Modul
II
Modul
II
PWM
DAN ADC
1. Pendahuluan [Kembali]
a) Asistensi dilakukan 3x dengan lama
pertemuan 20 menit (Rabu, Kamis, Jumat)
b) Praktikum dilakukan 1x dengan lama
pertemuan 60 menit (Selasa)
c) Laporan akhir (format
sesuai dengan isi blog) dikumpulkan pada hari Kamis
1.1 Tujuan [Kembali]
a. Memahami prinsip kerja PWM pada
mikrokontroler
b. Memahami prinsip kerja ADC pada
mikrokontroler
c. Menggunakan PWM dan ADC pada Arduino
Gambar
1. Power Supply
B. Bahan
1. Potensiometer
Gambar
2. Potensiometer
a) Komponen Input
1. LM 35
Gambar 3. LM 35
b) Komponen Output
1. LCD
Gambar 5. LCD
2. Motor DC
Gambar 6. Motor DC
c) Komponen Lainnya
1. Mikrokontroler
Gambar 7. Arduino Uno
2. Driver Motor
Gambar 8. Driver Motor L293D
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.
Gambar 9. Bentuk dan Simbol
Potensiometer
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.
Gambar 10. Potensiometer Geser
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.
Gambar 11. Potensiometer Rotary
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
Gambar 12. Potensiometer Trimmer atau
Preset
B. Komponen Input
a) LM 35
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 berfariasi, pada umumnya
kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar
dibawah.
Gambar 13. LM 35
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:
·
Memiliki sensitivitas
suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga
dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
·
Memiliki ketepatan atau
akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
·
Memiliki jangkauan
maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
·
Bekerja pada tegangan 4
sampai 30 volt.
·
Memiliki arus rendah
yaitu kurang dari 60 µA.
·
Memiliki pemanasan
sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
·
Memiliki impedansi
keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
·
Memiliki ketidaklinieran
hanya sekitar ± ¼ ºC.
·
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.
Gambar 14. Struktur LCD
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.
Gambar 15. TEXT LCD Module Circuit
Gambar 16. Kaki-kaki yang Terdapat pada
LCD
Gambar 17. Rumus Kecepatan Putar Motor DC
Simbol Motor DC
Gambar 18. 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 lilitanya. Pada motor, kawat penghantar listrik yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi panjang yang disebut kumparan.
Prinsip Kerja Motor DC
Gambar 19. Prinsip Kerja Motor DC
T = F.r
Dimana :
T = momen putar (Nm)
F = gaya tolak (newton)
r = jarak sisi kumparan pada sumbu
putar (meter)
Gambar
20. Struktur Motor DC
C. 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.
-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