………………………………
44
III.3.2. Program Utama Mikrokontroler..…………………………………
44
III.3.2.1. Program Subroutine UP ……...…………………………………
46
III.3.2.2. Program Subroutine DOWN ……...…………………….………
47
III.3.2.3. Program Subroutine LCD ……...…………………….…………
48
III.4 Perancangan Rangkaian Alat yang akan dibuat……………….….…
49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan………………………………...
50
IV.2 Hasil Keluaran Alat Secara Keseluruhan…………………………..
52
IV.2.1 Hasil Keluaran Mikrokontroler……………………………..
52
IV.2.1.1. Hasil Keluaran Mikrokontroler bilangan BCD…………..
52
xiii
IV.2.1.2. Hasil Keluaran Mikrokontroler pada LCD………………..
54
IV.2.2 Hasil Keluaran Pemancar…………..………………………..
56
IV.3 Perangkat Lunak Hasil Perancangan………………………………… 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan…………………………………………………………..
64
V.2 Saran…………………………………………………………………
64
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….
65
LAMPIRAN ……………………………………………………………...
L1-L34
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin/Out LCD.………………………………….
Hal.
28
Tabel 2.2 Diagram pewaktuan pembacaan data ke register perintah
30
mode 4……………………………………………………..
Tabel 3.1 Data konversi frekuensi ke BCD…………………………...
L8
Tabel 4.1 Keluaran mikrokontroler berupa bilangan BCD……..….…
L12
Tabel 4.2 Keluaran frequency counter dan LCD pada frekuensi FM …
L17
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Hal.
Modulasi Frekuensi……………………………………………... 6
Gambar 2.2
Lengkung Frekuensi Waktu …………………………………….
7
Gambar 2.3
Untaian system PLL……………..………………………….......
9
Gambar 2.4
Frekuensi dan fasa……………………………………..…….....
10
Gambar 2.5
Tanggapan Frekuensi LPF…………………….………………..
12
Gambar 2.6
Low Pass Filter pasif RC ………………………………………
12
Gambar 2.7
VCO dengan dioda varactor…………………………………....
13
Gambar 2.8
Dioda blok dan Konfigurasi pin LB3500 ……………………....
14
Gambar 2.9
Tampilan pin ATMega8535………………………………….....
17
Gambar 2.10
Memori Data dan Memori Program ATMega8535………….....
20
Gambar 2.11
Status Register ATMega8535…………………….………….....
21
Gambar 2.12 Rangkaian Reset Eksternal…….……………………….………
24
Gambar 2.13 Rangkaian Osilator Eksternal …………………………..……...
25
Gambar 2.14 Konfigurasi Pin/Out LCD………………………………..……...
27
Gambar 3.1
34
Diagram blok sederhana pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler AVR…………………..
Gambar 3.2
Diagram blok pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM 34
berbasis mikrokontroler AVR yang lengkap …………………..
Gambar 3.3
Diagram blok dan Konfigurasi Pin IC LB3500 ……………….
36
Gambar 3.4
Konfigurasi Pin IC TC9122
36
Gambar 3.5
Diagram blok contoh perhitungan pengaturan frekuensi divider..
37
xvi
Gambar 3.6 Rangkaian reset eksternal……………………………………….
40
Gambar 3.7
42
Rangkaian osilator kristal ………………………………............
Gambar 3.8 Port LCD………………………………………………..………..
43
Gambar 3.9
Diagram alir program utama mikrokontroler ……………..……..
45
Gambar 3.10 Diagram alir fungsi UP pada mikrokontroler……………..….….
46
Gambar 3.11 Diagram alir fungsi DOWN pada mikrokontroler ……………....
47
Gambar 3.12 Diagram alir fungsi LCD…………..………………………..….
48
Gambar 3.13 Rangkaian alat yang akan dibuat ………………………….…..
49
Gambar 4.1
51
Tampak depan alat pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler ATMega8535…………
Gambar 4.2
Tampak atas pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM
51
berbasis mikrokontroler ATMega8535………………...
Gambar 4.3
Tampilan LCD saat frekuensi 88 MHz……………………..
55
Gambar 4.4
Tampilan LCD saat frekuensi 90 MHz …………..………...
55
Gambar 4.5
Tampilan LCD saat frekuensi 100 MHz …..………..……...
55
Gambar 4.6
Tampilan LCD saat frekuensi 108 MHz …………..…….....
55
Gambar 4.7
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 88 MHz .. 56
Gambar 4.8
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 92 MHz .. 57
Gambar 4.9
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 100 MHz
Gambar 4.10
Tampilan penganalisa spektrum saat output pemancar 108 MHz 58
Gambar 4.11
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
57
59
pemancar 88.0 MHz
Gambar 4.12
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
xvii
59
pemancar 88.1 MHz
Gambar 4.13
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
60
pemancar 88.2 MHz
Gambar 4.14
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
60
pemancar 88.3 MHz
Gambar 4.15
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
61
pemancar 92.0 MHz
Gambar 4.16
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
61
pemancar 92.1 MHz
Gambar 4.17
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
62
pemancar 92.2 MHz
Gambar 4.18
Tampilan frequency counter dan LCD pada saat output
pemancar 92.3 MHz
xviii
62
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Teknologi di bidang telekomunikasi berkembang sangat cepat, bahkan
sampai ke desa-desa banyak ditemukan stasiun-stasiun pemancar radio, baik yang
ilegal maupun legal dengan tujuan hanya sekedar memberikan hiburan, maupun
menyalurkan aspirasi rakyat. Karena begitu banyak frekuensi yang digunakan,
maka pemerintah mengatur alokasi frekuensi bagi masing-masing radio dengan
tujuan agar tidak saling mengganggu. Di Indonesia, alokasi frekuensi sinyal
carrier untuk siaran FM ditetapkan pada frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz.
Alokasi itu terbagi untuk 204 kanal dengan penganalan kelipatan 100 kHz. Kanal
pertama berada pada frekuensi 87,6 MHz, sedangkan kanal ke 204 berada pada
frekuensi 107,9 MHz. Penetapan tersebut dan aturan lainnya tertuang dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor : KM. 15 Tahun 2003 [1].
Bagi seorang teknisi radio yang pekerjaannya adalah membuat banyak
pemancar radio dengan frekuensi yang berbeda-beda maka hal ini menjadi
persoalan, yaitu untuk membuat pemancar radio harus menunggu pesanan terlebih
dahulu, ini dimaksudkan untuk mendapatkan frekuensi terkunci yang diinginkan.
Untuk menyelesaikan masalah tersebut maka ada beberapa teknis radio sudah
menemukan solusinya, yaitu dibuatlah pemancar radio yang dapat diubah-ubah
frekuensinya menggunakan dip switch. Pengubahan frekuensi menggunakan dip
2
switch ini sangatlah merepotkan dan hanya orang-orang tertentu saja yang
mengetahuinya karena menggunakan bilangan BCD (binary code desimal).
Karena terjadi kerumitan dalam pemindahan frekuensi tersebut maka penulis
akan merancang, membuat dan membahas pengendali pembagi frekuensi pada
pemancar FM berbasis mikrokontroler ATMega8535 dengan penampil LCD (
Liquid Cristal Display). Pengguna dapat melakukan pengubahan frekuensi
pemancar dengan menekan tombol UP/DOWN dengan frekuensi keluaran
pemancarnya tertampil pada LCD.
1.2. Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Pemancar bekerja pada frekuensi FM (88 MHz – 108 MHz), pemancar
ini hanya sebagai alat bantu kerja alat.
2. Menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8535.
3. Menggunakan tombol Up/Down dengan perubahan step frekuensi 100
KHz.
4. Penampil frekuensi menggunakan LCD 16x2.
1.3. Tujuan Penelitian
1. Mempelajari dan mempraktikkan mata kuliah mikrokontroler dan
mengaplikasikannya pada sintesa pemancar FM.
2. Membantu para pembaca yang gemar dalam dunia keteknisan radio FM,
khususnya bagian aplikasi sintesa frekuensi FM.
3
1.4. Manfaat Penelitian
Pengendali pembagi frekuensi pada pemancar FM ini akan mempermudah
dalam penggeseran frekuensi terkunci FM (PLL = phase locked loop). Pengendali
ini mengubah cara penggeseran frekueansi dari dip switch digantikan dengan
tombol Up/Down berbasis mikrokontroler. Pergeseran frekuensi dengan step 100
KHz dan frekuensi pemancar radionya tertampil pada LCD.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang dipergunakan dalam penyusunan tugas akhir ini
terdiri dari 5 Bab yaitu :
1.
BAB I – Pendahuluan
Berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat
penelitian, dan sistematika penulisan.
2.
BAB II - Dasar teori
Berisi pengertian frekuensi modulasi, tujuan pemancar FM, penjelasan
sistem PLL pada pemancar FM secara umum, mikrokontroler dan LCD.
3.
BAB III - Perancangan Perangkat Keras dan Lunak
Berisi perancangan pengaturan frekuensi dan tampilan LCD berbasis
mikrokontroler. Perancangan pengaturan frekuensi terdiri dari fungsi serta
sistematika perangkat, sehingga rangkaian tersebut dapat beroperasi dengan
maksimal.
4
4.
BAB IV - Analisis Hasil dan Pembahasan
Berisi data hasil pengamatan, analisis hasil pengukuran dan pembahasan
yang diperoleh dalam penelitian serta cara pengoperasian perangkat sesuai dengan
kinerja yang direncanakan.
5.
BAB V – Kesimpulan dan Saran
Merupakan kesimpulan akhir terhadap hasil penelitian perangkat serta
memberikan masukan-masukan pengembangan perangkat secara maksimal.
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Pengertian Frekuensi Modulasi
Dalam istilah teknik, kata modulasi mempunyai definisi yang cukup
panjang. Tetapi hal itu dapat dijelaskan dengan analogi sederhana berikut : bila
sesuatu ingin dipindahkan ke tempat lain yang jauh, maka diperlukan sesuatu
media lain sebagai perantara.
Sinyal informasi (suara, gambar, dan data) juga begitu. Agar dapat dikirim
ke tempat lain, sinyal informasi harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam
konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan
yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier).
Jenis dan cara penumpangan sangat beragam. Dari tinjauan "penumpang",
cara menumpangkan manusia pasti berbeda dengan paket barang atau surat. Hal
serupa berlaku untuk penumpangan sinyal analog yang berbeda dengan sinyal
digital. Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal
gambar, sinyal film, atau sinyal lain.
Dari sisi pembawa, cara menumpang di pesawat terbang akan berbeda
dengan menumpang di mobil, bus, truk, kapal laut, perahu, atau kuda. Hal yang
sama juga terjadi pada modulasi. Di mana cara menumpang ke amplitudo
gelombang carrier akan berbeda dengan cara menumpang di frekuensi gelombang
6
carrier. Gelombang/sinyal carrier adalah gelombang radio yang mempunyai
frekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi sinyal informasi [2].
Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal carrier
yang berasal dari osilator RF, sedangkan modulasi frekuensi adalah suatu proses
modulasi dengan cara mengubah-ubah frekuensi gelombang carrier dengan
amplitudo tetap.
Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [2].
(a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier. (c) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan frekuensi sebagai fungsi waktu.
Dari Gambar 2.1 terlihat bahwa ketika amplitudo sinyal informasi positif,
frekuensi carrier disimpangkan sebesar ∆f menjadi f1. Sedangkan
pada saat
7
amplitudo sinyal informasi negatif, frekuensi pembawa disimpangkan sebesar ∆f
menjadi -f1. Deviasi frekuensi (∆f) adalah simpangan yang dialami oleh frekuensi
pembawa (fc) karena amplitudo informasi (Am). Semakin besar amplitudo
informasi, semakin besar pula deviasinya sehingga dapat mengganggu pemancar
lain [3].
Frekuensi pembawa sesaat dapat dinyatakan [3]:
f i (t ) = f c (t ) + kem (t )
(2.1)
Sinyal modulasi em(t) digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa.
Perubahan pada frekuensi adalah kem(t), dengan k adalah konstanta deviasi
frekuensi. Frekuensi pembawa tanpa modulasi dilambangkan dengan fc. Bila em(t)
suatu gelombang sinus
em (t ) = Am maks sin ω m t
(2.2)
frekuensi pembawa sesaat menjadi
f i (t ) = f c (t ) + kAm maks sin ω m t
(2.3)
Sketsa dari fi ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2. Lengkung frekuensi-waktu [3].
Deviasi frekuensi puncak dari sinyal didefinisikan sebagai [3]
(2.4)
8
∆f = kAmmaks
sehingga persamaan 2.3 menjadi
f i (t ) = f c (t ) + ∆f sin ω m t
2.2.
(2.5)
Sistem Pemancar Radio FM
Tujuan dari pemancar FM adalah untuk mengubah satu atau lebih sinyal input
yang berupa frekuensi audio menjadi gelombang termodulasi dalam sinyal RF
(Radio Frequency) yang dimaksudkan sebagai output daya yang kemudian
diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan.
Kestabilan frekuensi dari oscilator direct FM tidak cukup bagus, untuk itu
dibutuhkan automatic frekuensi control (AFC) yang menggunakan sebuah kristal
osilator stabil sebagai frekuensi referensi. Komponen AFC berperan sebagai
pengatur frekuensi yang dibangkitkan osilator lokal untuk dicatukan ke mixer,
sehingga frekuensi osilator menjadi stabil.
Suatu pemancar mono biasanya dibangkitkan dengan osilator saja tanpa
membutuhkan stereo generator. Untuk membangkitkan isyarat FM ini paling baik
menggunakan Phase Lock Loop (PLL) karena osilator LC yang telah kita pelajari
sangat rentan terhadap perubahan frekuensi, artinya osilator tersebut mudah
bergeser frekuensinya atau tidak stabil. Satu-satunya keuntungan osilator LC
adalah frekuensinya dapat diubah-ubah sesuai keinginan walaupun perubahannya
terbatas. Osilator yang dijamin kestabilannya adalah osilator kristal yaitu osilator
yang menggunakan kristal sebagai sumber frekuensi. Namun demikian osilator ini
9
tidak dapat diubah-ubah frekuensinya seperti pada osilator LC. Bila ingin
merubah frekuensi maka kristalnya harus diubah dengan frekuensi yang sesuai,
hal ini kurang praktis dan memakan biaya. Untuk dapat menggabungkan dua hal
tersebut di atas, yaitu frekuensi dapat diubah namun tetap dijamin frekuensinya
stabil, maka pemecahannya menggunakan rangkaian Phase lock loop (PLL). PLL
sendiri adalah rangkaian umpan balik negatif dengan frekuensi sebagai input dan
frekuensi atau tegangan sebagai output. Aplikasi yang biasanya menggunakan
PLL adalah demodulator untuk AM dan FM, pengali frekuensi dan pesintesa
frekuensi.
Frekuensi
referensi
Detektor
Fasa
LPF
VCO
fo
Prescaler
(pembagi N)
(LPF = Low Pass Filter)
(VCO = Voltage Controlled Oscilator)
Gambar 2.3. Untaian sistem PLL.
Sistem kerja PLL yaitu bila dua buah sinyal mempunyai beda fasa yang
tetap maka pastilah memiliki frekuensi sama pula. Sifat ini dimanfaatkan untuk
membentuk suatu sistem yang dapat menghasilkan frekuensi keluaran yang stabil
dengan membandingkan beda fasa antara frekuensi referensi yang sangat stabil
dengan frekuensi keluaran yang diumpankan frekuensi pembagi. Frekuensi hasil
keluaran dari VCO dibandingkan dengan frekuensi acuan kristal osilator
10
(frekuensi referensi) di detektor fasa (comparator). Bila kedua frekuensi yang
masuk ke detektor fasa, frekuensi dan fasanya sama, maka detektor fasa akan
mengeluarkan tegangan searah. Dalam hal ini pada output VCO akan dihasilkan
frekuensi dan fasa yang sesuai dengan frekuensi acuan sehingga frekuensi PLL
dalam keadaan terkunci.
Gambar 2.4. (a) Kedua input memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa
konstan. (b) Peningkatan frekuensi input menyebabkan kesalahan positif fasa ∆θ
[4].
Pada Gambar 2.4a di atas menunjukkan bila kedua masukan phase detector
adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi ωFR dengan fasa sama, maka beda fasa
sama dengan nol dan tegangan v1, v2, v3 sama dengan nol. Tegangan v3 menjadi
input VCO agar output tetap pada frekuensi ωFR yang sama dengan ωi, sehingga
loop terjaga atau yang sering disebut equilibrium loop. Apabila ωi berubah naik,
maka θi semakin besar, sehingga θi sama dengan θo seperti pada Gambar 2.4b.
Dengan adanya beda fasa (∆θ), maka muncul tegangan v1 dan setelah itu,
ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v3 semakin tinggi. Kecepatan sudut ωo
11
akan naik mencapai ωo yang sama dengan ωi sehingga kedua vektor berotasi pada
kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new equilibrium loop).
Saat kondisi lock tercapai, tegangan v3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika
ωi sama dengan ωo, maka
v3 =
ωi − ω FR
ko
(2.6)
Frekuensi referensi adalah frekuensi yang dibangkitkan oleh kristal osilator.
Frekuensi referensi akan digunakan untuk masukan pada detektor fasa, dimana
akan dibandingkan dengan frekuensi pembagi N.
Filter adalah rangkaian yang dirancang untuk melewatkan suatu pita
frekuensi tertentu dan memperlemah pita frekuensi yang lain. Filter aktif terdiri
dari kombinasi resistor, kapasitor, dan satu atau lebih komponen aktif (seperti OpAmp) dengan umpan balik [5].
Kelebihan dari filter aktif :
1.
Tidak memerlukan lilitan (induktor), sehingga tidak ada masalah pada
frekuensi rendah dan mudah diimplementasikan pada frekuensi sangat
rendah.
2.
Karakteristik tanggapan frekuensi mendekati ideal.
3.
Ukuran dan biaya dapat ditekan.
Kekurangan dari filter aktif :
1.
Kurang handal dibanding komponen pasif.
12
2.
Membutuhkan catu daya tersendiri.
3.
Perlu feedback, sehingga ada kemungkinan tidak stabil.
Pada perancangan pemancar FM, LPF digunakan untuk menghilangkan
komponen frekuensi tinggi dari output phase detector dan menghasilkan tegangan
DC rata-rata sebagai pengendali osilator.
Gambar 2.5. Tanggapan frekuensi LPF [5].
Gambar 2.5 memperlihatkan low pass filter pasif RC.
R1
input
C1
output
Gambar 2.6 Low pass filter pasif RC
Frekuensi cutoff filter (fc) dihitung menggunakan persamaan 2.12. Dengan
fc adalah frekuensi cutoff filter, R1 adalah resistor filter dan C1 adalah kapasitor
filter.
fc =
1
2πR1C1
(2.12)
13
Voltage-controlled oscilators (VCO) banyak terdapat dibeberapa aplikasi,
seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning radio, dan phase-locked loop.
VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan
pengaturan tegangan [3].
Gambar 2.7 memperlihatkan dioda varactor yang diaplikasikan untuk
membangun VCO. Nama varactor berarti variable reactor sehingga pada dioda
varactor nilai kapasitansi pada sambungan pn dapat diubah-ubah sesuai dengan
prasikap tegangan baliknya [6]. Pada perancangan pemancar FM frequency
hopping prasikap tegangan balik dioda varactor ditentukan oleh LPF.
Gambar 2.7. VCO dengan dioda varactor [6].
IC LB3500 adalah prescaler dengan rasio pembagian frekuensi 1/8.
Banyak digunakan sebagai tuning radio FM dan mampu membagi frekuensi
maksimum 150 MHz. Gambar 2.17 menunjukkan konfigurasi dan diagram blok
LB3500 [7].
14
Gambar 2.8. Diagram blok dan konfigurasi pin IC LB3500 [7].
Frekuensi pembagi N adalah frekuensi hasil umpan balik dari VCO dan
pembagi 8, dimana hasil dari frekuensi pembagi akan di bandingkan dengan
frekuensi referensi oleh detektor fasa. Pada frekuensi pembagi di pakai IC
TC9122. IC ini mempunyai masukan 14 bit yang berupa bilangan BCD (Binary
Code Decimal). Pada TC9122 mempunyai karakteristi tidak dapat membagi
frekuensi yang terlalu tinggi. Sehingga dari VCO akan dilewatkan pembagi 8
terlebih dahulu.
2.3.
Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem
komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu
komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemenelemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output
spesifik berdasarkan input yang diterima dan program yang dikerjakan.
Mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang
diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem
terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang
15
programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih
kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc
processor), maka mikro ini telah memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi
dengan biaya ekonomis yang cukup minimal [8].
2.3.1. Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega8535
[7]Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler CMOS
dengan daya rendah yang memiliki arsitektur AVR RISC (Reduced Instruction Set
Computer) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits
word) dan sebagian besar instruksi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan
instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Ini karena dalam MCS51
menggunakan CISC (Complex Instruction Set Computing). Arsitektur ini
mendukung kemampuan untuk melaksanakan eksekusi dalam satu siklus clock
osilator. AVR memiliki fitur untuk menghemat konsumsi daya yaitu dengan mode
sleep. Mode sleep dalam mikrokontroler AVR ada dua macam yaitu mode idle dan
mode power down.
Mikrokontroler AVR memiliki model arsitektur Harvard dimana memori
dan bus untuk program dan data dipisahkan. Dalam arsitektur AVR ini, 32 register
umum terhubung langsung ke ALU processor. Hal ini yang membuat AVR
memiliki kecepatan tinggi dalam mengeksekusi instruksi.
16
Dalam satu siklus clock terdapat dua register independen yang dapat diakses
oleh satu instruksi. Teknik yang digunakan adalah fetch during execution atau
memegang sambil mengerjakan. Hal ini berarti dua operan dibaca dari dua
register, dilakukan eksekusi operasi dan hasilnya disimpan kembali dalam satu
register. Proses ini dilakukan dalam satu siklus clock.
Mikrokontroler ATMega8535 ini merupakan mikrokontroler 8 bit keluarga
AVR yang memiliki beberapa fasilitas seperti [8]:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, Port B, Port C dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.
17
2.3.2. Fitur ATMega8535
Kapabilitas detail ATMega8535 adalah sebagai berikut :
1.
Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal
16 MHz.
2.
Kapabilitas memori flash I8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan
EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory)
sebesar 512 byte.
3.
ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4.
Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5
Mbps.
5.
Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.3.3. Konfigurasi Pin ATMega8535
Gambar 2.8 berikut ini menunjukkan tampilan pin-pin mikrokontroler
ATMega8535
Gambar 2.9. Tampilan Pin ATMega8535.
18
Dari tampilan pin seperti diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. VCC
Æ Merupakan pin masukan tegangan (catu daya) sebesar 5
volt.
b. AVCC Æ Merupakan pin masukan tegangan ADC.
c. AREF
Æ Merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
d. Reset
Æ Merupakan pin reset, mikrokontroler akan mereset program
jika pin ini berlogika low selama 50ns.
e. GND
Æ Merupakan pin ground
f. Port A
Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8-bit bi-directional
I/O Port (PA0 – PA7). Port ini juga berfungsi sebagai 8 bit
channel ADC (ADC0 – ADC7).
g. Port B Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PB0 – PB7). Port B memiliki beberapa fungsi
khusus yaitu T0 untuk input Timer dan T1 untuk input
counter, AIN0 dan AIN1 untuk input analog komparator.
SS, MOSI, MISO, dan SCK untuk komunikasi serial SPI.
h. Port C Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PC0 – PC7). Port C memiliki beberapa fungsi
khusus yaitu TOSC1, TOSC2, dan OC2 untuk input Timer
Oscilator, SDA dan SCL untuk input komunikasi serial
I2C.
i. Port D
Æ Merupakan pin I/O dua arah kelompok 8 bit bi-directional
I/O Port (PD0 – PD7). Port D memiliki beberapa fungsi
19
khusus yaitu input interupsi eksternal (INTO dan INT1),
komunikasi serial USART (TXD dan RXD) dan OC1B,
OC1A, ICP1.
j. X-TAL 1 dan X-TAL2 Æ Merupakan input clock external
2.3.4. Peta Memori
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
program yang terpisah. Memori data yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu 32 buah
register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal.
Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah,
yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan
kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai
dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan
untuk mengatur fungsi terhadap berbagai periferal mikrokontroler, seperti kontrol
register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori
digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.
Konfigurasi memori data ditunjukkan pada Gambar 2.9 di bawah ini :
20
Gambar 2.10. Memori Data dan Memori Program AVR ATMega8535.
Memori data pada mikrokontroler memiliki memori data RAM (Random
Access Memory) atau memori yang bisa dibaca dan ditulis dan ROM (Read Only
Memory) atau memori yang hanya bisa dibaca saja. Di dalam ATMega8535
memiliki dua buah ROM, yaitu Flash PEROM (Programable Erasable Read Only
Memory) dan EEPROM (Electricslly Erasable Programable Read Only Memory).
Memori program yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word atau 2
byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16 bit atau 32 bit. AVR ATMega8535
memiliki 4Kbyte x 16 bit Flash PEROM dengan alamat mulai dari $000 sampai
$FFF tersebut yang memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu
mengalamati Flash. Selain itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data
berupa EEPROM 8 bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dumulai dari $000
sampai $1FF.
EEPROM adalah salah satu dari tiga tipe memori pada AVR (dua yang lain
adalah memori Flash dan SRAM). EEPROM dapat menyimpan data saat tidak
21
dicatu daya dan juga dapat diubah saat program berjalan. Oleh karena itu,
EEPROM sangat berguna untuk menyimpan informasi seperti nilai kalibrasi,
nomer ID, dan juga password. Untuk menulis dalam EEPROM, perlu ditentukan
terlebih dahulu data apa yang akan ditulis serta alamat untuk menulis data tersebut
untuk mencegah ketidaksengajaan menulis di dalam EEPROM. Proses penulisan
dalam EEPROM tidak berlangsung waktu itu juga, tetapi membutuhkan waktu
sekitar 2.5 ms sampai dengan 4 ms. Oleh karena alasan tersebut, program yang
dibuat harus dicek terlebih dahulu apakah EEPROM telah siap untuk ditulis
dengan byte data baru (kemungkinan operasi penulisan yang terdahulu belum
selesai).
2.3.5. Status Register (SREG)
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap
operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan
bagian dari inti CPU mikrokontroler.
Gambar 2.11. Status Register ATMega8535.
22
1. Bit 7 – I : Global Interupt Enable
Bit harus diset untuk meng-enable interupsi. Setelah itu, dapat
mengaktifkan interupsi mana yang akan digunakan dengan cara mengenable bit kontrol register yang bersangkutan secara individu. Bit akan
di-clear apabila terjadi suatu interupsi yang dipicu oleh hardware, dan
bit tidak akan mengizinkan terjadinya interupsi, serta akan diset
kembali oleh interuksi RETI.
2. Bit 6 – T : Bit Copt Storage
Interuksi BLD dan BST menggunakan bit-T sebagai sumber atau
tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat
disalin ke bit-T menggunakan interuksi BST, dan sebaliknya bit-T
dapat disalin kembali ke suatu bit dalam register GPR menggunakan
intruksi BLD.
3. Bit 5 – H : Half Carry Flag
4. Bit 4 – S : Sign Bit
Bit-S merupakan hasil operasi EOR antara flag-N (negatif) dan flag-V
(komponen dua overflow).
5. Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Bit berguna untuk mendukung operasi aritmatika.
6. Bit 2 – N : Negative Flag
Apabila suatu operasi menghasilkan bilangan negatif, maka flag-N
akan diset.
7. Bit 1 – Z : Zero Flag
23
Bit akan diset bila hasil operasi yang diperoleh adalah nol.
8. Bit 0 – C : Carry Flag
Apabila suatu operasi menghasilkan carry, maka bit akan diset.
2.3.6. Instruksi Mikrokontroler ATMega8535
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 130 macam instruksi. Instruksiinstruksi mikrokontroler AVR dapat dibagi sebagai berikut [8] :
a. Instruksi transfer data, instruksi ini berfungsi untuk transfer data antara
register ke register, memori ke memori, register ke memori, antarmuka
ke register, dan antarmuka ke memori.
b. Instruksi
aritmatika
dan
logic,
instruksi
aritmatika
meliputi
penjumlahan, pengurangan, penambahan satu (increament), dan
pengurangan satu (decreament). Instruksi logika dan manipulasi bit,
yang melaksanakan operasi AND, OR, XOR, perbandingan,
penggeseran, dan komplemen data.
c. Instruksi Bit dan Bit-Test, yaitu instruksi untuk setting kondisi tiap bit,
baik set maupun clear, bahkan ada beberapa variasi, seperti instruksi
putar, hingga watchdog reset.
d. Instruksi percabangan, yang berfungsi mengubah urutan normal
pelaksanaan suatu program menjadi sesuai yang dikehendaki. Dengan
instruksi ini program yang sedang dilaksanakan akan mencabang ke
suatu
alamat
tertentu.
Instruksi
percabangan
percabangan bersyarat dan percabangan tanpa syarat.
dibedakan
atas
24
e. Instruksi stack, I/O dan kontrol, yang digunakan untuk mengatur
penggunaan stack, membaca/menulis port I/O serta pengontrolanpengontrolan.
2.4.
Reset dan Osilator
Dalam perancangan perangkat keras ini akan dirancang reset eksternal
dan osilator yang mendukung kinerja mikrokontroler ini.
a. Reset Eksternal
Keadaan reset terjadi apabila pin reset mendapat logika 0 selama lebih
dari 50ns. Pin reset dihubungkan dengan resistor (R1) yang terhubung ke VCC
dan kapasitor (C1) yang terhubung ke ground. Rangkaian reset eksternal
ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.12. Rangkaian reset eksternal.
Pada
perancangan
ini
digunakan
waktu
1ms
untuk
mereset
mikrokontroler. Penentuan reset eksternal dapat dilakukan dengan mengatur
nilai resistor dan kapasitornya. Untuk membuat keadaan reset tegangan
25
maksimal yang harus diberikan pada pin ini Vc = 0,85 Vcc (datasheet AVR
−t
ATMega8535). Karena Vc = Vcc(1 − e RC ) maka dapat dicari nilai C1 dengan :
Vc = Vcc(1 − e
−t
RC
)
Setelah ditentukan resistor yang digunakan, maka kapasitornya dapat
dicari dengan :
RC = 0,5271 × 10 −3
b. Osilator
Salah
satu
kelebihan
mikrokontroler
AVR
ATMega8535
adalah
kecepatannya dalam melakukan eksekusi program dibandingkan dengan keluarga
mikrokontroler MCS-51. AVR ATMega8535 membutuhkan waktu satu siklus
clock untuk melakukan eksekusi terhadap suatu instruksi.
Rangkaian osilator yang digunakan pada perancangan ini ditunjukkan pada
Gambar 2.12.
Gambar 2.13. Osilator kristal 4MHz yang dihubung ke mikrokontroler AVR
ATMega8535 (datasheet AVR Hardware Design Consideration).
26
2.5.
LCD (Liquid Crystal Display)
Teknologi LCD tidak hanya diterapkan pada monitor sebagaimana yang
populer selama ini. Notebook, ponsel, pager, dan berbagai perkakas elektronik
lain juga menggunakannya. LCD ditemukan oleh seorang ahli botani asal Austria
bernama Freidrich Reintzer, pada akhir abad ke-19. Istilah Liquid Crystal ini
justru dipopulerkan pertama kali oleh fisikawan Jerman bernama Otto Lehmann.
Banyak sekali kegunaan LCD dalam perancangan suatu sistem yang
menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil
sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler.
LCD yang akan digunakan adalah jenis LCD M1632, jenis ini merupakan
modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul
tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk
mengendalikan LCD. Mikrokontroler HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi
sebagai pengali LCD memiliki CGROM (Character Generator Read Only
Memory). CGRAM (Character Generator Random Access Memory). Berikut ini
bagian-bagian dari LCD M1632 [8] :
2.5.1. DDRAM
DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada.
Contoh : Untuk karakter ‘L’ atau 4CH yang ditulis pada alamat 00, karakter
tersebut akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila
karakter tersebut ditulis pada alamat 40, maka karakter tersebut akan tampil pada
baris kedua kolom pertama dari LCD.
27
2.5.2. CGRAM
CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter
dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Namun memori
akan hilang saat Power Supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
2.5.3. CGROM
DDRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter
dimana pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780, sehingga
pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Namun karena sifat kepermanenan
ROM, maka saat Power Supply dimatikan tidak akan membuat karakter hilang.
Gambar 2.13. Konfigurasi Pin/Out LCD.
Tabel 2.1. Konfigurasi Pin/Out LCD.
28
2.5.4. Register
HH44780 memiliki dua buah register yang aksesnya diatur menggunakan
kaki RS. Pada saat RS berlogika 0, register yang diakses adalah register perintah
dan pada saat RS berlogika 1, register yang diakses adalah register data.
29
2.5.4.1. Register Perintah
Register
perintah
adalah
register
dimana
perintah-perintah
dari
mikrokontroler ke HD44780 pada saat proses penulisan data atau tempat status
dari HDD44780 dapat dibaca pada saat pembacaan data.
2.5.4.1.1. Penulisan Data ke Register Perintah
Penulisan data ke register perintah dilakukan dengan tujuan mengatur
tampilan LCD, inisialisasi, dan mengatur Address Counter maupun Address Data.
Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data ke register perintah. RW
berlogika 0 menunjukkan proses penulisan data akan dilakukan. Nible tinggi (bit 7
sampai bit 4) terlebih dahulu dikirimkan diawali pulsa logika 1 pada E Clock.
Selanjutnya, Nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan diawali pulsa logika 1
pada E clock lagi. Untuk mode 8 bit interface, proses penulisan dapat langsung
dilakukan 8 bit (bit 7 ... bit 0) dan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E Clock.
2.5.4.1.2. Pembacaan Data dari Register Perintah
Proses pembacaan data pada register perintah biasa digunakan untuk melihat
status busy dari LCD atau membaca Address Counter. RS diatur pada logika 0
untuk akses ke register perintah, R/W diatur pada logika 1 yang menunjukkan
proses pembacaan data. Pembacaan 4 bit nibble rendah dibaca diawali pulsa
logika 1 pada E Clock. Untuk Mode 8 bit Interface, pembacaan 8 bit (nibble
tinggi dan rendah) dilakukan sekaligus diawali sebuah pulsa logika 1 pada E
Clock.
30
Tabel 2.2. Diagram Pewaktuan Pembacaan Data ke Register Perintah Mode 4.
Perintah
Hapus
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
0
0
0
0
0
1
Deskripsi
Hapus display dan
DDRAM
Display
0
Posisi Awal
0
0
0
0
0
1
X
Set Alamat DDRAM
di 0
0
Set Mode
0
0
0
0
1
I/D
S
Atur
arah
penggeseran
kursor
dan display
0
Display
0
0
0
1
D
C
B
Atur
Display(D)
On/OFF, kursor (C)
On/OFF
ON/OFF
Blinking
(B)
0
Geser
0
0
1
S/C
R/L
X
X
Geser
kursor
display
Cursor
tanpa
mengubah
/Display
atau
alamat
DDRAM
0
Set Fungsi
0
1
DL
N
F
X
X
Atur panjang data,
jumlah
baris
yang
tampil,
dan
font
karakter.
0
Set Alamat
1
ACG
ACG
ACG
ACG
ACG
ACG
Data
dapat
dibaca
atau ditulis setelah
CGRAM
alamat diatur.
1
Set Alamat
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
Data
dapat
dibaca
atau ditulis setelah
DDRAM
alamat diatur.
X
= diabaikan
31
I/D
1
= Increment
0 = Decrement
S
0
= Display tidak geser
S/C
1
= Display Shift
0 = Geser Cursor
R/L
1
= Geser Kiri
0 = Geser kanan
DL
1
= 8 bit
0 = 4 bit
N
1
= 2 baris
0 = 1 baris
F
1
= 5 x 10, 0 = 5 X 8
D
0
= Display OFF
1 = Display ON
C
0
= Cursor OFF
1 = Cursor ON
B
0
= Blinking OFF
1 = Blinking ON
2.5.4.2. Register Data
Register data adalah register dimana mikrokontroler dapat menuliskan atau
membaca data ke atau dari DDRAM. Penulisan data pada register akan
menempatkan data tersebut dari DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur
sebelumnya.
2.5.4.2.1. Penulisan Data ke Register Data
Penulisan data pada register data dilakukan untuk mengirimkan data yang
akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan logika 1 pada RS
menunjukkan akses ke register data, kondisi R/W diatur pada logika 0 yang
menunjukkan proses penulisan data. Data 4 bit nibble tinggi (bit 7 hingga bit 4)
dikirimkan diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock dan kemudian diikuti 4 bit
32
nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali pulsa logika 1 pada sinyal E
Clock.
2.5.4.2.2. Pembacaan Data dari Register Data
Pembacaan data dari register data dilakukan untuk membaca kembali data
yang tampil pada LCD. Proses dilakukan dengan mengatur RS pada logika 1
menunjukkan adanya akses ke register data. Kondisi R/W diatur pada logika
tinggi menunjukkan adanya proses pembacaan data. Data 4 bit nibble tinggi (bit 7
hingga bit 4) dibaca dengan diawali adanya pulsa logika 1 pada E Clock dan
dilanjutkan dengan data 4 bit nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali
dengan pulsa logika 1 pada E Clock.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Bab ini tentang perancangan pengaturan frekuensi otomatis dengan penampil
digital pada sintesa frekuensi FM berbasis mikrokontroler AVR ATMega8535,
beserta bagian-bagian Mikrokontroler ATMega8535, dua buah tombol dan penampil
yaitu LCD M1632 ukuran 16 x 2. Penjelasan untuk tiap-tiap bagian akan dibahas
pada subbab berikutnya.
3.1. Diagram Blok
Pengaturan frekuensi otomatis dengan penampil digital pada sintesa frekensi
FM berbasis mikrokontroler AVR ATMega8535 adalah suatu alat aplikasi dari
sintesa frekuensi FM pada pemancar radio, dimana akan mempermudah pemindahan
frekuensi pemancar FM pada PLL yang biasanya menggunakan dip swicth secara
BCD menjadi menggunakan mikrokontroller dengan tampilan LCD 16x2. Diagram
blok dari sistem kerja alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.
32
Gambar 3.1. Diagram blok sederhana rancangan sistem Pengaturan frekuensi
otomatis dengan penampil digital pada sintesa frekensi FM berbasis mikrokontroler
AVR ATMega8535.
Gambar 3.2. Diagram blok rancangan sistem Pengaturan frekuensi otomatis dengan
penampil digital pada pesintesa frekuensi FM yang lengkap berbasis mikrokontroler
AVR ATMega8535.
33
3.2. Perancangan Perangkat Keras
3.3.1. Perhitungan Frekuensi Divider sebagai pembagi N
Pemancar FM ini bekerja pada frekuensi carrier yaitu 88 MHz sampai 108
Mhz dengan daya rendah. AFG (audio function generator) digunakan sebagai sumber
sinyal informasi. Frekuensi referensi dengan osilator kristal membangkitkan sinyal
yang akan dibandingkan dengan keluaran sinyal pembagi terprogram di phase
detector. Frekuensi referensi yang akan digunakan adalah sebesar 12,5 KHz.
Tegangan hasil keluaran phase detector ini yang pada nantinya akan mengontrol
VCO sehingga menghasilkan frekuensi carrier yang diinginkan.
LPF berfungsi untuk menghilangkan komponen frekuensi tinggi dari keluaran
phase detector. Frekuensi Di