BAB II

DASAR TEORI

2.1 Photodioda

Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-

ubah kalau cahaya yang jatuh pada dioda berubah-ubah intensitasnya.

Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus

yang mengalir. Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka makin

kecil nilai tahanannya, sehingga arus yang mengalir semakin besar. Jika

photodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan

berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada

persambungan tersebut.

Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Biasanya yang dipakai

adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk

indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan

timah sulfide (PBS). Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik

jangkauan panjang gelombang, misalnya: 250 nm ke 1100 nm untuk

silikon, dan 800 nm ke 2,0 μm untuk GaAs.

Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya.

Berbeda dengan diode biasa, komponen elektronika ini akan mengubah

cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda

ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai

dengan sinar-X. Aplikasi photodioda mulai dari penghitung kendaraan di

jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa

peralatan di bidang medis.

3

Gambar 1. Photodioda

Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang

dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang

dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang

dipancarkan oleh infrared.

Gambar 2. Prinsip kerja photodioda

2.2 Rangkaian Sensor Photodioda

Untuk membuat Rangkaian Sensor Infrared atau Rangkaian Sensor

Proximity, dibutuhkan komponen seperti infrared sebagai sumber cahaya

(light Source) dan sebuah Photodioda sebagai sensor cahaya (Photodetector).

Adapun contoh rangkaiannya adalah sebagai berikut.

4

Gambar 3. Rangkaian photodioda

Rangkaian Sensor tersebut dapat dipakai diberbagai aplikasi, seperti

pendeteksi keberadaan sebuah benda. Pada rangkaian sensor diatas,

photodioda digunakan sebagai sensor cahaya dan infrared sebagai sumber

cahaya. Ketika Infrared ditembakkan menuju photodioda, maka photodioda

menerima jumlah cahaya dalam intensitas yang tinggi dan akan memiliki nilai

resistansi yang rendah sehingga memberikan tegangan keluaran sangat kecil

(logika 0).

Sebaliknya jika Infared ada yang menghalangi sehingga cahaya tidak

sampai ke photodioda maka nilai resistansi photodioda akan tinggi sehingga

memberikan tegangan keluaran yang cukup (logika 1).

Perubahan nilai tegangan tersebulah yang dapat digunakan sebagai

input pada rangkaian Mikrokontroler (uC). Namun sebelum memasuki

mikrokontroller, digunakan rangkaian ADC sebagai konverter terlebih dahulu

untuk mengkonversi perubahan tersebut menjadi sinyal TTL.

2.3 Mikrokontroller

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam

sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah

kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.

5

Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital

yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang

bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler

sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri kita

saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika kita sudah bisa melakukan

hal itu kita bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan

sebagainya, dan kita pun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula

jika kita sudah mahir membaca dan menulis data maka kita dapat membuat

program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan

mikrokontroler sesuai keinginan kita. Mikrokontroler merupakan komputer di

dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang

menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut

“pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak

memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS

dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh

mikrokontroler ini.

Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan

secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote kontrol, mesin kantor,

peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran,

biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan

mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran

mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih

ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas

Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar

dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi

Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang

kompak

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi

komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk

aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan

6

dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau

mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung

beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel,

port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke

digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit

atau kompleks.

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler

tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan

sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan

sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah

menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun

mikrokontroler sudah beroperasi.

Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita

memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:

1. sistem minimal mikrokontroler

2. software pemrograman dan kompiler, serta downloader

Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian

mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah

aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri

sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki

prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri

2. Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai

dari awal

3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU

4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumber daya

Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin

pada no 2 ,3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi

yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz,2MHz,4MHz,8MHz),

sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila

ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi

7

dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian

clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya

menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang

sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.

2.3.1 Jenis-jenis Mikrokontroller

Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini

didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan

pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.

RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set

Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas

yang lebih banyak.

Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set

Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan

fasilitas secukupnya.

Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-

sendiri. Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis

mikrokontroler yang telah umum digunakan.

1. Keluarga MCS51

Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler

CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock.

Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun

awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal,

pengembangan lebih lanjut telah tersedianya ROM luar 64KB dan

RAM luar 64KB diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip

yang terpisah untuk akses program dan memori data.

Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah

pemasukan sebuah mesin pemproses boolean yang mengijikan

operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung

dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah

MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable

Logic Control).

8

2. AVR

Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering

disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena

RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu

siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering

dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi.

Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada

dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,

peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga

ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.

3. PIC

Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari

Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya

berubah menjadi Programmable Intelligent Computer.

PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard

yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan

oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama

PIC1640. Sekarang Microchip telah mengumumkan pembuatan PIC-

nya yang ke enam.

PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para

penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ketersediaan dan

penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta

pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial

pada iasive.

2.3.2 Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik

open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah

chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

9

Gambar 4. Board arduino uno

Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka

Arduino pun dapat iasive menggunakan iasive sesuai kebutuhan.

Kegunaan Arduino tergantung kepada yang membuat program.

Arduino ias digunakan untuk mengontrol LED, ias juga digunakan

untuk mengontrol iasiver.

Contoh yang sudah pernah dibuat adalah MP3 player, pengontrol

motor, mesin CNC, monitor kelembaban tanah, pengukur jarak,

penggerak servo, balon udara, pengontrol suhu, monitor iasi, statiun

cuaca, pembaca RFID, drum elektronik, GPS logger, monitoring bensin

dan masih banyak lagi.

Kelebihan Arduino

- Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah

ada bootloader yang akan menangani upload program dari iasive.

- Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna

Laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakan

nya.

- Bahasa pemrograman iasive mudah karena software Arduino

dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.

- Memiliki modul siap pakai (shield) yang ias ditancapkan pada board

Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.

Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini

sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana

10

sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah.

Untuk membuat program Arduino dan mengupload ke dalam board

Arduino, dibutuhkan software Arduino IDE (Integrated Development

Enviroment).

Gambar 5. Sistem minimum Arduino Uno dengan ATMega 328

11