Modul
II
PWM dan ADC
1. Tujuan [kembali]
1.
Memahami prinsip kerja PWM pada mikrokontroler
2.
Memahami prinsip kerja ADC pada mikrokontroler
3. Menggunakan PWM dan ADC pada Arduino
2. Alat dan Bahan [kembali]
B. Bahan
1. Potensiometer
a) Komponen Input
1. LM 35
Gambar 3. LM 35
b) Komponen Output
1. LCD
2. Motor DC
c) Komponen Lainnya
1. Arduino Uno
2. Driver Motor
3. Dasar Teori [kembali]
A. Potensiometer
Potensiometer
(POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur
sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan
pemakainya. Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif
yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan
terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang
dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif
(Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang
mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.
Simbol
dan bentuk Potensiometer dapat dilihat pada gambar 9 berikut.
Jenis
Potensiometer:
1. Potensiometer
Slider
Potensiometer geser, atau pot geser, dirancang untuk mengubah nilai resistansi kontaknya dengan gerakan linier dan dengan demikian terdapat hubungan linier antara posisi kontak penggeser dan resistansi output.
2. Potensiometer Rotary
Potensiometer
putar (tipe yang paling umum) memvariasikan nilai resistifnya sebagai hasil
dari pergerakan sudut. Memutar kenop atau dial yang terpasang pada poros
menyebabkan penyeka internal menyapu sekitar elemen resistif melengkung.
Penggunaan potensiometer putar yang paling umum adalah pot kontrol volume.
3. Potensiometer Trimmer
Potensiometer
preset atau trimmer adalah potensiometer tipe "set-and-forget" kecil
yang memungkinkan penyesuaian yang sangat halus atau sesekali mudah dilakukan
ke rangkaian, (misalnya untuk kalibrasi). Potensiometer preset putar satu
putaran adalah versi mini dari variabel resistor standar yang
dirancang untuk dipasang langsung pada papan rangkaian tercetak dan disesuaikan
dengan menggunakan obeng berbilah kecil atau alat plastik serupa.
B. Komponen Input
a) LM35
Sensor
suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi
untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran
elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang
berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan
besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature
menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35
membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam
beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan
yang bervariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan
TO-92 seperti terlihat pada gambar dibawah.
Dari
gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki
3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin
output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin
untuk Ground.
Karakteristik Sensor suhu IC LM35
adalah :
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan
faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat
dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi
kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi
suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30
volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang
dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang
rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran
yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
8. Memiliki ketidaklinieran hanya
sekitar ± ¼ ºC.
9. Tegangan output sensor suhu IC LM35
dapat diformulasikan sebagai berikut :
Vout
LM35 = Temperature º x 10 mV
C. Komponen Output
a) LCD
Liquid
Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi
untukmenampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau
gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri
dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan
dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter). Struktur LCD dapat dilihat
pada gambar berikut.
Keterangan:
1.
Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
2.
Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).
3.
Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).
4.
Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).
5.
Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
6.
Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata
pengamat.
Sebuah
citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel
yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah
memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol
tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan
data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.
Module
circuit dari LCD dan kaki-kakinya dapat dilihat melalui gambar berikut.
b)
Motor DC
Motor
DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan
medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut
stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung
yang tidak langsung/direct-undirectional. Motor DC adalah piranti elektronik yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor
DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan
berujung pada cincin belah (komutator). Dengan adanya insulator antara
komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole,
double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang
menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan
magnet, maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta segera
ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Kecepatan putar motor
DC (N) dirumuskan dengan persamaan berikut.
Simbol Motor DC
Motor DC tersusun dari dua
bagian yaitu bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor). Stator motor
arus searah adalah badan motor atau kutub magnet (sikat-sikat), sedangkan yang
termasuk rotor adalah jangkar lilitannya. Pada motor, kawat penghantar listrik
yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi
panjang yang disebut kumparan.
Prinsip Motor DC
Kumparan
ABCD terletak dalam medan magnet serba sama dengan kedudukan sisi aktif AD dan
CB yang terletak tepat lurus arah fluks magnet. Sedangkan sisi AB dan DC ditahan
pada bagian yang tengahnya, sehingga apabila sisi AD dan CB berputar karena
adanya gaya lorentz, maka kumparan ABCD akan berputar.
Hasil
perkalian gaya dengan jarak pada suatu titik tertentu disebut momen, sisi aktif
AD dan CB akan berputar pada porosnya karena pengaruh momen putar (T). Setiap
sisi kumparan akitf AD dan CB pada gambar di atas akan mengalami momen putar
sebesar:
T
= F.r
Dimana :
T
= momen putar (Nm)
F = gaya tolak
(newton)
r = jarak
sisi kumparan pada sumbu putar (meter)
Pada daerah dibawah kutub-kutub magnet besarnya momen
putar tetap karena besarnya gaya Lorentz. Hal ini berarti bahwa kedudukan garis
netral sisi kumparan akan berhenti berputar. Supaya motor dapat berputar terus
dengan baik, maka perlu ditambah jumlah kumparan yang digunakan.
Kumparan-kumparan harus diletakkan sedemikian rupa sehingga momen putar yang dialami
setiap sisi kumparan akan saling membantu dan menghasilkan putaran yang baik. Dengan
pertimbangan teknis, maka kumparan-kumparan yang berputar tersebut dililitkan
pada suatu alat yang disebut jangkar, sehingga lilitan kumparan itupun disebut
lilitan jangkar.
Struktur
Motor DC dapat dilihat pada gambar berikut ini.
D. Komponen Lainnya
a) Arduino Uno
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya
terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR
dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini
adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan
komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer
ataupun perangkat lain.
Adapun spesifikasi
dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :
Bagian-bagian
arduino uno:
- Power USB
Digunakan untuk menghubungkan Papan
Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.
- Power jack
Supply atau sumber
listrik untuk
Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.
- Crystal Oscillator
Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan 16000 atau 16000 kHz,
atau 16 MHz.
- Reset
Digunakan untuk mengulang program Arduino
dari awal atau Reset.
- Digital Pins I / O
Papan
Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika (0 atau
1).
Pin berlabel "~" adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang
dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.
- Analog Pins
Papan
Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca
sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu
dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.
- LED Power Indicator
Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino
mendapatkan supply listrik dengan baik.
Bagian
- bagian pendukung:
- RAM
RAM
(Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang
isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data
tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static
Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).
- ROM
ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
Block
Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO
Adapun
block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:
Block
diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari
mikrokontroler ATMega 328P.
Pin-pin
ATMega 328P:
Rangkaian
Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO
b)
Driver Motor L293D
IC
L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat
dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang
dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber
tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang digunakan
adalah totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor
DC yang berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap
drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah
motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.
Konstruksi
Pin Driver Motor DC IC L293D
Fungsi
Pin Driver Motor DC IC L293D
1. Pin
EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima perintah
untuk menggerakan motor DC.
2.
Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC
3. Pin
Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver yang
dihubungkan ke motor DC
4. Pin
VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC, dimana
VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol dirver dan VCC2
adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang dikendalikan.
5. Pin
GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND ini ada 4
buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin kecil.
Feature
Driver Motor DC IC L293D Driver motor DC IC L293D memiliki feature yang lengkap
untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam beberapa teknik
driver motor DC dan dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor
DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L293D sesuai dengan datasheet
adalah sebagai berikut :
-
Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V
-
Separate Input-Logic Supply
-
Internal ESD Protection
-
Thermal Shutdown
- High-Noise-Immunity
Inputs
-
Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D
- Output
Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)
- Peak
Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)
-
Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)
Rangkaian
Aplikasi Driver Motor DC IC L293D
Pada
gambar driver IC L293D diatas adalah contoh aplikasi dari keempat unit driver
motor DC yang dihubungkan secar berbeda sesuai dengan keinginan dan kebutuhan.
c) Pulse Width Modulation
PWM
(Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah
lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu
siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi
low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi.
Pada
board Arduino Uno, pin yang bisa dimanfaatkan untuk PWM adalah pin yang diberi
tanda tilde (~), yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, dan pin 11. Pin-pin tersebut
merupakan pin yang bisa difungsikan untuk input analog atau output analog. Oleh
sebab itu, jika akan menggunakan PWM pada pin ini, bisa dilakukan dengan
perintah analogWrite();
PWM
pada arduino bekerja pada frekuensi 500Hz, artinya 500 siklus/ketukan dalam
satu detik. Untuk setiap siklus, kita bisa memberi nilai dari 0 hingga
255. Ketika kita memberikan angka 0, berarti pada pin tersebut tidak akan
pernah bernilai 5 volt (pin selalu bernilai 0 volt). Sedangkan jika kita
memberikan nilai 255, maka sepanjang siklus akan bernilai 5 volt (tidak pernah
0 volt). Jika kita memberikan nilai 127 (kita anggap setengah dari 0 hingga
255, atau 50% dari 255), maka setengah siklus akan bernilai 5 volt, dan
setengah siklus lagi akan bernilai 0 volt. Sedangkan jika jika memberikan 25%
dari 255 (1/4 * 255 atau 64), maka 1/4 siklus akan bernilai 5 volt, dan 3/4
sisanya akan bernilai 0 volt, dan ini akan terjadi 500 kali dalam 1
detik.
d)
Analog to Digital Converter
ADC
atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika
yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem
digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih
dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode
digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu
kecepatan sampling dan resolusi.
Kecepatan sampling menyatakan
seberapa sering perangkat mampu mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk
sinyal digital dalam selang waktu yang tertentu. Biasa dinyatakan dalam sample
per second (SPS). Sementara Resolusi menyatakan tingkat ketelitian
yang dimilliki. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10 bit atau rentang
nilai digital antara 0 - 1023. Dan pada Arduino tegangan referensi yang
digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani
sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt.
Pada
Arduino, menggunakan pin analog input yang diawali dengan kode A (A0- A5 pada
Arduino Uno). Fungsi untuk mengambil data sinyal input analog menggunakan analogRead(pin);
Tidak ada komentar:
Posting Komentar