Judul Buku : Elektronika Digital dan Mikroprosessor

Penulis : Widodo Budiharto, S.Si., M.Kom. dan Sigit Firmansyah

Penerbit : ANDI Yogyakarta

Tahun Terbit : 2005

Jumlah Halaman : 330 halaman

Penggunaan teknologi elektronika digital dan kontrol mikroprosessor banyak diterapkan

pada alat elektronika canggih di sekitar kita. Pendesainan sistemnya praktis dan mudah, sebagai

langkah awal definisikan fungsi dari alat yang akan dibuat. Selanjutnya definisikan sistemnya

berupa input, proses dan output. Kemudian setiap sistem dibagi menjadi subsistem yang

memiliki fungsi spesifik. Terakhir, realisasikan subsistem tersebut dengan suatu alat yang dapat

digunakan. Dasar dari sistem-sistem tersebut antara lain:

a) Sinyal Analog dan Digital

Pada sistem peralatan komunikasi digital, sinyal analog diubah terlebih dahulu menjadi

sinyal digital, kemudian diproses dan ditransmisikan. Hal ini memang memerlukan peralatan

tambahan, namun memiliki kelebihan berupa ketahanan yang lebih tinggi terhadap noise dan

dapat diduplikasi sempurna tanpa degradasi, kemudahan dan kompleksitas pemrosesan

berbasis computer dengan hardware maupun software, dan penyimpanan data lebih baik.

b) Sistem bilangan

- Bilangan Desimal : Sistem bilangan desimal menggunakan 10 lambang

bilangan 0 – 9. Pada bilangan desimal 4 digit, posisi digit paling kanan mempunyai

faktor 10 dan 10³ (paling kiri).⁰

- Bilangan Biner : Elektronika digital menggunakan sistem bilangan biner

yaitu 1 dan 0. Untuk logika 1, mewakili tegangan 5Volt dan logika 0 mewakili tegangan

0Volt.

- Bilangan Oktal : Sistem bilangan octal menggunakan 8 simbol bilangan

dari 0 – 7. Sistem ini menggunakan basis 8.

- Bilangan Hexadesimal : Sistem bilangan ini menggunakan 16 macam symbol 0 – 9

dan A – F .

Keempaat sistem bilangan tersebut dapat dikonversikan kedalam sistem bilangan lainnya.

c) Sistem Binary Code Decimal (BCD). Digunakan untuk menampilkan digit desimal sebagai

kode biner 4 bit. Berguna untuk menampilkan angka numeric dari 0 sampai 9.

d) Kode Ascii. Dinyatakan dalam biner bit yang digunakan sebagai kode khusus untuk

mewakili semua data alfanumerik (huruf, symbol dan bilangan).

Peralatan elektronik dibangun oleh beberapa komponen utama:

a) Komponen resistif – resistor adalah komponen elektrik yang berfungsi memberikan

hambatan terhadapp aliran arus listrik. Beberapa variasi resistor antara lain; resistor variabel

(potensiometer), thermostat (sensor suhu meliputi NTC, PTC dan KTY), dan LDR.

Satuannya Ohm (Ω).

b) Komponen kapasitif – kapasitor adalah komponen elektrik yang berfungsi menyimpan

muatan listrik. Satuannya Farad (F).

c) Komponen induktif – induktor adalah elemen dinamik yang berbasis pad variasi medan

magnet yang ditimbulkan oleh arus. Dibuat dari kawat konduktor yang dililitkan pada suatu

inti yang terbuat dari magnet. Tipe induktor: induktor dengan inti udara, induktor dengan

inti besi dan induktor dengan inti ferrit.

d) Dioda adalah komponen semikonduktor yang mengalirkan arus satu arah saja. Terbuat dari

germanium dan silicon. Dapat diberi bias maju dan bias mundur. Jenis dioda: LED

(komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya), diode zener (diode yang bekerja pada

bias mundur).

e) Relay adalah saklar untuk tegangan AC maupun DC dengan arus besar.

f) Transistor digunakan sebagai saklar atau penguat pada rangkaian elektronika. Tipenya NPN

dan PNP. Jenisnya transistor BJT dan FET.

g) Rangkaian terintegrasi (IC TTL) – menggunakan kombinasi dari beberapa transistor, dioda,

resistor yang terintegrasi dalam 1 IC. Fungsinya sebagai inverter atau saklar pengganti.

Terdapat berbagai jenis IC TTL, salah satunya berisi gerbang logika. Gerbang logika adalah

rangkaian dasar yang membentuk komputer. Jenis-jenis gerbang logika antara lain: Gerbang OR

(memberikan output 1 apabila salah satu atau seluruh masukkannya berlogika 1), Gerbang AND

(memberikan output 1 apabila seluruh masukkannya berlogika 1), Inverter (hanya memiliki satu

masukan. Output yang dihasilkan selalu berkebalikan dengan masukan yang diberikan),

Gerbang NAND (merupakan kebalikan dari gerbang AND), Gerbang NOR (merupakan

kebalikan dari gerbang OR), Gerbang EXOR (apabila seluruh masukannya sama maka

outputnya 0), dan Gerbang EXNOR (merupakan kebalikan dari gerbang EXOR).

Encoder/decoder, multiplekser dan demultiplekser merupakan rangkaian digital yang

dapat memetakan sejumlah input menjadi sebuah output tertentu. Decoding adalah proses

mengubah beberapa kode (contoh: biner, BCD, hex) ke output aktif singular yang

merepresentasikan nilai numeriknya. 74HC/HCT147 ialah 9 input priority encoder menerima 9

input aktif rendah dan menyediakan output biner 4 bit. Multipleksing/demultipleksing

merupakan proses pemilihan input/output mana yang akan diambil sebagai sumber atau tujuan,

contohnya IC 74148. 74F154 ialah demultiplekser/decoder yang mampu menerima 4 alamat

biner dan menerjemahkan menghasilkan 16 output. PCF8591 ialah chip daya rendah 8 bit

akusisi data untuk 4 input analog, 1 output analog dan antarmuka I2C serial. 74HCT93 ialah 4

buah master-slave flip flop yang terhubung secara internal untuk menghasilkan 4 bit ripple

counter.

Rangkaian digital memerlukan sumber detak yang bisa diatur besar frekuensinya

sehingga dikenallah IC timer 555. IC ini merupakan sebuah komponene elektronika yang

berfungsi membangkitkan sinyal timer/clock atau sinyal osilasi. Pengaplikasiannya sebagai

pembangkit gelombang segi empat atau sebagai multivibrator stabil. Multivibrator akan

membangkitkan gelombang segiempat dengan frekuensi dan perbandingan lebar pulsa tertentu.

Flip-flop adalah rangkaian yang dapat menyimpan data kondisi 1 atau 0. Jenis-jenisnya antara

lain: SR flip-flop/transparent latches (output akan merespon perubahan input secara cepat. Dapat

diaplikasikan pada register 4 bit paralel), JK flip flop (masukan J dan K harus stabil dengan

transisi detak tinggi ke rendah. Schmitt trigger pada input detak membuat rangkaian toleran

untuk perubahan sinyal naik detak dan fall times yang lebih lambat), D latch (berfungsi sebagai

penyimpan data). Penerapan gerbang logika antara lain: Synchronous Binary Counter

(menggunakan JK flip flop dan gerbang AND), Johnson Counter (menggunakan 2 input AND

atau NOR untuk memonitor keadaan output dari 2 flip flop yang berdekatan), Ring Counter

(menggunakan SR flip flop). Dalam sistem digital, register dibutuhkan untuk menyimpan atau

memindahkan sekumpulan bit dalam format tertentu. Shift register memfasilitasi perpindahan

data dalam format serial atau parallel dan menyimpan data tersebut.

Transducer merupakan sebuah alat untuk mengkonversi bentuk kuantitas fisik berupa

suhu, tekanan, laju, posisi dan arah dalam perbandingan arus atau voltase analog ke dalam

bentuk kuantitas elektronik.

ADC/Analog to Digital Converter berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi

sinyal digital. Umumnya menggunakan chip adc 8 bit untuk mengubah rentang sinyal analog 0-

5V menjadi level digital 0-255. Metode konversi sinyal analog menjadi digital antara lain: Flash

ADC atau A/D Converter. Rangkaian ini mudah dipelajari dibentuk oleh sekumpulan

komparater yang membandingkan sinyal input ke tegangan referensi menggunakan op-amp.

Successice approximation ADC menggunakan counter yang bekerja dengan melakukan

pendekatan berturut-turut untuk mencari nilai yang paling tepat. Sedangkan DAC/Digital to

Analog Converter berfungsi untuk mengubah input digital menjadi output analog.

Penguat operasional adalah chip yang umumnya digunakan untuk penguat sinyal yang

nilai penguatannya dapat dikontrol melalui penggunaan resistor dan komponen lainnya.

Umumnya terdiri atas 2 input dan 1 output. Jenis-jenis amplifier:

a) Inverting Amplifier merupakan rangkaian op-amp yang membalikkan sinyal input.

b) Noninverting Amplifier merupakan rangkaian penguat yang tidak membalikkan sinyal input.

c) Pengikut tegangan, digunakan sebagai buffer. Impedansi masukannya sangat tinggi dan

impedansi keluarannya sangat rendah.

d) Penguat penjumlah merupakan penjumlahan berbagai input sinyal op-amp.

e) Integrator, digunakan untuk mencari nilai hasil integrasi dari sinyal input.

Mikroprosessor merupakan pemroses data digital dari masukan computer. Mikroprosessor

mempunyai beberapa pin yang penting antara lain: BHE (Bus High Enable), NMI (Nonmaskable

Interrupt), Clock, Reset, Ready, Test, S0, S1, S2, LOCK, RQ/GT0, RQ/GT1, ALE, DEN,

HOLD, IO/M, SSO. Register pada CPU berguna untuk menyimpan informasi sementara. Flag

adalah suatu variabel Boolean yang menunjukkan status/keadaan mikroprosessor. Bahasa

assembly adalah bahasa pemrograman tingkat rendah karena ia berinteraksi langsung dengan

hardware komputer. Dengan bekerjanya CPU menggunakan biner, maka ia dapat bekerja sangat

cepat. Program hanya terdiri atas 0 dan 1. Chip pendukung yang digunakan antara lain: Direct

Memory Access Controller, Programmable Interval Timer, Clock Generator dan Driver, Bus

Controller.

Stack adalah sebuah tempat untuk menyimpan data sementara dengan proses simpan dan

ambil data menggunakan sistem LIFO. Macro merupakan aplikasi yang dibuat menggunakan

bahasa assembly menggunakan sekelompok instruksi yang dipanggil secara berulang.

Interupsi bernilai dari 00H hingga FFH yang menghasilkan total 256 interupsi pada

mikroprosessor 80x86. Int 10H digunakan untuk komunikasi dengan layar computer. Int 21H

disediakan oleh DOS sehingga ketika DOS diload ke computer, ini dapat dipanggil untuk

melakukan fungsi-fungsi khusus. Int 16H untuk mendeteksi penekanan pada keyboard. Untuk

melakukan pemrograman interupsi pada C, dibutuhkan fungsi int86 dan intdos untuk memanggil

interupsi. Untuk mendeteksi keberadaan mouse dan pergerakannya, digunakana int 33H.

C dan C++ ialah compiler untuk membuat aplikasi yang umum, selain itu merupakan bahasa

medium level yang sering digunakan untuk membuat aplikasi interfacing computer maupun

mikroprosessor. Pada buku ini menggunakan compiler Turbo C++ 2.0 Lite. Untuk perintah

pengulangan menggunakan fungsi for. Simbol || untuk operasi OR, simbol && untuk operasi

AND, simbol <> untuk menandakan tidak sama dengan, serta symbol ! untuk negasi. Operator

bitwise berfungsi untuk memodifikasi variabel berupa bit yang mereprasentasikan nilai dari yang

disimpanya. Operator & logika AND, operator | untuk logika OR, operator ^ untuk logika

EXOR, operator ~ untuk inverse, operator << untuk shift left, operator >> untuk shift right.

Variabel yang berfungsi menampung data sementara membutuhkan jenis tipe data. Tipe data

char (byte: 1, merupakan karakter atau integer dengan panjang 8 bit, signed: -128 – 127,

unsigned: 0 – 255), short (byte: 2, integer dengan panjang 16 bit, signed: -32768 – 32767,

unsigned: 0 – 65535), long (byte: 4, integer dengan panjang 32 bit, signed: -2147483648 –

2147483647, unsigned: 0 – 4294967295), int (integer. Panjangnya tergantung pada panjang dari

tipe work sistem), float (byte: 4, bilangan floating point, 3.4e + / - 38 (7digit)), double (byte: 8,

bilangan double precision floating point, 1.7e + / - 308 (15 digit)), long double (byte: 10,

bilangan long double precision floating point, 1.2e + / - 4932 (19 digit)), bool (byte: 1, nilai

Boolean true atau false value, true atau false), wchar_t (byte: 2, karakter lebar, untuk

menyimpan karakter internasional dari 2 byte set karakter, karakter lebar). Dalam penulisan

fungsi dalam program, fungsi terlebih dahulu harus dideklarasikan dengan menuliskan nama

fungsi saja diikuti dengan tipe data parameter yang diinginkan, kemudian definisikan fungsi.

Komunikasi serial adalah pengiriman data secara serial (data dikirim satu per satu secara

berurutan), sehingga komunikasi serial jauh lebih lambat daripada komunikasi parallel. Data dari

dan ke serial port harus dikonversikan ke dan dari bentuk parallel agar bisa digunakan.

Menggunaakan UART (Universal Asynchronous Receiver Transmimeter). Pin 1 sebagai data

carier detect, pin 2 Received data, pin 3 Transmitted data, pin 4 data terminal ready, pin 5 signal

ground, pin 6 data set ready, pin 7 request to send, pin 8 clear to send, pin 9 ring indicator.

Konverter yang digunakan adalah MAX-232.

Port parallel adalah port data di computer untuk mentransmisi 8 bit data dalam sekali detak.

Standar port parallel adalah IEEE 1284 yang mendefinisikan 5 mode operasi antara lain: mode

kompatibilitas, mode nibble, mode byte, mode EPP, mode ECP. Mode kompabilitas hanya dapat

mengirimkan data pada arah maju pada kecepatan 50kbytes per detik hingga 150 kbytes per

detik. Untuk menerima data, kita harus mengubah mode menjadi mode nibble atau byte. Mode

nibble dapat menerima 4 bit pada arah mundur. Mode byte menggunakan fitur bidirectional

parallel untuk menerima 1 byte (8 bit) data pada arah mundur. IRQ biasanya pada IRQ5 atau

IRQ7. Sedangkan EEP dan ECP mengizinkan hardware mengecek jika device sibuk.

Programmable Peripheral Interface (PPI) 8255 adalah chip antarmuka 24bit (3 port) yang

dapat deprogram sesuai keinginan kita. Terdapat beberapa pin dalam PPI antara lain:

a) PA0 – PA7, merupakan port A yang terdiri atas 8 bit, dapat deprogram sebagai input atau

output dengan mode bidirectional input/output.

b) PB0 – PB7, merupakan port B, dapat deprogram sebagai input atau output tetapi tidak dapat

digunakan sebagai port bidirectional.

c) PC0 – PC7, merupakan port C yang dapat deprogram sebagai input/output. Bahkan dapat

dipecah menjadi dua, yaitu CU (bit PC4 – PC7) dan CL (bit PC) – PC3).

d) RD dan WR, merupakan sinyal control aktif rendah yang dihubungkan ke 8255.

e) RESET, merupakan pin aktif tinggi yang digunakan untuk membersihkan control register.

Bus sering disebut lintasan umum yang digunakan untuk transfer data. Jenis-jenis bus:

a) Bus prosesor atau front-side bus (FSB) merupakan bus yang tercepat pada computer dan

merupakan inti dari chipset. Digunakan untuk melewatkan informasi ke/dari chache atau

memori uama dan juga ke chipset north-bridge.

b) Bus ISA. Bus 16-bit 8MHz. kecepatannya sangat rendah namun ideal untuk peripheral

dengan kecepatan rendah.

c) Bus PCI, bus 32 bit dengan kecepatan 33MHz. biasanya digunakan untuk NIC.

d) Bus AGP. Bus 32 bit yang khusus untuk kartu grafis.

USB (Universal Serial Bus) merupakan transceiver (pengirim juga penerima), baik host

maupun USB itu sendiri. Transaksi dalam USB antara lain:

a) Token Packet, header mendefinisikan apa yang harus mengikutinya

b) Data Packet, berisi data yang ditransfer.

c) Status packet, digunakan untuk cek transaksi data dan koreksi kesalahan yang ada.

Untuk interfacing sebuah mikroprosesor dengan jalur data serial, data harus diubah dalam

bentuk serial. Untuk transfer data secara sempurna dibutuhkan rangkaian hand-shaking untuk

memastikan sebuah transmitter tidak mengirim data lebih cepat ke sebuah receiver. Chip dapat

deprogram untuk melakukan transfer data asinkron dan sinkron dengan USART (Universal

Synchronous – Asynchronous Receiver Transmitter).

Sistem fiber optic menggunakan kaca yang sangat tipis untuk mentransfer data sebagai pulsa

cahaya. Keuntungannya adalah tahan terhadap gangguan listrik dengan transfer data yang sangat

tinggi tanpa perlu penguatan.

Jaringan computer adalah dua atau lebih computer yang dihubungkan dengan sebuah sistem

komunikasi. Umumnya terdiri atas NIC, UTP, konektor kabel, dan hub/switch. Terdapat 7

lapisan protocol dari terbawah hingga tertinggi dikenal: physical layer (merupakan perangkat

keras), link layer, network layer, transport layer, session layer, presentation layer, application

layer. Device jaringan computer antara lain:

a) NIC (Network Interface Card) adalah kartu jaringan yang digunakan untuk membangun

jaringan computer local yang dikenal LAN.

b) Kabel. Beberapa tipe kabel antara lain UTP, koaksial, dan fiber optic.

c) Hub dan Switch. Hub adalah perangkat penghubung dengan banyak port yang

memungkinkan beberapa titik bergabung menjadi satu jaringan. Switch adalah perluasan

dari konsep bridge.

d) Bridge adalah perangkat yang berfungsi menghubungkan beberapa jaringan terpisah.

Menghubungkan tipe jaringan berbeda.

e) Router merupakan device pendukung yang dapat deprogram untuk menghasilkan

jaringan computer berkualitas tinggi dan sangat mahal.