Selasa, 31 Maret 2009

Uninterruptable Power Supply (UPS)

Dasar Teori

UPS (Uninterruptable Power Supply) adalah suatu alat yang berfungsi sebagai buffer antara power supply dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer, printer, modem, dsb. Bila ada gangguan, atau dengan kata lain suplai daya terputus, maka UPS akan segera bekerja dalam waktu secepat mungkin sehingga peralatan elektronik yang kita miliki tidak mengalami kerusakan. Dalam hal ini UPS berfungsi sebagai supply daya baru (backup dari supply daya utama).

Sering terjadi supply daya dari PLN yang terputus-putus maka mengakibatkan menurunnya kualitas supply daya dari PLN itu sendiri, padahal supply daya tersebut sangat berpengaruh terhadap kelangsungan hidup peralatan elektronik yang disuplainya. Beberapa hal utama yang menyebabkan menurunnya kualitas supply daya antara lain[4] :

1. Tegangan lebih akibat petir. Tegangan lebih akibat petir biasanya terjadi dalam waktu beberapa mikro detik. Tegangan lebih ini biasanya dapat merusak perangkat keras (hardware) dari peralatan elektronik yang dikenainya. Seperti microchips, harddisk, monitor dsb.

2. Tegangan lebih akibat switch. Biasanya terjadi akibat mesin listrik dengan daya yang besar diputus dari supply.

3. Tegangan kedip sesaat akibat peralatan listrik berdaya besar baru dinyalakan. Tegangan kedip ini dapat menyebabkan komputer hang, salah pembacaan pada harddisk atau kerusakan fisik pada harddisk tersebut.

4. Tegangan kurang, akibat PLN tidak mampu melayani beban puncak. Hal ini mengakibatkan peralatan kita dicatu dengan tegangan lebih rendah dari ratingnya. Hal ini sangat berbahaya bagi peralatan kita sangat sensitif terhadap perubahan tegangan.

5. Black-Out . Tegangan dari PLN terputus.

Dalam UPS itu sendiri terdapat beberapa komponen penyusunnya, dimana setiap komponen tersebut mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Komponen penyusun utama dari sistem UPS tersebut antara lain :

a) Battery

Sebagai penyimpan energi listrik dimana prosesnya melalui reaksi kimiawi (elektro-kimia)

b) Rectifier

Berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi DC dari supply daya untuk mengisi battery.

c) Inverter

Berfungsi untuk mengubah tegangan DC menjadi AC ke peralatan yang dilindungi oleh UPS.

Berdasarkan cara kerjanya UPS sendiri dibedakan lagi menjadi tiga yaitu Off-Line UPS, On-Line UPS, dan Line Interactive UPS dimana pada setiap jenis cara kerja tersebut terdiri dari normal mode, stored-energy mode, bypass mode[3].

· Normal Mode

Beban disuplai oleh energi utama (tegangan input) melalui koneksi pararel antara daya input dan dari inverter. Inverter berfungsi menyediakan daya output dan/atau pengisian baterei.frekuensi output sesuai dengan frekuensi input .

· Stored Energy Mode

Ketika energi input tidak ada atau diluar toleransi UPS maka baterei dan inverter akan mensupply daya untuk beban. Saklar memutus hubungan dengan daya input dan menghubungkan dengan inverter. UPS menjalankan mode ini dalam waktu yang terbatas (stored energy time), atau sampai ketika daya input dihubungkan kembali ke UPS.

· Bypass mode

Mode ini dijalankan ketika ada suatu masalah (trouble) pada komponen UPS. Daya input UPS akan langsung dijadikan daya output UPS. Prinsip kerjanya mirip dengan normal mode.

Cara Kerja UPS :

1. Off-Line UPS

Jenis UPS ini memiliki ciri dimana switch yang terdapat pada rangkaiannya pada keadaan biasa menghubungkan antara supply tegangan utama dengan beban (peralatan) di mana pada saat yang sama battery di-charge oleh rectifier dan inveter dalam keadaan stand-by , pada saat supply tegangan utama terganggu maka switch dihubungkan dengan inverter untuk menyuplai beban. UPS jenis ini merupakan UPS paling murah diantara jenis UPS yang lain, karena komponen rectifier dan inverter memiliki rangkaian tidak terlalu kompleks[1].

Kelemahan dari jenis ini adalah terdapat delay waktu pada saat perpindahan switch sehingga dapat mempengaruhi tegangan yang ada pada beban, maka perlu adanya sinkronisasi antara tegangan inverter dan supply utama.

Gambar 1: Blok Diagram Off-Line UPS [2]

2. On-Line UPS

Jenis UPS ini memiliki ciri dimana switch pada keadaan biasa menghubungkan supply tegangan utama dengan rectifier yang mengisi battery dan menyuplai inverter dimana inverter juga menyuplai beban secara kontinyu. Pada saat supply tegangan utama terganggu maka beban disupplsy oleh battery melalui inverter sedangkan posisi switch tidak berubah, posisi switch berubah jika inverter mengalami kerusakan sehingga beban langsung disupply oleh supply tegangan utama. Jenis ini lebih mahal daripada yang pertama karena inverternya harus baik.

Sedangkan kelemahannya adalah pada inverter karena jika inverter beroperasi secara terus menerus maka tidak menutup kemungkinan akan memperpendek umur dari inverter itu sendiri.

Gambar 2: Blok Diagram On-Line UPS[2]

3. Line Interactive UPS

Pada jenis ini, UPS menggunakan sisitem bi-directional inverter sehingga battery di-charge oleh inverter bi-directional, dimana inverter selalu terhubung dengan beban dan supply tegangan utama secara paralel sedangkan switch terletak pada saluran utama tidak terhubung langsung dengan beban. Pada saat supply tegangan utama terganggu maka switch dilepas dan inverter mencatu beban tanpa terputus. Jenis ini juga memerlukan sisitem kontrol yang kompleks, karena inverternya bekerja secara bi-directional.

Gambar 3: Blok Diagram Line Interactive UPS [3]

Kesimpulan Sementara

Dari pembahasan diatas maka diperoleh kesimpulan sementara sebagai berikut:

· UPS terdiri dari tiga bagian utama yaitu rectifier,baterei,dan inverter

· UPS sendiri dibedakan lagi berdasarkan cara kerjanya yaitu Line Interactive UPS, On-Line UPS, dan Off-Line UPS

· Model kerja UPS ada 3 yaitu normal mode, stored-energy mode, bypass mode

Daftar Pustaka

1. Mohan, Undeland, Robbins.” Power Electronics : Converter, Application and Design “. John Willey and Sons. Singapore. 1989.

2. Business Breifing : Hospital Engineering & Facilities Managament 2004. URL http://www.powerware/healthcare.

3. IEE Review March 2000. URL http://www.ige-xao.com/

4. IEE Transactions On Power Electronics, Vol 18, No. 4, Juli 2003. URL http://en.wikipedia.org/wiki/Uninterruptible_power_supply.

Rabu, 11 Maret 2009

Tranduser Panas Untuk Proses Pembuatan Gula Aren Tradisional

Proses pembuatan gula aren, pada dasarnya menggunakan parameter suhu untuk mengetahui pemasakan gula tersebut. Secara umum suatu masakan dikatakan telah siap saji pada suhu berkisar >= 100 0C. Untuk proses pembuatan gula, kami tetap pada suhu 106 0C gula aren telah matang dan siap untuk dikemasi. Pada proses pembuatan gula aren secara tradisional bisa dikatakan sangat rumit karena pembuat biasanya hanya memperkirakan gula telah matang dimasak tanpa mengetahui pada suhu berapa masakan tersebut telah matang.

Oleh karena itu, dibutuhkan tranduser sensor panas untuk mendeteksi suhu masakan gula aren. Dalam rancangan traduser ini, kami menggunakan LM 135 sebagai sensor dimana sensor ini dapat mendeteksi suhu pada interval -55 0C – 150 0C. Prinsip dasar rancangan ini kita hanya menggunakan LM 741 sebagai komparator antara 2 input dimana positip input adalah sensor dan negatif adalah tegangan referensi, yakni sebesar 3.75 V. Pada LM 135, besaran input dikonversikan dari suhu menjadi besaran tegangan, yakni 10C atau 274,16 0K sama dengan 2.74V sehingga untuk suhu 1060C dikonversikan menjadi 3.7916 V atau 3.8 V dengan error rate sebesar 0.22 %. Untuk lebih jelas, perhatikan skematik rangkaian berikut :






Gambar 1a. Rangkaian Sensor Panas


Pada rangakaian diatas, input sensor dibandingkan dengan tegangan referensi. Jika tegangan referensi Vref >= Vsensor, maka lampu sebagai indicator output tidak menyala dan sebaliknya jika Vref <= Vsensor, maka lampu akan menyala. Adapun tegangan referensi pada rangkaian diatas diset sebesar 2.79 V.

Hasil Pengujian

No.

Suhu

Kondisi Lampu

1

10oC

Mati

2

20 oC

Mati

3

30 oC

Mati

4

40 oC

Mati

5

50 oC

Mati

6

60 oC

Mati

7

70 oC

Mati

8

80 oC

Mati

9

90 oC

Mati

10

106 oC

menyala

Evaluasi Hasil Pengujian Tranduser Panas

Tabel Evaluasi

No.

Suhu (oC)

Teg. Sensor (V)

Teg. Output (V)

Kondisi Lampu

1

10oC

2.8316

0.691

Mati

2

20 oC

2.9316

0.904

Mati

3

30 oC

3.0316

1.09

Mati

4

40 oC

3.1316

1.28

Mati

5

50 oC

3.2316

1.46

Mati

6

60 oC

3.3316

1.64

Mati

7

70 oC

3.4316

1.82

Mati

8

80 oC

3.5316

2

Mati

9

90 oC

3.6316

2.18

Mati

10

106 oC

3.7916

2.53

menyala

Grafik Evaluasi

a). Tegangan Sensor vs Suhu


Vsensor~Suhu

b). Tegangan Output vs Suhu



Voutput~Suhu

Tranducer level Ketinggian Air Sungai (Saluran Terbuka)

Kebanjiran merupakan salah satu musibah yang tidak diinginkan oleh berbagai pihak. Terkadang banjir disebabkan oleh luapan air sungai yang begitu tinggi sehingga aliran dari sungai naik ke daratan. Jika keadaan air sungai, akan mengakibatkan masyarakat tidak mengetahui apakah air sungai sudah meluap atau belum sehingga jika ternyata air sungai telah meluap akibatnya masyarakat kepanikan untuk mengungsi dan bahkan ada yang tidak punya waktu lagi untuk mengungsi disebabkan rumah mereka telah kebanjira. Untuk mengatasi hal tersebut dibutuhkan transducer level air yang mendeteksi ketinggian air sungai.

Dalam rancangan ini, kami menggunakan indicator lampu sebagai deteksi ketinggian dan switch metal sebagai sensor yang diletakkan dipinggir sungai. Berikut ini skematik sederhananya :


Gambar 1b. rangakaian deteksi level air.



Gambar 1c. karikatur rangakaian deteksi level air.

SISTEM AKUISISI DATA BERBASIS ATMEGA16

BAB I
SISTEM AKUISISI DATA

1.1.Pengertian

Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untukmengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untukmenghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnyabertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses.

Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk mengambil , mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk siap yang siap untuk diproses lebih lanjut. Gambar 1 menunjukan diagram blok sistem akuisisi data.


Gambar.1.1. Diagram blok sistem akuisisi data.

1.2.Perkembangan Sistem Akuisisi Data

Pada mulanya proses pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual olehmanusia. Sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis dibuat kebesaran yang langsungbisa diamati panca indra manusia. Selanjutnya dengan kemampuan teknologi pada bidangelektrikal besaran fisis yang diukur sebagai data dikonversikan kebentuk sinyal listrik, data kemudian ditampilkan kedalam bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya pada layarrekorder xy dan lain-lain. monitor,

Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan komputer.Kini, akuisisi data menkonversikan besaran fisis data source ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer.Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memunkinkan penerapan akuisisi data dengan software. Software memberikan harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan. Gambar.1.2 menunjukan proses akuisisi data menggunakan komputer.


Gambar. 1.2. Komputer digital untuk kebutuhan akuisisi data

1.3.Kofigurasi Sistem Akuisisi Data

Suatu konfigurasi sistem akuisisi data sangat tergantung pada jenis dan jumlahtranduser serta teknik pengolahan yang akan digunakan . Konfigurasi ini dapat dilihat daribanyaknya tranduser atau kanal yang digunakan, kecepatan pemrosesan data dan letakmasing –masing komponen pada sistem akuisisi data.

A. Sistem kanal tunggal.

Sistem kanal tunggal yang disebut juga sistem akuisisi data sederhana, ditunjukan pada gambar.1.3.

Gambar.1.3.Sistem akuisisi data kanal tunggal

Adapun fungsi masing-masing blok dalam sistem adalah sebagai berikut :

Ø Tranduser :berfungsi untuk merubah besaran fisis yang diukur kedalam bentuk sinuyal listrik.

Ø Amplifier : berfungsi untuk memperbesar komputer dari sinyal yang dihasilkan transduser.

Ø LPF : berfungsi untuk membatasi lebar band frekuensi sinyal listrik dari data yang diukur.

Ø S/H : berfungsi untuk menjaga komputer sinyal analog tetap konstan selama waktukonversi analog ke digital.

Ø A/D : berfungsi untuk merubah besaran analog kedalam bentuk representasi komputer.

Ø D/A : berfungsi untuk merubah besaran komputer kedalam sinyal analog.

Ø Komputer : berfungsi untuk mengolah data dan mengontrol proses.

Pada konfigurasi kanal tunggal, komputer berfungsi sebagai pemroses data dan juga pengontrol penguiatan sinyal.

B. Sistem Kanal Banyak

Terdapat tiga jenis metode untuk menyusun suatu sistem akuisisi data dengan banyaktranduser. Perbedaan utama pada ketiga jenis ini ditentukan oleh letak multiplexer didalamsistem.

Sistem pertama meletakan multiplexer pada ujung bagian depan, sehingga sinyal analog yang mengalami proses pemilihan masuk kekanal. Pada cara kedua pemasangan multiplexer setelah terjadi penyamplingan dan holding sinyal, metode kedua lebih baik dibandingkan metode pertama. Metode ketiga merupakan metode yang terbaik, tetapi dengan penerapan masing-masing kanal mempunyai A/D sendiri mengakibatkan sistem menjadi lebih mahal dibandingkan cara sebelumnya. Gambar.1. 4. Menunjukan sistem kanal banyak metode ketiga.

Gambar.1.4. Sistem kanal banyak dengan cara ketiga.

C. Sistem Berkecepatan Tinggi

Sistem akuisisi data yang menggunakan komputer digital sebagai pengolah datanya, makakecepatan ditentukan oleh proses pengubahan sinyal analog ke digital. Untuk mempercepatakuisisi data biasanya digunakan suatu komputer analog ke digital yang berkecepatan tinggidisebut dengan FLASH A to D. Bila kecepatan akuisisi masih ingin dipercepat , makadapat digunakan teknik seperti yang diperlihatkan pada gambar1.5. Cara ini digunakan duabuah A/D yang bekerja secara bergantian. yang


Gambar.1.5.Dua buah A/D untuk mempercepat akuisisi

D. Sistem Akuisisi Jarak Jauh.

Suatu sistem akuisisi data yang mempunyai komponen pengambil dan pengolah data denganjarak berjauhan , maka dibutuhkan media untuk mentransfer antara kedua sub sistemtersebut. Kondisi ini membutuhkan sistem memori yang disuply komputer sebagaipenampung sementara, memori seperti ini disebut sistem memori RAMPACK. Data yang diambil disimpan di memori RAMPACK, kemudian memori dibawah ketempat komputerpengolahan data.

Gambar.1.6. Sistem akuisisi data pada saluran komunikasi analog

Gambar.1.7. Sistem Akuisisi Jarak Jauh Pada saluran ISDN

Sistem lain menggunakan Sistem komunikasi , data diambil oleh komputer yang terletak jauh dari komputer kemudian data ditransmisikan melalui saluran komunikasi ,bila saluran komunikasi merupakan sistem analog diperlukan komponen yang disebut modem, ditunjukan gambar.1.6..Penyaluran data melalui jaringan ISDN bisa dilakukan dengan pemasangan langsung pada jack terminal saluran tersebut, terlihat pada gambar.1.7.

BAB II

KOMPONEN YANG DIGUNAKAN

Berdasarkan blok diagram sistem akuisisi data terlihat bahwa untuk dapat mengaplikasikan sistem akuisisi data menggunakan metode master-slave, maka dibutuhkan komponen pendukung dan pembentuk antara lain:

2.1. Transduser

Transduser dapat didefinisikan sebagai devais yang dapat mengkonversikan besaran fisik ke besaran listrik baik berupa arus listrik maupun tegangan listrik. Dalam final project ini, transduser yang digunakan antara lain sensor suhu (LM 35) dan sensor ultasonik.

2.1.1. Sensor Suhu (LM35)

Sensor LM35 merupakan sensr temperatur yang berbentuk rangkaian terintegrasi dan mempunyai output berupa tegangan yang berubah secara linier dan proporsional terhadap temperatur (skala celcius), yaitu 10mV/oC. LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal untuk menghasilkan akurasi ± 1/4oC pada suhu ruangan. Batasan suhu yang diukur 2-40oC.

Suhu = 2oC menghasilkan tegangan output (Vo) sebesar 0,02 Volt, sedangkan suhu 40oC akan menghasilkan tegangan output (Vo) sebesarnya 0,4 Volt. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

Vout= (10mV/oC) x 2oC=0,02 Volt dan

Vout= (10mV/oC) x 40oC=0,4 Volt

Beberapa gambaran suhu LM35, seperti gambar dibawah ini:












Gambar.2.1. Sensor suhu LM35

Dari persamaan Vout = 10mV/oC, didapatkan bahwa pada suhu 2oC, tegangan keluaran adalah 20mV Volt. Pada saat suhu 40oC, tegangan keluaran adalah 400mV. Jadi kita dapat rentang tegangan keluarannya adalah Vout= 20mV-400mV. Fungsi dari variable 10K adalah untuk menyesuaikan tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian dengan suhu sebenarnya (kalibrasi).

2.1.2. Ultrasonik

2.1. Analog to Digital Converter (ADC)

Keunggulan mikrokontroler AVR ATmega16 dibandingkan pendahulunya ialah:

· Sudah terintegrasinya ADC 10bit sebanyak 8 saluran.

· 13-260uS conversion time

· Mencapai 15kSPs pada resolusi maksimum

· Optional left adjustment untuk ADC result readout

· Interupsi pada ADC Conversion Complete

· Sleep mode noise canceler

Input ADC pada mikrokontroler dihubungkan ke sebuah 8 channel Analog multiplexer yang digunakan untuk single ended input channels. Jika sinyal input dihubungkan ke masukan ADC dan 1 jalur lagi terhubung ke ground, disebut single ended input. Jika input ADC terhubung ke 2 buah input ADC disebut sebagai differential input, yang dapat dikombinasikan sebanyak 16 kombinasi. 4 kombinasi terpenting antara lain kobinasi input diferensial (ADC0 dengan ADC1 dan ADC2 dengan ADC3) dengan penguatan yang dapat diatur. ADC0 dan ADC2 sebagai tegangan input negatif sedangkan ADC1 dan ADC3 sebagai tegangan input positif. Besar penguatan yang dapat dibuat yaitu 20dB (10x) atau 46dB(200x) pada tegangan input diferensial sebelum proses konversi ADC.

Secara umum, proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register), dan SFIOR (Special Function IO Register). ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data output, dan saluran ADC yang digunakan.

ADC Multiplexer-ADMUX



Gambar.2.2. ADC Multiplexer

Beberapa penjelasan mengenai fungsi bit ADMUX antara lain:

REFS[0..1] : pemilihan tegangan referensi ADC

00: Vref = AREF

01: Vref = AVCC dengan eksternal kapasitor pada AREF

10: Vref = Reserved

11: Vref = internal 2,56 Volt dengan eksternal kapasitor pada AREF

ADLAR : Untuk setting format data hasil konversi ADC, default=0.

ADLAR=0

-

-

-

-

-

-

ADC9

ADC8

ADC7

ADC6

ADC5

ADC4

ADC3

ADC2

ADC1

ADC0

Gambar.2.3. ADLAR

ADC Control and Status Register A – ADCRA

7 6 5 4 3 2 1 0

ADEN

ADSC

ADATE

ADIF

ADIE

ADPS2

ADPS1

ADPS0

Read/Write : RW RW RW RW RW RW RW RW

InitialValue: 0 0 0 0 0 0 0 0

Gambar.2.4. ADC control and status register A-ADCRA

Berikut ini penjelasan mengenai fungsi bit ADC diatas :

ADEN : 1= adc enable, 0= adc disable

ADSC : 1= mulai konversi, 0= konversi belum terjadi

ADATE : 1= auto Trigger diaktifkan, Trigger berasal dari sinyal yang dipilih (set pada register SFIOR bit ADTS). ADC akan Start konversi pada edge positif sinyal trigger.

ADIF : diset ke 1, jika konversi ADC selesai dan data register ter-Update. Namun, ADC conversion Complete Interrupt dieksekusi jika bit ADIE dan bit-I dalam register SREG diset.

ADIE : diset 1, jika bit-I dalam register SREG diset.

ADSP[0..2] : bit pengatur clock ADC, faktor pembagi 0..7= 2,4,8,16,32,6,128.

Tabel 2.1. Konfigurasi Clock ADC

ADSP [0..7]

Besar Clock ADC

000-001

fosc/2

010

fosc/4

011

fosc/8

100

fosc/16

101

fosc/32

110

fosc/64

111

fosc/128







Setelah konversi selesai (ADIF high), hasil konversi dapat diperoleh pada register hasil (ADCL, ADCH). Untuk konversi single ended, hasilnya ialah

Dimana VIN ialah tegangan pada input yang dipilih dan VREF merupakan tegangan referensi. Jika hasil ADC =000H, maka menunjukkan tegangan input sebesar 0V, jika hasil ADC=3FFH menunjukkan tegangan input sebesar tegangan referensi dikurangi 1 LSB.

Sebagai contoh, jika diberikan VIN sebesar 0.2V dengan VREF 5V, maka hasil konversi ADC ialah 41. Jika menggunakan differensial channel, hasilnya ialah 40.96, yang bila digenapkan bisa sekitar 39,40,41 karena ketelitian ADC ATmega 16 sebesar ± 2LSB. Jika yang digunakan saluran diferensial, maka hasilnya ialah :

Dimana VPOS ialah tegangan pada input pin positif, VNEG ialah tegangan input pada pin negatif, GAIN ialah faktor penguatan dan VREF ialah tegangan referensi yang digunakan. Kita dapat mengkonfigurasi fasilitas ADC pada CodeVision AVR sebagai berikut :

Gambar.2.5. Konfigurasi ADC

Dengan mencentang ADC Enabled akan mengaktifkan on-chip ADC. Dengan mencentang Use 8 bits, maka hanya 8 bit terpenting yang digunakan. Hasil konversi 10 bit dapat dibaca pada ADC Data Registers ADCH dan ADCL. Misalnya, jika hasil konversi ADC bernilai 54(36H), dalam 10 bit biner ditulis dengan 00 0011 0110B. Jika dalam format right adjusted (ADLAR=0), maka I/O register ADCH berisi 0000 0000B(00H) dan I/O register ADCL berisi 0011 0110B (36H).

2.2. Filter dan Frekuensi

2.3. Mikrokontroller

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain:

1. Advanced RISC Architecture

􀂃 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution

􀂃 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

􀂃 Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

􀂃 On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

􀂃 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

􀂃 Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

􀂃 512 Bytes EEPROM

􀂃 512 Bytes Internal SRAM

􀂃 Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features

􀂃 Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode

􀂃 Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes 2

􀂃 One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, an Capture Mode

􀂃 Real Time Counter with Separate Oscillator

􀂃 Four PWM Channels

􀂃 8-channel, 10-bit ADC

􀂃 Byte-oriented Two-wire Serial Interface

􀂃 Programmable Serial USART

4. Special Microcontroller Features

􀂃 Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

􀂃 Internal Calibrated RC Oscillator

􀂃 External and Internal Interrupt Sources

􀂃 Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Powerdown,

Standby and Extended Standby

5. I/O and Package

􀂃 32 Programmable I/O Lines

􀂃 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

6. Operating Voltages

􀂃 2.7 - 5.5V for Atmega16L

􀂃 4.5 - 5.5V for Atmega16

Gambar.2.6. Pin-pin AtMega16L 40 pin Kemasan

Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inlinepackage) ditunjukkan oleh gambar 1. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Port sebagai input/output digital

ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input.Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.

Tabel 2.2. Konfigurasi pin port

Bit 2 – PUD : Pull-up Disable

Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).

Timer

Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang digunakan untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer counter antara lain: counter channel tunggal, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event counter external.

Gambar diagram block timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar 2. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan pada bagian I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pin-pin I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit.

Gambar.2.7. Blok diagram timer/counter

Timing Diagram Timer/Counter

Timer/counter didesain sinkron clock timer (clkT0) oleh karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar 3. Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.


Gambar.2.8. Timing diagram timer/counter tanpa prescaling

Sesuai dengan gambar 4 timing diagram timer/counter dengan

prescaling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal.

Gambar.2.8. Timing diagram timer/counter dengan prescaling

Serial pada ATMega16

Universal synchronous dan asynchronous pemancar dan penerima serial adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah :

a) Operasi full duplex (register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri)

b) Operasi Asychronous atau synchronous

c) Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous

d) Pembangkit baud rate dengan resolusi tinggi

e) Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit

f) Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware

g) Pendeteksian data overrun

h) Pendeteksi framing error

i) Pemfilteran gangguan (noise) meliputi pendeteksian bit false start dan pendeteksian low pass filter digital

j) Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX complete.

k) Mode komunikasi multi-processor

l) Mode komunikasi double speed asynchronous

Generator Clock

Logic generator clock menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima. USART mendukung empat mode operasi clock: Normal Asynchronous, Double Speed Asynchronous mode Master Synchronous dan Slave Synchronous. Bit UMSEL pada USART control dan status register C (UCSRC) memilih antara operasi Asychronous dan Synchronous. Double speed (hanya pada mode Asynchronou ) dikontrol oleh U2X yang mana terdapat pada register UCSRA. Ketika mengunakan mode operasi synchronous (UMSEL = 1) dan data direction register untuk pin XCk (DDR_XCK) mengendalikan apakah sumber clock tersebut adalah internal (master mode) atau eksternal (slave mode) pin-pin XCK hanya akan aktif ketika menggunakan mode Synchronous.

Gambar.2.9. blok diagram generator logic

Keterangan sinyal :

txclk : clock pengirim (internal clock)

rxclk : clock dasar penerima (internal clock)

xcki : input dari pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi slave synchronous.

xcko : clock output ke pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi master synchronous

fosc : frekuensi pin XTAL (system clock)

Generator Internal Clock – Pembangkit Baud rate

Generasi internal clock digunakan untuk mode – mode operasi master asynchronous dan synchronous. Register USART baud rate (UBRR) dan down-counter dikoneksikan kepada fungsinya sebagai programmable prescaler atau pembangkit baud rate. Down-counter, dijalankan pada system clock ( fosc), dibebani dengan nilai UBRR setiap counter telah dihitung mundur ke nol atau ketika register UBRRL ditulisi. Clock dibangkitkan setiap counter mencapai nol.

Clock ini adalah pembangkit baud rate clock output (fosc/( UBBR+1)). Pemancar membagi baud rete generator clock output dengan 2, 8, atau 16 cara tergantung pada mode. Pembangkit output baud rate digunakan secara langsung oleh penerima clock dan unit-unit pelindung data. Unit-unit recovery menggunakan suatu mesin status yang menggunakan 2, 8, atau 16 cara yang tergantung pada cara menyimpan status dari UMSEL, bit-bit U2X dan DDR_XCK.

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 mikrokontroller.

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

I

T

H

S

V

N

Z

C

Read/Write: R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

Initial Value: 0 0 0 0 0 0 0 0

Gambar.2.10. Status register AtMega16L

BIT7 : I (Global Interrupt Enable)

Bit untuk mengaktifkan intrupsi, jika terjadi intrupsi yang dipicu oleh hardware bit I akan di-clear, dan akan di-set kembali menggunakan RETI

BIT6 : T (Bit Copy Storage)

BIT5 : H (Half Carry Flag)

BIT4 : S (Sign Bit)

Bit S merupakan hasil operasi EOR antara flag-N (negative) dan flag-V (komplemen dua overflow).

BIT3 : V (Two’s Complement Overflow Flag)

Bit yang berguna untuk operasi arithmetic.

BIT2 : N (Negative Flag)

Apabila suatu operasi menghasilkan bilangan negatif, maka flag-N akan diset.

BIT1 : Z (Zero Flag)

Bit akan diset bila hasil operasi yang diperoleh adalah nol.

BIT0 : C (Carry Flag)

Bit akan diset apabila hasil operasi menghasilkan carry

2.4. LCD

LCD adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang pengoperasiannya menggunakan sistem dot matrik.