teori warna newton.pdf

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Teori Warna

2.1.1 Warna Dalam Cahaya

Warna dapat didefinisikan sebagai bagian dari pengalamatan indera

pengelihatan, atau sebagai sifat cahaya yang dipancarkan. Proses terlihatnya warna

adalah dikarenakan adanya cahaya yang menimpa suatu benda, dan benda tersebut

memantulkan cahaya ke mata (retina) kita hingga terlihatlah warna. Benda berwarna

merah karena sifat pigmen benda tersebut memantulkan warna merah dan menyerap

warna lainnya. Benda berwarna hitam karena sifat pigmen benda tersebut menyerap

semua warna. Sebaliknya suatu benda berwarna putih karena sifat pigmen benda

tersebut memantulkan semua warna. Teori dan pengenalan warna telah banyak

dipaparkan oleh para ahli, diantaranya sebagai berikut:

a. Teori Newton (1642-1727)

Pembahasan mengenai keberadaan warna secara ilmiah dimulai dari hasil

temuan Sir Isaac Newton yang dimuat dalam bukunya “Optics”(1704). Ia

mengungkapkan bahwa warna itu ada dalam cahaya. Hanya cahaya satu- satunya

sumber warna bagi setiap benda. Asumsi yang dikemukan oleh Newton didasarkan

pada penemuannya dalam sebuah eksperimen. Di dalam sebuah ruangan gelap,

seberkas cahaya putih matahari diloloskan lewat lubang kecil dan menerpa sebuah

prisma. Ternyata cahaya putih matahari yang bagi kita tidak tampak berwarna, oleh

prisma tersebut dipecahkan menjadi susunan cahaya berwarna yang tampak di mata

sebagai cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu, yang kemudian

Universitas Sumatera Utara

dikenal sebagai susunan spektrum dalam cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut

dikumpulkan dan diloloskan kembali melalui sebuah prisma, cahaya tersebut kembali

menjadi cahaya putih. Jadi, cahaya putih (seperti cahaya matahari) sesungguhnya

merupakan gabungan cahaya berwarna dalam spektrum.

Gambar 2.1 Spektrum Cahaya pada Prisma

Newton kemudian menyimpulkan bahwa benda- benda sama sekali tidak

berwarna tanpa ada cahaya yang menyentuhnya. Sebuah benda tampak kuning karena

fotoreseptor (penangkap/penerima cahaya) pada mata manusia menangkap cahaya

kuning yang dipantulkan oleh benda tersebut. Sebuah apel tampak merah bukan

karena apel tersebut berwarna merah, tetapi karena apel tersebut hanya memantulkan

cahaya merah dan menyerap warna cahaya lainnya dalam spektrum.

Gambar 2.2 Mata Melihat Apel Berwarna Merah

Cahaya yang dipantulkan hanya merah, lainnya diserap. Maka warna yang

tampak pada pengamat adalah merah. Sebuah benda berwarna putih karena benda

tersebut memantulkan semua cahaya spektrum yang menimpanya dan tidak satupun

diserapnya. Dan sebuah benda tampak hitam jika benda tersebut menyerap semua

unsur warna cahaya dalam spektrum dan tidak satu pun dipantulkan atau benda


tersebut berada dalam gelap. Cahaya adalah satu-satunya sumber warna dan benda-

benda yang tampak berwarna semuanya hanyalah pemantul, penyerap dan penerus

warna-warna dalam cahaya.

b. Teori Young (1801) dan Helmholtz (1850)

Thomas Young seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris adalah orang pertama

kali memberi dukungan yang masuk akal terhadap pernyataan Newton tentang

penglihatan warna. Asumsi Newton tentang penglihatan, cahaya dan keberadaan

warna- warna benda diuji kembali. Young membenarkan beberapa asumsi- asumsi

Newton, tapi Young menolak pernyataan Newton yang menyatakan bahwa mata

memiliki banyak reseptor untuk menerima bermacam warna. Pada tahun 1801

Thomas Young mengemukakan hipotesa bahwa mata manusia hanya memiliki 3 buah

reseptor penerima cahaya, yaitu reseptor yang peka terhadap cahaya biru, merah dan

hijau. Seluruh penglihatan warna didasarkan pada ketiga reseptor tersebut. Tetapi

Young hampir tidak melakukan eksperimen apapun untuk mendukung pernyataannya.

Seorang ahli penglihatan Jerman Hermann von Helmholtz menghidupkan dan

menjelaskan kebenaran teori Young. Hasil usaha bersama ini kemudian terkenal

dengan “Teori Young-Helmholtz” atau “Teori Penglihatan 3 Warna” atau “Teori 3

Reseptor”. Melalui ketiga reseptor pada retina mata kita dapat melihat semua warna

serta membeda- bedakannya. Jika cahaya menimpa benda, maka benda tersebut akan

memantulkan satu atau lebih cahaya dalam spektrum. Jika cahaya yang dipantulkan

tersebut menimpa mata, maka reseptor- reseptor di retina akan terangsang salah

satunya, dua, atau ketiganya sekaligus. Jika cahaya biru sampai ke mata, reseptor yang

peka birulah yang terangsang, dan warna yang tampak adalah biru. Jika reseptor hijau

yang terangsang, maka warna yang tampak adalah hijau, dan kalau reseptor merah

yang terangsang warna yang tampak adalah merah.


c. Eksperimen James Clerck Maxwell (1855-1861)

Penemuan Young dan Helmholtz membuktikan bahwa terdapat hubungan

antara warna cahaya yang datang ke mata dengan warna yang diterima di otak. Hal ini

merupakan dukungan awal terhadap asumsi Newton tentang cahaya dan warna-warna

benda. Asumsi Newton menyatakan bahwa benda yang tampak berwarna sebenarnya

hanyalah penerima, penyerap, dan penerus warna cahaya yang ada dalam spektrum.

James Clerck Maxwell membuat srangkaian percobaan dengan menggunakan

proyektor cahaya dan penapis (filter) berwarna. 3 buah proyektor yang telah diberi

penapis (filter) warna yang berbeda disorotkan ke layar putih di ruang gelap.

Penumpukkan dua atau tiga cahaya berwarna ternyata menghasilkan warna cahaya

yang lain (tidak dikenal) dalam pencampuran warna dengan menggunakan

tinta/cat/bahan pewarna. Penumpukkan (pencampuran) cahaya hijau dan cahaya

merah, misalnya menghasilkan warna kuning.

Hasil experimen Maxwell menyimpulkan bahwa warna hijau, merah dan biru

merupakan warna- warna primer (utama) dalam pencampuran warna cahaya. Warna

primer adalah warna- warna yang tidak dapat dihasilkan lewat pencampuran warna

apapun. Melalui warna- warna primer cahaya ini (biru, hijau, dan merah) semua

warna cahaya dapat dibentuk dan diciptakan. Jika ketiga warna cahaya primer ini

dalam intensitas maksimum digabungkan, berdasarkan eksperimen 3 proyektor yang

didemonstrasikan Maxwell, maka ditunjukkan sebagai berikut:

RED

BLUE

GREEN

WHITE

Y

CM

CYAN MAGENTA

YELLOW

G R

B

BLACK

(a) Warna Primer Aditif (b) Warna Primer Substraktif

Gambar 2.3 Diagram Percobaan Maxwell


Eksperimen Maxwell merupakan model atau tiruan yang bagus sekali untuk

memudahkan pemahaman kita tentang bagaimana reseptor mata menangkap cahaya

sehingga menimbulkan penglihatan berwarna di otak.

Pencampuran warna dalam cahaya dan bahan pewarna menunjukkan gejala

yang berbeda. Sekalipun begitu, dengan memperhatikan hasilnya secara seksama pada

pencampuran masing- masing warna primer, dapatlah diperkirakan adanya suatu

hubungan yang saling terkait satu sama lain. Warna kuning dalam cahaya ternyata

dapat dihasilkan dengan menambahkan warna cahaya primer hijau pada cahaya

merah. Cara menghasilkan warna cahaya baru dengan mencampurkan 2 atau lebih

warna cahaya disebut “pencampuran warna secara aditif” (additive= penambahan).

Warna- warna utama cahaya (merah, hijau, biru) selanjutnya kemudian dikenal juga

sebagai warna- warna utama aditif (additive primaries). Pencampuran warna secara

aditif hanya dipergunakan dalam pencampuran warna cahaya.

Hasil pencampuran warna ini menunjukkan gejala yang berbeda bidang

pencampuran warna seperti pada cat. Dengan pencampuran bahan pewarna (cat)

warna cat merah dapat dihasilkan dengan mencampur cat warna primer magenta dan

cat warna primer yellow. Mencampurkan 2 atau lebih cat berwarna pada hakekatnya

adalah mengurangi intensitas dan jebis warna cahaya yang dapat terpantul kembali

oleh benda/cat tersebut. Pencampuran warna serupa ini dengan menggunakan

pewarna/cat kemudian disebut dengan pencampuran warna secara substraktif

(substractive= pengurangan). Warna- warna utama dalam cat/bahan pewarna

kemudian lazim disebut dengan warna-warna utama /primer substraktif (substractive

primaries).

2.1.2 Warna Dalam Bentuk Gelombang

Gelombang pada dasarnya adalah suatu cara perpindahan energi dari satu

tempat ke tempat lainnya. Energi dipindahkan melalui pergerakan lokal yang relatif

kecil pada lingkungan sekitarnya. Energi pada sinar berjalan karena perubahan lokal


yang fluktuatif pada medan listrik dan medan magnet, oleh karena itu disebut radiasi

elektromagnetik.

a. Panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan cahaya

Setiap warna mempunyai panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda.

Bentuknya dapat ditunjukkan dalam suatu bentuk gelombang sinusoida. Berikut

gambar gelombang dari berbagai macam frekuensi warna:

Gambar 2.4 Gelombang frekuensi warna cahaya

Jika kita menggambarkan suatu berkas sinar sebagai bentuk gelombang, jarak antara

dua puncak atau jarak antara dua lembah atau dua posisi lain yang identik dalam

gelombang dinamakan panjang gelombang.

Gambar 2.5 Panjang Gelombang

Puncak- puncak gelombang ini bergerak dari kiri ke kanan. Jika dihitung

banyaknya puncak yang lewat tiap detiknya, maka akan didapatkan frekuensi. Pakar

fisika kebangsaan Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini

pertama kali, lalu hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz). Frekuensi

sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa gelombang yang terjadi satu kali per detik.

Sebagai alternatif, dapat diukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan

menyebutnya sebagai periode), lalu ditentukan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan

dari periode (T ), seperti nampak dari rumus di bawah ini:


http://id.wikipedia.org/wiki/Fisika�

http://id.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Rudolf_Hertz�

http://id.wikipedia.org/wiki/Hertz�

http://id.wikipedia.org/wiki/Detik�

http://id.wikipedia.org/wiki/Periode�

T

f 1= ..................................................................................................... (2.1)

Sinar oranye, mempunyai frekuensi sekitar 5 x 1014 Hz ( dapat dinyatakan

dengan 5 x 108 MHz - megahertz). Artinya terdapat 5 x 1014 puncak gelombang yang

lewat tiap detiknya. Sinar mempunyai kecepatan tetap pada media apapun. Sinar

selalu melaju pada kecepatan sekitar 3 x 108

meter per detik pada kondisi hampa, dan

dikenal dengan kecepatan cahaya. Terdapat hubungan yang sederhana antara panjang

gelombang dan frekuensi dari suatu warna dengan kecepatan cahaya:

vc .λ= .................................................................................................. (2.2)

dengan,

c = kecepatan cahaya ( 3 x 108

λ = panjang gelombang (m) dan

m/s) ,

v = frekuensi (Hz).

Hubungan ini artinya jika kita menaikkan frekuensi, maka panjang gelombang

akan berkurang. Sebagai contoh, jika kita mendapatkan sinar warna merah

mempunyai panjang gelombang 650 nm, dan hijau 540 nm, maka dapat diketahui

bahwa warna hijau memiliki frekuensi yang besar daripada warna merah.

b. Spektrum Warna

Warna yang kita lihat diinterpretasikan dalam bentuk spektrum warna atau

spektrum sinar tampak. Berikut adalah gambaran spektrum sinar tampak:

Gambar 2.6 Spektrum Warna


Dan warna- warna utama dari spektrum sinar tampak adalah:

Tabel 2.1 Spektrum Warna

Warna Panjang gelombang (nm)

Ungu 380 - 435

Biru 435 - 500

Sian (biru pucat) 500 - 520

Hijau 520 - 565

Kuning 565 - 590

Oranye 590 - 625

Merah 625 - 740

Pada kenyataannya, warna saling bercampur satu sama lain. Spektrum warna

tidak hanya terbatas pada warna- warna yang dapat kita lihat. Sangat mungkin

mendapatkan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar ungu atau lebih

panjang dari sinar merah. Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukan ultra-

unggu dan infra-merah, tetapi dapat diperlebar lagi hingga sinar-X dan gelombang

radio, diantara sinar yang lain. Gambar berikut menunjukan posisi spektrum-spektrum

tersebut.

Gambar 2.7 Spektrum Gelombang Elektromagnetik


2.2 Sensor Warna TCS230

TCS230 adalah IC (Integrated Circuit) pengkonversi warna cahaya ke

frekuensi. Ada dua komponen utama pembentuk IC ini, yaitu fotodioda dan

pengkonversi arus ke frekuensi. fotodioda pada IC TCS230 disusun secara array 8 x 8

dengan konfigurasi: 16 fotodioda untuk menfilter warna merah, 16 fotodioda untuk

memfilter warna hijau, 16 fotodioda untuk memfilter warna biru, dan 16 fotodioda

tanpa filter, sebagaimana bisa dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Sketsa Fisik dan Blok Fungsional TCS230

Kelompok fotodioda mana yang akan dipakai untuk memfilter warna dapat

diatur melalui kaki selektor S2 dan S3. Dengan mengatur kaki selektor S2 pada logika

low(0) dan S3 pada logika low(0), maka fotodioda yang aktif adalah pemfilter merah,

dimana sensor akan memfilter warna merah. Dengan mengatur kaki selektor S2 pada

logika low(0) dan S3 pada logika high(1), maka fotodioda yang aktif adalah pemfilter

biru, dimana sensor akan memfilter warna biru. Dan dengan mengatur kaki selektor

S2 pada logika high(1) dan S3 pada logika high(1), maka fotodioda yang aktif adalah

pemfilter hijau, dimana sensor akan memfilter warna hijau. Kombinasi fungsi dari S2

dan S3 bisa dilihat pada tabel 2.2.


Tabel 2.2 Logika Selektor S2 dan S3 pada Filter

S2 S3 Photodiode yang aktif

0 0 Pemfilter Merah

0 1 Pemfilter Biru

1 0 Tanpa Warna

1 1 Pemfilter Hijau

Fotodioda akan mengeluarkan arus yang besarnya sebanding dengan kadar

warna dasar cahaya yang menimpanya. Arus ini kemudian dikonversikan menjadi

sinyal kotak dengan frekuensi sebanding dengan besarnya arus. Frekuensi output ini

bisa diskala dengan mengatur kaki selektor S0 dan S1. Penggunaan skala frekuensi

output S0 pada logika low(0) dan S1 dengan logika low(0) akan menyebabkan

tegangan jatuh sehingga tidak akan menghasilkan output frekuensi. Dengan mengatur

skala S0 pada logika low(0) dan S1 pada logika high(1) maka output frekuensi yang

keluar hanya 2% dari output frekuensi keseluruhan. Sedangkan dengan mengatur

skala S0 pada logika low(1) dan S1 pada logika high(0) maka output frekuensi yang

keluar adalah 20%.

Skala penuh frekuensi adalah frekuensi maksimum yang dihasilkan pada

masing- masing skala output sensor. Pada skala S0 = 0 dan S1 = 1, output frekuensi

maksimum pada sensor adalah 12kHz. Pada skala S0 = 1 dan S1 = 0, output frekuensi

maksimum pada sensor adalah 120kHz. Dan pada skala S0 = 1 dan S1 = 1, output

frekuensi maksimum pada sensor adalah 600kHz. Penskalaan Output dapat dilihat

pada table 2.3.

Tabel 2.3 Skala Output TCS230

S0 S1 Skala frekuensi Output

0 0 Power Down

0 1 2%

1 0 20%

1 1 100%


Penggunaan skala frekuensi ini disesuaikan dengan kebutuhan dalam aplikasi

yang dibutuhkan. Misalkan pada alat ini digunakan skala output frekuensi 100% untuk

mendapatkan frekuensi keseluruhan. Untuk output dengan skala frekuensi 100%,

perusahaan TAOS Inc. sebagai produsen sensor TCS230 ini telah melakukan

pengukuran dan menetapkan nilai frekuensi secara teori. Pengukuran dilakukan pada

beberapa warna atau dengan menentukan panjang gelombang, kemudian diukur nilai

frekuensi pada pemfilter merah, pemfilter hijau, pemfilter biru, dan pemfilter tanpa

warna. Hasil pengukuran frekuensi output sensor TCS230 adalah:

Tabel 2.4 Frekuensi Output Teori

PARAMETER Warna / Panjang

Gelombang

Pemfilter Tanpa Warna S2= 1, S3= 0

Pemfilter Biru

S2= 0, S3= 1

Pemfilter Hijau

S2= 1, S3= 1

Pemfilter Merah

S2= 0, S3= 0

fOutput frequency O ( x103

Ungu λ

Hz)

p9.4 = 400 nm 4.0 0.5 0.3

Biru λp

10.6 = 470 nm 10.1 0.8 0.5

Sian λp

12.3 = 510 nm 7.6 5.7 0.8

Hijau λp

13.3 = 524 nm 2.6 11.2 0.8

Kuning λp

16.2 = 565 nm 1.6 9.9 4.7

Oranye λp

16.6 = 580 nm 1.4 6.5 9.6

Merah λp

19.2 = 640 nm 0.8 1.6 19.0

Dari hasil pengukuran diatas dapat dilihat bahwa untuk warna merah dengan

panjang gelombang 640nm, fotodioda pemfilter merah menghasilkan frekuensi

19kHz. Namun, pemfilter tanpa warna juga dapat memfilter warna merah dengan

frekuensi 19,2kHz. Demikian juga dengan pemfilter biru dan pemfilter hijau,

walaupun dengan hasil frekuensi yang kecil, namun dapat memfilter warna merah

juga. Oleh karena itu, untuk mendapatkan output frekuensi yang lebih baik dapat

dilakukan dengan menjumlahkan hasil frekuensi keempat pemfilter.


2.3 Teknik konversi frekuensi output sensor menjadi data digital

Secara umum frekuensi adalah jumlah gelombang yang terjadi dalam waktu

tertentu. Dalam elektronika digital, pengertian frekuensi disamakan dengan sinyal atau

gelombang kotak atau juga pulsa. Nilai frekuensi dapat dihitung dari jumlah

gelombang kotak dalam selang waktu tertentu. Gambar 2.9 berikut mengilustrasikan

frekuensi atau sinyal kotak.

T= 1 ms

(a)

(b)

(c) Gambar 2.9 Frekuensi Output/ Sinyal Kotak

Berdasarkan gambar diatas dalam selang waktu 1 milidetik frekuensi yang

dihasilkan dapat diketahui dengan menghitung jumlah gelombang kotak atau disebut

juga pulsa-pulsa digital. Misalkan pada gambar 2.9(b) terjadi 16 gelombang kotak

dalam waktu 1 milidetik, berarti frekuensi yang dihasilkan adalah 16.000 pulsa per

detik atau 16kHz.

Hzsmsms

frekuensi 000.16000.16 1000 x 1

1000 x 16 1

high pulsa 16 ====

Demikian juga pada gambar 2.9(c) terjadi 8 gelombang kotak atau pulsa dalam

1 milidetik, berarti frekuensinya adalah 8.000 pulsa per detik atau 8kHz.

Hzsmsms

frekuensi 000.8000.8 1000 x 1

1000 x 8 1

high pulsa 8 ====

Oleh karena itu, untuk dapat mengubah data frekuensi output sensor maka

program yang diisikan ke mikrokontroler harus sesuai/ mengikuti prosedur seperti

yang telah dijelaskan diatas. Yaitu, frekuensi output/sinyal dari sensor diambil dalam


selang waktu tertentu. Kemudian jumlah pulsa yang diterima dalam selang waktu

tersebut disimpan kedalam register 8 bit yang ada pada mikrokontroler untuk

dikonversikan menjadi data digital 8 bit dan menampilkan hasilnya melalui fasilitas

port I/O yang ada pada mikrokontroler. Data digital yang dihasilkan dapat diubah

kembali kedalam frekuensi dengan cara yang dijelaskan seperti diatas.

2.4 Mikrokontroler

Dalam merancang aplikasi elektronika digital dibutuhkan sebuah

alat/komponen yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan dan

digunakan sebagai otaknya. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer, namun

tidaklah efisien jika harus menggunakan komputer hanya untuk keperluan tersebut.

Untuk itu komputer dapat digantikan dengan sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler

sebenarnya adalah pengembangan dari mikroprosesor, namun dirancang khusus untuk

keperluan instrumentasi sederhana. Mikrokontroler seri MCS-51 termasuk sederhana,

murah dan mudah didapat dipasaran. Salah satu mikrokontroler seri MCS-51 adalah

mikrokontroler AT89S51.

2.5 Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler keluaran ATMEL.Inc.

Mikrokontroler ini kompatibel dengan keluaran mikrokontroler 80C51.

Mikrokontroller AT89S51 terdiri dari 40 pin dan sudah memiliki memory flash

didalamnya, sehingga sangat praktis untuk digunakan. Beberapa kemampuan (fitur)

yang dimiliki adalah sebagai berikut :

• Memiliki 4K Flash EPROM yang digunakan untuk menyimpan program.

Flash EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) dapat ditulis dan

dihapus sebanyak 1000 kali (menurut manual).

• Memiliki internal RAM 128 byte.


RAM (Random Access Memory), suatu memori yang datanya akan hilang bila

catu padam, diakses secara random, tidak sekuensial, artinya dialamat mana

saja dapat dicapai secara langsung dengan cepat.

• 4 buah 8-bit I/O (Input/Output) port

Port ini berfungsi sebagai terminal input dan output. Selain itu, dapat

digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial (pin10

dan 11).

• Dua buah timer/counter 16 bit.

• Tegangan operasi dinamis dari 2,7 volt hingga 6 volt.

• Operasi clock dari 0 hingga 24 MHz

• Program bisa diproteksi, sehingga tidak dapat dibaca oleh orang lain.

• Menangani 6 sumber interupsi.

• Ada kemampuan Idle mode dan Down mode

Berikut adalah gambar susunan pin pada Mikrokontroller AT89S51:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

VCC

P0.0 (AD0)

P0.1 (AD1)

P0.2 (AD2)

P0.3 (AD3)

P0.4 (AD4)

P0.5 (AD5)

P0.6 (AD6)

P0.7 (AD7)

EA/ VPP

ALE / PROG

PSEN

P2.7 (A15)

P2.6 (A14)

P2.5 (A13)

P2.4 (A12)

P2.3 (A11)

P2.2 (A10)

P2.1 (A9)

P2.0 (A8)

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RST

(RXD) P3.0

(TXD) P3.1

(INT 0) P3.2

(INT 1) P3.3

(T0) P3.4

(T1) P3.5

(WR) P3.6

(RD) P3.7

XTAL 2

XTAL 1

GND

AT8

9S51

Gambar 2.10 Susunan Pin pada Mikrokontroller AT89S51

Keterangan fungsi-fungsi masing-masing pin adalah sebagai berikut :

Pin 40 Vcc, Masukan catu daya +5 volt DC

Pin 20 Gnd, Masukan catu daya 0 volt DC


Pin 32-39 P0.0-P0.7, Port input/output delapan bit dua arah yang juga

dapat berfungsi sebagai bus data dan bus alamat bila

mikrokontroler menggunakan memori luar (eksternal).

Pin 1-8 P1.0-P1.7, Port input/output dua arah delapan bit dengan

internal pull up.

Pin 10-17 P3.0-P3.7Port input/output delapan bit dua arah, selain itu Port

3 juga memiliki alternativef fungsi sebagai :

RXD (pin 10) Port komunikasi input serial

TXD (pin 11) Port komuikasi output serial

INT0 (pin 12) Saluran Interupsi eksternal 0 (aktif rendah)

INT1 (pin 13) Saluran Interupsi eksternal 1 (aktif rendah)

T0 (pin 14) Input Timer 0

T1 (pin 15) Input Timer 1

WR (pin 16) Berfungsi sebagai sinyal kendali tulis, saat

prosesor akan menulis data ke memori I/O

luar.

RD (pin 17) Berfungsi sebagai sinyal kendali baca, saat

prosesor akan membaca data dari memori

I/O luar.

Pin 9 RESET, Pin yang berfungsi untuk mereset mikrokontroller

AT89S51 ke keadaan awal.

Pin 30 ALE (Address Latch Enable), berfungsi menahan sementara

alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori

eksternal.

Pin 29 PSEN (Program Store Enable), Sinyal pengontrol yang

berfungsi untuk membaca program dari memori eksternal.

Pin 31 EA, Pin untuk pilihan program, menggunakan program internal

atau eksternal. Bila ‘0’, maka digunakan program eksternal.

Pin 19 X1, Masukan ke rangkaian osilator internal. Sumber osilator

eksternal atau quartz crystal kristal dapat digunakan.

Pin 18 X2, Masukan ke rangkaian osilator internal, koneksi quartz

crystal atau tidak dikoneksikan apabila digunakan eksternal

osilator.


2.6 Instruksi MCS-51

Pengalamatan adalah pengelompokkan berdasarkan orientasi lokasi memori,

tipe-tipe instruksi adalah pengelompokkan berdasarkan fungsi instruksi. Beberapa

fungsi pada instruksi MCS-51 yang akan digunakan yaitu Aritmatika, Transfer

data,dll. Pada table-tabel perlu dijelaskan arti dari simbol-simbol yang digunakan pada

mnemonics sebagai berikut :

Rn Register serbaguna R0 sd R7 di register bank yang diseleksi

oleh PSW.

Direct 8 bit alamat internal RAM (0-127) atau SFR (128-255)

@Rn lokasi internal RAM yang alamatnya ditunjukkan oleh R0 atau

R1 (pengalamatan tak langsung dengan R0 sd R7). Perhatikan;

tidak untuk R2, R3, R4, R5, R6, dan R7

#Data konstanta 8 bit

#Data 16 konstanta 16 bit

Addrl1 alamat 11 bit (untuk akses memori hingga 2K)

Addr16 alamat 16 bit (untuk akses memori hingga 64K)

Rel 8 bit offset relative bertanda (2’S complement), digunakan

untuk SJMP, lompat dalam jangkauan 128 (mundur) hingga

+127 (maju)

Instruksi-instruksi diperlihatkan disajikan pada table 2.5, yang menunjukkan

ragam pengalamatan yang dapat digunakan dengan masing-masing instruksi.

Tabel 2.5 Instruksi Aritmatika

Mnemonic Diskripsi

ADD A, <source> A=A+<source

ADDC A, <source> A=A+<source>+C

SUBB A, <source> A=A-<source>-C

INC A A=A+1

INC <source> <source>=<source>+1


DEC A A=A-1

DEC <source> <source>=<source>-1

INC DPTR DPTR=DPTR+1

MUL AB AB = A X B

DIV AB A = Hasil A/B; B = sisa A/B

DA A Decimal Adjust

Source (sumber) adalah operand dengan ragam pengalamatan; register direct,

indirect atau immediate. Contoh program penjumlahan pada ragam pengalamatan

untuk instruksi aritmatika seperti berikut ini :

ADD A, 7FH ;a diisi dengan a+isi dri memori lokasi 7FH

;(pengalamatan langsung)

ADD A, @R1 ;a diisi dengan a+isi dari memori yang

alamatnya ; disimpan di R1 (pengalamatan tak langsung)

ADD A, R7 ;a diisi dengan a+isi dari R7

ADD A, #127 ;a diisi dengan a+127 (pengalamatan segera)

Untuk penggunaan kristal 12 MHz, kebanyakan instruksi aritmatik dieksekusi

dalam 1 µs kecuali instruksi INC DPTR yang memerlukan waktu 2 µs dan instruksi-

instruksi perkalian dan pembagian yang memerlukan waktu 4 µs.

Data didalam memori internal dapat dinaikkan atau diturunkan (increment atau

decrement), tanpa melalui akumulator , demikian juga pada DPTR yang digunakan

untuk menghasilkan pengalamatan 16 bit di memori eksternal. Instruksi MUL AB

mengalikan dengan data yang ada pada register B dan meletakkan hasil 16 bit ke

dalam register A dan B. Register A berisi lo-byte dan register B berisi hi-byte. Bila

hasilnya lebih besar dari 255 (0FFh), maka bit OV set, sedangkan bit C selalu akan

diclearkan (‘0’). Instruksi DIV AB membagi isi akumulator dengan data dalam

register B dan meletakkan hasil bagi (quotient) 8 bit dalam akumulator, dan sisanya

(remainder) 8 bit dalam register B. Operasi DIV akan membuat bit-bit CY dan OV

menjadi ‘0’.


MOV adalah proses move (pindahkan) data dari sumber ke tujuan yang

sebenarnya adalah proses mengcopy, artinya data di sumber tidak berubah. Proses

data transfer yang lain adalah PUSH dan POP, XCH dan XCHD seperti yang

diperlihatkan pada tabel 2.6.

Tabel 2.6 Data Transfer

Mnemonic ARTI

MOV <dest>,<source> <dest>=<source>, memori int

MOV DPTR,#data 16 Dptr = data16

MOVC A,@A+<base-reg> A = isi dilokasi A+<base-reg>

MOVX <dest>,<source> <dest>=<source>,data mem

PUSH direct Simpan data ke memori stack

POP direct Ambil data dari memori stack

MOV<dest>,<source> adalah copy data dari source ke destination, atau

sumber ke tujuan, semua memori internal dan SFR dapat berlaku sebagai source dan

sebagian besar dapat berlaku sebagai destination. Ragam pengalamatan dari kedua

operand bisa semua kombinasi, berikut contoh proses transfer data.

;keadaan awal isi RAM dengan alamat 30h

adalah ;40h, lokasi 40h berisi 10h, P1 berisi

11001010b

Mov R0,#30h ;R0 berisi 30h

Mov A,@R0 ;A berisi 40h

Mov R1,A ;R1 berisi 40h

Mov B,@R1 ;B berisi 10h

Mov @R1,P1 ;RAM lokasi 40h berisi 11001010b

Mov P2,P1 ;P2=P1=11001010b

Program asembler bersifat sekuensial, seperti pada program basic klasik(awal

mula basic), dan biasanya diperlukan pencabangan untuk tujuan tertentu, yaitu lompat

ke lokasi instruksi dengan alamat tertentu. Pencabangan ini terdiri dari: pelaksanaan

subrutin, pencabangan tanpa syarat dan bersyarat. Subrutin adalah penggal program

yang sering digunakan, tanpa harus menulis ulang perintahnya. Proses ACALL dan

LCALL menggunakan memori stack untuk menyimpan data-data alamat yang


ditinggalkan sebelum melaksanakan subrutin, agar apabila kembali melaksanakan

subrutin, mikrokontroller ingat lokasinya kembali. Berikut tabel pencabangan

program.

Tabel 2.7 Pencabangan Program

Mnemonic ARTI

ACALL addr11 <dest>=<source>, memori int

LCALL addr16 Dptr = data16

RET A = isi dilokasi A+<base-reg>

SJMP rel Lompat maju atau mundur sejauh rel

JMP @A+DPTR Lompat ke alamat a+dptr

CJNE <dest-byte>,<scr-byte>,rel

Bila <dest>#<source> lompat sejauh rel

CJNE A,#data,rel Bila A#data lompat sejauh rel

DJNZ direct, rel Direct= direct-1,bila #0 lompat sejauh rel

NOP No Operation, tidak ada operasi

Pencabangan bersyarat adalah lompat ke alamat tertentu bila persyaratan

terpenuhi. Secara umum perintahnya adalah : CJNE <dest-byte>,<src-byte>, rel;

artinya Compare destination byte dan source byte, Jump if Not Equal along

rel(active). Source byte adalah A, yang dibandingkan dengan destination byte berupa

direct memory atau immediate constant. Source dapat juga berupa direct Rn atau

indirect @Rn yang dibandingkan dengan immediate constant. START :

CJNE A,#040h, LABEL1 ;bandingkan dengan 40h, jika tak

;sama lompat ke LABEL1

CJNE A,P1,LABEL1 ;bandingkan a dengan P1, jika tak

;sama lompat ke LABEL1

CJNE R1,#040h,LABEL1 ;bandingkan R1 dengan 40h, jika

;tak sama lompat ke LABEL1

CJNE @R1,#0CCh,LABEL1 ;bandingkan indirect R1 dengan

;CCh,jika tak sama lompat ke

;LABEL1

LABEL1:


-----

-----

Instruksi DJNZ direct, rel, adalah : Decrement Jump if Not Zero, artinya

kurangi satu dahulu data di direct, kemudian bila isinya nol, maka lomatlah ke rel.

Biasanya instruksi ini digunakan untuk pencacah. Berikut contoh penggunaan

instruksi tersebut ;

START :

Mov R0,#5 ;isi R0 dengan 5

Mov R1,#40h ;isi R1 dengan 40h

LOOP:

Mov @R1,#0AAh ;isi memori di <R1> dengan AAh

Inc R1 ;R1=R1+1

DJNZ R0,LOOP ;R0=R0-1, jika belum 0 kembali ke LOOP

Sjmp $ :usai

Perintah diatas adalah mengisi memori lokasi 40h,41h,42h,43h dan 44h dengan data

AAh, disini R0 digunakan sebagai pencacah sebanyak 5 kali, sedangkan R1

digunakan sebagai pointer memori dengan alamat awal 40h. Perintah SJMP $

memerintahkan mikrokontroller untuk melompat ke tempat yang sama, artinya

looping ditempat. Instruksi NOP adalah tidak memerintahkan MCU mengerjakan apa-

apa, proses ini hanya menunda kerja mikrokontroller, karena satu instruksi NOP

memakan 1 mikrodetik, sehingga beberapa perintah NOP bisa digunakan untuk proses

penundaan atau delay.

2.7 Motor DC (Dirrect Current)

Motor dc (Direct Current Motor) adalah peralatan elektromekanik dasar yang

berfungsi untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Bagian utama

motor dc terdiri dari dua bagian yaitu bagian bergerak yang disebut rotor (jangkar),

dan bagian diam yang disebut stator.


Gambar 2.11 Konstruksi Dasar Motor DC

Masing-masing bagian mempunyai lilitan kawat. Pada stator, lilitan kawat

berfungsi sebagai pembangkit medan magnet, sedangkan pada rotor, lilitan berfungsi

sebagai pembangkit gaya gerak listrik. Rotor yang dialiri arus listrik diletakkan dalam

medan magnet tetap. Akibatnya tercipta gaya pada kumparan baik pada sisi A maupun

pada sisi B (dapat dilihat pada gambar 2.12). Gaya yang ditimbulkan tersebut adalah

gaya Lorentz, yaitu gaya interaksi antara arus atau muatan listrik yang bergerak

dengan medan magnet homogen yang mempengaruhinya, yang dinyatakan dalam:

F = B i l sin θ ........................................................................................ (2.3)

Sehingga gaya tarik menarik atau tolak-menolak yang terjadi antara rotor dengan

magnet permanent menyebabkan bagian rotor berputar.

Gambar 2.12 Gaya Medan Magnet

Perputaran motor DC secara umum berbanding lurus dengan tegangan yang

diinputkan pada terminalnya. Oleh karena itu untuk mendapatkan putaran rendah


maka terminal input diberi tegangan rendah minimal 3 volt dan untuk mendapatkan

putaran tinggi maka terminal input diberi tegangan yang tinggi maksimal 12 volt.

Untuk dapat mengendalikan perputaran motor dc, maka kita harus membuat tegangan

output yang bervariasi (dapat diatur mulai dari 0 volt hingga tegangan maksimum

secara linier).

Solusi dari permasalahan diatas adalah PWM. PWM (Pulse Width

Modulation) adalah suatu teknik manipulasi dalam pengendalian motor menggunakan

prinsip cut-off dan saturasi. Dalam satu siklus perioda diatur lebar pulsa high dan lebar

pulsa low. Lebar pulsa high pada saat saturasi dan lebar pulsa low pada saat cut-off.

Dengan mengatur lebar pulsa high dan lebar pulsa low dalam satu siklus, dapat

ditentukan siklus kerja atau duty cycle.

100perioda siklus

high pulsalebar cycleduty x= ......................................................... (2.4)

Gambar 2.13 berikut mengilustrasikan sinyal PWM.

PeriodaT= 100ms

75ms

50ms

25ms

%75%10010075 cycleduty == x

%50%10010050 cycleduty == x

%25%10010025 cycleduty == x

Gambar 2.13 Ilustrasi Sinyal PWM

Motor akan berputar selama lebar pulsa high. Dan tidak akan berputar selama

lebar pulsa low. Pada gambar 2.8(a) diketahui duty cyle adalah 75%, artinya

kecepatan motor hanya akan berputar 75% dari kecepatan penuh. Begitu juga pada

gambar 2.8(b) duty cyle adalah 50%, artinya kecepatan motor hanya akan berputar


50% dari kecepatan penuh. Dengan demikian kecepatan motor dapat dikontrol. Dari

penjelasan di atas dapat diketahui bahwa jika dikehendaki kecepatan penuh maka

diberi lebar pulsa high secara konstan. Jika dikehendaki kecepatan bervariasi maka

diberikan pulsa yang lebar high dan low-nya bervariasi. Pembangkitan pulsa PWM

diperoleh melalui fasilitas timer yang terdapat pada mikrokontroler AT89S51 dengan

memberikan tundaan pada saat high dan saat low.

Kecepatan perputaran motor dinyatakan dalam rotation per minute (rpm) atau

dapat diartikan sebagai jumlah putaran dalam satu menitnya. Kecepatan motor dc

berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkannya. Torsi pada motor dc dapat

diartikan dengan perbandingan daya kerja motor dc dengan kecepatan perputarannya.

Sehingga dapat dirumuskan dengan:

ω

τ P= ................................................................................................... (2.5)

dengan P adalah daya kerja motor dalam satuan watt dan ω adalah kecepatan

perputaran motor dalam satuan rotation per minute (rpm).

Torsi motor juga dapat didefinisikan sebagai aksi dari suatu gaya pada motor

yang dapat mempengaruhi beban untuk ikut bergerak pada jarak tertentu.

Persamaannya adalah sebagai berikut:

τ = F x r ................................................................................................ (2.6)

dengan F adalah gaya berat (Newton) yang bekerja terhadap motor dan r adalah jarak

sumbu putar (meter) pada motor.

Pada alat ini motor dc yang digunakan adalah motor dc standar dengan

spesifikasi suplai tegangan V= 12 Volt, dan memiliki kecepatan 1400 rpm pada arus

500 mA.


2.8 Motor Langkah (Stepper)

Pada dasarnya prinsip kerja motor stepper sama dengan motor DC, yaitu

membangkitkan medan magnet untuk memperoleh gaya tarik ataupun gaya tolak

menolak dengan menggunakan catu tegangan DC pada lilitan/kumparannya. Motor

stepper menggunakan gaya tarik untuk menarik fisik kutub magnet yang berlawanan

sedekat mungkin ke posisi kutub magnet yang dihasilkan oleh kumparan.

Dilihat dari lilitannya motor stepper terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

a.

Motor Stepper Bipolar

Motor stepper bipolar memiliki empat kabel masukan. Namun untuk

menggerakan motor stepper tipe ini lebih rumit jika dibandingkan dengan

menggerakan motor stepper tipe unipolar. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi

motor stepper bipolar pada gambar berikut :

Gambar 2.14 Konstruksi Motor Stepper Bipolar

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang

berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan

(A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan

sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang lebih kompleks

daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar.

b.

Motor Stepper Unipolar

Motor stepper unipolar terdiri dari dua lilitan yang memiliki center tap. Center

tap dari masing masing lilitan ada yang berupa kabel terpisah sudah terhubung


didalamnya sehingga center tap yang keluar hanya satu kabel. Center tap dari motor

stepper dapat dihubungkan ke ground atau dapat juga yang menghubungkannya ke

+Vcc, tergantung pada driver yang digunakan. Sebagai gambaran dapat dilihat

konstruksi motor stepper unipolar pada gambar berikut:

Gambar 2.15 Konstruksi Motor Stepper Unipolar

Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena

hanya memerlukan satu switch pada setiap lilitannya. Agar motor ini berputar,

tegangan positif diberikan pada terminal center tap, kemudian tegangan positif

diberikan secara bergantian dan berurutan terus- menerus pada keempat terminal

masing-masing lilitan. Oleh karena itu, pada alat ini digunakan motor stepper jenis

unipolar.

Pada motor stepper ini, suplai tegangan yang dibutuhkan adalah V = 12 volt

dan sudut rotasi 1,80 per step. Maka dalam satu putaran penuh (3600) terjadi

3600/1,80

= 200 step (Np). Kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (= pulsa per

second) dan kecepatan putar umumnya ditulis sebagai ω (= rotasi / menit atau rpm).

Kecepatan putar motor stepper (rpm) dapat dihitung menggunakan rumus pada

kecepatan pulsa (pps) sebagai berikut.

[ ]menitrotasi

Nppps /60=ω

ppsNp60

=ω ............................................................................................ (2.7)

Np = step/putaran (pulsa/rotasi)

pps = pulsa per detik


Torsi yang dapat dihasilkan oleh motor stepper dapat dihitung berdasarkan

perbandingan daya kerja motor terhadap kecepatan putarannya. Atau dapat

dirumuskan sebagai berikut:

ω

τ P= ..................................................................................................... (2.8)

dengan P adalah daya kerja motor dalam satuan watt dan ω adalah kecepatan

perputaran motor dalam satuan rotation per minute (rpm).

Untuk mengetahui beban maksimum yang dapat digerakkan motor stepper dapat

diperoleh dengan menghitung torsi dengan menggunakan rumus:

rF.=τ ................................................................................................... (2.9)

dengan F adalah gaya berat yang bekerja terhadap motor dan r adalah jarak sumbu

putar pada motor. Gaya berat yang bekerja terhadap motor dapat dituliskan dengan:

F = m.g (Newton) ...................................................................................(2.10)

dengan, m = massa (kg) dan

g = percepatan gravitasi (m/s2

).

Motor stepper dapat diatur posisinya dengan akurat pada posisi tertentu dan

dapat berputar kearah yang diinginkan dengan memberi pulsa-pulsa digital dengan

pola seperti pada table 2.8 dibawah ini. Untuk memutar motor stepper adalah dengan

memberi pulsa ke koil secara berurutan dari koil 1 ke koil 2, dan seterusnya. Arah

putaran motor stepper tergantung urutan pulsa yang diberikan ke koil, apabila

diinginkan putaran dengan arah yang berlawanan, maka urutan pulsa yang

dimasukkan ke koil pun digeser berlawanan pula.


Tabel 2.8 Arah Perputaran Motor

Putaran Searah jarum jam Berlawanan arah jarum jam

koil 1 koil 2 koil 3 koil 4 koil 1 koil 2 koil 3 koil 4

step 1 1 0 0 0 0 0 0 1

step 2 0 1 0 0 0 0 1 0

step 3 0 0 1 0 0 1 0 0

step 4 0 0 0 1 1 0 0 0

Pada tabel 2.8 diatas, ‘1’ diartikan bahwa lilitan yang bersangkutan dilewati

arus sehingga menghasilkan gaya tolak untuk rotor, sedangkan ‘0’ diartikan lilitan

dalam kondisi off, yakni tidak mendapatkan arus. Pada tabel juga ditunjukkan, untuk

membalik putaran motor stepper cukup membalik urutan pemberian pulsa pada lilitan.

Untuk memperlambat atau mempercepat putaran motor stepper, dengan mengatur

waktu urutan pemberian pulsa, akan tetapi, pemberian waktu pulsa jika terlalu lamban

akan menyebabkan motor stepper bergetar dan jika terlalu cepat akan mengakibatkan

motor tidak mau berputar.


teori warna newton.pdf

Documents