6

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1. Pengeringan Gabah

Proses gabah menjadi beras dimulai dari proses pemanenan, perontokan,

pengeringan dan penggilingan. Setiap tahap memerlukan penanganan dengan

teknologi yang berbeda-beda. Semua hasil pertanian termasuk gabah, mengandung air

yang ada di permukaan maupun yang ada di dalamnya. Gabah memiliki 2 (dua)

komponen utama, yaitu air dan bahan kering. Banyaknya air yang terkandung dalam

gabah disebut kadar air dan dinyatakan dengan persen (%). Pengeringan dilakukan

karena kadar air gabah panen umumnya masih tinggi, yaitu antara 22% - 23% pada

musim kemarau dan antara 24% - 26% pada musim pengujan [1]. Pengeringan gabah

adalah proses menghilangkan kadar air yang terkandung dalam gabah dengan

memberikan panas dimana akan terjadi konversi menjadi uap air dan dipindah ke

udara. Pemanasan yang diberikan dapat dengan cara konveksi, konduksi ataupun

radiasi [2]. Pengeringan gabah merupakan suatu perlakuan yang bertujuan untuk

menurunkan kadar air sehingga gabah dapat disimpan lama, daya kecambah dapat

dipertahankan, mutu gabah agar tetap dapat dijaga (tidak kuning, tidak berkecambah

dan tidak berjamur), memudahkan proses penggilingan dan untuk meningkatkan

rendemen serta menghasilkan beras gilingan yang baik.

7

Berdasar tingkat kekeringannya, gabah dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis,

antara lain [1] :

1. Gabah Kering Panen (GKP), adalah gabah yang mengandung kadar air lebih

dari 18% tetapi sampai 25%.

2. Gabah Kering Simpan (GKS), adalah gabah yang memiliki kandungan kadar

air antara 14% sampai 18%.

3. Gabah Kering Giling (GKG), adalah gabah yang memiliki kandungan kadar

air maksimal 14%.

Untuk menentukan kadar air dapat menggunakan tester digital atau dengan

perasaan yang sering digunakan oleh petani, yakni dengan menggigit butir gabah.

Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara dari bahan yang

dikeringkan. Penguapan ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban udara dalam

ruangan dan mengalirkan udara panas ke sekeliling bahan sehingga kandungan uap

air bahan lebih besar dari pada tekanan uap air udara. Perbedaan tekanan ini

menyebabkan terjadinya uap air dari bahan ke udara (terjadi proses penguapan yaitu

dari air menjadi gas atau uap air)[3].

Faktor – faktor yang mempengaruhi penguapan antara lain :

a) Kadar air bahan

Dalam hal ini berkenaan dengan banyak sedikitnya bahan yang dikeringkan

b) Suhu maksimum dalam proses penguapan

c) Waktu pengeringan

8

d) Sumber panas

Peristiwa yang terjadi selama pengeringan meliputi dua proses, diantaranya :

a) Proses perpindahan panas

Terjadinya proses penguapan air dari bahan atau proses perubahan dari bentuk

cair ke bentuk gas.

b) Proses perpindahan massa

Terjadi proses perpindahan massa uap air dari permukaan bahan ke udara.

Berdasarkan cara penguapan udara dan panas, maka proses pengeringan dibagi 3

kategori :

1. Pengeringan udara

Panas dipindahkan menembus bahan, baik dari udara maupun dari permukaan

bahan yang dikeringkan atau dipanaskan. Uap air dikeringkan dengan

penghembusan panas ke dalam bahan yang dikeringkan, kemudian dalam

ruangan pengering tersebut kandungan air diuapkan dan membuang uap air ke

udara bebas.

2. Pengeringan udara hampa

Proses pengeringan ini didasarkan pada kenyataan bahwa penguapan air dapat

terjadi lebih cepat pada tekanan rendah dari pada tekanan tinggi. Panas yang

dipindahkan pada pengeringan hampa udara umumnya secara konduksi atau

radiasi (adanya gelombang elektromagnetik).

9

3. Pengeringan beku

Proses pengeringan ini terjadi karena uap air disublimasikan. Struktur bahan

tetap dipertahankan dengan baik, yaitu menjaga kondisi suhu dan tekanan

tetap stabil dalam ruangan.

2.2. Metode Pengeringan Gabah

Metode pengeringan gabah dapat dilakukan dengan cara alami dan buatan.

2.2.1. Pengeringan Alami

Metode pengeringan yang paling sering digunakan oleh petani adalah dengan

menjemur atau mengangin-anginkan. Yang paling umum digunakan adalah dengan

penjemuran gabah diatas lamporan jika kuantitas gabah yang dikeringkan dalam

jumlah banyak dan terpal jika sedikit. Cara penjemuran ini dengan menebarkan

gabah diatas lantai dengan ketebalan 5 cm - 7 cm pada musim kemarau dan 1cm - 5

cm pada musim hujan. Pembalikan dilakukan setiap 1 - 2 jam. Jika pada musim

hujan, lama waktu pengeringan dapat mencapai 3 – 4 hari.

2.2.2. Pengering Gabah Buatan

Inti dari pengering gabah buatan adalah menyediakan ruangan yang memiliki

suhu terbaik sesuai kondisi yang dibutuhkan dalam proses pengeringan. Secara garis

besar, pengering gabah buatan dikelompokkan menjadi tiga, yakni :

1. Tipe Bak (Bed dryer)

Gabah kering sawah dihampar diatas tray (empat persegi panjang) dibagian

bawah tray diberikan hembusan udara panas, biasa menggunakan minyak

10

dengan sistem pengeringan secara langsung (direct drying). Sumber panas

dapat berasal dari panas matahari yang dikumpulkan (kolektor), listrik, bahan

bakar sekam dan lain-lain.

Gambar 2.1. Pengering tipe Bed

2. Tipe Sirkulasi (Recirculation Batch)

Pada pengering tipe ini, udara kering dialirkan melalui suatu tabung. Udara

kering menarik kelembaban dari tabung yang merupakan kelembaban bahan

yang dikeringkan, udara basah akan melewati elemen penguap dan diuapkan.

Kemudian kelembaban dibuang, dan udara kering kemudian disirkulasikan

kembali.

Gambar 2.2. Pengering tipe sirkulasi

11

3. Tipe Kontinyu (Continuous Flow Dryer)

Pengering tipe kontinyu (continuous flow dryer) dikenal sebagai LSU dryer

(hasil pengembangan Lousiana State University). Gabah basah dengan bak

elevator dituangkan dibagian atas menara, gabah yang jatuh melalui kisis

miring dihembuskan udara panas dari bawah. Energi yang digunakan umumya

bahan bakar minyak. Mesin pengering jenis ini hanya terjangkau untuk

pengusaha kelas menengah ke atas atau bantuan pemerintah.

Gambar 2.3. Pengering tipe menara

Pada alat ini, metode pengering yang digunakan adalah tipe bed dryer. Proses

udara yang masuk akan mendorong udara panas yang ditimbulkan oleh heater

(elemen pemanas). Udara panas yang dihembuskan akan masuk melalui celah lantai

yang berlubang. Udara akan naik melewati padi dan mengakibatkan penguapan dan

menurunkan kadar air yang dikandung.

12

Gambar 2.4. Prinsip kerja pengering tipe Bed

Proses pengeringan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :

a) Faktor yang berhubungan dengan udara pengering

Meliputi suhu, kecepatan volume, aliran udara pengering dan kelembaban

udara.

b) Faktor yang berhubungan dengan sifat bahan yang dikeringkan

Meliputi ukuran bahan, kadar air awal dan tekanan parsial dalam bahan.

Waktu proses pengeringan perlu diperhatikan satu hal yaitu mekanisme

pengeringan. Mekanisme pengeringan merupakan bagian penting dalam pengeringan

bahan pangan sebab dengan mengetahui mekanisme pengeringan dapat diperkirakan

jumlah energi dan waktu proses yang optimum untuk tujuan pengawetan yang

ekonomis. Energi yang dipergunakan dalam pengeringan yang utama adalah berupa

energi panas untuk meningkatkan suhu dan menambah tenaga dalam pemindahkan

air. Waktu proses erat kaitannya dengan laju pengeringan dan tingkat kesukaran yang

dapat dikendalikan akibat pengeringan.

13

Untuk menentukan kadar air gabah, dapat dicari dengan menggunakan rumus

[6]:

𝑀𝑝𝑖 = 𝑚𝑝𝑖 −𝑚𝑝𝑓

𝑚𝑝𝑖 𝑥 100 ……………………………………………..(2.1)

dengan :

Mpi : Kadar air biji padi, basis basah (%)

mpi : Berat biji padi sebelum dikeringkan (Kg)

mpf : Berat biji padi setelah dikeringkan (Kg)

2.3. Elemen pemanas

Pemanasan merupakan proses pemberian energi (tenaga) panas terhadap suatu

obyek yang berasal dari sumber energi panas. Dalam kehidupan sehari-hari terdapat

beberapa sumber energi panas yang sering digunakan, diantaranya :

a. Matahari

b. Api

c. Pengubahan tenaga listrik menjadi panas

Secara umum, proses perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa

cara, diantaranya :

1. Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari

daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam suatu

medium [4].

14

Proses perpindahan panas secara konduksi terjadi karena molekul-molekul

suatu bahan saling berbenturan atau bersinggungan, dengan demikian saling

meneruskan energi panas yang mereka miliki [5].

Proses perpindahan panas secara konduksi tidak terjadi semua bahan, umumnya

penghantaran panas hanya terjadi pada bahan yang memiliki daya hantar yang baik

(konduktor). Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah seperti perpindahan

panas yang terjadi pada solder.

2. Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah proses dimana mengalirnya panas

dari suatu benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah

tanpa adanya perantara dari benda lain.

Pemindahan panas lewat pancaran dilakukan oleh gelombang-gelombang

elektromagnetik. Cara perpindahan ini juga dapat berlangsung dalam ruang hampa

udara, sebagai contohnya adalah perambatan panas pada oven.

Perpindahan panas secara radiasi atau pancaran ini kebanyakan dimanfaatkan

oleh petani dalam pembudidayaan tanaman pada ruangan kaca. Bila seberkas energi

panas mengenai suatu benda maka sebagian energi tersebut akan diserap,

dipantulkan, dan sebagian diteruskan melalui benda tersebut. Ciri khas pertukaran

energi secara radiasi yang penting adalah sifatnya menyebar secara merata ke segala

arah.

15

3. Konveksi

Zat cair dan gas tidak dapat menghantarkan panas dengan baik. Pemindahan

panas lewat zat cair dan gas terutama terjadi karena konveksi, yaitu karena adanya

perbedaan suhu [3]. Perpindahan panas secara konveksi berlangsung dalam dua

tahap. Tahap pertama panas akan mengalir dengan cara konduksi yaitu dari sumber

panas menuju permukaan benda, kemudian energinya berpindah ke benda lainnya

sehingga menaikkan suhu dan energi disekitarnya.

Tahap kedua, partikel-partikel bergerak dari daerah yang bersuhu lebih tinggi

ke daerah yang bersuhu lebih rendah. Udara kemudian akan bercampur dan

memindahkan sebagian energinya pada partikel fluida yang lain.

Perpindahan panas secara konveksi dikenal dua macam, yaitu [4] :

a). Perpindahan konveksi alamiah

Perpindahan konveksi secara alamiah terjadi dengan sendirinya tanpa adanya

bantuan dari peralatan lain.

b). Perpindahan konveksi paksa

Perpindahan konveksi paksa terjadi apabila kalor yang dihasilkan oleh sumber

panas disalurkan menuju ke tempat lain (obyek) dengan bantuan peralatan lain

seperti kipas (fan).

Perpindahan panas yang berlangsung pada alat pengering ini adalah secara

konveksi paksa, karena menggunakan bantuan dari peralatan lain (kipas) untuk

membantu mengalirkan udara panas. Perpindahan panas ini terjadi karena terdapat

perbedaan suhu antara dua ruangan. Udara akan bergerak dari daerah yang bersuhu

16

lebih tinggi (sumber panas) menuju ke daerah yang bersuhu lebih rendah (obyek),

kemudian akan becampur dan memindahkan sebagian energinya ke partikel fluida

yang lain.

Elemen pemanas yang digunakan pada alat ini adalah elemen pemanas terbuat

dari bahan nikelin yang dibentuk melingkar (spiral) yang biasa digunakan pada

kompor-kompor listrik. Daya yang digunakan untuk jenis elemen pemanas ini yaitu

300 Watt dengan sumber tegangan 220 VAC.

Gambar 2.5. Elemen pemanas nikelin

Elemen pemanas merupakan alat pengubah tenaga listrik menjadi tenaga panas

(kalor). Pemakaian elemen pemanas sebagai sumber panas pada alat pengering ini

sama dengan penggunaan elemen pemanas pada alat blower.

2.4. Motor Listrik (Fan)

Motor listrik adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi

gerak atau mekanik. Motor yang dipakai dalam pembuatan alat ini adalah jenis motor

induksi fasa tunggal.

Motor induksi fasa tunggal adalah motor yang dapat menghasilkan suatu medan

magnet apabila dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak – balik. Medan

17

magnet ini berasal dari belitan (stator) setelah dialiri oleh arus bolak – balik, maka

akan menggerakkan rotor. Dari peristiwa ini akan menghasilkan suatu medan putar.

Medan putar inilah yang pada dasarnya menjadi prinsip dari motor induksi. Karena

bentuknya yang sederhana dan harganya relatif murah, motor induksi fasa tunggal

banyak dipakai untuk keperluan motor kecil didalam rumah tangga seperti angin,

peniup, pompa, mesin pendingin (AC). Jenis motor induksi satu fasa dalam hal ini

digunakan untuk memutar baling – baling (kipas). Jenis kipas yang dipakai memiliki

daya 17.6 Watt / 220 Volt denga frekuensi 50 Hz. Pemanfaatan kipas dalam

pembuatan alat ini adalah untuk menghembuskan udara panas yang dihasilkan

elemen pemanas agar dapat merata keseluruh ruang pengering serta untuk sirkulasi.

Gambar 2.6 : Kontruksi Fan

18

Gambar 2.7 : Kumparan stator

2.5. Catu Daya [5]

Perangkat elektronika seharusnya dicatu oleh sumber listrik searah DC (direct

current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik sesuai dengan kegunaan dan

perancangannya. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik.

Namun apabila digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar

atau bermacam, sumber dari baterai atau accu tidak akan cukup. Sumber catu daya

yang lain adalah sumber listrik bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit

tenaga listrik. Untuk mengubah menjadi tegangan DC yang baik dan stabil diperlukan

suatu tahapan proses yang secara umum diperlihatkan pada gambar 2.6

Gambar 2.8. Diagram proses catu daya DC

19

Transformator diperlukan sebagai komponen yang berfungsi untuk menurunkan

tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC

yang lebih kecil pada kumparan sekundernya. Keluaran transformator yang masih AC

kemudian disearahkan oleh untai penyearah (rectifier).

2.5.1 Penyearah setengah gelombang

Penyearah setengah gelombang dapat dibentuk dengan hanya merangkaikan

sebuah dioda ke sumber tegangan bolak balik. Gambar 2.7 memperlihatkan

penyearah setengah gelombang beserta bentuk gelombang keluarannya.

Gambar 2.9. Penyearah setengah gelombang

Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif

ke beban RL. Pada penyearah setengah gelombang berlaku rumus berikut.

Tegangan puncak input transformator

𝑉𝑅𝑀𝑆 =𝑉𝑝

√2 ……………………………………………………………………..(2.3)

Tegangan rata-rata DC pada penyerah setengah gelombang

𝑉𝐷𝐶=

𝑉𝑝

𝜋=0,318 𝑥 𝑉𝑝

…………………………………………………………….(2.4)

20

2.5.2 Penyearah gelombang penuh

Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan dua

buah dioda pada untai catu daya dengan transformator yang digunakan center tap

(CT) seperti pada gambar-2.10.

Gambar 2.10. Rangkaian penyearah gelombang penuh

Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa

yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator

sebagai common ground. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan

gelombang penuh seperti gambar di atas.

Pada penyearah gelombang penuh tegangan rata-rata DC adalah

𝑉𝐷𝐶 =2𝑉𝑝

𝜋 ………………………………………………….............................(2.5)

21

2.5.3 Filter

Pada penyearah setengah gelombang maupun penyearah gelombang penuh,

tegangan DC-nya masih mengandung tegangan riak yang sangat besar. Untuk

beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu

pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat

tegangan ripple dari kedua rangkaian tersebut masih sangat besar. Salah satu cara

untuk mengurangi tegangan riak ini adalah dengan menambahkan rangkaian tapis C.

Gambar 2.11. Rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C

Gambar diatas adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter

kapasitor C yang paralel terhadap beban RL. Ternyata dengan filter ini bentuk

gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar 2.10 menunjukkan bentuk

keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter

kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana

pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya

garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan

kapasitor.

22

Gambar 2.12. Bentuk gelombang dengan filter kapasitor

Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus I yang mengalir ke beban R.

Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal.

Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam.

Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang

besarnya adalah :

Vr = VM -VL .............................................................................................................(2.6)

dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = VM + Vr/2.................................................(2.5)

Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan

ripple paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C,

sehingga dapat ditulis :

VL = VM e -T/RC

....................................................................................................(2. 7)

Jika persamaan (2.6) disubsitusi ke persamaan (2.4), maka diperoleh :

Vr = VM (1 - e -T/RC

) ................................................................................................(2.8)

Jika T << RC, dapat ditulis : e -T/RC

1 - T/RC......................................................(2.9)

23

Sehingga jika ini disubsitusi ke persamaan (2.7) dapat diperoleh persamaan

yang lebih sederhana :

Vr = VM(T/RC) .... ………………………………………………………………(2.10)

VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara

beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif

untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan.

Vr = I T/C ... …………………………………………………………………….(2.11)

Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan

ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan

ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu

periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz.

Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku

untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja

fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det.

Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan

menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2.8. Bisa juga dengan menggunakan

transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar

2.13 berikut ini.

24

Gambar 2.13. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C

Sebagai contoh, mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu

jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai

kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang

tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika persamaan(2.11) dibolak-balik maka diperoleh.

C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.

Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki

polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang

digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya.

2.5.4 Regulator

Rangkaian penyearah dengan tegangan ripple yang kecil dapat dikatakan telah

baik, namun terdapat masalah baru yakni masalah stabilitas. Jika tegangan PLN

naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian

penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut

turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga

25

diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi

stabil.

Untuk memenuhi kebutuhan tersebut digunakanlah sebuah rangkaian

regulator dengan menggunakan dioda zener sebagai pemotong tegangan keluarannya.

Namun seiring dengan adanya regulator seri LM 78XX dan seri LM79XX yang dapat

memenuhi kebutuhan tersebut, maka pemakaian dioda zener sekarang mulai

berkurang dan banyak ditinggalkan. Dengan menggunakan regulator seri LM 78XX

sebagai regulator tegangan positif dan atau LM79XX sebagai reguator tegangan

negatif, untai penstabil tegangan dapat lebih ringkas serta regulator seri ini

menyediakan tegangan keluaran yang bervariasi.

Regulator seri LM 78XX menghasilkan tegangan positif dan kebalikannya,

regulator LM79XX menghasilkan tegangan negatif. Pada rangkaian ini, digunakan

regulator LM7812 dan LM7805 dimana masing-masing menghasilkan keluaran

tegangan sebesar 12V dan 5V.

Agar rangkaian regulator dengan IC tersebut dapat bekerja dengan baik,

tegangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya

perbedaan tegangan Vin terhadap Vout yang direkomendasikan ada di datasheet

komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika

komponen ini dipakai untuk mencatu arus yang besar.

26

Tabel 2.1. Karakteristik elektrik regulator LM78XX

Tipe Vout (V) Iout (A) Vin (V)

78XXC 78LXX 78MXX Min Max

7805 5 1 0.1 0.5 7.5 20

7812 12 1 0.1 0.5 14.8 27

2.6 Transistor

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan

itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-

turut disebut emitor, basis dan kolektor. Basis selalu berada di tengah, di antara

emitor dan kolektor.

Bahan yang dipergunakan untuk membuat transistor adalah silicon dan

germanium. Simbol transistor ditunjukan oleh gambar 2.12 berikut.

Gambar 2.14. Simbol transistor NPN dan PNP

Transistor adalah salah satu komponen semi konduktor yang di gunakan untuk

mengalirkan atau mengontrol arus yang lebih besar dengan kemudi berupa arus yang

lemah. Prinsip kerja dari transistor adalah akan ada arus yang mengalir diantara

kolektor dan emitor bila ada arus yang mengalir diantara basis dan emitor. Transistor

27

akan dapat mengalirkan arus diantara kolektor dan emitor bila pada basis transistor

tersebut diberikan tegangan yang cukup untuk mengemudikan transistor tersebut

(lebih besar dari 0,3 volt untuk transistor germanium dan 0,7 volt untuk transistor

silicon).

Perbandingan arus yang mengalir antara arus pada kolektor dan arus pada

basis disebut penguatan, yang disingkat hFE yang dirumuskan sebagai berikut.

hFE = Ib

Ic …………………………...………………………... ....(2.12)

Dimana Ic = Arus kolektor

Ib = Arus basis

Pada aplikasinya transistor mempunyai tiga titik kerja yang akan menentukan

fungsi kerja dari transistor tersebut. Untuk mengoperasikan transistor maka terlebih

dahulu harus mengetahui derah kerjanya yaitu daerah jenuh, daerah aktif dan daerah

mati.

1. Daerah Jenuh

Daerah kerja transistor saat jenuh adalah keadaan dimana transistor

mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga

transistor tersebut seolah-olah short pada hubungan kolektor–emitor. Pada

daerah ini transistor dikatakan menghantar maksimum (sambungan CE

terhubung maksimum).

VCE ≈ 0 ................................................................................(2.13)

28

2. Daerah Aktif

Pada daerah kerja ini transistor biasanya digunakan sebagai penguat

sinyal. Transistor dikatakan bekerja pada daerah aktif karena transistor selalu

mengalirkan arus dari kolektor ke emitor walaupun tidak dalam proses

penguatan sinyal, hal ini ditujukan untuk menghasilkan sinyal keluaran yang

tidak cacat. Daerah aktif terletak antara daerah jenuh (saturasi) dan daerah

mati (cut off).

3. Daerah Mati

Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan

transistor menyumbat pada hubungan kolektor–emitor. Daerah cut off sering

dinamakan sebagai daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak

dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Pada daerah cut off transistor

dapat di analogikan sebagai saklar terbuka pada hubungan kolektor – emitor.

VCE = VCC ................................................................................(2.14)

Gambar 2.13 berikut adalah gambar garis beban yang menunjukan

daerah kerja transistor :

Gambar 2.15. Kurva karakteristik transistor

29

Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua

daerah kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor

akan mengalami perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya.

Transistor dalam keadaan menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam

keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh seperti saklar yang menutup. Untuk

membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi tegangan. Besarnya

tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan 0,7 untuk silicon).

Dengan mengatur IcIb kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan

kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa

hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan

Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (ON). Seperti

terlihat pada gambar 2.14 berikut.

(a) (b)

Gambar 2.16 : (a). Transistor pada kondisi jenuh

(b). Ekuivalen saklar tertutup

30

Besarnya tegangan kolektor emitor Vce suatu transistor pada konfigurasi

diatas dapat diketahui sebagai berikut.

Vce = Vcc – Ic . Rc …….....…...………………………….. ..(2.15)

Karena kondisi jenuh Vce = 0V (transistor ideal) maka besarnya arus kolektor

(Ic) adalah :

Ic = Rc

Vcc ………………………………………....………….. (2.16)

Besarnya arus yang mengalir agar transistor menjadi jenuh (saturasi) adalah:

Rb = Ib

VbeVi …………………………..….….. ………………………………(2.17)

Sehingga besar arus basis Ib jenuh adalah :

Ib ≥

Ic …………………………………………...……………...(2.18)

Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau

basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi

mati (cut off), sehingga tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce

≈ Vcc. Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada

gambar 2.17 berikut.

31

(a) (b)

Gambar 2.17 : (a). Transistor pada kondisi mati

(b). Ekuivalen Saklar terbuka

Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati

atau cut off adalah :

Vce = Vcc – Ic . Rc …….………………….……........……........(2.19)

Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka

Vce = Vcc - Vc .………………………………...…………........(2.20)

Vce = Vcc

Besar arus basis Ib adalah

Ib =

Ic …………………………………………………..(2.21)

Ib = 0

32

2.7 Relay

Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat

mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan otak

dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan

posisi relay. Relai adalah suatu piranti yang menggunakan magnet listrik untuk

mengoperasikan seperangkat kontak atau kontaktor elektronis. Relai mempunyai

kontaktor-kontaktor seperti pada saklar manual, tetapi relai dikendalikan dengan

menggunakan tegangan dari luar.

Gambar 2.18. Gambar Relay DC 12V 5 kaki

Secara umum relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut:

1) Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak

jauh

2) Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan

3) Contoh: starting relay pada mesin mobil

4) Pengatur logika kontrol suatu sistem

Prinsip kerja dan simbol relay yaitu relay terdiri dari coil dan contact.

Perhatikan gambar 2.18, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik,

sedangkan contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada

33

tidaknya arus listrik di coil. Contact terdapat dua jenis yaitu Normally Open (kondisi

awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum

diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay yaitu ketika

coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan

menarik armature yang berpegas, dan contact akan menup.

Gambar 2.19. Skema relay elektromekanik

Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi

sebagai pengendali sistem. Sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang

digunakan pada:

a. Rangkaian listrik (hardware)

Biasanya berupa rangkaian

b. Program (software)

Biasanya berupa simbol yang mewakili kondisi relay tidak dienergized.

Berikut ini simbol yang digunakan:

34

Gambar 2.20. Rangkaian dan simbol logika relay

Gambar 2.21. Relay dengan contact lebih dari satu

Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya adalah jika coil

dari timing relay ON, maka beberapa detik kemudian, baru contact relay akan ON

atau OFF (sesuai jenis NO/NC contact). Simbol dari timing relay dapat dilihat pada

gambar 2.22. sedangkan latching relay ialah jenis relay yang digunakan untuk

latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah

mati. Cara kerjanya adalah jika latch coil diaktifkan, ia tidak akan bias dimatikan

kecuali unlatch coil diaktifkan. Simbol dari latching relay dapat dilihat pada gambar

2.23.

35

Gambar 2.22. Simbol coil dan contact dari timing relay

Gambar 2.23. Simbol coil dan contact dari latching relay

Gambar 2.24. Relay dalam keadaan normally open (NO)

X2

A

X1 B

daya tarik

magnet

36

Gambar 2.25. Relay dalam keadaan normally closed (NC)

2.8 Sensor SHT11

SHT1x Module merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari

Sensirion. Modul ini biasanya digunakan sebagai alat pengindera suhu dan

kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun

aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Spesifikasi dari SHT1x ini

adalah sebagai berikut :

1. Berbasis suhu dan kelembaban relatif Sensirion SHT10

2. Dapat mengukur suhu dari -40°C hingga +125°C atau dari -40°F hingga

+257°F dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 100%RH

3. Memiliki ketepatan (akurasi) pengukuran suhu hingga 0,5°C pada suhu 25°C

dan ketepatan pengukuran kelembaban relatif hingga 3,5%RH

4. Memiliki antar muka serial syncronous 2-wire bukan I2C

5. Membutuhkan catu daya +5 VDC dengan konsumsi daya 80µW.

6. Telah terkalibrasi dan memiliki keluaran digital.

X2

A

X1 B

daya tarik

magnet

37

SHT1x adalah sebuah single chip sensor suhu dan kelembaban relatif dengan multi

modul sensor yang outputnya telah terkalibrasi secara digital. Dibagian dalamnya

terdapat kapasitas polimer sebagai elemen untuk sensor kelembaban relatif dan

sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor temperatur. Output kedua sensor

digabungkan digabungkan dan dihubungkan pada Analog Digital Converter (ADC)

14 bit dan sebuah interface serial pada satu chip yang sama. Sensor ini menghasilkan

sinyal keluaran yang baik dengan waktu respon yang cepat. SHT1x ini telah

dikalibrasi pada suatu ruangan dengan kelembaban yang presisi menggunakan

hygrometer sebagai referensinya. Koefisien hasil kalibrasi tersebut diprogramkan

pada calibration memory. Koefisien ini akan digunakan untuk mengkalibrasi keluaran

dari sensor selama proses pengukuran.

Gambar 2.26. Blok diagram SHT11

2.6.1 Spesifikasi Interface

Sistem ini menggunakan tegangan catu +5 VDC dan komunikasi bidirectional

2-wire. Sistem sensor ini mempunyai satu jalur data yang digunakan untuk perintah

pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk masing-masing

38

pengukuran dilakukan dengan menggunakan perintah pengalamatan oleh

mikrokontroler. Berikut ini gambar komunikasi antara SHT1x dengan

mikrokontroler.

Gambar 2.27. Komunikasi SHT11 dengan mikrokontroler

Tabel 2.2. Pin SHT1x

Pin Nama Keterangan

1 GND Ground

2 DATA Serial data bidirectional

3 SCK Serial clock input

4 VDD Supply 2,4 – 5 V

2.6.1.1 Pin sumber tegangan

SHT1x memerlukan tegangan antara 2,4 – 5 V. Setelah dihidupkan, alat ini

memerlukan waktu 11ms untuk mencapai keadaan “sleep”. Sebelum keadaan ini

tercapai, tidak diperbolehkan adanya pengiriman perintah. Antara VDD dengan GND

dapat dipasang kapasitor 100nF sebagai kopling.

39

2.6.1.2 Serial Clock Input (SCK)

Digunakan untuk sinkronisasi komunikasi antara mikrokontroler dengan

SHT1x. Karena interface ini terdiri dari static logic sepenuhnya, maka tidak ada

batasan frekuensi minimum dari SCK.

2.6.1.3 Serial Data (DATA)

Pin data merupakan tri – state pin yang digunakan untuk transfer data in dan

data out. DATA berubah setelah transisi turun, dan valid pada transisi naik dari

serial clock SCK. Selama transisi, DATA line harus stabil selama SCK high. Untuk

menghindari adanya signal contention, mikrokontroler hanya diperbolehkan men-

drive DATA low. Eksternal pull-up resistor (10K) diperlukan untuk membantu sinyal

high.

2.6.2 Pengiriman perintah

Untuk memulai transimisi dikirimkan “Transimision Start” dengan cara

memberi logic low pada DATA line (ketika SCK high), diikuti sinyal low pada SCK

dan memberi logic high lagi pada DATA (ketika SCK high).

Gambar 2.28. Urutan transmision start

Urutan pesan terdiri dari 3 bit address (yang mendukung hanya 000) dan 5 bit

command bit. SHT1x mengindikasikan penerimaan pesan yang benar dengan

40

memberi logic low pada pin DATA (bit ACK) setelah transisi turun ke-8 dari clock

SCK. Kontrol DATA line dilepas (sehingga menjadi high karena pull-up) setelah

transisi turun ke-9 clock SCK.

Tabel 2.3. Command list SHT1x

2.6.3 Urutan pengukuran

Setelah mengirim perintah pengukuran („00000101‟ untuk RH, „00000011‟

untuk temperatur), mikrokontroler harus menunggu sampai pengukuran selesai yang

membutuhkan waktu kurang lebih 11/55/210 ms untuk pengukuran 8/12/14 bit.

Waktu sesungguhnya bervariasi sampai ± 15% dari kecepatan oscilator internal.

Untuk menandakan pengukuran telah selesai, SHT1x akan memberi logic low pada

data line. Mikrokontroler harus menunggu tanda ini sebelum memulai clock SCK

lagi.

Kemudian 2 byte hasil pengukuran dan 1 byte CRC ditransmisikan,

mikrokontroler harus memberikan sinyal acknowledge untuk tiap byte dengan

memberi logic low pada DATA line. Semua nilai output dimulai dengan MSB dan

41

right justified (contoh : SCK ke-5 adalah MSB untuk output 12 bit, sedangkan untuk

output 8 bit, byte pertama tidak digunakan). Komunikasi berhenti setelah bit

acknowledge dari CRC output. Bila CRC tidak diperlukan, maka mikrokontroler

dapat menghentikan komunikasi setelah output pengukuran LSB (dengan

membiarkan ACK high). SHT1x secara otomatis kembali ke keadaan “sleep” setelah

pengukuran dan komunikasi berakhir.

Untuk mencegah self heating dibawah 0,1°C, SHT1x lebih baik tidak diaktifkan

lebih dari 15% periodenya (misal : maksimal 3 pengukuran per detik untuk akurasi 12

bit).

Gambar 2.29. Contoh pembacaan sensor RH

2.6.4 Resolusi pengukuran

Default resolusi pengukuran adalah 14 bit untuk temperatur dan 12 bit untuk

RH. Resolusi ini dapat diubah menjadi 12 bit untuk temperatur dan 8 bit untuk RH

untuk penggunaan yang memerlukan kecepatan tinggi atau konsumsi daya yang

rendah.

42

2.6.5 Konversi Output SHT1x ke Nilai Fisik

2.6.5.1 Kelembaban Relatif (Relative Humidity)

Untuk mendapatkan nilai dari hasil pembacaan sensor, nilai output sensor perlu

dikonversi dengan menggunakan rumus berikut :

RHlinear = C1 + C2 • SORH + C3 • SORH2

Dengan nilai konstanta konversi sebagai berikut :

Tabel 2.4. Koefisien Konversi Kelembaban

SORH C1 C2 C3

12 bit -4 0.0405 -2.8*10-6

8 bit -4 0.648 -7.2*10-4

Sedangkan untuk pengaruh perubahan temperatur terhadap RH, dapat

diketahui dengan menggunakan rumus :

RHtrue = (T°C – 25) • ( t1 + t2 • SORH ) + RHlinear

Tabel 2.5. Koefisien Konversi Pengaruh Temperatur Terhadap RH

SORH t1 t2

12 bit 0.01 0.00008

8 bit 0.01 0.00128

2.6.5.2 Temperatur

Untuk membaca nilai temperatur dari pembacaan sensor, menggunakan rumus

berikut :

43

Temperatur = d1 + d2 • SOT

Tabel 2.6. Koefisien Konversi Temperatur

Kaki serial data yang terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah

pengalamatan pada pin DATA SHT1x dengan nilai 00000101 untuk mengukur

kelembaban relatif dan 00000011 untuk pengukuran temperatur. SHT1x memberikan

keluaran data kelembaban dan temperatur pada pin DATA secara bergantian sesuai

dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor dapat bekerja.

2.7 LCD 16 x 2

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang

menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai

bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar

komputer. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon

berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang

jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra, kutub

SOT d2[°C] d2[°F]

14 bit 0.01 0.018

12 bit 0.04 0.072

VDD d1[°C] d1[°F]

5V -40.00 -40.00

4V -39.75 -39.50

3.5V -39.66 -39.35

3V -39.60 -39.28

2.5V -39.55 -39.23

44

kristal cair yang di lewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polaritas medan

magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya memberikan beberapa warna

diteruskan sedangkan warna lainnya terasing. LCD yang dugunakan adalah LCD dot

matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD ini nantinya akan digunakan untuk

menampilkan status kerja alat, yaitu berupa tampilan waktu yang akan berubah. Jenis

LCD ini yang digunakan adalah LCD dari topway. Adapun fitur yang disajikan dalam

LCD ini adalah :

a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.

b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.

c. Terdapat karakter generator terprogram.

d. Dapat dialamati dengan mode 8-bit dan 4-bit.

e. Dilengkapi dengan back light

Tabel 2.7. Pin pada LCD dan Fungsinya

PIN Name Function

1 VSS Ground voltage

2 VCC +5V

3 VEE Contrast voltage

4 RS Register Select

0 = Instruction Register

1 = Data Register

5 R/W Read/ Write, to choose write or read mode

0 = write mode

45

1 = read mode

6 EN Enable

0 = start to lacht data to LCD character

1= disable

7 DB0 LSB

8 DB1 -

9 DB2 -

10 DB3 -

11 DB4 -

12 DB5 -

13 DB6 -

14 DB7 MSB

15 BPL Back Plane Light

16 GND Ground voltage

Gambar 2.30. Modul LCD Karakter 16x2

46

Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4

atau 8-bit. Pada kasus ini bus data 4-bit, jalur digunakan sebagian dari DB 4 sampai

dengan DB 7.

Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah

parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan

dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit

dikirim ke LCD secara 4 atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4 bit yang digunakan,

maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8 bit (pertama dikirim 4 bit

MSB lalu 4 bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN

digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke

LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high (1)

dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan

data ke jalur data bus.

Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat

(tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high (1). Ketika jalur RS

berada dalam kondisi low (0), data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah

perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS

dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan

ditampilkan dilayar.

Misal, untuk menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke 1.

Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus

akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high (1), maka program

47

akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu,

yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan.

Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke 0.

Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih

pengguna), mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7.

Mengirim data secara parallel baik 4 atau 8 bit merupakan 2 mode operasi primer.

Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi

merupakan hal yang paling penting.

Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam

sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8

pin untuk data).Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7 bit (3 pin

untuk kontrol, 4 untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau

instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS

= 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini

di reset (RS = 0), bisa merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi

dari instruksi terakhir yang dibaca.

2.8 Mikrokontroller AVR Atmega8535

Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan

memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa jenis

mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan.

Penggunaan mikrokontroler dalam bidang kontrol sangat luas dan populer.

48

Ada beberapa vendor yang membuat mikrokontroler diantaranya Intel,

Microchip, Winbond, Atmel, Philips, Xemics dan lain - lain. Dari beberapa vendor

tersebut, yang paling populer digunakan adalah mikrokontroler buatan Atmel.

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc prosesor) memiliki arsitektur

RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan

sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan

instruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena

kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR

berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS 51

berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing).

Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga

ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang

membedakan masing–masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari

segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.

Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535.

49

Gambar 2.31. Blok Diagram Mikrokontroler ATmega 8535

50

2.8.1 Konfigurasi pin ATMega8535

Gambar 2.32. Konfigurasi pin Atmega8535

Konfigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada gambar 2.21. Dari gambar

tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai

berikut:

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

2. GND merupakan pin ground.

3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu Timer/Counter,komparator analog,dan SPI.

5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu TWI,komparator analog dan Timer Oscillator.

6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu komparator analog,interupsi eksternal,dan komunikasi serial.

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

51

8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock ekstenal.

9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Untuk memprogram mikrokontroler dapat menggunakan bahasa assembler

atau bahasa tingkat tinggi yaitu bahasa C.

2.8.2 Arsitektur mikrokontroller ATMega8535

AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah

untuk program dan data). Arsitektur CPU dari AVR ditunjukkan oleh Gambar 2.22.

Gambar 2.33. Arsitektur CPU dari AVR

52

Di mana instruksi pada memori program dieksekusi dengan pipelining single

level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari

memori program.

2.8.3 Port Sebagai Input / Output Digital

Atmega 8535 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB,

PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional 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,

53

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. Maka harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0,

PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.

Tabel 2.8. Konfigurasi pin port

Tabel menunjukkan konfigurasi pin pada port-port mikrokontroler. 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).

2.8.4. Timer / Counter Atmega 8535

ATmega 8535 memiliki tiga buah Timer/Counter , yaitu Timer/Counter 0 (8-

bit), Timer/Counter 1 (16-bit) dan Timer/Counter 2 (8-bit).

54

2.8.4.1. Timer / Counter0

Timer/Counter 0 adalah 8-bit Timer/Counter yang multifungsi. Deskripsi

untuk Timer/Counter 0 pada ATmega 8535 adalah sebagai berikut:

a. Sebagai Counter 1 kanal.

b. Timer di-nol-kan saat match compare (auto reload).

c. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glitch-free.

d. Frekuensi generator.

e. Prescaler 10 bit untuk timer.

f. Interupsi timer yang disebabkan timer overflow dan match compare.

Pengaturan Timer/Counter 0 diatur oleh TCCR0 (Timer/Counter control Register 0)

yang dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Tabel 2.9. Register TCCR0

Penjelasan untuk tiap bit-bitnya:

a. Bit 7 – FOC0: Force Output Compare.

b. Bit 6,3 –WGM0:WGM00:Waveform generation Unit.

Bit ini mengontrol kenaikan isi counter, sumber nilai maksimum counter dan tipe

jenis timer/counter yang dihasilkan, yaitu mode normal, clear timer, mode compare

55

match, dan dua tipe dari PWM (Pulse Width Modulation). Tabel 2.10 berikut adalah

setting pada bit ini untuk

menghasilkan mode tertentu.

Tabel 2.10. Konfigurasi Bit WGM01 dan WGM00

c. Bit 5, 4 – COM01:COM00: Compare Match Output Mode

Bit ini mengontrol pin OC0 (Output Compare pin). Apabila kedua bit ini nol atau

clear maka pin OC0 berfungsi sebagai pin biasa tetapi bila salah satu bit set. Maka

fungsi pin ini tergantung pada setting bit pada WGM00 dan WGM01. Berikut Tabel

2.11 sampai dengan Tabel 2.13 adalah tabel setting bit ini sesuai setting bit pada

WGM00 dan WGM01.

Tabel 2.11. Konfigurasi Bit COM01 dan COM00 Compare Output Mode non PWM

56

Tabel 2.12. Konfigurasi Bit COM01 dan COM00 Compare Output Mode Fast PWM

Tabel 2.13. Konfigurasi Bit COM01 dan COM00 Compare Output Mode Phase

Correct PWM

d. Bit 2, 1, 0 – CS02; CS01, CS00: Clock Select

Ketiga bit ini untuk memilih sumber detak yang akan digunakan oleh Timer/Counter,

Tabel 2.14 berikut menampilkan konfigurasi pemilihan sumber detak.

Tabel 2.14. Konfigurasi Bit Clock Select untuk memilih sumber detak

57

2.8.4.2. Timer / Counter1

Timer/Counter1 adalah 16-bit Timer/Counter yang memungkinkan program

pewaktuan lebih akurat. Berbagai fitur dari Timer/Counter1 sebagai berikut:

a. Desain 16 bit (juga memungkinkan 16 bit PWM).

b. Dua unit compare .

c. Dua unit register pembanding.

d. Satu unit input capture unit.

e. Timer dinolkan saat match compare (autoreload).

f. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glitch-free.

g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah.

h. Pembangkit frekuensi.

i. Empat buah sumber interupsi (TOV1, OCF1A, OCF1B dan ICF1).

Pengaturan Timer/Counter 1 diatur melalui register TCCR1A yang dapat dilihat

pada Tabel 2.15.

Tabel 2.15. Register TCCR1A

Penjelasan untuk tiap bit-bitnya:

a. Bit 7:6 – COM1A1:0: Compare Output Mode untuk channel A.

Bit 5:4 – COM1B1:0: Compare Output Mode untuk channel B.

58

Register COM1A1:0 dan COM1B1:0 mengontrol kondisi Pin Ouput

Compare (OC1A dan OC1B). Jika salah satu atau kedua bit pada register

COM1A1:0 ditulis menjadi satu maka kaki pin OC1A tidakberfungsi normal

sebagai port I/O. Begitu juga pada register COM1B1:0 ditulis menjadi satu

maka kaki pin OC1B juga tidak berfungsi normal sebagai port I/O. Fungsi

pada pin OC1A dan OC1B tergantung pada seting bit pada register WGM13:0

diset sebagai mode PWM atau mode non-PWM.

b. Bit 3 – FOC1A: Force Output Compare untuk channel A.

Bit 2 – FOC1B: Force Output Compare untuk channel B.

c. Bit 1:0 – WGM1 1:0: Waveform Generation Mode.

Dikombinasikan dengan bit WGM13:2 yang terdapat pada register

TCCR1B, bit ini mengontrol urutan pencacah dari counter, sumber

maksimum (TOP) nilai counter, dan tipe dari gelombang yang dibangkitkan.

Mode yang dapat dilakukan antara lain: mode normal, mode Clear Timer on

Compare Match (CTC) dan tiga tipe mode PWM. Setingan mode dapat dilihat

pada tabel berikut:

Tabel 2.16. Konfigurasi Bit Compare Output Mode non PWM

59

Tabel 2.17. Konfigurasi Bit Compare Output Mode Fast PWM

Tabel 2.18. Konfigurasi Bit Compare Output Mode Phase Correct dan Frequency

Correct PWM

60

Tabel 2.19. Konfigurasi mode PWM

Pengaturan Timer/Counter 1 juga diatur melalui register TCCR1B yang dapat

dilihat pada Tabel 2.20.

Tabel 2.20. Register TCCR1B

Penjelasan untuk tiap bit-bitnya:

a. Bit 7 – ICNC1: Input Capture Noise Canceller.

b. Bit 6 – ICES1: Input Capture Edge Select.

c. Reserved Bit .

d. Bit 4:3 – WGM1 1:3: Waveform Generation Mode .

e. Bit 2:0 – CS12:0: Clock Select.

61

Ketiga bit ini mengatur sumber detak yang digunakan untuk Timer/Counter1.

Untuk setingannya dapat dilihat pada Tabel 2.21.

Tabel 2.21. Konfigurasi bit Clock Select untuk memilih sumber detak

2.8.4.3. Timer / Counter2

Timer/Counter 2 adalah 8-bit Timer/Counter yang multifungsi. Deskripsi

untuk Timer/Counter 0 pada ATmega 16 adalah sebagai berikut:

a. Sebagai Counter 1 kanal.

b. Pewaktu di-nol-kan saat match compare (autoreload).

c. Dapat mengahasilkan gelombang PWM dengan glitch-free.

d. Frekuensi generator.

e. Prescaler 10 bit untuk pewaktu.

f. Intrupsi timer yang disebabkan timer overflow dan match compare.

Pengaturan Timer/Counter 2 diatur oleh TCCR2 (Timer/Counter control

Register 0) yang dapat dilihat pada Tabel 2.22.

62

Tabel 2.22. Register TCCR2

Penjelasan untuk tiap bit-bitnya:

a. Bit 7 – FOC2: Force Output Compare.

b. Bit 6,3 –WGM21:WGM20: Waveform generation Unit.

Bit ini mengontrol kenaikan dari counter, sumber dari nilai maksimum counter, dan

tipe dari jenis timer/conter yang dihasilkan yaitu mode normal, clear timer, mode

compare match, dan dua tipe dari PWM (Pulse Width Modulation). Berikut tabel

seting pada bit ini untuk menghasilkan mode tertentu.

Tabel 2.23. Konfigurasi Bit WGM21 dan WGM20

c. Bit 5, 4 – COM01:COM00: Compare Match Output Mode.

Bit ini mengontrol pin OC0 (Output Compare pin). Apabila kedua bit ini nol atau

clear maka pin OC0 berfungsi sebagai pin biasa tetapi bila salah satu bit set. Maka

fungsi pin ini tergantung dari seting bit pada WGM00 dan WGM01. Berikut daftar

tabel setting bit ini sesuai seting bit pada

63

WGM00 dan WGM01.

d. Bit 2, 1, 0 – CS22; CS21, CS20: Clock Select.

Ketiga bit ini untuk memilih sumber detak yang akan digunakan oleh Timer/Counter .

Tabel 2.24. Konfigurasi Bit COM21 dan COM20 Compare Output Mode non PWM

Tabel 2.25. Konfigurasi Bit COM21 dan COM20 Compare Output Mode Fast PWM

Tabel 2.26. Konfigurasi Bit COM21 dan COM20 Compare Output Mode Phase

Correct PWM

64

Tabel 2.27. Konfigurasi Bit Clock Select untuk memilih sumber detak