SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

KOMUNIKASI PERANGKAT KERAS MENGGUNAKANPERANGKAT LUNAK MATLAB

SUKARMAN

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATANJl. Babarsari KotakPos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715

sukarman@hotmail.com

Abstrak

KOMUNIKASI PERANGKAT KERAS MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK MATLAB. Telah

dilakukan komunikasi perangkat keras menggunakan mikrokontroler dengan perangkat lunak Matlab 6.x.Komunikasi ini terdiri dari PC/personal computer, modul mikrokontroler DT51, konektor serial danpenampil. Jalur komunikasi menggunakan komunikasi seriallRS232 antara PC dan perangkat keras,sedangkan untuk penampil/keluaran menggunakan Jalur paralellPIO yang dihubungkan dengan LED.Antarmuka/inteifacing ini diharapkan mempermudahlpengolahan data untuk keperluan komputasi yangberasal dari luar PC dengan perangkat lunak Matlab, bahkan untuk keperluan simulasi sistem kendalisangat cocok. Berdasarkan percobaan yang dilakukan perangkat lunak Matlab dapat mengambil data darimikrokontroler dan PC dapat mengirim data k~ perangkat keras modul DT51, dengan baudrate sebesar2400,4800,9600 Bps.

Kata-kata kunci : PIO, RS232, antarmuka

Abstract

THE HARDWARE COMMUNICATION USING MATLAB. The hardware communication usingmicrocontrol/er and Matlab versi 6.x has been done. This communication system consist of PC, DT51microcontrol/er modul, serial connector and display. The communication line uses serial (RS232) throughPC and the hardware. The display or the output uses paral/elline (PIO) which is connected by LED. Thisinterfacing system is expected to eliminate the difficulties of the data processing for the computation neededwhich comes from the outside of the PC by Matlab. Base on the experiment using Matlab which has beendone the system can take data from the microcontrol/er and the PC ca transmit the data to the DT51hardware modul with baudrate upto 19200 bps.

Keyword: PIO, RS232, Inteiface

PENDAHULUAN

Teknik antarmuka antara komputerdengan instrumen tidak akan terlepas dari peranperangkat lunak pada komputer untukmenerima dan mengirim data antar komputerdengan instrumen tersebut agar dapat terjadikomunikasi. Komunikasi yang sering dipakaiadalah komunikasi data serial dan data paralel.Metode komunikasi paralel tidak mengenalperubahan waktu dalam pengirimannya. Datayang yang dikirimkan sebanyak n-bit dilakukan

secara bersamaan. Pada komunikasi serial

pengiriman data dilakukan berdasarkan waktu,artinya pengiriman data n-bit dilakukan secarasekuansial per bit sehingga membentuk satudata yang berupa informasi.

Pada program Matlab terdapat fasilitaspemrograman untuk melakukan teknikantarmuka ini, diantaranya komunikasi GPIB,VISA standar, Serial dan Interfacing melaluimedia soundcard pada PC.[1] Oleh karena itupara pengguna perangkat lunak Matlab saat ini

Sukarman 373 Selwlah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

sudah dapat melakukan akses langsung denganperangkat keras yang ada di luar komputer.

Tujuan akses ke perangkat keras di luarkomputer dimaksudkan untuk mengambil datadan mengirimkan data dari atau keluarkomputer menggunakan DT51. [5] Dalammakalah ini akan dibahas komunikasi serialstandar RS 232 antara komputer denganinstrumen (interfacing). Dengan demikiandiharapkan data-data yang berasal dari luar PCdapat diambil untuk diolah lebih lanjut denganperangkat lunak Matlab untuk keperluansimulasi, akuisisi data, pengendalian dansebagainya.

DASAR TEOR!

Sistem Instrumentasi Elektronika

lnstrumentasi elektronika merupakanperangkat elektronika yang digunakan untuktujuan tertentu seperti halnya pengukuran,pengendalian dan sebagainya. Sistem

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006ISSN 1978-0176

instrumentasi elektronika terbagi dalam duakelompok besar yaitu :

1 Sistem instrumentasi analog.2 Sistem instrumentasi digital.

Ditinjau dari cara kerja dan tujuannyasistem instrumentasi terbagi menjadi dua bagianyaitu :1 Sistem Pengukuran2 Sistem Kendali

Diagram blok dari sistem intrumentasiditunjukkan pada Gambar 1. secara umum blokdiagram sistem instrumentasi memilikikomponen sensor yang berfungsi sebagaipengubah besaran fisis menjadi besaran listrik,misalnya vet). pengkondisi sinyal (sinyalConditioning) untuk mendapatkan paket sinyalinformasi yang diharapkan, ADC (optional) danlayar tampilan untuk menginformasikan setiapperubahan yang terjadi/terdeteksi oleh sensor.jika sensor tersebut berupa sistem kontrol makaakan ada umpan balik dan perangkat pemberiaksi yang mengendalikan perubahan fisis diluar sistem.

SistemlPlantlProses

PengkondisiSinval

PengkondisiSinval

TransmisiData

Controller

TransmisiPerintah

Tujuan

GambaI'1.DiagramBlok SistemPengukurandanKontro1

Sistem Instrumentasi Analog.

Sistem instrumentasi analog disusun olehperangkat elektronik analog yang menghasilkantegangan sebagai sinyal-sinyal analog. sinyalanalog disebut sebagai sinyal waktu kontinuartinya sebagai sinyal untuk setiap nilai waktudan diambil pada nilai-nilai dalam selangkontinu (- - , - ). secara matematis sinyalwaktu kontinu dapat dituliskan sebagai berikut ;sinyal eksponensial = x(t) =e(-t), - - < t <­sinyal sinusoidal x(t)=sin (n t), - - < t <-

Sistem Instrumentasi Digital

Sistem instrumentasi digital disusun olehperangkat elektronika digital yangmenghasilkan tegangan digital logika "1"dengan level 5 volt dan logika "0" dengan leveltegangan 0 volt. Sinyal digital ini dikatakansebagai sinyal waktu diskrit.jika digunakanindeks n sebagai penanda waktu diskrit, makasinyal menjadi suatu fungsi variabel integerberupa deretan angka.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 374 Sukarman

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Sistem Kontrol

Salah satu tujuan sistem kontrol adalahmendapatkan keluaran proses yang sarnadengan perintah/referensi yang diberikan.Untuk mencapai tujuan tersebut digunakansuatu strategi pengendalian yang tepat sehinggadiperoleh sinyal keluaran proses yang sesuaidengan masukan yang diberikan. [2].

Secara umum sistem kendali dapatdibedakan menjadi beberapa macam yaitu :1 Berdasarkan prinsip kerjanya

• Kendali umpan maju yaitu kendali yangmenggunakan hasil pengukuran salah satuvariabel masukan untuk menentukanvariabel masukan yang lain

• Kendali umpan balik yaitu sistem kendaliyang menggunakan hasil pengukurankeluaran proses untuk memulai ketjapengendalian.

2 Berdasarkan bebannya• Kendali servo yaitu sistem kendali yang

perintahnya berubah-ubah yang perubahantersebut merupakan beban bagi prosespengendalian

• Kendali proses yaitu sistem kendali denganperintah tetap sehingga sebagai bebanadalah gangguan terhadap proses yangdikendalikan.

3 Berdasarkan isyarat yang dikendalikan• Kendali kontinyu

• Kendali diskritKendali kontinyu maupun diskrit yang umumdigunakan adalah kendali On/Off dan PID.

Sistem Kontrol merupakan perangkatelektronik yang berfungsi mengatur kondisitertentu. Sistem kontrol ditinjau dari perangkatkerasnya dibagi menjadi 2 macam yaitu yangdibangun dengan perangkat analog dan digital.Sistem kontrol yang dibangun denganperangkat digital seperti PC memerlukanpengaturan konfigurasi terhadap sisteminstrumen yang digunakan, sehingga proseskontrol pada sistem tidak terganggu.

Konversi Data

Komunikasi data yang berhubungandengan komputer tidak terlepas dari komunikasidata digital, artinya seluruh data yangdikirimkan harus sudah dalam kondisi logika"0" dan "I ". komunikasi serial yang terjadi padakomputer menggunakan 8-bit data digital. Olehkarena itu data desimal yang akan dikirimmenggunakan komunikasi serial harusdikonversi menjadi data biner 8-bit.

Cara mengkonversi data pada programmatlab dapat dilakukan dengan beberapa caraseperti ditunjukkan dalam Tabell [4] [6]

Instruksi Konversi

Dec2bin(D,N)

Bin2dec('B')

Dec2hex(D,N)

Hex2dec(H)

Dec2base(D)

Base2dec(B)

Dec2basei0,

Tabel. 1 InstruksiKonversiData

Keterangan

Konversikan dari decimal ke biner D=value, N=bit yang dipakai

Konversikan nilai biner ke decimal dengan B= value string

Konversikan bilangan heksa ke decimal dengan D=value , N= digit yang dipakai

Konversikan dari decimal ke heksa dengan H=value string

Konversikan dari decimal ke basis

Konversikan dari basis ke desimal

Konversikan dari decimal ke basis

Contoh :dec2bin(35), berarti bahwa mengkonversi datadesimal ke biner dengan default digital danakan dihasilkan nilai digital 1000ll.setelah datayang akan digunakan pada proses komunikasiberada pada format data digital, selanjutnyakomunikasi dapat dilakukan dengan lebihmudah

Interfacing Menggunakan KomunikasiSerial Standar RS-232

Interfacing dengan perangkat lunakMatlab dapat dilakukan minimal versi 6.0 dandengan sistem operasi windows 98, XP, 2000,NT, Linux dan Sun Solaris. secara umum blokdiagram instrumentasi berbasis PC

Sukarman 375 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

menggunakan program Matlab ditunjukkanpada Gambar 2.

Komunikasi serial RS-232 yang ada padaPC menggunakan pin konektor DB 9 denganmikrokontroler diperlihatkan pada Gambar 3.[3].

MATLAB

T

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

Pada komunikasi serial yang sederhanahanya diperlukan 3 pin serial Com saja, yaitupin 2 untuk penghubung kabelpenerima(receiver) dan pin 3 (transmiter) danpin 5 untuk sinyal Ground.

Instrument Control ToolboxI

M Filefunctions

Interface Driver Adaptor

Serial Driver

SerialKontroler

Masukan /Keluaran

Gambar2. AntarmukaSerialMenggunakanMatlab

Personal Komputer (PC)

Kom

puter

Modul DT51Komunikasiserial

Gambar3. hubunganPC denganMikrokontroler

376

Perangkat Lunak Matlab

Matlab berasal dari kata MatrixLaboratory, yang artinya perangkat lunak yangberbasis pada matrik, yang dimulaidikembangkan pada tahun 1970-an diUniversitas Mexico dan universitas StandfordUSA. Perangkat Lunak Matlab adalahpernrograman yang bersifat interaktif untuk

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

keperluan saintifik dan komputasi teknis.Sebagai elemen data dasarnya adalah matriks.Hal ini memungkinkan penyelesaian masalahkomputasi numeris yang ditulis secaramatematik. Matematik adalah bahasa yangdigunakan oleh para insinyur dan saintis.Misalnya matriks dan operasinya, persamaandiferensial, data array, plot grafik, blok diagrambahkan dilengkapi dengan tools, yang

Sukarman

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

digunakan untuk pemrosesan sinyal, sistemkontrol, identifikasi sinyal, simulink dansebagainya. Dalam perkembangannya saat iniMatlab sudah dapat berkomunikasi dengandunia luar (interfacing). Dengan demikianMatlab sangat baik digunakan untuk keperluansimulasi dan komputasi.

METODE

Alat dan Bahan

Percobaan ini menggunakan perangkatkeras mikrokontroler (Modul DT51) dan catudaya sebesar 5 voltJ9 volt AC. Dalam modulDt51 terdapat fasilitas port serial dan LedPenampil (8 bit). Kabel serial digunakan untukmenghubungkan Modul Dt51 dengan PC,Komputer pribadi (PC) dan perangkat lunakMatlab versi 6.x.

Pelaksanaan

1 Alat dirangkai seperti Gambar 3 di atas.2 Dibuat program untuk komunikasi pada

mikrokontroler, program dapatmenggunakan bahasa C, asembler, basicatau apa saja.

3 Program disimpan pada mikrokontroler(download).

4 Mikrokontroler diberikan catu daya.5 Kabel serial dihubungkan dari Modul Dt51

ke port serial pada PC.6 Program Matlab dibuka dengan

menggunakan instruksi pada Lampiran 1untuk melakukan pengiriman danpengambilan data dari dan kePClMikrokontroler.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam membuat program yang dapatberkomunikasi antara PC dengan instrument diluar PC pada perangkat lunak Matlab, adatahapan yang hams diperhatikan yaitu :

1. Membuat objek instrumen.

untuk membuat objek instrumen padaMatlab dapat dilakukan dengan perintahSERIAL, dengan SYNTAX» Object=serial('port _aktif);» object=serial('port_aktif,'baudrate' ,nilai);

2. Menghubungkan PC dengan instrumenuntuk menghubungkan instrumen denganPC digunakan perintah fopen, denganSYNTAX» fopen(objecUnstrumen);

3 Menentukan sifat (property object)untuk menentukan property objekdilakukan dengan instruksi set dan diikutidengan tanda dot.» set (object,'properti,nilai);» object.properti=nilai;

4 Membaca/menulis datauntuk membaca/menulis data dari PC keinstrumen dengan metode komunikasiserial. pembacaan dan penulisan dapatdilakukan dengan beberapa perintah :fread,fwrite,fprintf dan sebagainya.

5 Memutuskan dan menghapus objek.Setelah proses baca/tulis dilakukakanprogram harns menutup danmembersihkan objek instrumen yang aktifdi memori, hal ini dilakukan karena agarpada saat membuat koneksi barn padamatlab tidak terjadi error program. Untukmemutuskan dan menghapus objekdilakukan dengan menggunakan perintahfclose dan delete, dengan SYNTAX» fclose (object);» delete(object);>>instrreset( object);hasil eksekusi nampak pada Gambar 4.

Pada Gambar 4. nampak bahwakomunikasi data dengan peralatan/perangkatkeras di luar PC tetjadi setelah perintahdata=fopen(s,5). Hal ini menunjukkan bahwadata dari perangkat keras ditampilkan ke layarMatlab dengan s adalah nama objek dan angka5 adalah banyaknya data yang akan dibaca.

Sukarman 377 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

» data=Eread(s,l)

data =

24

» data=fread(s,l)

data =

152

» data=fread(s,l)

data =

30

»

Ready

Gambar 4. Basil Eksekusi Program dengan Matlab

ans =

1000000010011000

» data=fread(s,l)

data =

128

» dec2bin(data,8)

10000000

»

Gambar 5. Hasil Konversi dari Desimal ke Biner

••••,,_ ••••••••••••• O' ••••J.on SettingsPort: cmuBaudRate: 9600Terminator: 'LF'

COIlLlll.W1ication State

Status:RecordStatu3:

Read/Write StateTrW'l3!eJ:Status:BytesAvailable:ValuesReceived:ValuesSent:

» fopen(3)» f1on::ite(s,O)» f1Jrite(s,2)» fw!:ite(s,ll)»

Ready

closed"n

idle512

o

21

Gambar 6. Eksekusi Pengiriman Data

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 378 Sukarman

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIRYOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006ISSN 1978-0176

Pada Gambar 5, nampak bahwa nilaiyang dikeluarkan dan dibaca oleh Matlabmelalui RS232 sebesar 128 dapat diubahdengan perintah dec2bin(data,8). Perintahtersebut dimaksudkan untuk mengubah nilaivariabel data, dalam bentuk desimal menjadibentuk biner dengan lebar satu byte (8 bit).

Pada Gambar 6, nampak bahwapengiriman data dari PC ke Modul Dt51 dapatdigunakan perintah fwrite, yang sebelumnyahams dilakukan pembukaan jalur komunikasiserial port dengan perintah fopen(s). Data yangdikirimkan mernpakan data-data ASCI. Karenamodul DT51 hanya dapat menerima data ASCIpada komunikasi serialnya. Pada penampil Ledakan diperoleh pernbahan nyala lampu.

Konfigurasi Property pada Objek

Objek instrumen yang telah dibangunpada Matlab mempunyai property yang hamsdiset sehingga proses komunikasi tidakterhambat. beberapa property yang hams disetantara lain kecepatan pengiriman data(baudrate), format data yang digunakan, waktuyang digunakan untuk menunggu komunikasidata barn dan sebagainya. pada Tabel 2.ditunjukkan setting property serial.

Baca dan Tulis Data

Setelah jalur komunikasi terbukadengan perintah fopen, dapat dilakukanpembacaan/penulisan data dari dan keinstrumen. untuk membaca data digunakanSYNTAX.

»var =fread(objectjumlahdata)Jumlahdata menunjukkan banyaknya data

yang diambil dalam satu kali kerja fungsi fread.jumlah data tidak boleh melebihi kapasitasbuffer yang ditentukan.

untuk mengirimkan data ke instrumendituliskan dengan bentuk databyte, karenanyahanya menuliskan bilangan desimalnya sajadengan SYNTAX» fread(object,databyte)

KESIMPULAN

1 Perangkat lunak MatIab dapat digunakanuntuk berkomunikasi dengan peralatan diluar komputer menggunakan modul DT51mikrokontroler.

2 Pengolahan data untuk keperluan kontroldan akuisisi data dapat dilakukan.

3 Kecepatan transfer data (baud rate) sampai115200 bps.

Untuk melihat semua property yangterpasang pada objek instrumen dapat dilihatmenggunakan perintah :» get (S,{'baudrate','databits','parity','stopbits'})

Setiap property yang terpasang padaobjek dapat diubah sesuai dengan kebutuhankomunikasi, misalkan digunakan 19200 ataukomunikasi dengan COM-2 pada PC. untukmengubahnya digunakan perintah

» set(S,'baudrate',19200)» s.port='com2'Komunikasi serial tidak akan terlepas

dari kebutuhan buffer, sehingga data dapatdiambil dalam sati kali kerja program. kapasitasbuffer secara default sebesar 512 kB, namundapat diatur oleh program.

Nama

Baudrate

Data bit

paritas

StoE bit

Sukarman

Tabe12.Property Serial

Keterangan

Kecepatan transfer data dalam bitJumlah data bit dalam satu kali transfer

Penanda paritas

Bit penanda sebagai akhir data

379

DAFTAR PUSTAKA

http://www.pitchuP.com/matlab/showarticle .aspx?article= 157, diakses 1Desember2006

2 RAYMOND, GJ, "Modem Digital ControlSystems",MarcelDekkerInc,New York.

3 SUKARMANdkk, 2003, "Petunjuk PraktikumAntarmuka",STTN-BAT AN. Moler,Cleve,the student edition of matlah, Prentice hallEnglewoodcliffs,USA, 1992

4 CHRISTANTO,dan DANNY, 2004 ,"PanduanDasarMikrokontroler",keluargaMCS51.

5 http://www.pitchuP.com/matlab/content. aspx,, diakses 1Desember2006

LAMPIRAN I

Listing program baca data dari instrumen% bersihkan semua data dimemori dan

bersihkan layar

» instrreset

» clc

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

»

s=serial('coml', 'baudrate',9600);

» s.timeout=l;

» fopen(s);% ambil data serial

» data=fread (s,50); Perlu pengembangan lebihjauh.% putuskan hubungan serial denganinstrumen

Listing program mengirim data ke instrumen» clear all

% masukan banyaknya data array% inisialisasi serial com.

Jawaban :

1. Belum, rantang linieritasnya belumdiketahui.

2 .. Belum pemah dilakukan.3. Barn akan mengarah ke USB.

Saran:

» fclose(s);

» delete(s)» clear s

% bersihkan semua data dimemori dan

bersihkan layar» instrreset

» clc

» clear all

% masukan banyaknya data array

% inisialisasi serial com.

»s=serial('coml', 'baudrate',9600);

» s.timeout=l;

» fopen(s);

% tulis data ke serial

» fread(s,50);

% putuskan hubungan serial denganinstrumen

» fclose(s);

» delete(s)

» clear s

dapat juga digunakan instruksi lain yaituIntstrreset

TANYAJAWAB

Pertanyaan :

1. Apa sudah dikalibrasi, rentang linieritasnya

berapa ? (Joko)2. Apakah sudah diuji kestabilannya ?3. Ketinggalan jaman sistem DT-51, sudah

hams diganti USB? (Joko)

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 380 Sukarman