Mikroprosesor
Mikroprosesor adalah mesin kecil sebagai pemproses dan pengendali utama proses yang terjadi pda komputer,yang dibuat dalam bentuk chip. meskipun ukurannya secara fisik tidak terlalu besar ,tetapi pemikir utama dari sebuah komputer adalah pada mikropsesor ini, dan disinilah proses utama diolah.
Mikroprosesor adalah mesin kecil sebagai pemproses dan pengendali utama proses yang terjadi pda komputer,yang dibuat dalam bentuk chip. meskipun ukurannya secara fisik tidak terlalu besar ,tetapi pemikir utama dari sebuah komputer adalah pada mikropsesor ini, dan disinilah proses utama diolah.
Dalam perkembangannya, mikroprosesor dibuat menurut
kebutuhan aplikasinya yang lebih spesifik:
- Mikroposesor RISC (reduced intruction set of computing) dan jenis CISC ( complex intruction set of computing) jenis ini digunakan untuk pengolahan informasi dg software yang rumit dan digunakan untuk kebanyakan pc saat ini.
- Pengolah sinyal digital-DSP(digital signal prosesor) memiliki software dan hardware yang ditujukan untuk mempermudah proses-proses sinyal digital.
- * Mikrokontroler : yang dikhususkan untuk intrumentasi dan kendali contoh: pada kendali motor.
Contoh Aplikasi Mikroprosesor.
Berikut ini adalah
contoh penggunaan prosesor MSP430F413 buatan Texas Instrumen
untuk mengendalikan alat ukur jarak yang menggunakan gelombang ultrasonik 40
kHz.
Mikroprosesor pada alat
ini berperan sebagai pengendali yang mengaktifkan pengirim sinyal, mengukur
waktu propagasi sinyal dengan menunggu aktifnya penerima sinyal atau menunggu
kedatangan sinyal pantulan, kemudian menghitung jarak antara alat ini dengan benda
yang memantulkan sinyal ultrasonik serta menampilkan hasil perhitungannya dalam
bilangan desimal pada display 7-segment.
Secara umum, alat ini terdiri dari 4 komponen utama,
yaitu
· Sistem
mikroprosesor single chip. Atau Chip tunggal yang mengandung prosesor, memory
dan I/O meskipun dengan kapasitas yang sangat kecil
· Rangkaian
elektronika penghasil dan penerima gelombang ultrasonik
· Display
7-segment
· Program
dalam bahasa asembli yang terdiri dari beberapa modul, yaitu
inisialisasi, pembaca tombol aktif, pengendali pengirim dan penerima,
pengukur durasi propagasi gelombang, penghitung jarak dan penampil ke
7-segment.
SENSOR ULTRASONIK Yaitu suatu alat yang berfungsi mengukur besaran jarak dan kecepatan
dan sensor ini tidak langsung dapat masuk ke mikrokontroller karena perlu
pentesuaian besaran tegangan dan lain-lainnya maka dikondisikan dulu sinyalnya
dibagian pengkondisi sinyal (signal conditioner), sehingga levelnya sesuai atau
dapat dimengerti oleh bagian input mikrokontroller atau prosseor lainnya.
Tampilan Kristal Cair (Liquid Crystal Display) LCD
Suatu jenis media tampilan yang
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di
berbagai bidang misalnya dalam alat-alat elektronik seperti televisi,
kalkulator ataupun layar komputer.
Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat
banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair
sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal
cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah
perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan
kristal cair tadi.
Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu
bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang
dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik
yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan
sedangkan warna lainnya tersaring.
Pemuat atau KAPASITOR merupakan alat elektrik atau elektronik yang mampu
menyimpan tenaga di medan elektrik antara sepasang pengalir (plat). Proses
menyimpan tenaga dalam kapasitor dikenali sebagai "mengecas", dan
melibatkan cas elektrik yang mempunyai magnitud yang sama, tetapi kekutuban
yang berlawan yang berkumpul di kedua-dua plat masing-masing.
Kapasitor biasanya
digunakan dalam litar elektrik dan litar elektronik sebagai alat storan tenaga.
Kapasitor juga digunakan untuk memisahkan antara isyarat frekuensi tinggi dan
rendah. Oleh itu, kapasitor biasanya digunakan sebagai penapis elektronik.
RESISTOR atau tahanan
atau penghambat, adalah suatu komponen
elektronik yang memberikan hambatan terhadap perpindahan elektron (muatan
negatif).
Resistor disingkat
dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuan resistor adalah Ohm, yang
menemukan adalah George Ohm (1787-1854), seorang ahli fisika bangsa Jerman.
Tahanan bagian dalam ini dinamai konduktansi. Satuan konduktansi ditulis dengan
kebalikan dari Ohm yaitu mho.
Kemampuan resistor
untuk menghambat disebut juga resistensi atau hambatan listrik. Besarnya
diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1
Ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar 1 Volt dan
arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere, atau
sama dengan sebanyak 6.241506 × 1018 elektron per detik mengalir menghadap arah
yang berlawanan dari arus.
Hubungan antara
hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang
terkenal sebagai [[hukum Ohm:
KRISTAL ADALAH suatu padatan
yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya
berulang melebar secara tiga dimensi.
Secara umum, zat cair
membentuk kristal ketika mengalami proses pemadatan. Pada kondisi ideal,
hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua atom-atom dalam padatannya
"terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang sama, tapi, secara
umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan
padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang kita temui sehari-hari
merupakan polikristal.
Struktur kristal mana yang akan terbentuk
dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi ketika
terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Proses terbentuknya struktur kristalin
dikenal sebagai kristalisasi.
Op-amp
adalah rangkaian elektronik serbaguna yang dirancang dan dikemas khusus, sehingga
dengan menambahkan komponen luar sedikit saja, sudah dapat dipakai untuk
berbagai keperluan.
Karakteristik terpenting dari sebuah op-amp yang ideal adalah:
ü Penguatan loop terbuka amat tinggi
ü Impedansi masukan yang sangat tinggi sehingga arus masukan dapat diabaikan
ü Impedansi keluaran sangat rendah sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembeban.
Pada op-amp terdapat satu terminal keluaran, dan dua terminal masukan. Terminal masukan yang diberi tanda (-) dinamakan terminal masukan pembalik (inverting),
sedangkan terminal masukan yang diberi (+) dinamakan terminal masukan bukan pembalik (noninverting).
Karakteristik terpenting dari sebuah op-amp yang ideal adalah:
ü Penguatan loop terbuka amat tinggi
ü Impedansi masukan yang sangat tinggi sehingga arus masukan dapat diabaikan
ü Impedansi keluaran sangat rendah sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembeban.
Pada op-amp terdapat satu terminal keluaran, dan dua terminal masukan. Terminal masukan yang diberi tanda (-) dinamakan terminal masukan pembalik (inverting),
sedangkan terminal masukan yang diberi (+) dinamakan terminal masukan bukan pembalik (noninverting).
Pengukur Jarak dengan
Ultra Sonic
Meminjam teknik echo
sounder yang dipakai untuk mengukur kedalaman laut, bisa dibuat alat pengukur
jarak dengan ultra sonic. Pengukur jarak ini memakai rangkaian yang sama dengan
Jam Digital dalam artikel yang lalu, ditambah dengan rangkaian pemancar dan
penerima Ultra Sonic.
Prinsip kerja echo
sounder untuk pengukuran jarak digambarkan dalam Gambar 1. Pulsa Ultrasonic,
yang merupakan sinyal ultrasonic dengan frekwensi lebih kurang 41 KHz sebanyak
12 periode, dikirimkan dari pemancar Ultrasonic. Ketika pulsa mengenai benda
penghalang, pulsa ini dipantulkan, dan diterima kembali oleh penerima
Ultrasonic. Dengan mengukur selang waktu antara saat pulsa dikirim dan pulsa
pantul diterima, jarak antara alat pengukur dan benda penghalang bisa dihitung.
Gambar 2 merupakan
Rangkaian Jam Digital dalam artikel lalu yang direvisi untuk keperluan ini.
Titik desimal pada tampilan satuan dinyalakan dengan tahanan R8. Setiap kali
tombol Start ditekan, AT89C2051 membangkitkan pulsa ultrasonic pada Pin P3.4
yang dipancarkan dengan rangkaian Gambar 3, selanjutnya lewat pin P3.5 yang
terhubung ke rangkaian penerima ultrasonic di Gambar 4, sambil mengukur selang
waktu AT89C2051 memantau datangnya pulsa pantul.
Hasil pengukuran
waktu itu, dengan sedikit perhitungan matematis ditampilkan di sistem penampil
7 ruas sebagai besaran jarak, dengan satuan centimeter dan 1 angka dibelakang
titik desimal.
Pulsa Ultrasonic
dibangkitkan di pin P3.4 AT89C2051 (ULTRA_OUT) dengan potongan Program 1,
sebagai berikut:
Potongan Program 1 -
Membangkitkan sinyal ultra sonic
1 PulsaUltraSonic:
2 MOV R7,#24 Nilai
awal R7 = 24
3 Loop:
4 NOP waktu untuk
mengerjakan baris 4..14
5 NOP = 12
mikro-detik
6 NOP
7 NOP
8 NOP
9 NOP
10 NOP
11 NOP
12 NOP
13 CPL Ultra_Out
Ultra_Out (P3.4) := not Ultra_Out
14 DJNZ R7,Loop
Turunkan nilai R7, ulangi lagi kalau R7<>0
15 RET
Processor memerlukan
waktu untuk melaksanakan instruksi. Bagi AT89C2051 yang bekerja pada frekuensi
12 MHz, instruksi NOP (baris 4 sampai 12); instruksi CPL (baris 13)
dilaksanakan dalam waktu 1 mikro detik, dan 2 mikro detik untuk melaksanakan
instruksi DJNZ (baris 14). Dengan demikian waktu yang diperlukan untuk
melaksanakan instruksi-instruksi di baris 3 sampai 13 adalah 12 mikro detik.
Di baris 12, nilai
Ultra_Out (= pin P3.4) dibalik, kalau semula Ultra_Out bernilai 0 setelah
instruksi ini dijalankan Utltra_Out akan bernilai 1, dan sebaliknya kalau
semula 1 dan berbalik menjadi 0.
Di baris 13 nilai R7
dikurangi 1, selama R7 belum mencapai 0 AT89C2051 akan mengulang lagi baris 2
dan seterusnya. Di baris 1 R7 diberi nilai 24, dengan demikian baris 2 sampai
13 akan diulang sebanyak 24 kali, dan selama itu pin 3.4 akan berbalik dari 0
ke 1 dan 0 kembali sebanyak 12 kali. Dengan demikian, hasil kerja Potongan
Program 1 adalah pulsa ultrasonic12 gelombang dengan frekuensi 1/24 mikrodetik
= 41666 Hz
Pulsa ultrasonic
diperkuat dan dipancarkan dengan rangkaian pemancar Ultrasonic di Gambar 3.
Rangkaian ini dibangun dengan Inverter CMOS MC14049, inverter U1B dipakai untuk
membalik fasa sehingga tegangan di output gabungan U1A & U1C akan selalu
berlawanan dengan tegangan di output gabungan U1D & U1E, dengan demikian
amplitudo ultrasonic yang sampai di tranduser ultrasonic menjadi 2 kali lipat.
C1 dipakai untuk menahan arus DC, sehingga hanya sinyal ultrasonic saja yang
bisa masuk ke tranduser ultrasonic.
Penerima pulsa
Ultrasonic
Rangkaian Penerima
Ultrasonic pada Gambar 4, merupakan rangkaian yang umum dipakai untuk penerima
ultrasonic, rangkaian ini bisa diganti dengan rangkaian yang lain, asalkan saat
tidak ada sinyal ultrasonic keluarannya (ECHO_IN) bernilai ‘1’ dan menjadi ‘0’
begitu menerima sinyal ultrasonic, sesuai dengan kondisi yang dipantau
AT89C2051 lewat Potongan Program 2.
Pengukuran selang
waktu
Pengukuran selang
waktu dilakukan dengan bantuan Timer 1 yang ada di dalam IC AT89C2051 seperti
terlihat pada Gambar 5. TL1 dan TH1 merupakan bagian dari Timer 1,
masing-masing berupa pencacah 8 bit yang diuntai menjadi pencacah 16 bit (Mode
1). TR1 berfungsi untuk mengatur masuknya sinyal 1 MHz ke untaian pencacah,
saat TR1 bernilai 0 tidak ada sinyal yang masuk, saat bernilai 1 maka untaian
pencacah akan mencacah dari 0 sampai $FFFF (heksadesimal) dan kembali lagi ke
0, dan diikuti TF1 menjadi 1.
Pengukuran selang
waktu antara saat pulsa ultrasonic dikirim dan pulsa pantul diterima dilakukan
dengan Potongan Program 2 sebagai berikut : TR1 diberi nilai 1 agar untaian
pencacah bekerja (baris 1) dan ditunggu sampai isi pencacah menjadi 0 dengan
cara menunggu TF1 sampai bernilai 1 (baris 2 dan 3). Segera setelah itu
dibangkitkan pulsa ultrasonic dengan memanggil sub-rutin di Potongan Program 1
(baris 4), disusul menunggu pantulan pulsa dengan cara memantau P3.5 sampai
bernilai 0 (baris 5 dan 7, abaikan dulu baris 6), setelah itu TR1 diberi nilai
0 (baris 7). Dengan demikian posisi untaian pencacah TL1/TH1 yang terakhir
merupakan lamanya selang waktu dalam satuan mikro detik.
Kalau jarak yang
diukur terlalu jauh, pulsa ultrasonic yang dikirimkan tidak terpantulkan,
akibatnya AT89C2051 akan menunggu terus di baris 5 dan 7, agar hal ini tidak
terjadi ditambahkan baris 6, yakni sambil menunggu pulsa pantulan dipantau pula
apakah untaian pencacah sudah melimpah, kalau sampai melimpah maka tidak perlu
menunggu pulsa pantulan lagi, aliran program dialihkan ke Selesai, dan untaian
pencacah dihentikan.
Potongan Program 2 -
Mengukur waktu pantulan ultra sonic
1 SET TR1 Hidupkan
untaian pencacah
2 SampaiNol:
3 JNB TF1,SampaiNol
Tunggu selama TF1 masih =1
4 ACALL
PulsaUltraSonic Bangkitkan pulsa Ultrasonic
5 TungguPantulan:
6 JB TF1,Selesai
TL1/TH1 melimpah? Ya, stop
7 JB P3.5,TungguPantulan
Tunggu selama P3.5 =1
8 Selesai:
9 CLR TR1 Matikan
untaian pencacah
Perhitungan jarak
Seperti diketahui,
kecepatan rambat suara di udara adalah 34399.22 cm/detik, berarti untuk
merambat sejauh 1 cm suara membutuhkan waktu 29 mikro detik. Selang waktu yang
sudah tercatat di untaian pencacah TL1/TH1 (Potongan Program 3, baris 2 sampai
dengan 4) setara dengan dua kali jarak pemancar ultrasonic dengan penghalang.
Selang waktu tersebut dalam satuan mikro detik, untuk mengubah menjadi jarak (cm)
harus membaginya dengan bilangan 58 (Potongan Program 3, baris 10 sampai dengan
13).
Untuk mendapatkan
angka pecahan di belakang desimal, karena rutin arithmatik yang dipakai adalah
rutin perhitungan bilangan bulat (integer), maka sebelum pembagian di atas
nilai TL1/TH1 dikalikan dulu dengan 10 (Potongan Program 3, baris 10 sampai
dengan 13).
Potongan Program 3 -
Menghitung jarak
1 CLR A
2 MOV Operand,TL1
3 MOV Operand+1,TH1
4 MOV Operand+2,A
5 MOV Pengali,#10
6 MOV Pengali+1,A
7 MOV Pengali+2,A
8 ACALL Perkalian
HasilKali := 10 * TL1_TH1
9 ;
10 MOV R0,#HasilKali
11 MOV R1,#Operand
12 ACALL Copy
Copy-kan isi HasilKali ke Operand
13 MOV Pembagi,#58
14 MOV Pembagi+1,#0
15 MOV Pembagi+2,#0
16 ACALL Pembagian
HasilBagi := (10*TL1_TH1) / 58
Perhitungan di atas
adalah perhitungan secara biner, bilangan biner ini dirubah dulu menjadi bilangan
desimal agar bisa ditampilkan. Bilangan biner tersebut dibagi dengan 1000 untuk
mendapatkan angka ribuan, sisanya dibagi dengan 100 untuk mendapatkan angka
ratusan dan seterusnya, seperti terlihat pada Potongan Program 4.
Potongan Program 4 -
Jarak dalam bentuk biner dirubah ke desimal untuk ditampilkan
1 MenampilkanHasil:
2 ACALL HapusTampilan
3 ;
4 MOV
DPTR,#AngkaPembagi Mulai dengan 1000
5 MOV R7,#4 Maksimum
4 digit
6 MOV R4,#RuasRatusan
7 CLR F0 Belum pernah
simpan
8
9 MOV R0,#HasilBagi
10 MOV R1,#SisaBagi
11 ACALL Copy
12 DigitBerikutnya:
13 MOV R0,#SisaBagi
14 MOV R1,#Operand
15 ACALL Copy
16
17 * Ambil
AngkaPembagi dari Tabel
18
19 CLR A
20 MOV Pembagi+2,A
21 MOVC A,@A+DPTR
22 INC DPTR
23 MOV Pembagi,A
24
25 CLR A
26 MOVC A,@A+DPTR
27 INC DPTR
28 MOV Pembagi+1,A
29
30 ACALL Pembagian
SisaBagi dibagi 1000; 100; 10 dan 1
31
32 MOV A,HasilBagi
HasilBagi=0?
33 JNZ SimpanRuas
Tidak, jadikan simpan ruas
34 JNB F0,Berikutnya
Belum pernah simpan dan 0
35 SimpanRuas:
36 SETB F0 Sudah
pernah simpan angka
37 ACALL JadikanRuas
38 MOV R0,$04 R0
<- R4
39 MOV @R0,A Simpan
40 Berikutnya:
41 INC R4
42 DJNZ
R7,DigitBerikutnya
43 RET
44
45 AngkaPembagi:
46 DW 1000
47 DW 100
48 DW 10
49 DW 1
Rancangan di atas
bisa dipakai untuk mengukur jarak sampai sejauh lebih kurang 10 meter, pada
jarak tersebut waktu rambat suara lebih kurang sebesar 2 x 1000 cm x 29
mikro-detik/cm = 58.000 mikro detik, hampir mencapai angka maksimum yang bisa
ditampung untaian pecacah TL1/TH1 yang 65535.
Meskipun demikian
untuk bisa mengukur sejauh itu, rangkaian pemancar dan penerima ultrasonic
harus benar-benar dalam keadaan yang baik, terutama harus dipilih tranduser
ultrasonic yang prima. Alat ini akan punya nilai komersil yang baik jika
tampilan 7 ruas dengan LED diganti dengan tampilan LCD, agar pemakaian dayanya
kecil dan bisa bekerja dengan baterai saja. Pemakaian LCD akan dibicarakan pada
artikel lain.
Program untuk
mengendalikan AT89C2051 harus diisikan ke dalam IC microcontroller itu, untuk
itu diperlukan alat yang dinamakan sebagai AT89C2051 Flash PEROM Programmer.
Alat ini sangat sederhana, hanya memakai sebuah IC 74HC574A ditambah dengan
sistem catu daya dan dihubungkan ke komputer PC lewat printer port
DAFTAR PUSTAKA
1. Allyn & Bacon.
--------------, 2002. “Kurikulum Program Studi Teknik Elektro, FT Universitas Negeri Yogyakarta”
2. http://library.um.ac.id/free-contents/index.php/pub/detail/trainer-aplikasi-mikrokontroler-untuk-sensor-pada-pembelajaran-mikroprosesor-lanjut-di-jurusan-teknik-elektro-universitas-negeri-malang-puput-pristanto-57908.html
3. http://tobby.synthasite.com/aplikasi-mikroprosesor.php
DAFTAR PUSTAKA
1. Allyn & Bacon.
--------------, 2002. “Kurikulum Program Studi Teknik Elektro, FT Universitas Negeri Yogyakarta”
2. http://library.um.ac.id/free-contents/index.php/pub/detail/trainer-aplikasi-mikrokontroler-untuk-sensor-pada-pembelajaran-mikroprosesor-lanjut-di-jurusan-teknik-elektro-universitas-negeri-malang-puput-pristanto-57908.html
3. http://tobby.synthasite.com/aplikasi-mikroprosesor.php
0 komentar:
Posting Komentar