KULIAH ELEKTRONIKA TEKNIK ELEKTRO : Laporan Akhir Percobaan 1 Modul 2

a)      Memahami prinsip kerja PWM pada mikrokontroler
b)      Memahami prinsip kerja ADC pada mikrokontroler
c)      Menggunakan PWM dan ADC pada Arduino

2. Alat dan Bahan [kembali]

a. Alat [kembali]

Power Supply

Multimeter

b. Bahan [kembali]

Modul Arduino

MOTOR DC

IC L293D

BATERAI

Logic Probe

3. Dasar Teori [kembali]

A.Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan pada prkatikum ini adalah arduino mega yang menggunakan chip AVR ATmega 2560 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C. Sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protocol yang berbeda-beda. Bahasa pemograman yang digunakan adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga lebih mudah dalam memprogramnya. Dalam memprogram arduino, kita bisa menggunakan serial komunikasi agar arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun aplikasi lain.

Beberapa fitur dari Arduino Mega 2560 ini adalah :

Microcontroller	ATmega2560
Operating Voltage	5V
Input Voltage (recommended)	7-12V
Input Voltage (limits)	6-20V
Digital I/O Pins	54 (of which 15 provide PWM output)
Analog Input Pins	16
DC Current per I/O Pin	20 mA
DC Current for 3.3V Pin	50 mA
Flash Memory	256 KB of which 8 KB used by bootloader
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Clock Speed	16 MHz

BAGIAN-BAGIAN DARI ARDUINO MEGA 2560

· Soket USB

Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop.

Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.

· Input / Output Digital

Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan

komponen atau rangkaian digital. Pada Arduino Mega terdapat 53 I/O Digital dimana 16

diantaranya dapat dijadikan sebagai output PWM

· Input Analog

Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.

Terdapat 16 input analog pada arduino mega 2560.

· Pin POWER

Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset.Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor.

· Tombol RESET

Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal.

· Jack Baterai/Adaptor

Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

A. IC L293D

IC L293D adlah 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

Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D

·       Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima perintah untuk menggerakan motor DC.
·   Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC
·       Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver yang dihubungkan ke motor DC
·       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.
·       Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin,

B. MOTOR DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya.

Komponen Utama Motor DC

Gambar diatas memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama :

1. Kutub Medan Magnet

Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan kumparan motor DC yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

2. Kumparan Motor DC

Bila arus masuk menuju kumparan motor DC, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. kumparan motor DC yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, kumparan motor DC berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan kumparan motor DC.

3. Commutator Motor DC

Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam kumparan motor DC. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan motor DC dan sumber daya.

Kelebihan Motor DC

Keuntungan utama motor DC adalah dalam hal pengendalian kecepatan motor DC tersebut, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
§ Tegangan kumparan motor DC – meningkatkan tegangan kumparan motor DC akan meningkatkan kecepatan
§ Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.

Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan kumparan motor DC ditunjukkan dalam persamaan berikut :

Gaya elektromagnetik : E = K Φ N
Torque : T = K Φ I_a

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal kumparan motor DC (v)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetic

I_a = arus kumparan motor DC

K = konstanta persamaan

C. BATERAI

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya.

Pada dasarnya, fungsi utama baterai adalah sebagai sumber energi bagi peralatan elektronik. Baterai berfungsi untuk menyimpan dan menyalurkan energi listrik untuk peralatan elektronika.
Cara Kerja Baterai

Komponen utama baterai terdiri dari dua bahan konduktor tak sejenis yaitu Terminal Positif (Katoda) dan Terminal Negatif (Anoda) yang disebut dengan elektroda. Serta larutan yang mampu menghantarkan listrik disebut elektrolit. Sebuah baterai menyimpan energi potensial listrik yang berupa sel elektrokimia (sel volta). Ketika terminal positif dan terminal negatif dihubungkan, maka potensi listrik kedua kutub tersebut akan menyebabkan arus listrik mengalir. Arus listrik tersebut berbentuk aliran elektron yang diakibatkan perbedaan potensi listrik di zat kimia di Katoda dan Anoda pada baterai. Sementara output arus listrik dara baterai berupa arus searah atau arus DC (Direct Current).

D. Logic Probe

Probe logika adalah probe uji genggam berbiaya rendah yang digunakan untuk menganalisis dan memecahkan masalah status logis dari rangkaian digital. Ketika banyak sinyal perlu diamati atau direkam secara bersamaan, penganalisis logika digunakan sebagai gantinya.

E. Power Supply

Dalam bahasa Indonesia, Power Supply berarti Sumber Daya. Fungsi dari power supply adalah memberikan daya arus listrik ke berbagai komponen.

Sumber energi listrik yang berasal dari luar masih berbentuk alternating current (AC). Ketika energi listrik masuk ke power supply, maka energi listrik akan dikonversi menjadi bentuk direct current (DC). Daya DC inilah yang kemudian disalurkan ke semua komponen yang ada di dalam chasing komputer agar dapat bekerja.

F. Multimeter

Multimeter adalah suatu alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur tiga jenis besaran listrik yaitu arus listrik, tegangan listrik, dan hambatan listrik. Sebutan lain untuk multimeter adalah AVO-meter yang merupakan singkatan dari satuan Ampere, Volt, dan Ohm

4. Percobaan [kembali]

a. Prosedur Percobaan [kembali]

1. Pastikan semua supply dalam keadaan off
2. Hubungkan jumper seperti rangkaian dibawah
3. Buatlah listing program yang telah ada pada modul
4. periksakan rangkaian kepada asisten yang mengawas
5. Hidupkan semua supply
6. Upload program dari laptop ke modul
7. Tekan tombol Reset
8. Amati percobaan, jika tidak sesuai perbaiki rangkaian atau program
9. Jika sesuai, maka selesai dan demokan pada asisten yang mengawas
10.Jelaskan prinsip kerja + program dan hubungan keduanya kepada asisten
11.Demokan ke pembimbing praktikum
12.Matikan supply

b. Hardware [kembali]

Motor DC

Motor Driver

IC 293D

Arduino UNO

c. Rangkaian Simulasi [kembali]

d. Listing Program [kembali]

#define in1 9 //Deklarasi pin 9 sebagai input 1

#define in2 10 //Deklarasi pin 10 sebagai input 2

#define in3 6 //Deklarasi pin 6 sebagai input 1

#define in4 5 //Deklarasi pin 5 sebagai input 2

void setup() { //Semua kode dalam fungsi ini di eksekusi sekali

pinMode(in1, OUTPUT); //Deklarasi in1 sebagai OUTPUT

pinMode(in2, OUTPUT); //Deklarasi in2 sebagai OUTPUT

pinMode(in3, OUTPUT); //Deklarasi in3 sebagai OUTPUT

pinMode(in4, OUTPUT); //Deklarasi in4 sebagai OUTPUT

}

void loop() { //Semua kode dalam fungsi ini dieksekusi berulang

digitalWrite(in1, HIGH); //in1 diberi logika 1

digitalWrite(in2, LOW); //in2 diberi logika 0

digitalWrite(in3, HIGH); //in3 diberi logika 1

digitalWrite(in4, LOW); //in4 diberi logika 0

delay(6000); //Jarak waktu 6000 ms setelah input dieksekusi

digitalWrite(in1, LOW); //in1 diberi logika 0

digitalWrite(in2, LOW); //in2 diberi logika 0

digitalWrite(in3, LOW); //in3 diberi logika 0

digitalWrite(in4, LOW); //in4 diberi logika 0

delay(1000); //Jarak waktu 1000 ms setelah input dieksekusi

digitalWrite(in1, LOW); //in1 diberi logika 0

digitalWrite(in2, HIGH); //in2 diberi logika 1

digitalWrite(in3, LOW); //in3 diberi logika 0

digitalWrite(in4, HIGH); //in4 diberi logika 1

delay(100000); //Jarak waktu 100000 ms setelah input dieksekusi

}

e. Flowchart [kembali]

f. Prinsip Kerja [kembali]

Pada rangkaian percobaan ini terdapat Arduino yang terhubung ke motor driver motor IC L293D, dimana pin digital 9, 10 arduino terhubung ke input 1 dan 2 driver motor dan pin digital 5,6 arduino terhubung ke input 3 dan 4 driver motor. Kemudian untuk output dari driver motor dihubungkan ke motor DC. Untuk sumber tegangan dariver motor sendiri kita perolah dari power supply dan baterai yang terhubung ke pin VCC pada motor driver. Selanjutnya kita dapat memasukkan program untuk Arduino agar berjalan sesuai dengan kondisi yang kita inginkan, yaitu motor akan bergerak vehicle (berlawanan arah jarum jam) selama 6 detik kemudian diam lalu berputar ke arah sebaliknya yaitu menjadi searah jarum jam. Untuk membuat motor bergerak vehicle, maka IN 1 pada program diberi logika 1 (HIGH) dan IN 2 diberi logika 0 (LOW), begitupun sebaliknya dan untuk membuat motor diam maka diberikan logika yang sama di kedua inputannya.

g. Video [kembali]

h. Kondisi [kembali]

Buatlah vehicle mundur 6 detik lalu maju.

i. Analisa [kembali]

1.     Bagaimana cara melogikakan motor bergerak searah jarum jam?
Jawab:
Cara melogikakan motor bergerak searah jarum jam adalah dengan mengatur program pada Arduino yaitu dengan melogikakan IN 1 nya LOW dan IN 2 nya HIGH dengan begitu motor akan bergerak ke kanan atau searah jarum jam.
Begitupun sebaliknya, jika logikanya dibalik yaitu IN 1 nya HIGH dan IN 2 nya LOW maka putaran motornya akan bergerak ke kiri atau berlawanan dengan arah jarum jam.

2.     Jika motor pin input 1 dan 2 logikanya sama, apa dampaknya terhadap motor, analisa?
Jawab:
Jika IN 1 dan IN 2 motor sama, yaitu HIGH ataupun LOW semua maka motor akan berhenti bergerak. Hal ini terjadi karena apabila HIGH semua maka akan terdapat jumlah arus dan tegangan yang sama yang mengalir kearah berlawanan sehingga sama saja dengan nol. Dan apabila kedua inputan berlogika LOW, maka tidak akan ada arus yang mengalir.

3.     Jika pin PWM dihubungkan ke pin digital, bagaimana dampak pada motor?
Jawab:
Jika hanya mengubah pin PWM menjadi pin digital, maka motor tidak akan akan bergerak karena deklarasi motor pada program masih di pin 9 PWM. Namun, jika deklarasi pin motornya diubah ke pin digital lainnya sesuai dengan rangkainnya, maka motor akan tetap bergerak dengan arah yang sama dengan motor saat terhubung ke pin PWM.