BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di dalam kehidupan teknologi awal abad 21 ini, banyak hal-hal yang biasa

dilakukan oleh manusia dilakukan oleh tenaga mesin, terutama hal-hal yang

dilakukan secara rutin dan biasanya membosankan. Di negara-negara maju dalam

dunia bisnis terutama pada suatu perusahaan (pabrik) semuanya dioperasikan

menggunakan tenaga mesin dan selain itu juga hal-hal yang sangat sederhana dan

sepele pun dilakukan oleh tenaga mesin, misalnya menggosok gigi, mengaduk

adonan kue, mengecat dinding, berjalan, menaiki tangga, menyeduh kopi dan bahkan

yang sangat sederhana misalnya makan yang dikerjakan dengan bantuan tenaga

mesin.

Kehidupan sehari-hari banyak pekerjaan-pekerjaan yang kita lakukan secara

berulang-ulang. Manusia adalah makluk yang diciptakan oleh Tuhan sebagai makluk

yang dilengkapi dengan akal, pikiran, dan mempunyai pola pikir yang terus menerus

berkembang. Manusia oleh Tuhan dilengkapi dengan perasaan, emosi, senang, bosan,

bahagia, sedih, kecewa dan juga sifat fisik yang senantiasa mengalami kelelahan

apabila terus melakukan pekerjaan yang monoton sekaligus membosankan.

Untunglah manusia oleh Tuhan dibekali dengan akal sehingga dia dapat mencipta,

merasa dan mewujudkan kehendak hatinya. Di Era tahun 2000-an adalah tahun

dimana banyak tenaga manusia yang diganti dengan tenaga mesin, sebagaimana

1

dikatakan dalam sebuah lagu bahwa tahun 2000 adalah tahun yang penuh dengan

tantangan dan banyak kegiatan manusia yang dilakukan dengan tenaga mesin apalagi

dalam suatu pabrik ataupun perusahaan yang besar, maka akan besar

kemungkinannya untuk menggunakan tenaga mesin. Dengan berlatar belakang itulah

maka kami bermaksud untuk merancang dan membuat “Robot Pengebor PCB

Berbasis Mikro Kontroller AT89C51”

1.2. Rumusan Masalah

Dalam rangka menyelesaikan Robot Pengebor PCB ini, agar pembahasan tidak

terlalu melenceng jauh dari yang dikehendaki, maka kami bermaksud untuk

menyampaikan permasalahan yang kami bahas berkaitan dengan robot ini, yaitu :

1. Bagaimana cara meningkatkan kualitas presisi, akurasi, dan fleksibilitas

pengeboran PCB dengan memanfaatkan teknologi mikrokontrol ini.

2. Bahasa pemrograman yang digunakan.

Masalah-masalah diatas adalah masalah yang harus diselesaikan agar dapat

terlaksananya karya tulis ini.

1.3. Tujuan Pembuatan Alat

Tujuan pembuatan karya tulis ini adalah untuk menciptakan alat yang mampu

merubah pola pembuatan PCB secara manual menjadi otomatis

2

1.4. Batasan Masalah

Didalam melakukan kegiatannya robot ini mempunyai banyak permasalahan,

maka agar tidak menyimpang perlu ada pembatasan masalahnya, adapun batasan

masalahnya adalah sebagai berikut :

1. Mengingat penggunaan PCB saat ini menggunakan double layer, maka dalam hal

ini hanya untuk PCB single layer saja.

2. Ukuran PCB yang bisa dipasang maksimal 20 cm x 20 cm.

3. Hanya menggunakan 1 ukuran lubang PCB.

4. Karena lubang pin-pin itu bervariasi, maka bagi ukuran yang berbeda harus

mengganti mata bornya terlebih dahulu pada proses pengeboran yang selanjutnya.

5. Nilai koordinat Xmin = 0, Xmax = 80, Ymin = 0, Ymax = 80.

1.5. Metodologi Perancangan Alat

Untuk mencapai tujuan yang direncanakan dengan hasil optimal, maka dalam

pengerjaannya laporan akhir ini dilakukan secara bertahap dengan langkah-langkah

sebagai berikut :

1. Studi literatur tentang kinerja robot.

2. Survei tentang komponen yang memenuhi.

3. Desain rangkaian dan PCB.

4. Membuat software dan simulasi dengan asm51.

5. Pembuatan lay out PCB.

6. Memasukkan software kedalam AT89C51.

3

7. Pengujian rangkaian secara blok.

8. Pengujian dan perakitan rangkaian secara menyeluruh.

9. Pembuatan laporan.

10. Finishing.

1.6. Sistematika Pembahasan

Pembahasan yang sistematis merupakan suatu faktor penting dalam penyusunan

laporan akhir. Sistematika penulisan yang dipakai dalam laporan akhir ini mempunyai

sistem pembahasan yang dibagi dalam beberapa bab yang masing-masing bab dibagi

menjadi beberapa sub bab sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentang Latar Belakang, Perumusan Masalah, Tujuan Pembuatan

Alat, Batasan Masalah, Metodologi Perancangan Alat, Sistematika

Perancangan Alat.

BAB II : LANDASAN TEORI

Berisi tentang teori dasar dan pengetahuan yang melandasi dan

mendukung pembuatan alat.

BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

Berisi tentang perencanaan dan perhitungan perencanaan komponen yang

dibutuhkan dalam pembuatan alat.

4

BAB IV : PENGUJIAN ALAT, ANALISA ALAT DAN ANALISA KINERJA

ALAT

Berisi tentang pengujian komponen, rangkaian blok, rangkaian

seluruhnya, prinsip kerja, cara pengoperasian dan spesifikasi alat.

BAB V : PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan dan saran.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pendahuluan

Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem, dan

sebagai acuan dalam merencanakan suatu sistem. Dengan pertimbangan

tersebut, maka kajian pustaka merupakan kajian yang harus dipahami.

Dalam hal ini akan di bahas mengenai mikrokontrol, motor stepper, seven

segmen, transistor dan relay.

2.1.1 Mikro Kontroller AT89C51

Mikrokontroller memiliki CPU juga dilengkapi dengan memori dan input

output yang merupakan kelengkapan sebagai sistem minimum mikro komputer

sehingga sebuah meikrokontrol dapat dikatakan sebagai mikro komputer dalam

keping tunggal (single chip mikro komputer) yang dapat berdiri sendiri.

Mikrokontrol AT89C51 merupakan mikrokontroller keluarga MCS-51,

membutuhkan daya yang rendah dan merupakan mikrokomputer 8 bit yang

dilengkapi dengan 4 kilo byte EPROM (Eresable and ProgramableRead Only

Memory) dan 128 byte RAM internal. Program memori dapat diprogram ulang

dalam sistem atau dengan menggunakan programer (Nonvolately Memory

Konvensional). Dalam sistem mikrokontrol terdapat dua hal yang mendasar, yaitu

perangkat keras dan perangkat lunak yang keduanya saling terkait dan saling

mendukung.

6

2.1.1 Arsitektur Mikrokontrol

Mikrokontrol digunakan sebagai pengendali utama yang mempunyai

fungsi pemproses atau pengolah data yang diterima dari sensor dan

mengoperasikannya sesuai dengan program yang dibuat, kemudian memberikan

keluaran berupa pengaturan lampu indikator, gerakan motor. Mikrokontrol yang

digunakan pada sistem “Robot Pengebor PCB“, ini adalah AT89C51 produksi

ATMEL Inc.

Secara garis besar mikrokontrol AT89C51 memiliki keistimewaan sebagai

berikut:

a. Kapasitas EPROM internal sebesar 4 Kbyte untuk memori program.

b. Kapasitas RAM internal sebesar 128 Byte untuk memori data yang terdiri dari:

4 Register Bank masing-masing berisi 8 register.

16 Byte yang dapat dialamati per bit maupun per byte.

80 Byte memori generel purpose.

32 Bit saluran I/O (input/output) tersusun sebagai 4 port @ 8 bit

(programable).

c. Pengalamatan memory program eksternal sampai 64 Kbyte.

d. Pengalamatan memori data eksternal sampai 64 Kbyte.

e. 2 Buah Timer/Counter.

f. Data serial Transmitter/Receiver full duplex.

g. Lima jalur interupt.

h. Rangkaian Osilator dan clock.

i. Beroperasi pada tegangan tunggal 5 volt.

7

(sumber : Materi Training Basic Mikrokontrol AT89C51, 2002:1)

2.1.3 Organisasi Memori

Organisasi Memori Mikrokontroler dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu

memori data dan memori program. Pembagian ini berdasarkan fungsi dalam

menyimpan data atau program. Memori data digunakan untuk menyimpan data-

data yang diproses oleh mikrokontrol, sedangkan memori program digunakan

untuk menyimpan intruksi-instruksi yang akan dijalankan oleh mikrokontrol.

2.1.3.1 Memori Data

Memori data berupa RAM (Random Access Memory) digunakan untuk

menyimpan data yang bersifat sementara. RAM disebut juga memori baca tulis

(Read Write Memory) yang ekuivalen dengan sekelompok register yang dapat

dialamati (Moh Ibnu Malik, 1997). Setelah disediakan sebuah alamat, isi yang

tersimpan pada lokasi memori dapat dibaca dengan alamat itu, atau menuliskan

isi yang baru kedalam lokasi tersebut. RAM merupakan jenis memori yang

mudah terhapus, yaitu bila catu dayanya dimatikan, isi yang terkandung di

dalam RAM akan hilang.

Teknologi yang dipakai dalam RAM yaitu dinamik dan statik. Data yang

disimpan pada memori dinamik akan hilang secara beransur-ansur, sehingga

diperlukan penyegaran (refresh). Hal ini dikarenakan data disimpan sebagai

muatan dalam kapasitansi gerbang substat transistor MOS. Sedangkan RAM

statik menyimpan satu bit data dalam flip-flop sehingga isi yang terdapat

didalamnya tetap stabil selama catu daya ada (Moh Ibnu Malik, 1997).

Mikrokontrol AT89C51 memiliki memori data internal berupa RAM

berkapasitas 128 byte yaitu 00H – 7FH yang terbagi atas tiga daerah, yaitu:

Empat Bank Register

8

Setiap bank terdiri dari 8 register (R0-R7) sehingga jumlah register untuk

keempat bank register (bank0 – bank3) menjadi 32 buah register yang

menempati ruang alamat 00H – 1FH. Mengaktifkan salah satu bank register

dapat dilakukan dengan mengatur RS0 – RS1 pada PSW (Program Status Word)

Bit Addressable

Terdiri dari 16 byte yang berada pada alamat 20H – 2FH. Masing-masing

128 bit lokasi ini dapat dialamati secara langsung.

Scratch pada general purpose register

Terdiri dari 80 byte yang menempati alamat 30H – 7FH, yang dapat

dialamati secara langsung dan digunakan untuk keperluan umum (general

purpose) misalnya digunakan untuk lokasi stack.

Gambar 2.1 Organisasi RAM Internal (Sumber : Moh Ibnu Malik,1997)

Tabel 2.1 Pengaturan RS0 RS1 untuk select Register Bank(Sumber : Bereksperimen dengan Mikrokontrol 8051, Moh Ibnu Malik)

9

RS1 RS0 Select Register Bank0 0 Bank 00 1 Bank 11 0 Bank 21 1 Bank 3

2.1.3.2 Memori Program

Memori program berupa ROM (Read Only Memory) digunakan untuk

menyimpan instruksi-instruksi utama yang bersifat tetap. Pada mikrokontrol

AT89C51 memori program internal menggunakan FLASH PEROM

(Programable and Erasable Read Only Memory) yaitu merupakan memori

jenis nonvolatile sehingga isinya tidak mudah hilang, walaupun catu

dayanya dimatikan dan penghapusan data dapat dilakukan dengan

menggunakan sinyal listrik secara sesaat. Kapasitas memori internal 4 Kbyte

(0000H – 0FFFH) dengan lebar jalur alamat 16 bit.

Untuk mengakses memori program internal, kaki EA dihubungkan ke VCC

dab kaki PSEN tidak diaktifkan. Sedangkan untuk mengakses memori program

eksternal kaki EA dihubungkan ke ground dan kaki PSEN diaktifkan (Moh Ibnu

Malik, 1997). Konfigurasi perangkat keras yang diperlukan untuk mengakses memori

program eksternal ditunjukkan pada gambar 2.2

10Port 3

PSEN

AT89C51

EEPROM

LATCH

Port 1

ALE

alamat

Port 0 bus data

Port 2 alamat

Gambar 2.2 Pengaksesan Memori Program Eksternal(sumber : MCS-51 User Manual, 1994: 5-6)

2.2.4 Register Fungsi Khusus

Register fungsi khusus (Special Fungtion Register, SFR) terletak pada 128 byte

bagian atas memori data internal. Wilayah SFR ini terletak pada 80 H –

FFH. Register-register ini dapat diakses dengan pengalamatan langsung,

baik per bit maupun per byte. Beberapa fungsi SFR yang penting dijelaskan

sebagai berikut:

a. Program Status Word (PSW) terletak pada alamat D0H yang berisi bit status dan

menggambarkan kejadian diakumulator sebelumnya yaitu:

Carry Flag

Carry Flag (CY) mempunyai dua fungsi, untuk fungsi tradisional CY dipakai

untuk operasi matematika. Bit ini akan diset apabila selama proses

penambahan terdapat bawaan (carry out) atau diset jika dalam proses

pengurangan terdapat borrow pada bit 7.

Auxiliary Carry Flag

11

Jika melakukan penambahan angka BCD, maka Auxiliary Carry Flag (ACR)

akan diset jika bawaan dihasilkan dari bit 3 ke bit 4 atau jika hasil dari lower

nible diantara 0AH – 0FH.

Flag 0

Fag 0 (F0) adalah general-purpose flag bit yang tersedia untuk aplikasi

pemakaian.

Register Bank Select Bit

Register Bank Select Bit (RS0-RS1) menunjukkan register bank yang aktif.

Register ini dihapus setelah sistem reset dan untuk mengubahnya harus

melalui software.

Overflow Flag

Overflow Flag (OV) diset jika terdapat Aritmatic Overflow setelah operasi

penambahan atau pengurangan. Software dapat memeriksa bit ini untuk

menentukan apakah hasil terletak pada range yang sebenarnya. Apabila

bilangan tak bertanda ditambahkan, Bit Oferflow Flag bisa diabeikan.

Parity Bit

Bit Paritas (P) secara otomatis diset atau diclear setiap siklus mesin untuk

membentuk paritas genap dengan akumulator. Jumlah bit-bit di dalam

akumulator ditambah bit P yang selalu bernilai genap.

b. Register B

12

Register B terletak pada alamat F0H digunakan bersama-sama dengan

akumulator untuk operasi perkalian dan pembagian. Pada proses perkalian

register ini berisi bilangan kedua yang akan dikalikan dengan bilangan pertama

yang disimpan pada akumulator. Hasil perkalian disimpan pada akumulator (8

byte rendah) dan pada register B (8 byte atas).

c. Stack Pointer

Stack Pointer (SP) adalah register 8 bit yang berada pada alamat 81H. Register

ini berisi alamat yang datanya terletak pada stack teratas. Operasi stack terdiri

dari “pushing” data ke stack dan “popping” data dari stack. Pushing ke stack

akan menaikkan isi register stack pointer sebelum menuliskan data, dan popping

dari stack akan menurunkan isi register stack pointer. Stack pointer berada pada

RAM internal dan pengaksesan dengan cara indirect addressing.

d. Accumulator atau ACC

Accumulator atau ACC beralamat E0H merupakan register untuk operasi

penambahan dan pengurangan. Accumulator ini juga merupakan register serba

guna karena banyak perintah-perintah mikrokontrol yang mengacu dan menuju

ke register ini.

e. Data Pointer (DPTR)

Data pointer beralamat 82H dan 83 H yang merupakan register 16 bit yang

terdiri dari 2 register 8 bit yaitu DPH (byte tinggi) dan DPL (byte rendah). DPTR

berfungsi untuk menyimpan alamat memori eksternal. Karena jumlah bit DPTR

adalah 16, maka DPTR mampu mengalamati memori eksternal sebesar 64 Kbyte.

13

2.1.5 Konfigurasi Pena-pena Mikrokontrol

Mikrokontrol AT89C51 terdiri atas 40 pin, dengan konfigurasi sebagai berikut:

a. Port 0

Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin 32 – 39 dari AT89C51.

Di dalam rancangan sistem sederhana, port ini digunakan sebagai port I/O

serbaguna. Untuk rancangan yang lebih komplek dengan melibatkan memori

eksternal jalur ini dimultiplek untuk bus data dan bus alamat.

Gambar 2.3 Konfigurasi Pena-Pena AT 89C51(sumber : http://www.atmel.com)

b. Port 1

Port 1 disediakan sebagai port I/O dan menempati pin 1 – 8.

c. Port 2

14

Port 2 (pin 21 – 28) berfungsi sebagai I/O serba guna, atau sebagai bus alamat

byte tinggi untuk rancangan yang melibatkan memori eksternal.

d. Port 3

Port 3 adalah port dua fungsi yang berada pada pin 10 – 17, port ini memiliki

multi fungsi, seperti yang terdapat pada tabel berikut ini.

Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port 3

BIT NAMA ALAMAT ALTERNATIF FUNGSIP3.0 R x D B 0 H Masukan serialP3.1 T x D B 1 H Keluaran serialP3.2 INT 0 B 2 H Interupsi Eksternal 0P3.3 INT 1 B 3 H Interupsi Eksternal 1P3.4 T0 B 4 H Masukan Pewaktu Eksternal 0P3.5 T1 B 5 H Masukan Pewaktu Eksternal 1P3.6 WR B 6 H Sinyal Tulis Memori Data Ekternal

P3.7 RD B 7 H Sinyal Baca Memori Data Eksternal

e. PSEN (Program Store Enable)

PSEN adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat pada pin 2 yang fungsinya

adalah sinyal control untuk memungkinkan mikrokontrol membaca program

(code) dari memori eksternal. Biasanya pin ini dihubungkan ke pin OE EPROM.

f. ALE (Address Latch Enable)

15

Sinyal Output ALE berada pada pin 30. Digunakan untuk demultiplex bus alamat

dan bus data. Sinyal ALE membangkitkan pulsa sebesar 1/6 frekuensi oscillator

dan dapat dipakai sebagai clock yang dapat digunakan secara umum.

g. EA (External Access)

Masukan sinyal EA terdapat pada pin 31 yang dapat diberikan logika rendah

(ground) atau logika tinggi ( 5volt). Pin EA pada AT89C51 dipakai juga

sebagai tegangan pemrograman EPROM atau Flash Memori Internal.

h. RST (Reset)

Input reset pada pin 6 adalah reset master.

i. Oscillator

Oscilator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan X’tal sekitar 12 MHZ.

j. Power

Tegangan Suply +5 volt Vcc yang berada pada pin 40 dan Vss (ground) pada pin

20.

2.1.6 Timer dan Counter

Pada mikrokontrol terdapat dua buah timer atau counter 16 bit yang dapat

diatur melalui perangkat lunak, yaitu: timer atau counter 0 dan timer atau counter 1.

Apabila timer atau counter diaktifkan pada frekuensi kerja mikrokontrol 12 MHZ

maka timer atau counter akan melakukan perhitungan waktu sekali setiap 1

mikrodetik secara independent, tidak tergantung pada pelaksanaan suatu instruksi.

16

Apabila periode waktu telah dilampaui, timer atau counter segera

mengintrupsi mikrokontrol untuk memberitahukan bahwa perhitungan perhitungan

periode waktu telah selesai dilaksanakan. Periode waktu timer atau counter secara

umum ditentukan oleh persamaan :

a. Sebagai timer atau counter 8 bit

T = (255 – TLx) x 1sDimana TLx adalah isi register TL0 atau TL1

b. Sebagai timer atau counter 16 bit

T = (65535 – THx TLx) x 1sDimana THx adalah isi register TH0 atau TH1

TLx adalah isi register TL0 atau TL1

Pengendalian kerja dari timer atau counter dilakukan dengan pengaturan

register yang berhubungan dengan kerja timer atau counter yaitu melalui mode

control. Untuk mengaktifkan timer atau counter yang meliputi penentuan fungsi

sebagai timer atau counter serta pemilihan mode operasi dapat diatur melalui TMOD

yang beralamat pada 89H. Konfigurasi yang dimaksud adalah:

17

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

IT 0IE 0

IT 1IE 1

TR 0TF 0

TF 1TF 1

Gambar 2.5 Konfigurasi dan Fungsi TMOD(sumber : Moh Ibnu Malik, Bereksperimen dengan Mikrokontroller 8031)

Keterangan Gambar 2.5

D0 (IT0):Interupt 0 tipe control bit, diatur dengan software untuk

menentukan aktif low atau high triger dari eksternal.

D1 (IE0): Eksternal insterupt 0 edge flag. Di atur melalui hardware ketika

eksternal insterupt teredeteksi dan dinolkan melalui software

ketika insterupt diproses.

D2(IT1): Interrupt 1 tipe control bit, diatur dengan software untuk

menentukan aktif law atau high triger dari eksternal.

D3(IE1): Eksternal Interrupt 1 edge flag. Diatur melalui hardware ketika

eksternal Interrupt terdeteksi dan dinolkan melalui software

ketika interrupt diproses.

D4(TR0): Timer 0 run control bit diatur melalui softwate ketika timer

atau counter 0.

D5(TF0): Timer 0 overflow flag control bit. Diatur melalui software

ketika timer atau counter 0 overflow.

18

D6(TR1): Timer 1 run control bit diatur melalui software ketika timer

atau counter 1.

D7(TF1): Timer 1 overflow flag control bit. Diatur melalui software ketika

timer atau counter overflow.

Tabel 2.3 Mode Operasi Timer atau Counter

M1 M0 Operating Mode

0 0 Timer 13 bit

0 1 Timer atau counter 16 bit

1 0 8 bit auto reload timer atau counter

1 1 TL0 dari timer adalah 8bit timer atau counter dikendalikan oleh control bit

timer 0. TII 0 adalah Timer 8 bit yang dikendalikan oleh timer 1 control bit

2.1.7 Metode Pemrograman

Mikrokontrol AT89C51 tidak akan bekerja jika tidak diberikan program

kepadanya. Program adalah urut-urutan instruksi yang digunakan untuk

memberitahu mikrokontrol apa yang harus dilakukan. Bentuk umum

instruksi dalam assembler MCS-51 adalah sebagai berikut:

[Label :] Mnemonic[Operand] [,Operand] [,Operand] [Komentar]

Bentuk-bentuk Operand

a. Simbol Assembler Khusus

Assembler telah menyediakan beberapa simbol untuk menunjukkan register

tertentu sebagai operand.

19

Tabel 2.4 Simbol Assembler Khusus

Simbol Keterangan

A AccumulatorR0 – R7 Register serba gunaDPTR Data Pointer, register 16 bit.C Carry FlagAB Accumulator atau register B merupakan pasangan register untuk perkalian

dan pembagianPC Program Conter merupakan register 16 bit yang berisi alamat instruksi

berikutnya yang akan dijalankan.

b. Pengalamatan tak Langsung

Operand pengalamatan tak langsung menunjuk ke sebuah register yang

berisi lokasi alamat memori yang akan digunakan dalam operasi. Lokasi yang

nyata tergantung pada isi register saat instruksi di jalankan. Untuk melaksanakan

pengalamatan tak langsung digunakan simbol @.

MOVX @DPTR,A ;Pindahkan isi akumulator ke memori luar yang

lokasinya ditunjukkan oleh data pointer.

c. Pengalamatan Langsung

Pengalamatan langsung dilakukan dengan memberikan nilai ke suatu register

secara langsung. Untuk melaksanakan hal tersebut digunakan tanda #.

MOV A,#01H ;Isi akumulator dengan bilangan 01H

d. Pengalamatan Bit

Pengalamatan bit adalah menunjukkan alamat lokasi bit baik dalam RAM

internal (byte 32 sampai 47) maupun bit perangkat keras.

Untuk melakukan pengalamatan bit digunakan simbol (.), misalnya

SETB 88H.6 ;Set Bit 6 pada lokasi 88H

20

2.2 Motor Stepper

Motor Stepper berputar berdasarkan langkah dengan derajat tertentu apabila

pada stator dihubungkan catu daya, oleh karena itu motor stepper banyak

digunakan pada peralatan seperti jam, printer, disc drive dan lainya. Motor

Stepper diproduksi dengan kapasitas miliwatt sampai puluhan kilowatt ( JD

Edward, 1993). Motor Stepper termasuk kelompok motor singkron karena

putarannya tergantung urutan arus fasa pada stator.

Dengan belitan fasa stator yang terpisah maka untuk menghasilkan putaran, tiap

belitan diberi catu daya secara berurutan, untuk itu diperlukan rangkaian

kendali untuk menghubungkan belitan stator dengan catu daya secara

berurutan.

Gambar 2.6 Rangkaian Motor Stepper(Sumber : Mikroprosessor intel edisi kelima, Barry B.Brey, 2001)

2.3 Transistor.

Dampak transistor dalam elektronika sangat besar, disamping dimulainya

industri multi bilyun dollar, transistor telah membuka jalan pada penemuan-

penemuan rangkaian terintegrasi, piranti elektronik dan prosesor mikro.

21

N P N

(a)

P N P

(b)

Gambar 2.3 Tiga daerah transistor (a) transistor NPN (b) transistor PNP

Sumber : Malvino, 1984: 103

Gambar diatas akan menunjukkan kristal PNP emiter di-dop sangat banyak,

pekerjaannya mengemisikan atau menginjeksikan elektron kedalam basis-basis di-

dop sedikit dan sangat tipis. Sebagian besar elektron yang diinjeksikan emiter ke

dalam basis menuju ke kolektor. Banyaknya doping pada kolektor adalah diantara

banyaknya doping pada emitor dan basis.

Transistor pada gambar 2.3a mempunyai dua junction, yang satu antara

emiter dan basis dan yang lain antara basis dan kolektor. Kita sebut dioda

sebelah kiri sebagai dioda basis-emiter dan sebelah kanan adalah dioda-basis

kolektor.

Gambar 2.3b menunjukkan kemungkinan yang lain transistor PNP.

Transistor PNP merupakan komplemen dari transistor NPN ini berarti pada

transistor PNP memerlukan arus dan tegangan yang berlawanan dengan NPN.

2.3.1. Resistansi Penyebaran Basis.

Penembusan dua lapis pengosongan pada system basis, hole basis terbatas

pada kanal tipis semi konduktor tipe P. Dengan menaikan bias reserve pada

dioda kolektor (ekivalen dengan menaikkan VCB), memperluas lapisan

pengosongan kolektor, hal ini mengurangi lebar kanal yang berisi hole lebih

sedikit. Resistansi kanal P dalam basis disebut resistansi penyebaran basis r’b.

Arus rekomendasi dalam basis harus mengalir kebawah melalui r’b. Jika ini

terjadi, ia menghasilkan tegangan.

22

2.3.2.Transistor sebagai saklar

Penggunaan transistor sebagai saklar berarti kita mengoperasikan transistor

pada titik sumbat (cut-off) untuk saklar terbuka (open switch) dan pada titik jenuh

(saturation) untuk saklar terbuka (close switch), tetapi tidak pada daerah aktif, untuk

mengetahui operasi transistor ini mari kita perhatikan gambar 2.4 berikut ini.

(a) rangkaian saklar transistor (b) persamaan dengan saklar manual(c) garis beban dc transistor

Gambar 2.4. Saklar Transistor

Sumber : Malvino, 1984

Dari gambar 2.4. kita dapat mengoperasikan transistor pada keadaan tertutup

atau pada keadaan terbuka, untuk mengoperasikan transistor pada keadaan tertutup

maka arus basis (IB) harus sama dengan arus basis saturation (IB(sat)). Rumus untuk

menentukan arus basis adalah :

…………. (1)

23

Jika arus basis (IB) lebih besar dari arus basis saturation (IB(sat)) maka

transistor tetap pada titik jenuh karena arus kolektor tidak dapat bertambah. Untuk

mengoperasikan transistor pada keadaan terbuka maka arus basis paling kecil harus

sama dengan nol.

IB = 0 …………………. (2)

Dari persamaan (1) berati kita menentukan kerja transistor untuk kondisi

tertutup dan dari persamaan (2) kita menentukan kerja transistor untuk kondisi

terbuka. Kondisi tertutup yaitu antara kolektor dan emitor terjadi hubungan

singkat, sedangkan kondisi terbuka yaitu antara kolektor dan emitor tidak terjadi

hubungan singkat. Untuk merancang suatu saklar transistor kita perlu

memperhatikan aturan perancangan yaitu kejenuhan lunak (soft saturation) dan

kejenuhan kasar (hard saturation).

Kejenuhan lunak adalah mengoperasikan transistor pada titik hampir

jenuh. Kondisi ini berarti arus basis hanya cukup untuk mengoperasikan

transistor pada titik atas dari garis beban dc. Dalam operasi transistor sebagai

saklar, kejenuhan lunak tidak dianjurkan.

Kejenuhan keras adalah mengoperasikan transistor pada titik jenuh dimana arus

basis cukup untuk mengoperasikan transistor pada titik jenuh dari semua harga .

…………………… (3)

Pedoman perancangan dari kejenuhan keras yaitu dengan perbandingan arus

kolektor dan arus basis. Perbandingan tersebut adalah 10 : 1, perbandingan ini karena

hampir semua transistor silikon sinyal kecil mempunyai lebih dari 10.

2.3. Motor DC.

24

Montor DC banyak digunakan diberbagai aplikasi terutama bila

dibutuhkan kecepatan putaran yang variable dan torsi yang kuat. Kecepatan

motor DC dapat diatur dengan mengatur tegangan yang dihubungkan

padanya. Arah putaran motor DC dapat diubah dengan membalik polaritas

tegangan masukan.

Bagian penting dari montor DC adalah kumparan dan armature. Armature

adalah bagian yang berputar pada poros dari motor DC. Bagian ini dibentuk dari besi

silinder yang mempunyai celah, kawat dililitkan pada celah-celah tersebut untuk

membentuk kumparan dimana ujung-ujung dari kumparan ini dihubungkan dengan

komparator yang mempunyai batang tembaga yang diisolasi dan dihubungkan pada

poros yang sama.

2.4. Relay.

Relay adalah sebuah saklar magnet, keunggulannya dari saklar mekanik

biasanya adalah relay dapat dipakai dengan aman untuk mengemudikan/ mengontrol

peralatan dari kejauhan. Relay yang bekerja dengan arus dan tegangan yang kecil

dapat menggiatkan mesin yang memerlukan arus besar untuk menstart, juga dapat

untuk menggiatkan dari kejauhan peralatan yang berada ditempat berbahaya.

Pada umumnya relay terdiri atas sebuah elektromagnet dengan inti besi

lunak. Kalau kumparan dialiri arus maka besi lunak menjadi magnet dan

menarik lidah pegas. Lidah ini merupakan salah satu kotak saklar, kalau arus

dimatikan sifat magnet pada besi lunak akan hilang dan lidah dilepaskan hingga

saklar membuka.

BAB III

25

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Pendahuluan

Pada bab ini membahas metodologi perancangan diagram blok, prinsip kerja,

rangkaian sistem otomatisasi kontrol robot yang berbasis mikrokontrol serta

pengujian sistemnya.

3.1.1 Prinsip Kerja Alat

Pembuatan Robot Pengebor PCB ini masih dalam bentuk maket yang masih

sangat sederhana, dengan prisip kerja : Langkah yang pertama adalah

memasukkan dan mengunci PCB yang akan dibor pada papan atau tempat yang

telah disediakan, Langkah yang kedua yaitu memprogram koordinat mana saja

yang akan dibor pada keypad yang telah disediakan (missal : X = 0, Y = 1,

tekan tombol “next” (+) kemudian X = 0, Y = 2, dan seterusnya), Langkah yang

ketiga adalah menyimpan pemrograman koordinat tersebut pada memory

mikrokontroller dengan menekan tombol “save” pada keypad, Langkah yang

keempat adalah menjalankan robot dengan menekan tombol “enter”, kemudian

setelah selesai pengeboran PCB pada lampu indicator akan menyala, setelah

lampu indicator menyala maka langkah yang kelima adalah menekan tombol

“open” pada keypad untuk mengeluarkan PCB dari robot. Pada perencanaan

dan pembuatan peralatan robot pengebor PCB ini digunakan switch sebagai

penempatan mata bor pada posisi koordinat (0,0) pada waktu pertama kali

mengoperasikan robot, satu buah keypad 3x4 tombol sebagai kontrol robot dan

pemrograman koordinat, motor stepper untuk menjalankan robot, empat buah 7

segmen sebagai tampilan koordinat X dan Y. Kesemuannya ini di kontrol oleh

26

single chip mikrokontroller AT 89C51 blok diagram sistem ditunjukkan pada

gambar 3.1. berikut ini

Gambar 3.1. Diagram blok Robot Pengebor PCB(sumber : Perancang)

3.1.2 Perancangan Perangkat Keras

Dengan mengacu pada rangkaian blok diagram pada gambar 3.1 perancangan

dilakukan perbagian untuk mempermudah dalam melakukan pengintegrasian

secara menyeluruh dan mempermudah troble shooting pada saat alat

direalisasikan. Rangkaian keseluruan terdapat pada lampiran .

3.1.2.1 Perancangan Minimum Sistem Mikrokontroller AT 89C51

Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroller ini dilakukan dengan beberapa

I/O yaitu 1 buah keypad 3x4, 4 buah seven segmen, 7 buah motor stepper, 1

27

KEYPAD3X4

Switch 1Switch 2

MIKROKON

TROLAT 89C51

Motor BOR

Driver

Motor Steper

Driver

Driver

Motor SteperDriver

Motor Steper

Driver

Driver

DriverMotor Steper

Motor Steper

Motor SteperDriver

Motor Steper

Driver 7 segmen

7 segmen

buah motor DC. Rancanga minimum sistem mikrokontroller ditunjukkan pada

gambar 3.2

Gambar 3.2 Minimum sistem mikrokontroller AT89C51(Sumber : perancang)

3.1.2.2 Rangkaian Driver Motor Stepper

Motor stepper yang digunakan pada perancangan sistem Robot Pengebor PCB

berbasis Mikrokontrol AT89C51 mempunyai 200 step yang digunakan untuk

memposisikan mata bor baik koordinat X maupun Y, menurunkan/menaikkan

mata bor. Banyaknya putaran yang digunakan untuk memposisikan koordinat

mata bor (X dan Y) antar titik koordinat sebanyak 10 putaran, dan banyaknya

putaran untuk naik atau turunnya mata bor sebanyak 15 putaran, untuk

mengeluarkan maupun memasukkan PCB sebanyak 20 putaran.

28

Tabel 3.1 penghitungan step untuk motor stepper

Jumlah step besar putaran banyaknya putaran

200 360 derajat 1

150 270 derajat ¾

100 180 derajat ½

50 90 derajat ¼

Pengendalian motor stepper kesemuannya dikendalikan oleh

software

Driver motor stepper terdiri dari 2 buah transistor yaitu C945 dan D400 serta

sebuah dioda sebagai pengembali tegangan transient dari motor stepper.

Rangkaian driver motor stepper sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.3

Gambar 3.3 rangkaian driver motor stepper(sumber : Hafindo Education)

29

Nilai dari R1,R2, dan R3 dapat ditentukan dengan mengetahui Iob (arus output

Mikrokontroller) yaitu sebesar 25 ma.

Prinsip kerja dari rangkaian driver motor stepper yaitu ketika input driver

berlogika 1 menyebabkan tr1 berposisi on sehingga Vce = 0 maka tr2 mengalami cut

off sehingga motor tidak berputar. Dan sebaliknya jika tr1 berlogika 0 maka tr2 akan

berposisi menghantar sehingga menyebabkan motor berputar.

3.1.2.3. Rangkaian Catu Daya.

Rangkaian Robot Pengebor PCB membutuhkan tegangan catu daya sebesar 5

volt digunakan untuk menggerakkan IC mikrokontroler dan rangkaian seven segmen,

sedangkan catu daya 12 volt digunakan untuk menggerakkan beban yaitu motor

stepper dan motor DC. Rangkaian catu daya ini dibentuk oleh dua buah regulator LM

7812 untuk menghasilkan tergangan 12 volt dan LM 7805 yang menghasilkan

tegangan 5 volt untuk lebih jelasnya dapat dilihat dibawah ini.

30

Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya(sumber: perancang)

3.2 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak (Sofware).

Perangkat lunak merupakan faktor yang penting didalam perancangan alat

menggunakan mikrokontroler karena tanpa adanya perangkat lunak perangkat keras

(hardware) tidak akan bisa berjalan sesuai dengan yang diharapkan, jadi yang

menjadi kunci utama dalam suatu alat yang menggunakan mikrokontroler adalah

software karena software seperti otak yang akan memberi perintah atau intruksi untuk

dijalankan.

Perangkat lunak yang dibuat menggunakan bahasa assembly MCS.51 karena

AT89C51 masih termasuk dalam keluarga besar MCS.51. Untuk mempermudah

dalam membuat program maka perlu dibuat suatu diagram alir (flow chart) dari

program yang akan dibuat.

3.3. Perancangan Robot

31

Perancangan robot ini menggunakan aluminium dengan panjang 50 cm dan

lebar 50 cm serta tinggi 50 cm, led indikator tombol on, keypad, 4 buah seven

segmen, 7 buah motor stepper, 1 buah motor DC, catu daya listrik, lebih

lengkapnya terlihat pada lampiran.

3.4. Perancangan Pengujian Rangkaian

Pengujian sistem ini dilakukan dalam dua tahap, tahab I dilakukan terhadap

perangkat keras pada masing-masing blok rangkaian. Penyusun sistem antara

lain rangkaian seven segmen, rangkaian pengendali motor dan pengujian sistem

tahap II dilakukan secara menyeluruh.

3.4.1. Pengujian Seven Segmen

3.4.1.1. Tujuan Pengujian

Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian seven segmen dapat

menampilkan karakter. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan common seven

segmen dengan tegangan +5V.

3.4.1.2. Alat Penguji

a. Power suplay 5 volt

b. Driver seven segmen.

c. Seven segmen

3.4.1.3. Metode Pengujian

32

a. Menyusun rangkaian penguji seperti gambar 3.5 berikut dan pastikan catu

daya 5 volt

b. Masukkan hasilnya kedalam tabel 4.1

Gambar 3.5 Metodologi pengujian seven segmen(sumber: perancang)

3.4.2. Pengujian Motor Stepper

3.4.2.1. Tujuan Pengujian

Pengujian motor stepper ini bermaksud untuk mengetahui apakah motor stepper

dapat bergerak sesuai dengan yang direncanakan atau tidak, dengan dikontrol

langsung melalui mikrokontroller, sehingga perancang dapat menyesuaikan

programnya sesuai yang dibutuhkan.

3.4.2.2. Alat penguji

a. Power suplay 5 dan 12 volt

b. Rangkaian driver motor

c. Motor stepper

d. Mikro yang berisi perancangan program motor stepper yang dapat dilihat

pada lampiran

3.4.2.3. Metodologi Pengujian

a. Menyusun rangkaian sesuai dengan 3.6

33

Mikrokontroller AT 89C51

DRIVER

SEVENSEGMEN

b. Masukkan hasilnya kedalam tabel 4.2

Gambar 3.6 Metodologi pengujian motor stepper(sumber: perancang)

3.4.3. Pengujian Keseluruan Sistem

3.4.3.1. Tujuan Pengujian

Tujuan pengujian keseluruhan sistem adalah untuk mengetahui prinsip kerja

sistem, setelah perangkat keras dan perangkat lunaknya diintegrasikan bersama-

sama. Pengujian sistem secara keseluruhan diuji diatas beberapa tahab

berdasarkan input yang diterima oleh mikrokontroller dan dikeluarkan

outputnya berupa memutar motor stepper yaitu memasukkan dan mengeluarkan

PCB dari robot, memposisikan mata bor pada koordinat X dan Y, menampilkan

karakter pada seven segmen, dan menghidupkan atau mematikan motor bor.

3.4.3.2. Alat Penguji

a. Power suplay 5 volt dan 12 volt

b. Perangkat keras beserta input dan outputnya

c. Perangkat lunak yang telah diintegrasikan kedalam mikrokontroller

3.4.3.3. Metodologi Pengujian

a. Susun semua rangkaian menjadi satu sistem

b. Aktifkan power suplay

34

Mikrokontroller AT 89C51

DRIVER

MOTOR

MOTOR STEPPER

c. Masukkan data pada keypad yang telah disediakan.

d. Tekan tombol save untuk menyimpan data yang telah dimasukkan.

e. Tekan tombol finish untuk menjalankan robot.

f. Amati jalannya robot

g. Catat hasilnya di tabel 4.3

35

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Hasil Pengujian

4.1.1 Hasil Pengujian Seven Segmen

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Seven Segmen

Data Masukan Seven SegmenKeterangan

D C B A

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

Mati

Angka 1

Angka 2

Angka 3Angka 4

Angka 5Angka 6

Angka 7

Angka 8

Angka 9

Angka 0

36

4.1.2 Hasil Pengujian Motor Stepper

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Motor Stepper

Isi R0Arah Putaran Keadaan Motor

200

150

100

50

200

150

100

50

Putar Kanan

Putar Kanan

Putar Kanan

Putar Kanan

Putar Kiri

Putar Kiri

Putar Kiri

Putar Kiri

motor berputar ke kanan sebesar 360

Motor berputar kekanan sebesar 270

Motor berputar kekanan sebesar 180

Motor berputar kekanan sebesar 90

Motor berputar Kekiri sebesar 360

Motor berputar kekiri sebesar 270

Motor berputar kekiri sebesar 180

Motor berputar kekiri sebesa 90

.

4.1.3 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem

Input yang Aktif 7 Segmen M1&M2 M3&M4 M5&M6 M7 Keterangan

Power Supply

Tombol Start

Input data

-

√

√

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Indikator Menyala

Tombol Ditekan

Koordinat X Dan Y

37

Tombol enter √ √ √ √ √ Exekusi program

4.2 Analisa Hasil Pengujian

4.2.1 Analisa Hasil Pengujian Seven Segmen

Dari hasil pengujian seven segmen, pada tabel 4.1

memperlihatkan bahwa ketika ada data masukan maka

seven segmen bisa menampilkan karakter, dan rangkaian

ini bekerja apabila diberi masukan rendah (active low). dari

keadaan ini perancang dapat mengambil kesimpulan bahwa

seven segmen sudah sesuai dengan perencanaan.

4.2.2 Analisa Hasil Pengujia Motor Stepper

Dari tabel 4.2 dapat disimpulkan bahwa driver motor stepper dapat berfungsi

sesuai rancangan. Sebab jika R0 (register 0 yang berisi banyaknya putaran

motor pada program) di isi dengan 2000 dengan arah kanan, dan 2000 dengan

arah kiri maka motor stepper akan berputar sebanyak 10 putaran. Putaran ini di

perlukan untuk memposisikan koordinat X dan Y antar lubang PCB. Dan jika

R0 di isi dengan 10.000 maka motor stepper akan berputar sebanyak 100

putaran baik kearah kanan maupun kearah kiri sesuai dengan subrutin program

yang dijalankan. Demikian juga untuk menaikkan dan menurunkan mata bor

diperlukan pengisian yang berbeda-beda sesuai dengan yang dibutuhkan, Untuk

menaikkan maupun menurunkan mata bor membutuhkan putaran sebanyak 20

putaran, sedangkan untuk memasukkan dan mengeluarkan PCB dari robot

membutuhkan putaran sebanyak 100 putaran.

38

4.2.3 Analisa Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem

Dari pengujian sistem secara keseluruhan dapat dianalisa bahwa sistem dapat

bekerja sesuai dengan perancangan awal hal ini terbukti dengan input dan outputnya

yang sesuai, yaitu:

a. Ketika power suplay aktif maka mikrokontroller akan mengalami reset hal ini

terlihat dengan tidak adanya perintah yang dilakukan oleh mikrokontroller.

b. Jika ada data masukan dari keypad yang berupa data koordinat X dan Y, maka

perintah dilanjutkan ke tombol “save” untuk menyimpan program, setelah itu

tombol “enter” di aktifkan maka robot akan dijalankan.

c. Ketika Robot sedang dijalankan, maka led indicator “proses” akan menyala, dan

apabila di tombol “pause” maka robot akan berhenti, dan setelah di tombol

“play” maka robot akan bekerja lagi, setelah selesai pengeboran maka led

indicator “finish” akan menyala.

d. Selesai dilakukan pengeboran PCB maka PCB dikeluarkan dari robot dengan

menekan tombol “open”.

39

BAB V

PENUTUP

5.1 Pendahuluan

Kesimpulan dan saran yang dapat disajikan dari perencanaan, pembuatan, dan

pengujian Robot Pengebor PCB Berbasis Mikrokontroller AT89C51 adalah

sebagai berikut:

5.1.1 Kesimpulan

Penyusun skripsi ini setelah melalui tahap perencanaan dan pembuatan

rangkaian, dilanjutkan ke tahap pengujian rangkaian. Dalam pengujian tersebut

disusun metode-metode pengujian yang dapat memberikan gambaran tetang

prinsip kerja Robot Robot Pengebor PCB. Setelah melalui tahap pengujian

diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:

a. Dari pengujian sistem keseluruhan, sistem menunjukkan bahwa sistem dapat

bekerja sesuai dengan perencanaan, robot mampu melakukan tugasnya untuk

mengebor PCB, hanya ada kelemahan yaitu mengenai mekanik yang tidak

mampu untuk bertahan lama jika digunakan secara terus menerus.

b. Peletakkan switch haruslah tepat pada tempat yang akurat guna pendeteksian

tempat pemberhentian mata bor.

c. Robot Pengebor PCB ini dapat digunakan untuk tugas lain selain mengebor PCB,

tentunya dengan sedikit penyesuaian di hardware maupun softwarenya.

d. Sistem kerja robot ini membutuhkan waktu beberapa detik dalam satu siklus

kerjanya.

40

5.1.2 Saran

Dengan melihat hasil yang dicapai dalam perancangan dan kesimpulan yang

ada, untuk mengembangkan lebih lanjut disarankan:

a. Penambahan indikator yang menyatakan pekerjaan yang sedang dilakukan oleh

robot.

b. Perlu diperbaiki dari pada sistem mekaniknya.

c. Perlu dilakukan perubahan dalam rangka untuk mempercepat dari pada sistem

kerja robot.

41