SISTEM PENGENDALI LED MATRIKS DENGANANTARMUKA SERIAL BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA16

Fajri Kurniarso PrihadiFakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, Jurusan Sistem Komputer,

Universitas GunadarmaEmail : fclark_kent@yahoo.com, fajri.milanisti@gmail.com

Abstraksi

Perkembangan mikrokontroler saat ini sudah semakin pesat. Banyak sekali alat-alatelektronik yang menggunakan mikrokontroler dalam sistemnya. Salah satunya diterapkanpada alat ini yaitu untuk membuat tampilan pada LED matriks. Port-port padamikrokontroler digunakan sebagai masukan untuk sistem pengendalian denganmenggunakan bahasa pemrograman BASCOM-AVR. Alat ini menggunakanmikrokontroler keluarga AVR yaitu ATMega16 dengan jumlah pin 40 dan memiliki16Kb Flash Memory. Dari rangkaian slave kemudian terhubung dengan rangkaianconverter RS-485 sebagai master melalui kabel dengan konektor RJ-11. Converter inidiperlukan agar dapat terjalin komunikasi antara alat dengan komputer melalui antarmukaserial. RS-485 diperlukan untuk menghubungkan rangkaian slave yang berjumlah 3karena RS-232 hanya dapat menghubungkan 2 perangkat saja. Untuk program pengendaliantarmuka pada komputer digunakan bahasa pemrograman Borland Delphi 7. Padaprogram terdapat 3 menu pilihan dimana masing-masing mempunyai 3 kondisi. Menupilihan tersebut merupakan informasi untuk masing-masing Sekretariat Jurusan yang adadi gedung 4 lantai 2 kampus D Universitas Gunadarma. Sedangkan kondisi yang dapatdipilih adalah tampilan “BUKA”, “TUTUP” atau “ISTRHT sesuai dengan jadwal darimasing-masing Sekretariat Jurusan.

Kata Kunci : LED Matriks, Komunikasi Serial, Antarmuka, Mikrokontroler, BASCOM-AVR

Pendahuluan

LED matriks seringkali ditemui ditempat-tempat umum sebagai saranauntuk informasi dan periklanan.Fungsi utama LED matriks sebagaipapan informasi dapat dilihat dibursa efek, museum, dan jalan raya.Sedangkan di toko dan standpameran, selain sebagai papaninformasi juga digunakan sebagaipenarik perhatian pengunjung.Papan dot matrik berbasis LED inibanyak digunakan karena memiliki

efisiensi daya yang tinggi danmampu diprogram untukmenampilkan animasi yang menarik.Pada prinsipnya LED matriks adalahlampu LED yang disusun secaramatriks yaitu mempunyai baris dankolom. Tujuan penelitian ini adalahuntuk membentuk sebuah karakterhuruf atau angka.Dari konsep diatas maka dalampenelitian ini timbul gagasan untukmembuat perangkat dengan

menggunakan LED matriks.Perangkat ini nantinya digunakansebagai papan informasi padaSekretariat Jurusan Gedung 4Kampus D Universitas Gunadarma.Proses pengendaliannya dilakukanmelalui komputer dengan antarmukaport serial dan dibantu dengan

sebuah program pengendali. Dengandemikian diharapkan perangkat inidapat mempermudah petugas dalammengendalikan perangkat danmempermudah mahasiswa untukmengetahui daftar hadir SekretariatJurusan.

Perancangan Alat

Alat ini dirancang untukmenampilkan tulisan pada LedMatriks dimana akan digunakansebagai papan informasi daftar hadirSekretariat Jurusan Gedung 4 Lantai2 Kampus D Universitas Gunadarma.Masukan diterima dari komputerdengan menggunakan program

pengendali Delphi 7 dan melaluiantarmuka port serial komputer.Kemudian di proses oleh converterdan diteruskan ke rangkaian LedMatriks dengan 3 kondisi tampilanyaitu tulisan BUKA, TUTUP atauISTIRAHAT pada Led Matriks.

Gambar 1. Rancangan Komunikasi dari Komputer ke Led Matriks

1. RS232-RS485 Converter

RS232-RS485 Converter yangdigunakan pada rangkaian inimerupakan suatu pengubah leveltegangan dua arah antara RS-232/TTL dan RS-485. Rangkaian iniberfungsi sebagai rangkaian master.Modul ini dapat difungsikan sebagaijalur komunikasi antara komputeratau mikrokontroler berantarmukaUART RS-232 dengan modul ataujaringan berantarmuka UART RS-485.

Masukan berasal dari programkendali sebagai antarmukaantarmuka pada PC denganmenggunakan bahasa pemrogramanBorland Delphi 7. Dari program inikemudian direspon dan diteruskan keblok converter melalui port serial.Transmitter pada DB-9 akanmengirim data ke Receiver In ICMAX232. Kemudian level teganganakan diubah dari level tegangan RS-

232 menjadi TTL. Data kemudianditeruskan ke Driver Input pada ICMAX489. Driver Enable pada ICMAX489 terhubung dengan VCC+5V maka data akan diteruskan danmendapat logika “high”. Leveltegangan kemudian diubah dari TTLmenjadi level tegangan RS-485 yaitudifferential voltage. Kemudian dataakan diteruskan melalui pin Y dan Zke rangkaian slave.

Karena berfungsi sebagai master danbersifat full duplex maka pada saatmengirim data rangkaian ini juga

dapat menerima data. Data diterimamelalui pin A dan B yang akanditeruskan ke receiver MAX489.Karena RE (Receiver Enable) padaMAX489 dihubungkan ke ground,maka receiver akan selalu aktifmenerima data yang diterima yangakan diteruskan ke MAX232. Leveltegangan akan diubah menjadi TTLkemudian transmitter MAX232 akanmeneruskan data ke komputermelalui port serial dan level teganganjuga berubah dari TTL menjadi leveltegangan RS-232.

Gambar 2. Rangkaian Converter RS232-RS485

2. Rangkaian Slave (Pengendali)

Mikrokontroler yang digunakan padarangkaian ini adalah mikrokontrolerATMega 16 dari keluarga AVR.Mikrokontroler menerima masukansebesar 5 Volt dari catu daya sebagaisumber tegangan. Dalam blok inijuga terdapat IC MAX489 yangberfungsi sebagai penghubung dariblok kendali ke blok converter.MAX489 juga mendapat tegangan 5Volt dari catu daya. Port D padaATMega 16 digunakan sebagaimasukan dan keluaran secara bi-directional. Pada rangkaian inidigunakan sebagai penghubungkomunikasi serial.

PD0 digunakan sebagai penerimayang terhubung dengan pin 2 (RO)MAX489.PD1 digunakan untuk transmisi yangterhubung dengan pin 5 (DI)MAX489.PD7 terhubung dengan pin 3 (RE)dan pin 4 (DE) MAX489. Digunakanuntuk pengaktif dan menentukankondisi RO dan DI. RO akan aktifjika RE dalam kondisi low.Sedangkan DI berfungsi sebagai linereceiver. Kondisinya dibuat agarrangkaian slave selalu dapat

menerima data dari rangkaian masterdan tidak dapat mengirim jika sedangmenerima data.

Port A dan Port C terhubung denganpin 12-15 IC 74LS42, dimana IC inidigunakan sebagai decoder. Dari 4masukan dapat dihasilkan 10keluaran. IC ini digunakan untukmengendalikan bagian kolom padaLED matriks. Kondisinya adalahactive low dimana jika mendapatmasukan 0 maka akan aktif.

Port B terhubung dengan TransistorBC-139 dengan jenis NPN. Kakibasis transistor terhubung denganPB0-PB7 sedangkan kaki emitorterhubung dengan LED matriks.Transistor ini digunakan untukmengendalikan bagian kolom padaLED matriks.

Pin 9 (Y), Pin 10 (Z), Pin 11 (A) danPin 12 (B) pada MAX489 digunakansebagai receiver dan driver yangterhubung dengan konektor RJ-11untuk melakukan komunikasi denganblok converter.

Gambar 3. Rangkaian Kendali Mikrokontroler

3. Rangkaian Display (LED Matriks)

Rangkaian ini berfungsi untukmenghasilkan tampilan LED matrikssebagai hasil akhir. LED matriksyang digunakan pada satu rangkaianada 4 buah berukuran 8x8. Sehinggauntuk 3 alat diperlukan 12 LEDmatriks. Bagian katoda dikendalikanoleh 4 buah IC 74LS42 sedangkantransistor BD-139 terhubung dengananoda LED matriks. Kaki collectortransistor mendapat tegangan 12 voltdari catu daya. Arus akan mengalirmelalui collector, basis mendapattegangan masukan dari port b, karenabasis lebih positif dari emitor arus

akan mengalir dari collector menujuemitor sehingga anoda LED matriksmendapat logika “high” dan aktif.Sampai disini LED matriks belummenyala karena masih harusditentukan kondisi dari katodadimana baris akan aktif jikamendapat logika “low”. IC 74LS42mendapatkan masukan dari port adan port c, karena bersifat active low,maka keluaran yang dihasilkanmempunyai logika 0 dan sesuaidengan yang diperlukan untukmengaktifkan baris LED matriks.

Gambar 4. Rangkaian Display LED Matriks

Perancangan Perangkat Lunak

Terdapat 2 program yang digunakanpada alat ini yaitu program padamikrokontroler dan programantarmuka pada PC. Programpengendali mikrokontrolermenggunakan bahasa pemrogramanBASCOM-AVR sedangkan programantarmuka pada PC menggunakanprogram Borland Delphi 7. Untukprogram Delphi diperlukan tambahanyaitu TcommPortDriver untukmengatur serial device darikomputer.

Terdapat 3 alamat pada programyang masing-masing menunjukkan

alamat Sekretariat Jurusan yaituSistem Komputer, Sistem Informasidan Teknik Mesin. Erdapat juga 3kondisi tampilan pada LED Matriksyaitu BUKA, TUTUP danISTIRAHAT.

Saat program Delphi pada komputerdijalankan dengan memasukkankarakter “!” maka akan terjadiinterupsi pada mikrokontroler.Kemudian mikrokontroler akanmencari alamat device yang sesuaidengan yang dipilih pada programantara alamat 1 sampai dengan 3.Pengalamatan ini diperlukan untuk

memilih device mana yang akandiaktifkan. Kemudian jika alamatyang ditentukan sudah benar makaakan dipilih kondisi nyala yangdiinginkan. Kondisi 1 untuk tampilanBUKA, kondisi 2 untuk tampilan

TUTUP, kondisi 3 untuk tampilanISTIRAHAT. Isi tampilan tersebutdisimpan di dalam EEPROMmikrokontroler. EEPROM akandibaca sesuai dengan isi EEPROMyang telah ditentukan dari program.

Pengujian

Pengujian ini dilakukan untukmengetahui hasil yang diperolehapakah sesuai dengan apa teori yangditerapkan dan apakah sistemberfungsi dengan baik. Hasil daripercobaan ini adalah tampilan padaLED Matriks yang dikendalikanmelalui program antarmuka Delphi7. Terdiri dari 3 alat yaitu alat 1untuk SEKJUR Sistem Komputer,alat 2 untuk SEKJUR SistemInformasi dan alat 3 untuk SEKJUR

Teknik Mesin. Alat ini diatur dengankondisi awalnya adalah tampilantulisan “TUTUP” pada LED matriks.Setelah program dijalankan baruditentukan kondisi dari masing-masing perangkat. Pengujian alatdilakukan pada sistem komputerdengan prosesor Intel Pentium 3GHz, memori 1 GB danmenggunakan sistem operasiWindows XP SP 3.

Tabel 1. Data Pengamatan LED Matriks

NO TOMBOLALAT 1 ALAT 2 ALAT 3

TAMPILAN DELAY TAMPILAN DELAY TAMPILAN DELAY123456789101112131415

SK BUKASI BUKATM BUKASK ISTIRAHATSI ISTIRAHATTM ISTIRAHATSK TUTUPSI TUTUPTM TUTUPSK BUKASI ISTIRAHATTM TUTUPSK ISTIRAHATSI TUTUPTM BUKA

BUKABUKABUKA

ISTRHTISTRHTISTRHTTUTUPTUTUPTUTUPBUKABUKABUKA

ISTRHTISTRHTISTRHT

29 ms29 ms30 ms30 ms30 ms29 ms28 ms30 ms29 ms30 ms27 ms30 ms30 ms30 ms30 ms

TUTUPBUKABUKABUKA

ISTRHTISTRHTISTRHTTUTUPTUTUPTUTUPISTRHTISTRHTISTRHTTUTUPTUTUP

30 ms30 ms27 ms30 ms27 ms30 ms31 ms29 ms28 ms30 ms29 ms27 ms30 ms25 ms30 ms

TUTUPTUTUPBUKABUKABUKA

ISTRHTISTRHTISTRHTTUTUPTUTUPTUTUPTUTUPTUTUPTUTUPBUKA

30 ms30 ms28 ms30 ms29 ms30 ms30 ms30 ms27 ms30 ms28 ms27 ms28 ms30 ms31 ms

Data dari tabel diatas merupakanhasil dari pengamatan secara terus-menerus sebanyak 15 kali. Padapercobaan pertama tombol “SKBuka” diklik. Kondisi tampilan alat1 berubah dari “TUTUP” menjadi

“BUKA”. Pada percobaan keduatombol “SI Buka” diklik. Kondisitampilan alat 2 berubah dari“TUTUP” menjadi “BUKA”. Padapercobaan ketiga tombol “TMBuka” diklik. Kondisi tampilan alat

3 berubah dari “TUTUP” menjadi“BUKA”. Saat ini tampilan padasemua LED matriks adalah“BUKA”. Dengan 3 percobaan awal

ini terlihat komunikasi programdengan alat untuk membuat tampilan“BUKA” pada LED matriksberlangsung dengan baik.

Percobaan keempat sampai keenamdilakukan untuk membuat tampilan“ISTRHT” pada LED matriks. Padapercobaan keempat tombol “SKIstirahat” diklik. Kondisi tampilanalat 1 berubah dari “BUKA”menjadi “ISTRHT”. Padapercobaan kedua tombol “SIIstirahat” diklik. Kondisi tampilanalat 2 berubah dari “BUKA”menjadi “ISTRHT”. Padapercobaan ketiga tombol “TMIstirahat” diklik. Kondisi tampilanalat 3 berubah dari “BUKA”menjadi “ISTRHT”. Saat initampilan pada semua LED matriksadalah “ISTRHT”. Dengan 3percobaan ini terlihat komunikasiprogram dengan alat untuk membuattampilan “ISTRHT” pada LEDmatriks berlangsung dengan baik.

Percobaan tujuh sampai sembilandilakukan untuk membuat tampilan“TUTUP” pada LED matriks. Padapercobaan tujuh tombol “SK Tutup”diklik. Kondisi tampilan alat 1berubah dari “ISTRHT” menjadi“TUTUP”. Pada percobaan keduatombol “SI Tutup” diklik. Kondisitampilan alat 2 berubah dari“ISTRHT” menjadi “TUTUP”.Pada percobaan ketiga tombol “TMTutup” diklik. Kondisi tampilan alat3 berubah dari “ISTRHT” menjadi“TUTUP”. Saat ini tampilan padasemua LED matriks adalah“TUTUP”. Dengan 3 percobaan initerlihat komunikasi program denganalat untuk membuat tampilan

“TUTUP” pada LED matriksberlangsung dengan baik.

Percobaan selanjutnya dilakukandengan kondisi yang berbeda-bedauntuk tiap alat. Terlihat dari hasilyang didapatkan sesuai dengankondisi yang yang telah ditentukan.Hal ini membuktikan antara programdan LED matriks bekerja denganbaik. Rata-rata delay waktu yangdiperlukan LED matriks untukberpindah mode adalah sekitar 30ms. Karena dari Delphi programakan melakukan interupsi dulu keprogram pada mikrokontroler,setelah itu baru diteruskan ke LEDMatriks. Catu daya yang baik jugamempengaruhi kondisi nyala LEDMatriks, karena jika sumbertegangan kurang maka nyala LEDMatriks juga akan redup.

Kesimpulan

Sistem Pengendali LED Matriksberbasis Mikrokontroker inimerupakan sebuah aplikasi yangdigunakan untuk menampilkaninformasi daftar hadir SekretariatJurusan dan dikendalikan melaluisebuah PC atau laptop, denganDelphi 7 sebagai program pengendaliantarmukanya. Aplikasi ini tergolongsederhana dan mudah untukdigunakan. Komunikasinya melaluiport serial pada komputer, namunjika tidak terdapat port serial dapatmenggunakan tambahan alatbernama PC-Link USB agar dapatberkomunikasi.

Daftar Pustaka

[1] Heri Andrianto, PemrogramanMikrokontroler AVR ATMega16Menggunakan Bahasa C,Informatika, Bandung, 2008.[2] Prawito, AVR Microcontroller,Ekstensi Fisika InstrumentasiElektronika Universitas Indonesia,Jakarta, 2005.[3] Happy Chandraleka,Pemrograman Delphi 7, PT. ElekMedia Komputindo, Jakarta, 2003.[4]------Maxim,http://www.maxim-ic.com, 10 Februari 2009.[5]------AtmelCorporation,http://www.atmel.com, 10 Februari2009.[6]------AVR Forum,http://www.avrfreaks.com, 27Februari 2009.[7] Beyond Logic, 2007,Interfacing the Serial / RS232Port,http://www.beyondlogic.org/serial/serial.htm, 27 Februari 2009.[8]-------Texas Instrument ,http://www.texasinstrument.com, 27Februari 2009. [9]------Fairchild,http://www.fairchildsemi.com, 27Februari 2009.