Kontrol robot lengan pada proses pengecatan menggunakan ...

5 Universitas Kristen Petra

2. TEORI PENUNJANG

Pada bab ini akan dijelaskan dasar-dasar dari komponen-komponen yang

akan digunakan dalam perancangan perangkat keras (hardware) tugas akhir. The

International Standard Organization dalam ISO/TR/8373-2.3 mendefinisikan

robot sebagai berikut:

“A robot is an automatically controlled, reprogrammable multipurpose,

manipulative machine with several reprogrammable axes, which maybe either

fixed in place or mobile for use in industrial automation application. “

Kata kunci dari definisi tersebut adalah reprogrammable dan

multipurpose. Reprogrammable terdiri atas dua hal yaitu:

• Pertama, gerakan robot dikendalikan oleh program yang telah dituliskan

pada dirinya.

• Kedua, programnya dapat dimodifikasi dengan mengganti gerakan lengan

robot secara signifikan.

Sedangkan multipurpose lebih menitikberatkan pada fakta bahwa robot

dapat digunakan untuk berbagai macam pekerjaan. Contohnya, sebuah robot pada

suatu industri diprogram untuk melakukan pengelasan sedangkan pada industri

yang lain robot tersebut digunakan untuk melakukan pekerjaan lain.

Secara garis besar, sistem robot dalam dunia industri terdiri atas The Arm

sebagai komponen mekanik dan The Controls sebagai alat untuk mengontrol

pergerakan dari The Arm. Masing-masing komponen pendukung sistem robot

tersebut akan dijelaskan berikut ini.

2.1. Komponen Mekanik

Untuk mendukung area kerja atau fungsi yang akan dikerjakan sebuah

robot, dibutuhkan beberapa komponen pendukung lainnya. Karena komponen ini

berhubungan erat dengan bidang mekanik, maka dapat disebut juga sebagai

komponen mekanik. Komponen mekanik yang digunakan terdiri atas mechanical

http://www.petra.ac.id

http://digilib.petra.ac.id/index.html

http://digilib.petra.ac.id/help.html

Universitas Kristen Petra

6

arm, gear sebagai komponen transmisi dan end effector sebagai komponen

produksi.

2.1.1. Mechanical Arm (Lengan Mekanik)

Terdapat 6 gerakan mechanical arm atau lengan mekanik yang

digolongkan dalam dua bagian yaitu:

• Position motion meliputi: arm sweep, swivel dan elbow extension. Dengan

menggunakan kombinasi ketiga gerakan tersebut, maka lengan dapat

digerakan ke segala posisi dalam area kerja.

• Orientation, merupakan kombinasi dari roll, pitch dan yaw.

Gambar dari masing-masing pergerakan robot lengan dapat dilihat pada

gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1. Bagian-bagian Gerakan Mekanik pada Robot Lengan

Sumber: Frank D. Petruzella. Industrial Electronics. Singapore: McGraw-Hill Book Company. 1996. p.389.

2.1.2. Roda Gigi (Gear)

Secara umum, penggunaan sistem transmisi pada robot bertujuan untuk

memindahkan pergerakan atau torsi dari suatu penggerak primer ke semua bagian

penggerak sekunder dari robot, seperti pada robot jari, robot lengan dan penjepit

(gripper). Berikut adalah beberapa kegunaan dari gear secara umum:


7

• Dapat mempercepat atau memperlambat kecepatan sudut dengan cara

mengurangi atau menambah torsi-nya, atau sebaliknya.

• Dapat merubah arah perputaran atau sudut perputaran.

• Dapat digunakan untuk mengubah gerakan berputar kebentuk gerakan

linier.

Gambar 2.2. Spur Gears

Spurs gears adalah salah satu jenis komponen transmisi yang sering

digunakan di kehidupan sehari-hari, khususnya pada bidang mekanik. Gear ini

merupakan gabungan dari dua atau lebih gear dengan bentuk yang sama, seperti

ditunjukan pada gambar 2.2. Sedangkan pinion1 merupakan gear dengan ukuran

yang lebih kecil dan biasanya berfungsi sebagai penggerak primer pada sebuah

sistem transmisi.

Gigi-gigi dari masing-masing gear disusun secara paralel sedemikian

rupa, sehingga dapat memindahkan torsi dari penggerak primer ke penggerak lain

sebagai penggerak sekunder. Biasanya gear jenis ini hanya dapat digunakan untuk

menggerakan atau mengangkat beban yang tidak terlalu berat. Gear yang disusun

bertumpuk bisa berfungsi memperlambat kecepatan sudut, sekaligus memperkuat

torsi pada kecepatan sudut yang sama. Berikut adalah persamaan dari dua buah

gear pada gambar di atas.

1 David W. South, Richard H. Evert. Encyclopedic Dictionary Of Gears And Gearing. New York: McGraw-Hill. 1995, p.249.

Spurs (B)

Pinion (A)


8

ASudut Kecepatan BSudut Kecepatan

B GigiJumlah A GigiJumlah

B KelilingA Keliling

==

2.1.3. End Effector (Peralatan atau Perkakas Produksi)

Jika lengan mekanik digunakan secara tersendiri, maka lengan mekanik

tersebut tidak akan memiliki kemampuan produksi. Tetapi, apabila lengan

mekanik tersebut ditambahkan suatu end effector atau peralatan produksi, maka

sistem yang dibuat akan menjadi lebih efektif. End effector untuk mengerjakan

suatu proses sering dipasang pada tempat perkakas yang umumnya terdapat pada

ujung lengan mekanik.

End effector pada robot, saat ini dapat diklasifikasikan dalam 3 cara, yaitu:

• Berdasarkan metode yang digunakan untuk memegang. Contohnya adalah

peralatan memegang (gripping mechanism) seperti mechanical pressure

gripper, perkakas yang menggunakan vacuum untuk memegang atau

mengangkat, biasanya sering digunakan pada proses perakitan otomotif,

dan peralatan magnetis.

• Berdasarkan fungsi khusus yang tergabung dalam desain gripper.

Contohnya adalah perkakas kerja yang meliputi bor, peralatan mengelas,

torches, penyemprot cat, dan gerinda.

• Berdasarkan sifat multifungsinya. Sebagai contoh adalah sebuah robot

dengan perkakas khusus dapat mengangkat kotak yang disegel dan

membukanya untuk diisi.

2.2. Komponen Elektronik

Pada bagian berikut akan dijelaskan beberapa komponen elektronik yang

nantinya, masing-masing komponen tersebut terintegrasi menjadi sebuah sistem,

dimana sistem ini berfungsi untuk mengontrol pergerakan masing-masing sendi

pada lengan mekanik.

2.2.1. Electric Drivemotors

Pada umumnya, pergerakan sendi pada masing-masing bagian dari lengan

mekanik dikendalikan oleh tiga jenis peralatan penggerak yaitu: electric


9

drivemotors, pneumatic devices dan hydraulic actuators. Pada alat tugas akhir ini

jenis peralatan penggerak yang digunakan adalah jenis electric drivemotors, yaitu

berupa motor DC (arus listrik searah). Berikut ini akan di jelaskan bagaimana

prinsip kerja dari sebuah motor DC.

Motor DC adalah suatu mesin listrik yang berfungsi mengubah tenaga

listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Tenaga mekanik

yang dihasilkan tersebut merupakan putaran dari pada rotor atau armature.

Gambar 2.3. Kaidah Tangan Kiri

Sumber: Drs. Sumanto. Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset. 1984, p.108.

Jika sebuah kawat yang dialiri arus DC ditempatkan pada suatu medan

magnet atau terletak di antara kutub utara dan selatan dari magnet permanen,

maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakan kawat tersebut.

Arah gerak dari kawat tersebut dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri seperti

pada gambar 2.3, yang berbunyi: “Apabila tangan kiri dengan posisi terbuka

(seperti pada gambar) diletakan di antara kutub utara dan selatan dari magnet

permanen, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus

telapak tangan dan arus di dalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari,

maka kawat tersebut akan mendapatkan gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu

jari”. Besarnya gaya tersebut adalah:

l××= IBF (2.1)2

Dimana; F : Gaya (Newton)

2 Drs Sumanto. Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset. 1984, p.108.


10

B : Kepadatan flux magnet (Webber)

I : Arus listrik (Ampere)

ℓ : Panjang kawat penghantar (Meter)

Gambar 2.4(a). Proses Pergerakan Armature Pada Motor DC

Sumber: Frank D. Petruzella. Industrial Electronics. Singapore: McGraw-Hill Book Company. 1996, p.183.

Pada gambar 2.4 (a) di atas terlihat bahwa arus DC mengalir dari sumber

tegangan DC melalui kumparan rotor (armature coil), sehingga menyebabkan

rotor berfungsi sebagai magnet buatan. Masing-masing kutub magnet yang

dihasilkan dari magnet permanen dan rotor saling berlawanan. Hal ini

menyebabkan timbulnya gaya tarik-menarik pada masing-masing kutub magnet

tersebut, sehingga rotor bergerak searah jarum jam.

Gambar 2.4(b). Proses Pergerakan Armature Pada Motor DC



11

Pada saat posisi rotor sejajar dengan magnet permanen dan masing-

masing komutatornya (comutator brush) tidak terhubung pada sumber tegangan,

dikarenakan adanya jarak (gap) antara komutator satu dengan yang lain. Dengan

kata lain arus tidak mengalir pada kawat seperti terlihat pada gambar 2.4 (b).

Maka pada saat ini rotor akan bersifat netral.

Gambar 2.4(c). Proses Pergerakan Armature Pada Motor DC


Ketika rotor mulai bergerak sedikit seperti terlihat pada gambar 2.4 (c)

dan komutator terhubung dengan sumber tegangan yang arah aliran arus listriknya

berlawanan dengan posisi semula. Keadaan tersebut menyebabkan rotor berfungsi

sebagai magnet buatan kembali, dimana posisi masing-masing kutub magnetnya

sejenis dengan kutub magnet dari magnet permanen. Hal tersebut menyebabkan

timbul gaya tolak-menolak pada masing-masing kutub magnet tersebut dan

membuat rotor berputar kembali searah jarum jam. Jadi arah pergerakan sebuah

rotor akan bergantung pada arah dari arus yang diberikan pada kumparan rotor

tersebut.

Gambar 2.5. Torsi yang Dihasilkan Oleh Motor DC



12

Karena gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak antara kutub-kutub

magnet dari rotor dan magnet permanen inilah, menyebabkan timbul torsi pada

rotor yang arahnya seperti ditunjukan pada gambar 2.5. Agar didapatkan torsi

yang terus-menerus, biasanya rotor pada sebuah motor DC terdiri atas kumparan

dan komutator yang banyak. Besarnya torsi pada rotor dalam satuan dyne-cm

ditunjukan pada persamaan berikut.

ϕπ

××= aIZa

PT20

(2.2)3

Dimana; T : Torsi (dyne-cm)

P : jumlah kutub

a : jumlah cabang paralel lilitan armature

Z : jumlah lilitan kawat penghantar

Ia : arus listrik pada armature (Ampere)

φ : flux magnet yang melewati armature

Sebuah motor DC akan memiliki besar daya mekanik maksimal ketika

mencapai setengah dari besar torsi maksimum dan setengah dari kecepatan

sudutnya. Berikut ini akan ditunjukan grafik hubungan antara torsi, kecepatan

sudut dan daya dari motor DC, sedangkan daya mekanik maksimum dari motor

DC dapat juga dituliskan dengan persamaan 2.4.

maxmaxmax 41 ω×= TPm (2.4)4

3 Drs Sumanto. Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset. 1984, p.112. 4 Dennis Clarck, Michael Owings. Building Robot Drive Trains.Robot DNA Series. New York:

McGraw-Hill Book Company. 2003, p.32.


13

Gambar 2.6. Grafik Hubungan antara Torsi, Kecepatan Sudut dan Daya pada

sebuah Motor DC

Sumber: Dennis Clark, Michael Owings. Building Robot Drive Trains. Robot DNA Series. New York: McGraw-Hill Book Company. 2003, p.32.

2.2.2. Operational Amplifier (Op-amp)

Operational amplifier atau biasa disebut dengan Op-amp adalah

komponen IC, dimana banyak transistor digabungkan dalam satu kristal

semikonduktor. Rangkaian Op-amp dalam IC modern merupakan pendekatan

yang baik untuk sifat Op-amp yang ideal. Sifat dari suatu Op-amp yang ideal

adalah sebagai berikut:

• Penguatan Op-amp tak berhingga.

• Tidak ada arus yang masuk atau keluar dari masukannya, berarti

resistifitas masukan RI = ∞.

• Resistifitas keluaran sebesar RO = 0 (nol).

• Tegangan output hanya tergantung dari selisih tegangan input dan tidak

tergantung dari potensial bersama pada kedua input-nya.

Sebuah Op-amp merupakan suatu penguat deferensial dengan penguatan

yang tak berhingga, sedangkan sebuah penguat deferensial adalah suatu penguat

yang memiliki dua input tegangan dan satu output tegangan yang bergantung dari

perbedaan potensial antara kedua input-nya tersebut. Sehingga dapat ditulis

dengan rumus sebagai berikut:

Max Motor Velocity 0

Max

Min

Torque Power


14

( )AVVV 2 INPUT1 INPUTOUT −= (2.5)5

Di mana A adalah faktor penguatan, karena penguatan dari Op-amp tak

berhingga maka persamaan tersebut diatas dapat juga ditulis sebagai berikut:

( )∞−= 2 INPUT1 INPUTOUT VVV (2.6)6

Dari persamaan (2.6) di atas dapat dilihat bahwa besar dari output menjadi

positif tak berhingga, ketika input1 lebih besar dari input2. Ketika input1 lebih kecil

dari input2, besar output-nya menjadi negatif tak berhingga. Berarti ketika input2

tinggi output-nya menjadi rendah. Oleh karena itu input2 disebut juga dengan

inverting input, dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan tanda negatif

(minus). Ketika input1 tinggi output-nya menjadi tinggi. Sebab itu juga input1

disebut juga sebagai non-inverting input dan dalam skema rangkaian biasanya

ditandai dengan tanda positif (+). Tetapi dalam kenyataannya nilai tegangan

output dari sebuah Op-amp adalah terbatas seperti diperlihatkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Grafik Hubungan antara Masukan dan Keluaran pada Op-amp Ideal

Sumber: Richard Blocher. Dasar Elektronika. Yogyakarta: Andi Offset. 2003, p.158.

Dan persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:

( )∞−= + -ININOUT VVV (2.7)7

5 Richard Blocher. Dasar Elektronika, Yogyakarta: Andi Offset. 2003, p.157. 6 Ibid, p.157 7 Ibid, p.158


15

Dengan kata lain, ketika +INV lebih besar dari pada −

INV , tegangan output-nya

sebesar VMAX. Ketika +INV lebih kecil dari pada −

INV , maka tegangan output-nya

sebesar VMIN.

Umumnya, Op-amp bekerja dengan dual supply, yaitu supply positif (+V)

dan supply negatif (-V). Sedangkan untuk besar tegangan output maksimal sedikit

di bawah nilai supply positif dan tegangan output minimal sedikit di atas nilai

supply negatif. Lambang dari sebuah Op-amp dalam skema rangkaian dapat

dilihat pada gambar 2.8 di bawah ini.

Gambar 2.8. Simbol Skematik Op-amp Ideal

Sumber: Robert F, Coughlin Frederick F, Driscoll. Operational Amplifier and Linier Integrated Circuit. New Jersey: Prentice Hall Company. 1991, p.15.

Karena Op-amp idealnya memiliki penguatan yang tidak terhingga, maka

setiap perubahan tegangan kecil saja dari input akan dihasilkan perubahan yang

cukup besar pada output-nya. Hal ini menjadikan Op-amp tidak stabil dan

penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Agar Op-amp dapat dirangkai

menjadi suatu aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite), maka

penguatannya harus dikurangi dengan jalan mengumpan balikan beberapa sinyal

output pada input inverting dari Op-amp yang biasa disebut dengan umpan balik

negatif (negative feedback).

Terdapat dua aturan penting dalam melakukan analisa terhadap rangkaian

Op-amp yang berdasarkan karakteristik Op-amp ideal. Kedua aturan tersebut

adalah.


16

a) Perbedaan tegangan antara input non inverting ( +INV ) dan input inverting

( −INV ) adalah nol ( +

INV - −INV = 0, sehingga +

INV = −INV ).

b) Arus pada input Op-amp adalah nol ( +INI = −

INI = 0).

2.2.2.1. Rangkaian Dasar Inverting amplifier

Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.9, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Sesuai

dengan namanya, maka polaritas keluaran dari rangkaian penguat inverting ini

akan selalu berbalikan dengan input-nya.

Gambar 2.9. Rangkaian Dasar Penguat Linier Inverting

Sumber: Richard Blocher. Dasar Elektronika. Yogyakarta: Andi Offset. 2003, p.158.

Kaki input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan dengan ground,

sehingga potensialnya sama dengan nol atau A = 0. Input rangkaian (D) dan input

inverting dari Op-amp (B) tersambung melalui sebuah resistor R1, input inverting

(B) dan output dari Op-amp (C) terhubung melalui resistor R2. Dengan meninjau

aturan pertama Op-amp ideal, maka akan dipenuhi +INV - −

INV = 0 atau A – B = 0.

Karena nilai B = 0 dan pin input inverting tidak terhubung langsung ke

ground, maka input inverting pada rangkaian ini dinamakan virtual ground.

Dengan demikian maka dapat dihitung tegangan pada R1 adalah:

0VVVVV

1R

1R

−=−=

in

Bin


17

inR VV 1 = (2.8)

Tegangan pada R2 adalah:

0VVVVV

out2R

out2R

−=−= B

CVV 2R = (2.9)

Kemudian dengan menggunakan aturan kedua, diketahui bahwa:

0==+

−

−

iiii outin (3.0)

Dengan cara mensubtitusikan persamaan (2.8), persamaan (2.9) dan

persamaan (3.0) tersebut di atas, maka akan didapatkan persamaan baru sebagai

berikut:

−=

=+

=+ −

1

in

2

out

2

out

1

in

outin

RV

RV

0RV

RV

iii

−=

1

2

in

out

RR

VV

(3.1) 8

Jika penguatan G didefinisikan sebagai besar penguatan close loop atau

perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis

bahwa:

−==

1

2

RR

VinVoutG

Impedansi rangkaian inverting didefinisikan sebagai impedansi input dari

sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini

diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini adalah ZIN = R1.

2.2.3. Dasar Konversi Analog ke Digital

Dalam dunia elektronika dikenal dua jenis rangkaian untuk menjembatani

dunia analog dan digital, jenis pertama dikenal dengan rangkaian konversi sinyal

8 Aswan Hamonangan. Analisa rangkaian Op-amp popular. August 23. 2005, p.3. <http://www.electroniclab.com/labanalog/opamp2.html>


18

digital ke sinyal analog atau sering disebut dengan Digital to Analog Converter

(DAC) dan yang kedua adalah rangkaian konversi sinyal analog ke sinyal digital

yang dikenal sebagai Analog to Digital Converter (ADC).

Ketelitian IC DAC ataupun ADC tergantung pada berapa bit sinyal digital

yang diharapkan, yang paling umum dipakai adalah 8-bit sinyal digital. Dengan 8-

bit sinyal digital, sebuah IC DAC dapat membangkitkan tegangan dengan 256

tingkatan. Misalnya tegangan maksimum yang ingin dibangkitkan sebesar 2,55

VDC, maka sebuah IC DAC dapat membangkitkan tegangan 0 sampai dengan 2,55

VDC dengan kenaikan setiap 0,01 VDC. Dengan kata lain input biner bernilai 01B

pada kaki input DAC akan membangkitkan tegangan sebesar 0,01 VDC, biner 10B

membangkitkan tegangan sebesar 0,02 VDC dan seterusnya, sampai FFH (255)

menghasilkan 2,55 VDC.

Begitu pula sebaliknya tegangan 0 sampai dengan 2,55 VDC akan diskala

oleh IC ADC menjadi besaran digital 00H sampai FFH (255). IC ADC yang

banyak dipakai dan mudah ditemui di pasaran Surabaya adalah jenis ADC0801,

ADC0802, ADC0804, ADC0808, ADC 0809 dengan resolusi output sebesar 8-bit

dan masih banyak lagi yang lainnya.

2.2.3.1.Gambaran umum

ADC0808 adalah IC yang dapat mengkonversi sinyal analog ke bentuk

sinyal digital atau Analog to Digital Converter (ADC) yang memiliki jumlah

input analog sebanyak 8 channel dengan resolusi perubahan sebesar 8-bit, dan

berikut adalah beberapa kelebihan dari IC ADC0808:

• Kompatibel dengan semua jenis microprocessor ataupun mikrokontroler.

• Memiliki input analog sebanyak 8 channel yang dapat dipilih melalui

multiplexer address register.

• Resolusi konversi sebesar 8-bit atau sama dengan 255 perubahan.

• Batas tegangan input yang dapat dikonversi pada setiap channel-nya antara

0 sampai dengan +5 VDC.

• Output sesuai dengan spesifikasi level tegangan Transistor-transistor

Logic (TTL).


19

ADC0808 adalah IC pengubah tegangan analog menjadi digital dengan

masukan berupa 8 channel input yang dapat dipilih. IC ADC0808 dapat

melakukan proses konversi secara terkontrol ataupun free running. Proses

konversi secara terkontrol merupakan sebuah proses konversi perubahan tegangan

dari analog ke digital berdasarkan perintah dari mikrokontroler (digunakan pada

tugas akhir ini).

2.2.3.2. Metode Successive Approximation Register (SAR).

Metode yang digunakan untuk mengkonversi data analog ke bentuk

data digital pada IC ADC0808 adalah metode Successive Approximation Register

(SAR) atau biasa disebut dengan teknik pendekatan beruntun.

Prinsip dasar dari metode ini adalah pertama, membangkitkan suatu

taksiran awal terhadap nilai input pada saat ini. MSB dari taksiran awal di-switch

‘on’ (10000000B), mengubahnya menjadi sinyal analog dan kemudian

membandingkannya dengan input tegangan yang akan dikonversi.

Jika input tegangan konversi lebih besar dari tegangan taksiran, maka bit

MSB dibiarkan (tetap di-switch ‘on’) dan bit berikutnya di-switch ‘on’, sehingga

data menjadi (11000000B). Data 8-bit tersebut akan dirubah menjadi tegangan

analog dan akan menjadi taksiran awal berikutnya, yang nantinya dibandingkan

kembali dengan tegangan analog yang akan dikonversi.

Jika input tegangan konversi lebih kecil atau sama dengan tegangan

taksiran, maka bit saat ini di-switch ‘off’ dan bit berikutnya di-switch ‘on’,

sehingga data menjadi (10100000B). Data 8-bit tersebut akan dirubah menjadi

tegangan analog dan akan menjadi taksiran awal berikutnya, yang nantinya

dibandingkan kembali dengan tegangan analog yang akan dikonversi.

Dengan kata lain, bilamana input tegangan yang akan dikonversi lebih

besar dari tegangan taksiran, maka bit saat ini dibiarkan tetap ‘1’ dan dicoba bit

berikutnya. Jika bit saat ini tidak lebih besar, maka bit sekarang dibuat ‘0’ dan

dicoba bit berikutnya. Algoritma dari metode teknik pendekatan beruntun ini

dapat dilihat pada gambar 2.10.


20

Gambar 2.10. Algoritma Teknik Pendekatan Beruntun ADC

Sumber: Ir. Sofyan H. Nasution, M.Sc. Teknik Perantaraan Mikroprosesor. Jakarta: Erlangga. 1988, p.214.

2.2.3.3.Cara kerja ADC0808

Proses konversi dilakukan ketika pin START dan ALE diberikan logic

‘high’. Hasil konversi dikirimkan ke Tri State Output Latch Buffer yang

kompatibel dengan level TTL, yaitu sebuah buffer penahan yang bersifat tiga

tingkat.

Tingkat pertama terjadi pada saat data hasil konversi masuk ke input dari

bagian ini. Tingkat kedua saat data tersebut di latch (otomatis) ke dalam buffer

internalnya, dan tingkat ketiga saat pin Output Enable (OE) diberikan logic ‘high’,

sehingga data yang ada dalam buffer internal dikirim ke bagian output (D0-D7).

Selama kaki OE masih ber-logic ‘low’, maka jalur output (D0-D7) bersifat

high impedance (impedansi tinggi), sehingga jalur ini masih dapat digunakan oleh

komponen lain yang mempunyai kemampuan akses dengan menggunakan sistem

bus.


21

Gambar 2.11. Blok Diagram ADC0808

Sumber: National Semiconductor. ADC0808/ADC0809 8-bit Compatible A/D Converters with 8-Channel Multiplexer. 1999, p.1. <http://www.national.com/ds.cgi/da/adc0808.pdf>

Input analog sebanyak 8 channel pada ADC0808 secara selektif akan diset

‘on’, sesuai dengan data yang di latch kedalam 3-bit multiplexer address register

yaitu pada pin ADD A, ADD B dan ADD C. Tabel 2.1 berikut akan menunjukan

pemilihan channel input pada ADC0808.

Tabel 2.1. Channel input ADC0808



22

Berikut ini akan ditunjukan timing diagram dari kerja ADC0808 yang

terjadi pada setiap kaki pin dari IC ADC0808.

Gambar 2.12. Timing Diagram ADC0808


Pada timing diagram di atas, tampak proses konversi mulai terjadi saat

sinyal ALE dan START ber-logic ’high’. Sinyal analog pada masing-masing

channel sesuai yang ditunjuk berdasarkan pin ADD A, ADD B dan ADD C akan

dikonversi menjadi 8-bit sinyal digital. Proses konversi akan berakhir pada saat

pin EOC berubah dari logic low ke logic high. Data hasil konversi akan muncul di

data bus (D0-D7) pada saat pin OE ber-logic high.

2.2.4. Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan kombinasi dari Central Processing Unit

(CPU), memori dan input/output (I/O) dalam sebuah level chip, sehingga

membentuk suatu sistem minimum sederhana dalam sebuah Integrated Circuit

(IC).


23

Mikrokontroler AT89C51 adalah mikrokontroler yang diproduksi oleh

ATMEL, dengan 4 Kbyte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read

Only Memory). AT89C51 merupakan memori yang menggunakan teknologi

nonvolatile memori, dimana isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus

berkali-kali. Berikut adalah beberapa kemampuan-kemampuan dari

mikrokontroler AT89C51.

• CPU 8-bit yang compatible dengan keluarga MCS-51.

• 4 kbyte Sistem Reprogrammable Flash Memory dengan ketahanan 1000

kali ditulis dan dihapus.

• Dapat bekerja pada frekuensi 0-24 MHz.

• Random Access Memory (RAM) internal 128 x 8-bit.

• Memiliki 32 pin I/O yang programmable.

• Dua buah timer/counter 16-bit.

• Enam buah jalur interupsi (3 interupsi eksternal dan 3 interupsi internal).

• Sebuah port serial yang programmable.

• Kecepatan pelaksanaan intruksi per-siklus sama dengan satu mikrodetik,

pada frekuensi clock 12 MHz.

2.2.4.1.Deskripsi Pin AT89C51

Mikrokontroler memiliki blok diagram seperti yang terlihat pada gambar

berikut ini.

Gambar 2.13. Blok Diagram AT89C51

Sumber: STTS. Pengetahuan Dasar AT89Cx051 Bagian I. October 20. 1999, p.2. <http://www.sttsedu.ac.id/budhisutanto/mcs51/tutorial.html>


24

Seperti gambar di atas, di dalam IC mikrokontroler AT89C51 selain

Central Processing Unit (CPU) juga terintegrasi didalamnya:

a) Random Access Memory (RAM) sebesar 128-byte. RAM merupakan

tempat menyimpan sementara yang akan terhapus jika sistem

mikrokontroler dimatikan.

b) Read Only Memory (ROM) sebesar 4 Kbyte. ROM ini berisikan program-

program yang akan dijalankan oleh mikrokontroler. ROM hanya bisa

dibaca tidak dapat ditulis pada saat eksekusi program. Mikrokontroler

menggunakan jenis Electric Erasable Programmable ROM (EEPROM)

dapat dihapus dengan memberikan tegangan +5 VDC selama beberapa saat

pada pin tertentu.

c) Timer Register sebanyak dua buah yaitu timer 0 dan timer 1 yang masing-

masing memiliki kapasitas 16-bit, register ini digunakan sebagai:

• Delay atau waktu jeda, delay memberikan waktu kepada sebuah

piranti I/O yang dikontrolnya untuk bekerja selama rentang waktu

tertentu.

d) Port Input/Output (I/O), mikrokontroler mempunyai 4 buah port 8-bit

yang dapat dikontrol sebagai I/O yaitu port P0, P1, P2 dan P3. Tetapi

setiap port memiliki fungsi yang berbeda.

• Port P0, mempunyai fungsi sebagai port data dan alamat. Jika

mikrokontroler sedang mengakses alamat, maka port P0 aktif

sebagai pembawa lower address 8-bit (A0-A7). Ketika mengakses

data (bisa input maupun output) port P0 akan berfungsi sebagai

jalur data atau data bus (D0-D7).

• Port P1 tidak memiliki fungsi lainnya selain sebagai port I/O

sehingga port ini sering digunakan untuk mengontrol piranti lain

pada sistem antar muka.

• Port P2 berfungsi sebagai pembawa upper address 8-bit (A8-A15).

Berbeda dengan port P0, port ini tidak bersifat sebagai jalur data

hanya sebagai pembawa alamat. Dengan demikian jelas bahwa

untuk alamat AT89C51 menyediakan 16-bit jalur alamat dan 8-bit

untuk jalur data.


25

• Port P3 selain sebagai port I/O juga memiliki fungsi khusus pada

setiap pin-nya. Tabel 2.2 berikut ini akan memperlihatkan fungsi-

fungsi special dari port P3 pada mikrokontroler AT89C51.

Tabel 2.2. Fungsi Alternatif Port P3

Sumber: Atmel Corporation. 8-bit Microcontroller with 4K Bytes Flash AT89C51. July 22. 2000, p.2. <http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2487.pdf>

e) Sepasang port serial yaitu pin transmitter (Tx) dan receiver (Rx) berfungsi

untuk komunikasi serial dengan CPU lain (pin P3.0 dan pin P3.1).

f) Jalur kontrol, sebagai mikrokontroler yang berorientasi kontrol, AT89C51

memiliki pin yang berfungsi secara khusus untuk mengontrol piranti lain

dan untuk melakukan sebuah eksekusi atau mengakses data. Jalur tersebut

terdiri atas:

• PSEN (Program Store Enable) digunakan untuk mengakses

eksternal program memori. Umumnya dihubungkan dengan pin

output enable pada eksternal memori. PSEN akan bernilai ‘low’

pada saat pembacaan program dari eksternal memori dan akan

bernilai ‘high’ pada saat pembacaan program dari internal memori.

• ALE (Address Latch Enable) berfungsi sebagai demultiplexer

(Demux) pada saat port P0 bekerja sebagai multiplexed

address/data bus. Pada paruh pertama memori cycle, pin ALE

mengeluarkan sinyal latch yang menahan alamat ke register

eksternal. Pada paruh kedua memori cycle port P0 akan digunakan

sebagai data bus.


26

• EA (Enable Access) digunakan sebagai input kontrol, jika EA

benilai ‘low’ (dihubungkan ke ground) maka program akan

dijalankan dari eksternal program memori. Jika EA bernilai ‘high’

(dihubungkan pada VCC +5 volt) maka program akan dijalankan

dari internal program memori terlebih dahulu.

• RST (Reset) digunakan sebagai input untuk melakukan reset

terhadap AT89C51. Jika pin RST bernilai ‘high’ selama minimal 2

machine cycle, maka nilai internal register akan dikembalikan

seperti keadaan awal pada saat mikrokontroler mulai bekerja.

g) Oscillator on-chip AT89C51 terdiri dari dua pin XTAL1 dan XTAL2

merupakan input dan output untuk komponen crystal yang berfungsi

sebagai pembangkit pulsa, dimana pulsa ini penting dalam menentukan

siklus mesin dari mikrokontroler.

2.2.4.2.Memori AT89C51

Memori pada intinya berfungsi untuk ‘mengingat’ atau menyimpan suatu

informasi. Memori sangat penting bagi sistem MCS-51 karena semua program

dan data tersimpan dalam memori. Semakin besar kapasitas memori yang

dimiliki, sistem dapat mengakomodasi program yang lebih kompleks dan data

yang lebih banyak. Pada dasarnya memori pada AT89C51 dibagi menjadi dua

yaitu data memori dan program memori, pembagian dua memori ini bertujuan

agar proses kerja dari mikrokontroler dapat lebih cepat.

Semua mikrokontroler dalam keluarga MCS-51 memiliki pembagian

ruangan alamat untuk program dan data. Pemisahan memori data dan memori

program ini memperbolehkan memori data untuk diakses oleh alamat 8-bit.

Sekalipun demikian, alamat data memori 16-bit dapat dihasilkan melalui register

Data Pointer Register (DPTR). DPTR adalah suatu register untuk mengakses

suatu alamat eksternal (komponen diluar AT89C51) dengan lebar 16-bit.

Untuk memori program pada AT89C51, sudah terintegrasi di dalamnya

dan gambar berikut memperlihatkan denah dari memori program mikrokontroler

AT89C51.


27

Gambar 2.14. Peta Memori Program


RAM dalam mikrokontroler AT89C51 terintegrasi di dalamnya

mempunyai kapasitas 256-byte. Internal data memori memuat empat buah register

banks yang biasa digunakan sebagai alamat, untuk menampung delapan register

yang masing-masing memiliki lebar 1-byte yang diberi nama R0-R7.

Memori data umum atau General Purpose RAM biasa digunakan sebagai

tempat menyimpan variable atau sebagai alamat inisialisasi stack pointer, memori

ini hanya dapat diakses per-byte. Pembagian internal data memori pada AT89C51

dapat dilihat pada gambar di bawah berikut ini.


28

Gambar 2.15. Pembagian Internal Data Memori


Untuk memori umum internal beralamat dari 30H - 7FH. Sedangkan

untuk register dengan fungsi khusus atau yang biasa disebut dengan Special

Function Register (SFR) beralamat 80H – FFH, alamat tersebut mencakup alamat

port, accumulator, register B, timer, dan sejumlah register kontrol. Beberapa SFR

hanya dapat diakses per-byte, tetapi beberapa SFR juga dapat diakses per-bit (bit-

addressable). Pembagian alamat dari Special Function Register (SFR) dapat

dilihat pada gambar berikut.


29

Gambar 2.16. Pembagian Alamat Pada Special Function Register (SFR)


2.2.5. Liquid Crystal Display (LCD)

LCD adalah salah satu komponen elektronik yang dapat digunakan untuk

menampilkan suatu bentuk tampilan (huruf, angka dan karakter lain yang dapat

kita bentuk sendiri). Kontrol LCD dilakukan melalui register 8-bit, ada dua

macam yaitu IR (Instruction Register) dan DR (Data Register). Kedua register itu

dapat dipilih melalui pin RS (Register Select).


30

Tabel 2.3. Nomor Pin dan Simbol LCD

No Simbol Level Fungsi

1 Vss - Power supply 0V (GND)

2 Vcc - Power supply 5V± 10%

3 Vcc - Power supply LCD drive

4 RS H/L H = Data input

L = Instruction input

5 R/W H/ H = READ ; L = WRITE

6 E H/L Chip Enable Signal

7 DB0 H/L Data bus

8 DB1 H/L Data bus

9 DB2 H/L Data bus

10 DB3 H/L Data bus

11 DB4 H/L Data bus

12 DB5 H/L Data bus

13 DB6 H/L Data bus

14 DB7 H/L Data bus

15 V+BL - Back Light 4 – 4,2V ,

50-200mA

16 V-BL - Back Light 0V (GND)

Sumber: Seiko Corporation. Liquid Crystal Display Module M1632 User Manual. Japan: Seiko Instruments Inc. 1987, p.5. Dalam penggunaannya, LCD juga mengenal berbagai macam instruksi

(seperti: Display Clear, Cursor Shift, Blink, dan sebagainya) untuk menangani

masalah tampilannya. Instruksi-instruksi tersebut dapat diberikan oleh

mikrokontroler pada LCD melalui register IR.

Data yang diterima oleh LCD adalah data sesuai karakter ASCII dan

ditambah dengan karakter-karakter khusus yang tersedia dalam LCD. Tersedia

juga 8 alamat RAM yang dapat dipakai untuk membuat karakter sendiri. Untuk

membaca dan menulis instruksi atau data ke atau dari LCD, mikrokontroler harus

menyesuaikan dengan timing characteristic seperti yang terlihat pada gambar

berikut ini.


31

Gambar 2.17. Timing Diagram Untuk Proses Penulisan ke LCD

Sumber: Seiko Corporation. Liquid Crystal Display Module M1632 User Manual. Japan: Seiko Instruments Inc. 1987, p.14.

Gambar 2.18. Timing Diagram Untuk Proses Pembacaan dari LCD

Sumber: Seiko Corporation. Liquid Crystal Display Module M1632 User Manual. Japan: Seiko Instruments Inc. 1987, p.15.

Kontrol robot lengan pada proses pengecatan menggunakan ...

Documents