Teknik Elektro: Modul 2

DAFTAR ISI

Percobaan

*Klik teks untuk menuju

Modul 2
PWM, ADC, dan Interrupt
1. Pendahuluan [Kembali]
Asistensi dilakukan 3 kali dengan lama pertemuan 20 menit (Rabu, Kamis, Jumat)
Praktikum dilakukan 1x dengan lama pertemuan 90 menit (Selasa)
Laporan akhir (format sesuai dengan isi blog) dikumpulkan pada hari Jumat
2. Tujuan [Kembali]
Memahami prinsip kerja PWM pada mikrokontroler
Memahami prinsip kerja ADC pada mikrokontroler
Menggunakan PWM dan ADC pada Arduino
3. Alat dan Bahan  [Kembali]
A. Alat
a) Instrument
1. Power Supply
Gambar 1. Power Supply

B. Bahan
1. Potensiometer
Gambar 2. Potensiometer

a) Komponen Input

1. LM 35

Gambar 3. LM 35

b) Komponen Output

1. LCD

Gambar 5. LCD
2. Motor DC
Gambar 6. Motor DC

c) Komponen Lainnya

1. Mikrokontroler
Gamabar 7. Arduino Uno

2. Driver Motor

Gambar 8. Driver Motor L293D
4. Dasar Teori  [Kembali]
A. Resistor
Resistor merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh dikatakan hampir setiap sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang menggunakan peralatan Elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang ada ditubuh Resistor itu sendiri.

Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :
Tabel Kode Warna Resistor

Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
Cara menghitung nilai resistor 4 gelang

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Perhitungan untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
Cara Menghitung Nilai Resistor 5 Gelang Warna

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5
Gelang ke 4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 5 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%.

Contoh-contoh perhitungan lainnya :

Merah, Merah, Merah, Emas → 22 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi

Cara menghitung Toleransi :
2.200 Ohm dengan Toleransi 5% =
2200 – 5% = 2.090
2200 + 5% = 2.310
ini artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm

B. Komponen Input

-Keypad
   Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Matrix keypad 4×4 pada artikel ini merupakan salah satu contoh keypad yang dapat digunakan untuk berkomunikasi antara manusia dengan mikrokontroler. Matrix keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan mikrokontroler. Konstruksi matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler dapat dibuat seperti pada gambar berikut. Konstruksi Matrix Keypad 4×4 Untuk Mikrokontroler Konstruksi matrix keypad 4×4 diatas cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom dengan keypad berupas saklar push buton yang diletakan disetiap persilangan kolom dan barisnya. Rangkaian matrix keypad diatas terdiri dari 16 saklar push buton dengan konfigurasi 4 baris dan 4 kolom. 8 line yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut dihubungkan dengan port mikrokontroler 8 bit. Sisi baris dari matrix keypad ditandai dengan nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1, Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari matrix keypad 4×4 ini tidak mengikat, dapat dikonfigurasikan kolom sebagi input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung programernya.

   Proses Scaning Matrix Keypad 4×4 Untuk Mikrokontroler Proses scaning untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler diatas dilakukan secara bertahap kolom demi kolom dari kolom pertama sampai kolom ke 4 dan baris pertama hingga baris ke 4. Program untuk scaning matrix keypad 4×4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama. Misal kita asumsikan keypad aktif LOW (semua line kolom dan baris dipasang resistor pull-up) dan dihubungkan ke port mikrokontrolr dengan jalur kolom adalah jalur input dan jalur baris adalah jalur output maka proses scaning matrix keypad 4×4 diatas dapat dituliskan sebagai berikut.

-Dip Swtich

   DIP switch, atau Dual Inline Package switch, adalah jenis saklar yang terdiri dari beberapa saklar kecil yang terpasang dalam paket berbentuk baris ganda pada rangkaian elektronik terpadu atau modul. Setiap saklar memiliki dua posisi, ON dan OFF, yang digunakan untuk konfigurasi atau pengaturan pada perangkat elektronik, seperti menetapkan alamat atau parameter lainnya. DIP switch umumnya memberikan kemudahan penggunaan tanpa memerlukan keahlian khusus dalam pengaturan, meskipun beberapa pengembang kini beralih ke metode konfigurasi yang lebih canggih.

   DIP switch, atau Dual Inline Package switch, bekerja berdasarkan prinsip sederhana saklar elektronik yang dapat berada dalam dua posisi, ON (hidup) atau OFF (mati). Dalam konteks penggunaannya pada rangkaian terpadu atau modul, setiap saklar DIP switch merepresentasikan satu bit informasi. Ketika saklar dalam posisi ON, itu menghubungkan pin terkait, sementara posisi OFF memutuskan hubungan. Pengaturan atau konfigurasi tertentu dapat dicapai dengan mengatur posisi ON atau OFF dari masing-masing saklar DIP switch sesuai dengan kebutuhan aplikasi. DIP switch sering digunakan untuk pengaturan alamat atau parameter lainnya dalam rangkaian elektronik tanpa memerlukan pemrograman atau perangkat lunak tambahan.

-Push Button

   Push Button Module adalah modul elektronika yang dirancang untuk mendeteksi tekanan tombol atau saklar oleh pengguna. Modul ini biasanya terdiri dari tombol fisik yang ditekan untuk memungkinkan aliran arus atau sinyal saat ditekan dan memutus aliran ketika dilepaskan. Push Button Module sering digunakan dalam proyek-proyek elektronika dan mikrokontroler sebagai antarmuka antara pengguna dan sistem. Modul ini dapat terhubung ke pin input pada mikrokontroler atau perangkat elektronik lainnya, dan ketika tombol ditekan, dapat memicu aksi tertentu, seperti memulai atau menghentikan suatu proses, atau mengganti kondisi atau mode operasi pada sistem. Keberadaan Push Button Module memudahkan implementasi interaksi manusia-mesin dalam berbagai aplikasi elektronika.

   Push Button Module bekerja berdasarkan prinsip saklar elektronik yang terdapat di dalamnya. Modul ini memiliki dua terminal yang terhubung oleh saklar yang secara default terbuka. Saat tombol ditekan, saklar tersebut menutup, menciptakan jalur listrik dan memungkinkan arus mengalir. Ketika tombol dilepaskan, saklar membuka kembali dan memutus aliran listrik. Push Button Module biasanya dihubungkan ke mikrokontroler atau sirkuit logika lainnya, dan ketika tombol ditekan, perubahan status saklar diinterpretasikan sebagai sinyal input yang memicu aksi tertentu dalam program atau sistem, menjadikannya antarmuka yang efektif untuk interaksi pengguna dalam proyek elektronika atau mikrokontroler.

-Sensor Infrared
Sensor infrared (IR) adalah perangkat elektronika yang dirancang untuk mendeteksi radiasi inframerah dalam spektrum elektromagnetik. Radiasi inframerah adalah bentuk radiasi panas yang tidak terlihat oleh mata manusia. Sensor infrared mengonversi energi radiasi inframerah menjadi sinyal listrik yang dapat diukur. Ada dua jenis sensor infrared utama: sensor pasif dan sensor aktif.

1. Sensor Infrared Pasif: Sensor ini mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek atau tubuh yang memiliki suhu lebih tinggi daripada nol absolut. Sensor pasif sering digunakan dalam aplikasi deteksi gerak (PIR sensor) untuk mengidentifikasi perubahan suhu yang terkait dengan pergerakan manusia atau objek.

2. Sensor Infrared Aktif: Sensor ini menghasilkan radiasi inframerah sendiri dan kemudian mendeteksi pantulan atau perubahan dalam pantulan tersebut. Sensor ini sering digunakan dalam aplikasi pengukuran jarak (seperti sensor ultrasonik atau lidar) dan komunikasi inframerah.

Sensor infrared memiliki berbagai aplikasi, termasuk di dalam pengendalian jarak jauh, perangkat keamanan, sistem kendali otomatis, dan perangkat medis. Keunggulan sensor infrared termasuk kemampuan bekerja dalam kondisi cahaya rendah atau gelap dan kemampuan mengukur suhu objek tanpa kontak fisik.

Prinsip kerja sensor infrared tergantung pada jenis sensor dan aplikasinya. Secara umum, prinsip kerja sensor infrared melibatkan deteksi radiasi inframerah dan konversi energi inframerah menjadi sinyal listrik yang dapat diukur. Ada dua jenis utama sensor infrared: sensor pasif dan sensor aktif.

1. Sensor Infrared Pasif:
- Deteksi Radiasi: Sensor pasif mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek atau tubuh yang memiliki suhu lebih tinggi daripada nol absolut. Ini dapat mencakup perubahan suhu yang terkait dengan pergerakan manusia atau objek.
-Konversi Menjadi Sinyal Listrik: Ketika radiasi inframerah tertangkap, sensor mengonversinya menjadi sinyal listrik melalui elemen detektor termal atau pyroelektrik.
- Aplikasi: Sensor pasif, seperti sensor deteksi gerak PIR (Passive Infrared), sering digunakan dalam sistem keamanan atau otomatisasi rumah untuk mendeteksi perubahan suhu yang diindikasikan oleh pergerakan.

2. Sensor Infrared Aktif:
- Pancaran Radiasi: Sensor aktif menghasilkan sendiri radiasi inframerah, kemudian mendeteksi pantulan atau perubahan dalam pantulan tersebut.
- Konversi Menjadi Sinyal Listrik: Sinyal pantulan atau perubahan dalam intensitas pantulan diukur dan dikonversi menjadi sinyal listrik oleh elemen detektor seperti fotodioda atau fototransistor.
- Aplikasi: Sensor infrared aktif digunakan dalam pengukuran jarak (lidar, sensor ultrasonik) dan komunikasi inframerah.

Prinsip kerja sensor infrared memanfaatkan sifat radiasi inframerah yang tidak terlihat oleh mata manusia dan kemudian mengonversinya menjadi bentuk sinyal yang dapat diolah untuk berbagai aplikasi.

-Sensor LDR
Sensor LDR (Light Dependent Resistor), juga dikenal sebagai fotoresistor, adalah jenis sensor yang sensitif terhadap intensitas cahaya. Prinsip kerja LDR didasarkan pada perubahan resistansinya tergantung pada tingkat cahaya yang diterimanya. Ketika cahaya mengenai LDR, resistansinya menurun, dan sebaliknya, saat kondisi gelap, resistansinya meningkat.

LDR umumnya terbuat dari semikonduktor yang memiliki resistivitas yang sangat sensitif terhadap tingkat pencahayaan. Ketika cahaya menyinari LDR, energi foton mengeksitasi elektron dalam struktur semikonduktor, sehingga resistansi menurun. Pengukuran resistansi LDR dapat digunakan untuk mengukur intensitas cahaya di sekitarnya.

Aplikasi umum dari sensor LDR termasuk dalam sistem pengaturan otomatis pencahayaan, seperti lampu jalan yang menyala otomatis saat gelap, atau dalam perangkat sensor cahaya untuk kamera atau ponsel pintar. Penggunaan LDR dalam berbagai proyek elektronika memungkinkan respons otomatis terhadap kondisi pencahayaan, menawarkan solusi hemat energi dan efisien.

Prinsip kerja sensor LDR (Light Dependent Resistor) didasarkan pada perubahan resistansinya terhadap intensitas cahaya yang diterimanya. LDR terbuat dari material semikonduktor khusus yang memiliki resistivitas yang sangat sensitif terhadap tingkat pencahayaan. Ketika cahaya mengenai LDR, energi foton dari cahaya tersebut menghasilkan elektron-elektron berenergi tinggi dalam struktur semikonduktor, sehingga meningkatkan konduktivitas dan menurunkan resistansi sensor.

Jadi, pada kondisi cahaya yang cukup, LDR memiliki resistansi yang rendah, memungkinkan arus listrik untuk mengalir dengan mudah melalui sensor. Sebaliknya, pada kondisi gelap, resistansi LDR meningkat, membatasi arus listrik yang dapat mengalir. Pengukuran resistansi LDR dapat digunakan sebagai indikator intensitas cahaya di sekitar sensor.

Aplikasi umum dari prinsip ini adalah dalam rangkaian pengaturan otomatis pencahayaan. Sebagai contoh, ketika lingkungan menjadi gelap, resistansi LDR meningkat, dan ini dapat digunakan untuk mengaktifkan atau mengatur lampu secara otomatis. Penggunaan sensor LDR membuat perangkat dapat merespons secara otomatis terhadap kondisi pencahayaan, menjadikannya berguna dalam berbagai proyek elektronika dan sistem kontrol otomatis.

C. Komponen Output

-LED (Light Emiting Diode)
LED adalah suaatu semikonduktor yang memancarkan cahaya, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati LED. Ini menyebabkan LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.

-Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).

Gambar Penampang komponen penyusun LCD
Keterangan:
1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).
3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).
4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).
5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.

Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

Kaki-kaki yang terdapat pada LCD

-Seven Segment

Layar tujuh segmen ini seringkali digunakan pada jam digital, meteran elektronik, dan perangkat elektronik lainnya yang menampilkan informasi numerik. Layar tujuh segmen ini terdiri dari 7 buah LED yang membentuk angka 8 dan 1 LED untuk titik/DP. Angka yang ditampilkan di seven segmen ini dari 0-9. Cara kerja dari seven segmen disesuaikan dengan LED. LED merupakan komponen diode yang dapat memancarkan cahaya. kondisi dalam keadaan ON jika sisi anode mendapatkan sumber positif dari Vcc dan katode mendapatkan sumber negatif dari ground.

-Dot matriks
Dot matrix 8x8 adalah tipe tampilan atau display yang terdiri dari susunan titik-titik (dot) dalam format matriks berukuran 8x8. Artinya, terdapat 8 baris dan 8 kolom titik, membentuk total 64 titik yang dapat diatur untuk menampilkan karakter, grafik, atau pola tertentu. Setiap titik atau elemen dalam matriks dapat dinyalakan atau dimatikan secara independen, memungkinkan pembentukan berbagai karakter atau gambar.

Penggunaan dot matrix 8x8 umumnya ditemukan pada layar kecil pada perangkat-perangkat seperti jam digital, alat pengukur, atau panel informasi kecil. Tampilan ini dapat diatur untuk menampilkan angka, huruf, atau bahkan animasi sederhana dengan mengatur kombinasi titik-titiknya.

Kontrol dot matrix 8x8 melibatkan sinyal untuk setiap baris dan kolom, diatur untuk menyalakan atau mematikan setiap titik sesuai kebutuhan untuk membentuk karakter atau gambar yang diinginkan. Kelebihan dot matrix adalah fleksibilitasnya dalam menampilkan informasi yang beragam dengan jumlah titik yang relatif kecil, meskipun resolusi tampilannya terbatas.

Prinsip kerja dot matrix 8x8 didasarkan pada kemampuan setiap titik atau elemen dalam matriks untuk diatur secara independen, membentuk gambar atau karakter tertentu. Matriks ini terdiri dari 8 baris dan 8 kolom titik, menciptakan total 64 titik yang dapat dinyalakan atau dimatikan. Prinsip kerja umumnya melibatkan kontrol terhadap setiap baris dan kolom untuk menyalakan atau mematikan titik-titik sesuai dengan informasi yang ingin ditampilkan.

Langkah-langkah umum prinsip kerja dot matrix 8x8:

1. Pemilihan Baris (Rows): Sinyal arus diterapkan pada satu baris pada satu waktu. Ini berarti satu per satu, setiap baris akan diaktifkan.

2. Pemilihan Kolom (Columns): Pada saat yang sama, sinyal tegangan diterapkan pada satu atau lebih kolom yang ingin diaktifkan.

3. Penyalaan atau Pemadaman Titik: Pada persimpangan antara baris dan kolom yang diaktifkan, titik-titik yang diinginkan dinyalakan dengan memberikan arus. Pada titik-titik lain di matriks, yang tidak diaktifkan, titik tetap dimatikan.

4. Pemindahan Ke Baris dan Kolom Selanjutnya: Proses ini diulang secara berulang-ulang untuk setiap baris dan kolom secara berurutan, sehingga kesan visual karakter atau gambar terbentuk.

Kontrol ini dapat dilakukan dengan menggunakan mikrokontroler atau driver display khusus yang mengontrol aliran arus dan tegangan pada setiap baris dan kolom. Dengan cara ini, dot matrix 8x8 dapat menampilkan berbagai karakter, angka, atau bahkan grafik dengan mengatur kombinasi titik-titiknya sesuai kebutuhan.

D. Komponen Lainnya
-Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang didalamnya terdapat utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggungakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain.

Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :

Arduino Uno

Bagian-bagian arduino uno:
-Power USB

Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.
-Power jack

Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.
-Crystal Oscillator

Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan 16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.
-Reset

Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.

-Digital Pins I / O

Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika (0 atau 1). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.
-Analog Pins

Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0. Digunakan untuk membaca sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu, dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.

-LED Power Indicator

Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.

Bagian - bagian pendukung:
-RAM

RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).
-ROM

ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.

Block Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

Adapun block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:

Block diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari mikrokontroler ATMega 328P.

Pin-pin ATMega 328P:

Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

A. Potensiometer
Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.
Simbol dan bentuk Potensiometer dapat dilihat pada gambar 9 berikut.

Gambar 9. Bentuk dan Simbol Potensiometer

Jenis Potensiometer:
1.      Potensiometer Slider
Potensiometer geser, atau pot geser, dirancang untuk mengubah nilai resistansi kontaknya dengan gerakan linier dan dengan demikian terdapat hubungan linier antara posisi kontak penggeser dan resistansi output.

Gambar 10. Potensiometer Geser
2.      Potensiometer Rotary
Potensiometer putar (tipe yang paling umum) memvariasikan nilai resistifnya sebagai hasil dari pergerakan sudut. Memutar kenop atau dial yang terpasang pada poros menyebabkan penyeka internal menyapu sekitar elemen resistif melengkung. Penggunaan potensiometer putar yang paling umum adalah pot kontrol volume.

Gambar 11. Potensiometer Rotary
3.      Potensiometer Trimmer
Potensiometer preset atau trimmer adalah potensiometer tipe "set-and-forget" kecil yang memungkinkan penyesuaian yang sangat halus atau sesekali mudah dilakukan ke rangkaian, (misalnya untuk kalibrasi). Potensiometer preset putar satu putaran adalah versi mini dari variabel resistor standar yang dirancang untuk dipasang langsung pada papan rangkaian tercetak dan disesuaikan dengan menggunakan obeng berbilah kecil atau alat plastik serupa.

Gambar 12. Potensiometer Trimmer atau Preset
B. Komponen Input

a) LM 35
Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar dibawah.

Gambar 13. LM 35

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk Ground.

   Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah :
Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
  Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :
Vout LM35 = Temperature º x 10 mV

C. Komponen Output

a) LCD
Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untukmenampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter). Struktur LCD dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 14. Struktur LCD

Keterangan:
1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).
3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).
4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).
5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.
Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.
Module circuit dari LCD dan kaki-kakinya dapat dilihat melalui gambar berikut.

Gambar 15. TEXT LCD Module Circuit


Gambar 16. Kaki-kaki yang Terdapat pada LCD
b) Motor DC
Motor  DC adalah motor  listrik yang  memerlukan  suplai  tegangan  arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct- unidirectional. Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran  arus diletakkan dalam medan magnet,  maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Kecepatan putar motor DC (N) dirumuskan dengan Persamaan berikut.

Gambar 17. Rumus Kecepatan Putar Motor DC

Simbol Motor DC

Gambar 18. Simbol Motor DC
Motor DC tersusun dari dua bagian yaitu bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor). Stator motor arus searah adalah badan motor atau kutub magnet (sikat-sikat), sedangkan yang termasuk rotor adalah jangkar lilitanya. Pada motor, kawat penghantar listrik yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi panjang yang disebut kumparan.

Prinsip Kerja Motor DC

Gambar 19. Prinsip Kerja Motor DC
Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet serba sama dengan kedudukan  sisi  aktif  AD  dan  CB  yang  terletak  tepat  lurus  arah fluks magnet. Sedangkan sisi AB dan DC ditahan pada bagian tengahnya, sehingga apabila sisi AD dan CB berputar karena adanya gaya lorentz, maka kumparan ABCD akan berputar.
Hasil perkalian gaya dengan jarak pada suatu titik tertentu disebut momen, sisi aktif AD dan CB akan berputar pada porosnya karena pengaruh momen putar (T). Setiap sisi kumparan aktif AD dan CB pada gambar diatas akan mengalami momen putar sebesar :

T = F.r
Dimana :
T = momen putar (Nm) F = gaya tolak (newton)
r = jarak sisi kumparan pada sumbu putar (meter)
Pada daerah dibawah kutub-kutub magnet besarnya momen putar tetap karena besarnya gaya lorentz. Hal ini berarti bahwa kedudukan garis netral sisi sisi kumparan akan berhenti berputar. Supaya motor dapat berputar terus dengan baik, maka perlu ditambah jumlah kumparan yang digunakan. Kumparan- kumparan harus diletakkan sedemikian rupa sehingga momen putar yang dialami setiap sisi kumparan akan saling membantu dan menghasilkan putaran yang baik. Dengan pertimbangan teknis, maka kumparan-kumparan yang berputar tersebut dililitkan pada suatu alat yang disebut jangkar, sehingga lilitan kumparan itupun disebut lilitan jangkar. Struktur Motor DC dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 20. Struktur Motor DC

C. Komponen Lainnya

a) Arduino Uno
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain.

Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :

Arduino Uno
Bagian-bagian arduino uno:
-Power USB
Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.
-Power jack
Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.
-Crystal Oscillator
Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak                                menunjukkan 16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.
-Reset
Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.
-Digital Pins I / O
Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika (         0 atau 1 ). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.
-Analog Pins
Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.
-LED Power Indicator
Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.
Bagian - bagian pendukung:
-RAM
RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).
-ROM
ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
Block Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO
Adapun block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:

Block diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari mikrokontroler ATMega 328P.

Pin-pin ATMega 328P:

          Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

b) Driver Motor L293D
IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang digunakan adalah totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor DC yang berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.
Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D
·   1. Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima perintah untuk menggerakan motor DC.
2. Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC
3. Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver yang dihubungkan ke motor DC
4. Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC, dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol dirver dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang dikendalikan.
5. Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin kecil.
Feature Driver Motor DC IC L293D Driver motor DC IC L293D memiliki feature yang lengkap untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L293D sesuai dengan datasheet adalah sebagai berikut :
·         - Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V
·         - Separate Input-Logic Supply
·         - Internal ESD Protection
·         - Thermal Shutdown
·         -  High-Noise-Immunity Inputs
          - Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D
·         - Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)
·         - Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)
·         - Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)
Rangkaian Aplikasi Driver Motor DC IC L293D

Pada gambar driver IC L293D diatas adalah contoh aplikasi dari keempat unit driver motor DC yang dihubungkan secar berbeda sesuai dengan keinginan dan kebutuhan.

  c) Pulse Width Modulation
PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi.

Pada board Arduino Uno, pin yang bisa dimanfaatkan untuk PWM adalah pin yang diberi tanda tilde (~), yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, dan pin 11. Pin-pin tersebut merupakan pin yang bisa difungsikan untuk input analog atau output analog. Oleh sebab itu, jika akan menggunakan PWM pada pin ini, bisa dilakukan dengan perintah analogWrite();

PWM pada arduino bekerja pada frekuensi 500Hz, artinya 500 siklus/ketukan dalam satu detik. Untuk setiap siklus, kita bisa memberi nilai dari 0 hingga 255. Ketika kita memberikan angka 0, berarti pada pin tersebut tidak akan pernah bernilai 5 volt (pin selalu bernilai 0 volt). Sedangkan jika kita memberikan nilai 255, maka sepanjang siklus akan bernilai 5 volt (tidak pernah 0 volt). Jika kita memberikan nilai 127 (kita anggap setengah dari 0 hingga 255, atau 50% dari 255), maka setengah siklus akan bernilai 5 volt, dan setengah siklus lagi akan bernilai 0 volt. Sedangkan jika jika memberikan 25% dari 255 (1/4 * 255 atau 64), maka 1/4 siklus akan bernilai 5 volt, dan 3/4 sisanya akan bernilai 0 volt, dan ini akan terjadi 500 kali dalam 1 detik.

  Siklus Sinyal PWM pada Arduino
  d) Analog to Digital Converter
ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu kecepatan sampling dan resolusi.

Kecepatan sampling menyatakan seberapa sering perangkat mampu mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital dalam selang waktu yang tertentu. Biasa dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sementara Resolusi menyatakan tingkat ketelitian yang dimilliki. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10 bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Dan pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt.

Pada Arduino, menggunakan pin analog input yang diawali dengan kode A( A0- A5 pada Arduino Uno). Fungsi untuk mengambil data sinyal input analog menggunakan analogRead(pin)