TUGAS AKHIR PENAMPIL KECEPATAN MOTOR DC DENGAN LED...

TUGAS AKHIR

PENAMPIL KECEPATAN MOTOR DC DENGAN LED

BERBENTUK JARI BERBASIS MIKROKONTROLER

AT89C51

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

ALDIUS GINTING

NIM: 065114039

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2008

ii

FINAL PROJECT

THE DISPLAY OF DC MOTOR SPEED WITH LED CIRCUITS

LIKE A FINGER BASED ON MICROCONTROLLER AT89C51

In partial fulfillment of the requirements

for the degree of SARJANA TEKNIK Science and Technology Faculty Electrical

Engineering Study Program Sanata Dharma University

BY:

ALDIUS GINTING

NIM: 065114039

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2008

v

Karya ini

persembahan terindah untuk:

Kedua Orang tuaku terkasih

Keluarga Ginting Suka rumah Galuh

Nd Karoku yang Setia

Semua yang mencintaiku

vi

Moto

“Bila engkau ingin mengenal Allah, maka berusahalah mengenal

dirimu lebih dahulu”

(Evagrius Pontikus)

“Setiap manusia wajib mendengarkan apa yang dibisikkan kata

hatinya, setiap orang dapat diajarkan berbuat baik, segala

kelakuan jahat, semata-mata berdasarkan cara berpikir yang

salah”

(Socrates)

“Kita dapat mencapai banyak dengan ilmu pengetahuan, tetapi

hanya cinta terhadap pekerjaan yang membawa kita ke

kesempurnaan”

(Rabindranath Tagore)

viii

PENAMPIL KECEPATAN MOTOR DC DENGAN LED BERBENTUK JARI BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51

ALDIUS GINTING 065114039

INTISARI

Penelitian ini mengkaji penampil kecepatan motor DC dengan LED berbentuk jari berbasis mikrokontroler AT89C51. Hal ini bertolak dari asumsi bahwa mikrokontroler AT89C51 dapat digunakan untuk menggerakkan dot matrik LED. Dot matrik LED merupakan salah satu tampilan yang dapat digunakan selain tampilan lainnya, seperti seven segment dan LCD.

Dalam penelitian ini, pengukuran kecepatan motor DC dirancang dengan menggunakan dot matrik LED sebagai tampilan. Dot matrik LED tersebut disusun menyerupai jari, LED pada dot matrik dipasang secara paralel sebanyak 5 buah LED. Teori yang digunakan untuk merancang penampil kecepatan motor DC tersebut berupa teori mikrokontroler AT89C51, perhitungan piringan encoder, perhitungan nilai tegangan penggerak LED, dan perhitungan nilai rotation per minute (RPM).

Hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kecepatan motor DC dapat ditampilkan pada LED melalui mikrokontroler AT89C51. Tampilan yang ditunjukkan pada LED tersebut merupakan kecepatan dari 100 Rpm sampai dengan 2300 Rpm, dengan kenaikan per 100 Rpm. Untuk titik kritis masih ada error. Kata kunci: LED berbentuk jari, mikrokontroler AT89C51, piringan, RPM

ix

THE DISPLAY OF DC MOTOR SPEED WITH LED CIRCUITS LIKE A FINGER BASED ON MICROCONTROLLER AT89C51

ALDIUS GINTING

065114039

ABSTRACT

This research studied the display of dc motor speed with LED circuits like a finger based on microcontroller AT89C51. It is starting from assumption that a microcontroller AT89C51 can be used to move LED dot matrix. The LED dot matrix is one of the display can be used beside other displays, like a seven segment and LCD.

In this research, the measurement of a DC motor speed is designed by using LED dot matrix as the display. The LED dot matrix is compiled like a finger, LED in the dot matrix attached parallelly of 5 LED. The theories used for designing the display are microcontroller AT89C51 theory, calculation of encoder saucer, calculation of LED driver voltages value, and calculation of rotation per minute (RPM).

The result of research can be concluded that the DC motor speed can be presented on LED through the microcontroller AT89C51. The display presented on LED is the speed from 100 Rpm up to 2300 Rpm, with 100 Rpm increase. For the critis point still exist some error. Keyword: LED like a finger, microcontroller AT89C5, encoder, RPM

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis dipanjatkan kepada Tuhan Yesus atas berkat dan

karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Penyelesaian Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam

menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Patut diakui bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini merupakan buah usaha keras,

dimana penulis telah mencurahkan segala kemampuan, gagasan, dan segala inspirasi

yang ada, tentunya pula berkat bantuan dan dampingan serta bimbingan dari berbagai

pihak. Namun, penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari

sempurna dan tidak dapat diselesaikan tanpa dukungan dan bantuan dari berbagai pihak.

Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak A. Bayu Primawan, S.T.,M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Terima

kasih atas dukungannya selama ini.

2. Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T. selaku pembimbing I, terima kasih atas segala

ide, saran, dan inspirasi yang tak ternilai harganya, yang penulis dapatkan selama

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Tjendro selaku pembimbing II, terima kasih atas segala saran dan

bantuannya yang begitu besar telah membantu penulis untuk menyelesaikan Tugas

Akhir ini.

xi

4. Bapak Ir. Iswanjono, M.T. dan Bapak Ir. Linggo M. Suwarno, M.T. yang telah

banyak memberikan ide dan gambaran kepada penulis.

5. Para dosen Teknik Elektro yang telah banyak memberi bekal pengetahuan selama

menempuh studi di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Para karyawan Laboratorium Teknik Elektro, terima kasih atas segala fasilitas Lab-

nya sehingga pembuatan alat untuk Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

7. Bapak Aris Sukarjito, S.IP. selaku Kepala Sekretariat Jurusan Teknik Elektro yang

telah memberikan pelayanan dan perhatian yang sangat baik selama penulis

menempuh studi di Uninersitas Sanata Dharma.

8. Kedua orang tuaku, Bapa Bena Ginting (Alm.) dan Nande Marta br Tarigan yang

telah membimbingku dan terima kasih pula atas semua cinta dan doanya.

9. Saudara-saudaraku yang tidak henti-hentinya memberikan dukungan moral selama

aku menyelesaikan studi di Universitas Sanata Dharma.

10. Keluarga besar Ginting Suka Rumah Galuh yang selalu memberikan saran-saran

kepadaku untuk menyelesaikan studi.

11. Mama Sofian Sitepu dan Mami Sri Ningsih di Giwangan yang telah banyak

membantuku, terima kasih atas perhatian, saran, dan doa yang telah diberikan

kepadaku.

12. Nd Karoku, Rosalana Viva Sitepu yang selalu setia mendampingiku dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta terima kasih atas doa dan cinta yang selalu

diberikan kepadaku.

13. Anak dan keponakanku Vedrik, Steven, Deril, Erik, Efran, Eli, Senni, Eka, Tika,

Sella, Ester, dan Fili atas gurauan-gurauan yang selalu diberikan kepadaku.

xii

14. Mbah, Aan, Tedi, Loren, dan Om Bung yang senantiasa bercerita tentang

Yogjakarta.

15. Sawa Geng, Manto (Tabib), Zeno (Sawa Nelen), Sarman (Dewa Mabuk), Riston,

dan Antonius atas segala kenangan yang tidak pernah berakhir atas persahabatan

kita, serta Bang Robert di Gambir yang selalu mena nyakan perkembangan Tugas

Akhirku.

16. Teman-temanku Prana ‘Merana’ “Kapan neh punya pacar?” Terima kasih ya atas

bantuannya; Sularso ‘Opo Man’ terima kasih atas alat-alatnya, “Kapan nyusul?”;

Stenly ‘Beta-Beta’ “Kalau mau bolos ajak-ajak ok”; Toni ‘Parto’ terima kasih atas

saran softwarenya; anak-anak kost Dabag; anak-anak Gambir, kalian adalah yang

terbaik.

17. Semua pihak (tanpa terkecuali) yang telah membantu dan mendukung kelancaran

penulisan skripsi ini. Tiada kata yang sanggup menggantikan selain rasa terima

kasih yang mendalam.

Sejak awal, penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis

harapkan dari pembaca demi peningkatan dan perbaikan penelitian ini. Akhirnya, penulis

pun berharap kiranya skripsi ini dapat bermanfaat dan memberikan nuansa baru bagi

perkembangan di bidang Mikrokontroler.

Penulis

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL…………………………………………………………………..… i

FINAL PROJECT ………………………………………………………………………. ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ……………………………………..…. iii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………………….. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………………… v

MOTO ……………………………………………………………………………………vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA …………………………………………….…. vii

INTISARI ……………………………………………………………………………... viii

ABSTRACT ………........………………………………………………………………... ix

KATA PENGANTAR ………………………………………………………………….. x

DAFTAR ISI …..………...………………………………………………………...…. xiii

DAFTAR GAMBAR ..….…………………………………………………………….. xvii

DAFTAR TABEL …..…………………………………………………………..……... xix

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………………….. 1

1.1 Latar Belakang ………………………………………………………………… 1

1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………………………1

1.3 Pembatasan Masalah …………………………………………………………... 2

1.4 Tujuan Penelitian ……………………………………………………………… 3

1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………………………. 3

1.6 Metode Penelitian … …..………………………………………………………. 3

xiv

BAB II DASAR TEORI ………………………………………………………………… 4

2.1 Prinsip Dasar ……………………………………………………………........... 4

2.2 Sensor Optocoupler …………………………………………………………… 4

2.3 Encoder ………………………………………………………………………... 7

2.4 Mikrokontroler AT89C51 ………………………………………………........... 7

2.4.1 Memori ……………………………………………………………........... 8

2.4.1.1 Memor i Program ………………………………………………… 8

2.4.1.2 Memor i Data ……………………………………………….......... 9

2.4.2 Mode Pengalamatan ……………………………………………………... 9

2.4.2.1 Pengalamatan Langsung ………………………………………… 9

2.4.2.2 Pengalamatan Tidak Langsung ………………………………… 10

2.4.2.3 Pengalamatan Data ……………………………………………... 10

2.4.2.4 Pengalamatan Kode ……………………………………………..10

2.4.2.5 Pengalamatan Bit ………………………………………………. 11

2.4.3 Port Paralel ……………………………………………………………... 11

2.4.4 Instruksi-Instruksi ……………………………………………………… 14

2.4.4.1 Instruksi-Instruksi Aritmatika ………………………………….. 14

2.4.4.2 Instruksi-Instruksi Logika ……………………………………… 14

2.4.4.3 Instruksi-Instruksi Transfer Data ………………………………. 14

2.4.4.4 Instruksi-Instruksi Boolean …………………………………….. 14

2.4.5 Pewaktu CPU …………………………………………………………... 15

2.4.5.1 Timer dan Counter dalam Mikrokontroler AT89C51 ………….. 15

2.4.5.2 ON-Chip Oscilator ……………………………………………... 17

xv

2.4.6 Siklus-Siklus Mesin ……………………………………………………. 17

2.5 Motor DC …………………………………………………………………….. 17

2.6 Pemicu Schmitt ………………………………………………………………. 29

2.7 Transistor sebagai Saklar …………………………………………………….. 20

2.8 LED (Light Emitting Diode) …………………………………………………. 22

BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS ………………………………….. 24

3.1 Rangkaian Sensor …………………………………………………………….. 25

3.2 Osilator Kris tal ……………………………………………………………… .. 27

3.3 Rancangan Encoder ………………………………………………………….. 28

3.4 Motor DC …………………………………………………………………….. 29

3.5 Penampil LED ………………………………………………………………... 29

3.6 Penggerak LED ………………………………………………………………. 31

3.7 Tombol Start/Reset dan Stop ………………………………………………… 34

3.8 Skala …………………………………………………………………………. 35

3.9 Perancangan Perangkat Lunak ……………………………………………….. 35

3.9.1 Program Utama ………………………………………………………… 35

3.9.2 Diagram Alir Perhitungan Rpm ………………………………………... 38

3.9.3 Proses Perkalian ………………………………………………………... 40

3.9.4 Pencuplikan Data Selama Satu Detik ………………………………….. 43

3.9.5 Proses Tampilan ………………………………………………………... 44

BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ………………………........ 45

4.1 Hasil Akhir Perancangan …………………………………………………….. 45

4.2 Contoh Tampilan LED ………………………………………………………. 48

xvi

4.3 Pembahasan Rangkaian Elektronik ………………………………………...... 52

4.3.1 Rangkaian Sensor Optis ……………………………………………...... 52

4.3.2 Rangkaian Transistor sebagai Saklar ………………………………….. 54

4.4 Analisis Software……………………………………………………………... 55

4.4.1 Pencuplikan Data Satu Detik …………………….…………………….. 55

4.4.2 Perhitungan Rpm …………………………………………………….... 56

BAB V PENUTUP…………………… ……………………………………………….. 59

5.1 Kesimpulan …………………………………………………………………... 59

5.2 Saran ………………………………………………………………………..... 59

DAFTAR PUSTAKA …………… ...…………………………………………………...60

LAMPIRAN…………………………………………………………………………… . 61

xvii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Simbol Optocoupler ………………………………………………………... 5

Gambar 2.2 Rangkaian Optocoupler ……………………………...…………………….. 5

Gambar 2.3 Piringan …………………………………………………………………….. 7

Gambar 2.4 Motor DC …………………………………………………………………. 19

Gambar 2.5 Pemicu Schmitt …………………………………………………………… 19

Gambar 2.6 Bentuk Gelombang Masukan dan Keluaran Pemicu Schmitt …………….. 20

Gambar 2.7 Transistor sebagai Saklar ……………………………………………......... 20

Gambar 2.8 Grafik Output dari Transistor ……………………………………………... 21

Gambar 2.9 Penggerak LED ………………………………………………………........ 23

Gambar 3.1 Diagram Blok Alat ………………………………………………………... 24

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor …………………………………………………………. 26

Gambar 3.3 Rangkaian Osilator ………………………………………………………... 28

Gambar 3.4 Rancangan Encoder ……………………………...……………………….. 28

Gambar 3.5 Motor DC …………………………………………………………………. 29

Gambar 3.6 Matrik LED ……………………………………………………………….. 30

Gambar 3.7 Bentuk Matrik LED yang Disusun ……………………………………….. 30

Gambar 3.8 Rangkaian Penggerak LED ……………………………………………...... 32

Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap Penggerak LED ……………………………………... 34

Gambar 3.10 Rangkaian Tombol Start/Reset dan Stop …………………………… ....... 34

Gambar 3.11 Diagram Alir Program Utama …………………………………………… 37

xviii

Gambar 3.12 Diagram Alir Proses Perhitungan RPM …………………………………. 49

Gambar 3.13 Diagram Alir Proses Perkalian …………………………………………... 42

Gambar 3.14 Diagram Alir Timer Satu Detik …………………………………………. 43

Gambar 3.15 Diagram Alir Penampil LED ……………………………………………. 44

Gambar 4.1 Rangkaian Catu Daya …………………………………………………...... 46

Gambar 4.2 Rangkaian Mikrokontroler ……………………………………………...... 46

Gambar 4.3 Motor, Encoder, dan Tampilan LED …...………………………………… 47

Gambar 4.4 Tombol Start/Reset dan Stop……………………………………………... 47

Gambar 4.5 Tampilan Pada Saat 600 Rpm…………………………………………...... 48

Gambar 4.6 Tampilan Pada Saat 2000 Rpm…………………………………………… 49

xix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Fungsi-Fungsi Khusus Port 1 …………………………………………… .. … 12

Tabel 2.2 Fungsi-Fungsi Khusus Port 3 ……………………………………………. …. 13

Tabel 2.3 Register TMOD …………………………………………………………. …. 15

Tabel 2.4 Register TCON ……………………………………………………………… 16

Tabel 3.1 Kombinasi Port dalam Penyalaan LED …………………………………. … 31

Tabel 4.1 Perbandingan dengan Tachometer…………………………………………… 49

Tabel 4.2 Putaran Motor dengan Posisi LED…………………………………………... 51

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Terhadap Fototransistor……………………………….. …52

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Terhadap Transistor sebagai Saklar………………… ........ 54

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor DC merupakan salah satu tipe dari berbagai tipe motor yang ada.

Motor DC tersebut seringkali digunakan dalam kegiatan sehari-hari maupun

dalam industri. Pada umumnya, kecepatan motor DC diukur dengan suatu

instrumen elektronis dengan penampil analog yang biasanya menggunakan jarum

sebagai penunjuk kecepatan putaran atau menggunakan penampil digital.

Penelitian ini akan merancang dan membuat suatu penampil alternatif untuk

mengukur kecepatan motor DC, yaitu dengan tampilan LED. Proses pengukuran

kecepatan motor DC dilakukan dengan rangkaian elektronis, kemudian

pengolahan data dan proses penampil dilakukan oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMEL AT89C51 yang merupakan

bagian dari MCS-51.

1.2 Perumusan Masalah

Penelitian ini akan merancang suatu mekanik pengukuran kecepatan

motor DC dengan LED sebagai tampilan. Putaran motor DC akan dibaca oleh

suatu sensor optocoupler. Hasil pembacaan dari sensor optocoupler tersebut akan

diolah oleh mikrokontroler dan akan ditampilkan melalui penampil LED.

2

Oleh karena itu, penulis merumuskan permasalahan yang diobservasi

adalah sbb:

1. Bagaimana merancang alat agar menghasilkan data input yang dapat dibaca

oleh sensor optocoupler. Hasil pembacaan tersebut akan dikirim lewat

rangkaian pemicu Schmitt, kemudian diolah mikrokontroler AT89C51.

2. Bagaimana cara mengatur pengaksesan data input maupun data output secara

program atau software.

3. Bagaimana instalasi port agar data digital dapat dibaca dan diterima, serta

diolah oleh mikrokontroler AT89C51.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam melakukan perancangan tugas akhir ini, penulis menggunakan

mikrokontroler AT89C51 untuk mengolah banyaknya putaran motor dalam waktu

tertentu sehingga menghasilkan suatu nilai kecepatan. Perancangan kecepatan

motor tersebut diukur dengan satuan rotation per minute (rpm) dan menggunakan

skala 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400,

1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300.

Sebagai piranti masukan pada perancangan, penulis menggunakan sensor

optocoupler dan 2 tombol (start/ reset, stop). Sensor optocoupler berfungsi

sebagai pendeteksi pulsa putaran motor yang berasal dari pantulan sinar infra

merah terhadap motor yang berputar. Cara kerja dari kedua tombol tersebut,

antara lain: tombol start untuk memulai pengukuran; tombol reset untuk

3

mengembalikan ke keadaan semula; dan tombol stop untuk menghentikan proses

pengukuran dan menampilkan data pengukuran terakhir.

Piranti keluaran berupa LED (Light Emitting Diode) akan menampilkan

kecepatan putaran motor.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang dan

mengaplikasikan mikrokontroler AT89C51 sebagai alat ukur untuk pengukuran

putaran motor dan menampilkan hasilnya dengan deretan LED yang membentuk

jari.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini dapat memberikan suatu alternatif alat untuk mengukur

kecepatan motor, serta memperkaya pengetahuan kita tentang penggunaan

mikrokontroler sebagai piranti pengolahan.

1.6 Metode Penelitian

Dalam merancang alat ukur ini, diperlukan langkah- langkah sebagai

berikut:

1. Studi literatur tentang masalah yang ada dan mempelajari cara kerja alat.

2. Perancangan dengan percobaan-percobaan yang sesuai dengan teori yang ada

untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang telah ditentukan.

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Prinsip Dasar

Pengukur kecepatan motor DC merupakan suatu peralatan yang terdiri

dari piranti mekanis dan rangkaian elektronis dengan menggunakan

mikrokontroler AT89C51. Mikrokontroler AT89C51 merupakan piranti pengolah

data secara hardware maupun software. Perancangan dan pembuatan peralatan

pengukur kecepatan motor DC ini menggunakan beberapa piranti pendukung,

yaitu optocoupler, pemicu Schmitt, motor DC dan indikator LED. Motor DC akan

diukur kecepatannya dengan sensor optocoupler, yang berfungsi untuk mendeteksi

posisi kode biner. Sinyal output optocoupler akan masuk ke pemicu Schmitt

untuk mempertegas sinyal masukan pada mikrokontroler. Pemicu Schmitt yang

digunakan dalam peralatan ini adalah IC TTL yang dihubungkan ke

mikrokontroler melalui port paralel.

2.2 Sensor Optocoupler

Optocoupler merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai

sensor cahaya. Optocoupler terdiri dari bagian sumber (source) dan penerima

(reciver). Bagian sumber berupa LED infra merah sedangkan penerimanya berupa

transistor photo atau dioda photo. Optocoupler dirancang sedemikian rupa

sehingga cahaya yang dipancarkan dari sumber diterima dengan baik oleh

penerima seperti ditunjukan pada gambar 2.1 dibawah ini.

5

ISO1OPTO ISOLATOR-A

Gambar 2.1 Simbol Optocoupler

Optocoupler digunakan untuk membaca kode gelap dan kode terang

pada piringan menjadi logika ‘0’dan ‘1’. Gambar rangkaian aplikasi optocoupler

untuk membaca kode gelap dan kode terang seperti pada gambar 2.2 berikut.

VCC VCC

Vout

Vout

Optocoupler Optocoupler

Rd

Rc

Rd Rc

(a) (b)

Gambar 2.2 Rangkaian Optocoupler

Ada dua macam rangkaian optocoupler seperti pada gambar 2.2. Pada

gambar 2.2 (a) keluaran optocoupler berlogika ‘1’ jika ada cahaya yang mengenai

transistor photo (membaca kode terang) dan ‘0’ jika tidak (membaca kode gelap).

Sedangkan gambar 2.2 (b) optocoupler berlogika ‘1’ jika tidak ada cahaya yang

mengenai transistor photo (membaca kode gelap) dan logika ‘0’ jika transistor

photo menerima cahaya (membaca kode terang).

Untuk menentukan nilai dari resistansi dioda Rd dan resistansi kolektor

Rc digunakan rumus:

(max)(max)

IfVfVcc

Rd−

= ………………………..2.1

6

IcVceVcc

Rc−

= …………………………………….2.2

Dimana, VeIe

Ic =

Dengan :

Rd = Resistansi Dioda (O)

Rc = Resistansi Kolektor (O)

Vcc = Tegangan (V)

Vce = Tegangan antara kolektor dan emitter (V)

Vf = Tegangan maju Dioda (V)

If = Arus maju Dioda (A)

Ic = Arus Kolektor (A)

2.3 Encoder (Piringan Penyandi)

Piringan penyandi berguna untuk mendeteksi posisi diskret. Dalam

mendeteksi posisi diskret tersebut, perlu digunakan pengkodean posisi. Metode

pendeteksian posisi dilakukan dengan cara membentuk piringan penyandi yang

telah dikodekan dalam kode biner. Resolusi atau tingkat ketelitian pendeteksian

posisi dengan pengkodean dipengaruhi oleh banyaknya bit yang dipakai.

Sandi biner merupakan sandi yang digunakan bagi piranti masukan atau

keluaran untuk mendeteksi setiap perubahan data masukan, pengubah analog ke

digital, serta peralatan-peralatan bantu lainnya.

7

Untuk menghitung jumlah putarannya dapat dihitung dengan persamaan

2.3 dibawah ini:

60×=np

rpm ………………………….……………2.3

Gambar 2.3 Piringan (Encoder)

2.4 Mikrokontroler AT89C51

AT89C51 adalah mikrokontroler keluaran Atmel dengan 4K byte Flash

PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory). AT89C51

merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory, isi memori tersebut

dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali kali.

Memori ini biasanya digunakan untuk menyimpan intruksi (perintah)

sehingga memungkinkan mikrokontroler ini untuk bekerja dalam mode single

chip operation (mode operasi keeping tunggal) yang tidak memerlukan exretnal

memory (memori luar) untuk menyimpan source code tersebut (Nalwan, 2003:1).

Mikrokont roler AT89C51 memiliki 128 x 8 bit internal RAM, 32

programmable I/O lines, 2 timer (counter) 16-bit, Full Duplex UART, Watch

Timer, 2 data pointer, ISP dan lain lain tersebut.

8

2.4.1 Memori

AT89C51 mempunyai struktur memori yang terdiri atas RAM Interna l,

memori sebesar 128 byte yang biasanya digunakan untuk menyimpan variable

atau data yang bersifat sementara. Special Function Register (register fungsi

khusus), memori yang berisi register register mempunyai fungsi fungsi khusus

yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut, seperti timer serial, dan lain lain.

Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi instruksi

AT89C51. AT89C51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM

Internal dan Flash PEROMnya. RAM Internal dialamati oleh RAM Address

Register (Register Alamat Program) dengan adanya struktur memori yang terpisah

tersebut RAM Internal dan Flash PEROM mempunyai alamat awal yang sama

yaitu alamat 00, namun secara fisiknya kedua memori tersebut tidak saling

berhubungan tersebut (Nalwan, 2003:4-5).

2.4.1.1 Memori Program

Memori program sering juga disebut dengan Flash Memory dengan

kapasitas sebesar 8K-byte yang hanya digunakan untuk membaca saja. Memori ini

dapat diakses pada alamat 0000H-1FFH. Alamat memori program panjangnya

selalu 16-bit, walaupun demikian jumlah memori program yang digunakan bisa

kurang dari 64K-byte (Putra, 2002:5).

9

2.4.1.2 Memori Data

Memori ini terbagi atas dua bagian yaitu: 128 byte internal RAM dan

128 byte special function register (SFR). Alamat memori data internal selalu 8 bit

atau 1 byte, yang konsekuensinya hanya mampu mengalamati hingga 256 byte

saja. Internal RAM dipetakan pada alamat 00H-FFH dan dapat diakses

mernggunakan pengalamatan langsung serta pengalamatan tidak langsung,

sedangkan SFR dipetakan pada alamat 80H-FFH dan hanya dapat diakses dengan

pengalamtan tidak langsung.

2.4.2 Mode Pengalamatan

Dalam pembuatan program pada mikrokontroler terdapat beberapa jenis

pengalamatan data atau operan yaitu:

2.4.2.1 Pengalamatan Langsung

Proses pengalamatan ini terjadi pada sebuh perintah ketika nilai operan

merupakan data yang akan diproses. Hanya data internal saja yang bisa diakses

secara langsung.

Contoh: MOV A,#05H

MOV A,#data

Instruksi ini melakukan operasi memindahkan data pada alamat 05H ke

dalam akumulator (Nalwan, 2003:69).

10

2.4.2.2 Pengalamatan Tidak Langsung

Proses pada pengalamatan ini terjadi pada sebuah perintah ketika salah

satu operan merupakan register yang berisikan alamat dan data yang akan diisi

atau dipindahkan.

Contoh: MOV R0,#50H

loop

MOV @R0,#08H

INC R0

CJNE R0,#58, loop

Interuksi ini melakukan operasi memindahkan data dari alamat memori

yang ditunjuk oleh register R1 ke akumulator(Nalwan, 2003:70).

2.4.2.3 Pengalamatan Data

Proses pengalamatan ini terjadi pada sebuah perintah ketika nilai operan

merupakan alamat dari data yang akan diisi, dipindahkan atau diproses (Nalwan,

2003:70).

Contoh: MOV R0,A

2.4.2.4 Pengalamatan Kode

Pengalamatan kode merupakan pengalamatan ketika operan merupakan

alamat dari instruksi JUMP dan CALL (ACALL, JMP, LJMP, dan LCALL).

Biasanya operan tersebut akan menunjukkan ke suatu alamat yang telah diberi

lebel sebelumnya (Nalwan, 2003:71).

11

2.4.2.5 Pengalamatan Bit

Proses Pengalamatan ketika operan menunjuk kealamat pada RAM

internal yang mempunyai kemampuan pengalamatan secara bit(Nalwan, 2003:72).

2.4.3 Port Paralel

Mikrokontroler AT89C51 mempunyai empat buah port, yaitu port 0,

port 1, port 2, dan port 3 yang terletak pada alamat 80H, 90H, A0H dan BOH.

Namun,jika digunakan eksternal memori ataupun fungsi- fungsi lain seperti

Eksternal Interupt, Serial ataupun Eksternal Timer, Port 0, Port 2 dan port 3 tidak

dapat digunakan sebagai port dengan fungsi umum. untuk itu disediakan port 1

yang dikhususkan untuk port dengan fungsi umum.

Semua port dapat diakses dengan pengalamatan secara bit sehingga dapat

dilakukan perubahan output pada tiap-tiap PIN dan port ini tanpa mempengaruhi

pin-pin lainnya.

Port 0

Port 0 merupakan port keluaran / masukan ( I / O), yang dapat juga

dikonfigurasikan sebagai bus alamat / data bagian rendah (low byte) selama

pengaksesan memori data dan program ekternal. Selain ini port 0 juga menerima

kode-kode yang dikirimkan kepadanya selama pemerosesan pemerograman. Dan

mengeluarkan kode-kode selama proses vertifikasi program yang telah tersimpan

dalam flash (Putra, 2002:74).

12

Port 1

Port 1 merupakan port keluaran / masukan ( I / O ) dwi arah yang

dilengkapi dengan pull up internal, dan dapat menerima alamat bagian rendah

(low byte) selama pemerograman dan vertifikasi flash (Putra, 2002:74).

Tabel 2.1 Fungsi – fungsi khusus Port 1

Pin Port Fungsi Alternatif P1.0 T12 (Timer/Counter 2 ekternal input) P1.1 TO2 (Timer/Counter 2 ekternal Output) P1.2 T2EX (Timer/Counter 2 Capsture/ Reload trigger) P1.3 SSI (Slave port select input) P1.4 SSO (Slave port select output) P1.5 MISO (Master data input, slave data output pin

untuk SPI) P1.6 MISO (Master data input, slave data input pin

untuk SPI) P1.7 SCK ( Master clock input, slave data input pin

untuk SPI)

Port 2

Port 2 merupakan port keluaran / masukan (I / O) dua arah yang

dilengkapi dengan pull up internal, juga dapat memberikan byte alamat bagian

tinggi (high byte) selama pengambilan instruksi dari memori program ekternal

(Putra, 2002:74).

Port 3

Port 3 merupakan port keluaran / masukan dua arah yang dilengkapi

dengan pull up internal, serta dapat menerima sinyal-sinyal kontrol selama

pemerograman dan vertifikasi flash. adapun fungsi khusus port 3 seperti tabel 2.2

13

Table 2.2 Fungsi- fungsi khusus kaki port 3

Kaki Port Fungsi alternative P3.0 RXD (port masukan serial) P3.1 TXD(port keluaran serial) P3.2 INT0 (interupsi ekternal 0) P3.3 INT1(interupsi eksternal 1) P3.4 T0(masukan ekternal pewaktu/pencacah 0) P3.5 T1(masukan ekternal pewaaktu/pencacah 1) P3.6 WR(sinyal baca data memori data ekternal) P3.7 RD(sinyal tanda tulis memori data ekternal)

PSEN

Program Store Enable merupakan sinyal baca untuk memori program ekternal.

ALE

Keluaran ALE (Address Lacth Enable) menghasilkan pulsa-pulsa yang

akan digunakan untuk memancing byte rendah (low byte) alamat semua

mengakses memori ekternal. Kaki ini juga berfungsi sebagai masukan pulsa

program selama pemerograman flash.

RST

Merupakan masukan reset apabila diberi masukan ‘1’ selama dua siklus

mesin pada saat osilator bekerja maka akan mereset mikrokontroler tersebut.

XTAL 1 dan XTAL 2

Mikrokontroler AT89C51 telah memiliki on-chip osilator yang dapat

bekerja dengan menggunakan kristal ekternal yang dihubungkan kekaki XTAL 1

dan XTAL 2.

14

2.4.4 Instruksi Ins truksi

Merupakan perintah yang dapat dimengerti sehingga dapat dilaksanakan

oleh mikroprosesor. Pada mikrokontroler AT89C51 memiliki beberapa instruksi

antara lain adalah:

2.4.4.1 Instruksi-Instruksi Aritmatika

Instruksi- instruksi yang digunakan adalah ADD, ADDC, SUBB, INC,

DEL, MUL, DIV, DA.

2.4.4.2 Instruksi-Instruksi Logika

Instruksi- instruksi logika ini biasanya digunakan untuk melakukan

operasi Boolean seperti; AND, OR, XOR, NOT, ANL, ORL, XRL, CLR, CPL,

RL, RLC, RR, RRC, SWAP.

2.4.4.3 Instruksi-Instruksi Transfer Data

Instruksi ini berfungsi untuk menyalin atau mengambil data yang

tersimpan dal;m memori program dan data. Instruksi- instruksi tersebut meliputi;

MOV, MOVX, MOVC, PUSH, POP, XCHD dan XCH.

2.4.4.4 Instruksi-Instruksi Boolean

Instruksi ini berfungsi untuk manipulasi dari beberapa instruksi yang

telah disebutkan diatas anatar lain; CLR, ANL, ORL, SETB, MOV, JNC, JC,

JNB, JNZ, LCALL, RET, ACALL, CPL, SJM, JZ.

15

2.4.5 Pewaktu CPU

2.4.5.1 Timer dan Counter dalam Mikrokontroler AT89C51

Mikrokontroler AT89C51 dilengkapi dengan dua perangkat timer

counter yaitu timer 1 dan timer 2. Pencacah biner timer / counter AT89C51

merupakan pencacah biner naik yang mencacah dari 0000h sampai FFFFh, saaat

kondisi pencacah berubah dari FFFFh kembali ke 0000h akan timbul sinyal

limpahan (overflow). Registe-register yang terdapat dalam timer / counter

mikrokontroler AT89C51 adalah register TMOD (Timer Mode Register), THx dan

TLx, serta register TCON (Timer Control Register) (Putra, 2002:112).

a. Timer Mode Register

Register TMOD terdiri atas 8 bit dengan konfigurasi seperti yang

ditunjukkan pada tabel 2.3 berikut ini.

bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

Gate C/T M1 M0 Gate C/T M1 M0

Tabel 2.3 Register TMOD

Gate : Bit pengatur saluran sinyal detak

C/T : 1= Counter

0= Timer

M1 dan M0 : Untuk memilih mode timer

16

b. THx dan TLx (x adalah nomor timer)

Merupakan register yang menunjukkan nilai dari timer dimana masing-

masimg timer mempunyai dua buah register yaitu THx untuk high byte dan TLx

untuk low byte.

c. Timer Control Register

Pada register ini hanya 4 bit saja, yaitu bit 4, bit 5, bit 6, dan bit 7 dari

register TCON yang mempunyai fungsi berhubungan dengan timer seperti yang

ditunjukkan pada tabel 2.4

bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT1

Tabel 2.4 Register TCON

TF1 : Timer 1 Overflow Flag yang akan set bila timer overflow

TR1 : 1 = Timer 1 aktif

0 = Timer 1 non aktif

TF0 : Sama dengan TF1 tetapi bit ini untuk timer 0

TR0 : Sama dengan TR1 tetapi bit ini untuk timer 0

17

d. Mode Timer

Mode timer terdiri dari:

a. Mode 0 timer 13 bit.

b. Mode 1 timer 16 bit.

c. Mode 2 timer 8 bit auto reload.

d. Mode 3 Split timer.

2.4.5.2 On-Chip Oscilator

Mikrokontroler AT89C51 meemiliki oscilator onchip, yang dapat

digunakan sebagai sumber detak (clock). Untuk menggunakannya maka

dihubungkan sebuah resonator kristal atau kermaik diantara kaki-kaki XTAL1 dan

XTAL2 pada mikrokontroler dan menghubungkan kapasitor ke ground.

2.4.6 Siklus-Siklus Mesin

Pembangkit Clock internal menentukan rentetan kondisi-kondisi yang

membentuk sebuah siklus mesin mikrokontroler. Siklus mesin tersebut diberi

nomor S1 samapai S6. Masing-masing kondisi panjangnya adalah dua priode

osilator. Satu siklus mesin panjangnya paling lama dikerjakan dalam 12 priode

osilator, apabila frekuensi kristalnya adalah sebesar 12 MHz (Putra, 2002:22).

2.5 Motor DC

Motor adalah suatu mesin listrik yang menghasilkan gerak mekanis

dengan prinsip elektromagnetis. motor dapat dibagi menjadi dua yaitu: motor arus

18

searah (DC) dan motor arus bolak-balik (AC). motor arus searah membutuhkan

tegangan searah untuk bekerja. prinsip kerja motor DC dapat dijelaskan dengan

Hukum Lorenz.

θsinBIlF = …………….………………………….2.4

Dengan B adalah medan magnet, Il adalah arus, F adalah arah gaya, ?

adalah sudut arah medan magnet terhadap arus ( Young & Freedman, 2000: 167).

Motor DC merupakan salah satu jenis dari motor yang mempunyai

prinsip kerja berdasarkan dua hal berikut:

1. Jika sebuah penghantar bergerak memotong medan magnet, maka pada

penghantar Rb akan timbul tegangan induksi.

2. Jika sebuah penghantar yang mengalirkan arus listrik berada dalam medan

magnet, maka penghantar tersebut akan mengalami sebuah gaya yang arahnya

dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan. Motor DC

bekerja pada hukum yang kedua, yang kecepatan putarannya dapat ditentukan

dengan rumus berikut:

ϕπ kIaRaV

N−

×=260

………………………………….2.5

N= kecepatan putaran motor (rpm)

V= teganagan terminal (V)

Ia= arus jangkar (A)

Ra= hambatan jangkar (ohm)

ϕ = fluks magnet (Wb)

k= konstanta motor

19

Gambar 2.4 Motor DC

2.6 Pemicu Schmitt

Pemicu Schmitt merupakan ragkaian yang digunakan untuk mendeteksi

suatu tegangan yang telah melintasi suatu rangkaian tertentu. Rangkaian pada

pemicu Schmitt berupa pembandingan tegangan. Pembanding ini digunakan

sebagai pembentuk pulsa.

Bentuk gelombang pada pemicu schmitt mempunyai waktu naik turun

yang sangat lamban. Bentuk gelombang seperti ini akan dapat menyebabkan

operasi dan kinerja rangkaian yang tidak dapat diandalkan apabila langsung ke

rangkaian perhitungan atau rangkaian lainnya. Untuk itu perlu ditambah rangkaian

pengkondisi sinyal yang berupa pemicu Schmitt.

Gambar 2.5 Pemicu Schmitt

20

Gambar 2.6 Bentuk Gelombang Masukan dan Keluaran Pemicu Schmitt

2.7 Transistor sebagai Saklar

Transistor merupakan suatu piranti elektronik yang memiliki beberapa

fungsi, antara lain sebagai saklar dan penguat arus (buffer). Transistor mempunyai

tiga daerah kerja yaitu : daerah aktif, daerah cut-off dan daerah saturasi, seperti

gambar 2.7.

VCC

RB

21

RC

2

1

Q

32

1

Gambar 2.7 Transistor Sebagai Saklar

21

Pada daerah cut-off basis transistor tidak diberi tegangan bias atau tidak

ada arus IB yang mengalir. Pada kondisi ini transistor dibias balik, sehingga :

Ib = 0

Vce(cut-off) = Vcc

Pada daerah saturasi, tegangan kolektor emitter VCE sama dengan

tegangan saturasi VCE(sat), hal ini menyebabkan arus yang mengalir lewat

kolektor adalah maksimum yaitu: (Blocher, 2003:143)

RcVcc

Ic = …………………………………...……….2.6

IbVbeVb

Rb−

= ………………………………………2.7

Gambar 2.8 Grafik Output dari Transistor

22

2.8 LED (Light Emitting Diode)

LED adalah dioda penghasil cahaya, dimana energi yang dikeluarkannya

berupa energi pemancar cahaya. Dioda biasa dibuat dari bahan Silikon yaitu

bahan yang menghalangi pengeluaran cahaya. Tetapi LED berbeda yaitu

menggunakan bahan dengan unsur Gallium, Arsen dan Fospat yang dapat

menghasilkan atau memancarkan cahaya merah, hijau, kuning dan jingga.

Dalam banyak aplikasi elektronik LED merupakan dioda yang jika

diberi tegangan bias maju akan mengeluarkan cahaya. Jika diberi bias balik maka

piranti ini akan berfungsi sebagai sebauh dioda biasa, yakni sebagaimana saklar

dalam kondisi off (terbuka). LED memiliki tegangan maju (forward voltage)

minimum yang biasnya disebut VLED agar dapat bekerja. Tegangan ini bervariasi

untuk masing-masing tipe LED. Variasi VLED berkisar antara 1,7 Volt sampai

dengan 4,2 Volt. Namun kebanyakan LED mempunyai VLED sekitar 2,2 Volt.

Matrik LED adalah kumpulan beberapa LED dalam jumlah tertentu yang

disusun secara teratur dalam baris dan kolom. Berdasarkan jumlah baris dan

kolomnya, terdapat cukup banyak tipe matrik LED yakni dengan ukuran: 4 x 4, 8

x 8, 16 x 16. Berdasarkan koneksi anoda dan katoda pada kolom atau baris, matrik

LED dibedakan atas dua bagian yaitu; anoda kolom dan katoda kolom. Dalam

perancangan ini digunakan penampil LED yang dirancang agar bekerja seperti

matrik LED katoda kolom. (Cabral, 2005:16)

Hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan sebuah penampil yang

menggunakan sistem kerja matrik LED adalah bagaimana membentuk suatu

karakter untuk menyalakan satu buah LED yang terdapat pada baris dan kolom

23

tertentu. Pada umumnya untuk membuat semua LED pada kolom pertama

menyala, maka pin baris yakni pin pertama diberi logika rendah atau 0, dan semua

pin kolom diberi logika tinggi atau 1, sedangkan pin baris yang lain diberi logika

tinggi.

VCC

T1

32

1

D0

250 Ohm

100 Ohm

D4D2 D3D1

250 Ohm

Dari P2

Dari P1

Gambar 2.9 Penggerak LED

Dengan asumsi bahwa tegangan antara kolektor – emitor pada transistor

saklar adalah 0 saat transistor ON (dalam keadaan tertutup). Besarnya hambatan

kolektor dan basis adalah :

VRC = VCC – VCE –VLED…………………………………………2.8

24

BAB III

PERANCANGAN PERANGKAT KERAS

Alat Pengukur kecepatan putaran motor berbasis mikrokontroler

AT89C51 ini merupakan suatu alat ukur yang dapat menghitung banyaknya

putaran motor dalam satuan waktu, yaitu rotation per minute (rpm). Secara

umum, prinsip kerja dari pengukur kecepatan motor DC ini adalah mendeteksi

celah-celah piringan penyandi yang dipasang pada mekanik motor, yang akan

dikodekan oleh sensor optocoupler. Selanjutnya, data akan dikirim dari

optocoupler ke mikrokontroler untuk diolah menjadi kode-kode biner yang

kemudian data tersebut akan ditampilkan ke LED yang tersusun seperti

membentuk jari. Pada gambar dibawah ini adalah gambaran umum dari sistem

kerja dari alat yang akan dirancang. Masing-masing bagian memiliki fungsi

tersendiri seperti yang dijelaskan setelah gambar 3.1 berikut ini:

Gambar 3.1. Diagram blok alat

MOTOR

Mikrokontroler AT89C51

Sensor

Tombol start Tombol stop Tombol reset

LED

25

3.1 Rangkaian Sensor

Sensor yang digunakan pada perancangan yaitu optocoupler yang

berfungsi sebagai penerima cahaya dan LED (light emitting diode) inframerah

sebagai sumber cahaya. LED tersebut bekerja hampir sama seperti LED biasa

sebagai penghasil cahaya.

Ranngkaian sensor menggunakan rangkaian gambar 2.2 untuk

menentukan hambatan pembatas inframerah (Rd) seperti gambar 2.2 perlu

diketahui arus maju dioda maksimal yaitu sebesar IF(max) = 60 mA dengan

tegangan maju adalah 1,7 V (Data Sheet Optocoupler H21A3). Dengan

menggunakan persamaan 2.1 akan didapat Rd minimal sehingga:

mAVV

Rd60

7,15 −=

Rd = 55 Ohm

Pada penelitian ini resistor RD yang dipakai adalah sebesar 68 Ω .

Cahaya inframerah yang masuk ke optocoupler akan dianggap sebagai

arus basis. Keadaan tersebut mengakibatakan resistansi emitor-kolektor akan

menjadi kecil sekali mendekati nol, sehingga arus Ic akan mengalir kekaki

kolektor. Hal ini menyebabkan tegangan pada kaki kolektor- emitor mendekati nol

sehingga keluaran Vout berubah dari tinggi menjadi rendah. Apabila tidak ada

cahaya inframerah yang masuk ke sensor optocoupler, arus basis tidak ada

sehingga resistansi emitor-kolektor menjadi besar dan tidak ada arus yang

26

melewati kolektor. Hal ini mengakibatkan tegangan keluaran Vout berubah dari

rendah menjadi tinggi.

Dalam keadaan saturasi tegangan optocoupler Vce maksimal adalah 0,4

volt dengan arus Ic = 1,8 mA (Data Sheet Optocoupler). Dengan menggunakan

persamaan diatas maka didapat Rc sehingga:

mAV

Rc5,0

)4,05(min

−=

ΚΩ= 2,9minRc

Jadi Rc yang digunakan adalah 10 KO

Gambar rancangan sensor selengkapnya dapat dilihat pada gambar 3.2

5 V

Vout

68 Ohm

10 KOhm

optocoupler

Gambar 3.2 Rangkaian sensor

Pada saat piringan penyandi sedang berputar, rangkaian sensor akan

mendeteksi celah gelap dan terang yang terdapat pada piringan penyandi. Saat

celah gelap terdeteksi oleh sensor LED inframerah, phototransistor akan OFF.

Tegangan antara kolektor dengan emiter akan berada pada kondisi tinggi dimana

VCE ˜ VCC sehingga keluaran pada IC 74LS14 adalah logika rendah (0),

27

sebaliknya pada celah terang pada piringan penyandi yang terdeteksi maka

phototransistor akan ON dan tegangan antara kolektor dengan emitter menjadi

rendah. Dengan demikian, keluaran pada IC 74LS14 adalah logika tinggi (1).

Keluaran rangkaian pendeteksi (0 atau 1) yang telah ditegaskan rangkaian pemicu

Schmitt akan menjadi data masukan mikrokontroler AT89C51 lewat port

pararelnya. Data-data masukan itu akan diolah dalam program dan kemudian hasil

pengolahan data tersebut akan ditampilkan melalui rangkaian LED indicator atau

penampil LED.

3.2 Osilator Kristal

Rangkaian Osilator kristal ini terdiri dari dua kapasitor dan kristal.

Kedua nilai kapasitor tersebut adalah 30 pF.Rangkaian ini berfungsi sebagai

frekuensi kerja bagi mikrokontroler. Nilai dari frekuensi akan mempengaruhi

kecepatan kerja mikrokontroler dalam menyelesaikan suatu intruksi. Pada

perancangan digunakan kristal 12 MHz yang dapat memberikan instruksi cycle

time sebesar 1 µs. Satu siklus mesin mikrokontroler AT89C51 dikerjakan dalam

12 periode osilator. Dengan mengetahui cycle time dari mikrokontroler maka akan

mempermudah perhitungan waktu bagi alat dalam mengukur besarnya putaran

motor.

28

C1

30 pF

C2

30 pF

U1

AT89C51

91819 29

30

31

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RSTXTAL2XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTOP3.3/INT1

P3.4/TOP3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

12 MHz

Gambar 3.3 Rangkaian Osilator

3.3 Rancangan Encoder

Prinsip dari pengukuran kecepatan pada program dibawah ini adalah

perhitungan rotasi setiap detiknya, kemudian dikalikan dengan 60 agar menjadi

rotasi per menit. Dalam hal ini jumlah celah pada roda cacah juga berpengaruh.

Pada perancangan dipakai roda cacah dengan 10 buah celah. Dengan demikian

dalam 1 kali putaran akan menghasilkan pulsa dengan logika “0” dan logika “1”

sebanyak 10. Jika banyaknya pulsa setiap detiknya adalah p dan jumlah celah

adalah n, maka kecepatan putar motor setiap menitnya (rpm) dapat dihitung

dengan persamaan 2.3.

Gambar 3.4 Rancangan Encoder

29

3.4 Motor DC

Motor DC jika diberi suatu tegangan akan menghasilkan putaran berupa

cw dan ccw. Dalam perancangan ini putaran motor akan diukur oleh suatu

rangkaina elektronis. Untuk dapat mengatur kecepatan motor yang digunakan

maka harus dihubungkan dengan sebuah potensiometer sebesar 10 Kohm. Motor

yang digunakan adalah dengan spesifikasi tegangan masukan 12 V dan

putarannya sampai 4000 RPM.

Gambar 3.5 Motor DC

3.5 Penampil LED

Penampil untuk pengukur kecepatan yang digunakan pada piranti ini

adalah suatu penampil indikator LED yang bekerja berdasarkan prinsip kerja

matrik LED. Seperti yang telah dijelaskan pada pembahasan sebelumnya bahwa

perancangan rangkaian indikator LED yang digunakan adalah adalah matrik LED

5 x 5. Masing-masing dari tiap LED hanya dapat menjadi indikator untuk satu

kondisi masukan saja. Karena kondisi yang dibutuhkan oleh piranti ini sebanyak

22 keadaan data masukan, sedangkan jumlah LED yang tersedia sebanyak 25

LED. Untuk menyalakan LED pada tiap baris dan kolom, diperlukan dua port dari

mikrokontroler. Port 1 (port 1.0 sampai dengan port 1.4) digunakan untuk kelima

30

kolom, sedangkan port 2 (port 2.0 sampai dengan port 2.4) digunakan untuk

kelima baris dari matrik LED. Cara menyalakan tiap satu LED pada baris dan

kolom tertentu yaitu mengirim masing-masing 5 bit ke port 1 dan port 2. Apabila

LED D0 yang ingin dinyalakan, maka urutan pada masing-masing port adalah :

Pada port 1 (port1.0 – port1.4) urutan bitnya adalah 1 0 0 0 0. Sedangkan pada

port 2 (port2.0 – port2.4) urutan bitnya adalah 1 0 0 0 0. Urutan bit tersebut

sebelumnya telah ditetapkan kesetaraanya dengan satu kondis i sinyal masukan

dalam program.

Gambar 3.6 Matrik LED

Gambar 3.7 Bentuk Matrik LED Yang Disusun

31

Tabel 3.1 dibawah ini merupakan tabel untuk kombinasi port dan urutan

bit pada tiap port untuk menyalakan masing-masing LED berikut kondisi data

masukan yang diwakilinya.

LED P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 100 RPM 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 200 RPM 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 300 RPM 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 400 RPM 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 500 RPM 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 600 RPM 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 700 RPM 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 800 RPM 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 900 RPM 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1000 RPM 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1100 RPM 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1200 RPM 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1300 RPM 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1400 RPM 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1500 RPM 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1700 RPM 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1800 RPM 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1900 RPM 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 2000 RPM 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 2100 RPM 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 2200 RPM 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 2300 RPM 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1

Tabel 3.1 Kombinasi port dalam penyalaan LED

3.6 Penggerak LED

Arus keluaran dari mikrokontroler (15 mA sesuai data sheet) tidak cukup

kuat untuk menggerakan 5 buah LED sekaligus yang dipasang secara parallel

pada tiap baris dan kolom dari matrik LED. Sehingga pada perancangan ini

digunakan transistor BD139 sebagai penyangga arus, karena transistor tipe ini

32

dapat bekerja dengan arus kolektor maksimal 1A (sesuai data sheet). Tentunya,

dengan arus sebesar itu dapat menyebabkan kerusakan pada mikrokontroler. Oleh

karena itu, dipasang transistor saklar dengan tipe yang sama pada katoda dari

matrik LED sebagai pengaman. Rangkaian penggerak LED dapat dilihat seperti

gambar 3.8 berikut:

VCC

250 Ohm

T1

32

1

D0

250 Ohm

98Ohm

D1 D4D2 D3

Dari P2

Dari P1

Gambar 3.8. Rangkaian penggerak LED

Dengan menggunakan persamaan 2.8 diatas maka dapat VRC:

VRC = 12V – 0,5V – 1,7V

= 9.8V

Besarnya hambatan kolektor Rc yang digunakan dalam perancangan ini adalah 98

ohm.

Maka besarnya tegangan Vc didapat sebesar:

VC = Vcc – VRC VC = 12 V – 9.8 V VC = 2,2 V

33

Tegangan VB adalah tegangan yang berasal dari port 1 I/O

mikrokontroler. Dari data sheet diketahui tegangan keluaran minimumnya sebesar

0,9 VCC. Bila VCC = 5V maka besarnya VB adalah 4,5V dan nilai RB sebesar:

VVRb 8.37,05,4 =−=

Ib

VRbRb =

Rb= 253,33 ?

Nilai hambatan basis RB yang digunakan adalah 330 ohm untuk menjadi

transistor dalam kondisi saturasi saat tegangan port I/O mikrokontroler pada

keadaan minimum. Dibawah ini dapat dilihat gambar rangkaian penggerak LED

lengkap.

Untuk tegangan emiter besarnya adalah:

VE = IE . RE

VE = 15,05 mA . 250 Ohm

VE = 3,76 V

Maka didapat tegangan VRE sebesar:

VRE = VE – VLED

VRE = 3,76 V – 1,7 V

VRE = 2,06V

Pada gambar dibawah port 2.0 sampai dengan port 2.4 dihubungkan

dengan bagian kaki basis dari transistor BD139 yang kemudian kaki emiternya

dihubungkan dengan bagian L dari dot matrik. Port 1.1 sampai dengan port 1.4

34

dihubungkan juga dengan kaki basis transistor BD139, dan kaki kolektornya

dihubungkan ke bagian R dari dot matrik.

12 V

U1

AT89C51

91819 29

30

31

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RSTXTAL2XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTOP3.3/INT1

P3.4/TOP3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD


Q4

250

100

Ohm

250

Q5Q6

100

Ohm

Q7

100

Ohm

250

100

Ohm

250

100

Ohm

Q8

250

250 Ohm

250 Ohm

250 Ohm

250 Ohm

250 OhmL4 L3 L2 L1L5

Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap Penggerak LED

3.7 Tombol Start/ Reset dan Stop

Kedua tombol start/reset, stop pada gambar dibawah ini digunakan

untuk pengaturan pengoperasian alat. Saat alat mendapatkan tegangan catu maka

tombol siap untuk dipergunakan. Tombol start ditekan maka proses pengukuran

dimulai diamana LED akan mulai bergerak sampai tombol stop ditekan. Tombol

stop untuk menghentikan proses pengukuran dan menampilkan data pengukuran

terakhir. Tombol reset akan membuat tampilan kembali kepada tampilan semula.

VCC

5 V

VCC

U1

AT89C51

91819 29

30

31

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RSTXTAL2XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTOP3.3/INT1

P3.4/TOP3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD


10 KOhm

START

12

10 uF

10 KOhm

STOP

12

10 uF

33 pF

33 pF

12 MHz

4,7 uF

8K2

Gambar 3.10 Rangkaian Tombol Start Stop dan Reset

35

3.8 Skala

Pada perancangan ini skala yang digunakan yaitu100, 200, 300, 400,

500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800,

1900, 2000, 2100, 2200, 2300.

Pada saat motor mulai berbutar maka LED sebagai tampilan akan

menunjukkan posisi kecepatan motor. Jika pada saat kecepatan motor pada

kecepatan 150 rpm maka LED akan menyala pada angka 100.

3.9 Perancangan Perangkat Lunak

Setelah mendapatkan gambaran tentang perangkat kerasnya, maka

perangkat lunak akan dibuat menyesuiakan perangkat kerasnya. Perangkat

lunaknya merupakan susunan program yang berbasis pada bahasa pemerograman

khusus mikrokontroler AT89C51. program ini akan dibagi menjadi dua bagian

yaitu program utama dan routine penangan interupsi, yang didukung oleh routine-

routine pengambilan data, routine delay, routine pengolahan data, routine

perkalian, routine ubah bentuk ketampilan LED untuk menampilkan hasil

pengukuran.

3.9.1 Program Utama

Program utama merupakan bagian yang dikerjakan saat mikrokontroler

diberi catu daya. Program dimulai dengan proses inisialisasi antara lain dalah

inisialisasi alamat data dan inisialisasi mode timer/counter yang digunakan. Untuk

langkah selanjutnya adalah clearkan semua variable memori yang digunakan

36

sebagai alamat penyimpanan data yang akan digunakan untuk proses berikutnya.

Kemudian dilakukan proses pengukuran, yaitu data masukan discounter selama 1

detik. Setelah 1 detik kecepatan dapat dihitung dengan proses perkalian anatara

hasil counter dengan pengalinya. kemudian hasilnya akan ditamplkan sebagai

kecepatan motor dalam rpm. Langkah selanjutnya, program akan membaca

tombol star/stop. jika tombol tersebut ditekan maka program akan menghentikan

proses pengukuran, dan akan menampilkan nilai rpm yang terakhir. Pada saat ini

program akan terus membaca tombol star/stop, jika pada saat yang diinginkan

tombol ditekan, maka program akan kembali melakukan proses pengukuran. Jika

tombol reset ditekan maka program akan menolkan tampilan, dan melakukan

proses dari awal. berikut ini adalah blok diagram alir program utamanya.

37

Tombol start

ditekan?

Mulai

T Y

T Y

Y T

Gambar 3.11. Diagram alir Program Utama

Inisialisasi alamat data Inisialisasi Timer/Counter

Hitung jumlah pulsa utama

Tampilkan RPM

Hitung RPM

Tombol stop

ditekan?

Tahan Nilai RPM

Tampilkan RPM

Tombol reset?

Ambil data Tombol Start

38

3.9.2 Diagram Alir Perhitungan Rpm

Karena jumlah celah (n) = 10, maka persamaan 2.3 tersebut dapat

disederhanakan menjadi

rpm = p x 6

Proses perhitungan rpm pada program adalah sebagai berikut:

1. Simpan pengali = 6

2. Data yang dimasukkan dicuplik selama 1 detik menggunakan timer.

3. Data yang sudah dicuplik oleh timer dihitung dengan proses counter sehingga

diperoleh jumlah pulsa (p)

4. Dengan proses perkalian, jumlah pulsa dikalikan dengan pengali dan hasilnya

dapat dikonversikan ke bentuk desimal serta ditampilkan sebagai kecepatan

dalam satauan rpm.

39

Berikut ini adalah gambar alir proses perhitungan rpm:

T Y

Y

Gambar 3.12. Diagram alir proses perhitungan RPM

Mulai

Simpan pengali = 6

Baca Data Masukan

Waktu =1 detik

?

Counter sebagai jumlah pulsa (p)

Kalikan Counter dengan Pengali

Tampilkan sebagai RPM

Selesai

Counter +1

40

3.9.3 Proses Perkalian

Pada proses perhitungan rpm, dibutuhkan proses perkalian yaitu

perkalian antara pengali dengan jumlah pulsa yang sudah dihitung dalam setiap

detiknya. Setiap suatu bilangan dengan besar 32 bit akan menggunakan operasi

dasar perkalian 32 bit yang melibatkan penambahan. Proses perkalian dua buah

bilangan pada program adalah dengan menggunakan metode tambah dan geser.

suatu bilangan digeser kekanan dan yang lain digeser kekiri. Jika LSB pada

bilangan yang digeser kekanan bernilai 0 maka hasil kali dengan pengali tidak

ditambah, sebaliknya jika bernilai 1 maka akan ditambah. Proses perkalian akan

selesai jika bilangan yang digeser kekanan bernilai 0000.

Jika X3 X2 X1 X0 digeser kekanan akan menjadi X4 X3 X2 X1 X0,

dimana X0 adalah LSB yang telah tergeser kekanan, dan yang menentukan adalah

apakah pengali akan ditambah dengan hasil kali atau tidak. berikut disajikan

contoh perkalian bilangan biner 4 bit.

Bentuk desimalnya 6 x 12 = 72

Pengali (N) = 6 bentuk bilangan binernya 0110

Jumlah pulsa tiap detik (P) = 12 bentuk bilangan binernya 1100

Xo =LSB yang telah tergeser kekanan

HK = Hasil kali

41

Maka proses perkalian dengan metode tambah dan geser adalah sebagi berikut:

P N Xo HK

Keadaan awal 0110 1100 0 0000

N geser kanan 0110 0 0000

P geser kiri 1100


P geser kiri 11000


Xo= 1 0000 +

HK = HK + P 11000 0001 1 11000

P geser kiri 110000


Xo= 1 11000 +

HK= HK + P 1001000

Jadi hasil perkalian menghasilkan = 1001000b = 72

42

Gambar ini penjelasan proses perkalian menggunakan diagram alir

T

Y

T

Y

Gambar 3.13. Diagram alir proses Perkalian

Mulai

Hasil register hasil bagi

Isi R0 dengan Pengali Isi A dengan Operand

RRC R0 RLC A

Carry R0 = 1 detik

?

Hasil Kali = Hasil Kali + A

R0 = 0 ?

Selesai

43

3.9.3 Pencuplikan Data Selama Satu Detik

Pada perancangan program akan menggunakan Timer dan counter mode

1. Timer akan digunakan untuk mencuplik data selama 1 detik, sedangkan counter

akan mencacah data tersebut. Hasil cacahhan tersebut yang kemudian akan

diproses menjadi besaran kecepatan. berikut diagaram alir menentukan timer 1

detik

T Y Y

Gambar 3.14. Diagram alir Timer satu detik

Mulai

Selesai

Cacah = 20

Isi Timer 50ms

Cacah= 0 ?

Hentikan Timer & Counter

Cacah -1

44

3.9.5 Proses Tampilan Pada proses tampilan LED, maka digunakan P3.5 untuk menghidupkan

LED sedangkan P3.6 untuk mematikan LED

Y

Gambar 3.15 Diagram Alir Penampil LED

Start

Baca isi port 3 dan simpan di akumulator

(A<-P3)

Register 0 =FEH?

Akumulator = FeH?

Hidupkan LED (P1<-0)

Status LED Mati (R0<-0)

Matikan LED (P1<-0)

Baca isi port 3 dan simpan di akumulator

(A<-P3)

Isi akumulator = FEH?

45

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dibahas tentang hasil akhir perancangan dan hasil

pengamatan pengukuran terhadap rangkaian-rangkaian elektronis (rangkaian

sensor dan rangkaian penggerak) yang merupakan implementasi dari sistem secara

keseluruhan yang telah dirancang. Berikut ini akan disajikan pembahasan

mengenai tiap-tiap bagian.

4.1 Hasil Akhir Perancangan

Hasil akhir perancangan sistem ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu: (1)

Bagian mekanik yang memberi data-data masukan, (2) Bagian penampil yang

terdiri dari rangkaian penggerak dan rangkaian LED.

Bagian mekanik terdiri dari piringan (encoder), satu buah sensor

optocoupler yang menghasilkan data-data masukan mengenai perubahan

kecepatan motor ke mikrokontroler. Piranti keluaran atau penampil, memuat

rangkaian pemicu Schmitt, mikrokontroler dan rangkaian penggerak LED. Pada

bagian depan penampil terdapat 115 buah LED yang dirancang sedemikian rupa

sehingga deretan LED-nya membentuk garis yang menyerupai jari- jari. Garis

yang dibentuk sebanyak 23 buah dan setiap garis dibentuk dengan LED sebanyak

5 buah yang dipasang secara parallel. Koneksi antara komponen-komponen dari

kedua bagian seperti gambar berikut.

46

Gambar 4.1 Rangkaian catu daya

Gambar 4.1 adalah rangkaian catu daya 5 V dan 12 V, rangkaian tersebut

terdiri dari trafo, kapasitor polar, regulator, dioda bridge penyearah. Catu daya ini

berfungsi untuk memberikan tegangan DC yang dibutukan oleh mikrokontroler

AT89C51 sebesar 5 V. Sedangkan Catu daya 12 V digunakan untuk

menggerakkan LED penampil.

Gambar 4.2 Rangkaian mikrokontroler

Gambar 4.2 merupakan rangkaian sensor, rangkaian mikrokontroler, dan

rangkaian penggerak LED. Keluaran dari rangkaian sensor akan masuk ke dalam

port 3 di mikrokontroler, kemudian keluaran dari mikrokontroler berada di posisi

port 1 dan port 2 yang diteruskan ke rangkaian penggerak LED.

47

Gambar 4.3 Motor, encoder, dan tampilan LED

Gambar 4.3 adalah motor DC 12 V, encoder, dan tampilan LED. Putaran

pada kepala motor DC dipasang encoder yang berfungsi untuk mengkodekan

tegangan bagi optocoupler, sedangkan tampilan LED menunjukkan hasil dari

putaran motor DC tersebut.

Gambar 4.4 Tombol Start/Reset dan Stop

Gambar 4.4 adalah tombol start/reset dan stop. Tombol start akan

berfungsi pada saat memulai pengukuran, sedangkan tombol reset akan

mengembalikan tampilan pada keadaan semula. Tombol stop akan membuat

tampilan berhenti pada saat yang diinginkan.

48

4.2 Contoh Tampilan LED

Pada bagian ini akan diperlihatkan beberapa contoh tampilan pada

penampil LED dari hasil perancangan. Seperti diketahui, bahwa setiap garis dari 5

buah LED yang dipasang paralel pada papan penampil mewakili satu posisi dari

kecepatan motor dan besarnya perubahan (resolusi) adalah mengikuti skala.

Gambar 4.5 Tampilan LED pada posisi 600 Rpm

Gambar 4.5 merupakan tamplan pada saat putaran motor berada pada posisi 550

Rpm sampai pada 650 Rpm.

Gambar 4.6 merupakan tampilan pada saat 2000 Rpm, dimana LED akan

menyala jika putaran motor dc di 1950 Rpm sampai pada 2500 Rpm

Gambar 4.6 Tampilan pada saat 2000 Rpm

49

Tabel 4.1 Perbandingan pengukuran dengan Tachometer

NO Pengukuran dengan Tachometer/Rpm

Posisi LED Ket

1 100 100 2 150 100 3 202 100 * 4 204 200 5 260 200 6 306 200 * 7 308 300 8 345 300 9 408 300 * 10 412 400 11 467 400 12 509 400 * 13 511 500 14 556 500 15 614 500 * 16 616 600 17 634 600 18 717 600 * 19 719 700 20 764 700 21 821 700 * 22 822 800 23 867 800 24 925 800 * 25 928 900 26 975 900 27 1035 900 * 28 1037 1000 29 1085 1000 30 1139 1000 * 31 1141 1100 32 1190 1100 33 1242 1100 * 34 1245 1200 35 1280 1200 36 1346 1200 * 37 1347 1300 38 1398 1300 39 1447 1300 * 40 1450 1400 41 1500 1400 *

50

NO Pengukuran dengan Tachometer/Rpm

Posisi LED Ket

42 1550 1400 * 43 1553 1500 44 1597 1500 45 1655 1500 * 46 1656 1600 47 1711 1600 * 48 1757 1600 * 49 1759 1700 50 1802 1700 * 51 1860 1700 * 52 1861 1800 53 1904 1800 * 54 1962 1800 * 55 1964 1900 56 1995 1900 57 2065 1900 * 58 2067 2000 59 2120 2000 * 60 2167 2000 * 61 2170 2100 62 2216 2100 * 63 2259 2100 * 64 2273 2200 65 2315 2200 * 66 2375 2200 * 67 2376 2300 68 2390 2300 69 4000 2300

Ket: * : Hasil tampilan LED tidak sesuai dengan rancangan

Dari hasil pengukuran Tachometer seperti tabel 4.1 maka didapati ada

ketidaksesuaian antara hasil pengukuran dengan hasil yang diinginkan. Misalnya

pada pengukuran no 9, pengukuran yang diperoleh adalah 408 Rpm, tetapi hasil di

tampilan LED pada 300 Rpm padahal seharusnya 400 Rpm. Untuk no 47 dan 48

pengukuran yang diperoleh adalah 1711 dan 1757 tetapi tampilan LED di 1600

Rpm padahal seharusnya 1700 Rpm. Selain itu titik-titik kritis alat ini tidak

mampu diamati karena fasilitas tachometer belum menunjang. Selain itu pengatur

51

putaran motornya digunakan catu daya variabel yang tidak mampu menggerakkan

motor secara linier setiap 1 Rpm. Tegangan yang dihasilkan catu daya variable

tersebut menghasilkan putaran motor tidak linier. Untuk titik kritis perubahan

posisi tampilan LED tidak dapat diamati, sehingga range pengukuran tidak dapat

ditentukan dengan pasti. Range yang didapat untuk menghidupkan tampilan setiap

100 Rpm dapat dilihat seperti tabel 4.2

Tabel 4.2 Putaran motor dengan posisi LED

Putaran Motor (Rpm) Posisi LED Yang Hidup(Rpm)

0-202 100 204-306 200 308-408 300 402-509 400 511-614 500 616-717 600 719-821 700 822-925 800 928-1035 900 1037-1139 1000 1141-1242 1100 1245-1346 1200 1347-1447 1300 1450-1550 1400 1553-1655 1500 1656-1757 1600 1759-1860 1700 1861-1962 1800 1964-2065 1900 2067-2167 2000 2170-2259 2100 2273-2375 2200 …=2376 2300

52

4.3 Pembahasan Rangkaian Elektronik

Pengukuran dilakukan terhadap rangkaian sensor optocoupler dan

rangkaian penggerak LED. Pada rangkaian sensor pengukuran dilakukan terhadap

tegangan keluaran (Vce) dan arus kolektor (Ic) fototransistor, sedangkan untuk

rangkain penggerak LED pengukuran dilakukan terhadap arus basis (Ib) dan arus

kolektor (Ic) transistor BD 139. Pengukuran ini dimaksudkan untuk mengetahui

apakah nilai-nilai besarnya sesuai dengan yang diharapkan dalam perancangan.

4.3.1 Rangkaian Sensor Optik

Sebagaimana diketahui bahwa rangkaian sensor optik terdiri dari dua

bagian: bagian: bagian pemancar dan bagian penerima. Pada rangkaian sensor ini,

pengukuran dilakukan terhadap besarnya tegangan kolektor-emiter (Vce) dan kuat

arus yang melewati kolektor (Ic) dari fototransistor sebagai penerima sebelum

diterima oleh rangkaian pemicu Schmitt. Hasil pengukuran terhadap keluaran

rangkaian sensor pada saat fototransistor dalam keadaan tak terhalang dan

terhalang dapat dilihat di tabel 4.2

Tabel 4.3 Hasil pengukuran terhadap Fototransistor

Fototransistor Vce terhalang

Vce tak terhalang

Ic terhalang Ic tak terhalang

Q1 4,90 0,11 0 0,12

Dari tabel 4.2 terlihat bahwa tegangan keluaran (Vce) foto transistor saat

terhalang adalah 4,90 V dan pada saat tidak terhalang adalah 0,11 V sedangkan

perhitungan secara perancangan Vce mempunyai tegangan 5 V saat terhalang dan

53

0,2 V saat tidak terhalang perbedaan ini disebabkan oleh catu daya yang dirancang

menghasilkan tegangan keluaran sebesar 4,90 V. Perbedaan nilai tegangan

menurut pengukuran tidak jauh bebeda dengan perancangan. Perbedaan kedua

nilai tegangan antara saat terhalang dan tidak terhalang merupakan perbedaan

nilai tegangan yang diterima oleh pemicu Schmitt. Pada saat tegangan masukan

rendah (input low voltage) yang diteriam pemicu schmitt sehingga keluarannya

adalah kondisi tinggi (high). Jadi. Dengan demikian kondisi keluaran seperti ini

dapat dikatakan bahwa fototransistor berada dalam kondisi aktif (ON). Pada saat

tegangan masukan tinggi (input high voltage) yang diterima pemicu schmit

sehingga keluarannya dalam kondisi rendah (low). Kondisi keluaran seperti ini

yang diperlihatkan fototransistor dapat dikatakan dalam keadaan cut off atau off.

Sesuai hasil pengukuran, tegangan kelua ran pemicu Schmitt adalah 0,15 V

saat fototransistor ON, dan 4,90 V saat fototransistor OFF. Nilai-nilai tegangan

ini nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler sebagai data-data masukan yang

kemudian diproses untuk ditampilkan.

Agar dapat dibaca oleh mikrokontorler tegangan masukan rendah (input

low voltage) minimum -0,5 V dan maksimal 0,8 V dan tegangan masukan tinggi

(input high voltage) minimum 3,5 V dan maksimum 5,5 V. Dengan demikian

tegangan keluaran pemicu Schmitt sebesar 0,15 V, saat fototransistor ON, sudah

dapat diakses oleh mikrokontroler sebagai input low voltage, dan tegangan

keluaran 4,28 V, saat fototransistor OFF, dapat diakses sebagai input high voltage.

54

4.3.2. Rangkaian Transistor Sebagai Saklar

Untuk rangkaian penggerak seperti gambar 3.9 yang mengunakan BD 139

sebagai piranti utamanya, pengkuran dilakukan terhadap tengangan basis (Vb),

tegangan kolektor (Vc) dan tegangan emitor (Ve) saat transistor dalam kondisi

aktif. Besarnya nilai-nilai pengukuran tersebut dapat dilihat dalam tabel. 4.4

Tabel 4.4 Hail pengukuran terhadap transistor sebagai saklar

Transistor Vb(V) Vc(V) Ve(V) Q1 4,25 2,00 3,56 Q2 4,25 2,00 3,56 Q3 4,25 1,99 3,56 Q4 4,25 1,99 3,56 Q5 4,24 2,00 3,56

Berdasarkan hasil pengukuran sebagaimana yang diperlihatkan dalam

tabel diatas bahwa tegangan basis (Vb) dari transistor Q1 hingga Q5 berkisar

antara 4,24 V sampai dengan 4,25 V, tegangan kolektor (Vc) berkisar antara 1,99

V hingga 2,00 V sedangkan tegangan emiter (Ve) 3,56 V.

Jika melihat tegangan keluaran tiap pin dari port mikrokontroler yang

bernilai 4,71 V saat LED hidup, 0 V saat LED mati untuk port 2 dan untuk port 1

keluarannya 0,06 V saat LED hidup dan 4,66 saat LED mati, sedangkan tegangan

di VRC sebesar 10 V dan menurut perhitungan seharusnya sebesar 9,8 V.

Perbedaan hasil pengukuran dengan hasil perancangan disebabkan karena pada

pemakaian nilai resistor digunakan 100 Ohm sedangkan pada perancangan nilai

resistornya adalah 98 Ohm. Untuk tegangan kolektor menurut perancangan

didapat teganganya sebesar (Vc) 2,2 V, pada hasil pengukuran tegangan kolektor

sebesar 2,00 V. Tegangan kolektor ini didapat dari tegangan Vcc dikurangi

55

dengan tegangan di VRC, pada perancangan Vcc dibuat sebesar 12V. Besarnya

tegangan emiter menurut perancangan sebesar 3,76 V sedangkan pada hasil

pengukuran diperoleh (Ve) 3,56 V. Perbedaan nilai tegangan emitter dari

perancangan dan hasil pengukuran ini disebabkan oleh keluaran dari port 1.

Karena tegangan LED umumnya sekitar 17 mV (sesuai dengan data sheet) maka

tegangan emiter 3,56 V masuk kekaki positif LED, sedangkan tegangan ke kaki

negatif sebesar tegangan di Re sebesar 1,86 V ditambah dengan tegangan di kaki

port pada posisi LED hidup sebesar 0,06 V sehingga tegangan yang masuk kekaki

negatif sebesar 1,92 V. Karena tegangan pada kaki positif lebih besar dari

tegangan di kaki negatif maka penggerak LED dapat jalan.

4.4 Analisis Software

4.4.1 Pencuplikan Data Satu Detik

Berikut adalah program untuk pencuplikan data selama satu detik;

Hitung: ; merupakan tunda satu detik mov R2,#20 ; pengali 20 Ulang: mov TH1,#High -50000 ; timer tinggi diberikan nilai -50000 mov TL1,#LOW -50000 ; timer rendah diberikan nilai -50000 setb TR1 ; pengaktifan timer TR1 Tunggu: jb P3.6,Cari ; pengecekan saklar stop clr TF1 ; intrupsi timer 1 dikalikan clr TR1 ; timer 1 dimatikan mov TH1,#00h ; timer tinggi diclearkan mov TL1,#00h ; timer rendah diclearkan ajmp Putar ; lompat ke label Putar Cari: Jnb TF1,Tunggu ; dicek 1 apa 0, jika 1 terus clr TF1 ; intrupsi timer 1 dikalikan

56

clr TR1 ; timer TR1 dimatikan djnz R2,Ulang ; register R2 dikurangi 1 bila tidak nol lompat kelabel ulang ret ; kembali dari subrutin

Program pengambilan data selama satu detik merupakan pengambilan

sampling dengan tunda 1 detik dan pengali 20. THL1 disetting untuk kondisi

tinggi sedangkan TL1 untuk kondisi rendah. Setelah saklar stop dicek maka

intrupsi timer dikalikan Jika dalam 1 detik 10 clock yang diterima maka

didapatkan 1kali putaran. Jika 1000 clock per detik maka putaran motornya 100

putaran.

Untuk mendapatkan 100 Rpm, pada putaran encoder akan menghasilkan

17 clock selama satu detik atau sama dengan 1,7 putaran per detik di encodernya.

Untuk 1500 Rpm maka clock yang terdeteksi sebanyak 250 clock dalam satu detik

atau putaran encoder sebanyak 25 putaran per detiknya.

4.4.2 Proses Perhitungan Rpm

Program proses perhitungan dapat dilihat seperti dibawah:

;################################################# 63 007F ;######### Proses Perkalian ############ 64 007F ;################################################# 65 007F ProsesRendah: 66 007F clr C 67 0080 add A,Jum1 68 0082 jnc TidakLebih 69 0084 ; inc R7 70 0084 mov A,R4 71 0085 clr C 72 0086 TidakLebih: 73 0086 cjne A,#00h,MasihAda1 74 0089 TidakLebihX: 75 0089 ; inc A 76 0089 MasihAda1:

57

77 0089 clr C 78 008A subb A,#17 79 008C jc Pulang 80 008E inc R7 81 008F sjmp TidakLebihX 82 0091 Pulang: 83 0091 ret 85 0092 ProsesTinggi: 86 0092 mov A,#0FFh 87 0094 sjmp ProsesTinggi1 89 0096 ProsesTinggiX: 90 0096 mov A,#0FFh 91 0098 cjne R3,#00,ProsesTinggi1XX 92 009B SlsTinggi: 93 009B ret 95 009C ProsesTinggi1XX: 96 009C inc R7 98 009D ProsesTinggi1: 99 009D cjne A,#00h,MasihAda 101 00A0 ProsesTinggi1X: 102 00A0 ; inc A 103 00A0 MasihAda: 104 00A0 mov Jum1,A 105 00A2 clr C 106 00A3 subb A,#17 107 00A5 jc PulangX 108 00A7 inc R7 109 00A8 sjmp ProsesTinggi1X 110 00AA PulangX: 111 00AA dec R3 112 00AB ; dec R7 113 00AB sjmp ProsesTinggiX Pada program proses perhitungan Rpm data yang akan dicuplik selama 1

detik dengan menggunakan timer, kemudian data yang sudah dicuplik oleh timer

dihitung dengan proses counter sehingga menghasilkan jumlah pulsa. Hasil

perkalian antara jumlah pulsa setiap detik dengan pengali akan dikonversikan

kebilangan biner. Bilangan biner tersebut akan dikalikan dengan suatu metode

tambah dan geser. Pada program maka untuk menambah dan menggeser

58

digunakan pembanding (cjne A, #00h, MasihAda1) yang artinya band ingkan isi A

dengan 00h bila hasilnya tidak sama maka loncat ke label MasihAda1. Setiap

pengurangan 100 maka R7 naik 1.

59

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN Dari hasil pengamatan terhadap hasil perancangan dan data maka

diperoleh kesimpulan bahwa mikrokontroler AT89C51 dapat diaplikasikan

sebagai alat ukur untuk pengukuran putaran motor dengan tampilan LED, tetapi

range yang mendekati titik kritis ada kemungkinan error.

5.2 SARAN

Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan terhadap alat yang dibuat maka

diperoleh beberapa pertimbangan saran yang dapat dikembangkan dalam hal

perancangan-perancangan selanjutnya, antara lain:

1. Pengukuran kecepatan motor DC dapat dibuat dengan sistem yang lain,

misalnya dengan menggunakan mikrokontroler AT89S51/52 dengan

bahasa HVR dan bahasa C.

2. Dengan penambahan mikrokontroler AT89C51 maka putaran motor yang

ditampilkan dapat lebih akurat.

60

DAFTAR PUSTAKA

Blocher, Richard. 2003. Dasar Elektronika. Yogyakarta: Andi. Cabral, Joao Bosco R.F. 2005. “Penunjuk Arah Angin Berbasis Mikrokontroler

AT89S51”. Skripsi S1. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma. Http//www.atmel.com, diakses pada tanggal 20 Agustus 2007. Nalwan, Paulus Andi. 2003. Teknik Antar Muka dan Pemrogram Mikrokontroler

AT89C51. Jakarta: PT Elex Media Komputindo Gramedia. Putra, Agfianto Eko. 2002. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55. Yogyakarta:

Gava Media. Young dan Freedman. 2000. Fisika Universitas. Surabaya: Airlangga.

61

LAMPIRAN

ALDIUS GINTING (065114039) <RevCode>

Pengukuran Kecepatan Motor DC dengan Tampilan LED Berbentuk Jari Berbasis Mikrokontroler AT89C51

A

1 1Tuesday, February 26, 2008

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

12 V

VCC 5 V

5 V

VCC

VCC

U1

AT89C51

91819 29

30

31

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RSTXTAL2XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTOP3.3/INT1

P3.4/TOP3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD


68 O

hm

10 K

Ohm

74LS14

12

1 KO

hm

33 p

F33

pF

12 M

Hz

4,7

uF8

K2

R32R

10 K

Ohm ST

ART/

RESE

T12

STO

P1

2

10 uF

10 uF

Q4

250

100

Ohm

250

Q5Q610

0 Oh

mQ7

100

Ohm

250

100

Ohm

250

100

Ohm

Q8

250

250 Ohm

250 Ohm

250 Ohm

250 Ohm

250 OhmL4 L3 L2 L1L5

D74

LED

D75

LED

D73

LED

D 7 2

LED

D 2 5

LED

D30

LED

D 4 4

LEDD45

LEDD41

LED

D18

LED

D16

LEDD 1 7

LED

D20

LED

D35

LED

D40

LED

D43

LED D46

LED

D50

LED

D77

LED

D78

LED

D 7 6

LEDD80

LED

D 4 7

LEDD 4 9

LED

D79

LED

D 7 1

LED

D90

LED

D 8 6

LED

D89

LED

D87

LED

D88

LED

D57

LEDD58

LED

D59

LED

D54

LED

D56

LED

D51

LED

D55

LED

D60

LED

D53

LED

D85

LED

D 8 3

LED

D81

LED

D82

LED

D 8 4

LED

D 6 3

LED

D 6 5

LED

D62

LED

D61

LED

D 6 4

LED

D48

LED

D52

LED

D94

LED

D 9 5

LED

D91LEDD21

LEDD93

LEDD92

LED

D 2 3

LED

D22

LED

D97

LEDD100

LED

D99

LED

D96

LEDD98

LED

D5

LED

D24

LED

J2

CON5

1 2 3 4 5

J 1

CON5

12345D101

LED

D105

LED

D27

LED

D102

LEDD104

LED

D 2 6

LED

D103

LED

D29

LED

D 2 8

LED

D110

LEDD106

LED

D107

LEDD108

LED

D109

LED

D1

LED

D3

LED

D2

LED

D4

LED

D 1 0

LED

D11

LED

D69

LED

D19

LED

D70

LED

D33

LED

D32

LED

D31

LED

D66

LEDD 6 8

LEDD67

LED

D34

LED

D115

LED

D114

LED

D111

LED

D112

LED

D113

LED

D42

LED

D9

LED

D8

LED

D7

LED

D6

LED

D36

LED

D15

LED

D39

LED

D37

LEDD38

LED

D14

LED

D13

LED

D12

LED

PROGRAM 1 0000 Jum1 equ 20h 2 0000 Com1 equ 21h 3 0000 Com2 equ 22h 5 0000 org 00h 6 0000 sjmp Putar 9 0002 org 30h 10 0030 Putar: 11 0030 jb p3.5,Putar 13 0033 Mulai: 14 0033 mov sp,#17h 15 0036 mov R5,#00h 16 0038 mov R6,#00h 17 003A mov R7,#00h 18 003C mov P1,#0FFh 19 003F mov P2,#00h 20 0042 HitungTrus: 21 0042 mov Com1,#00000001b 22 0045 mov TH0,#00h 23 0048 mov TL0,#00h 24 004B mov R7,#00 25 004D mov Tmod,#00011101b 27 0050 setb TR0 28 0052 acall Hitung 30 0054 clr TR0 31 0056 mov tmod,#00010001b 33 0059 mov R3,TH0 34 005B mov R4,TL0 36 005D ;############################################### 37 005D ;##### Mulai Penghitungan Putaran ############## 38 005D ;############################################### 39 005D mov R0,#00h 40 005F mov R1,#00h 41 0061 mov Jum1,#00h 42 0064 mov A,R3 43 0065 cjne A,#00h,Tinggi 44 0068 mov A,R4 45 0069 acall ProsesRendah 46 006B acall Tampil 47 006D Putar1: 48 006D jb P3.6,HitungTrus 49 0070 sjmp Putar 51 0072 Tinggi: 52 0072 acall ProsesTinggi 53 0074 clr A

54 0075 mov A,R4 55 0076 acall ProsesRendah 56 0078 acall Tampil 58 007A Putar2: 59 007A jb P3.6,HitungTrus 60 007D sjmp Putar 62 007F ;################################################# 63 007F ;######### Proses Perhitungan Putaran ############ 64 007F ;################################################# 65 007F ProsesRendah: 66 007F clr C 67 0080 add A,Jum1 68 0082 jnc TidakLebih 69 0084 ; inc R7 70 0084 mov A,R4 71 0085 clr C 72 0086 TidakLebih: 73 0086 cjne A,#00h,MasihAda1 74 0089 TidakLebihX: 75 0089 ; inc A 76 0089 MasihAda1: 77 0089 clr C 78 008A subb A,#17 79 008C jc Pulang 80 008E inc R7 81 008F sjmp TidakLebihX 82 0091 Pulang: 83 0091 ret 85 0092 ProsesTinggi: 86 0092 mov A,#0FFh 87 0094 sjmp ProsesTinggi1 89 0096 ProsesTinggiX: 90 0096 mov A,#0FFh 91 0098 cjne R3,#00,ProsesTinggi1XX 92 009B SlsTinggi: 93 009B ret 95 009C ProsesTinggi1XX: 96 009C inc R7 98 009D ProsesTinggi1: 99 009D cjne A,#00h,MasihAda 101 00A0 ProsesTinggi1X: 102 00A0 ; inc A 103 00A0 MasihAda: 104 00A0 mov Jum1,A 105 00A2 clr C 106 00A3 subb A,#17

107 00A5 jc PulangX 108 00A7 inc R7 109 00A8 sjmp ProsesTinggi1X 110 00AA PulangX: 111 00AA dec R3 112 00AB ; dec R7 113 00AB sjmp ProsesTinggiX 115 00AD ;################################################# 116 00AD ;######### Tampilan Pada LED ##################### 117 00AD ;################################################# 118 00AD Tampil: 119 00AD cjne R7,#00h,BukanSatu 120 00B0 mov P1,#11111110b 121 00B3 setb P2.0 122 00B5 ret 123 00B6 BukanSatu: 124 00B6 ; inc R7 125 00B6 mov P1,#11111110b 126 00B9 mov R1,#5 127 00BB mov A,Com1 128 00BD acall PutarLED 129 00BF cjne R7,#00h,Masih1 130 00C2 ret 131 00C3 Masih1: 132 00C3 mov P1,#11111101b 133 00C6 mov R1,#5 134 00C8 mov A,Com1 135 00CA acall PutarLED 136 00CC cjne R7,#00h,Masih2 137 00CF ret 138 00D0 Masih2: 139 00D0 mov P1,#11111011b 140 00D3 mov R1,#5 141 00D5 mov A,Com1 142 00D7 acall PutarLED 143 00D9 cjne R7,#00h,Masih3 144 00DC ret 145 00DD Masih3: 146 00DD mov P1,#11110111b 147 00E0 mov R1,#5 148 00E2 mov A,Com1 149 00E4 acall PutarLED 150 00E6 cjne R7,#00h,Masih4 151 00E9 ret 152 00EA Masih4: 153 00EA mov P1,#11101111b

154 00ED mov R1,#3 155 00EF mov A,Com1 156 00F1 acall PutarLEDK 157 00F3 ret 159 00F4 PutarLED: 160 00F4 mov P2,A 161 00F6 rl A 162 00F7 djnz R1,CariLED 163 00F9 dec R7 164 00FA ret 165 00FB CariLED: 166 00FB djnz R7,PutarLED 167 00FD ret 169 00FE PutarLEDK: 170 00FE mov P2,A 171 0100 rl A 172 0101 djnz R1,CariLEDK 173 0103 dec R7 174 0104 ret 175 0105 CariLEDK: 176 0105 djnz R7,PutarLEDK 177 0107 ret 179 0108 ;################################################# 180 0108 ;######### Pengambilan Sampling ################## 181 0108 ;################################################# 182 0108 Hitung: 183 0108 mov R2,#20 184 010A Ulang: 185 010A mov TH1,#High -50000 186 010D mov TL1,#LOW -50000 187 0110 setb TR1 188 0112 Tunggu: 189 0112 jb P3.6,Cari 190 0115 clr TF1 191 0117 clr TR1 192 0119 mov TH1,#00h 193 011C mov TL1,#00h 194 011F ajmp Putar 195 0121 Cari: 196 0121 jnb TF1,Tunggu 197 0124 clr TF1 198 0126 clr TR1 199 0128 djnz R2,Ulang 200 012A ret

4-29

PQFP/TQFP

2 3

1

I N D E XC O R N E R

3 4

P1

.0

VC

C

P1

.1P

1. 2

P1

. 4P

1. 3

NC

4 24 3

4 04 1

654

4 4

32

2 62 5

2 82 7

2 4

1 81 9

2 02 1

2 2

P 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5

N C7891 01 1

1 21 3

1 41 5

1 61 7

2 93 0

3 93 8

3 73 6

3 5

3 33 23 1

N C

P S E N

XT

AL

1G

ND

XT

AL

2

GN

D

P0

. 0( A

D0

)

A L E / P R O G

()

P3

.7R

D

E A / V P P

()

P3

.6W

R

( R X D ) P 3 . 0P 0 . 7 ( A D 7 )

P 2 . 6 ( A 1 4 )

P 0 . 6 ( A D 6 )P 0 . 5 ( A D 5 )P 0 . 4 ( A D 4 )

P0

.3(A

D3

)P

0.2

( AD

2)

P0

. 1( A

D1

)

( ) P 3 . 2I N T 0( T X D ) P 3 . 1

( T 1 ) P 3 . 5

( ) P 3 . 3I N T 1( T 0 ) P 3 . 4

P 2 . 7 ( A 1 5 )

(A1

1)

P2

.3(A

12

)P

2. 4

( A1

0)

P2

. 2( A

9)

P2

. 1( A

8)

P2

. 0

R S T

P 2 . 5 ( A 1 3 )

Features• Compatible with MCS-51™ Products• 4K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory

– Endurance: 1,000 Write/Erase Cycles• Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz• Three-Level Program Memory Lock• 128 x 8-Bit Internal RAM• 32 Programmable I/O Lines• Two 16-Bit Timer/Counters• Six Interrupt Sources• Programmable Serial Channel• Low Power Idle and Power Down Modes

DescriptionThe AT89C51 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4Kbytes of Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM). Thedevice is manufactured using Atmel’s high density nonvolatile memory technologyand is compatible with the industry standard MCS-51™ instruction set and pinout. Theon-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a con-ventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU withFlash on a monolithic chip, the Atmel AT89C51 is a powerful microcomputer whichprovides a highly flexible and cost effective solution to many embedded control appli-cations.

PDIP

P 1 . 0 V C CP 1 . 1 P 0 . 0 ( A D 0 )P 1 . 2

( ) P 3 . 2I N T 0A L E / P R O G

( ) P 3 . 7R D P 2 . 3 ( A 1 1 )

( T X D ) P 3 . 1E A / V P P

( ) P 3 . 6W R P 2 . 4 ( A 1 2 )

( R X D ) P 3 . 0P 0 . 7 ( A D 7 )

( T 1 ) P 3 . 5P 2 . 6 ( A 1 4 )

R S TP 0 . 6 ( A D 6 )P 1 . 7P 0 . 5 ( A D 5 )P 1 . 6P 0 . 4 ( A D 4 )P 1 . 5P 0 . 3 ( A D 3 )P 1 . 4P 0 . 2 ( A D 2 )P 1 . 3P 0 . 1 ( A D 1 )

( ) P 3 . 3I N T 1P S E N

X TA L 2 P 2 . 2 ( A 1 0 )

( T 0 ) P 3 . 4P 2 . 7 ( A 1 5 )

X TA L 1 P 2 . 1 ( A 9 )G N D P 2 . 0 ( A 8 )

P 2 . 5 ( A 1 3 )

2 01 91 81 71 61 5

1234567891 01 11 21 31 4

2 12 22 32 42 52 6

4 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 7

0265F-A–12/97

(continued)

8-Bit Microcontroller with 4K Bytes Flash

AT89C51

Pin Configurations

PLCC

P1

. 0

VC

C

P1

. 1

P0

. 0( A

D0

)

P1

. 2

A L E / P R O G

()

P3

.7R

D

XT

AL

1

E A / V P P

()

P3

.6W

R

GN

D

( R X D ) P 3 . 0P 0 . 7 ( A D 7 )

P 2 . 6 ( A 1 4 )

P 0 . 6 ( A D 6 )P 0 . 5 ( A D 5 )P 0 . 4 ( A D 4 )

P0

.3(A

D3

)

P1

.4

P0

. 2( A

D2

)

P1

. 3

P0

. 1( A

D1

)

P S E N

XT

AL

2

( ) P 3 . 2I N T 0( T X D ) P 3 . 1

( T 1 ) P 3 . 5

( ) P 3 . 3I N T 1( T 0 ) P 3 . 4

P 2 . 7 ( A 1 5 )

(A1

1)

P2

.3(A

12

)P

2. 4

( A1

0)

P2

. 2( A

9)

P2

. 1( A

8)

P2

. 0N

C

2 3

1

R S TP 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5

I N D E XC O R N E R

N C

NC

P 2 . 5 ( A 1 3 )

3 4 N C

4 24 3

4 04 1

65

4 4 43

2

2 62 5

2 82 7

1 81 9

2 0 2 42 1

2 2

7891 01 11 21 31 41 51 61 7 2 9

3 0

3 93 83 73 63 5

3 33 23 1

AT89C514-30

Block Diagram

PORT 2 DRIVERS

PORT 2LATCH

P2.0 - P2.7

FLASHPORT 0LATCHRAM

PROGRAMADDRESSREGISTER

BUFFER

PCINCREMENTER

PROGRAMCOUNTER

DPTR

RAM ADDR.REGISTER

INSTRUCTIONREGISTER

BREGISTER

INTERRUPT, SERIAL PORT,AND TIMER BLOCKS

STACKPOINTERACC

TMP2 TMP1

ALU

PSW

TIMINGAND

CONTROL

PORT 3LATCH

PORT 3 DRIVERS

P3.0 - P3.7

PORT 1LATCH

PORT 1 DRIVERS

P1.0 - P1.7

OSC

GND

VCC

PSEN

ALE/PROG

EA / VPP

RST

PORT 0 DRIVERS

P0.0 - P0.7

AT89C51

4-31

The AT89C51 provides the following standard features: 4Kbytes of Flash, 128 bytes of RAM, 32 I/O lines, two 16-bittimer/counters, a five vector two-level interrupt architecture,a full duplex serial port, on-chip oscillator and clock cir-cuitry. In addition, the AT89C51 is designed with static logicfor operation down to zero frequency and supports twosoftware selectable power saving modes. The Idle Modestops the CPU while allowing the RAM, timer/counters,serial port and interrupt system to continue functioning. ThePower Down Mode saves the RAM contents but freezesthe oscillator disabling all other chip functions until the nexthardware reset.

Pin DescriptionVCCSupply voltage.

GNDGround.

Port 0Port 0 is an 8-bit open drain bidirectional I/O port. As anoutput port each pin can sink eight TTL inputs. When 1sare written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedance inputs.

Port 0 may also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during accesses to external pro-gram and data memory. In this mode P0 has internal pul-lups.

Port 0 also receives the code bytes during Flash program-ming, and outputs the code bytes during program verifica-tion. External pullups are required during program verifica-tion.

Port 1Port 1 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port 1 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 1 pins they are pulled high bythe internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 1 pins that are externally being pulled low will sourcecurrent (IIL) because of the internal pullups.

Port 1 also receives the low-order address bytes duringFlash programming and verification.

Port 2Port 2 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port 2 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 2 pins they are pulled high bythe internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 2 pins that are externally being pulled low will sourcecurrent (IIL) because of the internal pullups.

Port 2 emits the high-order address byte during fetchesfrom external program memory and during accesses toexternal data memory that use 16-bit addresses (MOVX @DPTR). In this application it uses strong internal pullups

when emitting 1s. During accesses to external data mem-ory that use 8-bit addresses (MOVX @ RI), Port 2 emits thecontents of the P2 Special Function Register.

Port 2 also receives the high-order address bits and somecontrol signals during Flash programming and verification.

Port 3Port 3 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port 3 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 3 pins they are pulled high bythe internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 3 pins that are externally being pulled low will sourcecurrent (IIL) because of the pullups.

Port 3 also serves the functions of various special featuresof the AT89C51 as listed below:

Port 3 also receives some control signals for Flash pro-gramming and verification.

RSTReset input. A high on this pin for two machine cycles whilethe oscillator is running resets the device.

ALE/PROGAddress Latch Enable output pulse for latching the low byteof the address during accesses to external memory. Thispin is also the program pulse input (PROG) during Flashprogramming.

In normal operation ALE is emitted at a constant rate of 1/6the oscillator frequency, and may be used for external tim-ing or clocking purposes. Note, however, that one ALEpulse is skipped during each access to external Data Mem-ory.

If desired, ALE operation can be disabled by setting bit 0 ofSFR location 8EH. With the bit set, ALE is active only dur-ing a MOVX or MOVC instruction. Otherwise, the pin isweakly pulled high. Setting the ALE-disable bit has noeffect if the microcontroller is in external execution mode.

PSENProgram Store Enable is the read strobe to external pro-gram memory.

Port Pin Alternate Functions

P3.0 RXD (serial input port)

P3.1 TXD (serial output port)

P3.2 INT0 (external interrupt 0)

P3.3 INT1 (external interrupt 1)

P3.4 T0 (timer 0 external input)

P3.5 T1 (timer 1 external input)

P3.6 WR (external data memory write strobe)

P3.7 RD (external data memory read strobe)

AT89C514-32

When the AT89C51 is executing code from external pro-gram memory, PSEN is activated twice each machine

cycle, except that two PSEN activations are skipped duringeach access to external data memory.

EA/VPPExternal Access Enable. EA must be strapped to GND inorder to enable the device to fetch code from external pro-gram memory locations starting at 0000H up to FFFFH.Note, however, that if lock bit 1 is programmed, EA will beinternally latched on reset.

EA should be strapped to VCC for internal program execu-tions.

This pin also receives the 12-volt programming enable volt-age (VPP) during Flash programming, for parts that require12-volt VPP.

XTAL1Input to the inverting oscillator amplifier and input to theinternal clock operating circuit.

XTAL2Output from the inverting oscillator amplifier.

Oscillator Characteristics XTAL1 and XTAL2 are the input and output, respectively,of an inverting amplifier which can be configured for use asan on-chip oscillator, as shown in Figure 1. Either a quartzcrystal or ceramic resonator may be used. To drive thedevice from an external clock source, XTAL2 should be leftunconnected while XTAL1 is driven as shown in Figure 2.There are no requirements on the duty cycle of the externalclock signal, since the input to the internal clocking circuitryis through a divide-by-two flip-flop, but minimum and maxi-mum voltage high and low time specifications must beobserved.

Idle Mode In idle mode, the CPU puts itself to sleep while all the on-chip peripherals remain active. The mode is invoked bysoftware. The content of the on-chip RAM and all the spe-cial functions registers remain unchanged during thismode. The idle mode can be terminated by any enabledinterrupt or by a hardware reset.

It should be noted that when idle is terminated by a hardware reset, the device normally resumes program execu-tion, from where it left off, up to two machine cycles beforethe internal reset algorithm takes control. On-chip hardwareinhibits access to internal RAM in this event, but access tothe port pins is not inhibited. To eliminate the possibility ofan unexpected write to a port pin when Idle is terminated byreset, the instruction following the one that invokes Idleshould not be one that writes to a port pin or to externalmemory.

Figure 1. Oscillator Connections

Note: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals= 40 pF ± 10 pF for Ceramic Resonators

Figure 2. External Clock Drive Configuration

C2XTAL2

GND

XTAL1C1

Status of External Pins During Idle and Power Down Modes

Mode Program Memory ALE PSEN PORT0 PORT1 PORT2 PORT3

Idle Internal 1 1 Data Data Data Data

Idle External 1 1 Float Data Address Data

Power Down Internal 0 0 Data Data Data Data

Power Down External 0 0 Float Data Data Data

AT89C51

4-33

Power Down Mode In the power down mode the oscillator is stopped, and theinstruction that invokes power down is the last instructionexecuted. The on-chip RAM and Special Function Regis-ters retain their values until the power down mode is termi-nated. The only exit from power down is a hardware reset.Reset redefines the SFRs but does not change the on-chipRAM. The reset should not be activated before VCC isrestored to its normal operating level and must be heldactive long enough to allow the oscillator to restart and sta-bilize.

Program Memory Lock Bits On the chip are three lock bits which can be left unpro-grammed (U) or can be programmed (P) to obtain the addi-tional features listed in the table below:

When lock bit 1 is programmed, the logic level at the EA pinis sampled and latched during reset. If the device is pow-ered up without a reset, the latch initializes to a randomvalue, and holds that value until reset is activated. It is nec-essary that the latched value of EA be in agreement withthe current logic level at that pin in order for the device tofunction properly.

Lock Bit Protection Modes

Program Lock Bits Protection Type

LB1 LB2 LB3

1 U U U No program lock features.

2 P U U MOVC instructions executed from external program memory are disabled from fetching code bytes from internal memory, EA is sampled and latched on reset, and further programming of the Flash is disabled.

3 P P U Same as mode 2, also verify is disabled.

4 P P P Same as mode 3, also external execution is disabled.

Programming the Flash The AT89C51 is normally shipped with the on-chip Flashmemory array in the erased state (that is, contents = FFH)and ready to be programmed. The programming interfaceaccepts either a high-voltage (12-volt) or a low-voltage(VCC) program enable signal. The low voltage program-ming mode provides a convenient way to program theAT89C51 inside the user’s system, while the high-voltageprogramming mode is compatible with conventional thirdparty Flash or EPROM programmers.

The AT89C51 is shipped with either the high-voltage orlow-voltage programming mode enabled. The respectivetop-side marking and device signature codes are listed inthe following table.

The AT89C51 code memory array is programmed byte-by-byte in either programming mode. To program any non-blank byte in the on-chip Flash Memory, the entire memorymust be erased using the Chip Erase Mode.

Programming Algorithm: Before programming theAT89C51, the address, data and control signals should beset up according to the Flash programming mode table andFigures 3 and 4. To program the AT89C51, take the follow-ing steps.

1. Input the desired memory location on the addresslines.

2. Input the appropriate data byte on the data lines.

3. Activate the correct combination of control signals.

4. Raise EA/VPP to 12V for the high-voltage programmingmode.

5. Pulse ALE/PROG once to program a byte in the Flasharray or the lock bits. The byte-write cycle is self-timedand typically takes no more than 1.5 ms. Repeat steps1 through 5, changing the address and data for theentire array or until the end of the object file is reached.

Data Polling: The AT89C51 features Data Polling to indi-cate the end of a write cycle. During a write cycle, anattempted read of the last byte written will result in the com-plement of the written datum on PO.7. Once the write cycle

has been completed, true data are valid on all outputs, andthe next cycle may begin. Data Polling may begin any timeafter a write cycle has been initiated.

Ready/Busy : The progress of byte programming can alsobe monitored by the RDY/BSY output signal. P3.4 is pulledlow after ALE goes high during programming to indicateBUSY. P3.4 is pulled high again when programming isdone to indicate READY.

VPP = 12V VPP = 5V

Top-Side Mark AT89C51xxxxyyww

AT89C51xxxx-5yyww

Signature (030H)=1EH(031H)=51H

(032H)=FFH

(030H)=1EH(031H)=51H

(032H)=05H

AT89C514-34

Program Verify: If lock bits LB1 and LB2 have not beenprogrammed, the programmed code data can be read backvia the address and data lines for verification. The lock bitscannot be verified directly. Verification of the lock bits isachieved by observing that their features are enabled.

Chip Erase: The entire Flash array is erased electricallyby using the proper combination of control signals and byholding ALE/PROG low for 10 ms. The code array is writtenwith all “1”s. The chip erase operation must be executedbefore the code memory can be re-programmed.

Reading the Signature Bytes: The signature bytes areread by the same procedure as a normal verification oflocations 030H,

031H, and 032H, except that P3.6 and P3.7 must be pulledto a logic low. The values returned are as follows.

(030H) = 1EH indicates manufactured by Atmel(031H) = 51H indicates 89C51(032H) = FFH indicates 12V programming(032H) = 05H indicates 5V programming

Programming InterfaceEvery code byte in the Flash array can be written and theentire array can be erased by using the appropriate combi-nation of control signals. The write operation cycle is self-timed and once initiated, will automatically time itself tocompletion.

All major programming vendors offer worldwide support forthe Atmel microcontroller series. Please contact your localprogramming vendor for the appropriate software revision.

Flash Programming Modes

Note: 1. Chip Erase requires a 10-ms PROG pulse.

Mode RST PSEN ALE/PROG EA/VPP P2.6 P2.7 P3.6 P3.7

Write Code Data H L H/12V L H H H

Read Code Data H L H H L L H H

Write Lock Bit - 1 H L H/12V H H H H

Bit - 2 H L H/12V H H L L

Bit - 3 H L H/12V H L H L

Chip Erase H L H/12V H L L L

Read Signature Byte H L H H L L L L

(1)

AT89C51

4-35

Figure 3. Programming the Flash Figure 4. Verifying the Flash

P1

P2.6

P3.6

P2.0 - P2.3

A0 - A7ADDR.

OOOOH/OFFFH

T

SEE FLASHPROGRAMMINGMODES ABLE

3-24 MHz

A8 - A11P0

+5V

P2.7

PGMDATA

PROG

V /VIH PP

VIH

ALE

P3.7

XTAL2 EA

RST

PSEN

XTAL1

GND

VCC

AT89C51

P1

P2.6

P3.6

P2.0 - P2.3

A0 - A7ADDR.

OOOOH/0FFFH

3-24 MHz

A8 - A11P0

+5V

P2.7

PGM DATA(USE 10KPULLUPS)

VIH

VIH

ALE

P3.7

XTAL2 EA

RST

PSEN

XTAL1

GND

VCC

AT89C51

T

SEE FLASHPROGRAMMINGMODES ABLE

Flash Programming and Verification Characteristics TA = 0°C to 70°C, VCC = 5.0 ± 10%

Note: 1. Only used in 12-volt programming mode.

Symbol Parameter Min Max Units

VPP(1) Programming Enable Voltage 11.5 12.5 V

IPP(1) Programming Enable Current 1.0 mA

1/tCLCL Oscillator Frequency 3 24 MHz

tAVGL Address Setup to PROG Low 48tCLCL

tGHAX Address Hold After PROG 48tCLCL

tDVGL Data Setup to PROG Low 48tCLCL

tGHDX Data Hold After PROG 48tCLCL

tEHSH P2.7 (ENABLE) High to VPP 48tCLCL

tSHGL VPP Setup to PROG Low 10 µs

tGHSL(1) VPP Hold After PROG 10 µs

tGLGH PROG Width 1 110 µs

tAVQV Address to Data Valid 48tCLCL

tELQV ENABLE Low to Data Valid 48tCLCL

tEHQZ Data Float After ENABLE 0 48tCLCL

tGHBL PROG High to BUSY Low 1.0 µs

tWC Byte Write Cycle Time 2.0 ms

AT89C514-36

Flash Programming and Verification Waveforms - High Voltage Mode (V PP = 12V)

tGLGHtGHSL

tAVGL

tSHGL

tDVGLtGHAX

tAVQV

tGHDX

tEHSH tELQV

tWC

BUSY READY

tGHBL

tEHQZ

P1.0 - P1.7P2.0 - P2.3

ALE/PROG

PORT 0

LOGIC 1LOGIC 0EA/VPP

VPP

P2.7(ENABLE)

P3.4(RDY/BSY)

PROGRAMMINGADDRESS

VERIFICATIONADDRESS

DATA IN DATA OUT

Flash Programming and Verification Waveforms - Low Voltage Mode (V PP = 5V)

tGLGH

tAVGL

tSHGL

tDVGLtGHAX

tAVQV

tGHDX

tEHSH tELQV

tWC

BUSY READY

tGHBL

tEHQZ

P1.0 - P1.7P2.0 - P2.3

ALE/PROG

PORT 0

LOGIC 1LOGIC 0EA/VPP

P2.7(ENABLE)

P3.4(RDY/BSY)

PROGRAMMINGADDRESS

VERIFICATIONADDRESS

DATA IN DATA OUT

AT89C51

4-37

Absolute Maximum Ratings*

DC CharacteristicsTA = -40°C to 85°C, VCC = 5.0V ± 20% (unless otherwise noted)

Notes: 1. Under steady state (non-transient) conditions, IOL must be externally limited as follows:Maximum IOL per port pin: 10 mAMaximum IOL per 8-bit port: Port 0: 26 mA

Ports 1, 2, 3: 15 mAMaximum total IOL for all output pins: 71 mAIf IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater than the listed test conditions.

2. Minimum VCC for Power Down is 2V.

Operating Temperature.................................. -55°C to +125°C *NOTICE: Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent dam-age to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

Storage Temperature ..................................... -65°C to +150°C

Voltage on Any Pinwith Respect to Ground .....................................-1.0V to +7.0V

Maximum Operating Voltage............................................. 6.6V

DC Output Current...................................................... 15.0 mA

Symbol Parameter Condition Min Max Units

VIL Input Low Voltage (Except EA) -0.5 0.2 VCC - 0.1 V

VIL1 Input Low Voltage (EA) -0.5 0.2 VCC - 0.3 V

VIH Input High Voltage (Except XTAL1, RST) 0.2 VCC + 0.9 VCC + 0.5 V

VIH1 Input High Voltage (XTAL1, RST) 0.7 VCC VCC + 0.5 V

VOL Output Low Voltage(1) (Ports 1,2,3) IOL = 1.6 mA 0.45 V

VOL1 Output Low Voltage(1)

(Port 0, ALE, PSEN)IOL = 3.2 mA 0.45 V

VOH Output High Voltage(Ports 1,2,3, ALE, PSEN)

IOH = -60 µA, VCC = 5V ± 10% 2.4 V

IOH = -25 µA 0.75 VCC V

IOH = -10 µA 0.9 VCC V

VOH1 Output High Voltage(Port 0 in External Bus Mode)

IOH = -800 µA, VCC = 5V ± 10% 2.4 V

IOH = -300 µA 0.75 VCC V

IOH = -80 µA 0.9 VCC V

IIL Logical 0 Input Current (Ports 1,2,3) VIN = 0.45V -50 µA

ITL Logical 1 to 0 Transition Current (Ports 1,2,3)

VIN = 2V, VCC = 5V ± 10% -650 µA

ILI Input Leakage Current (Port 0, EA) 0.45 < VIN < VCC ±10 µA

RRST Reset Pulldown Resistor 50 300 KΩ

CIO Pin Capacitance Test Freq. = 1 MHz, TA = 25°C 10 pF

ICC Power Supply Current Active Mode, 12 MHz 20 mA

Idle Mode, 12 MHz 5 mA

Power Down Mode(2) VCC = 6V 100 µA

VCC = 3V 40 µA

AT89C514-38

AC Characteristics (Under Operating Conditions; Load Capacitance for Port 0, ALE/PROG, and PSEN = 100 pF; Load Capacitance for all other outputs = 80 pF)

External Program and Data Memory Characteristics

Symbol Parameter 12 MHz Oscillator 16 to 24 MHz Oscillator Units

Min Max Min Max


tLHLL ALE Pulse Width 127 2tCLCL-40 ns

tAVLL Address Valid to ALE Low 43 tCLCL-13 ns

tLLAX Address Hold After ALE Low 48 tCLCL-20 ns

tLLIV ALE Low to Valid Instruction In 233 4tCLCL-65 ns

tLLPL ALE Low to PSEN Low 43 tCLCL-13 ns

tPLPH PSEN Pulse Width 205 3tCLCL-20 ns

tPLIV PSEN Low to Valid Instruction In 145 3tCLCL-45 ns

tPXIX Input Instruction Hold After PSEN 0 0 ns

tPXIZ Input Instruction Float After PSEN 59 tCLCL-10 ns

tPXAV PSEN to Address Valid 75 tCLCL-8 ns

tAVIV Address to Valid Instruction In 312 5tCLCL-55 ns

tPLAZ PSEN Low to Address Float 10 10 ns

tRLRH RD Pulse Width 400 6tCLCL-100 ns

tWLWH WR Pulse Width 400 6tCLCL-100 ns

tRLDV RD Low to Valid Data In 252 5tCLCL-90 ns

tRHDX Data Hold After RD 0 0 ns

tRHDZ Data Float After RD 97 2tCLCL-28 ns

tLLDV ALE Low to Valid Data In 517 8tCLCL-150 ns

tAVDV Address to Valid Data In 585 9tCLCL-165 ns

tLLWL ALE Low to RD or WR Low 200 300 3tCLCL-50 3tCLCL+50 ns

tAVWL Address to RD or WR Low 203 4tCLCL-75 ns

tQVWX Data Valid to WR Transition 23 tCLCL-20 ns

tQVWH Data Valid to WR High 433 7tCLCL-120 ns

tWHQX Data Hold After WR 33 tCLCL-20 ns

tRLAZ RD Low to Address Float 0 0 ns

tWHLH RD or WR High to ALE High 43 123 tCLCL-20 tCLCL+25 ns

AT89C51

4-39

External Program Memory Read Cycle

External Data Memory Read Cycle

tLHLL

tLLIV

tPLIV

tLLAXtPXIZ

tPLPH

tPLAZtPXAV

tAVLL tLLPL

tAVIV

tPXIX

ALE

PSEN

PORT 0

PORT 2 A8 - A15

A0 - A7 A0 - A7

A8 - A15

INSTR IN

tLHLL

tLLDV

tLLWL

tLLAX

tWHLH

tAVLL

tRLRH

tAVDV

tAVWL

tRLAZ tRHDX

tRLDV tRHDZ

A0 - A7 FROM RI OR DPL

ALE

PSEN

RD

PORT 0

PORT 2 P2.0 - P2.7 OR A8 - A15 FROM DPH

A0 - A7 FROM PCL

A8 - A15 FROM PCH

DATA IN INSTR IN

AT89C514-40

External Data Memory Write Cycle

External Clock Drive Waveforms

External Clock Drive

Symbol Parameter Min Max Units


tCLCL Clock Period 41.6 ns

tCHCX High Time 15 ns

tCLCX Low Time 15 ns

tCLCH Rise Time 20 ns

tCHCL Fall Time 20 ns

tLHLL

tLLWL

tLLAX

tWHLH

tAVLL

tWLWH

tAVWL

tQVWXtQVWH

tWHQX

A0 - A7 FROM RI OR DPL

ALE

PSEN

WR

PORT 0

PORT 2 P2.0 - P2.7 OR A8 - A15 FROM DPH

A0 - A7 FROM PCL

A8 - A15 FROM PCH

DATA OUT INSTR IN

tCHCX

tCHCX

tCLCX

tCLCL

tCHCLtCLCHV - 0.5VCC

0.45V0.2 V - 0.1VCC

0.7 VCC

AT89C51

4-41

Serial Port Timing: Shift Register Mode Test Conditions(VCC = 5.0 V ± 20%; Load Capacitance = 80 pF)

Shift Register Mode Timing Waveforms

Symbol Parameter 12 MHz Osc Variable Oscillator Units

Min Max Min Max

tXLXL Serial Port Clock Cycle Time 1.0 12tCLCL µs

tQVXH Output Data Setup to Clock Rising Edge 700 10tCLCL-133 ns

tXHQX Output Data Hold After Clock Rising Edge 50 2tCLCL-117 ns

tXHDX Input Data Hold After Clock Rising Edge 0 0 ns

tXHDV Clock Rising Edge to Input Data Valid 700 10tCLCL-133 ns

tXHDV

tQVXH

tXLXL

tXHDX

tXHQX

ALE

INPUT DATA

CLEAR RI

OUTPUT DATA

WRITE TO SBUF

INSTRUCTION

CLOCK

0

0

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

SET TI

SET RI

8

VALID VALIDVALID VALIDVALID VALIDVALID VALID

Float Waveforms (1)

Note: 1. For timing purposes, a port pin is no longer floating when a 100 mV change from load voltage occurs. A port pin begins to float when 100 mV change from the loaded VOH/VOL level occurs.

VLOAD+ 0.1V

Timing ReferencePoints

V

LOAD- 0.1V

LOAD

V VOL+ 0.1V

VOL- 0.1V

AC Testing Input/Output Waveforms (1)

Note: 1. AC Inputs during testing are driven at VCC - 0.5V for a logic 1 and 0.45V for a logic 0. Timing measure-ments are made at VIH min. for a logic 1 and VIL max. for a logic 0.

0.45V

TEST POINTS

V - 0.5VCC 0.2 V + 0.9VCC

0.2 V - 0.1VCC

AT89C514-42

Ordering Information

Speed(MHz)

PowerSupply Ordering Code Package Operation Range

12 5V ± 20% AT89C51-12AC 44A Commercial

AT89C51-12JC 44J (0°C to 70°C)

AT89C51-12PC 40P6

AT89C51-12QC 44Q

AT89C51-12AI 44A Industrial

AT89C51-12JI 44J (-40°C to 85°C)

AT89C51-12PI 40P6

AT89C51-12QI 44Q

AT89C51-12AA 44A Automotive

AT89C51-12JA 44J (-40°C to 105°C)

AT89C51-12PA 40P6

AT89C51-12QA 44Q


AT89C51-16JC 44J (0°C to 70°C)

AT89C51-16PC 40P6

AT89C51-16QC 44Q


AT89C51-16JI 44J (-40°C to 85°C)

AT89C51-16PI 40P6

AT89C51-16QI 44Q

AT89C51-16AA 44A Automotive

AT89C51-16JA 44J (-40°C to 105°C)

AT89C51-16PA 40P6

AT89C51-16QA 44Q


AT89C51-20JC 44J (0°C to 70°C)

AT89C51-20PC 40P6

AT89C51-20QC 44Q


AT89C51-20JI 44J (-40°C to 85°C)

AT89C51-20PI 40P6

AT89C51-20QI 44Q

AT89C51

4-43

Ordering Information

Speed(MHz)

PowerSupply Ordering Code Package Operation Range


AT89C51-24JC 44J (0°C to 70°C)

AT89C51-24PC 44P6

AT89C51-24QC 44Q


AT89C51-24JI 44J (-40°C to 85°C)

AT89C51-24PI 44P6

AT89C51-24QI 44Q

Package Type

44A 44 Lead, Thin Plastic Gull Wing Quad Flatpack (TQFP)

44J 44 Lead, Plastic J-Leaded Chip Carrier (PLCC)

40P6 40 Lead, 0.600” Wide, Plastic Dual Inline Package (PDIP)

44Q 44 Lead, Plastic Gull Wing Quad Flatpack (PQFP)

©2000 Fairchild Semiconductor International Rev. A, February 2000

BD

135/137/139

1 TO-126

NPN Epitaxial Silicon TransistorAbsolute Maximum Ratings TC=25°C unless otherwise noted

Electrical Characteristics TC=25°C unless otherwise noted

hFE Classification

Symbol Parameter Value Units VCBO Collector-Base Voltage : BD135

: BD137 : BD139

45 60 80

VVV

VCEO Collector-Emitter Voltage : BD135 : BD137 : BD139

45 60 80

VVV

VEBO Emitter-Base Voltage 5 V

IC Collector Current (DC) 1.5 A

ICP Collector Current (Pulse) 3.0 A

IB Base Current 0.5 A

PC Collector Dissipation (TC=25°C) 12.5 W

PC Collector Dissipation (Ta=25°C) 1.25 W

TJ Junction Temperature 150 °C TSTG Storage Temperature - 55 ~ 150 °C

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ. Max. Units VCEO(sus) Collector-Emitter Sustaining Voltage

: BD135: BD137: BD139

IC = 30mA, IB = 0 456080

VVV

ICBO Collector Cut-off Current VCB = 30V, IE = 0 0.1 µA

IEBO Emitter Cut-off Current VEB = 5V, IC = 0 10 µA

hFE1 hFE2

hFE3

DC Current Gain : ALL DEVICE: ALL DEVICE: BD135: BD137, BD139

VCE = 2V, IC = 5mAVCE = 2V, IC = 0.5AVCE = 2V, IC = 150mA

25254040

250160

VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage IC = 500mA, IB = 50mA 0.5 V

VBE(on) Base-Emitter ON Voltage VCE = 2V, IC = 0.5A 1 V

Classification 6 10 16

hFE3 40 ~ 100 63 ~ 160 100 ~ 250

BD135/137/139

Medium Power Linear and Switching Applications• Complement to BD136, BD138 and BD140 respectively

1. Emitter 2.Collector 3.Base

©2000 Fairchild Semiconductor International

BD

135/137/139

Rev. A, February 2000

Typical Characteristics

Figure 1. DC current Gain Figure 2. Collector-Emitter Saturation Voltage

Figure 3. Base-Emitter Voltage Figure 4. Safe Operating Area

Figure 5. Power Derating

10 100 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100VCE = 2V

h FE, D

C C

UR

RE

NT

GA

IN

IC[mA], COLLECTOR CURRENT

1E-3 0.01 0.1 1 100

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

I C =

10

I B

I C =

20

I B

VC

E(s

at)[m

V],

SA

TUR

ATI

ON

VO

LTA

GE

IC[A], COLLECTOR CURRENT

1E-3 0.01 0.1 1 100.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

VBE(on)

VCE = 5V

VBE(sat)

IC = 10 IB

VB

E[V

], B

AS

E-E

MIT

TE

R V

OLT

AG

E

IC[A], COLLECTOR CURRENT

1 10 1000.01

0.1

1

10

BD

139B

D137

BD

135

10us

100us

1ms

DC

IC MAX. (Pulsed)

IC MAX. (Continuous)

I C

[A],

CO

LLE

CTO

R C

UR

RE

NT

VCE[V], COLLECTOR-EMITTER VOLTAGE

0 25 50 75 100 125 150 1750.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.0

PC[W

], P

OW

ER

DIS

SIP

ATI

ON

TC[oC], CASE TEMPERATURE

Package Demensions

©2000 Fairchild Semiconductor International Rev. A, February 2000

BD

135/137/139

Dimensions in Millimeters

3.25 ±0.208.00 ±0.30

ø3.20 ±0.10

0.75 ±0.10

#1

0.75 ±0.10

2.28TYP[2.28±0.20]

2.28TYP[2.28±0.20]

1.60 ±0.10

11

.00

±0

.20

3.9

0 ±

0.1

0

14

.20

MA

X

16

.10

±0

.20

13

.06

±0

.30

1.75 ±0.20

(0.50)(1.00)

0.50+0.10–0.05

TO-126

©2000 Fairchild Semiconductor International Rev. E

TRADEMARKS

The following are registered and unregistered trademarks Fairchild Semiconductor owns or is authorized to use and isnot intended to be an exhaustive list of all such trademarks.

ACEx™Bottomless™CoolFET™CROSSVOLT™E2CMOS™FACT™FACT Quiet Series™FAST®

FASTr™GTO™

HiSeC™ISOPLANAR™MICROWIRE™POP™PowerTrench®

QFET™QS™Quiet Series™SuperSOT™-3SuperSOT™-6

SuperSOT™-8SyncFET™TinyLogic™UHC™VCX™

DISCLAIMERFAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANYPRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANYLIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN;NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

LIFE SUPPORT POLICY

FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF FAIRCHILD SEMICONDUCTORINTERNATIONAL.As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systemswhich, (a) are intended for surgical implant into the body,or (b) support or sustain life, or (c) whose failure to performwhen properly used in accordance with instructions for useprovided in the labeling, can be reasonably expected toresult in significant injury to the user.

2. A critical component is any component of a life supportdevice or system whose failure to perform can bereasonably expected to cause the failure of the life supportdevice or system, or to affect its safety or effectiveness.

PRODUCT STATUS DEFINITIONS

Definition of Terms

Datasheet Identification Product Status Definition

Advance Information Formative or In Design

This datasheet contains the design specifications forproduct development. Specifications may change inany manner without notice.

Preliminary First Production This datasheet contains preliminary data, andsupplementary data will be published at a later date.Fairchild Semiconductor reserves the right to makechanges at any time without notice in order to improvedesign.

No Identification Needed Full Production This datasheet contains final specifications. FairchildSemiconductor reserves the right to make changes atany time without notice in order to improve design.

Obsolete Not In Production This datasheet contains specifications on a productthat has been discontinued by Fairchild semiconductor.The datasheet is printed for reference information only.

SL74LS14

System Logic Semiconductor SLS

Hex Schmitt-Trigger Inverter

This device contains six independent gates each of which performs the logic INVERT function. Each input has hysteresis which increases the noise immunity and transforms a slowly changing input signal to a fast changing, jitter free output.

ORDERING INFORMATION SL74LS14N Plastic SL74LS14D SOIC

TA = 0° to 70° C for all packages

LOGIC DIAGRAM

PIN 14 =VCC PIN 7 = GND

PIN ASSIGNMENT

FUNCTION TABLE

Inputs Output

A Y

L H

H L

SL74LS14


MAXIMUM RATINGS*

Symbol Parameter Value Unit

VCC Supply Voltage 7.0 V

VIN Input Voltage 7.0 V

VOUT Output Voltage 5.5 V

Tstg Storage Temperature Range -65 to +150 °C

*Maximum Ratings are those values beyond which damage to the device may occur. Functional operation should be restricted to the Recommended Operating Conditions.

RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS Symbol Parameter Min Max Unit

VCC Supply Voltage 4.75 5.25 V

IOH High Level Output Current -15 mA

IOL Low Level Output Current 24 mA

TA Ambient Temperature Range 0 +70 °C

DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS over full operating conditions

Guaranteed Limit

Symbol Parameter Test Conditions Min Max Unit

VT+ - Positive-Going Input Threshold Voltage

VCC = 5 V 0.5 1 V

VT- - Negative-Going Input Threshold Voltage

VCC = 5 V 1.4 1.9 V

VT+ - VT- Hysteresis VCC = 5 V 0.4 V

VIK Input Clamp Voltage VCC = min, IIN = -18 mA -1.5 V

VOH High Level Output Voltage VCC = min, IOH = -0.4 mA, VI=0.5 V

2.7 V

VOL Low Level Output Voltage VCC = min, IOL = 4 mA VI=1.9 V

0.4 V

VCC = min, IOL = 8 mA VI=1.9 V

0.5

IIH High Level Input Current VCC = max, VIN = 2.7 V 20 µA

VCC = max, VIN = 7.0 V 0.1 mA

IIL Low Level Input Current VCC = max, VIN = 0.4 V -0.4 mA

IO Output Short Circuit Current VCC = max, VO =0 V (Note 1)

-20 -100 mA

ICC Supply Current Total with outputs high

VCC = max 16 mA

Total with outputs low

21

SL74LS14


Note 1: Not more than one output should be shorted at a time, and the duration should not exceed one second.

SL74LS14


AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TA = 25°C, VCC = 5.0 V, CL = 15 pF, RL = 2 kΩ , tr = 15 ns, t f = 6.0 ns)

Symbol Parameter Min Max Unit

tPLH Propagation Delay, Input A to Output Y 22 ns

tPHL Propagation Delay, Input A to Output Y 22 ns

Figure 1. Switching Waveforms

NOTES A. CL includes probe and jig capacitance. B. All diodes are 1N916 or 1N3064.

Figure 2. Test Circuit

TUGAS AKHIR PENAMPIL KECEPATAN MOTOR DC DENGAN LED...

Documents

Transcript of TUGAS AKHIR PENAMPIL KECEPATAN MOTOR DC DENGAN LED...