3. PERENCANAAN HARDWARE DAN SOFTWARE

Gitar merupakan alat musik yang banyak digunakan bukan hanya dilapisan

masyarakat menengah ke atas namun juga telah menyentuh lapisan masyarakat

bawah. Harganya yang terjangkau serta cara memainkannya yang tidak terlalu

sulit menjadi salah satu alasan pemilihannya. Hal yang menjadi kendala (terutama

bagi para pemula) yaitu pada proses penalaan gitar dimana memerlukan kepekaan

musik yang tajam yang umumnya tidak dimiliki oleh para pemula.

Untuk itulah diperlukan suatu alat bantu penalaan yang dapat menolong

para pemula untuk dapat menala gitar sesuai dengan nada-nada standar gitar.

Dengan demikian para pemula dapat memainkan gitarnya, tanpa harus kuatir

dengan penalaan gitar

Alat penala gitar akustik dengan tampilan LCD dirancang untuk

membantu para pemula untuk menala gitar yang akan digunakan. Proses penalaan

pun sangat mudah yaitu dengan mendekatkan microphone (atau bisa dengan

memasukkannya) ke tabung suara (sound hole), lalu user mengamati petunjuk

pada LCD untuk mengetahui arah putar peg senar yang akan ditala. Pada bagian

selanjutnya dari bab ini akan dibahas mengenai perancangan hardware dan

software dari alat penala gitar akustik dengan tampilan LCD.

3.1. Perancangan Hardware

Hardware pada tugas akhir ini bertujuan untuk mengolah sinyal input

berupa gelombang suara yang dihasilkan dari gitar menjadi menjadi gelombang

persegi dengan frekuensi tertentu, frekuensi ini kemudian dihitung oleh

mikrokontroler. Hasil perhitungan tersebut kemudian dibandingkan dengan

frekuensi standar yang telah ditetapkan, hasil perbandingan inilah yang akan

menentukan action (yang ditampilkan di LCD) yang akan dilakukan terhadap

gitar. Berikut ini gambar blok diagram penala gitar Akustik dengan tampilan LCD

dengan menggunakan mikrokontroler dengan MCS-51.

Universitas Kristen Petra

45

Gambar 3.1. Blok Diagram Penala Gitar Akustik Dengan Tampilan LCD Dengan

Menggunakan Mikrokontroler MCS-51.

Blok microphone akan mengubah gelombang suara menjadi gelombang

lisrik, selanjutnya gelombang ini akan dikuatkan pada blok Penguat dan di-filter

pada blok BPF (Band Pass Filter) untuk memisahkan frekuensi yang akan

digunakan dari frekuensi yang tidak diperlukan. Setelah itu sinyal dengan

frekuensi yang telah terpilih tersebut akan diubah menjadi gelombang persegi

yang disesuaikan dengan tegangan yang dapat di-input-kan ke mikrokontroler.

Pada blok Mikrokontroler MCS-51, frekuensi sinyal akan dihitung dan

dibandingkan dengan frekuensi standar pada program. Hasil perbandingan ini

akan ditampilkan di LCD dalam bentuk action yang harus dilakukan oleh user.

Blok Input Nada memungkinkan user untuk memilih senar yang akan ditala.

Dari gambaran di atas, maka pada perancangan hardware penala gitar

Akustik dengan tampilan LCD dengan menggunakan mikrokontroler MCS-51

terbagi beberapa bagian lagi yaitu:

Buffer dan Rangkaian Penguat

BPF (band pass filter)

Schmitt Trigger

Mikrokontroler Atmel AT89S51

LCD

Rangkaian Supply

Dari bagian-bagian hardware ini dirangkai dalam sebuah PCB yang telah

dirancang sebelumnya. Pembuatan hardware ini akan dijelaskan sebagai berikut.

Microphone Penguat BPF Schmitt Trigger

Mikro kontroler MCS-51

Input Nada (Keypad)

LCD

Universitas Kristen Petra

46

pada blok BPF (Band Pass Filter) untuk memisahkan frekuensi yang akan

digunakan dari frekuensi yang tidak diperlukan. Setelah itu sinyal dengan

frekuensi yang telah terpilih tersebut akan diubah menjadi gelombang persegi

yang disesuaikan dengan tegangan yang dapat di-input-kan ke mikrokontroler.

Pada blok Mikrokontroler MCS-51, frekuensi sinyal akan dihitung dan

dibandingkan dengan frekuensi standar pada program. Hasil perbandingan ini

akan ditampilkan di LCD dalam bentuk action yang harus dilakukan oleh user.

Blok Input Nada memungkinkan user untuk memilih senar yang akan ditala.

Dari gambaran di atas, maka pada perancangan hardware penala gitar

Akustik dengan tampilan LCD dengan menggunakan mikrokontroler MCS-51

terbagi beberapa bagian lagi yaitu:

Buffer dan Rangkaian Penguat

BPF (band pass filter)

Schmitt Trigger

Mikrokontroler Atmel AT89S51

LCD

Rangkaian Supply

Dari bagian-bagian hardware ini dirangkai dalam sebuah PCB yang telah

dirancang sebelumnya. Pembuatan hardware ini akan dijelaskan sebagai berikut.

3.1.1. Buffer dan Rangkaian Penguat

Buffer bertujuan agar impedansi input yaitu microphone (impedansi

dynamic microphone yang dipakai adalah 600Ω) tidak mempengaruhi impedansi

rangkaian penguat. Gain dari buffer adalah satu sehingga tegangan output yang

dihasilkan sama dan sefase dengan tegangan input.

Rangkaian penguat digunakan untuk menguatkan sinyal input yang telah

dilewatkan pada buffer, sinyal input hanya berkisar antara satuan hingga ratusan

milivolt, penguatan ini diperlukan agar sinyal input dapat diolah lebih lanjut.

Penguatan (Acl) yang dipilih sebesar ± 250 kali, dengan demikian amplitudo

output dari microphone antara satuan hingga ratusan milivolt akan menjadi satuan

volt dengan ditambah dengan penguatan pada bandpass filter yaitu 4 kali.

Berdasarkan persamaan 2.2:

Universitas Kristen Petra

47

i

f

In

Outcl R

RVV

A −==

diambil Ri = 100 Ω sehingga diperoleh Rf sebagai berikut:

Ω=

Ω×=

×=

k

RAR iclf

25100250

Jadi diperoleh Rf sebesar 25kΩ sehingga dapat digunakan potensio 50kΩ. Tanda

negatif pada rumus di atas menunjukkan fasa output yang berlawanan dari fasa

semula atau fasa input. Pada pin 3 dari penguat, ditambahkan Rcom untuk

mengatasi pengaruh arus bias terhadap output yang dihasilkan oleh penguat. Rcom

diperoleh dari:

Ω=+×

=

=

992510025100

//

kk

RRR ficom

Karena 99Ω tidak ada di pasaran maka digunakan resistor dengan nilai terdekat

yaitu 100Ω. Berikut ini rangkaian lengkap rangkaian buffer dan rangkaian

penguat.

Gambar 3.2. Rangkaian Buffer dan Rangkaian Penguat

3.1.2. BPF (Band Pass Filter)

Rangkaian bandpass filter digunakan untuk melewatkan range frekuensi

yang diperlukan dan melemahkan range frekuensi yang tidak diperlukan. Pada

penala gitar yang dibuat frekuensi yang diperlukan berada pada range 82 Hz (E2)

Universitas Kristen Petra

48

hingga 330 Hz (E4). Frekuensi 82 Hz adalah frekuensi yang dihasilkan oleh senar

keenam dari gitar setelah ditala, sedangkan frekuensi 330 Hz adalah frekuensi

yang dihasilkan oleh senar pertama. Range frekuensi yang diambil untuk

bandpass filter haruslah lebih luas dari range frekuensi 82 Hz – 330 Hz. Untuk itu

diambil range frekuensi sementara yaitu 50 Hz – 400 Hz, dengan kata lain low

cutoff frequency-nya adalah 50 Hz dan high cutoff frequency-nya adalah 400

Hz.Berdasarkan persamaan 2.5 dan 2.6 diambil AF masing-masing untuk lowpass

dan highpass adalah 2 , sehingga:

1

1

12

1

RRRRA

F

FF

+=

+=

maka diperoleh Rf = R1 = R2, dan dipilih 10k Ω.

Untuk bagian highpass filter, low cutoff frequency (f1) adalah 50 Hz dan

diambil C2 adalah 0.1uF (agar nilai RL tidak terlalu besar ataupun kecil, gunakan

kapasitor tantalum atau mylar untuk kualitas yang lebih baik) maka:

Ω=

=

=

31831)1.0)()(2(

150

21

21

L

L

L

RuFR

CRf

π

π

karena nilai RL yang tepat tidak ada, jadi dipilih nilai RL sebesar 30 kΩ. Hal ini

mengakibatkan perubahan nilai f1 menjadi

Hzf

uFkf

53)1.0)(30)(2(

1

1

1

=Ω

=π

nilai f1 sebesar 53 Hz masih cukup jauh dari range yang dibutuhkan sehingga

penggunaan nilai RL sebesar 30 kΩ tidak bermasalah.

Untuk bagian lowpass filter, high cutoff frequency (f2) adalah 400 Hz dan

diambil C1 adalah 0.01uF (agar nilai RL tidak terlalu besar ataupun kecil) maka:

Universitas Kristen Petra

49

Ω=

=

=

39788)01.0)()(2(

1400

21

12

H

H

H

RuFR

CRf

π

π

karena nilai RH yang tepat tidak ada jadi dipilih nilai RH sebesar 40 kΩ. Hal ini

mengakibatkan perubahan nilai f2 menjadi

Hzf

uFkf

398)01.0)(40)(2(

1

2

2

=Ω

=π

nilai f2 sebesar 398 Hz masih cukup jauh dari range yang dibutuhkan, sehingga

penggunaan nilai RH sebesar 40 kΩ masih memungkinkan.

Dari perhitungan di atas diperoleh rangkaian lengkapnya dari bandpass

filter sebagai berikut:

Gambar 3.3. Rangkaian BPF Dengan Nilai Komponen-komponen

3.1.3. Schmitt Trigger

Schmitt trigger akan mengubah gelombang dari bandpass menjadi

gelombang persegi untuk lebih lanjut diubah menjadi gelombang yang berada

pada range kerja mikrokontroler, dengan menggunakan diode 1N4148 dan

transistor C9013 (NPN).

UTP (Upper Trip Point) dan LTP (Lower Trip Point) yang dipilih sebesar

masing-masing SatV31 , dan SatV3

1− (tegangan antara –Vsat dan +Vsat dibagi 3

Universitas Kristen Petra

50

daerah yang sama besar sehingga dipilih UTP = SatV31 ), maka berdasarkan

persamaan 2.4 dan 2.5 diperoleh:

21

1

31

RRR+

=

12 2RR =

dipilih R1 adalah 1 kΩ sehingga R2 menjadi 2 kΩ.

Selanjutnya setelah melewati schmitt trigger, range dari sinyal disesuaikan

dengan tegangan kerja dari mikrokontroler yaitu 0 – 5 Volt. Untuk itu digunakan

diode 1N4148 untuk memotong bagian negatif dari sinyal dan digunakan

transistor NPN C9013 untuk memperoleh range 0 – 5 Volt.

Gambar 3.4. Schmitt Trigger dan Penyesuai Tegangan Kerja Mikrokontroler

Tegangan yang berasal dari schmitt trigger setelah melalui diode 1N4148

akan akan mengalami pelemahan sebesar 0,7 Volt (tegangan konduksi diode),

selanjutnya dengan rangkaian transistor (seperti pada gambar 3.4) akan diperoleh

tegangan antara 0-5 Volt. Berikut ini perhitungan nilai-nilai komponen rangkaian

tersebut:

Universitas Kristen Petra

51

voltV

VVV

b

b

satb

3.37.04

7.0

=−=−=

karena transistor C9013 mempunyai hfe sebesar 120 dan dipilih Ic sebesar 5mA

sehingga:

Ω≈Ω=

−=

kRmA

R

19605

2,05

13

13

sedangkan Ib dan R12 diperoleh sebagai berikut:

uAIuAI

mAI

b

b

b

42010421205

=×=

=

866526420

7.03.3

12

12

kdankpasarandikRuA

R

≈Ω=

−=

3.1.4. Mikrokontroler Atmel AT89S51

Perancangan pada mikrokontroler AT89S51 bertujuan untuk menghitung

jumlah gelombang yang diterima. Jumlah gelombang ini menunjukkan jumlah

frekuensi dari senar yang digetarkan. Jumlah frekuensi ini kemudian

dibandingkan dengan frekuensi standar yang telah ditetapkan dan hasil

perbandingan tersebut menentukan action yang akan dilakukan terhadap peg dari

senar tesebut. Selain itu juga mikrokontroler mengatur input dari user yang

didapatkan dari penekanan tombol-tombol push button. Dan akhirnya

mikrokontroler akan mengatur output yang ditampilkan di LCD. Gambar 3.5

merupakan gambaran dari penyambungan pin-pin pada mikrokontroler.

Universitas Kristen Petra

52

Gambar 3.5. Penambungan Pin-pin Mikrokontroler AT89S51

Pada rangkaian mikrokontroler terdapat rangkaian pembangkit clock

berupa komponen kristal dan komponen kapasitor. Pada rangkaian ini digunakan

kristal 12 Mhz dan kapasitor 33 pF dua buah. Rangkaian pembangkit clock

merupakan rangkaian yang paling vital karena dengan adanya pembangkit clock

tersebut maka mikrokontroler dapat melakukan osilasi sinyal. Selain

menggunakan rangkaian clock, mikrokontroler juga menggunakan rangkaian reset

yang komponennya terdiri dari kapasitor 10 uF dan resistor sebesar 100Ω dan

8k2Ω (nilai-nilai komponen ini diambil dari datasheet) seperti pada gambar 2.13.

Tombol-tombol push button yang digunakan terhubung dengan mikrokontroler

pada pin-pin P1.5, P1.6 dan P1.7 masing-masing merupakan tombol next (untuk

memunculkan tampilan selanjutnya), tombol back (untuk memunculkan tampilan

sebelumnya) dan tombol enter (untuk mengaktifkan pilihan). Dan bagian terakhir

yang terkait dengan mikrokontroler ini ialah header 7x2, header ini berhubungan

dengan LCD.

3.1.5. LCD M1632

LCD M1632 digunakan untuk menampilkan keterangan alat, berupa

petunjuk sederhana penggunaan alat penala gitar serta hal-hal lain yang berkaitan

dengan alat tersebut.

Universitas Kristen Petra

53

Untuk berhubugan dengan mikrokontroler, M1632 dengan berdasarkan

panjang datanya mempunyai dua buah teknik antarmuka, yaitu antarmuka 4 bit

dan antarmuka 8 bit. Hal ini ditentukan oleh logika bit DL saat proses inisialisasi

LCD (lihat Tabel 2.5. Perintah-perintah M1632). Namun yang akan dibahas pada

bagian ini yaitu teknik antarmuka 4 bit, yang digunakan pada alat penala gitar

yang dibuat.

Dengan menggunakan teknik antarmuka 4 bit, penggunaan I/O pada

mikrokontroler sebagai data bus dapat direduksi. Selain itu pada aplikasi teknik

ini juga dapat memperingkas dan menyederhanakan proses pembuatan PCB dari

rangkaian yang dibuat dengan adanya pengurangan 4 bit jalur data bus yang

digunakan. Pada teknik ini, pembacaan dan penulisan data dilakukan sebanyak

dua kali untuk 8 bit data, yaitu 4 bit untuk nibble atas (bit 7...bit 4) dan dilanjutkan

dengan nibble bawah (bit 3...bit 0) dimana setiap prosesnya selalu diiringi dengan

sebuah pulsa di pin E. Gambar berikut ini hubungan pin-pin mikrokontroler dan

LCD M1632.

Gambar 3.6. Hubungan Pin-pin Mikrokontroler dan LCD

3.1.6. Rangkaian Supply

Rangkaian supply tegangan pada hardware penala gitar Akustik ini

menggunakan supply sebesar 5 volt dan -5 volt. Untuk memperoleh tegangan-

tegangan tersebut, digunakan IC Regulator LM 7805 untuk tegangan 5 volt dan IC

Regulator LM 7905 untuk tegangan -5 volt. Masing-masing rangkaian dari supply

ini menggunakan 2 buah kapasitor yang berfungsi untuk menjaga agar tegangan

ke rangkaian utama lebih stabil. Nilai-nilai komponen kapasitor yang digunakan

sesuai dengan nilai pada datasheet rangkaian regulator.

Universitas Kristen Petra

54

Gambar 3.7. Rangkaian power supply

3.2. Perancangan Software

Rancangan software untuk tugas akhir ini menggunakan bahasa

pemrograman assembly, dimana program yang nantinya dibuat akan diisikan ke

dalam IC mikrokontroler. Program berisi proses inisialisasi LCD, pengambilan

input dan proses penghitungan pulsa (frekuensi) yang masuk serta pengaturan

output.

3.2.1. Proses Inisialisasi

Proses inisialisasi bertujuan untuk mempersiapkan modul tersebut dan

mengatur mode LCD. Mode yang harus ditentukan pada inisialisasi ini antara lain:

Panjang data

Jumlah baris LCD yang aktif

Bentuk font (5×8 atau 5×10)

Gambar 3.8. menunjukkan proses yang selalu terjadi saat inisialisasi modul LCD

dilakukan sebelum masuk ke pengaturan mode. Sistem harus menunggu selama

15 milisekon atau lebih setelah sumber daya mencapai tegangan 4,5 volt agar

HD44780 siap berhubungan dengan AT8951.

Data 30H (0011xxxx) dikirimkan 2 kali dengan waktu tunda 4,1 ms atau

lebih dan 100 us atau lebih. Pada bagian ini proses pembacaan status sibuk

memang belum dapat dilakukan sehingga mikrokontroler harus melakukan waktu

tunda terlebih dahulu.

Kemudian proses dilanjutkan dengan data 20H (0010xxxx) yang membuat

modul ini berada pada kondisi pengaturan mode. Pada saat ini, status sibuk sudah

Universitas Kristen Petra

55

dapat dibaca sehingga waktu tunda tidak harus digunakan. Proses pengaturan

fungsi dan pengaturan mode juga sudah mulai dapat dilakukan dengan

mengirimkan data-data ke register perintah.

Gambar 3.8. Flowchart Proses Inisialisasi

Pengaturan fungsi digunakan untuk mengatur panjang data, jumlah baris,

dan font, sedangkan pengaturan mode digunakan untuk mengatur arah pergeseran

kursor maupun display. Gambar 3.9 menunjukkan bagian pengaturan fungsi dan

mode pada potongan program inisialisasi LCD. Pada listing ini proses dilakukan

dengan mengatur sebesar font 8×5, menggunakan 2 baris LCD dan menggunakan

panjang sebesar 4 bit (antarmuka 4 bit). Setelah itu layar LCD dimatikan dan data

01H dikirim ke register perintah untuk memastikan bahwa memori data dalam

DDRAM sekaligus serta address counter berada pada posisi awal. Pekerjaan

dilanjutkan dengan mengirimkan data 0EH yang berfungsi untuk mengaktifkan

kembali layar LCD. Selanjutnya pengaturan mode dilakukan dengan mengirimkan data 06H

untuk membuat kursor aktif dengan mode auto increment (otomatis bertambah)

yaitu posisi address counter akan bertambah secar otomatis setiap kali proses

pengambilan data ke layar LCD sehingga kursor juga akan bergeser ke kanan.

Universitas Kristen Petra

56

Gambar 3.9. Listing Pengaturan Fungsi dan Mode

3.2.2. Proses Pengolahan Input dan Output

Setelah proses inisialisasi, maka dilanjutkan dengan menampilkan menu

yang akan mengarahkan user dalam menggunakan alat penala ini. Proses tersebut

melibatkan pembacaan tombol-tombol. Pada alat penala ini menggunakan 4 buah

tombol yaitu tombol Reset berfungsi me-reset program, tombol Next berfungsi

memerintahkan alat untuk melanjutkan ke proses atau tampilan selanjutnya,

tombol Back berfungsi memerintahkan alat untuk kembali ke proses atau tampilan

sebelumnya dan tombol Enter berfungsi memerintahkan alat untuk memproses

atau mengeksekusi menu tertentu. Berikut ini blok diagram menu program penala

gitar.

Gambar 3.10. Blok Diagram Menu Alat

Universitas Kristen Petra

57

Menu Catatan Alat akan menyajikan informasi tentang perancang alat

penala dan juga informasi tentang aksi yang diberikan dari output yang

ditampilkan di LCD pada proses penala gitar. Tampilan pada LCD untuk pilihan

Perangcang adalah “Perancang: V. Sumua Sanga (UKP-23499144)” dan

“Dosen Pembimbing: Lauw Lim Un Tung, S.T.” yang masing-masing

ditampilkan dengan pergeseran ke kiri. Sedangkan tampilan LCD untuk pilihan

Peg’s Action adalah "OK"=Stop Memutar Peg senar, "Naik"=Tambah

Tegangan Senar, "Turun"=Kurangi Tegangan Senar, yang ditampilkan

sampai penekanan tombol Next, dan terakhir ialah Jgn Lupa untuk terus

menggetarkan Senar yang ditampilkan dengan pergeseran ke kiri. Untuk menu

Pakai Alat akan menampilkan pilihan senar yang akan ditala, mulai dari senar ke-

1 sampai senar ke-6. Gambar 3.10 menunjukkan flowchart program penala gitar

Akustik secara khusus mengenai proses pengolahan input frekuensi hingga

menghasilkan output putaran peg gitar.

a. Flowchart Awal

Universitas Kristen Petra

58

b. Procedure Catatan Alat.

c. Procedure Pakai Alat.

Gambar 3.10. Flowchart Penala Gitar

Universitas Kristen Petra

59

Gambar 3.11. Flowchart Hitung Pulsa