Makalah Seminar TA1

APLIKASI DEVICE I2C BUS SEBAGAI INTERFACEDENGAN IBM PC-AT DALAM SISTEM

PROGRAMMABLE POWER SUPPLY

Oleh : Hadi Supriyadi

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Dengan perkembangan teknologi yang begitu pesat pada saat ini, jasa komputer

semakin banyak dibutuhkan diberbagai bidang, yang meliputi bidang

instrumentasi, komunikasi, informatika, hiburan, industri, militer, perkantoran,

perbankan, perdagangan, kedokteran, pendidikan, transportasi, dan lain

sebagainya.

Untuk keperluan peralatan tersebut diatas, fungsi komputer saat ini banyak

ditentukan oleh pengembangan teknik interface, selain pengembangan perangkat

lunaknya, sehingga teknik interface merupakan bidang yang penting dalam

perkembangan fungsi mikrokomputer.

Fungsi interface dalam suatu komputer adalah sebagai penterjemah komunikasi

antara komputer dengan peralatan input/output. Dengan suatu interface,

komputer akan mampu berkomunikasi dengan peralatan yang lainnya untuk

saling transfer data. Jadi suatu interface dapat diartikan sebagai suatu acuan yang

akan menjembatani dua set perangkat sehingga mampu saling mengirim

informasi. Perangkat-perangkat tersebut dapat berupa disk drive, cassette player,

printer, modem, radio dan yang lainnya.

Dengan semakin banyaknya jenis komponen dan mengingat pentingnya

perkembangan teknik interface ini, maka direalisasikanlah satu contoh alat

berupa interface yang berfungsi sebagai pengendali dalam sistem Programmable

Power Supply dimana komponen utama yang digunakan dalam teknik interface

ini adalah device I2C bus yang merupakan produksi dari Philips Semiconduktor

Inc.

Salah satu alasan dan dasar pemilihan objek dalam tugas akhir ini adalah :

Makalah Seminar 2

· karena power supply merupakan peralatan yang sangat vital dalam bidang

elektronika dimana berfungsi memberi suplai daya yang dibutuhkan oleh

peralatan elektronika. Selain itu peralatan elektronika pada umumnya

memiliki tegangan catu yang berbeda-beda, sehingga diperlukan suatu

power supply yang bersifat variable, dan untuk mempermudah pengguna

dibuat suatu sistem programmable power supply.

· Rangkaian power supply yang dirancang memenuhi syarat untuk dikendalikan

oleh interface yang direalisasikan sehingga dapat diolah secara langsung oleh

IBM PC-AT.

Proses pengolahan tersebut dibantu dengan suatu perangkat lunak (software)

selain perangkat keras (hardware). Adapun software yang dipakai untuk

mengendalikan interface ini adalah Turbo Pascal 7.0, karena bahasa ini cukup

fleksibel dan memenuhi syarat pembuatan program pengendali untuk sistem ini.

Program ini dapat melakukan fungsi-fungsi yang mirip dengan bahasa low level

(Assembler) tetapi secara high level language.

1.2 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah mengaplikasikan device I2C bus sebagai

interface dengan IMB PC-AT dalam bentuk perangkat keras berupa antarmuka

dan perangkat lunak pengendali device I2C bus, dimana interface ini berfungsi

sebagai pengendali dalam sistem programmable power supply. dengan harapan

agar teknik interface serta penggunaan device I2C bus tersebut dapat digunakan

dan dikembangkan untuk keperluan lainnya dimasa yang akan datang.

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk merealisasikan alat yang telah dikemukakan pada pembahasan latar

belakang dan tujuan tugas akhir ini, maka alat yang dibuat akan dibatasi oleh

beberapa hal seperti dibawah ini:

· Penggunaan device I2C bus dalam hal ini diaplikasikan sebagai interface

dalam sistem Programmable Power Supply yang dihubungkan dan

dikontrol melalui IBM PC-AT. Device yang digunakan pada unit ini adalah

ADC,DAC dan I/O meliputi :

· PCF8574A (Remote 8-Bit I/O Expander For I C2 bus)

· PCF8591 (8-Bit A/D and D/A converter)

Makalah Seminar 3

· TDA8444(Octuple 6-Bit DAC with I2C bus)

· Dalam Sistem Programmable Power Supply ini, rangkaian power supply

termasuk dalam perancangan yang direalisasikan dan bertindak sebagai

objek yang dikendalikan oleh interface, dengan spesifikasi sebagai berikut :

· Power supply yang dirancang berjenis linear.

· Input tegangan referensi max 5V DC dengan resolusi 8 bit.

· Tegangan output : 0..30 V programmable dalam tiga buah range;

0..5 V (1 bit = 19.5 mV)

0..13V (1 bit = 50 mV)

0..30V (1 bit = 98 mV)

Þ Arus output dalam tiga mode; 2A, 0.5A, 50 mA.

Þ Pemilihan range tegangan dan mode arus dilakukan melalui relay.

Þ Dilengkapi dengan rangkaian pengukur tegangan dan pendeteksi arus

beban.

Þ Hasil pengukuran tegangan ditampilkan pada display sevent segment,

sedangkan hasil pengukuran suplai arus beban ditampilkan pada monitor

dan indikator led.

Þ Komunikasi antara komputer dengan interface menggunakan komunikasi

serial yang dihubungkan melalui port paralel dan software yang digunakan

untuk mengendalikan interface adalah Turbo Pascal 7.0.

2. Inter-IC Communications (I 2 C Bus)

I2C bus merupakan singkatan dari Inter-IC Communication, yaitu suatu jenis

komponen produksi Philips Semiconductor. Inc yang dikembangkan untuk

mengurangi sejumlah hubungan antara rangkaian terintegrasi. Hal tersebut

didasari karena dalam kenyataannya sebagian besar beberapa IC memiliki jumlah

pin yang cukup banyak dan membawa informasi yang tidak terlalu membutuhkan

waktu kritikal (time-critical), juga cocok digunakan untuk menyampaikan data

melalui serial bus dengan sedikit koneksi yang kemudian akan dibutuhkan untuk

keperluan High-Speed parallel interface.

Semua IC yang menggunakan jenis komponen ini pada prinsipnya dihubungkan

pada dua jalur kontrol seperti contoh aplikasi pada gambar 2.1. Bus utama

Makalah Seminar 4

menghubungkan dua buah mikrokontroler, memori, gate array, ADC dan LCD

driver.

Gambar 2.1 : Konfigurasi bus I 2C

Walaupun fungsi dan aplikasi komponen tersebut berbeda, semua komponen

jenis I C2 saling kompatibel. Perintah kontrol dan data pada device ini

disampaikan melalui serial bus. Serial bus tersebut terdiri dari dua jalur yaitu;

serial clock line (SCL) dan serial data line (SDA).

Gambar 2.2 : Diagram timing transfer data pada I 2C bus

3. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS

3.1 Perancangan Sistem Programmable Power Supply

Makalah Seminar 5

Sebagaimana telah disebutkan pada bagian pendahuluan, pada tugas akhir ini

dirancang suatu sistem programmable power supply yang dikendalikan oleh unit

pengontrol berupa interface yang dihubungkan melalui IBM PC-AT. Sistem ini

dirancang agar pengguna dapat memilih tegangan dan supply arus output yang

diinginkan. Tegangan output yang dihasilkan terbagi menjadi tiga daerah

tegangan , yaitu; 0..5 Volt, 0..13 Volt dan 0..30 Volt, sedangkan arus output

terbagi menjadi 3 mode arus; 2A ,0.5A dan 50mA. Semua pembagian tersebut

dilakukan oleh relay yang dikendalikan komputer melalui device I2C bus, dimana

device-device tersebut dibuat dalam sebuah PCB sehingga berfungsi sebagai

interface.

Interface ini dihubungkan dengan komputer melalui port paralel. Jalur

komunikasi yang digunakan dalam port ini sebanyak tiga buah ; “Select” (pin

13), “Autofeed” (pin 14) dan “Select in” (pin 17). Komunikasi antara komputer

dan interface menggunakan komunikasi serial (serial link). Jalur pertama (Select)

berfungsi sebagai data input, jalur kedua (Autofeed) berfungsi sebagai data output

dan jalur ketiga (Select in) berfungsi sebagai sinyal clock.

Sistem yang dirancang oleh penulis terdiri atas empat bagian yang terpisah,

pertama berupa interface yang terdiri dari gabungan beberapa buah device I2C

bus, kedua berupa rangkaian power supply sebagai device yang dikontrol,

kemudian rangkaian pendukung berupa rangkaian pengukur tegangan dan

pendeteksi arus beban serta yang terakhir berupa rangkaian untuk tampilan

display seven segment dan indikator led. Untuk lebih jelasnya, sistem

programmable power supply dapat dilihat pada diagram blok dibawah ini

Makalah Seminar 6

Gambar 3.1 : Diagram Blok Sistem Programmable Power Supply

3.2 Cara Kerja Sistem

Cara kerja sistem secara singkat adalah sebagai berikut :

Keluaran DAC berupa sinyal analog yang besarnya sebanding dengan nilai biner

yang diberikan melalui program dihubungkan dengan input referensi power

supply. Rangkaian ‘power’ terdiri atas IC voltage regulator LM723 dimana

tegangan output yang diperoleh sebanding dengan nilai tegangan referensi yang

diberikan oleh DAC setelah dikuatkan oleh penguat. Beberapa potensiometer dan

resistor digunakan untuk mengatur tegangan output dan arus maximum yang

diperlukan.

Untuk mengetahui nilai tegangan keluaran secara langsung, nilai tersebut dapat

dilihat pada display sevent segment dengan prinsip kerjanya adalah sebagai

berikut, tegangan output yang dihasilkan dihubungkan kedalam ADC yang

sebelumnya disesuaikan level tegangannya menggunakan rangkaian pengukur

tegangan untuk diolah oleh komputer. Hasil akhir yang diperoleh ditampilkan

dalam display sevent segment. Rangkaian pendeteksi arus berfungsi untuk

mengetahui suplai arus yang sedang digunakan oleh beban dimana nilai suplai

tersebut ditampilkan dalam monitor dan ditunjukan oleh indikator pula.

Rangkaian buffer diperlukan untuk mencegah efek pembebanan, karena

impedansi input dari komponen ADC yang digunakan adalah rendah. Semua

pemilihan baik tegangan maupun arus output dilakukan melalui perangkat lunak.

4. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK

Makalah Seminar 7

4.1 Garis Besar Perangkat Lunak Sistem

Perancangan perangkat lunak (software) yang digunakan pada sistem ini terbagi

atas dua jenis software. Pertama adalah software yang dibuat untuk mengontrol

hardware sistem yang bersangkutan sesuai dengan fungsinya, terutama untuk

pengaksesan address byte dan control byte dan pengendalian sinyal control, data

dan clock dari line printer, sedangkan software kedua ialah software yang dibuat

untuk bekerja pada PC. Fungsi utama software ini ialah sebagai tampilan serta

untuk menampilkan data yang ada secara cepat dan mudah dimengerti.

Bahasa pemrograman yang digunakan untuk menterjemahkan rancangan program

menjadi susunan atau urutan instruksi pada sistem ini menggunakan bahasa

pemrograman tingkat tinggi Turbo Pascal 7.0.

4.2 Program Utama

Program utama sistem ini terdiri atas beberapa buah prosedure yang berfungsi

sebagai pengendali sistem. Beberapa prosedure yang digunakan adalah :

· Prosedure menu berfungsi untuk menampilkan menu pada layar display

tampilan

· Prosedure Vset berfungsi untuk menset tegangan maksimum

· Prosedure Iset berfungsi untuk menset batas arus maksimum

· Prosedure Clear berfungsi untuk membersihkan layar display tampilan

· Prosedure Reset berfungsi untuk me-reset sistem pada keadaan semula

· Prosedure Edit berfungsi untuk pemilihan range tegangan dan mode arus yang

diinginkan oleh pengguna.

Diagram alir program utama sistem Programmable Power Supply diperlihatkan

pada gambar 4.1 dibawah ini.

Makalah Seminar 8

Edit Program;

#55 -->Tegangan; #56 --> Arus;

'a','A' -->Up_Down5V;

'b','B' -->Up_Down13V;

'c','C' -->Up_Down30V;

#49 -->mode_50mA;

#50 -->mode_500mA;

#51 -->mode_2A;

Start

InitgrpConfiguration

Inkey1:='m','M'

Inkey1:='v','V'

Inkey1:='i','I'

Inkey1:='n','N'

Inkey1:='r','R'

Inkey1:='e','E'

Menu ;

Vset ;

Iset ;

Clear ;

Reset ;

CloseGraph

Inkey1:='x','X';

End

Ya

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Ya

Ya

Ya

Tidak

Tidak

TidakTidak

Ya

Tidak

Gambar 4.1 : Diagram alir Program Utama

5. PENGUJIAN SISTEM

Pengujian sistem programmable power supply yang telah dilaksanakan adalah

dengan melakukan pengujian terhadap keluaran dari port paralel komputer sesuai

dengan software yang diberikan, interface I2C bus, kemudian dilanjutkan dengan

pengujian terhadap rangkaian power supply dan rangkaian penunjang lainnya serta

pengamatan terhadap perubahan display.

Pengujian ini dimaksudkan agar alat yang telah direalisasikan dapat bekerja sesuai

dengan spesifikasi rancangan yang telah ditetapkan sebelumnya, dan untuk

mengetahui apakah sistem sudah layak untuk digunakan atau belum.

Makalah Seminar 9

Tabel 5.1 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 5 volt.No. VDAC VOpAm p Vo 5V Display

(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 0,44 0,1 3 0,74 1,53 0,79 0,2 4 1,13 2,01 1,29 1,0 5 1,51 2,50 1,82 1,2 6 1,89 3,06 2,33 2,0 7 2,27 3,57 2,74 2,1 8 2,65 4,08 3,22 3,0 9 3,03 4,55 3,65 3,1

10 3,41 5,06 4,08 4,0 11 3,80 5,42 4,45 4,1 12 4,17 5,99 4,97 4,2 13 4,54 6,22 5,00 5,0 14 4,66 6,32 5,29

-

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

1 3 5 7 9 11 13

Pe nguk uran k e -

Vo

lt Output sebenarnya

Display 7-Seg

Gambar 5.1 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 5 volt

Makalah Seminar 10

Tabel 5.2 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 13 volt

No. VDAC VOpAmp Vo 13V Display(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg

1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 0,85 0,2 3 0,74 1,53 1,88 1,2 4 1,13 2,01 3,11 3,0 5 1,51 2,50 4,37 4,0 6 1,89 3,06 5,68 5,1 7 2,27 3,57 6,95 6,2 8 2,65 4,08 8,17 8,0 9 3,03 4,55 9,82 9,2

10 3,41 5,06 10,41 10,1 11 3,80 5,42 11,95 11,2 12 4,17 5,99 13,00 13,0 13 4,54 6,22 13,21 14 4,66 6,32 13,33

-

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

1 3 5 7 9 11 13

Pengukuran ke-

Volt Output sebenarnya

Display 7-Seg

Gambar 5.2 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 13 volt.

Makalah Seminar 11

Tabel 5.3 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 30 volt

No. VDAC VOpAmp Vo 30V Display(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg

1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 2,24 2,0 3 0,74 1,53 4,67 4,1 4 1,13 2,01 7,52 7,1 5 1,51 2,50 10,45 10,1 6 1,89 3,06 13,44 13,1 7 2,27 3,57 17,53 17,1 8 2,65 4,08 19,17 19,4 9 3,03 4,55 22,80 22,2

10 3,41 5,06 24,30 24,0 11 3,80 5,42 27,47 27,1 12 4,17 5,99 30,00 30,0 13 4,54 6,22 30,36 14 4,66 6,32 30,66

-

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1 3 5 7 9 11 13

Pengukuran ke-

Volt Output sebenarnya

Display 7-Seg

Gambar 5.3 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 30 volt

Makalah Seminar 12

Tabel 5.4 : Pengukuran sistem dengan beban

Beban Tegangan Arus DayaR=100K (Volt) (mA) (mW)

R 5,20 0,05 0,26 R/R 5,25 0,10 0,52 R/R/R 5,25 0,16 0,84 R/R/R/R 5,25 0,21 1,10 R/R/R/R/R 5,24 0,26 1,36 R 13,43 0,13 1,74 R/R 13,36 0,27 3,60 R/R/R 13,36 0,40 5,33 R/R/R/R 13,26 0,53 7,02 R/R/R/R/R 13,30 0,66 8,77 R 30,20 0,30 9,06 R/R 30,25 0,61 18,45 R/R/R 30,20 0,93 28,08 R/R/R/R 30,20 1,24 37,44 R/R/R/R/R 30,30 1,55 46,96

Tabel 5.5 : Pengukuran beban lebih (over load) atau beban penuh

Mode R (Ohm) Vo ILmax VLmax Ket % RegArus (Volt) (mA) (Volt)

5 Volt50mA 100,80 5,29 12,90 1,28 OL - 0,5A 10,70 5,29 410,00 4,80 FL 10,20 2A 2,90 5,29 1.600,00 4,80 FL 10,20

13 Volt50mA 258,00 13,46 18,30 2,00 OL -

30 Volt0,5A 59,20 30,33 460,00 27,50 FL 10,29 2A 15,60 30,33 70,00 1,80 OL -

Ket : OL = Over LoadFL = Full Load

Tabel 5.6 : Hasil Pengukuran Pendeteksi Arus

Mode Besaran pada V op-amp Indikator ledarus monitor (A) (Volt)50 mA - - hijau

0,5 Amp 0,407 1,23 kuning2 Amp 1,841 4,80 merah

6. KESIMPULAN

Makalah Seminar 13

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, beberapa kesimpulan yang dapat

diperoleh antara lain :

1. Penggunaan device I2C bus dalam sistem ini dapat menekan jumlah hardware

yang digunakan sehingga biaya dapat ditekan pula, mudah dalam

perancangan serta mudah untuk mengoperasikannya.

2. Semua perintah kontrol dan data pada device I2C bus disampaikan melalui serial

bus yang terdiri dari dua jalur komunikasi yaitu; serial clock line (SCL) dan

serial data line (SDA). Perintah tersebut diberikan pada device dengan cara

mengakses address byte, kontrol byte dan data byte.

3. Port paralel yang terdapat pada PC dapat digunakan untuk keperluan

komunikasi serial, dengan cara mengakses register alamat dan memberikan

data pada register tersebut.

4. Untuk mencegah terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan antara komputer

dengan peripheral yang dikontrolnya, maka diperlukan suatu rangkaian

pengisolasi. Rangkaian ini berupa optocoupler.

5. Sistem secara garis besar telah berhasil direalisasikan, tetapi walaupun demikian

dari pengujian yang telah dilaksanakan masih terdapat perbedaan

pengukuran. Hal ini disebabkan karena karakteristik hardware yang

digunakan dan keterbatasan kemampuan pemrograman software pengendali.

6. Perangkat lunak sangat menentukan fungsi dari perangkat keras, sehingga

dengan mengubah perangkat lunak maka fungsi dari sistem dapat diubah

atau dikembangkan menjadi lebih komplek tanpa harus mengubah perangkat

kerasnya .