Tugas Akhir

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

THERMOMETER DIGITAL

BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51

OLEH :

PUTU SEPTIANI UTAMI DEWI

0605031063

JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

2010

UN

IVER

SITAS PENDIDIKAN GANESH

A

UNDIKSHA

DEPA

RTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian

Rancangan penelitian berkaitan dengan hal-hal yang mengarah pada

proses pembuatan alat-alat yang akan dirancang.

START

Perancangan Rangkaian dan penentuan komponensensor suhu dan op-apm

Pengecekan rangkaian

Tegangan output op-ampberbanding lurus dengan

suhu plant ?

Perancangan Rangkaian ADC 0804

Pembuatan Rangkaian sensor dan Op-amp pdPCB

Pembuatan Rangkaian ADC pd PCB

Pengecekan rangkaian

Rangkaian ADC sudah berhasilmengubah data desimal menjadi data

biner?

Pengambilan data biner (output sensor)

A

A

Perancangan dan Pembuatan Program

Pengujian Program

Tampilan Seven Segmen tidak ada yangcacat dan mendekati nilai thermometer

yang sudah ada?

Pembuatan Jalur rangkaian keseluruhan pd PCB

Perakitan pd papan PCB

Pengujian Rangkaiankeseluruhan

Seluruh blokrangkaian bekerja

dengan baik?

Pengambilan data alat

Analisa Data

Pembuatan Laporan

Selesai

PerbaikanRangkaian

PerbaikanRangkaian

AnalisaJalur PCB

PerbaikanProgram

Y

Y

Y

Y

N

N

N

N

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Tugas Akhir

Adapun rancangan penelitian dalam Tugas Akhir ini terdiri dari 3 hal

utama yaitu perancangan sistem, perancangan hadware, dan perancangan

software.

3.1.1 Perancangan Sistem

Adapun perancangan sistem Tugas Akhir ini sesuai dengan gambar

diagram blok dibawah ini.

Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem

Plant yang ingin diketahui suhunya didekatkan ke sensor, dioda

IN4148 yang digunakan sebagai sensor suhu kemudian sensor akan

mendeteksi suhu plant tersebut, output sensor berupa tegangan. Output

sensor akan berbanding terbalik dengan suhu plant, bilamana suhu plant naik

maka nilai output sensor akan turun, begitu pula sebaliknya, bila suhu plant

turun, maka nilai output sensor akan naik. Nilai output sensor yang sangat

kecil harus dikuatkan oleh pengkondisi sinyal. Output dari pengkondisi

sinyal yang masih berupa data analog selanjutnya akan diterjemahkan

menjadi data digital oleh ADC, kemudian output ADC yang sudah berupa

data digital akan diproses oleh mikrokontroler yang selanjutnya akan

ditampilkan pada seven segment.

3.1.2 Perancangan Hardware

Perancangan Hardware Tugas Akhir ini meliputi blok-blok sebagai

berikut:

1. Sensor Suhu dan Op-amp

Gambar 3.3 menunjukkan gambar rangkaian sensor suhu dan

pengkondisi sinyal. Dioda IN4148 digunakan sebagai sensor

suhu, IC yang digunakan untuk pengkondisi sinyal adalah

LM324, dengan 4 gerbang penguatan, yakni A1, A2, A3, dan A4

seperti gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sensor Suhu dan Op-amp

Pada rangkaian ini diinginkan tegangan yang masuk ke pin + A3

adalah 2,5 volt, input IC LM324 adalah 5 volt, sehingga

dibutuhkan pembagi tegangan. Berlaku rumus :

÷ø

öçè

æ+

=RR

RVsV21

1

Didapat nilai R1 dan R2 adalah 10KΩ, agar kondisi tegangan

2,5volt tersebut mendekati kondisi ideal maka tegangan tersebut

akan melewati op-amp 1 terlebih dahulu, seperti gambar 3.4.

Fungsi op-amp 1 adalah sebagai buffer, dimana Vo ≈ Vin, namun

arus input lebih kecil dari pada arus output. Hal ini membuat

tegangan output akan mendekati ideal.

Gambar 3.4 Pembagi Tegangan dan Buffer

Output A1 selanjutnya akan menjadi input (+) pada A2.Op-amp2

merupakan modifikasi dari rangkaian sumber arus konstan,

gambar 3.5 dibawah ini menunjukkan gambar sumber arus

konstan .

Gambar 3.5 Rangkaian Sumber Arus Konstan

RVI

in

inRin =

Dimana If =Irin, selama tegangan input tetap konstan maka arus

input atau arus referensi juga akan tetap konstan. Jika tahanan Rf

diganti dengan dioda (gambar 3.6), maka arus yang mengalir

pada dioda adalah:

RVI

in

inD = VVV inDout +=

Gambar 3.6 Modifikasi Rangkaian Sumber Arus Konstan

Tegangan diode saat berada pada suhu ruangan sebesar 0,57 V

maka keluaran op-amp ini adalah:

Vout = Vin + Vdiode

Vout = 2,5 V + 0,57 V

Vout = 3,07 V

Selanjutnya output op-amp2 akan menjadi input (-) pada op-

amp3 merupakan rangkaian penguat selisih, adapun rumus yang

berlaku di penguat selisih yakni:

Dimana R1 = R2 dan R3 = R4 ,diinginkan bahwa pada saat suhu

ruangan, tegangan output Op-amp 3 berkisar antara 0,3 volt.

Sedangkan saat suhu ruangan Vout A2 sebesar 3,07 volt.

Sehingga didapat nilai-nilai sebagai berikut:

( )RRVVV out

2

421-=

( )WW

-=kk

V105607,33,0 2

voltV 01,32 =

Hal tersebut diatas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Selisih

Op-amp4 berfungsi sebagai penguat tak pembalik sederhana

(buffer) maka outputnya akan sama dengan nilai input dari op-

amp3 yaitu 0.32 volt saat sensor berada pada suhu ruangan.

Nilai output akhir dari op-amp masih berupa besaran analog,

sedangkan mikrokontroler hanya dapat memproses data digital,

sehingga diperlukan ADC (Analog to Digital Converter).

2. ADC (Analog to Digital Converter)

ADC0804 dioperasikan pada mode hand shaking. Thermometer

digital yang dibuat memiliki rentang suhu 0ºC sampai dengan

100ºC. Saat suhu ruangan, output sensor berkisar antara 0,30volt-

0,33volt, sedangkan saat suhu mencapai 100ºC, output sensor

akan bernilai 1volt. Agar pembacaan ADC lebih teliti, maka nilai

Vref haruslah setengah dari nilai inputan tertinggi.

VV inref 21

=

voltxV ref 121

=

voltV ref 5,0=

Gambar 3.8 Rangkaian ADC 0804 Mode Hand Shaking

Output dari ADC selanjutnya akan diproses oleh mikrokontroler

AT89S51 dan nilai suhu yang terukur akan tampil pada seven

segment.

3. Perancangan Rangkaian Penampil Suhu (Seven segment)

IC BCD to seven segment digunakan untuk menentukan angka

yang tampil pada seven segment. IC ini berfungsi mengubah data

biner menjadi tampilan pada seven segment. Gambar 3.9

menunjukkan rangkaian seven segment dengan IC 7447.

Gambar 3.9 Rangkaian Seven segment dengan IC 7447

Dari gambar 3.9 diatas dapat dilihat bahwa P1.1 sampai dengan

P1.3 digunakan untuk memberikan cacahan pada IC 7447.

Sedangkan P1.4 sampai dengan P1.6 digunakan untuk

menscanning transistor, dimana transistor ini difungsikan sebagai

saklar untuk memberika Vcc pada masing-masing segmen.

Adapun fungsi dari IC 7447 adalah sebagai decorder input,

dimana input yang berupa 4bit BCD di decorder menjadi seven

segment BCD.

Tabel 3.1 Tabel kebenaran IC 7447

Input 7447 Output 7447Heksa

A B C D a b c d e f g

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0

7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

A 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1

B 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

C 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1

D 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1

E 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1

F 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1

4. Perancangan Modul Penanam Mikrokontroler AT89S51

Gambar 3.10 Rangkaian Modul Penanaman Mikrokontroler

Downloader ini berfungsi untuk menanamkan program pada

mikrokontroler AT89S51, konektor yang digunakan untuk

menanam program adalah konektor DB25 Female (on board).

Sedangkan untuk software yang digunakan untuk mengcompailer

program adalah ASM51 dan untuk menanam programnya

menggunakan software downloader 89Sxx programmer.exe.

3.1.3 Perancangan Software

1. Program ADC Hand Shaking

Adapun alur pemrograman ADC hand shaking dapat dilihat pada

gambar di bawah.

Gambar 3.11 Alur Pemrograman ADC hand shaking

Sedangkan flowchart program ADC hand shaking dapat dilihat

pada gambar 3.12 d bawah ini.

Start

InisialisasiADC CS bit P0.7ADC RD bit P0.6ADC WR bit P0.5ADC INT bit P0.4

ADC CS = 0

A B

Gambar 3.12 Flowchart ADC Hand Shaking

Agar ADC dapat bekerja, CS harus berlogika ‘0’. Ketika WR

berlogika ‘0’, register SAR akan direset, sedangkan ketika sinyal

WR kembali ‘1’, maka proses konversi segera dimulai. Selama

konversi sedang berlangsung, sinyal INTR akan tidak aktif

(berlogika ‘1’), saat konversi selesai ditandai dengan aktifnya

sinyal INTR (logika ‘0’). Ketika sinyal RD dikirimkan data

berlogika ‘0’ maka data hasil konversi akan dikeluarkan. Setelah

proses konversi selesai data hasil konversi disimpan pada

accumulator, begitu seterusnya. Perancangan untuk Tugas Akhir

ini menggunakan mode hand-shaking . Mode ini dipilih karena

akan ada tampilan suhu yang harus dapat dilihat oleh pemakai

alat, sehingga waktu konversi ADC dapat diatur.

2. Program Tampilan

Data hasil konversi yang tersimpan di accumulator akan

dipanggil kembali untuk selanjutnya diproses agar bisa

ditampilkan pada seven segment.

Adapun alur pemrograman agar seven segment dapat

menampilkan nilai suhu yang terukur seperti gambar dibawah ini.

Aktifkan satu segmen

Kirim data

Semua segmensudah aktif?

Start

A B

Gambar 3.13 Alur Pemrograman ADC hand shaking

Proses pengolahan data ini menggunakan system scaning,

gambar 3.12 menunjukkan flowchart program penampil.

START

a← P.3

b = 28

X

a = a/b

X

r1 ← b

orl a, #40h

P.1 ← a

Call tunda

a ← r1 a

b = 3

a = a/b

r1 ← b

orl a,#20h

P.1 ← a

Call tunda

a ← r1

a = a + 1

b = 3

a = a x b

P.1 ← a

Orl a,#10h

Y

Y

STOP

Call tunda

Gambar 3.14 flowchart program penampil

3.2 Lokasi Perancangan

Adapun beberapa tempat penelitian dilakukan yakni, di Lab 1 dan

Workshop 1 Jurusan Teknik Elektro, Kampus Tengah. Di Jln. Sudirman No.43

Singaraja dan di Jln. Bisma Gg Nusa Indah.

3.3 Subyek Penelitian

Subyek penelitian dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah berupa alat

penampil suhu (thermometer) digital berbasis mikrokontroler AT89S51 yang

digunakan untuk mengukur suhu suatu objek.

3.4 Pengumpulan Data

3.4.1 Langkah-langkah Pengujian

Adapun beberapa langkah yang dilakukan untung pengujian dan

pengambilan data alat adalah sebagai berikut:

1. Pengujian rangkaian sensor

a. Mendekatkan sensor ke beberapa obyek yang

mengeluarkan panas.

b. Mengukur tegangan yang dihasilkan op-amp dan mencatat

keluaran sensor.

2. Pengujian rangkaian ADC

a. Menghubungkan rangkaian ADC dengan mikrokontroler

dan menampilkan pada led, sehingga output biner dari

sensor dapat diketahui.

b. Mengamati dan mencatat nilai biner.

3. Pembuatan box untuk pengambilan data

Untuk memudahkan pengambilan data, dibuat box dengan

ukuran 40cm x 30cm x 25cm. Dimana didalam box dipasang 3

buah lampu 60watt, kemudian tegangan lampu tersebut akan

diatur dengan auto trafo agar didapat suatu panas tertentu.

4. Pengujian tampilan

a. Meletakkan sensor, thermometer digital dan thermometer

analog pada satu ruangan berisi lampu, kemudian

mengubah-ubah tegangan ke lampu dengan menggunakan

auto trafo.

b. Mengamati seven segment, membandingkan tampilan

seven segment dengan thermometer digital dan analog

kemudian mencatat data hasil pengamatan.

3.4.2 Instrumen Penelitian

Adapun beberapa instrument yang digunakan dalam pengumpulan data

ini antara lain:

1. Voltmeter Digital

Voltmeter digital digunakan untuk mengukur output op-amp

agar memperoleh suatu nilai yang pasti. Voltmeter digital dapat dilihat

pada gambar 3.15 dibawah ini.

Gambar 3.15 Voltmeter Digital

2. Thermometer Digital

Thermometer Digital digunakan untuk membandingkan data

keluaran seven segment. Thermometer ini memiliki rentang suhu dari

-10°C sampai dengan 70°C dan memiliki delay penampil selama

8detik

Gambar 3.16 Thermometer Digital

3. Thermometer Analog

Agar data yang didapatkan lebih akurat, digunakan juga

thermometer analog sebagai pembanding. Thermometer ini memiliki

rentang suhu dari -10°C sampai dengan 100°C

Gambar 3.17 Thermometer Analog

4. Watt meter

Watt meter digunakan untuk mengukur tegagan output auto trafo,

dimana auto trafo digunakan untuk meberi masukan variable pada

lampu yang digunakan untuk mengambil data.

Gambar 3.18 Wattmeter

3.4.3 Data Hasil Pengamatan

Adapun beberapa data hasil pengamatan, antara lain:

1. Data Tegangan Sensor dan Output Biner ADC

Tabel 3.2 Data Biner Sensor

No Tegangan Sensor(volt) Biner

1 0,35 0 1 0 1 1 0 1 02 0,36 0 1 0 1 1 1 1 03 0,37 0 1 0 1 1 1 1 14 0,38 0 1 1 0 0 0 1 05 0,39 0 1 1 0 0 1 0 06 0,40 0 1 1 0 1 0 0 07 0,41 0 1 1 0 1 0 0 18 0,42 0 1 1 0 1 1 0 09 0,43 0 1 1 0 1 1 1 010 0,44 0 1 1 1 0 0 0 111 0,45 0 1 1 1 0 1 0 012 0,46 0 1 1 1 0 1 1 113 0,47 0 1 1 1 1 0 1 114 0,48 0 1 1 1 1 1 0 115 0,49 0 1 1 1 1 1 1 116 0,50 1 0 0 0 0 0 0 0

17 0,51 1 0 0 0 0 0 1 018 0,52 1 0 0 0 0 1 0 119 0,53 1 0 0 0 0 1 1 120 0,54 1 0 0 0 1 0 1 0

3.5 Analisis Data

Dalam analisa data dibutuhkan data-data yang akurat untuk mendukung

kinerja alat yang dibuat dan membandingkannya dengan data istrumen

sebelumnya, sehingga bisa diketahui kesalahan-kesalahan dan kekurangan yang

ada pada alat.