TEORI TAMBAHAN MIKROPROSESOR
Modul Input Output
Penjelasan dan definisi dari modul input output Jenis device yang bermacam-macam , yaitu Ukuran data yang dapat ditransfer dalam satu saat berbeda o o
kecepatan berbeda
o
format data berbeda
Kecepatan semua device jauh lebih lambat dibanding CPU dan RAM
Fungi Modul I/O adalah Untuk menjembatani device dengan CPU dan memori
untuk menjembatani CPU dan memori dengan satu atau beberapa device
Letak Modul I/O
Fungsi Modul I/O Control & Timing
Modul I/O berfungsi sebagai pengatur aliran data antara resource internal (CPU, memori) dengan device eksternal o
o
Contoh prosedur transfer data dari device ke CPU
CPU memeriksa status device melalui modul I/O
device memberikan statusnya melalui modul I/O
jika ready , CPU minta agar device mengirimkan data
Modul I/O menerima data dari device
Modul I/O mengirimkan data ke CPU
CPU Communication :
o
Modul I/O berfungsi sebagai media komunikasi dari CPU menuju device eksternal
o
Contoh prosedurnya
men decode perintah/command dari CPU
menjadi media untuk pertukaran data
melaporkan status device
memeriksa/men decode alamat yang dikirimkan oleh CPU
Device Communication
o
Modul I/O berfungsi sebagai media komunikasi dari device eksternal menuju CPU
o
Contoh prosedurnya
meneruskan perintah/command dari CPU ke device
meneruskan status dari device ke CPU
meneruskan data dari device ke CPU
Data Buffering
Modul I/O berfungsi sebagai penampung data sementara baik dari CPU/memori maupun dari device o
o
Melakukan buffer agar kecepatan device sangat beragam
o
Contoh prosedurnya
Data dari CPU : langsung ditaruh di buffer, diberikan ke device sesuai dengan kecepatan/daya serap device
Data dari device : dikumpulkan dulu di buffer, setelah periode tertentu baru
dikirimkan ke CPU
Error Detection
o
Modul I/O berfungsi sebagai pendeteksi k esalahan yang ditimbulkan oleh device
o
Contoh kesalahan : Paper jam, bad sector, kertas habis, terjadi perubahan bit bit data
o
Contoh metode deteksi : Bit parity
U nit Masukan dan Keluaran(Inte Keluaran(Interface rface Lanjutan) Unit Masukan dan Keluaran
>>Tiga >>Tiga komponen utama Sistem Komputer : CPU,Memori (primer dan sekunder)
Peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer,monitor, keyboard, mouse, dan modem>>Modul modem>> Modul I/O Merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus bus atauswitch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkatperipheral.Tidak hanya sekedar ModuL penghubung, tetapi sebuah pirantiyang berisi logika dalam melakukan fungsi ko munikasi antaraperipheral dan bus komputer.>>Modul komputer.>>Modul I/O Piranti tidak tidak langsung l angsung dihubungkan denganbus sistem komputer , Karena :Bervariasinya metode operasi piranti peripheral,sehingga tidakpraktis apabila sistem komputer harus menangani berbagai macamsisem operasi piranti Kecepatan transfer data piranti peripheralumumnya peripheral tersebut. lebih lambat dari pada lajutransfer data pada pada CPU maupun memori.Format data dan panjang data pada piranti peripheral seringkaliberbeda dengan CPU,sehingga perlu modul untuk menselaraskannya.
>>Dua fungsi utama : Sebagai piranti Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui melalui bus sistem. Sebagai piranti Sebagai piranti antarmuka denganperalatan peripheral lainnyadengan menggunakan link data tertentu >>Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer Yang Bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar ataulebihBertanggung jawab pula dalam pertukaran dalam pertukaran data antara perangkatluar perangkatluar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register ±register CPU.Antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama)Antarmuka dengan perangkat eksternalnya perangkat eksternalnya untuk menjalankanfungsi ±fungsi pengontrolan >>Fungsi Modul I/OKontrol dan pewaktuan. Komunikasi CPU.Komunikasi perangkat CPU.Komunikasi perangkat eksternal.Pem-buffer-an data.Deteksi data.Deteksi kesalahan 1. Kontrol dan PewaktuanFungsi kontrol dan pewaktuan (control& timing) merupakan halyang penting untuk mensinkronkan mensinkronkan kerja masing ± masing komponenpenyusun komponenpenyusun komputer.
Dalam sekali waktu CPU Z berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transferkomunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internalseperti register ± register, memori utama, memori sekunder,perangkat peripheral.Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol danpewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhanTransfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus,maka interaksi CPU dan modul I/O akanmelibatkan kontrol danpewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih. 2. Proses fungsi komunikasi antara CPU dan modul modul I/OCommand Decoding, yaitu modulI/O menerima perintah ± perintahdari CPU yang dikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk dapat menerima perintah:Read sector, Scan record ID,Format disk.Data, pertukaRn data antara CPU dan modul I/O melalui busdata.Status Reporting, yaitu Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/Omaupun I/Omaupun perangkat peripheral, umumnya umumnya berupa status kondisi Busyatau Ready. Juga status bermacam ± macam kondisi kesalahan(error).Address Recognition, bahwa peralatan bahwa peralatan atau komponen penyusunkomputer penyusunkomputer dapat dihubungi atau dipanggil maka harus memilikialamat yang unik, begitu pula pada perangkat peripheral,sehingga setiap modul I/O harus mengetahui mengetahui alamat peripheralyang dikontrolnya.Skema dikontrolnya.Skema suatu perangkatpheriperal
MODUL INPUT OUTPUT A.Modul I/O Adalah interface atau central switch untuk mengendalikan mengendalikan satu atau lebih peripheral peripheral atau perangkat input output. Konektor mekanis berisi fungsi logik untuk komunikasi k omunikasi antara bus dan peripheral.. Tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus computer Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang Bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan juga,Bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register – register CPU.termasuk Antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontro pengontrolan lan
B.Control & timing input data CPU meminta modul memeriksa status perangkat. Bila perangkat siap mengirim, CPU mengirim perintah pemindahan. Modul menerima data dari perangkat. Data dipindahkan dari modul ke CPU.
C.Buffering Buffer adalah area memori yang menyimpan data ketika mereka sedang dipindahkan antara dua device atau antara device dan aplikasi. Buffering dilakukan untuk tiga buah alasan. Alasan
pertama adalah untuk men-cope dengan kesalahan yang terjadi karena perbedaan kecepatan antara produsen dengan konsumen dari sebuah stream data. Sebagai contoh, sebuah file sedang diterima melalui modem dan ditujukan ke media penyimpanan di hard disk. Kecepatan modem tersebut kira-kira hanyalah 1/1000 daripada hard disk. Jadi buffer dibuat di dalam memori utama untuk mengumpulkan jumlah byte yang diterima dari modem. Ketika K etika keseluruhan data di buffer sudah sampai, buffer tersebut dapat ditulis ke disk dengan operasi tunggal. Karena penulisan disk tidak terjadi dengan instan dan modem masih memerlukan tempat untuk menyimpan data yang berdatangan, maka dipakai 2 buah buffer. Setelah modem memenuhi buffer pertama, akan terjadi request untuk menulis di disk. Modem kemudian mulai memenuhi buffer kedua sementara buffer pertama dipakai dipakai untuk penulisan ke disk. Pada saat modem sudah memenuhi buffer kedua, penulisan ke disk dari buffer pertama seharusnya sudah selesai, jadi modem modem akan berganti berganti kembali memenuhi memenuhi buffer buffer pertama dan dan buffer kedua kedua dipakai untuk untuk menulis. Metode double buffering ini membuat pasangan ganda antara produsen dan konsumen sekaligus mengurangi mengurangi kebutuhan waktu di antara mereka. Alasan kedua dari buffering adalah untuk menyesuaikan device-device yang mempunyai perbedaan dalam ukuran transfer data. Hal ini sangat umum terjadi pada jaringan komputer, dimana buffer dipakai secara luas untuk fragmentasi dan pengaturan kembali pesan-pesan pesan-pesan yang diterima. Pada bagian pengirim, sebuah pesan yang besar akan dipecah ke paket-paket kecil. Paket-paket tersebut dikirim melalui jaringan, dan penerima akan meletakkan mereka di dalam buffer untuk disusun kembali. Alasan ketiga untuk buffering adalah untuk mendukung copy semantics untuk aplikasi I/O. Sebuah contoh akan menjelaskan apa arti dari copy semantics. Jika ada sebuah aplikasi yang mempunyai buffer data yang ingin dituliskan ke disk. Aplikasi tersebut akan memanggil sistem penulisan, menyediakan menyediakan pointer ke buffer, dan sebuah integer untuk menunjukkan ukuran bytes yang ingin ditulis. Setelah pemanggilan tersebut, apakah yang akan terjadi jika aplikasi tersebut merubah isi dari buffer, dengan copy semantics, keutuhan data yang ingin ditulis sama dengan data waktu aplikasi ini memanggil sistem untuk menulis, tidak tergantung dengan perubahan yang terjadi pada buffer. Sebuah cara sederhana untuk sistem operasi untuk menjamin copy semantics adalah membiarkan sistem penulisan untuk mengkopi data aplikasi ke dalam buffer kernel sebelum mengembalikan mengembalikan kontrol kepada aplikasi. Jadi penulisan ke disk dilakukan pada buffer kernel, sehingga perubahan yang terjadi pada buffer aplikasi tidak akan membawa dampak apa-apa. Mengcopy data antara buffer kernel data aplikasi merupakan sesuatu yang umum pada sistem operasi, kecuali overhead yang terjadi karena operasi ini karena clean semantics. Kita dapat memperoleh efek yang sama yang lebih efisien dengan memanfaatkan virtual-memorii mapping dan proteksi copy-on-wire dengan pintar. virtual-memor
D. I/O Reprogram Data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O.CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung melalui Pemindahan data,Pengiriman data,Pengiriman perintah baca maupun tulis dan Monitoring perangkat .
I/O reprogram Kelemahan : • CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan oleh modul I/O sehingga akan membuang waktu, CPU lebih cepat proses operasinya. • Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses –
proses yang diinteruksikan padanya. • Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan
E.Klasifikasi perintah I/O 1. Perintah control. Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas yang diperintahkan padanya. 2. Perintah test. Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai berbagai kondisi status modul I/O dan periphera peripheralnya. lnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi kesalahannya. 3. Perintah read. Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam buffer internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data maupun kecepatan transfernya. 4. Perintah write. Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintah memerintahkan kan modul I/O untuk mengambil data dari bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut.
F. PENGERTIAN BUS ada motherboard terdapat saluran-saluran penghubung yang menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Saluran penghubung ini berupa garis-garis yang tercetak pada PCB motherboard.. Melalui saluran-sa motherboard saluran-saluran luran inilah data, informasi, dan instruksi-instruksi yang diberikan pada komputer ditransfer/melintas ditransfer/melintas dari komponen satu ke komponen lainnya. Data dan instruksi tersebut diangkut dalam wujud sinyal-sinyal elektronis yang mempunyai makna tertentu. Sekelompok saluran yang mempunyai fungsi yang sama disebut jalur atau bus. Saluran-saluran penghubung penghubun g tadi disebut pula dengan istikah konduktor. Pada permukaan bagian bawah prosesor Intel Pentium 4 socket 478, terdapat kaki-kaki berupa pin. Jumlah pin keseluruhan sebanyak 478 buah, itulah sebabnya disebut soket 478. Pin-pin ini bertugas sebagai lintasan yang menyalurkan data atau instruksi dari motherboard ke processor atau sebaliknya. Dengan demikian, di dalam sebuah prosesor juga ada saluran-saluran tempat lalulintas data/informasi/instruksi-instruksi data/informasi/instruksi-instruksi yang harus diolah/diproses dan dikirim kembali k e motherboard. Pin-pin pada prosesor adalah salah satu contoh nyata yang secara fisik terlihat sebagai saluran tempat lalu lintas data/informasi/instruksi. Sekelompok Sekelompok saluranjalur atau bus. Hal yang sama juga ada di video card atau periferal lainnya. Bus-bus atau jalur-jalur pada
prosesor secara garis besar dapat dibagi menjadi data bus (jalur data), address bus (jalur adres), dan control bus (jalur kontrol). Control bus disebut juga dengan istilah signal bus. yang mempunyai fungsi yang sama juga disebut Pengertian jalur tidak sama dengan saluran. Dalam hal ini, jalur adalah kata jamak dari saluran. Pahamilah penjelasan berikut ini: Jalur data (data bus) terdiri dari beberapa (sejumlah) saluran data Jalur adres (address bus) terdiri dari beberapa (sejumlah) (sejumlah) saluran adres Jalur kontrol (control bus) terdiri dari beberapa (sejumlah) (sejumlah) saluran kontrol Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa data/inform data/informasi/instruksi asi/instruksi disalurkan dalam wujud sinyal-sinyal elektronis. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut: Setiap satu saluran (satu kawat) pada saat-saat tertentu hanya dapat berada dalam satu kondisi, yaitu ada tegangan atau tidak ada tegangan. Dikatakan ada tegangan jika tegangannya berkisar 2,5 Volt hingga 5,5 Volt. Dikatakan tidak ada tegangan jika tegangannya tegangannya berkisar 0 Volt hingga 0,8 Volt. Keadaan ada tegangan disimbolkan dengan angka 1 dan disebut dengan istilah ‘high’, keadaan tidak ada t egangan disimbolkan dengan angka 0 dan disebut dengan istilah ‘low’. Berdasar penjelasan ini, dapat dikatakan bahwa setiap saluran selalu berkeadaan biner (dua kemungkinan), yaitu dalam keadaan ‘0’ atau dalam keadaan ‘1’. Simbol angka yang hanya bernotasi ‘0’ dan ‘1’ ini disebut dengan istilah notasi digit biner, dalam bahasa Inggris disebut binary digit yang disingkat dengan istilah ’bit’. Misalkan jalur data (data bus) sebuah prosesor terdiri dari 8 saluran, setiap saluran berada dalam kondisi ‘0’ atau ‘1’, maka akan terjadi banyak kemungkinan kemungkinan kombinasi bilangan biner yang menyimbulkan menyimbul kan kondisi tegangan seperti berikut ini: Total kombinasi bilangan biner yang mungkin terjadi adalah 28 = 256 macam kombinasi. Mungkin pola tegangan tegangan : 0 0 0 0 0 0 0 1 akan membentuk membentuk huruf (karakter) A sedangkan pola tegangan: 0 0 0 0 0 0 1 1 akan membentuk angka (karakter) 1 Demikian seterusnya hingga tercipta 256 karakter (notasi) yang berbeda. Kumpulan dari 8 bilangan biner (bit) yang membentuk pola urutan (kombinasi) tertentu ini disebut byte. Sehingga dapat disebut 1 byte = 8 bit. 1 byte nilainya setara dengan 1 karakter. Byte ini akhirnya dipakai sebagai satuan, misalnya untuk menyatakan kapasitas sebuah media simpan (harddisk, disket, flash disk, CD, dan lainnya), kapasitas memory dan lain-lainnya. Dikenal pula satuan kilo byte, mega byte, giga byte, dan terra byte dengan kesetaraan nilai sebagai berikut: 1 kilo bayte (KB) = 1024 byte 1 mega byte (MB) = 1024 x1024 byte 1 giga byte (GB) = 1024 x1024 x1024 byte 1 terra byte (TB) = 1024 x1024 x1024 x1024 byte Sampai saat ini teknologi prosesor terus berkembang. berkembang. Pada awalnya, Intel memproduksi prosesor 4 bit, kemudian prosesor 8 bit, 16 bit, 32 bit dan sekarang ini 64 bit. Sebuah prosesor dikatakan prosesor 4 bit jika bekerja menggunakan data 4 bit, artinya jalur datanya (data busnya) terdiri dari 4 saluran data. Dengan demikian, prosesor 64 bit menggunakan 64 saluran untuk jalur datanya (data bus-nya terdiri dari 64 saluran).
G.Memory-mapped I/O
Memory mapped I/O
Memory-mapped file I/O membolehkan file I/O diperlakukan sebagai rutin akses memori yang Memory-mapped dipetakan sebagai blok disk ke dalam page memori Suatu file diinisialisasikan menggunakan demand pagin. Suatu bagian page file dibaca dari file sistem ke page fisik. Subsequent membaca/menulis ke/dari file yang diperlakukan dalam urutan memori akses. Secara sederhana file akses memperlakukan file I/O melalui memori melalui read() write() system calls. Beberapa proses juga dapat dipetakan pada fiel yang sama pada memori yang di-share. •Kelebihan –Dapat diakses dari bahasa tingkat tinggi(C/C++) –Proteksi dapat dilakukan dengan mengatur address space user process –Lebih mudah memeriksa status sebuah device
Problems with memory-mapped I/O •Problem dengancaching memory •Mekanismeekstrauntukarsitekturkomputerdenganmulti-bus
Isolated I/O • Dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. • Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. • Keuntungan Isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O
H. ISOLATED I/O MODULE Isolated I/O Module merupakan sebuah modul I/O yang berfungsi untuk melakukan isolasi terhadap tegangan input atau output. Modul ini biasanya digunakan untuk aplikasi seperti pengendali motor, pengaturan relay, dll. Spesifikasi Teknis 1. Tegangan kerja +5 VDC (VCC). 2. Memiliki 8 channel I/O. Dimana tiap channel hanya bisa dikonfigurasikan dikonfiguras ikan sebagai 1 fungsi f ungsi saja (Input atau Output). 3. Jika dikonfigur dikonfigurasi asi sebagai output, maka konfigurasi pada Isolated I/O Port adalah active low dimana logika 0 akan mengaktifkan optoisolator.
5. Isolated I/O Port dapat dihubungkan dengan port mikrokontroler: MCS-51, AVR, PIC, dll. Atau dapat juga dihubungkan dengan
rangkaian TTL/CMOS. Lihat contoh aplikasi di bagian akhir sebagai acuan dalam penggunaan Isolated I/O Module. I.DMA Definisi DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). Gambar 6-2. DMA Interface. Sumber: . . . Transfer DMA Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan/ destinasi transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian k emudian menuliskan menuliskan alamat command block ini ke DMA controller, sehingga DMA controller dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU. Tiga langkah dalam transfer DMA: 1. Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari device, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang di transfer. 2. DMA controller memulai memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer. 3. DMA controller meng-interupsi meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya. Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama adalah metode yang sangat baku dan simple disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena DMA controller memegang memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam progres, sistem mikroprosessorr di-set idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. mikroprosesso Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyaka k ebanyakan n komputer. Metode yang kedua, mengikut-sertakan DMA controller untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan dibandingkan HALT DMA, karena DMA controller harus mempunyai kepintaran kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka. Gambar 6-3. DMA Controller. Sumber: . . . Handshaking Proses handshaking antara DMA controller dan device controller dilakukan melalui sepasang kabel yang disebut DMA-request dan DMA-acknowledge. Device controller mengirimkan sinyal melalui DMA-request ketika akan mentransfer data sebanyak satu word. Hal ini kemudian akan mengakibatkan DMA controller memasukkan alamat-alamat yang dinginkan ke kabel alamat memori, dan mengirimkan sinyal melalui kabel DMA-acknowledge. Setelah sinyal melalui kabel DMA-acknowledge diterima, device controller mengirimkan data yang dimaksud dan mematikan sinyal pada DMA-request. Hal ini berlangsung berulang-ulang sehingga disebut handshaking. Pada saat DMA controller mengambil alih memori, CPU sementara tidak dapat mengakses memori (dihalangi), walau pun masih dapat mengaksees data pada cache primer dan sekunder. Hal ini disebut cycle stealing, yang walau pun memperlamba memperlambatt komputasi CPU, tidak menurunkan kinerja karena memindahkan
pekerjaan data transfer ke DMA controller meningkatkan meningkatkan performa sistem secara keseluruhan. Cara-cara Implementasi DMA Dalam pelaksanaannya, pelaksanaannya, beberapa komputer menggunakan memori fisik untuk proses DMA , sedangkan jenis komputer lain menggunakan alamat virtual dengan melalui tahap "penerjemahan" "penerjema han" dari alamat memori virtual menjadi alamat memori fisik, hal ini disebut direct virtual-memory address atau DVMA. Keuntungan dari DVMA adalah dapat mendukung transfer antara dua memory mapped device tanpa intervensi CPU.
DRIVER MOTOR DC
Rangkaian Driver Driver Motor Motor DC Motor DC tidak dapat dikendalikan secara langsung oleh mikrokontroler, karena kebutuhan arus listrik yang besar pada motor DC sedangkan arus keluaran pada mikro sangat kecil. Driver kecil. Driver motor motor merupakan pilihan alternatif yang harus digunakan untuk mengendalikan motor DC pada robot beroda. Ada beberapa driver motor motor yang sering digunakan pada aplikasi robotika, yaitu menggunakan rangkaian H-Bridge transistor, H-Bridge MOSFET, dan IC driver motor. Pada tulisan ini saya akan coba membuat tentang rangkaian IC driver motor L298 dan H-bridge Mosfet. Tapi sebelum ke rangkaian driver motor DC saya akan membahas sedikit tentang motor DC. Motor DC adalah suatu piranti elektronik yang befungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pada aplikasi robotika pergerakan robot beroda umumnya menggunakan motor DC sebagai alat penggeraknya, karena jenis motor ini lebih mudah untuk dikendalikan. Kecepatan yang dihasilkan oleh motor DC berbanding lurus dengan potensial yang diberikan.
Gambar 1. Motor DC Pengaturan arah putaran motor dilakukan dengan mengubah arah polaritas yang mengalir melalui motor. Secara sederhana seperti yang terlihat pada (Gambar 2) hal ini dapat dilakukan dengan mengubah polaritas tegangan motor.
Gambar 2. Pengaturan arah putaran motor DC Kecepatan motor DC dapat diatur dengan beberapa cara, yaitu dengan mengatur fluks medan, dengan mengatur tahanan jangkar, dan dengan mengatur tegangan sumber. Cara yang ketiga ini merupakan pengaturan yang sering digunakan karena penggunaannya yang relatif mudah (Zuhal, 2004). Pengaturan tegangan sumber biasanya menggunakan metode PWM ( Pulse Pulse Width Modulation Modulation). ).
OK.., selanjutnya kita ke driver motor. Driver motor yang mudah digunakan yaitu menggunakan IC driver motor DC seperti L293D atau L298N. IC driver motor yang saya bahas yaitu L298 hal ini dikarenakan kemampuan IC tersebut yang lebih baik dibandingkan IC L293D. langsung aja ini penampakan IC driver motor L298. L298. Gambar 3. IC Driver motor L298 L298 aadalah driver motor berbasis H-Bridge, mampu menangani beban hingga 4A pada tegangan 6V 6V – – 46V. 46V. Dalam chip terdapat dua rangkaian H-Bridge. Selain itu driver ini mampu mengendalikan 2 motor sekaligus dengan arus beban beban 2 A. berikut gambar gambar rangkaian driver motor L298. Gambar 4. rangkaian driver motor L298 Rangkaian driver driver motor motor yang terlihat pada (Gambar 3.34), untuk output motor motor DC digunakan dioda, hal ini ditujukan ditujukan agar driver agar driver motor motor dapat menahan arus balik yang datang dari motor DC. Input DC. Input driver driver motor motor berasal dari mikrokontroler utama, untuk MOT 1A dan MOT 1B untuk menggerakan motor 1, ENABLE 1 untuk mengatur kecepatan motor 1 menggunakan PWM, selanjutnya untuk MOT 2A dan MOT 2B untuk menggerakan motor 2, ENABLE 2 untuk mengatur kecepatan motor 2 menggunakan PWM. untuk lebih jelas mengenai pengontrolan motor DC menggunakan IC L298D dapat melihat tabel kebenaran pada (Tabel 3.7). Tabel 3.7 Tabel Kebenaran Untuk Untuk 2 Motor Motor MOT 1A
MOT 1B
ENB 1
MOT 2A
MOT 2B
ENB 2
GERAK
H
L
H
H
L
H
Maju
L
H
H
L
H
H
Mundur
H
L
H
L
L
H
Belok kanan
L
L
H
H
L
H
Belok kiri
Nah dari rangkaian driver motor DC selanjutnya kita ke rangkaian driver motor H-Bridge MOSFET. Tapi sebelum itu saya akan menjelaskan sedikit tentang H-Bridge. Secara konsep rangkaian ini terdiri dari 4 saklar yang tersusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan motor dapat teraliri arus dengan arah yang berkebalikan. Yaitu searah jarumjam dan berlawanan arah jarumjam. Pada rangkaian driver motor ini, saklar-
saklar tersebut digantikan oleh transistor atau MOSFET yang dikerjakan pada daerah saturasi dan cut-off (Switch). Berikut cara kerja dari H-Bridge motor. Gambar 5. Cara kerja H-Bridge Dari Gambar diatas berikut H-Bridge bekerja: Ketika S1 dan S4 tertutup (diagonal) dan lainnya terbuka maka arus akan 1. mengalur dari batery ke kutub positif motor kemudian keluar ke kutub negatif motor,makamotor akan berputar kearah kanan. Ketika S2 dan S3 tertutup (diagonal) dan lainnya terbuka,maka arus akan mengalir sebaliknya,motor juga akan berputar kearah sebaliknya. 2.
Jika semua saklar tertutup, maka motor akan berhenti, dan jika ini diteruskan maka akan menyebabkan rangkaian menjadi” short menjadi” short circuit “. “. 3.
Dari penjelasan diatas berikut gambar rangkaian H-bridge menggunakan MOSFET. Gambar 6. Driver Motor MOSFET Dari Rangakian diatas saya hanya mengunakan 1 pin direction untuk memutar motor yaitu jika diberi logika low (0) maka arahnya CCW dan sebaliknya jika logika high (1) maka arahnya CW. Untuk mosfet yang saya gunakan adalah tipe p tipe p – channel channel dan dan tipe n – channel yaitu channel yaitu IRF 9540 dan IRF 540. Mosfet yang digunakan memiliki ratting tegangan dan arus 100 V dan 23 A untuk IRF9540 IRF9540 ( p-channel ) serta 100 V dan 33 A untuk IRF540 ( nchannel ). ). Hmm., mungkin segini dulu rangkaian driver motor yang bisa saya share. Kalo kurang jelas bisa komen2 atau jika ada yang mau rangkaian rangkaian ini nanti saya kasih dengan file (.schdoc) protel dxp.
DRIVER MOTOR STEPPER
DASAR TEORI
Pada Motor DC biasa, akan berputar dan berputar terus selama power supply ada. Tidak ada rangkaian cerdas tertentu yang diperlukan untuk mengendalikan motor tersebut, kecuali hanya memperlambat putaran atau membalik putaran, dengan menerapkan polaritas balik. Motor stepper adalah sangat berbeda. Jika anda memberikan power pada motor ini, maka motor ini akan berada dalam keadaan diam, agar motor dapat berputar, anda harus merubah sinyal yang masuk ke motor. Sebagai ilustrasi, dapat dibayangkan sebuah kompas dengan elektromagnet disekitarnya. Sebagaimana digambarkan pada gambar 2.2., apabila power yang diberikan pada elektromagnet diganti, maka akan merubah posisi jarum dari kompas.
Gambar 4.2. Ilustrasi sebuah kompas dengan elektromagnet Dengan empat buah elektromagnet maka gerakan akan melompat secara kasar. Sekarang bayangkan susunan yang sama dengan 100 elektromagnet yang mengitari kompas. Dengan mangatur energi yang mengalir pada setiap elektromagnet dalam berurutan, maka jarum akan memerlukan memerlukan sebanyak sebanyak 100 langkah untuk melakukan melakukan satu kali putaran. Tetapi dengan pengaturan 100 elektromagnet secara individu, akan memerlukan elektronika yang kompleks.
Rangkaian kontrol untuk setiap tipe motor stepper mempunyai kemiripan yaitu dalam hal aktivasinya. Namun yang paling membedakan membedakan adalah dalam dalam hal urutan pemberian data data aktivasi setiap lilitan lilitan pada motor motor stepper. Motor stepper merupakan motor listrik yang tidak mempunyai komutator, di mana semua lilitannya merupakan bagian dari stator. Dan pada rotornya hanya merupakan magnet permanen. Semua komutasi setiap lilitan harus di kontrol secara eksternal sehingga motor stepper ini dapat dikontrol sehingga dapat berhenti pada posisi yang diinginkan atau bahkan berputar ke arah yang berlawanan.
Pada bagaian ini akan dibahas mengenai bagaian terakhir dari rangkaian penggerak motor stepper. Rangkaian ini pada dasarnya hanya merupakan rangkaian switching arus yang mengaliri lilitan pada motor stepper. Urutan pemberian data pada motor stepper ini dapat mengontrol arah putaran dari motor stepper ini. Penambahan kecepatan pada motor stepper dapat dilakukan dengan cara meningkatkan frekuensi pemberian data pada rangkaian switching arus. Rangkaian kontrol ini nantinya terhubung langsung dengan lilitan pada motor, rangkaian power supplai, dan rangkaian yang dikontrol secara digital yang pada akhirnya menentukan kapan lilitan yang diinginkan dalam kondisi off atau on. Selain hanya menggunakan transistor switching ar, saat ini sudah tersedia driver motor yang memang diperuntukka diperuntukkan n bagi motor stepper, yang lebih dikenal dengan H-Bridge. Komponen ini biasanya digunakan pada motor stepper tipe bipolar, walaupun demikian tidak menutup kemungkinan digunakan pada motor stepper tipe yang lain.
Rangkaian Driver Variabel Reluctance Motor
Gambar 1 Kontrol Pada Varibel Reluctance Motor Stepper Di dalam gambar 1 tersebut terdapat sebuah 3 blok dimana masing-masing mengatur sebuah kumparan motor stepper. Blok tersebut terdiri dari saklar arus yang dikontrol secara digital. Blok ini berperan penting di dalam pengontrolan arus yang akan melewati kumparan motor tertentu. Pengontrollan blok ini dapat dilakukan oleh sebuah rangkaian digital sederhana atau bahkan sebuah komputer melalui printer port. Dengan menggunakan komputer maka diperlukan perangkat lunak yang nantinya akan mengatur pemberian data dengan suatu urut-urutan tertentu kepada komponen saklar di dalam blok. Kumparan pada motor stepper mempunyai karakteristik yang sama dengan karakteristik karakteristik beban induktif lainnya. Oleh sebab itu ketika terdapat arus yang melalui kumparan motor, tidak dapat dimatikan dengan seketika tanpa menghasilkan tegangan transien yang sangat tinggi. Kondisi ini biasanya nampak dengan timbulnya percikan bunga api (ketika menggunakan motor DC dengan daya yang besar). Hal ini sangat tidak diinginkan karena dapat merusak saklar sehingga perlu diberikan rangkaian tambahan untuk membatasi tegangan transien yang muncul. Sebaliknya ketika saklar tertutup maka terdapat arus yang mengalir ke kumparan motor dan akan menghasilkan kenaikan tegangan secara perlahan. Untuk membatasi tegangan spike yang muncul maka ada dua alternatif penyelesaiannya yaitu dengan memparalel pada kumparan motor dengan dioda dan alternatif yang kedua adalah dengan menggunakan kapasitor yang dipasang paralel dengan kumparan motor stepper.
Gambar 2 Spike Voltage Reducer
Diode yang yang terpasang paralel tersebut harus mampu melewatkan arus balik yang terjadi ketika saklar terbuka. Dioda yang digunakan dapat berupa dioda yang umum dipakai seperti 1N4001 atau 1N4002. Jika digunakan dioda yang mempunyai karakteristik ‘fast ‘fast switch’ switch’ maka perlu diberikan penambahan kapasitor yang dipasang secara paralel pada dioda. Pemasangan
kapasitor
paralel
dengan
kumparan
motor
dapat
menyebabkan
spike
yang
ditimbulkan
akan
menyebabkan kapasitor tersebut charge sehingga tegangan spike yang terjadi tidak akan keluar tetapi diredam oleh kapasitor ini. Tetapi yang paling penting adalah kapasitor ini harus mampu menahan surge current pada current pada saat terjadi spike. Surge current adalah current adalah arus tiba-tiba yang sangat besar yang muncul bersamaan dengan tegangan spike. Nilai kapasitor harus dipilih pada kondisi dimana nilai induktansi dari kumparan motor stepper paling besar. Inilah karakteristik karakterist ik motor stepper dengan tipe variabel reluctance dimana nilai induktansinya berubah-ubah tergantung dari sudut putaran pada poros rotor. Penambahan kapasitor sehingga tepat akan membentuk sebuah rangkaian resonansi yang dapat menyebabkan peningkatan torsi pada motor dengan tipe ini.
Rangkaian Driver Unipolar Permanent Magnet and Hybrid Motor
Gambar 3 Kontrol Pada Unipolar Permanent Magnet Motor Rangkaian kontrol untuk mengendalikan motor stepper dengan tipe unipolar ini hampira sama dengan rangkaian kontrol pada motor tipe variabel reluctance. Perbedaanya hanya pada struktur kumparan motornya saja.
Gambar 4 Spike Voltage Reducer untuk Unipolar Stepper Motor Walaupun demikian karena bebanya merupakan beban induktif maka selalu ada tegangan spike yang muncul ketika saklar terbuka. Oleh sebab itu perlu penambahan dioda yang terpasang paralel dengan kumparan motor stepper seperti terlihat pada gambar 4. Dua buah dioda tambahan diperlukan karena kumparan motor bukanlah kumparan yang independen tetapi sebuah kumparan yang mempunyai tap di tengah-tengah kumparan seperti struktur pada autotransformer. autotransformer. Ketika salah satu saklar dibuka maka tegangan spike muncul di kedua ujung kumparan motor tersebut dan di clamp clampoleh oleh dua buah dioda ke supplay motor. Tetapi jika salah satu ujung kumparan motor tersebut tidak floating terhadap supplai motor maka tegangan spike ini akan lebih negatif daripada referensi ground. Jika saklar yang digunakan berupa relay, kondisi ini bukan menjadi masalah. Kondisi ini baru menjadi masalah ketika saklar yang digunakan adalah saklar semikonduktor seperti transistor atau FET.
Untuk membatasi level tegangan spike dapat pula digunakan kapasitor yang terpasang seperti pada gambar 5.
Gambar 5 Pemberian Kapasitor Pembatas Tegangan Spike
Rangkaian Praktis Pengendali Motor Stepper Jika rangkaian kontrol yang mengendalika mengendalikan n rangakaian motor driver ini berupa mikrokontr mikrokontroller oller atau komponen digital maka ada baiknya agar setiap port yang mengontrol rangkaian driver motor stepper ini diberi buffer terlebih dahulu agar tidak membebani port mikrokontroller yang digunakan. Seperti pada gambar 3, pin control_0, control_1, control_2 dan control_3 ini dapat dikontrol secara digital dengan menggunakan mikrokontroller dengan memberi komponen yang berfungsi sebagai buffer seperti pada gambar 6.
Gambar 6 Rangkaian Sederhana Penggerak Motor Stepper Pada gambar 6 hanya di tampilkan satu bagian bagi an untuk mengontrol men gontrol satu buah b uah kumparan motor moto r stepper. Ada dua alternatif yaitu dengan menggunakan buffer terlebuh dahulu atau menggunakan FET, yang mempunyai impedansi input yang sangat tinggi, sebagai komponen saklarnya. Tegangan Vmotor tidaklah harus selalu sama dengan tegangan VCC pada mikrokontroller. Oleh sebab itu digunakan sebuah komponen buffer yang mempunyai output open collector sehingga collector sehingga outputnya dapat di pull-up di pull-up ke tegangan yang diinginkan. Untuk dasar pemilihan transistornya adalah pada karakteristik I C (arus kolektor). Transistor ini harus merupakan transistor power yang mampu melewatkan arus sesuai dengan arus yang diperlukan oleh kumparan motor stepper ini. Jika arus yang ditarik oleh kumparan motor stepper ternyata lebih besar daripada kemampuan transistor maka transistor akan cepat panas dan dapat menyebabkan rusaknya transistor tersebut. R pull-up sebesar 470 akan memberikan arus sebesar 10 mA ke basis transistor Q1. Jika Q1 mempunyai gain sebesar 1000 maka arus yang dapat diliewatkan adalah sekitar beberapa ampere, tergantung dari besar arus yang ditarik oleh kumparan motor stepper tersebut. Arus ini harus lebih kecil dari arus IC yang diperbole diperbolehkan. hkan. Untuk komponen FET dapat digunakan komponen IRL540 yang dapat mengalirkan arus sampai 20 A dan mampu menahan tegangan balik sampai 100V. Hal ini disebabkan oleh karena FET i ni mampu menyerap tegangan spike tanpa perlindungan dioda. Tetapi komponen ini memerlukan heat sink yang sink yang besar dan harus cukup baik dalam hal penyerapan panasnya. Ada baiknya jika digunakan kapasitor untuk menekan level tegangan spike yang ditimbulkan dari transisi saklar dari on ke off.
Gambar 4.3. Ilustrasi motor stepper dengan jarum kompas dengan elektromagnet Pada ilustrasi tersebut, huruf-huruf yang melingkar mewakili elektromagnet. Semua magnet dengan huruf yang sama berada dalam keadaan koneksi. Ketika anda memberi arus pada rangkaian tersebut, maka semua elektromagnet dengan huruf yang sama akan on pada saat itu, untuk menggerakkan kompas, maka elektromaget berikutnya harus dialiri arus, sehingga akan menimbulkan gerakan.
Stepper motor beroperasi dengan cara yang berbeda dari DC motor sikat, yang berputar ketika voltase diberlakukan bagi terminal mereka. Stepper motor, pada sisi lain, secara efektif mempunyai berbagai " yang bergigi" elektromagnet mengatur di sekitar suatu potongan yang gear-shaped pusat dari menyetrika. Elektromagnet diberi tenaga oleh suatu sirkit kendali yang eksternal, seperti suatu microcontroller. Untuk membuat putaran batang motor [itu], elektromagnet nomor satu diberi [kuasa/ tenaga], yang (mana) membuat gigi rod a gigi secara magnetis menarik ke gigi elektromagnet. Ketika gigi roda gigi adalah [dengan] begitu dibariskan ke elektromagnet yang pertama, mereka adalah offset dari elektromagnet yang berikutnya [itu]. Maka ketika elektromagnet yang berikutnya dipasang dan pertama dipadamkan, roda gigi berputar sedikit untuk membariskan dengan yang berikutnya, dan dari sana proses diulangi. Masing-Masing itu semua melalaikan perputaran [disebut/dipanggil] sebagai a " melangkah", dengan suatu bilangan bulat jumlah langkah-langkah [yang] [yang] membuat suatu perputaran perputaran yang penuh. Oleh karena karena [jalan/cara], motor dapat diputar oleh suatu penjuru/sudut yang tepat.
Stepper karakteristik motor 1. Stepper motor adalah alat [kuasa/ tenaga] yang tetap. 2. [Seperti/Ketika] stepper motor mempercepat peningkatan, tenaga putaran ber/kurang. ( kebanyakan motor memperlihatkan tenaga putaran yang maksimum ketika keperluan, bagaimanapun tenaga putaran dari suatu motor ketika keperluan ' memegang tenaga putaran' menggambarkan kemampuan dari motor untuk memelihara suatu posisi yang diinginkan [selagi/sedang] di bawah beban eksternal). 3. Kurva tenaga putaran mungkin diperluas dengan penggunaan pengarah pembatasan sekarang dan meningkat(kan) mengemudi voltase ( kadang-kadang dikenal sebagai a ' pisau-cencang' sirkit;
ada beberapa batal/mulai pengarah rak memotong yang mampu dari melakukan cara secara sederhana ini). 4. Steppers memperlihatkan lebih [] getaran dibanding jenis motor yang lain, [seperti/ketika] langkah yang terpisah menuju ke untuk menggigit baling-baling dari satu posisi ke lain ( yang [disebut/dipanggil] suatu detent). Getaran membuat stepper motor lebih ribut dibanding DC motor. 5. Getaran ini dapat menjadi sangat jelek pada kecepatan beberapa dan dapat menyebabkan motor untuk hilang[kan tenaga putaran atau arah kehilangan. Ini adalah sebab baling-baling dipegang brown medan magnet yang bertindak seperti suatu [musim semi/ mata air]. Pada [atas] masingmasing melangkah baling-baling melampaui dan memantul dan maju, " membunyikan" pada frekwensi yang resonan nya. Jika frekwensi pijakan memenuhi frekwensi yang resonan kemudian membunyikan peningkatan dan motor synchronism, menghasilkan kesalahan tergantung posisi atau suatu perubahan di (dalam) arah. Paling sial ada kerugian total dari kendali dan memegang tenaga putaran sehingga motor mudah diperdaya dengan beban dan putaran hampir dengan [cumacuma/bebas]. 6. Efek dapat dikurangi dikurangi dengan mempercepat dengan cepat melalui/sampai cakupan kecepatan masalah, secara phisik membasahi ( membasahi tentang geseran) sistem, atau penggunaan [adalah] suatu micro-stepping pengarah.
