II. TEORI PENUNJANG

1. TEORI DASAR

Ada berbagai macam cara pengukuran induktansi

yang telah diberikan dalam materi perkuliahan,

antara lain:

1. Metode Resonansi1

Dalam hal ini seperti pada GAMBAR 2-1 kita

menggunakan metode substitusi, dengan

mempergunakan rangkaian induktansi yang

beresonansi dengan kapasitansi.

Dengan rumus: o = 2rcf = 1/VLC

L dapat dicari, dimana C dan f diketahui.

loosely coupledoscitlotor offrequency f Hz

* \ High-impedance' / etecironic

voltmeter

Gambar 2-1 1

Rangkaian Pengukuran Resonansi Dari Induktansi

1 DFA. Edwards, Electric Measurment Technical, Butherworth 1971.

Ibid.

2. Metode Jembatan Maxwell3

Pada GAMBAR 2-2 diperlihatkan gambar jembatan,

dimana jembatan tersebut dipergunakan untuk

mengukur induktansi (Lx), yang diukur dengan

mempersamakannya kepada induktansi yang diketahui

(Ls). P dan R dalam gambar tersebut adalah

tahanan seri dari Lx dan Ls.

Kondisi keseimbangan tersebut adalah :

(P+joLx)S = (R+joLs)Q

PS = RQ LxS = LsQ

Lx/Ls = P/R = Q/S

Bila Q/S, Ls dan R diketahui maka Lx dan P dapat

dicari.

Gambar 2-2

Jembatan Maxwell

3. Metode Gelombang Sinus

Kita perhatikan GAMBAR 2-3. Dimulai dari

generator gelombang sinus yang memiliki frekuensi

3 Dr. Soedjana S dan Dr Osamu Nishino, Pengukuran Dan Alat-alatUkur Listrik, Pradaya Paramita, 1986.4 Ibid.

tertentu (f) serta amplitudo konstan (Vpp = Vs) ,

diumpankan pada rangkaian RL seri. Tegangan pada

L yang diukur, VL, adalah sama dengan

VS.XL/ (XL+R) , dalam hal ini XL = 2%FL. Dari dua

rumus tersebut dapat dicari L, yaitu:

L = (VL/(VS-VL)).(R/2«f).

SYll GENERATOR

-VA-*- t-

Gambar 2-3

Metode pengukuran Gelombang Sinus

2. PEMBANGKIT GELOMBANG SINUS

Pembangkit gelombang sinus adalah suatu

rangkaian yang berguna untuk membangkitkan gelombang

sinus. Gelombang sinus tersebut selanjutnya

digunakan untuk mengumpani induktor yang akan diukur

induktansinya. Ada berbagai macam rangkaian

pembangkit gelombang sinus, namun untuk memudahkan

aplikasi digunakan suatu rangkaian pembangkit yang

terintegrasi dalam suatu chip, yaitu XR-2206 dari

EXAR corporation.

3. GENERATOR FUNGSI MONOLITIK XR-2206

XR-2206 merupakan suatu rangkaian terintegrasi

generator fungsi yang mampu menghasilkan gelombnag

sinus berkualitas tinggi, square, triangle serta

ramp dengan stabilitas dan akurasi tinggi dari pulsa

bentuk gelombangnya. Keluaran dari bentuk gelombang

yang dihasilkan dapat merupakan amplitude) dan

termodulasi frekuensi oleh tegangan eksternal.

Frekuensi operasi dapat dipilih dari 0.01 Hz hingga

lebih dari 1 Mhz.

Rangkaian dengan XR-2206 sangat ideal untuk

komunikasi, instrumentasi dan aplikasi generator

fungsi yang membutuhkan gelombang sinusoidal, AM, FM

atau pembangkitan FSK. XR-2206 mempunyai

penyimpangan tipikal sebesar 20ppm/°C.

3.1 Deskripsi Sistem

XR-2206 terdiri dari empat blok fungsional

(gambar 2-4) yaitu, sebuah osilator dikontrol

tegangan (VCO, Voltage Controlled Oscillator),

sebuah pembagi analog (analog multiplier),

sebuah sine shaper, sebuah unity gain buffer

amplifier serta satu set saklar arus (current

switches).

VCO merighasilkan keluaran frekuensi yang

proporsional terhadap arus input, yang mana

diset dengan sarana sebuah resistor dari

terminal timing ke ground. Dengan dua pin

timing, dua keluaran frekuensi diskrit dapat

dihasilkan secara indenpendent untuk aplikasi

pembangkitan FSK dengan menggunakan pin kontrol

input FSK. Kontrol input ini mengatur saklar

arus (current switch) yang mana akan menentukan

timing resistor current, dan kemudian dialirkan

ke VCO.

TC1Tuning

CapacitorTC2 (£}

TimingResistors

|— TR1 0

1 TR2 0

FSKI (£)

AMSI Q)

VWVEA1 @

SYMA1 @ -

SYMA2©-

GND BIAS

(12) (fo)

CurrentSwitches

iMultiplierAnd SineShaper

{11) SYNCO

STO

-H3)MO

Gambar 2-4

Blok Diagram XR-2206

3.2 Frequency-Shift Keying

XR-2206 dioperasikan oleh 2 resistor timing

terpisah, Rl dan R2. Resistor timing yang

diaktifkan tergantung pada logika sinyal pada

pin 9. Bila pin 9 terhubung pada bias tegangan

yang >2V, hanya Rl yang diaktifkan. Serupa, bila

level tegangan pada pin 9 adalah kurang dari <1V

maka R2 yang diaktifkan. frekuensi keluaran

dapat dikunci diantara dua level, fl dan f2

sebagai berikut :

fl = 1/R1.C dan f2 = 1/R2.C

Untuk operasi supply terpisah, tegangan

penguncian pada pin 9 direferensikan ke V-.

Si Closed Tor Smewave

/ TriangteOf\ Sine Wave Output

/ Square Wave\ Output

10K - r L n -

5.1K S.IK

Gambar 2-55

Rangkaian untuk pembangkitan gelombang sinus

Tanpa External Adjustment

10

Symmetry Adjust

St Closed For Sincwave

Triangk: Or\ Sine Wave Output/ Squa'eWave

Output

S . t K •••• 5 . 1 K

Gainbar 2-66

Rangkaian untuk pembangkitan gelombang sinus

Dengan Distorsi Harmonis Minimum

<( FSK Output

10|iF

C o ^^^—'—^^^—'—Ijh5.1K 5.1K

Gambar 2-77

Generator FSK Sinusoidal

, XR-2206 Reference Manual, Fremont. CA, 1995.Ibid.

11

3.3 Keluaran Kontrol Level DC

Level DC pada keluaran (pin 2) adalah kira-kira

sama dengan bias DC pada pin 3. Pada GAMBAR 2-5,

GAMBAR 2-6 dan GAMBAR 2-7, pin 3 dibias diantara

V+ dan ground, untuk memberikan keluaran

tegangan DC pada « V+/2.

4. PEMBANGKITAN SINYAL GELOMBANG SINUS DENGAN XR-2206

4.1 Tanpa External Adjustment

GAMBAR 2-5 menunjukkan koneksi rangkaian yang

berguna untuk membangkitkan keluaran sinusoidal

dari XR-2206. Potensiometer, Rl pada pin 7

berguna untuk tuning frekuensi yang diinginkan.

Ayunan keluaran maksimum adalah V+/2, dengan

distorsi tipikal (THD) kurang dari 2.5%. Bila

diinginkan distorsi gelombang sinus yang lebih

kecil, diperlukan suatu penepatan (adjustment)

tambahan.

Rangkaian yang terdapat pada GAMBAR 2-5 dapat

dikonversikan ke operasi supply terpisah (split-

supply) , dengan hanya menggantikan semua koneksi

ke ground dengan V-. Untuk operasi supply

terpisah, R3 dapat secara langsung dihubungkan

ke ground.

12

4.2 Dengan External Adjustment

Harmonis yang terkandung pada keluaran

sinusoidal dapat dikurangi hingga -0.5% dengan

penepatan tembahan, seperti terlihat pada GAMBAR

2-6. Potensiometer, RA menepatkan (adjust)

resistor sine-shaping, dan RB menyediakan

penepatan yang lebih teliti (fine adjustment)

dari simetri bentuk gelombang. Prosedur dari

penepatan adalah sebagai berikut:

1. RB diset pada titik tengah dan RA diatur

sehingga didapatkan distorsi yang minimum.

2. Dengan RA pada posisi diatas , RB diatur

lebih jauh untuk mendapatkan distorsi yang

lebih rendah.

4.3 Frekuensi Operasi

Frekuensi osilasi, fo, ditentukan oleh capacitor

timing eksternal, C yang terhubung antara pin 5

dan pin 6 serta timing resistor R yang terhubung

pada pin 7 dan pin 8. Frekuensi osilasi

diberikan sebagai :

fo = (1/R.C) Hz

Frekuensi osilasi selanjutnya dapat diatur

dengan memvariasikan baik R maupun C. Nilai R

13

yang direkomendasikan untuk jangkah frekuensi

yang diberikan terlihat pada GAMBAR 2-6.

Stabilitas teraperatur adalah optimum untuk

4Kn<R<200KQ. Nilai yang direkomendasikan untuk

C adalah diantara lOOOpF hingga lOO^F.

4.4 Frekuensi Sapuan dan Modulasi

Frekuensi dari osilasi adalah proporsional

terhadap arus timing, IT, yang terdapat pin 7

atau 8.

f = [320IT(mA)/C([lF) ] Hz

Terminal timing (pin 7 atau pin 8) adalah titik

yang berimpedansi rendah, secara internal dibias

pada +3V terhadap pin 12. Frekuensi berubah

secara linier sesuai dengan IT/ dalam jangkah 1

JJA hingga 3 mA. Frekuensi dapat dikontrol dengan

mengaplikasikan sebuah kontrol tegangan, Vc pada

pin timing. Hubungan antara Vc dan frekuensi

osilasi adalah :

f = (1/R.C).{1+[R/Rc].[l-Vc/3] } Hz

Dimana VC dalam volt. Penguatan konversi

tegangan ke frekuensi, K, diberikan sebagai

berikut :

K = df/dVc= - 0.32/Rc.C Hz/V

14

I 5

> 33

I 2

S. 1

Tr

/

1,1/

angle

/

/f

/

/

//

// Sin

//

ewavo

20 40 60 80 100Rj In (KQ)

Gambar 2-8

Amplitudo keluaran sebagai

Fungsi dari resistor R3 pada pin 3

4.5 Amplitudo Keluaran

Keluaran amplitudo maksimum adalah berbanding

terbalik terhadap resistor eksternal, R3 yang

terhubung kepada pin 3 (GAMBAR 2-8). Untuk

keluaran gelombang sinus, amplitudo adalah

berkisar pada 160mV peak per KQ dari R3.

Sebagai contoh, R3=50Kfl akan menghasilkan

sekitar 13V amplitudo keluaran sinusoidal.

4.6 Modulasi Amplitudo

Keluaran amplitudo dapat dimodulasikan dengan

mengaplikasikan sebuah bias DC dan sebuah sinyal

modulasi pada pin 1. Impedansi internal pada pin

1 adalah kira-kira 100 kO. Keluaran amplitudo

bervariasi sesuai dengan tegangan yang

15

diaplikasikan pada pin 1. Total jangkah dinamis

dari modulasi amplitude) adalah berkisar pada 55

dB.

5. PENGUAT PENYANGGA

Penguat penyangga yang digunakan disini adalah

berguna untuk menguatkan baik tegangan maupun arus.

Penguat juga berfungsi sebagai penyangga yang

berfungsi untuk menyangga keluaran terhadap beban

yang mempunyai impedansi cukup rendah. Tanpa

menggunakan penguat penyangga maka XR-2206 akan

menjadi sangat terbebani bila beban (induktor yang

diukur) mempunyai impedansi yang terlalu rendah.

J^ 01...D4* 1N41U

Gambar 2-9

Gambar rangkaian penguat penyangga

Ibid.

16

5.1 Cara Kerja Rangkaian

Pembagi tegangan R1-R2-R3 menetapkan taraf

tegangan di basis Tl sedikit diatas setengah

tegangan catu. Karena dalam rangkaian kolektor

T2 ditambahkan sumber arus yang terdiri atas T3,

R7, Di dan D2, maka tingkat ini menghasilkan

penguatan tegangan yang sangat besar. Saluran

pulang sumber arus dihubungkan dengan jalan

keluar sehingga tegangan yang diperlukan untuk

memantapkan sumber tidak membatasi karateristik

balans dinamiknya. Penguat daya komplementer T4

dan T5 adalah transistor darlington yang tentu

saja, memungkinkan arus kolektor dalam tingkat

penggerak dipertahankan relatif rendah.

Umpan balik ke emitor Tl lewat R5 dan R6

menentukan penguatan tegangan keseluruhan. cacat

keseluruhan dari rangkaian ini adalah tidak

melebihi 0.16%. Tambahan DI dan D2 memperbaiki

cacat hingga tidak melebihi 0.1%.

6. MC68HC11A19

MC68HC11A1 merupakan salah satu mikrokontoller

dari keluarga mikrokontroller MC68HC11 produksi

, 68HC11 Reference Manual, Texas : Motorola, 1996.

17

Motorola. MC68HC11A1 sama persis dengan MC68HC11A8

namun tanpa EPROM internal.

HCMOS MC68HC11A8 merupakan 8-bit

mikrokontroller dengan kemampuan on-chip peripheral

yang tinggi. Dengan desain baru yang digunakan maka

kecepatan bus menjadi 2 MHz. Dan dapat beroperasi

dengan frekuensi yang mendekati frekuensi sinyal dc,

untuk menurunkan konsumsi daya.

Teknologi HCMOS yang digunakan dalam MC68HC11A8

mengkoitibinasikan ukuran kecil dan kecepatan tinggi

dengan daya rendah serta kebal terhadap noise

tinggi. Sistem on-chip memori terdiri atas 8 Kbyte

read-only memory (ROM), 512 byte electrically

erasable programmable ROM (EEPROM), dan 256 byte

random-access memory (RAM).

Banyak fungsi peripheral yang disediakan on-

chip. Delapan channel analog-to-digital (A/D)

konverter dengan resolusi 8-bit. Suatu asynchronuous

serial communication interface (SCI) dan

synchronuous serial peripheral interface (SPI) yang

terpisah. Mempunyai 16-bit sistem free-running timer

dengan tiga input-capture line, lima output-compare

line, dan real-time fungsi interrupt. Mempunyai 8-

bit pulse akumulator subsistem yang dapat menghitung

kejadian eksternal atau mengukur periode eksternal.

18

Selain itu juga mempunyai self-monitoring

circuit untuk mem-proteksi sistem error. Terdapat

computer operating properly (COP) watchdog sistem

untuk mem-proteksi kegagalan software. Terdapat

clock monitoring sistem untuk me-reset sistem bila

clock hilang maupun beroperasi terlalu lambat.

Selain itu terdapat circuit pendeteksi illegal

opcode yang menyediakan non-maskable interrupt jika

suatu ilegal opcode dideteksi.

Dan terdapat dua software untuk mengontrol

power-saving mode, WAIT dan STOP. Mode ini membuat

keluarga M68HC11 cocok untuk aplikasi dalam otomotif

maupun aplikasi yang dijalankan oleh baterei.

MOOB/VSTB, XTAL EXTAL E IRQ xlRC RESET

J 1 t i t I I }MODE

CONTROL

TIMERSYSTEM

OSCILLATOR |a O C K LOGIC NTERRUPT LOGIC

CPU

BUS EXPANSIONADDRESS ADDRESS/OATA

STROBE AND HANDSHAKEPARALLEL I/O

P 0 R T B

CONTROLPORTC

mum uiiuu mtmt

8 KBYTES ROM

512 BYTES EEPROM

256 BYTES RAM

SPI sa

CONTRa

•,*<_

AC CONVERTER

PORTO roRTE

5S0 !?§??l l t t tt t t l t t t t t

5O 0 0 ! ;

i eg i SS

10Gambar 2-10

Blok Diagram MC68HC11

10 Ibid.

19

GAMBAR 2-10 menunjukkan blok diagram dari

MC68HC11A8 MCU.

Semua instruksi pada M6800 dan M6801 kompatibel

dengan instruksi M68HC11 dengan tambahan 91 opcode

baru.

GAMBAR 2-11 menunjukkan tujuh register yang

tersedia dalam programmer.

0 7

SP

PC

8 « T ACCUMULATORS A 4BOR 1WIT DOUBLE ACCUMULATOR D

J INDEX REGISTER X

"2 INDEX REGISTER Y

] STACK POINTER

"1 PROGRAM COUNTER7 0S X H 1 N Z V C |

l_CONOmON COOES

CARRY/BORROW FROM MSB

OVERROW

ZERO

NEGATIVE

HMTERRUPT MASK

HALF CARRY (FROM BIT 3)

X-JNTERRUPTMASK

STOP DISABLE

Gambar 2-II11

Register CPU yang tersedia dalam programmer

Ibid.

20

7

15

I "

h=l«

ACCUMULATOR A 0 7 ACCUMULATOR B

DOUBLE ACCUMULATOR 0

INDEX REGISTER X

INDEX REGISTER Y

STACK POINTER

PROGRAM COUNTER

0

0

' I° 10

° 1CONDITION CODE REGISTER

7

S X H N Z V

0

= 1

A.B

D

IX

IY

SP

PC

OCR

Gambar 2-1212

Register yang dapat diprogram dalam MC68HC11

6.1 Susunan Kaki MC68HC11A8

Bagian ini akan menjelaskan fungsi dari pin-pin

MC68HC11A8. GAMBAR 2-13 menunjukkan susunan

kaki-kaki MC68HC11A8.

PA7/PATOC1C t

PAMX2OC1C 2

PASWC3/OC1C 3

PA4/0C*0C1[ 4

PA3AX»0C1[ S

PA2/1C1[ 6

PA1/C2C 7

PA0/K3[ s

P87/A15[ 9

P86/A14[

PB5/AI3[

PB4/A12[

PB3/A1i[

PB2W10C

PBVMflC

P£1/*N1[

V*[ 22

46pPO«SCK

4S JPD3M0SI

44 IP02MS0

43 | PDIffiD

42 IPDO/RID

29

38pPC7M7ID7

37 |PM/A6IW

36 I PCS/ASK

35 JPC4M4ID4

IPC3/A3/D3

33 |PC2/A2K

32 ) PCVAU01

3, jPCWAiyOO

30IXTAL

IEXTAL

IElsnw«

Gambar 2-13 1 3

Susunan kaki-kaki MC68HC11

12

13Ibid.Ibid.

21

6.1.1 Pin Power Supply (VDD dan Vss) . Daya

disuplai ke MCU melalui pin ini. VDD merupakan

positif power input, dan Vss merupakan ground.

MC68HC11A8 MCU menggunakan single power supply,

namun juga dapat menggunakan tambahan power

supply untuk referensi bagi A/D dan untuk

baterei cadangan untuk on-chip RAM. Keseluruhan

MCU termasuk RAM dan A/D dapat beroperasi

dengan single power supply sebesar 5 V

(nominal).

6.1.2 Mode Select Pin (MODB/VSTBT dan MODA/LIR) .

Pin MODA dan MODB berfungsi sebagai mode select

input pada saat MCU berada dalam keadaan reset.

Pin MODA berfungsi untuk memilih antara mode

single-chip atau expanded. Sedangkan MODB

berfungsi untuk memilih antara operasi normal

atau operasi khusus dari mode yang dipilih,

dimana bootstrap mode merupakan operasi khusus

dari single-chip mode dan special test

merupakan operasi khusus dari expanded mode.

TABEL 2-1 menunjukkan ringkasan dari pemilihan

mode pada pin MODA dan MODB.

22

14Tabel 2-1

Ringkasan pemilihan Mode dari hardware

MOOB

1

1

0

c

MODA

0

1

0

1

Mode Selected

Single Chip

Expanded Multiplexed

Special Bootstrap

Special Test

Namun setelah keadaan reset berlalu, pin MODA

berlaku sebagai alternatif fungsi yaitu load

instruction register (LIR), yang berfungsi

untuk monitoring pada logic analyzer selama

debug dalam sistem. Sedangkan MODB akan

bertindak sebagai alternatif fungsi dari

standby power supply (VSTBY) , untuk menjaga isi

RAM ketika tegangan VDD dimatikan.

6.1.3 Crystal Oscillator dan Pin Clock (EXTAL,

XTAL, dan E) . Pin osilator dapat digunakan

dengan eksternal kristal network atau suatu

CMOS kompatibel clock source secara eksternal.

Frekuensi yang diberikan pada pin ini empat

kali lebih besar dari frekuensi bus (E-clock

rate) yang diinginkan. E clock merupakan

frekuensi bus clock output, yang digunakan

sebagai sinyal referensi dasar untuk pewaktu.

14 Ibid.

23

Osilator dalam MC68HC11A8 berisi sebuah NAND

gate dua input. Salah satu input gate ini

dikemudi oleh sinyal internal yang dapat

mematikan osilator ketika MCU dalam STOP mode.

Sedangkan input lain-nya merupakan pin EXTAL

input dari MCU. Output dari NAND gate ini

merupakan pin XTAL output dari MCU. XTAL output

ini di-buffer dengan suatu high-impedance

buffer seperti 74HC04.

GAMBAR 2-14 dan GAMBAR 2-15 menunjukkan

komponen internal dan eksternal yang membentuk

osilator kristal ini, yang disebut Pierce

osilator (juga dikenal dengan paralel resonant

kristal osilator). GAMBAR 2-14 menunjukkan

koneksi untuk kristal frekuensi tinggi (lebih

besar dari 1 MHZ), dan Gambar 2-16 menunjukkan

koneksi untuk operasi frekuensi rendah (kurang

dari 1 MHZ).

25 pF*

THIS VALUE INCLUDES ALL STRAY CAPACITANCES.

Gambar 2-1414

Koneksi Kristal frekuensi tinggi

16 Ibid.

24

4 x EEXTALU CMOS-COMPATIBLE

EXTERNAL OSCILLATOR

MCU

XTAL — NC

Gambar 2-1515

Koneksi Kristal frekuensi rendah

6.1.4 Pin Reset (RESET). Pin reset ini aktif

low. Bila diberi sinyal low pada pin RESET maka

MCU MC68HC11 berada dalam keadaan kondisi

initial dan akan mulai mengeksekusi instruksi

mulai dari starting address yang ditentukan.

Saat kondisi reset terjadi, semua register

internal dan kontrol bit berada dalam keadaan

initial. Keterangan di bawah ini berisi

ringkasan dari MCU saat kondisi reset :

o CPU : Setelah reset CPU akan mengambil

restart vektor dari lokasi $FFFE,FFFF

($BFFE,BFFF jika dalam mode special test atau

bootstrap).

o Memory Map : Setelah reset, RAM dan I/O

mapping (INIT) register diinisialisasi ke

$01, sehingga 256 byte RAM berada pada lokasi

$0000-$00FF dan register kontrol pada lokasi

$1000-$103F.

25

o Parallel I/O : Ketika reset terjadi dalam

mode operasi expanded-multiplexed, ke-18 pin

yang digunakan untuk paralel I/O dijadikan

expansion bus. Dan jika reset terjadi dalam

mode operasi single-chip, STAF, STAI, dan

HNDS kontrol bit di-clear sehingga tidak

nyala. Port C diinialisasi sebagai port

input; port B dan port A (bit [6:3]) sebagai

general purpose output port dengan semua bit

'clear'. Port C, port D (bit [5:0]), port A

(bit 0, 1, 2, dan 7), dan port E

dikonfigurasikan sebagai general purpose high

impedance input.

o Timer : Selama reset, sistem timer

diinisialisasi ke $0000. Prescaler bit di-

clear, dan semua output-compare register

diinisialisasi ke $FFFF. Semua input-capture

register menjadi tak terdefinisi setelah

reset.

o Real-Time Interrupt : Real-time interrupt

flag di-clear sehingga rate kontrol bit harus

diinisialisasi secara software sebelum

digunakan.

17 ibid.

26

o Pulse Accumulator : Pulse accumulator sistem

dimatikan sehingga pulse accumulator input

(PAI) pin menjadi general-purpose input pin.

• COP Wacthdog : Computer operating properly

(COP) watchdog sistem dinyalakan jika NOCOP

kontrol bit dalam CONFIG register di-clear

dan dimatikan bila NOCOP di-set.

© Serial Communication Interface (SCI) :

Kondisi reset dari sistem SCI lepas dari

pengaruh mode operating. Saat reset, SCI baud

rate menjadi tak tentu sehingga harus

diinisialisasi secara software bila ingin

digunakan. Semua transmit dan receive

interrupt dimatikan sehingga pin-pin ini

menjadi general purpose I/O line.

o Serial Peripheral Interface (SPI) : SPI

sistem dimatikan oleh reset. Pin-pin yang

berhubungan dengannya menjadi general purpose

I/O line.

© Analog-to-Digital (A/D) Converter : A/D

konverter sistem menjadi tak tentu setelah

reset. Conversion complete flag di-clear. A/D

power-up (ADPU) bit di-clear, sehingga A/D

sistem dimatikan.

27

6.1.5 Interrupt Pin (XIRQ,IRQ). Pin XIRQ

menyediakan non-maskable interrupt setelah

reset inisialisasi. Selama reset, X bit dalam

condition code register (CCR) di-set, dan

semua interrupt dimatikan hingga MCU software

menyalakannya. Input XIRQ merupakan level

sensitif, sehingga dapat dihubung-kan dengan

multiple-source wired-OR network dengan suatu

eksternal pull-up resistor. XIRQ sering

digunakan sebagai interrupt pendeteksi power

loss.

Sedangkan IRQ input menyediakan asynchronuous

interrupt ke MCU MC68HC11A8. IRQ merupakan

program selectable (OPTION register), yang

mempunyai pilihan antara level-sensitif

maupun falling-edge-sensitif triggering.

Setelah reset, IRQ dikonfigurasikan sebagai

level-sensitif operasi.

6.1.6 Pin A/D Reference dan Pin Port E (VREFL,

VREFH, PE[7:0]). Pin VREFH dan VREFL menyediakan

tegangan referensi untuk rangkaian A/D

konverter. Pin ini normalnya dihubungkan

dengan VDD dan Vss melalui suatu low-pass

filter network (lihat GAMBAR 2-18) untuk

mengisolasi noise dari power supply logik.

28

Setidaknya tegangan yang dibe-rikan antara

VREFH dan VREFL tidak kurang dari 2.5 V untuk

full A/D accuracy. Sistem A/D telah di-test

dengan menggunakan tegangan referensi 4.5 V

dan 5.5 V.

• THIS ANALOG SWITCH IS CLOSED ONLY DURING THE 12-CYCLE SAMPLE TIME.

Gambar 2-16

Low-Pass Filter untuk pin referensi A/D

Port E input dapat digunakan sebagai general-

purpose input atau sebagai A/D analog input.

Fungsi analog dan digital dari port E secara

normal tidak saling mencampuri satu sama

lain, dimana sebagian pin dapat digunakan

sebagai digital input dan pin sisanya dapat

digunakan sebagai analog input. Penyalaan

digital buffer selama suatu analog sample

29

mungkin dapat menyebabkan gangguan kecil pada

input line, sehingga mungkin dapat

menyebabkan error kecil pada level analog

yang di-sampling. Namun gangguan yang terjadi

ini terlalu kecil sehingga mungkin tidak

menyebabkan ketidakakuratan dalam penguku-

ran.

6.1.7 Pin Timer Port A. Port A terdiri atas

tiga pin input-only, empat pin output-only,

dan satu pin yang dapat dikonfigurasikan

sebagai input atau output. Pin input-only

(PA0/IC3, PA1/IC2, dan PA2/IC1) juga dapat

berfungsi sebagai edge-sensitif timer input

capture pin. Empat pin output-only

(PA3/OC5/OC1, PA4/OC4/OC1, PA5/OC3/OC1 dan

PA6/OC2/OC1) juga dapat berfungsi sebagai

main timer output-compare pin. Ketika fungsi

output-compare dinyalakan, pin ini tidak

dapat digunakan sebagai general-purpose

output. Keempat pin ini dapat dikontrol oleh

output-compare 1 (0C1) dan atau output-

compare lainnya. Pin PA7/PAI/OC1 dapat

digunakan sebagai general I/O pin, sebagai

18 Ibid.

30

pulse-accumulator input, atau sebagai OC1

output pin.

6.1.8 Pin Serial Port D. Port D terdiri atas

enam general-purpose, bidirectional I/O pin

yang dapat dikonfigurasikan secara individual

sebagai input atau output. Ketika serial

communication interface (SCI) receiver

dinyalakan, pin PDO/RxD menjadi input sebagai

fungsi RxD. Ketika SCI transmitter

dinyalakan, pin PDl/TxD menjadi output

sebagai fungsi TxD. Ketika sistem serial

peripheral inter-face (SPI) dinyalakan, pin

PD2/MISO, PD3/MOSI, PD4/SCK, dan PD5/SS

menjadi fungsi SPI. Sementara sistem SPI

dinyalakan, pin PD5/SS dapat digunakan

sebagai general-purpose output dengan men-set

DDRD5 bit, yang menyediakan sistem SPI

dikonfigu-rasikan sebagai mode master dalam

operasinya.

6.1.9 Pin Port B dan C, STRA dan STRB. Ke-18

pin ini digunakan sebagai general-purpose I/O

sementara MCU beroperasi dalam mode single-

chip. Ketika mode expanded digunakan, ke-18

pin ini menjadi address/data bus yang di-

31

multiplex dengan address strobe (AS) dan

read/write (R/W) sebagai kontrol line. TABEL

2-2 berisi ringkasan fungsi pin-pin ini dalam

operating mode MCU.

Tabel 2-2

Pin port B dan C, STRA dan STRB

Port

BBBBBBBB

CCCCCCCC

Bit

01234567

01234567

Single-Chip and Bootstrap Mode

PBOPB1PB2PB3PB4PBSPB6PB7

PCOPCIpaPC3PC4PC5PC6PC7

STRA

STRB

OutputOutputOutputOutputOutputOutputOutputOutput

input/OutputInput/OutputInput/OutputInput/OutputInput/OutputInput/OutputInput/OutputInput/Output

Input Strobe (Edge In)

Output Strobe

A8A9A10A l lA12A13A14A15

ADOADIAD2AD3AD4AD5AD6AD7

AS

R/W

Expanded-Multiplexed andSpecial Test Mode

Address OutputAddress OutputAddress OutputAddress OutputAddress OutputAddress OutputAddress OutputAddress Output

Address/Data MultiplexedAddress/Data MultiplexedAddress/Data MultiplexedAddress/Data Multiplexed 'Address/Data MultiplexedAddress/Data MultiplexedAddress/Data MultiplexedAddress/Data Multiplexed

Address Strobe (Out)

Read/Write Select

6.2 Struktur Memori

MC68HC11A8 merupakan suatu mikrokontroller yang

di dalamnya telah terdapat random-access memory

(RAM), read-only memory (ROM), dan electrically

erasable programmable ROM (EEPROM). MC68HC11A8

mempunyai on-chip RAM sebesar 256 byte yang

default-nya terletak pada lokasi $0000-$00FF

dari 64-Kbyte memory map yang tersedia.

MC68HC11A8 juga mempunyai EEPROM on-chip di

32

dalamnya sebesar 512 byte yang lokasinya

terletak pada $B600-$B7FF. Selain itu MC68HC11A8

juga mempunyai on-chip ROM yang terbagi dua

yaitu 8-Kbyte user ROM, yang tersedia untuk

user-define program, dan juga terdapat 192-byte

ROM, yang disebut bootloader ROM. Bootloader ROM

terdapat pada lokasi $BF00-$BFFF, dan reset

vektor dari ROM-nya terletak pada lokasi $BFFE-

$BFFF. Dalam mode operasi expanded, user dapat

menggunakan EPROM maupun RAM eksternal dimana

lokasinya harus ditentukan pada bagian alamat

yang tidak dipakai oleh on-chip memori yang

telah ada dalam MCU. Reset vektor dalam mode

diatas ini terletak pada lokasi $FFFE-$FFFF.

GAMBAR 2-19 menunjukkan peta memori dari M68HC11

seri A.

soooo

$1000

SB600

JEOOO

SFFFF

<SNNN

'̂̂ ¥̂

/ / / / /

H

EXT

777/EXT

7777

;:EXT

EXT

7777sEXT

0000

OOFF

1000

103F

B600

B7FF

BF40

BFFF

E000

FFFF

256 BYTES RAM

64-BYTE REGISTER BLOCK

512 BYTES EEPROM

BOOTR O M ,

BFCO

BFFF

8 KBYTES ROM

FFCO

FFFF

SPECIAL MOOESINTERRUPTVECTORS

NORMALMOOESINTERRUPTVECTORS

SINGLE EXPANOEO BOOTSTRAP SPECIALCHIP TEST

Gambar 2-1719

Peta Memori MC68HC11 seri A

19 Ibid.

33

6.3 Synchronuous Serial Peripheral Interface

Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan

satu dari dua serial komunikasi subsistem yang

terdapat dalam MC68HC11A8 secara terpisah. SPI

ini dapat dikonfigurasikan baik sebagai master,

dengan data rate sebesar 1 Mbit per second dan

slave, dengan data rate sebesar 2 Mbit per

second.

GAMBAR 2-20 merupakan blok diagram dari SPI

sub-sistem. Ketika SPI transfer terjadi, 8-bit

karak-ter pertama digeser keluar melalui pin

data sementara 8-bit karakter lainnya digeser

keluar secara simultan melalui pin data. Elemen

dasar dari sistem SPI adalah blok yang berisi

shift register dan read data buffer. Sistem ini

dalam arah transmit di-buffer sekali dan dalam

arah receive di-buffer dua kali. Kenyataan ini

berarti data baru untuk transmisi tidak dapat

ditulis ke shift register hingga proses

sebelumnya selesai; namun data yang diterima

akan ditransfer ke paralel read data buffer

sehingga shift register bebas menerima serial

karakter yang kedua. Hanya sebuah MCU register

address yang digunakan untuk membaca data dari

20 ibid.

34

read data buffer dan untuk menulis data ke

shift register.

PH?(INTERNAL)

wviocn

• 2 < « < I 6 * 3 2

MS8

8 811 SKF1 REGISirn

READ DATA BUfFER

SELECTSPI CLOCK (MASTCRI

SPI CONTROL

[ SPI STATUS REGISTER

_ MSTR

. , SPE

CLOCKLOGIC

36

SPI CONTROL REGISTER

SPIINTERRIPT INTERNALREQUEST OATA8US

Gambar 2-1821

Blok diagram SPI Sistem

6.3.1 SPI Clock Phase Dan Kontrol Polaritas.

Software dapat memilih empat kombinasi serial

clock (SCK) phase dan polaritas menggunakan 2

bit dalam SPI kontrol register (SPCR)•

Polaritas clock ditentukan oleh CPOL kontrol

bit, yang akan memilih aktif high atau aktif

low dari clock dan tidak mempunyai efek

21 ibid.

35

apapun dalam transfer format. Clock phase

(CPHA) kontrol bit memilih satu dari dua

format transfer yang berbeda secara mendasar.

Clock phase dan polaritas harus sama untuk

master SPI device dan slave device yang

berkomunikasi. GAMBAR 2-21 dan GAMBAR 2-22

menunjukkan timing diagram dari SPI transfer

dimana CPHA berturut-turut nol dan satu.

SCK CYCLE*(FOR REFERENCE)

SCK(CPOL-0)

SCK(CP0l-1)

MOSI(FROM MASTER)

SS (TO SLAVE)

Gambar 2-1922

SPI transfer format untuk CPHA = NOL

SCK CYCLE*Dfi REFERENCEI

SCK(CPOL-0|

SCK(CPOL.I)

MOSIFROM MASTER)

MISO " " ,fFROM SLAVE!

SS (TO SLAVE) \

1

1

~H\

2

"I /3

^1 /

\ MS8 X 6 X 5

{ • X MSB X ' X 5

Gambar

4

1 /

5

- 1 /•

X 4 X 3

X < X 3

2-2023

"\ /7

- 1 /

X 2 X '1

e

— \

X_jSB y

X 2 X 1 X LS8 >l

SPI tranfer format untuk CPHA = SATU

22

23Ibid.Ibid.

36

6.3.2 SPI Pin Sinyal. Ada empat I/O pin

sinyal yang berhubungan dengan SPI transfer :

pin SCK, MISO data line, MOSI data line, dan

pin aktif low SS. Ketika SPI sistem

dimatikan, keempat pin ini dikonfigurasikan

sebagai general-purpose I/O. Pin SCK

merupakan output ketika SPI dikonfigurasikan

sebagai master dan sebagai input bila SPI

dikonfi-gurasikan sebagai slave. Pin data

MISO dan MOSI digunakan untuk mentransmisikan

dan menerima data serial. Ketika SPI

dikonfigurasikan sebagai master MISO

merupakan master data input line dan MOSI

merupakan master data output line. Dan

sebaliknya bila SPI dikonfigurasikan sebagai

slave. Pin SS untuk slave device akan

digunakan untuk mengaktifkan SPI slave selama

transfer. Dan untuk master device, pin SS

dapat dipilih sebagai error-detection input

untuk SPI atau sebagai general-purpose output

yang tidak akan mempengaruhi SPI.

6.3.2 SPI Register. SPI kontrol register

(SPCR), SPI status register (SPSR), dan SPDR

merupakan register yang diakses secara

software yang digunakan untuk

37

mengkonfigurasikan dan mengoperasikan SPI

sistem. Port D Direction Control Register

(DDRD) merupakan register yang digunakan

untuk mengkon-trol arah dari pin-pin port D.

Bit 5, 4, 3, dan 2 dari port D digunakan oleh

SPI sistem ketika SPI enable (SPE) kontrol

bit satu, sedangkan dua bit lainnya digunakan

sebagai SCI receiver dan trans-mitter. SPI

Control Register (SPCR) merupakan register

yang digunakan untuk mengkonfigurasikan SPI

sistem. SPI Status Register (SPSR) merupakan

read-only register yang berisi status flag

yang mengindikasikan selesainya suatu SPI

transfer dan juga berisi flag error yang

terjadi dalam SPI sistem.

7. PPI 8255

PPI 8255 merupakan general-purpose programmable

I/O device yang didesain untuk dapat digunakan

dengan hampir semua mikroprossessor maupun

mikrokontroller yang umum. PPI ini menyediakan 24

I/O pin yang dapat dikonfigurasikan secara

individual dalam dua group yaitu 12 input dan 12

output serta dapat digunakan dalam tiga mode

operasi. Fungsi tiap pin dan mode operasi dapat

38

diprogram pada saat pertama kali inisialisasi

melalui control word register.

GAMBAR 2-21 menunjukkan konfigurasi pin-pin

dalam 8255. Sedangkan TABEL 2-3 menunjukkan fungsi

pin-pin 8255.

-c« C

••c-c

-c

~c~c-c~c

- 82SSA

«

Gambar

»

»•*»

-n

M

n

D •"

3-

3 -3 -3 -D-3 "

D«3 -D —3 ~3 -

2-21 24

Konfigurasi pin-pin 8255

Tabel 2-3

Fungsi pin-pin 8255

'-/ f U\J

RESETCSRDWRA0.A1PA0.PA7PB0.PB7PC0.PC7VCCGND

DATA BUSRESET INPUTCHIP SELECTREAD INPUTWRITE INPUTPORT ADDRESSPORT APORTBPORTC5VOV

24 J.P.M. Steeman, DATA SHEET B00K2, PT ELEX KOMPUTINDO, Jakarta,1993.

39

Mode operasi dalam 8255 ada 3, yaitu :

1. Mode 0 - Basic Input/Output.

Konfigurasi fungsi ini menyediakan operasi input

dan output secara sederhana untuk masing-masing

port. Tidak ada *handshaking" yang diperlukan,

data secara sederhana ditulis dan dibaca dari

port yang ditentu-kan.

2. Mode 1 - Strobed Input/Output.

Konfigurasi fungsi ini menyediakan transferring

I/O data ke atau dari port yang ditentukan

berkaitan dengan sinyal strobe atau

'handshaking". Dalam mode 1, Port A dan Port B

digunakan untuk I/O line dan Port C digunakan

untuk menerima sinyal *hand-shaking".

3. Mode 2 - Bi-directional Bus.

Konfigurasi fungsi ini menyediakan komunikasi

dengan peripheral device baik transmitting maupun

receiving data secara bidirectional bus I/O.

Sinyal *hand-shaking" disediakan untuk menjaga

aliran bus berjalan dengan benar seperti dalam

mode 1. Selain itu juga tersedia fungsi

enable/disable dan interrupt.

25 Ibid;

40

8. RANGKAIAN SPAN DAN ZERO

Rangkaian span dan zero berguna untuk mengatur

penguatan (span) dan zero sehingga parameter dari

suatu rangkaian dapat disesuaikan dengan rangkaian

selanjutnya. Efek dari span dan zero dapat dilihat

pada GAMBAR 2-24 berikut.

a) variasi dari span

b) span -1

c) pergeseran zero

Gambar 2-22

Efek dari Span dan Zero

41

.1 Inverting Summer

Salah satu rangkaian yang digunakan pada span

dan zero adalah rangkaian inverting summer.

Sinyal input yang akan diolah adalah input

tunggal, ein. Penguatan dari sinyal tersebut

ditentukan oleh -Rf/Ri. Sebuah tegangan

referensi ±V ditempatkan pada input yang lain

dari rangkaian summer. Penguatan dari tegangan

referensi ditentukan oleh -Rf/Ros. Tegangan

keluaran dari rangkaian span dan zero adalah :

eui = -(Rf/Ri) .e i n - (Rf/Ros) .V

+v

-(mx + b)——o

R

+V

-V R / 2 :

'UJ

+mx + b

-V

Gambar 2-23

Skema Konverter Span dan Zero

Menggunakan Inverting Summer

26 J. Michael Jacob, Industrial Control Electronic, Prentice Hall,New Jersey, 1988. p.213.

42

Sinyal tersebut kemudian dilewatkan pada sebuah

inverting amplifier dengan penguatan -1 sehingga

output dari rangkaian adalah :

eu2 = (Rf/Ri).ein + (Rf/Ros) .V

Persamaan diatas dapat dibandingkan dengan

persamaan garis lurus,

y = mx + b

Dimana y adalah variabel tek bebas (dependent)

dan x adalah variabel bebas (independent). Untuk

plot output terhadap tegangan input maka,

m = Rf/Ri

b = (Rf/Ros).V