Sensor Ultrasonik , cara kerja dan rangkaian sensor ultrasonik

Sensor Ultrasonik adalah alat elektronika yang kemampuannya bisa mengubah dari energy listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas. Gelombang Ultrasonicadalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.

Gambar Sensor Ultrasonik

Ada beberapa penjelasan mengenai gelombang ultrasonic. Sifat dari gelombang ultrasonik yang melalui medium menyebabkan getaran partikel dengan medium aplitudo sama dengan arah rambat longitudinal sehingga menghasilkan partikel medium yang membentuk suatu rapatan atau biasa disebut Strain dan tegangan yang biasa disebut Strees. Proses lanjut yang menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodic selama gelombang ultrasonic lainya. Gelombang ultrasonic merambat melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik. Seperti yang telah umum diketahui, gelombang ultrasonik hanya bisa didengar oleh makhluk tertentu seperti kelelawar dan ikan paus. Kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic untuk berburu di malam hari sementara paus menggunakanya untuk berenang di kedalaman laut yang gelap.

Perhitungan waktu yang diperlukan modul sensor Ping untuk menerima pantulan pada jarak tertentu mempunyai rumus S= (tIN x V) : 2. Rumus diatas mempunyai keterangan sebagai berikut. (S) adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan obyekyang terdeteksi. (V) adalah cepat rambat gelombang ultrasonik di udara dengan kecepatan normal (344 meter per detik) (tIN) adalah selisih waktu pemancaran dan penerimaan pantulan gelombang. Ada 3 prnsip kerja dari sensor ultrasonik yaitu, sinyal dipancarkan melalui pemancar gelombang ultrasonic. Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi berkisar 344 m/s. Dan yang terakhir sinyal yang sudah diterima akan diproses untuk menghitung jaraknya.

Cara Kerja Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus

Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

·         Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

·         Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.

·         Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus :

 S = 340.t/2

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Aplikasi Sensor Ultrasonik

Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.

Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi.

Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi sekelompok ikan.

Rangkaian Sensor Ultrasonik

Piezoelektrik

Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama, maka dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.

Transmitter 

Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.

Gambar rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik

Receiver 

Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.

Gambar rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik

Definisi komparator dan rangkaian komparator

KOMPARATOR

Rangkaian Komparator adalah alat yang di gunakan untuk membandingkan ukuran panjang, komparator umumnya di buat dari sebuah teleskop atau mikroskop yang di gerakan naik turun pada sebuah skala. Komparator juga bisa di sebut sebagai alat yang di gunakan untuk membuat perbandingan antara dua sinar atau warna.

Selain itu, ada juga yang di sebut dengan rangkaian komparator tegangan. Komparator tegangan adalah sebuah rangkaian yang dapat dengan cermat membandingkan besar tegangan yang di hasilkan. Rangkaian ini biasanya menggunakan komparator Op-Amp sebagai piranti utama dalam sebuah rangkaian. Saat ini terdapat dua jenis komparator tegangan, yaitu komparator tegangan sederhana dan komparator tegangan dengan histerisis.

Rangkaian Komparator Tegangan Sederhana

      

Rangkaian komparator ini dapat kita rangkai menggunakan Vref yang di hubungkan ke V Supply, kemudian kedua resistor di gunakan sebagai pembagi tegangan, sehingga nilai tegangan yang di hasilkan dari komparator Op-Amp adalah semakin besar. Komparator Op-Amp akan membandingkan nilai tegangan pada kedua tegangan, apabila sebuah tegangan (-) lebih besar dari tegangan masukan (+) maka keluaran Op-Amp akan menjadi sama v Supply. Untuk Op-Amp yang sesuai dengan pemakaian pada rangkaian Op-Amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM339 yang banbyak di pasaran.

Rangkaian Komparator Tegangan Histerisis

Tujuan Rangkaian komparator ini adalah untuk meminimalkan efeknois pada tegangan masukan. Misalnya tegangan referinsanya di set 3,3 V, sedangkan rangkaian ini juga memiliki nois sebesar 0,1 V, maka tegangan inputnya menjadi tepat 3,3 V dan keluarannya juga akan berfuktuatif sesuai dari noisnya. Dengan menggunakan komparator histerisis, maka keluaranya tidak akan berlogika sebelum input melewati batas dan sebaliknya.

Dengan menggunakan komparator LM324 maka tegangan sinyal ramp yang di hasilkan oleh rangkaian generator ini akan di bandingkan dengan tegangan dari potensiometer. Tegangan potensiometer tersebut bervariasi antara 0 volt sampai 10 volt DC.

Pada saat rangkaian ramp berada di bawah tegangan potensiometer maka output dari komparator LM324 adalah 10 Volt sehingga terdapat arus yang mengalir pada R7. Apabila tegangan ramp lebih tinggi dari pada tegangan potensiometer maka output dari LM324 adalah 0 volt. Arus ini merupakan arus aktivasi optocoupler pada bagian triac.

Definisi umum limit switch , cara kerja dan pengaplikasiannya

LIMIT SWITCH

Limit switch (saklar pembatas) adalah saklar atau perangkat elektromekanis yang mempunyai tuas aktuator sebagai pengubah posisi kontak terminal (dari Normally Open/ NO ke Close atau sebaliknya dari Normally Close/NC ke Open).  Posisi kontak akan berubah ketika tuas aktuator tersebut terdorong atau tertekan oleh suatu objek. Sama halnya dengan saklar pada umumnya, limit switch juga hanya mempunyai 2 kondisi, yaitu menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik. Dengan kata lain hanya mempunyai kondisi ON atau Off.

Limit switch

Namun sistem kerja limit switch berbeda dengan saklar pada umumnya, jika pada saklar umumnya sistem kerjanya akan diatur/ dikontrol secara manual oleh manusia (baik diputar atau ditekan). Sedangkan limit switch dibuat dengan sistem kerja yang berbeda, limit switch dibuat dengan sistem kerja yang dikontrol oleh dorongan atau tekanan (kontak fisik) dari gerakan suatu objek pada aktuator, sistem kerja ini bertujuan untuk membatasi gerakan ataupun mengendalikan suatu objek/mesin tersebut, dengan cara memutuskan atau menghubungkan aliran listrik yang melalui terminal kontaknya.

Sistem kerja limit switch

Limit switch mempunyai beberapa jenis atau tipe aktuator yang disesuaikan dengan kebutuhan pengoperasiannya di lapangan, seperti gambar dibawah ini:

Macam-macam tipe aktuator limit switch

Limit switch biasa digunakan pada aplikasi seperti:

Pintu gerbang otomatis, dimana limit switch berguna untuk mematikan motor listrik sebelum pintu gerbang itu menabrak pagar pembatas saat membuka atau menutup.

Pada pintu panel listrik sebagai saklar otomatis apabila pintu panel dibuka maka lampu akan nyala untuk penerangan (seperti pada kulkas). 

Pada hoist sebagai pembatas pengangkatan barang. 

Pada tutup/cover mesin sebagai safety apabila cover dibuka maka mesin akan mati. 

Pada sistem transfer seperti pada trolly dan conveyor sebagai pembatas maju dan mundurnya (forward reverse).

Pada sistem kontrol mesin sebagai sensor untuk mengetahui posisi up/down.

Dan lain sebagainya.

Definisi umum PLC

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

Programmable Logic Controllers (PLC)adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam. Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah "sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog.

Sederhananya di dalam CPU Programmable Logic Controller (PLC) dapat digambarkan seperti kumpulan ribuan relay. Tetapi bukan berarti di dalamnya terdapat banyak relay dalam ukuran yang sangat kecil melainkan di dalam PLC berisi rangkaian elektronika digital yang dapat difungsikan seperti contact NO dan contact NC relay. Bedanya dengan relay bahwa satu nomor contact relay (NO/NC) dapat digunakan berkali-kali untuk semua instruksi dasar selain instruksi OUTPUT.

Jadi dapat dikatakan bahwa dalam suatu pemrograman PLC tidak diijinkan menggunakan output dengan contact yang sama.

Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :

Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.

Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.

Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. 

Untuk membuat rancangan/modifikasi suatu sistem langkah-langkah yang harus diperhatikan adalah :

Melakukan identifikasi permasalahan

Membuat Flow Chart (diagram Alir)

Membuat program dalam bentuk diagram ladder

PLC tidak lain adalah komputer digital yang mempunyai processor, unit memori, unit kontrol, dan unit I/O, akan tetapi PLC berbeda dengan komputer dalam beberapa hal, yaitu :

PLC dirancang untuk berada di lingkungan industri yang mungkin banyak debu, panas, guncangan, dan sebagainya.

PLC harus dapat dioperasikan serta dirawat dengan mudah oleh teknisi pabrik.

PLC sebagian besar tidak dilengkapi dengan monitor, tetapi dilengkapi dengan peripheral port yang berfungsi untuk memasukkan program sekaligus memonitor data atau program.

Fungsi PLC

PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya pada proses pengepakan, penanganan bahan, perakitan otomatis (automation) dan lain sebagainya. Dengan kata lain, hampir semua aplikasi yang memerlukan kontrol listrik atau elektronik membutuhkan PLC.

Dengan demikian, semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLCuntuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan).

Apa saja yang bisa dilakukan oleh PLC! Sebagian besar PLC ( Programmable Logic Controller ) dapat melakukan operasi sebagai berikut :

Relay Logic

Penguncian (Locking)

Pencacahan (Counting)

Penambahan

Pengurangan

Pewaktuan (Timing)

Kendali PID

Operasi BCD

Manipulasi Data

Pembandingan

Pergeseran

Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:

Sekuensial Control. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.

Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator.                       

Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan input ke CNC (Computerized Numerical Control). Beberapa PLC dapat memberikan input ke CNC untuk kepentingan pemrosesan lebih lanjut. CNC bila dibandingkan dengan PLC mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dan lebih mahal harganya. CNC biasanya dipakai untuk proses finishing, membentuk benda kerja,moulding dan  sebagainya.          

Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya.

PHOTO SENSOR dan Cara kerjanya

Photo Sensor

Photo sensor

. Photo sensor adalah ,alat atau sensor yang dapat mendeteksi cahaya, cahaya yang dimaksud adalah cahaya berupa infrared atau sejenisnya yang dipancarkan oleh pemancar yang disebut emitter dan memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda.

 Photo sensor umumnya dipakai pada mesin-mesin industri, yang mana mesin tersebut bekerja secara automatic ataupun manual, pada mesin yang bekerja secara automatic, banyak menggunakan sensor ini, sebagai pemberi sinyal masukan atau informasi, untuk dikontrol lebih lanjut, agar mesin dapat berjalan secara auto.

Sensor ini dapat mendeteksi benda dengan jarak yang bervariasi itu tergantung dari type dan jenisnya, ada berbagai jenis dan type alat ini, pada prakteknya, sensor ini ada yang menggunakan reflector dan ada juga yang tanpa reflector, apa itu reflector ? Reflector adalah suatu alat terbuat dari plastic yang permukaan bagian dalamnya berbentuk prisma atau segi enam berfungsi untuk memantulkan cahaya yang dikirim oleh Emitter, kemudian ada juga photo sensor yang tanpa menggunakan reflector, tapi umumnya sensor jenis ini memiliki dua buah atau berpasangan artinya ada pengirim dan ada penerima.

Jenis sensor tanpa reflector, memiliki dua unit, yang pertama adalah Pengirim atau emitter, bertugas sebagai sumber cahaya untuk dikirimkannya ke bagian penerima, yang kedua adalah Penerima atau receiver bertugas sebagai penerima cahaya yang dikirimkan oleh emitter, cahaya yang dikirimkan oleh pengirim harus center dengan penerima agar cahaya terkirim benar - benar terdeteksi oleh receiver, sehingga sensor dapat bekerja dengan baik.

Prinsip Kerja Photo sensor

(1) Properties of Light

Bujursangkar Propagasi Ketika perjalanan cahaya melalui udara atau air, selalu perjalanan di garis lurus. Celah di luar sebuah Sensor Melalui-balok yang digunakan untuk mendeteksi benda-benda kecil adalah sebuah contoh bagaimana prinsip ini diterapkan untuk penggunaan praktis.

PembiasanRefraksi adalah fenomena cahaya yang dibelokkan saat lewat miring melalui batas antara dua medium dengan indeks bias berbeda.

Refleksi (Refleksi Reguler, Retro-refleksi, Diffuse reflection)Permukaan datar, seperti kaca atau cermin, memantulkan cahaya pada sudut sama dengan sudut datang cahaya. Semacam ini disebut refleksi refleksi biasa.Sebuah kubus sudut mengambil keuntungan dari prinsip ini dengan menyusun tiga permukaan datar tegak lurus satu sama lain. Cahaya yang dipancarkan ke arah sudut kubus berulang kali menyebarkan refleksi biasa dan cahaya yang dipantulkan akhirnya langsung bergerak kembali ke arah cahaya yang dipancarkan. Hal ini disebut sebagai retro-refleksi.Kebanyakan retro-reflektor yang terdiri dari kubus sudut yang mengukur beberapa milimeter persegi dan disusun dalam konfigurasi yang tepat.Matte permukaan, seperti kertas putih, memantulkan cahaya ke segala arah. Hamburan cahaya ini disebut refleksi menyebar. Prinsip ini adalah metode penginderaan yang digunakan oleh Sensor Diffuse-reflektif.

Polarisasi Cahaya

Cahaya dapat direpresentasikan sebagai gelombang yang berosilasi horizontal dan vertikal. Sensor fotolistrik hampir selalu menggunakan LED sebagai sumber cahaya. Cahaya yang dipancarkan dari LED berosilasi dalam arah vertikal dan horizontal dan disebut cahaya terpolarisasi. Ada filter optik yang membatasi osilasi cahaya tak terpolarisasi hanya satu arah. Ini dikenal sebagai filter polarisasi. Cahaya dari LED yang melewati sebuah berosilasi filter polarisasi hanya dalam satu arah dan disebut cahaya terpolarisasi (atau lebih tepatnya, cahaya terpolarisasi linier). cahaya Polarized berosilasi satu arah (misalnya arah vertikal) tidak dapat melewati polarising filter yang membatasi osilasi ke arah tegak lurus (misalnya, arah horisontal). The MSR fungsi Sensor Retro-reflektif dan Reksa Interferensi Saringan Pelindung aksesori untuk Melalui-beam Sensor beroperasi pada prinsip ini.

(2) Sumber Cahaya Generasi

Mayoritas pulsa menggunakan fotolistrik Sensor cahaya yang dimodulasi, pada dasarnya memancarkan cahaya berulang kali pada interval yang tetap. Mereka dapat merasakan obyek yang terletak agak jauh karena efek dari gangguan cahaya eksternal yang mudah dihapus dengan sistem ini. Dalam model dilengkapi dengan perlindungan saling interferensi, siklus emisi yang bervariasi dalam kisaran tertentu untuk menangani cahaya koheren dan interferensi cahaya eksternal.


Cahaya Non-dimodulasi mengacu ke berkas terganggu cahaya pada intensitas tertentu yang digunakan dengan jenis sensor tertentu , seperti Mark Sensor. Meskipun Sensor ini memiliki waktu respon yang cepat, kelemahannya termasuk penginderaan jarak pendek dan kerentanan terhadap gangguan cahaya eksternal.

Jenis dan warna sumber cahaya

(3) Optical Fiber Sensor

StrukturDengan tidak adanya komponen listrik di bagian sensing (serat), Optical Fiber Sensor sangat tahan terhadap kebisingan dan pengaruh lingkungan lainnya.

(4) TriangulasiJarak sensor-settable 

umumnya beroperasi pada prinsip triangulasi. Prinsip ini diilustrasikan dalam diagram berikut.Cahaya dari Emitter dikirim ke objek sensing dan memantulkan cahaya disebarkan. Lensa Receiver mengumpukan cahaya terpantul pada posisi detektor (sebuah semikonduktor yang outputnya sinyal sesuai dengan cahaya terkirim). Ketika objek penginderaan terletak di A dekat sistem optik, maka cahaya terkonsentrasi pada titik posisi detektor. Ketika objek penginderaan terletak di B jauh dari sistem optik, maka cahaya terkonsentrasi pada titik b di posisi detektor.

MIKROPROSESOR

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Pada saat ini, teknologi semakin berkembang dengan sangat cepat dan semakin canggih.Perkembangan teknologi ini pastinya sangat berkaitan dengan perkembangan teknologi komputer.Dimana teknologi komputer merupakan pendukung bahkan penggerak kemajuan teknologi informasi pada jaman sekarang ini.Dan tidak bisa dipungkiri bahwa ilmu elektronika sangat berpengaruh kepada perkembangan Teknologi. Sebuah komputer mampu mengendalikan sebuah rangkaian alat elektronika menggunakan sebuah chip IC yang dapat diisi program dan logika yang disebut teknologi Mikroprosesor.

B.     Rumusan Masalah

1.      Sejarah perkembangan mikroprosessor dari tahun 2000 – sekarang

2.      Saluran – saluran yang ada pada mikroprosessor

3.      Arsitektur dan Konfigurasi Mikroprosessor Z80

BAB II

ISI

A.    Sejarah Perkembangan Mikroprosesor Tahun 2000 - Sekarang

Tahun  : 2000: Intel® Pentium® 4 Processor

Processor Pentium IV merupakan produk Intel yang kecepatan prosesnya mampu menembus kecepatan hingga 3.06 GHz. Pertama kali keluar processor ini berkecepatan 1.5GHz dengan formafactor pin 423, setelah itu intel merubah formfactor processor Intel Pentium 4 menjadi pin 478 yang dimulai dari processor Intel Pentium 4 berkecepatan 1.3 GHz sampai yang terbaru yang saat ini mampu menembus kecepatannya hingga 3.4 GHz.

Tahun : 2001: Intel® Xeon® Processor

Processor Intel Pentium 4 Xeon merupakan processor Intel Pentium 4 yang ditujukan khusus untuk berperan sebagai computer server. Processor ini memiliki jumlah pin lebih banyak dari processor Intel Pentium 4 serta dengan memory L2 cache yang lebih besar pula.

Tahun : 2001: Intel® Itanium® Processor

Itanium adalah processor pertama berbasis 64 bit yang ditujukan bagi pemakain pada server dan workstation serta pemakai tertentu. Processor ini sudah dibuat dengan struktur yang benar-benar berbeda dari sebelumnya yang didasarkan pada desain dan teknologi Intel’s Explicitly Parallel Instruction Computing ( EPIC ).

Tahun : 2002: Intel® Itanium® 2 Processor

Itanium 2 adalah generasi kedua dari keluarga Itanium.

Tahun : 2003: Intel® Pentium® M Processor

Chipset 855, dan Intel® PRO/WIRELESS 2100 adalah komponen dari Intel® Centrino™. Intel Centrino dibuat untuk memenuhi kebutuhan pasar akan keberadaan sebuah komputer yang mudah dibawa kemana-mana.

Tahun : 2004: Intel Pentium M 735/745/755 processors

Dilengkapi dengan chipset 855 dengan fitur baru 2Mb L2 Cache 400MHz system bus dan kecocokan dengan soket processor dengan seri-seri Pentium M sebelumnya.

Tahun : 2004: Intel E7520/E7320 Chipsets

7320/7520 dapat digunakan untuk dual processor dengan konfigurasi 800MHz FSB, DDR2 400 memory, and PCI Express peripheral interfaces.

Tahun : 2005: Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz

Sebuah processor yang ditujukan untuk pasar pengguna komputer yang menginginkan sesuatu yang lebih dari komputernya, processor ini menggunakan konfigurasi 3.73GHz frequency, 1.066GHz FSB, EM64T, 2MB L2 cache, dan HyperThreading.

Tahun : 2005: Intel Pentium D 820/830/840

Processor berbasis 64 bit dan disebut dual core karena menggunakan 2 buah inti, dengan konfigurasi 1MB L2 cache pada tiap core, 800MHz FSB, dan bisa beroperasi pada frekuensi 2.8GHz, 3.0GHz, dan 3.2GHz. Pada processor jenis ini juga disertakan dukungan HyperThreading.

Tahun : 2006: Intel Core 2 Quad Q6600

Processor untuk type desktop dan digunakan pada orang yang ingin kekuatan lebih dari komputer yang ia miliki memiliki 2 buah core dengan konfigurasi 2.4GHz dengan 8MB L2 cache (sampai dengan 4MB yang dapat diakses tiap core ), 1.06GHz Front-side bus, dan thermal design power ( TDP ).

Tahun : Saat Ini : Core i3, i5, i7

Core i3 530 berjalan pada 2.93GHz dan tidak memiliki fitur turbo mode. Core i3 530 akan berjalan pada 1.33GHz pada frekuensi terendah, dan tidak lebih cepat daripada 2.93GHz pada full load. Fitur turbo boost yang hilang merupakan pengorbanan, karena 530 masih memiliki 4MB L3 cache dibagi antara kedua core.

Uncore i5 berjalan pada clock 2.13GHz, turun dari 2.40GHz. Kinerja yang harus terluka sedikit dibandingkan dengan simulasiIntel Core i3. Selain Turbo Boost hal lain yang Anda korbankan adalah AES acceleration.Westmere's AES (AES-NI) menonaktifkan-nya pada semua jenis Intel Core i3. Harus ada beberapa alasan bagi pengguna untuk memilih i5 sebagai gantinya.

Intel Core i7 menjadi tak terkalahkan di versi laptop dan desktopnya semenjak kemunculan Core pocessors di 2006.Core arsitektur kini ditantang oleh processors AMD kelas tinggi.Dengan Phenom nya, AMD berusaha raih pangsa pasar dengan strategi harga murahnya.Kini AMD harus extra waspada.Pasalnya Intel telah keluarkan Core terbarunya yakni Core i7 dengan chipset X58.

Core i7 akan hadir dengan 3 rasa: Core i7-965 Extreme Edition, Core i7-940, dan Core i7-920. Semua processors tersebut hadir dengan 4 cores, Hyper-Threading, 8MB dengan L3 cache memory.Mereka dibuat dengan teknologi manufaktur 45nm. Semua processors tersebut akan berjalan di 1066MHz. Di seri 965 Extreme Edition (EE) akan berjalan pada kecepatan 3,2 GHz .Semu seri EE ini akan mudah untuk di overcloack. Arsitektur baru Intel ini dilengk`pi soket LGA 1366.Sayang Soket LGA 775 terdahulu yang suport untuk CPU Core 2, kini sudah tidak kompatibel bagi Core i7. 

B.     Saluran – saluran yang ada pada Mikroprosesor

Di dalam mikroprosesor ada  yang disebut sebagai System BUS. Sistem BUS ini digunakan sebagai jalur pengiriman sinyal-sinyal baik itu masukan maupun keluaran.Terdapat 3 jalur didalam mikroprosesor, yaitu Data BUS, Address BUS dan Control BUS.

Data Bus

Tidak Seperti mikroprosesor ideal, mikroprosesor-mikroprosesor ril tidak mampu memperoleh kemewahan dari sejumlah saluran masukan dan keluaran yang besar. Untuk kebanyakan mikrokontroler, jumlah saluran keluaran sama banyaknya dengan jumlah saluran masukan. Jumlah saluran tersebut didefinisikan sebagai lebar jejak data atau ukuran kata dari mikroprosesor yang bersangkutan.Saluran-saluran yang digunakan tersebut digunakan untuk mengangkut dari mikroprosesor dan ke mikroproseor itu sendiri secara kolektif, inilah yang disebut dengan BUS Data.

Sebagai contoh, terdapat sebuah mikroprosesor dengan 8 buah saluran masukan dan 8 buah saluran keluran. Mikroprosesor ini hanya dapat beroperasi pada data yang bernilai 8 bit atau 1 byte setiap saat.  Tingkatan-tingkatan logika pada saluran data, setiap saat memberikan tanda dari suatu kata data tertentu.Dalam mikroprosesor yang dicontohkan tadi, kata data tersebut dibangun oleh 8 angka biner mulai dari PIN/PORT 0 hingga PIN/POTR 7.Data masukan atau keluaran dapat dinyatakan secara numerik.Misalnya 00010111 pada bilangan biner atau 23 pada bilangan desimal. Namun cara dengan angka biner lebih dianjurkan karena lebih memudahkan kita dalam mengoperasikannya. Untuk lebih memudahkan dalam pemahaman bilangan biner, maka diakhir bilangan biler tersebut diberikan tanda “B” sebagai isyarat bahwa bilangan tersebut adalah bilangan biner (00010111B).

Selain bilangan biner dan desimal, pengoperasian angka-angka dalam mikroprosesor juga dapat dinyakataka secara oktal (bilangan berbasis 8, 0 – 7) dan hexadesimal (bilangan berbasis 16, 0 – F).Misalnya 00010111B adalah ekivalen dengan bilangan oktal 27 dan 17 untuk hexadesimal.Untuk membedakannya hanyalah tinggal memberikan tanda “Q” untuk bilangan oktal dan “H” untuk bilangan hexadesimal.

Address BUS

Untuk mikroprosesor ideal, data keluaran dapat merupakan fungsi dari seluruh sejarah dari data masukan.Fungsinya tersendiri ditentukan oleh program mikroprosesro.Apabila mikroprosesor idela dianggapa memiliki memori internal yang tak terbatas, dan mikroprosesor ril memiliki kapasitas memori internal yang terbatas.  Akibatnya, sering kali mikroprosesor harus mampu mencapai memori diluar.Pada umumnya mikroprosesor harus mampu menyimpan informasi dalam memori ini dan mengambil daripadanya.

Informasi disimpan dalam dalam memori pada suatu kumpulan lokasi memori.Masing-masing lokasi memori mengandung kata memori.Ukuran kata memori ditentukan oleh lebar lintasan data dari mikroprosesor. Suatu mikroprosesor 8 bit misalnya, memerlukan setiap lokasi satu kata data 8 bit atau 1 byte. Akan tetapi organisasi komputer yang berbeda akan digunakan untuk mikropsosesor 4 bit, sedemikian sehingga setiap lokasi memori mengandung kata 4 bit atau satu nybble.

Kata alamat (Address Word), dari suatu mikroprosesor dapat dinyatakan dalam notasi seperti pada data BUS.

Control BUS

Control BUS ini digunakan sebagai pengendali kedua sistem BUS yang telah dibicarakan sebelumnya (Address BUS dan Data BUS).  Dalam banyak mikroprosesor disediakan suatu pengendali masukan khusus yang digunakan untuk memungkinkanoperasi DMA (Direct Memory Access).

Pada saat Address BUS dan Data BUS telah memiliki kondisi tri-keadaan, maka mikroprosesor (dalam contoh) akan memberikan tanggapan terhadap permintaan yang diberikan. Sinyal pengendalaian dari BUS pengendali yang diberikan dapat aktif tinggi atau rendah. Misalnya, apabila logika 0 menunjukan bahwa BUS data berada pada modus masukan, suatu garis diatas nama sinyal menunjukan bahwa sinyal tersebut aktif rendah. Sebaliknya, apabila logika 1 menunjukan bahwa BUS data berada pada modus masukan, suatu garis diatas nama sinyal menunjukan bahwa sinyal tersebut aktif tinggi.

C.    Arsitektur dan Konfigurasi Mikroprosesor Zilog Z80

Arsitektur

CPU Z80 adalah mikroprosesor generasi keempat yang ditingkatkan tak terkecuali untuk kebutuhan daya komputasi. Mikroprosesor ini menawarkan throughput sistem yang lebih tinggi dan penggunaan memori yang efisien dibandingkan dengan mikroprosesor yang sama pada generasi kedua dan ketiga. Register internalnya terdiri dari 208-bit memori baca/tulis yang bisa diakses oleh programmer. Register-register tersebut termasuk dua set enam register serba-guna yang bisa digunakan secara sendiri-sendiri (individual) sebagai register 8-bit atau sebagai pasangan register 16-bit. Sebagai tambahan, ada dua set register lagi, yaitu akumulator dan register bendera (flag). Grup perintah "Exchange" membuat set register utama atau register alternatif bisa diakses oleh programmer. Set alternatif mengijinkan operasi dalam mode nampak-tersembunyi (foreground-background) atau bisa digunakan sebagai cadangan bagi tanggapan interupsi sangat cepat.

CPU Z80 juga tersusun atas sebuah Stack Pointer, Program Counter, dua buah register indeks, sebuah register Refresh (counter), dan sebuah register interupsi.CPU Z80 juga sangat mudah disertakan pada sistem karena hanya memerlukan sumber tegangan tunggal +5V. Semua sinyal output sepenuhnya di-decode dan di-time untuk mengontrol sirkuit memori atau periferal standar. CPU Z80 didukung oleh perluasan keluarga pengontrol periferal.

Ada tiga jenis arsitektur mikroprosesor :

•Arsitektur I/O terisolasi

•Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori

•Arsitektur Harvard

       1. Arsitektur I/O Terisolasi

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi menggunakan disain pengalamatan atau pemetaan I/O terpisah atau terisolasi dengan pengalamatan atau pemetaan memori.Pengalamatan I/O menggunakan sebagian dari jumlah saluran alamat (address buss) sedangkan pengalamatan memori menggunakan semua saluran alamat (address buss).
Metode I/O terisolasi menggunakan akumulator pada CPU untuk menerima informasi dari I/O atau mengeluarkan informasi ke bus I/O selama operasi input output. Tidak ada register lain selain akumulator yang terpakai untuk akses I/O. Metode I/O terisolasi disebut juga dengan I/O akumulator. Konsep ini memiliki pengaruh penting pada program komputer yaitu :

ü  Instruksi yang digunakan hanya dua kode operasi yaitu IN dan OUT.

ü  Informasi/data yang ada pada akumulator harus dialihkan pada suatu lokasi penyimpanan sementara sebelum ada operasi I/O berikutnya.

ü  Perlu ada tambahan instruksi pada program pengalihan data/informasi pada akumulator.

Keuntungan metode I/O terisolasi :

ü  Komputer dapat mengalihkan informasi/data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori.

ü  Alamat atau lokasi memori untuk rangkaian memori bukan untuk operasi I/O.

ü  Lokasi memori tidak terkurangi oleh sel-sel I/O Instruksi I/O lebih pendek sehingga dapat dengan mudah dibedakan dari instruksi memori.

ü  Pengalamatan I/O menjadi lebih pendek dan perangkat keras untuk pengkodean alamat lebih sederhana.

Kerugian metode I/O terisolasi :

ü  Lebih banyak menggunakan penyemat pengendalian pada mikroprosesornya.

ü  Mikroprosesor buatan Intel dan mikroprosesor buatan Zilog menggunakan arsitektur I/O terisolasi..

2.Arsitektur I/O Terpetakan dalam Memori

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori menyatukan sel-sel I/O dalampengalamatan yang bersama dengan sel-sel memori.I/O yang terpetakan dalam memori menunjukkanpenggunaan instruksi tipe memori untuk mengaksesalat-alat I/O.

      I/O yang dipetakan dalam memori memungkinkan CPU menggunakan instruksi yang sama untuk alihseperti yang digunakan untuk alih I/O. Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasimemori. Keuntungan sistem ini adalah instruksi yang dipakai untuk pembacaan dan penulisan memoridapat digunakan untuk memasukkan dan mengeluarkan data pada I/O.

Kerugiannya pertama tiap satu pintu I/O mengurangi satu lokasi memori yang tersedia. Kedua alamat lokasi I/O memerlukan 16 bit saluran. Ketiga instruksi I/O yang dipetakan dalam memori lebih lamadari instruksi I/O terisolasi. 

3.Arsitektur Harvard

Arsitektur Harvard menggunakan disain yang hampir sama dengan arsitektur I/O terisolasi.Perbedaannya pada arsitektur harvard antara memori program dan memori data dipisahkan ataudiisolasi.Pemisahan antara memori program dan memori data menggunakan perintah akses memori yang berbeda.Harvard arsitektur ditinjau dari kemampuan jumlah memori lebih menguntungkan. Kemasan Mikroprosesor.

Ada empat jenis bentuk kemasan mikroprosesor :

            PDIP   :           Pastic Dual Inline Package

PLCC  :           Plastic J-Lieded Chip Carrier

TQFP  :           Plastic Gull Wing Quad Flat Package

SOIC   :           Plastic Gull-wing Small Outline.

Konfigurasi Pin

A₀ – A₁₅. Bus Alamat (keluaran, aktif High, 3-state). A₀ – A₁₅membentuk bus alamat 16-bit. Bus Alamat menyediakan alamat bagi pertukaran bus data memori (sampai 64Kbyte) dan bagi pertukaran divais I/O.

BUSACK#. Pemberitahuan Bus (keluaran, aktif Low). Pemberitahuan Bus menunjukkan pada divais yang meminta bahwa bus alamat CPU, dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD#, dan  WR# telah memasuki keadaan impedansi tinggi (high-impedance). Sirkuit eksternal sekarang bisa mengontrol jalur-jalur tersebut.

BUSREQ#. Permintaan Bus (masukan, aktif Low). Permintaan Bus memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan NMI# dan selalu dikenali di akhir siklus mesin yang sedang berjalan. BUSREQ# memaksa bus alamat CPU, bus data dan sinyal kontrol MREQ#, IORQ#, RD# dan WR# menuju keadaan impedansi tinggi sehingga divais lain bisa mengontrol jalur-jalur tersebut. BUSREQ# normalnya terhubung OR (wired-OR) dan memerlukan satu resistor pullup eksternal bagi aplikasi tersebut. Perluasan periode BUSREQ# karena operasi DMA yang luas bisa menjaga CPU dari penyegaran (refreshing) RAM dinamis yang benar.

D₀ – D₇. Bus Data (masukan/keluaran, aktif High, 3-state). D₀ – D₇membuat sebuah bus data dua arah (bidirectional) 8-bit, yang digunakan untuk pertukaran data dengan memori dan I/O.

HALT#. Keadaan Berhenti (Halt) (output, aktif Low). HALT# menunjukkan bahwa CPU telah mengeksekusi perintah Halt dan sedang menunggu sebuah interupsi non-maskable atau maskable (dengan maskaktif) sebelum operasi bisa dilanjutkan kembali. Ketika terhenti, CPU mengeksekusi NOP untuk menjaga refresh memori.

INT#. Permintaan Interupsi (masukan, aktif Low). Permintaan Interupsi dihasilkan oleh divais I/O. CPU menerima sebuah interupsi di akhir instruksi yang sedang berjalan jika flip-flop pengaktif interupsi terkontrol software internal (IFF) diaktifkan. INT# normalnya dihubung OR dan memerlukan resistor pullup eksternal bagi aplikasi-aplikasi tersebut.

IORQ#. Permintaan Masukan/Keluaran (keluaran, aktif Low, 3-state). IORQ# menunjukkan bahwa setengah bus alamat rendah memegang sebuah alamat I/O yang sah bagi sebuah operasi penulisan atau pembacaan I/O. IORQ# juga dihasilkan secara bersamaan dengan M1# selama sebuah siklus pemberitahuan interupsi untuk menunjukkan bahwa sebuah vektor tanggapan interupsi bisa ditempatkan pada bus data.

M1#. Siklus Mesin (keluaran, aktif Low). M1#, bersama-sama dengan MREQ#, menunjukkan bahwa siklus mesin yang sedang berjalan adalah siklus pengambilan opcode dari sebuah eksekusi instruksi. M1#, bersama-sama dengan IORQ# menunjukkan bahwa siklus pemberitahuan interupsi.

MREQ#. Permintaan Memori (keluaran, aktif Low, 3-state). MREQ# menunjukkan bahwa bus alamat memegang alamat yang sah bagi operasi pembacaan memori atau penulisan memori.

NMI#. Interupsi Non-Maskable (masukan, terpicu ujung negatif). NMI# memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan INT#. NMI# selalu dikenali di akhir instruksi yang sedang berjalan, tak tergantung dari status flipf-flop pengaktif interupsi (interrupt enable flip-flop), dan secara otomatis memaksa CPU untuk memulai kembali pada alamat 0066H.

RD#. Baca (keluaran, aktif Low, 3-state). RD# menunjukkan bahwa CPU ingin membaca data dari memori atau divais I/O. Divais I/O atau memori yang dialamati akan menggunakan sinyal ini untuk menempatkan data ke dalam bus data CPU.

RESET#. Reset (masukan, aktif Low). RESET# mengawali CPU sebagai berikut: me-reset flip-flop pengaktif interupsi, menghapus PC dan register I dan R, men-set status interupsi ke Mode 0. Selama waktu reset, bus alamat dan data berkondisi impendansi tinggi, dan semua sinyal keluaran kontrol menjadi tidak aktif. Catat bahwa RESET# harus aktif minimal selama tiga siklus clock penuh sebelum operasi reset lengkap.

RFSH#. Refresh (keluaran, aktif Low). RFSH#, bersama-sama dengan MREQ# menunjukkan tujuh bit bus alamat sistem terendah bisa digunakan sebagai alamat penyegaran ke memori dinamis sistem.

WAIT#. Tunggu (masukan, aktif Low). WAIT# menunjukkan pada CPU bahwa memori atau divais I/O yang dialamati tidak siap untuk sebuah pengiriman data. CPU selanjutnya memasuki sebuah keadaan tunggu selama sinyal tersebut aktif. Perluasan periode WAIT# bisa menjaga CPU dari penyegaran memori dinamis yang benar.

WR#. Tulis (keluaran, aktif Low, 3-state). WR# menunjukkan bahwa bus data CPU memegang data yang sah untuk disimpan pada lokasi memori atau I/O yang dialamati.

BAB III

PENUTUPAN

A.    Kesimpulan

Microprocessor adalah sebuah komponen rangkaian elektronik terpadu yang terdiri dari rangkaian aritmatik,logik dan kontrol yang diperlukan untuk menjalankan fungsi-fungsi sebuah CPU (Central Processing Unit) dari sebuah komputer digital.Rangkaian elektronika terpadu tersebut dapat menerjemahkan dan menjalankan instruksi dari sebuah program serta menangani operasi aritmatik. Microprocessor dikembangkan pada akhir tahun 1970 sebagai hasil dari teknologi LSI (Large Scale Integration), suatu rangkaian elektronik terpadu yang memungkinkan menggabungkan ribuan transistor, dioda, dan resistor pada sebuah chip silikon sebesar 5 mm persegi.

Internal Data Bus Size adalah Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakanjumlah bit yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor atau suatu lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat
Ekternal Data Bus Size adalah umlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.
Memori ( Memory ) terdiri atas komponen-komponen elektronik yang menyimpan perintah- perintah yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor,data yang diperlukan oleh insruksi (perintah) tersebut dan hasil-hasil dari data yang diproses ( informasi ).
Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja microprocessor.Satuan ini diukur dalam unit juta instruksi per second yang disebut juga sebagai megahertz (MHz).
Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.Fitur-fitur inilah yang membuat sebuah microprocessor sempurna digunakan dalam bentuk apapun.