Modul II
PWM DAN ADC
1.Tujuan[KEMBALI]
Memahami prinsip kerja PWM
pada mikrokontroler
Memahami prinsip kerja ADC
pada mikrokontroler
Menggunakan PWM dan ADC pada
Arduino
2. Alat dan Bahan [KEMBALI]
A. Alat
a) Instrument
1. Power Supply
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 4. LCD
2. Motor DC
Gambar 5. Motor DC
c) Komponen Lainnya
1. Mikrokontroler
Gambar 6. 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.
Gambar 8. 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.
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) 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.
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.
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- unidirectional. 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 secara
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 lilitanya. Pada motor, kawat penghantar listrik
yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi
panjang yang disebut kumparan.
Prinsip Kerja 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
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
aktif AD dan CB pada gambar diatas akan mengalami momen putar sebesar :
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 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.
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.
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