View
190
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
APLIKASI DEVICE I2C BUS SEBAGAI INTERFACEDENGAN IBM PC-AT DALAM SISTEM
PROGRAMMABLE POWER SUPPLY
Oleh : Hadi Supriyadi
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Dengan perkembangan teknologi yang begitu pesat pada saat ini, jasa komputer
semakin banyak dibutuhkan diberbagai bidang, yang meliputi bidang
instrumentasi, komunikasi, informatika, hiburan, industri, militer, perkantoran,
perbankan, perdagangan, kedokteran, pendidikan, transportasi, dan lain
sebagainya.
Untuk keperluan peralatan tersebut diatas, fungsi komputer saat ini banyak
ditentukan oleh pengembangan teknik interface, selain pengembangan perangkat
lunaknya, sehingga teknik interface merupakan bidang yang penting dalam
perkembangan fungsi mikrokomputer.
Fungsi interface dalam suatu komputer adalah sebagai penterjemah komunikasi
antara komputer dengan peralatan input/output. Dengan suatu interface,
komputer akan mampu berkomunikasi dengan peralatan yang lainnya untuk
saling transfer data. Jadi suatu interface dapat diartikan sebagai suatu acuan yang
akan menjembatani dua set perangkat sehingga mampu saling mengirim
informasi. Perangkat-perangkat tersebut dapat berupa disk drive, cassette player,
printer, modem, radio dan yang lainnya.
Dengan semakin banyaknya jenis komponen dan mengingat pentingnya
perkembangan teknik interface ini, maka direalisasikanlah satu contoh alat
berupa interface yang berfungsi sebagai pengendali dalam sistem Programmable
Power Supply dimana komponen utama yang digunakan dalam teknik interface
ini adalah device I2C bus yang merupakan produksi dari Philips Semiconduktor
Inc.
Salah satu alasan dan dasar pemilihan objek dalam tugas akhir ini adalah :
Makalah Seminar 2
· karena power supply merupakan peralatan yang sangat vital dalam bidang
elektronika dimana berfungsi memberi suplai daya yang dibutuhkan oleh
peralatan elektronika. Selain itu peralatan elektronika pada umumnya
memiliki tegangan catu yang berbeda-beda, sehingga diperlukan suatu
power supply yang bersifat variable, dan untuk mempermudah pengguna
dibuat suatu sistem programmable power supply.
· Rangkaian power supply yang dirancang memenuhi syarat untuk dikendalikan
oleh interface yang direalisasikan sehingga dapat diolah secara langsung oleh
IBM PC-AT.
Proses pengolahan tersebut dibantu dengan suatu perangkat lunak (software)
selain perangkat keras (hardware). Adapun software yang dipakai untuk
mengendalikan interface ini adalah Turbo Pascal 7.0, karena bahasa ini cukup
fleksibel dan memenuhi syarat pembuatan program pengendali untuk sistem ini.
Program ini dapat melakukan fungsi-fungsi yang mirip dengan bahasa low level
(Assembler) tetapi secara high level language.
1.2 Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini adalah mengaplikasikan device I2C bus sebagai
interface dengan IMB PC-AT dalam bentuk perangkat keras berupa antarmuka
dan perangkat lunak pengendali device I2C bus, dimana interface ini berfungsi
sebagai pengendali dalam sistem programmable power supply. dengan harapan
agar teknik interface serta penggunaan device I2C bus tersebut dapat digunakan
dan dikembangkan untuk keperluan lainnya dimasa yang akan datang.
1.3 Pembatasan Masalah
Untuk merealisasikan alat yang telah dikemukakan pada pembahasan latar
belakang dan tujuan tugas akhir ini, maka alat yang dibuat akan dibatasi oleh
beberapa hal seperti dibawah ini:
· Penggunaan device I2C bus dalam hal ini diaplikasikan sebagai interface
dalam sistem Programmable Power Supply yang dihubungkan dan
dikontrol melalui IBM PC-AT. Device yang digunakan pada unit ini adalah
ADC,DAC dan I/O meliputi :
· PCF8574A (Remote 8-Bit I/O Expander For I C2 bus)
· PCF8591 (8-Bit A/D and D/A converter)
Makalah Seminar 3
· TDA8444(Octuple 6-Bit DAC with I2C bus)
· Dalam Sistem Programmable Power Supply ini, rangkaian power supply
termasuk dalam perancangan yang direalisasikan dan bertindak sebagai
objek yang dikendalikan oleh interface, dengan spesifikasi sebagai berikut :
· Power supply yang dirancang berjenis linear.
· Input tegangan referensi max 5V DC dengan resolusi 8 bit.
· Tegangan output : 0..30 V programmable dalam tiga buah range;
0..5 V (1 bit = 19.5 mV)
0..13V (1 bit = 50 mV)
0..30V (1 bit = 98 mV)
Þ Arus output dalam tiga mode; 2A, 0.5A, 50 mA.
Þ Pemilihan range tegangan dan mode arus dilakukan melalui relay.
Þ Dilengkapi dengan rangkaian pengukur tegangan dan pendeteksi arus
beban.
Þ Hasil pengukuran tegangan ditampilkan pada display sevent segment,
sedangkan hasil pengukuran suplai arus beban ditampilkan pada monitor
dan indikator led.
Þ Komunikasi antara komputer dengan interface menggunakan komunikasi
serial yang dihubungkan melalui port paralel dan software yang digunakan
untuk mengendalikan interface adalah Turbo Pascal 7.0.
2. Inter-IC Communications (I 2 C Bus)
I2C bus merupakan singkatan dari Inter-IC Communication, yaitu suatu jenis
komponen produksi Philips Semiconductor. Inc yang dikembangkan untuk
mengurangi sejumlah hubungan antara rangkaian terintegrasi. Hal tersebut
didasari karena dalam kenyataannya sebagian besar beberapa IC memiliki jumlah
pin yang cukup banyak dan membawa informasi yang tidak terlalu membutuhkan
waktu kritikal (time-critical), juga cocok digunakan untuk menyampaikan data
melalui serial bus dengan sedikit koneksi yang kemudian akan dibutuhkan untuk
keperluan High-Speed parallel interface.
Semua IC yang menggunakan jenis komponen ini pada prinsipnya dihubungkan
pada dua jalur kontrol seperti contoh aplikasi pada gambar 2.1. Bus utama
Makalah Seminar 4
menghubungkan dua buah mikrokontroler, memori, gate array, ADC dan LCD
driver.
Gambar 2.1 : Konfigurasi bus I 2C
Walaupun fungsi dan aplikasi komponen tersebut berbeda, semua komponen
jenis I C2 saling kompatibel. Perintah kontrol dan data pada device ini
disampaikan melalui serial bus. Serial bus tersebut terdiri dari dua jalur yaitu;
serial clock line (SCL) dan serial data line (SDA).
Gambar 2.2 : Diagram timing transfer data pada I 2C bus
3. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS
3.1 Perancangan Sistem Programmable Power Supply
Makalah Seminar 5
Sebagaimana telah disebutkan pada bagian pendahuluan, pada tugas akhir ini
dirancang suatu sistem programmable power supply yang dikendalikan oleh unit
pengontrol berupa interface yang dihubungkan melalui IBM PC-AT. Sistem ini
dirancang agar pengguna dapat memilih tegangan dan supply arus output yang
diinginkan. Tegangan output yang dihasilkan terbagi menjadi tiga daerah
tegangan , yaitu; 0..5 Volt, 0..13 Volt dan 0..30 Volt, sedangkan arus output
terbagi menjadi 3 mode arus; 2A ,0.5A dan 50mA. Semua pembagian tersebut
dilakukan oleh relay yang dikendalikan komputer melalui device I2C bus, dimana
device-device tersebut dibuat dalam sebuah PCB sehingga berfungsi sebagai
interface.
Interface ini dihubungkan dengan komputer melalui port paralel. Jalur
komunikasi yang digunakan dalam port ini sebanyak tiga buah ; “Select” (pin
13), “Autofeed” (pin 14) dan “Select in” (pin 17). Komunikasi antara komputer
dan interface menggunakan komunikasi serial (serial link). Jalur pertama (Select)
berfungsi sebagai data input, jalur kedua (Autofeed) berfungsi sebagai data output
dan jalur ketiga (Select in) berfungsi sebagai sinyal clock.
Sistem yang dirancang oleh penulis terdiri atas empat bagian yang terpisah,
pertama berupa interface yang terdiri dari gabungan beberapa buah device I2C
bus, kedua berupa rangkaian power supply sebagai device yang dikontrol,
kemudian rangkaian pendukung berupa rangkaian pengukur tegangan dan
pendeteksi arus beban serta yang terakhir berupa rangkaian untuk tampilan
display seven segment dan indikator led. Untuk lebih jelasnya, sistem
programmable power supply dapat dilihat pada diagram blok dibawah ini
Makalah Seminar 6
Gambar 3.1 : Diagram Blok Sistem Programmable Power Supply
3.2 Cara Kerja Sistem
Cara kerja sistem secara singkat adalah sebagai berikut :
Keluaran DAC berupa sinyal analog yang besarnya sebanding dengan nilai biner
yang diberikan melalui program dihubungkan dengan input referensi power
supply. Rangkaian ‘power’ terdiri atas IC voltage regulator LM723 dimana
tegangan output yang diperoleh sebanding dengan nilai tegangan referensi yang
diberikan oleh DAC setelah dikuatkan oleh penguat. Beberapa potensiometer dan
resistor digunakan untuk mengatur tegangan output dan arus maximum yang
diperlukan.
Untuk mengetahui nilai tegangan keluaran secara langsung, nilai tersebut dapat
dilihat pada display sevent segment dengan prinsip kerjanya adalah sebagai
berikut, tegangan output yang dihasilkan dihubungkan kedalam ADC yang
sebelumnya disesuaikan level tegangannya menggunakan rangkaian pengukur
tegangan untuk diolah oleh komputer. Hasil akhir yang diperoleh ditampilkan
dalam display sevent segment. Rangkaian pendeteksi arus berfungsi untuk
mengetahui suplai arus yang sedang digunakan oleh beban dimana nilai suplai
tersebut ditampilkan dalam monitor dan ditunjukan oleh indikator pula.
Rangkaian buffer diperlukan untuk mencegah efek pembebanan, karena
impedansi input dari komponen ADC yang digunakan adalah rendah. Semua
pemilihan baik tegangan maupun arus output dilakukan melalui perangkat lunak.
4. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK
Makalah Seminar 7
4.1 Garis Besar Perangkat Lunak Sistem
Perancangan perangkat lunak (software) yang digunakan pada sistem ini terbagi
atas dua jenis software. Pertama adalah software yang dibuat untuk mengontrol
hardware sistem yang bersangkutan sesuai dengan fungsinya, terutama untuk
pengaksesan address byte dan control byte dan pengendalian sinyal control, data
dan clock dari line printer, sedangkan software kedua ialah software yang dibuat
untuk bekerja pada PC. Fungsi utama software ini ialah sebagai tampilan serta
untuk menampilkan data yang ada secara cepat dan mudah dimengerti.
Bahasa pemrograman yang digunakan untuk menterjemahkan rancangan program
menjadi susunan atau urutan instruksi pada sistem ini menggunakan bahasa
pemrograman tingkat tinggi Turbo Pascal 7.0.
4.2 Program Utama
Program utama sistem ini terdiri atas beberapa buah prosedure yang berfungsi
sebagai pengendali sistem. Beberapa prosedure yang digunakan adalah :
· Prosedure menu berfungsi untuk menampilkan menu pada layar display
tampilan
· Prosedure Vset berfungsi untuk menset tegangan maksimum
· Prosedure Iset berfungsi untuk menset batas arus maksimum
· Prosedure Clear berfungsi untuk membersihkan layar display tampilan
· Prosedure Reset berfungsi untuk me-reset sistem pada keadaan semula
· Prosedure Edit berfungsi untuk pemilihan range tegangan dan mode arus yang
diinginkan oleh pengguna.
Diagram alir program utama sistem Programmable Power Supply diperlihatkan
pada gambar 4.1 dibawah ini.
Makalah Seminar 8
Edit Program;
#55 -->Tegangan; #56 --> Arus;
'a','A' -->Up_Down5V;
'b','B' -->Up_Down13V;
'c','C' -->Up_Down30V;
#49 -->mode_50mA;
#50 -->mode_500mA;
#51 -->mode_2A;
Start
InitgrpConfiguration
Inkey1:='m','M'
Inkey1:='v','V'
Inkey1:='i','I'
Inkey1:='n','N'
Inkey1:='r','R'
Inkey1:='e','E'
Menu ;
Vset ;
Iset ;
Clear ;
Reset ;
CloseGraph
Inkey1:='x','X';
End
Ya
Tidak
Tidak
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Tidak
Tidak
TidakTidak
Ya
Tidak
Gambar 4.1 : Diagram alir Program Utama
5. PENGUJIAN SISTEM
Pengujian sistem programmable power supply yang telah dilaksanakan adalah
dengan melakukan pengujian terhadap keluaran dari port paralel komputer sesuai
dengan software yang diberikan, interface I2C bus, kemudian dilanjutkan dengan
pengujian terhadap rangkaian power supply dan rangkaian penunjang lainnya serta
pengamatan terhadap perubahan display.
Pengujian ini dimaksudkan agar alat yang telah direalisasikan dapat bekerja sesuai
dengan spesifikasi rancangan yang telah ditetapkan sebelumnya, dan untuk
mengetahui apakah sistem sudah layak untuk digunakan atau belum.
Makalah Seminar 9
Tabel 5.1 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 5 volt.No. VDAC VOpAm p Vo 5V Display
(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 0,44 0,1 3 0,74 1,53 0,79 0,2 4 1,13 2,01 1,29 1,0 5 1,51 2,50 1,82 1,2 6 1,89 3,06 2,33 2,0 7 2,27 3,57 2,74 2,1 8 2,65 4,08 3,22 3,0 9 3,03 4,55 3,65 3,1
10 3,41 5,06 4,08 4,0 11 3,80 5,42 4,45 4,1 12 4,17 5,99 4,97 4,2 13 4,54 6,22 5,00 5,0 14 4,66 6,32 5,29
-
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
1 3 5 7 9 11 13
Pe nguk uran k e -
Vo
lt Output sebenarnya
Display 7-Seg
Gambar 5.1 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 5 volt
Makalah Seminar 10
Tabel 5.2 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 13 volt
No. VDAC VOpAmp Vo 13V Display(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg
1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 0,85 0,2 3 0,74 1,53 1,88 1,2 4 1,13 2,01 3,11 3,0 5 1,51 2,50 4,37 4,0 6 1,89 3,06 5,68 5,1 7 2,27 3,57 6,95 6,2 8 2,65 4,08 8,17 8,0 9 3,03 4,55 9,82 9,2
10 3,41 5,06 10,41 10,1 11 3,80 5,42 11,95 11,2 12 4,17 5,99 13,00 13,0 13 4,54 6,22 13,21 14 4,66 6,32 13,33
-
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
1 3 5 7 9 11 13
Pengukuran ke-
Volt Output sebenarnya
Display 7-Seg
Gambar 5.2 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 13 volt.
Makalah Seminar 11
Tabel 5.3 : Pengukuran sistem tanpa beban untuk range 30 volt
No. VDAC VOpAmp Vo 30V Display(Volt) (Volt) (Volt) 7-Seg
1 - 0,47 - - 2 0,36 0,97 2,24 2,0 3 0,74 1,53 4,67 4,1 4 1,13 2,01 7,52 7,1 5 1,51 2,50 10,45 10,1 6 1,89 3,06 13,44 13,1 7 2,27 3,57 17,53 17,1 8 2,65 4,08 19,17 19,4 9 3,03 4,55 22,80 22,2
10 3,41 5,06 24,30 24,0 11 3,80 5,42 27,47 27,1 12 4,17 5,99 30,00 30,0 13 4,54 6,22 30,36 14 4,66 6,32 30,66
-
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
1 3 5 7 9 11 13
Pengukuran ke-
Volt Output sebenarnya
Display 7-Seg
Gambar 5.3 : Grafik Pengukuran Sistem Tanpa Beban untuk Range 30 volt
Makalah Seminar 12
Tabel 5.4 : Pengukuran sistem dengan beban
Beban Tegangan Arus DayaR=100K (Volt) (mA) (mW)
R 5,20 0,05 0,26 R/R 5,25 0,10 0,52 R/R/R 5,25 0,16 0,84 R/R/R/R 5,25 0,21 1,10 R/R/R/R/R 5,24 0,26 1,36 R 13,43 0,13 1,74 R/R 13,36 0,27 3,60 R/R/R 13,36 0,40 5,33 R/R/R/R 13,26 0,53 7,02 R/R/R/R/R 13,30 0,66 8,77 R 30,20 0,30 9,06 R/R 30,25 0,61 18,45 R/R/R 30,20 0,93 28,08 R/R/R/R 30,20 1,24 37,44 R/R/R/R/R 30,30 1,55 46,96
Tabel 5.5 : Pengukuran beban lebih (over load) atau beban penuh
Mode R (Ohm) Vo ILmax VLmax Ket % RegArus (Volt) (mA) (Volt)
5 Volt50mA 100,80 5,29 12,90 1,28 OL - 0,5A 10,70 5,29 410,00 4,80 FL 10,20 2A 2,90 5,29 1.600,00 4,80 FL 10,20
13 Volt50mA 258,00 13,46 18,30 2,00 OL -
30 Volt0,5A 59,20 30,33 460,00 27,50 FL 10,29 2A 15,60 30,33 70,00 1,80 OL -
Ket : OL = Over LoadFL = Full Load
Tabel 5.6 : Hasil Pengukuran Pendeteksi Arus
Mode Besaran pada V op-amp Indikator ledarus monitor (A) (Volt)50 mA - - hijau
0,5 Amp 0,407 1,23 kuning2 Amp 1,841 4,80 merah
6. KESIMPULAN
Makalah Seminar 13
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, beberapa kesimpulan yang dapat
diperoleh antara lain :
1. Penggunaan device I2C bus dalam sistem ini dapat menekan jumlah hardware
yang digunakan sehingga biaya dapat ditekan pula, mudah dalam
perancangan serta mudah untuk mengoperasikannya.
2. Semua perintah kontrol dan data pada device I2C bus disampaikan melalui serial
bus yang terdiri dari dua jalur komunikasi yaitu; serial clock line (SCL) dan
serial data line (SDA). Perintah tersebut diberikan pada device dengan cara
mengakses address byte, kontrol byte dan data byte.
3. Port paralel yang terdapat pada PC dapat digunakan untuk keperluan
komunikasi serial, dengan cara mengakses register alamat dan memberikan
data pada register tersebut.
4. Untuk mencegah terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan antara komputer
dengan peripheral yang dikontrolnya, maka diperlukan suatu rangkaian
pengisolasi. Rangkaian ini berupa optocoupler.
5. Sistem secara garis besar telah berhasil direalisasikan, tetapi walaupun demikian
dari pengujian yang telah dilaksanakan masih terdapat perbedaan
pengukuran. Hal ini disebabkan karena karakteristik hardware yang
digunakan dan keterbatasan kemampuan pemrograman software pengendali.
6. Perangkat lunak sangat menentukan fungsi dari perangkat keras, sehingga
dengan mengubah perangkat lunak maka fungsi dari sistem dapat diubah
atau dikembangkan menjadi lebih komplek tanpa harus mengubah perangkat
kerasnya .
Recommended