View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
i
TUGAS AKHIR
PENGUKUR TEKANAN DARAH (TENSIMETER)
DIGITAL BERBASIS MIKRO ATMEGA8535
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elekro
Oleh :
YANUARIUS BENNY SUGIYARTO
NIM : O35114O35
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2010
ii
FINAL PROJECT
DIGITAL BLOOD PRESSURE METER
(DIGITAL TENSIMETER)
BASED ON MIKRO ATMEGA8535
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Enginering Study Program
By :
YANUARIUS BENNY SUGIYARTO
NIM : O35114O35
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2010
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
“HIDUP TIDAK AKAN BERJALAN SEPERTI APA
YANG KAMU HARAPKAN TANPA ADANYA DOA
DAN PERJUANGAN”
“RAME ING GAWE SEPI ING PAMRIH”
Skripsi ini kupersembahkan untuk .......
Yesus Kristus Juru Selamatku yang dengan setia membimbingku
Bunda Maria yang selalu mendampingi dan memberiku ketabahan
Bapak dan Ibu yang kuhormati dan kusayangi
Seluruh keluarga besarku yang selalu memberikan dukungan
Almamaterku teknik Elektro Universitas Sanata Dharma
viii
INTISARI
Seseorang yang ingin mengukur tekanan darah untuk mengetahui kesehatannyaharus pergi ke klinik kesehatan ataupun pakar kesehatan. Tensimeter yang digunakanbelum menyertakan teknologi didalamnya, sehingga dari keakurasian pengukuran masihterdapat kesalahan dan hanya pakar kesehatan saja yang dapat melakukan pengukuran.Maka diperlukan suatu tensimeter yang dapat dimonitor siapa saja, dan dapat digunakansehari-hari untuk meminimalisir terjadinya gangguan kesehatan.
Penelitian ini akan meneliti pengukur tekanan darah atau tensimeter digitalberbasis mikrokontroler ATMega8535, dan menggunakan sensor tekanan udara (BPS-Pressure Sensor) sebagai pendeteksi tekanan darah (pengganti stetoskop). DigunakannyaATMega8535 karena mikrokontroler ini mudah didapat dan juga sangat murah dari segibiaya yang dikeluarkann. ADC yang digunakan untuk mengubah tegangan analog ke datadigital sudah berada di dalam mikrokontroler. Besarnya tekanan, baik sistolik maupundiastolik akan ditampilkan oleh penampil LCD 2x16.
Di dalam penelitian ini penampil pengukuran tekanan darah pada LCD 2x16 sudahbekerja dan locking sensor mampu menampilkan data-data yang diinginkan dengan benar.Kesalahan yang terjadi dalam penelitian terletak pada pendeteksian dari lonjakan sistolikmaupun diastolik, dikarenakan rangkaian oscillation signal amplifier tidak bekerja. Untukpenelitian lebih lanjut disarankan agar dalam mendeteksi lonjakan tekanan sistolik maupundiastolik tanpa menggunakan rangkaian oscillation signal amplifier, cukup denganrangkaian penguat sudah dapat terdeteksi lonjakan tekanan sistolik maupun diastolik.
Kata kunci : Tesimeter Digital, Tekanan Darah, ATMega8535, Sensor Tekanan Udara.
ix
ABSTRACT
Anybody/someone who want to measure their blood pressure in order to know their
health must go to a klinik or a health experts. Tensimeter that used is not includes
technology inside it yet, so the measurement accuracy is not good enough and only the
health experts can do the measurement. That is why we need a tensimeter that can be
monitored by anybody anytime in order to minimize the health problems.
This research is researching blood pressure gauge or digital tensimeter based on
atmega8535 microcontroller that use air pressure sensor as the blood pressure detector.
Atmega 8535 microcontroller is used because it is easy to find and cheap. ADC that is used
to change the analog voltage to digital data is already inside the microcontroller. The
magnitude of pressure, both distolik and sitolik will be displayed by LCD 2x16.
In this research, the display of blood pressure measurement on the LCD 2x16 is
already working and the locking sensor is capable of displays the expected data. The error
in this research is in the detection of both sistolik and distolik bump that caused by the
broken oscillation signal amplifier circuit. For the future research, it is recommended that
in the detection of both distolik and sistolik bump, do not use the oscillation signal
amplifier circuit because the bump has already been able to detect with only the amplifier
circuit.
Keyword : Digital Tensimeter, Blood Pressure, ATMega8535, BPS-Pressure Sensor.
x
KATA PENGANTAR
Syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan
karunia-Nya sehingga tugas akhir ini dengan judul “Pengukur Tekanan Darah (Tensimeter)
Digital Berbasis Mikro ATMega8535” ini dapat terselesaikan.
Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa begitu banyak pihak yang
telah memberikan bantuan dan dorongan dengan caranya masing-masing, sehingga tugas
akhir ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih
yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah Bapa di Surga sumber kekuatanku.
2. Kedua orang tua penulis Eustachius Sugiyarto, S.E dan Chatarina Rajilah yang
telah memberikan cinta, kasih sayang, dukungan, doa, kesabaran, dan segala
hal yang tidak ternilai.
3. Adik tersayang penulis Yoanna Rissa, Febri Rentanubun, Edo Rentanubun,
Elsa dan Carel, yang telah dengan setia selalu memberi support kepada penulis
4. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing yang dengan
penuh kesabaran membimbing, memberi saran, dan kritik yang membantu
penulis dalam menyelesaikan tulisan ini.
5. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen penguji saat kolokium yang telah
banyak memberi saran, ide dan juga revisi untuk tugas akhir penulis.
6. Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiayani, M.T., dan ibu Wiwien Widyastuti, S.T., M.T.,
selaku dosen penguji saat pendadaran yang telah memberi revisi untuk tugas
akhir penulis.
7. Seluruh dosen teknik elektro dan laboran yang memberikan ilmu dan
pengetahuan kepada penulis selama perkuliahan.
8. Bruder Frans D. Atmadja, S.Pd.,M.Pd., atas doa dan dukungan moral selama
penyelesaian tugas akhir ini.
9. Felix Bareng Basio selaku Kabag Listrik dan Instrumentasi Medis RS
Elisabeth Semarang, atas bantuannya didalam mencarikan perangkat keras
pengukur tekanan darah.
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ............................................ vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................... vii
INTISARI ...................................................................................................................... viii
ABSTRACT .................................................................................................................. ix
KATA PENGANTAR .................................................................................................. x
DAFTAR ISI ................................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ......................................................................................................... xvii
BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................ 3
1.3. Batasan Masalah ................................................................................. 3
1.4. Metodologi Penelitian .......................................................................... 4
1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................... 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI.......................................... 6
2.1. Dasar Penelitian ................................................................................... 6
2.2. Jantung ................................................................................................. 8
2.3. Tekanan Darah ..................................................................................... 9
2.3.1 Dasar Pengukuran Tekanan Darah .......................................... 10
2.3.2 Tekanan Darah Tinggi (Hipertensi) ......................................... 11
2.3.3 Tekanan Darah Rendah (Hipotensi) ......................................... 11
2.3.4 Tekanan Darah Normal ........................................................... 12
2.4. Stetoskop ............................................................................................. 12
2.5. Sensor Tekanan Udara (BPS-Pressure Sensor) .................................... 13
xiii
2.6. Regulator Tegangan ............................................................................. 15
2.6.1 Regulasi Tegangan dengan Regulasi IC .................................. 16
2.7. Mikrokontroler AVR ATMega8535 .................................................... 17
2.7.1 Port I/O (Input/Output) ............................................................ 19
2.7.2 ADC (Analog Digital Converter) ............................................ 19
2.8. Penguat Operasi (OP-Amp) ................................................................. 21
2.9. Intrumentation Amplifier ..................................................................... 22
2.10. Differential Amplifier (Penguat Beda) ................................................ 23
2.11. Oscilattion Signal Amplifier ................................................................ 24
2.12. Rangkaian Penguat .............................................................................. 25
2.13. Rangakaian Pembagi Tegangan ........................................................... 25
2.14. LED (Light Emitting Diode) ................................................................ 27
2.15. LCD (Liquid Crystal Dysplay) ............................................................ 28
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN..................................................................... 30
3.1. Diagram Blok Perancangan ................................................................. 31
3.2. Perancangan Perangkat Keras ............................................................. 33
2.3.1 Rangkaian Regulator Tegangan ............................................... 34
2.3.2 Rangkaian Sensor (BPS-Pressure sensor) ................................ 34
2.3.3 Instumentstion Amplifier ......................................................... 35
2.3.4 Oscilattion Signal Amplifier..................................................... 37
2.3.5 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535 ............................... 38
2.3.5.1 Rangkaian Osilator ..................................................... 38
2.4.5.1 Rangkaian Reset ......................................................... 38
2.3.6 Rangkaian Penampil ................................................................ 39
2.3.7 LED (Light Emitting Diode) .................................................... 41
2.3.8 Buzzer ...................................................................................... 41
2.3.9 Rangkaian Lengkap ................................................................. 42
3.3. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................. 43
3.3.1 Program Utama ........................................................................ 43
3.3.2 Routine Baca Nilai Tekanan .................................................... 44
3.4. Penggunaan Pin pada Mikrokontroler ................................................. 47
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 49
4.1. Cara Kerja Tensimeter Digital berbasis Mikro ATMega8535 ............ 49
xiv
4.2. Pengamatan Tensimeter Digital berbasis Mikro ATMega8535 .......... 50
4.2.1 Pengujian Rangkaian Tegulator Tegangan .............................. 50
4.2.2 Pengujian Rangkaian Penurun Tegangan 3 Volt ..................... 51
4.2.3 Pengujian Rangkaian Sensor ................................................... 51
4.2.4 Pengujian Rangkaian Instrumentation Amplifier .................... 52
4.2.5 Pengujian Mikrokontroler ATMega 8535 ................................ 54
4.2.6 Pengujian LCD ........................................................................ 55
4.2.7 Pengujian Sinyal Sistolik dan Diastolik .................................. 56
4.2.8 Pengujian Tampilan Tekanan Darah pada LCD ...................... 58
4.3. Analisa ................................................................................................ 60
4.3.1 Rangkaian Regulator 5 Volt .................................................... 60
4.3.2 Rangkaian Penurun Tegangan
3 Volt dan Rangkaian Sensor .................................................. 61
4.3.3 Instrumentation Amplifier ....................................................... 64
4.3.4 Osilation Signal Amplifier ....................................................... 66
4.3.5 Sistolik dan Diastolik ............................................................... 67
4.3.6 Sub Routine Baca ADC dan Nilai Skala Pengali ADC ........... 68
4.3.7 Perangkat Lunak ...................................................................... 71
4.3.7.1. Inisialisasi ................................................................... 72
4.3.7.2. Tampilan Awal ........................................................... 73
4.3.7.3. Baca Nilai Tekanan .................................................... 74
4.3.7.4. Tampilan Nilai Tekanan pada LCD ............................ 74
4.3.7.5. Baca Lonjakan Tekanan ............................................. 75
4.3.7.6. Tampilan Sistolik dan Diastolik ................................. 76
4.3.7.7. Indikator LED ............................................................. 77
4.3.7.8. Indicator Buzzer ......................................................... 78
4.3.8 Analisa Perangkat Lunak ......................................................... 78
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................... 80
4.1. Kesimpulan .......................................................................................... 80
4.2. Saran .................................................................................................... 80
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 82
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Grafik tekanan saat pemompaan hingga pelepasan udara [14] ............... 7
Gambar 2.2. Pembesaran nilai osilasi dari nilai tekanan [14]...................................... 8
Gambar 2.3. Struktur Esterior Jantung......................................................................... 9
Gambar 2.4. Bentuk tensimeter (sphygmomanometer) [12] ....................................... 10
Gambar 2.5. Chestpiece dari Stetoskop ....................................................................... 13
Gambar 2.6. IC sensor tekanan udara (BPS-Pressure 030) [17] ................................. 14
Gambar 2.7. Prinsip Regulasi Tegangan .................................................................... 16
Gambar 2.8. Rangkaian regulasi tegangan dengan IC 78xx [6]. ................................ 17
Gambar 2.9. Konfigurasi pin ATMega8535 [18]......................................................... 18
Gambar 2.10. Register ADMUX ................................................................................... 20
Gambar 2.11. Format Data ADC dengan ADLAR=0 .................................................... 21
Gambar 2.12. Format Data ADC dengan ADLAR=1 .................................................... 21
Gambar 2.13. Simbol Penguat Operasional (Op-Amp) ................................................. 22
Gambar 2.14. Instrumentation Amplifier Circuit [7]. .................................................... 23
Gambar 2.15. Differential Amplifier Circuit [10]. ........................................................ 24
Gambar 2.16. Oscillation Signal Amplifier [14] ........................................................... 24
Gambar 2.17. Rangkaian Penguat Non-inverting .......................................................... 25
Gambar 2.18. Rangkaian Pembagi Tegangan ............................................................... 26
Gambar 2.19. Rangkaian LED [2] ................................................................................. 27
Gambar 2.20. Bentuk LCD 2 x 16 karakter ................................................................... 28
Gambar 2.21. Bagian LCD 2 x 16 karakter [16] ........................................................... 28
Gambar 3.1. Perancangan struktur mekanis “Tensimeter Digital” ............................. 30
Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Tensimeter Digital ..................................... 31
Gambar 3.3. Rangkaian Regulator Tegangan dengan IC 7805 ................................... 33
Gambar 3.4. Perancangan Rangkaian Sensor .............................................................. 34
Gambar 3.5. Perancangan Rangkaian Instrumentation Amplifier [3] ......................... 35
Gambar 3.6. Perancangan Rangkaian Signal Oscillation [3] ...................................... 37
Gambar 3.7. Perancangan Rangkaian Osilator ATMega8535 .................................... 38
Gambar 3.8. Perancangan Rangkaian Reset ATMega8535 ......................................... 38
xvi
Halaman
Gambar 3.9. Perancangan Rangkaian LCD ................................................................. 40
Gambar 3.10. Perancangan Penampilan LCD Proses Pertama ..................................... 40
Gambar 3.11. Perancangan Penampilan LCD Proses Kedua ........................................ 40
Gambar 3.12. Perancangan Rangkaian LED ................................................................. 41
Gambar 3.13. Perancangan Rangkaian Buzzer .............................................................. 42
Gambar 3.14. Perancangan Rangkaian Lengkap Pengukur Tekanan Darah ................. 42
Gambar 3.15. Perancangan Diagram Alir Pengukur
Tekanan Darah Digital Keseluruhan ...................................................... 43
Gambar 3.16. Perancangan Routine Baca Nilai Tekanan ............................................. 47
Gambar 4.1. Mekanik dari tensimeter digital berbasis mikro ATMega8535 .............. 49
Gambar 4.2. Pengujian regulator tegangan ................................................................. 51
Gambar 4.3. Pengujian mikrokontroler ATMega 8535 ............................................... 55
Gambar 4.4. Hasil pengujian LCD .............................................................................. 55
Gambar 4.5. Proses pembacaan sinyal antara 250 mmHg hingga 0 mmHg ............... 57
Gambar 4.6. Lonjakan tekanan sistolik dan diastolik .................................................. 57
Gambar 4.7. Sinyal yang terbaca pada rangkaian osilasi ............................................ 58
Gambar 4.8. Tampilan Alat Ukur saat tekanan sebesar 0 mmHg ............................... 58
Gambar 4.9. Tampilan LCD saat tekanan sebesar 0 mmHg ....................................... 59
Gambar 4.10. Rangkaian regulator tegangan 5 volt dengan IC 7805 ........................... 60
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Level Tekanan Darah Dewasa (usia >18 tahun) ..................................... 12
Tabel 2.2. Karakteristik Sensor Tekanan Udara
(BPS-Pressure Sensor 030) [17]............................................................. 15
Tabel 2.3. Jenis IC dan keluaran tegangan [7] ......................................................... 17
Tabel 2.4. Konfigurasi Pengaturan Port I/O pada ATMega8535 ............................ 19
Tabel 2.5. Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC ........................................... 21
Tabel 3.1. Range tegangan output setelah penguatan .............................................. 36
Tabel 3.2. Koneksi Antara Modul LCD dengan Mikrokontroler ............................ 39
Tabel 3.3. Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali ............................................. 34
Tabel 3.3. (Lanjutan) Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali ........................... 45
Tabel 3.3. Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan ....................................... 46
Tabel 4.1. Range tegangan keluaran sensor ............................................................. 51
Tabel 4.1. (Lanjutan) Range tegangan keluaran sensor ........................................... 52
Tabel 4.2. Range tegangan output setelah penguatan .............................................. 52
Tabel 4.2. (Lanjutan) Range tegangan output setelah penguatan ............................ 53
Tabel 4.3. Tampilan Tekanan Darah pada Alat Ukur dan Tampilan pada LCD ...... 59
Tabel 4.4. Tegangan keluaran regulator tegangan ................................................... 61
Tabel 4.5. Error pada rangkaian penurun tegangan 3 volt ....................................... 61
Tabel 4.6. Tegangan keluaran sensor saat perancangan dan pengujian .................. 62
Tabel 4.7. Pergeseran tegangan keluaran sensor ..................................................... 63
Tabel 4.7. (Lanjutan) Pergeseran tegangan keluaran sensor ................................... 64
Tabel 4.8. Perbandingan Penguatan Antara Perancangan
dengan Pengujian .................................................................................... 64
Tabel 4.8. (Lanjutan) Perbandingan Penguatan Antara Perancangan
dengan Pengujian .................................................................................... 65
Tabel 4.9. Error pada rangkaian oscillation signal amplifier .................................. 67
Tabel 4.10. Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali ............................................. 69
Tabel 4.11. Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan ....................................... 70
Tabel 4.11. (Lanjutan) Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan ..................... 71
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Dalam era globalisasi ini perkembangan dalam dunia elekronika begitu pesat,
misalnya dalam bidang kesehatan. Saat ini telah banyak alat-alat kesehatan baru yang
membuat manusia dapat dengan mudah mengetahui kondisi kesehatan mereka kapanpun
dan di manapun, misalnya dengan menggunakan tensimeter untuk mengecek keadaan
tekanan darah ataupun thermometer untuk mengukur suhu tubuh.
Dengan semakin majunya teknologi di era globalisasi sudah selayaknya apabila
saat ini telah berkembang alat-alat yang lebih canggih dan lebih praktis dengan biaya yang
relatif murah. Sebagai contoh pada peralatan kesehatan, saat ini telah diciptakan sebuah
alat pendeteksi tekanan darah yang biasa dikenal dengan nama tensimeter yang sudah
menggunakan sistem digital.
Tetapi karena mahalnya peralatan tersebut, maka hanya rumah sakit, klinik-klinik
besar, serta orang-orang dengan taraf hidup tinggi yang sangat peduli dengan kesehatannya
yang memiliki peralatan ini. Oleh kerena itu seseorang yang ingin mengetahui kondisi
kesehatan khususnya kadar tekanan darah dilakukan dengan pergi ke pakar kesehatan,
klinik-klinik kesehatan ataupun rumah sakit.
Tensimeter yang lazim digunakan di rumah sakit atau klinik-klinik kesehatan masih
berupa tensimeter analog dan cara kerjanya masih secara manual, yaitu masih
menggunakan jarum / air raksa sebagai pengukur nilai tekanan darah dan stetoskop untuk
mengetahui tekanan atau detak pertama (sistolik) dan detak kedua saat mulai melemah /
menghilang (diastolik). Biasanya hanya dokter, bidan, perawat, atau pakar kesehatan saja
yang dapat mengukur nilai tekanan darah menggunakan tensimeter ini. Pengukuran yang
dilakukan juga masih secara manual dan belum menyertakan teknologi elektronik di
dalamnya, sehingga dari segi kepresisian tensimeter ini belum sempurna, yaitu masih
sering terdapat kesalahan dari pembacaan skala.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka diperlukan suatu alat untuk
mengecek tekanan darah yang dapat dimonitor, dijalankan dengan mudah oleh setiap
pengguna, dan meminimalisir kesalahan yang terjadi dalam penggunaannya tanpa
mengesampingkan segi biaya yang dikeluarkan. Tipe penggunaan alat yang diperlukan
1
2
adalah tipe penggunaan sehari-hari, dimana permasalahan akan terkena hipertensi dapat
terjadi kapan saja, dan dimana saja dapat segera diketahui dan segera diatasi.
Dari permasalahan yang ada tersebut, maka diperlukan suatu solusi baru agar
seseorang yang ingin mengetahui tekanan darahnya tidak perlu pergi ke klinik kesehatan
atau rumah sakit. Dengan memanfaatkan komponen-komponen yang murah dan mudah
ditemukan seperti di pasaran, maka penulis mengambil tugas akhir ”Pengukur Tekanan
Darah (Tensimeter) Digital berbasis Mikro ATMega8535”.
Tensimeter digital yang akan dibuat menggunakan mikrokontroler ATMega8535.
Mikrokontroler ATMega 8535 merupakan generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc
processor) yang memiliki kapabilitas yang sangat maju, dengan biaya ekonomi yang cukup
minimal. Digunakannya ATMega8535 dikarenakan mikrokontroler ini mudah didapat dan
murah dari segi biaya yang dikeluarkan. Selain itu ATMega8535 memiliki fasilitas yang
lengkap yang dapat menunjang penulis dalam pembuatan tensimeter digital berbasis mikro
ATMega8535.
Kontruksi tensimeter digital yang akan dibuat mirip dengan tensimeter pada
umumnya, yaitu menggunakan kantong karet terbungkus kain (cuff), pompa udara, dan
sumbat udara. Pengukuran tekanan darah dilakukan saat bunyi pertama (sistolik) dan saat
bunyi mulai menghilang (diastolik) seiring dengan mulai dikuranginya tekanan udara.
Perbedaan dari perangkat yang akan dibuat dengan tensimeter pada umumnya adalah
sistem penampil nilai pengukuran, dan digunakannya sensor tekanan udara (BPS-Pressure
sensor) sebagai pengganti dari stetoskop.
Secara garis besar data masukan / input dari nilai tekanan darah yang semula masih
dalam bentuk analog dibandingkan dengan skala yang ada diubah menjadi bentuk digital
agar dapat diolah oleh mikrokontroler. Data keluaran dari mikrokontroler yang berupa nilai
tekanan darah sistolik maupun diastolik ditampilkan melalui LCD (Liquid Crystal
Display).
Dari uraian tersebut, permasalahan yang ada di dalam penelitian ini dapat
dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana membuat perangkat keras untuk tensimeter digital?
2. Bagaimana membuat program agar perangkat keras berjalan dengan baik?
3. Bagaimana respon sensor pada pendeteksian tekanan darah?
4. Bagaiman menulis atau menampilkan data ke LCD.
3
5. Bagaimana mengkonversi sinyal analog ke digital dengan mikrokontroler
ATmega8535?
6. Bagaimana mikrokontroler ATMega8535 difungsikan sebagai pengendali dari
semua rangkaian dari sistem tensimeter digital?
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam perancangan ini adalah dapat membuat perangkat
keras dan perangkat lunak yang berfungsi untuk mengimplementasikan suatu pengukur
tekanan darah seseorang berbasis mikrokontroler ATMega 8535 yang mudah, aman dari
segi penggunaan serta murah dari segi biaya.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Bagi orang lain (pengguna), dengan alat ini secara tidak langsung seseorang
dapat mengetahui kondisi kesehatannya, sehingga apabila kondisi kesehatan
menurun dapat segera mengambil tindakan yang diperlukan tanpa harus
pergi ke klinik kesehatan ataupun pakar kesehatan yang ada, sehingga
menghemat biaya yang dikeluarkan.
2. Sebagai referensi yang mendukung penelitian selanjutnya berkaitan dengan
aplikasi sensor dan mikrokontroler.
1.3. Batasan Masalah
Agar tidak terjadi perluasan dalam pembahasan laporan tugas akhir, maka
diperlukan adanya pembatasan masalah. Adapun pembatasan masalah tersebut adalah
sebagai berikut :
1. Proses pengujian yang dilakukan hanya pada nilai tekanan darah.
2. Menggunakan sensor tekanan udara (BPS-Pressure sensor).
3. Catu daya yang digunakan adalah sebesar 9 volt, agar praktis dalam
penggunaannya, sehingga tidak membutuhkan supply dari PLN.
4. Mikrokontroler yang digunakan menggunakan Mikrokontroler AVR
ATmega8535.
5. Waktu penggunan / lifetime , dari alat yang akan dibuat tergantung dari
pengguna. Karena alat ini menggunakan batteri, maka harus diganti saat kinerja
alat semakin melemah.
4
6. Data / hasil pengukuran tekanan darah yang didapat akan ditampilkan melalui
LCD.
1.4. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang dilakukan penulis terdiri dari beberapa metodologi,
diantaranya adalah :
1. Mencari informasi dan mempelajari literatur tentang permasalahan yang ada,
cara kerja dan sekaligus cara-cara merencanakan dalam membuat peralatan
tersebut.
2. Penelitian karakter dari sensor tekanan udara (BPS-Pressure sensor).
3. Merancang serta menguji rangkaian sensor tekanan udara (BPS-Pressure
sensor).
4. Perancangan perangkat keras meliputi rangkaian sensor, rangkaian
mikrokontroler, peletakan sensor, dan lain sebagainya.
5. Perancangan perangkat lunak yang meliputi pembacaan sensor, sistem , dan lain
sebagainya.
6. Pengujian dan pengambilan data percobaan dari kinerja sistem secara
keseluruhan, yaitu dengan membandingkan data / hasil pengukuran nilai
tekanan darah dari alat yang akan dibuat oleh penulis dengan data / hasil
pengukuran nilai tekanan darah yang dilakukan oleh pakar kesehatan yang ada
didaerah sekitar penulis.
7. Menganalisa hasil pengujian dan membuat kesimpulan.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan terdiri dari empat bab, disusun sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang yang mendasari topik dari
penelitian ini, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah,
metodologi penelitian, serta sistematika penulisan.
BAB II. DASAR TEORI
Pada bagian dasar teori ini memuat teori – teori yang berhubungan
dengan penelitian atau ulasan – ulasan bidang sejenis sebelumnya.
5
Selain itu juga memuat dasar teori mengenai aplikasi dasar komponen
atau piranti yang akan digunakan. Dasar teori yang dimaksud adalah
dasar teori tentang, jantung dan tekanan darah, pengukuran tekanan
darah baik itu sistolik maupun diastolik, sensor tekanan udara (BPS-
Pressure sensor 030), mikrokontroler AVR ATMega8535, dan semua
hal yang terkait didalam penelitian.
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas tentang proses pembuatan ”Tensimeter
Digital Berbasis Mikro ATMega8535” baik dari segi perangkat keras
(hardware) maupun perangkat lunak (software), serta bagian-bagian
yang terlibat dalam sistem, dan cara mengimplementasikan dari setiap
bagian tersebut.
BAB IV. RENCANA DAN JADWAL KEGIATAN
Bab ini berisi jadwal kegiatan perakitan alat hingga pembuatan laporan
hasil pengujian alat.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas tentang teori-teori atau hal-hal yang mendukung dalam
perancangan serta pembuatan dari alat pendeteksi tekanan darah berbasis mikrokontroler
ATMega8535.
2.1. Dasar Penelitian
Perkembangan teknologi elektronika khususnya digital dan otomatis dibidang
kesehatan saat ini sangat pesat, dimana setiap penggunaan alat dengan metode ini memiliki
keakuratan yang cukup tinggi jika dibandingkan ketika masih menggunakan alat dengan
metode lama yang kebanyakan dalam pengoperasiannya masih manual dan masih belum
menyertakan teknologi elektronik didalamnya sehingga masih banyak terdapat kesalahan
baik dari alat maupun human eror.
Dengan semakin pesatnya teknologi elektronik dibidang kesehatan, sudah banyak
diciptakan alat-alat kesehatan yang sangat bermanfaat bagi manusia. Namun seperti kita
ketahui untuk mendapatkan alat-alat kesehatan dengan kualitas yang baik, harga dari alat-
alat tersebut masih terlalu mahal untuk dijangkau oleh konsumen dengan taraf kehidupan
yang relatif rendah. Sebagai contoh tensimeter digital, alat ini sudah ada di pasaran tetapi
harga yang ditawarkan kepada konsumen relatif tinggi. Permasalahan akan timbul apabila
alat tersebut rusak, dan penggantian komponen yang cukup sulit didapat dipasaran karena
harga komponen yang ditawarkan relatif mahal.
Untuk mengatasi berbagai permasalahan diatas, maka diperlukan suatu solusi baru
yaitu membuat suatu tensimeter digital dengan memanfaatkan komponen-komponen yang
murah serta mudah ditemukan dipasaran tetapi mempunyai kualitas yang baik. Untuk itu
penulis mengambil tugas akhir dengan judul “Tensimeter Digital Berbasis Mikrokontroler
AVR ATMega8535” dimana komponen-komponen yang diperlukan dalam pembuatan alat
ini murah dan mudah didapat.
Untuk membuat alat pembaca/pengukur tekanan darah (Sphygmomanometer
digital) atau yang biasa dikenal dengan nama tensimeter digital diperlukan sebuah pompa,
sumbat udara yang dapat diputar, kantong karet yang dibungkus kain, serta pembaca
tekanan. Konsep dasar dari alat ini sama seperti dengan tensimeter analog/manual pada
umumnya yaitu pertama kali adalah memasang kantong karet yang terbungkus kain/manset
6
7
(cuff) pada lengan atas, kemudian manset dikembangkan dengan cara memompakan udara
kedalamnya hingga mencapai batas tekanan yang ditentukan oleh perancang. Kemudian
sensor tekanan dengan sendirinya akan mengeksekusi harga tekanan yang terukur pada saat
itu juga yang kemudian ditampilkan ke LCD. Kantong karet yang membesar akan menekan
pembuluh darah lengan (Brachial Arthery) hingga aliran darah terhenti sementara. Udara
kemudian dikeluarkan secara perlahan dengan memutar sumbat udara [14].
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan saat udara dalam kantong karet
diturunkan, yaitu nilai tekanan yang terukur, kedua denyut yang dihasilkan jantung akibat
tekanan ketika jantung memompa darah (berkontraksi) dan tekanan ketika jantung dalam
fase istirahat. Sinyal-sinyal yang terjadi pada saat jantung mengalami kondisi tersebut
dideteksi dengan rangkaian Oscillation Signal Amplifier, sehingga dihasilkan pulsa logika
satu (high) dan pulsa logika rendah (low) [14 ].
Pulsa-pulsa inilah yang akan digunakan sebagai input bagi mikrokontroler untuk
menentukan tekanan sistolik dan diastolik. Kemudian tekanan sistolik dan diastolik tersebut
akan ditampilkan oleh mikrokontroler ke layar tampilan (LCD). Gambar 2.1 menunjukkan
grafik tegangan keluaran sensor saat dilakukan pemompaan dan pelepasan tekanan udara,
dalam kotak terputus tersebut menunjukkan terjadinya tekanan sistolik maupun diastolik.
Gambar 2.1. Grafik tekanan saat pemompaan hingga pelepasan udara [14]
Pembesaran dari kotak terputus yang berupa nilai tekanan sistolik maupun nilai
diastolik terlihat dalam Gambar 2.2.
8
Gambar 2.2. Pembesaran nilai osilasi dari nilai tekanan [14]
2.2. Jantung
Jantung merupakan sebuah organ yang terdiri dari berbagai macam otot. Otot
jantung merupakan jaringan dengan bentuk dan susunannya menyerupai jaringan otot serat
lintang, namun memiliki cara kerja menyerupai otot polos yaitu bekerja di luar kemauan
manusia (dipengaruhi saraf otonom). Jantung berfungsi untuk mengalirkan darah ke
seluruh tubuh. Gambar 2.3 merupakan bagian-bagian yang ada pada jantung manusia.
Gambar 2.3. Struktur Esterior Jantung
Dalam menjalankan fungsinya, jantung dapat mengembang dan menguncup
disebabkan karena rangsangan yang berasal dari saraf otonom. Rangsangan ini diterima
9
oleh jantung pada simpul yang terdapat pada atrium dekstra dekat jalur masuknya vena
cava yang disebut nodus sino atrial. Rangsangan kemudian akan diteruskan ke dinding
atrium dan juga ke bagian septum kordis oleh nodus atrio ventricular. Dari nodus atrio
ventricular ini rangsangan akan melalui annulus fibrosus dan akan terhenti sekitar 0.1
detik. Selanjutnya rangsangan tersebut akan diteruskan ke bagian apeks kordis dan melalui
berkas purkinje disebarkan ke seluruh dinding ventrikel sehingga jantung dapat
berkontraksi.
Dalam kerjanya jantung memiliki tiga periode yaitu:
a. Periode kontraksi/sistolik (periode sistole), yaitu keadaan di mana jantung pada
bagian ventrikel menguncup.
b. Periode dilatasi/diastolik (periode diastole), yaitu keadaan di mana jantung
mengembang.
c. Periode istirahat, yaitu waktu antara periode kontraksi dan dilatasi di mana
jantung berhenti sekitar 0.1 detik.
Kerja jantung dapat diketahui dengan cara memeriksa perjalanan darah dalam
arteri, karena pada dasarnya dinding arteri akan mengembang jika didalamnya terdapat
aliran darah. Gelombang darah ini menimbulkan denyutan pada arteri. Kuncup denyutan
arteri tersebut disebut denyut nadi atau pulse [1].
2.3. Tekanan Darah
Tekanan darah adalah tekanan yang diberikan oleh darah terhadap dinding
pembuluh darah arteri. Tekanan itu diukur dalam satuan millimeter mercury (mmHg) dan
direkam dalam dua angka tekanan, tekanan sistolik (saat jantung berdetak) dan tekanan
diastolik (saat jantung relaksasi). Dengan setiap denyut jantung, darah dipompa keluar dari
jantung ke dalam pembuluh darah, yang membawa darah ke seluruh tubuh. Tekanan darah
merupakan ukuran tekanan atau gaya di dalam arteri dengan setiap denyut jantung [8].
Tekanan darah sistolik (nilai pertama) adalah jumlah tekanan terhadap dinding
arteri setiap waktu jantung berkontraksi atau menekan darah keluar dari jantung. Tekanan
darah diastolik (nilai kedua) adalah jumlah tekanan di dalam arteri sewaktu jantung
beristirahat, dan di antara denyut jantung. Pencatatan tekanan darah pada manusia tidak
selalu sama. Sebagai contoh sewaktu sedang berolahraga atau merasa gembira, tekanan
darah manusia akan naik. Jika sedang beristirahat, maka tekanan darah pada manusia akan
lebih rendah. Ini merupakan reaksi normal terhadap perubahan dalam aktivitas atau emosi.
10
Usia, obat-obatan, dan perubahan posisi juga dapat mempengaruhi tekanan darah. Tekanan
darah yang normal bagi mereka yang tidak meminum obat tekanan darah seharusnya
kurang dari 120/80 [9].
2.3.1. Dasar Pengukuran Tekanan Darah
Tekanan darah umumnya diukur dengan alat yang disebut sphygmomanometer.
Sphygmomanometer terdiri dari sebuah pompa, sebuah pengukur tekanan, dan sebuah
manset dari karet. Alat ini mengukur tekanan darah dalam unit yang disebut millimeter
mercury/milimeter air raksa (mmHg). Gambar 2.4 merupakan bentuk mekanik dari dua
buah tensimeter yang sering digunakan pengukur pada umumnya.
Gambar 2.4. Bentuk tensimeter (sphygmomanometer) [12]
Cara pengukuran tekanan darah menggunakan tensimeter (Spygmanometer) adalah
seperti berikut, manset ditaruh mengelilingi lengan atas, dan dipompa dengan sebuah
pompa udara sampai dengan suatu tekanan yang menghalangi aliran darah di arteri utama
(brachial artery) yang berjalan melalui lengan. Lengan kemudian di taruh disamping
badan pada ketinggian dari jantung, dan tekanan dari manset pada lengan dilepaskan secara
berangsur-angsur [10].
Ketika tekanan didalam manset berkurang, pengukur mendengar dengan stetoskop
melalui arteri pada bagian depan dari sikut. Tekanan di mana pengukur pertama kali
mendengar denyutan dari arteri adalah tekanan sistolik (nilai yang diatas). Ketika tekanan
manset berkurang lebih jauh, tekanan pada mana denyutan akhirnya berhenti adalah
tekanan diastolik (nilai yang dibawah) [10].
11
Dari perbandingan nilai tekanan darah antara tekanan darah batas atas (sistolik) dan
tekanan darah bawah (diastolik) tersebut, maka dapat diketahui bahwa seseorang
mempunyai tekanan darah tinggi (hipertensi), tekanan darah rendah (hipotensi), ataupun
tekanan darah normal.
2.3.2. Tekanan Darah Tinggi (Hipertensi)
Tekanan darah naik turun sepanjang hari. Tetapi, ketika tekanan darah terus naik
dalam masa tertentu, inilah yang disebut dengan tekanan darah tinggi (hipertensi). Tekanan
darah tinggi (hipertensi) adalah suatu keadaan dimana tekanan darah lebih tinggi dari batas
tekanan normal. Tekanan darah tinggi berada pada 140mmHg atau lebih untuk sistolik, dan
90 atau lebih untuk diastolik [8]
Tekanan darah tinggi berbahaya karena membuat jantung bekerja terlalu keras, dan
tekanan yang kuat dari aliran darah dapat melukai pembuluh darah arteri, dan organ-organ
seperti jantung, ginjal, otak, dan mata. Tekanan darah tinggi seringkali tidak menunjukkan
tanda atau gejala. Ketika tekanan darah tinggi terjadi, biasanya akan berlangsung seumur
hidup. Jika tidak dikontrol, dapat menyebabkan penyakit jantung dan ginjal, stroke, dan
kebutaan .
2.3.3. Tekanan Darah Rendah (Hipotensi)
Tekanan darah rendah (Hipotensi) adalah suatu keadaan dimana tekanan darah
lebih rendah dari 90/60 mmhg atau tekanan darah cukup rendah sehingga menyebabkan
gejala-gejala seperti pusing dan pingsan. Sebenarnya tubuh mempunyai mekanisme untuk
menstabilkan tekanan darah, kestabilan tekanan darah ini penting, sebab tekanan harus
cukup tinggi untuk mengantarkan oksigen dan zat makanan ke seluruh sel di tubuh dan
membuang limbah yang dihasilkan [8].
Penyebab terjadinya hipotensi dapat dikelompokan menjadi tiga yaitu :
a. Curah jantung berkurang, penyebabnya irama jantung abnormal, kerusakan
atau kelainan fungsi otot jantung, penyakit katup jantung, emboli pulmoner.
b. Volume darah berkurang, penyebabnya perdarahan hebat, diare, keringat
berlebihan, berkemih berlebihan.
c. Meningkatnya kapasitas pembuluh darah, penyebabnya syok septik,
pemaparan oleh panas, diare, obat-obat vasodilator (nitrat, penghambat
kalsium, penghambat ACE).
12
2.3.4. Tekanan Darah Normal
Tekanan darah normal adalah tekanan darah yang berkisar kurang dari 120 mmHg
untuk systolic dan kurang dari 80 mmHg untuk diastolic (bagi dewasa, usia 18 tahun dan
lebih, serta tidak sedang dalam pengobatan tekanan darah tinggi, dan tidak menderita
penyakit serius dalam waktu dekat) [8].
Sebetulnya batas antara tekanan darah normal dan tekanan darah tinggi tidaklah
jelas, sehingga klasifikasi hipertensi dibuat berdasarkan tingkat tingginya tekanan darah
yang mengakibatkan peningkatan resiko penyakit jantung dan pembuluh darah. Menurut
WHO, di dalam guidelines terakhir tahun 1999, batas tekanan darah yang masih dianggap
normal adalah kurang dari 130/85 mmHg, sedangkan bila lebih dari 140/90 mmHg
dinyatakan sebagai hipertensi dan di antara nilai tersebut dianggap sebagai tekanan darah
normal dan tekanan darah tinggi (batasan tersebut diperuntukkan bagi individu dewasa
diatas 18 tahun) [8]. Tabel 2.1 merupakan tabel dari level tekanan darah pada orang dewasa
[11].
Tabel 2.1. Level Tekanan Darah Dewasa (usia >18 tahun)
KategoriSistolik
(mmHg)
Diastolik
(mmHg)
Normal <120 <80
Prehipertensi 120 – 139 80 - 89
Hipertensi ≥140 ≥90
Hipotensi ≤90 ≤60
2.4. Stetoskop
Pengukuran tekanan darah selain menggunakan tensimeter juga membutuhkan
suatu instrumen lain guna mendengarkan dan mendapatkan bunyi dari detak tekanan darah
dari pembuluh arteri. Instrumen yang digunakan di dalam pengukuran tekanan darah pada
umumnya dikenal dengan stetoskop.
Stetoskop adalah sebuah alat akustik medis yang digunakan untuk mendengarkan
suara yang ada di dalam tubuh manusia atau hewan. Stetoskop biasa digunakan untuk
mendengarkan suara detak jantung atau pernapasan. Suara ini digunakan untuk
mendiagnose penyakit tertentu. Stetoskop terbagi atas dua jenis, yaitu stetoskop akustik
dan stetoskop elektronis [13].
13
Stetoskop akustik bekerja dengan cara menyalurkan suara dari chestpieces melalui
selang udara ke telinga pendengar. Chestpiece terdiri dari dua bagian yang dapat
dipergunakan untuk mendengarkan suara dari tubuh manusia, sebuah diafragma dan
sebuah mangkuk berongga (bellpiece). Gambar dari chestpiece terlihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Chestpiece dari stetoskop
Bila diafragma ditempatkan di atas tubuh, maka suara dari tubuh akan
menggetarkan diafragma dan gelombang tekanan akustik berjalan melalui selang udara
hingga ke telinga pendengar. Bila mangkuk berongga yang ditempatkan dalam tubuh,
maka getaran dari kulit akan menghasilkan gelombang tekanan akustik yang akan berjalan
melalui selang udara hingga ke telinga pendengar. Mangkuk berongga menghasilkan suara
dengan frekuensi rendah, sedangkan diafragma menghasilkan suara dengan frekuensi yang
lebih tinggi. Permasalahan yang timbul adalah tingkat kekuatan suara yang sangat rendah
[13].
Stetoskop elektronik bekerja dengan cara menguatkan suara yang timbul dari tubuh.
Alat tersebut membutuhkan pengubah suara akustik menjadi sinyal elektronis yang dapat
dikuatkan dan diolah untuk mendapatkan kualitas suara yang lebih baik. Cara yang paling
mudah dan efektif untuk mendeteksi suara dilakukan dengan memasang sebuah mikrofon
di dalam chestpiece. Cara ini bisa mengurangi gangguan derau [13].
2.5. Sensor Tekanan Udara (BPS-PRESSURE SENSOR)
BPS-pressure sensor memberikan solusi yang cukup efektif pada aplikasi tekanan
yang memerlukan performa ketepatan pengukuran tinggi. Selain itu ukuran komponen
yang kecil membuat komponen ini sangat fleksibel dalam penempatannya. Sensor tekanan
14
ini memiliki keakuratan dan kestabilan output terhadap suhu mulai dari 0ºC sampai 50ºC.
Sensor ini juga memiliki kemampuan pembacaan tekanan mulai dari 0 psi sampai 5.8
psi.(1 Psi = 51,7 mmHg) [17]. Bentuk dan pin dari IC sensor tekanan udara (BPS-Pressure
Sensor 030) terlihat pada Gambar 2.6.
Keunggulan sensor tekanan BPS-PRESSURE SENSOR
1. Memiliki ketahanan tinggi.
2. Memiliki performa tinggi.
3. Ukuran yang kecil.
4. Memiliki impedansi tinggi pada alokasi tegangan rendah.
5. Tegangan output yang linier.
Kelemahan sensor tekanan BPS-PRESSURE SENSOR
1. Maksimum pressure sensing 5,8 psi ( 299.86 MmHg).
2. Memerlukan supply daya.
3. Bekerja maksimal terhadap suhu antara 00 sampai 500 celcius.
Gambar 2.6. IC sensor tekanan udara (BPS-Pressure 030) [17]
BPS-Pressure sensor merupakan sensor tekanan udara dimana tegangan output
linier terhadap perubahan tekanan dalam Psi. BPS-Pressure sensor memiliki Impedansi
tinggi pada alokasi tegangan rendah, output linier, ukuran yang kecil, dan fasilitas kalibrasi
yang presisi sehingga memudahkan berhubungan dengan rangkaian luar yang akan
dikontrol. Sensor ini dapat digunakan dengan sumber tegangan negatif dan positif. Sensor
ini memerlukan 1,5 mA dari catu daya. Sensor ini juga dapat beroperasi antara suhu -200
sampai +600C. Tabel 2.2 merupakan karakteristik sensor tekanan udara (BPS-Pressure
Sensor 030).
15
Tabel 2.2. Karakteristik Sensor Tekanan Udara (BPS-Pressure Sensor 030) [17]
2.6. Regulator Tegangan
Prinsip regulasi secara umum adalah pengaturan, selain itu regulasi juga dapat
diartikan dengan suatu besaran yang diatur pada nilai tertentu. Untuk mengatur satu
besaran pada nilai tertentu, maka besaran itu diukur dan dibandingkan dengan satu nilai
standar yang dipakai sebagai referensi. Misal besarnya nilai yang didapat lebih besar dari
besarnya nilai referensi, maka diambil langkah untuk mengurangi besar nilai tersebut. Jika
besar nilai yang didapat lebih kecil dari nilai referensi, maka diusahakan supaya besarnya
nilai tersebut menjadi lebih besar [6].
Regulasi tegangan berfungsi dengan satu tegangan referensi dan satu penguat
differensial seperti terlihat pada Gambar 2.7. Tegangan dari filter rectifier yang belum
teregulasi dipakai sebagai sumber tegangan dari penguat differensial. Rangkaian yang
16
menyediakan tegangan referensi biasanya juga memakai tegangan sumber dari filter
rectifier sebagai sumber daya.
Gambar 2.7. Prinsip Regulasi Tegangan
Regulator tegangan dikatakan baik jika perubahan tegangan keluaran akan kecil
walaupun tegangan sumber berubah jauh. Perbandingan antara perubahan tegangan sumber
dengan perubahan tegangan keluaran disebut line regulation atau regulasi sumber, besaran
regulasi sumber ini menunjukkan seberapa baik riak dari sumber dihilangkan
(diregulasikan) oleh regulator. Besaran lain yang penting untuk catu daya adalah
resistivitas output/keluaran, yaitu berapa jauh tegangan keluaran berubah ketika arus
keluaran berubah.
Penguat pada regulator tegangan dapat bekerja dengan baik dan benar, tegangan
keluaran tidak dapat menjadi sama besar dengan tegangan sumber, tetapi tegangan sumber
harus lebih besar daripada tegangan keluaran. Selisih minimal antara tegangan sumber dan
tegangan keluaran disebut dropout voltage. Fungsi regulator tegangan dikatakan bagus jika
batas kerja dari regulator tegangan tidak terlewati sehingga regulator tegangan tidak rusak
[6]. Ada tiga macam regulator tegangan menurut jenisnya, yaitu:
a. Rangkaian Regulasi Tegangan Sederhana
b. Regulasi Tegangan dengan Op-Amp
c. Regulasi Tegangan dengan Regulasi IC
2.6.1. Regulasi Tegangan dengan Regulasi IC
Karena regulasi tegangan untuk catu daya seringkali dibutuhkan, maka tersedia
berbagai jenis IC yang memenuhi kebutuhan ini. Salah satu IC yang dipakai adalah seri
78xx, dimana xx merupakan tegangan keluaran IC tersebut. Tabel 2.3 merupakan
spesifikasi dari IC 78xx.
Supply
(belum teregulasi)
+ Penguat
differensial
Umpan Balik
17
Tabel 2.3. Jenis IC dan keluaran tegangan [7]
IC 78xx mempunyai tiga kaki seperti terlihat dalam Gambar 2.8, satu untuk Vin,
satu untuk Vout, dan satu untuk Ground. Dalam IC ini juga terdapat rangkaian pelindung
agar di dalam IC tidak terjadi arus yang kuat atau daya yang terlalu tinggi yang membebani
IC tersebut.
Gambar 2.8. Rangkaian regulasi tegangan dengan IC 78xx [6].
2.7. Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler yang digunakan untuk penelitian ini adalah AVR ATMega8535 dan
mikrokontroler ini termasuk salah satu jenis dari kelas ATMega [16]. Seri ATMega8535
dipilih karena mikrokontroler ini memiliki beberapa fasilitas yang mampu menunjang
perancangan dan pembuatan tensimeter digital. Fasilitas tersebut diantaranya system
mikroprosesor 8 bit berbasis RISC yang dikemas dalam kode 16 bit, serial I/O sebanyak 32
buah ( Port A, Port B, Port C, Port D ), ADC ( Analog Digital Converter ) internal dengan
fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
Jenis ICOutput Tegangan
(V)
Minimum V1
(V)
7805 +5 7,3
7806 +6 8,3
7808 +8 10,5
7810 +10 12,5
7812 +12 14,6
7815 +15 17,7
7818 +18 21,0
7824 +24 27,1
18
Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan
memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan untuk
kerja dan paralelisme. Intruksi-intruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur
tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi yang lain atau berikutnya
sudah diambil (pre-fetched) dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan
instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock [3].
Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.9, dari gambar tersebut
dapat dijelaskan konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :
a. VCC, sebagai pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
b. GND, sebagai pin ground.
c. Port A (PA0..PA7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin masukan analog ke
ADC.
d. Port B (PB0..PB7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin dengan fungsi khusus,
seperti Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.
e. Port C (PC0..PC6), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin fungsi khusus seperti
Timer Oscilator, TWI, dan komparator analog.
f. Port D (PD0..PD7), sebagai pin I/O 8-bit dua arah dan pin fungsi khusus seperti
komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.
g. RESET, sebagai pin untuk me-reset mikrokontroler.
h. XTAL1, sebagai input Oscilator.
i. XTAL2, sebagai output Oscilator.
j. AVCC, sebagai pin masukan tegangan ADC.
k. AREF, sebagai pin masukan tegangan referensi ADC.
Gambar 2.9. Konfigurasi pin ATMega8535 [18]
19
2.7.1. Port I/O (Input/Output)
ATMega8535 mempunyai 32 pin I/O dan dikelompokkan menjadi empat buah port
yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Port I/O pada mikrokontroler ATMega8535
dapat berfungsi sebagai masukan atau keluaran, tergantung pada pengaturan yang
digunakan. Untuk mengatur fungsi port I/O sebagai masukan atau keluaran perlu dilakukan
pengaturan pada DDR dan port [3]. Konfigurasi pengaturan portI/O pada ATMega8535
terlihat dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Konfigurasi Pengaturan Port I/O pada ATMega8535
DDR bit =1 DDR bit = 0
Port bit =1 Keluaran aktif tinggi Masukan aktif rendah
Port bit =0 Keluaran aktif rendah Masukan aktif tinggi
2.7.2. ADC ( Analog Digital Converter )
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki fasilitas Analaog to Digital Converter yang
sudah built-in dalam chip, fitur inilah yang menjadi kelebihan dari ATMega8535 bila
dibandingkan dengan mikrokontroler lainnya. Dengan adanya ADC internal ini kita tidak
akan direpotkan lagi dengan kompleksitas hardware saat membutuhkan proses pengubahan
sinyal dari analog ke digital seperti yang harus dilakukan jika kita memakai komponen IC
ADC eksernal.
ATMega8535 memiliki resolusi ADC 10-bit dengan 8 saluran input dan
mendukung 16 macam penguat beda. ADC ini dapat dikonfigurasi baik sebagai single
ended input maupun differential input dalam mode pengoperasiannya. Selain itu ADC ini
memiliki konfiguarsi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter
derau yang amat fleksibel sehingga dapat dengan mudah desesuaikan dengan kebutuhan
ADC itu sendiri. Rangkaian internal ini memiliki catu daya tersendiri yaitu pin AVCC,
tegangan dari pin ini harus sama dengan VCC ± 0.3 Volt [3].
Masukan analog ADC tegangan harus lebih besar dari 0 Volt, dan harus lebih kecil
dari tegangan referensi (Vref). Masukan ADC dihubungkan dengan konfigurasi potensio
yang dihubungkan dengan VCC dan GND untuk memperoleh rentang masukan analog
ADC. ADC adalah pengubahan sinyal analog menjadi suatu nilai diskrit, sehingga terdapat
error pada ADC. Error yang terjadi pada ADC ini dikenal oleh banyak orang elektronika
sebagai error kuantisasi [3].
20
Data hasil konversi ADC dirumuskan sebagai berikut :
a. Untuk Konversi tunggal :
= 1024 (2.1)
di mana Vin : tegangan masukan pada pin yang dipilih
Vref : tegangan referensi yang dipilih
1024 : karena reolusi ADC 10 bit, 810 = 1024
b. Untuk penguat beda :
=( )
di mana :
Vpos : tegangan masukan pada pin positif
Vneg : tegangan masukan pada pin negatif
Gain : faktor penguatan
Vref : tegangan referensi yang dipilih
Register yang perlu di set nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection IO
Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function
IO Register). ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan referensi
ADC, format data keluaran (output), dan saluran ADC yang digunakan [3]. Register
ADMUX ditunjukkan pada Gambar 2.10.
REFS 0 REFS 1 ADLAR MUX 4 MUX 3 MUX 2 MUX 1 MUX 0
Gambar 2.10.Register ADMUX
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. REFS [1..0] merupakan bit pengaturan tegangan referensi ADC ATMega 8535.
memiliki nilai awal 00 sehingga referensi tegangna berasal dari pin AREF. Untuk
nilai yang lain dapat dilihat pada tabel 2.5.
21
Tabel 2.5. Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC
REFS [1..0] Mode Tegangan Referensi
00 Berasal dari pin AREF
01 Berasal dari pin AVCC
10 Tidak digunakan
11 Berasal dari tegangan referensi internal
b. ADLAR merupakan bit pemilihan mode data keluaran ADC yang digunakan
untuk menentukan konfigurasi isi dari register ADCH dan ADCL sebagai tempat
menyimpan hasil konversi.
Gambar 2.11.Format Data ADC dengan ADLAR=0
Gambar 2.12.Format Data ADC dengan ADLAR=1
c. MUX [4...0] merupakan bit pemilih saluran pembaca ADC.
Dalam pembacaan hasil konversi ADC, dilakukan pengecekan pada bit ADIF
(ADC Interrupt Flag) pada register ADCSRA. ADIF akan bernilai satu jika
konversi saluran ADC telah selesai dilakukan dan data hasil konversi siap untuk
diambil, demikian pula sebaliknya.
2.8. Penguat Operasional (Op-Amp)
Penguat operasional (operational amplifier) atau sering disingkat dengan Op-Amp,
biasa dikenal sebagai IC, di mana banyak transistor yang digabungkan dalam satu kristal
semikonduktor. Op-Amp merupakan penguat gandeng langsung (direct coupled) dengan
perolehan tinggi yang mempunyai impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran
22
rendah. Istilah operasional menunjukkan bahwa penambahan komponen luar yang sesuai
dapat dikonfigurasikan untuk melakukan berbagai operasi [6].
Masukan op-amp yang berlabel inverting (-) dan non inverting (+) merupakan
masukan beda (difference input). Umumnya sinyal masukan diberikan pada salah satu
masukan. Adapun masukan yang lain digunakan untuk mengendalikan karakteristik
komponen. Penguatan antara keluaran dan masukan inverting adalah negatif sedangkan
pengauatan antara keluaran dan masukan non inverting adalah positif [9].
Penguat operasional mempunyai dua tegangan catu yang berlabel V+ dan V- yang
sama dan berpolaritas berlawanan seperti terlihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13. Simbol Penguat Operasional (Op-Amp)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa op-amp memiliki dua masukan,
perbedaan antara keduanya sebagai berikut :
1. Jika sinyal masukan diumpan ke non inverse atau positif (+) maka keluarannya
sefase dengan masukan.
2. Jika sinyal melalui masukan inverse atau negative (-) maka keluarannya
berbeda fase 1800 atau setengah siklus. Jika sinyalnya positif maka
keluarannya menjadi negatif.
Aplikasi dari penguat operasional diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Penguat inverse (inverting amplifier).
2. Penguat non inverse (non inverting amplifier).
3. Pengikut tegangan (voltage follower).
4. Penguat jumlah (summing amplifier).
5. Penguat beda (difference amplifier).
6. Integrator.
23
2.9. Instrumentation Amplifier
Syarat umum pemrosesan sinyal adalah jika terjadi perbedaan antara dua sinyal
yang masing-masing telah dikuatkan sesuai dengan tingkat level tertentu. Instrumentation
amplifier ini terdiri dari dua rangkaian yaitu rangkaian penguat dan rangkaian beda
(differential amplifier). Fungsi dari penguat beda ini adalah sebagai rangkaian
pengkombinasi sinyal masukan pertama (V1) dan sinyal masukan kedua (V2) yang
keluarannya (output) menjadi satu keluaran (Vo) [7]. Untuk rangkaian Instrumentation
Amplifier terlihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14. Instrumentation Amplifier Circuit [7].
Tegangan keluaran dari Instrumentation Amplifier ditulis dengan persamaan :
Vo = (1+(2R/Rx)) x (V1 – V2) (2.3)
Besarnya penguatan (Av) dirumuskan sebagai berikut :
(Vo/Vi) = Av (2.4)
2.10. Differential Amplifier (Penguat Beda)
Penguat differensial merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau
Vo merupakan hasil selisih antara kedua buah tegangan masukan pada terminal inverting
dan non-invertingnya. Perumusan yang berlaku untuk penguat differensial adalah sebagai
berikut :
24
=2
1( 2− 1)
Gambar rangkaian penguat differensial ditunjukan Gambar 2.15.
Gambar 2.15. Differential Amplifier Circuit [10].
2.11. Oscillation Signal Amplifier
Aplikasi dari Oscillation Signal Amplifier ini menggambarkan suatu konsep dari
pengukuran tekanan darah digital yang menggunakan sensor tekanan yang terpadu dengan
mikrokontroler dan juga LCD (Liquid Crystal Display). Sensor tekanan digunakan sebagai
pembaca nilai tekanan cuff (manset) untuk menetapkan nilai sistolik dan juga diastolik.
Metode pengukuran yang digunakan adalah metode pengukuran dari perubahan amplitudo
tekanan yang terjadi didalam cuff (manset) saat terjadi tekanan sistolik dan diastolik.
Fungsi dari Oscillation Signal Amplifier ini adalah sebagai penguat dan juga sebagai
penyaring osilasi tekanan dari sensor tekanan yang ada [14]. Rangkaian Oscillation Signal
Amplifier terlihat pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16. Oscillation Signal Amplifier [14]
25
Filter RC terdiri dari dua jaringan yang menentukan dua cut-off frequensi, kedua
kutub secara seksama dipilih untuk menjamin bahwa sinyal osilasi tidak terdistorsi atau
hilang. Konsep dari rangkaian ini secara garis besar digunakan untuk mengevaluasi
Freescale sensor tekanan yang digunakan dalam tekanan darah digital. Rangkaian ini juga
dapat pula diubah dengan mudah untuk memberikan tingkat sinyal keluaran yang sesuai.
Perangkat keras ini juga dengan mudah dimodifikasi untuk memberikan analisis yang lebih
baik untuk mendapatkan nilai sistolik dan diastolik [14].
2.12. Rangkaian Penguat
Dengan menggunakan op-amp (operational amplifier) dapat dirangkai sebuah
penguat tegangan, baik itu penguatan positif maupun peguatan negatif tergantung dari
masukannya [5]. Untuk membuat penguatan positif masukan yang digunakan adalah kaki
non-inverting, dengan masukan yang bernilai positif akan mengeluarkan nilai positif pula.
Untuk rangkaian penguat terlihat pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17. Rangkaian Penguat Non-inverting
Tegangan keluaran dari rangkaian penguat non-inverting dirumuskan :
Vo = [ 1 + ( Rf / R ) ] x Vi (2.5)
Dengan persamaan penguatan (AV) dari penguat non-inverting :
Av = (R + Rf) / R
AV = 1 + (Rf / R) (2.6)
26
2.13. Rangkaian Pembagi Tegangan
Suatu sumber tegangan yang ideal tidak pernah dijumpai di dalam praktek, sumber
tegangan yang ideal hanya ada di dalam angan-angan manusia sebagai suatu alat yang
bersifat teoritis. Tidak ada sumber tegangan riil yang dapat menghasilkan arus yang tidak
berhingga beasrnya sebab setiap sumber tegangan riil mempunyai tahanan dalam yang
besarnya tertentu [2]. Tahanan dalam dari suatu sumber tegangan tampak terhubung seri
dengan tahanan beban. Bila tahanan bertambah besar, maka arus beban akan semakin
mengecil. Bila tahanan beban bertambah besar menuju tak terhingga, maka tegangan beban
akan mendekati sumber tegangan yang ideal. Pembuktian tersebut terlihat pada perumusan
sebagai berikut :
VL = IL x RL
IL = (VS/(RS + RL))x RL
VL = Vout
maka :
Vout = (VS/(RS + RL))x RL
atau
Vout = (RL/(RS + RL )x VS (2.7)
Gambar dari rangkaian pembagi tegangan terlihat pada Gambar 2.18 [2],
Gambar 2.18. Rangkaian Pembagi Tegangan
27
Dimana :
VS adalah Sumber Tegangan
RS adalah Tahanan Dalam
RL adalah Tahanan Beban
Vout adalah Tegangan Keluaran
2.14. LED (Light Emiting Diode)
Pada LED dengan bias tegangan maju, electron bebas melintasi sambungan dan
jatuh ke dalam hole. Ketika electron jatuh dari tingkat energi ke rendah, electron akan
mengeluarkan energi. Pada diode biasa, energi yang dikeluarkan dalam bentuk panas.
Tetapi pada LED, energi yang dikeluarkan dalam bentuk sinar. Dengan menggunakan
elemen seperti gallium, arsenic, dan fosfor, pabrik dapat memproduksi LED berwarna
merah, hijau, kuning, biru, oranye, dan inframerah/infrared (tak terlihat) [2].
LED mempunyai penurunan tegangan lazimnya dari 1,5 V sampai dengan 2,5 V
untuk arus di antara 10 mA dan 50 mA. Penurunan tegangan yang tepat tergantung dari
arus LED, warna, kelonggaran, dan lain sebagainya. Kecermelangan LED tergantung dari
arusnya. Idealnya,cara terbaik untuk mengendalikan kecermelangan ialah dengan
menjalankan LED dengan sumber arus. Gambar 2.19 adalah contoh dari suatu rangkaian
LED.
Gambar 2.19. Rangkaian LED [2]
Persamaan untuk menghitung berapa besar nilai arus (I) pada LED adalah sebagai berikut :
I = (VS – VLED)/RS
atau
RS = (VS – VLED)/I (2.8)
28
Dimana : VLED adalah penurunan tegangan LED (Volt)
VS adalah Tegangan Sumber (Volt)
RS adalah Resistor yang tersusun seri dengan LED (Ohm)
I adalah Arus (Ampere)
Makin besar tegangan sumber, makin kecil pula pengaruh VLED, dengan kata lain
VS yang besar menghilangkan pengaruh perubahan tegangan VLED. Biasanya arus pada
LED berada pada 10 mA hingga 50 mA, karena daerah ini memberikan cahaya yang cukup
untuk pemakai.
2.15. LCD (Liquid Crystal Dysplay)
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan piranti yang dapat menampilkan
karakter, terbuat dari bahan kristal cair dengan sistem dot matrik. Pada penelitian ini LCD
yang digunakan adalah LCD 2 x 16 karakter seperti Gambar 2.20, artinya terdapat 2 baris
dengan 16 karakter tiap barisnya, maka jumlah keseluruhan terdapat 32 karakter. Setiap
satu karakter terdiri dari 8 baris dan 5 kolom dot.
Gambar 2.20. Bentuk LCD 2 x 16 karakter
Gambar 2.21. Bagian LCD 2 x 16 karakter [16]
29
Jenis LCD yang digunakan pada perancangan adalah LCD Module M1632 produk
dari SEIKO. Berdasarkan Gambar 2.21, konfigurasi pin LCD adalah :
1. VCC; sebagai pin terminal power supply (+5V).
2. GND; sebagai pin terminal ground.
3. DB0 s/d DB7; sebagai pin jalur data yang digunakan untuk menyalurkan data
kode ASCII atau perintah untuk mengatur kerja LCD.
4. RS (register select); sebagai pin yang membedakan jenis data yang dikirim ke
LCD. Jika RS berlogika ‘0’, maka yang dikirim adalah perintah untuk
mengatur kerja LCD. Jika berlogika ‘1’, maka akan dikirim data kode ASCII
yang akan ditampilkan.
5. R/W (read/write); sebagai pin untuk mengaktifkan pengiriman atau
pengambilan data ke atau dari LCD. Jika R/W berlogika ‘0’, maka terjadi
pengiriman data ke LCD. Jika R/W berlogika ‘1’, maka terjadi pengambilan
data dari LCD.
6. E (enable); merupakan sinyal sinkronisasi. Saat E berubah dari logika ‘1’ ke
‘0’, maka data di DB0 s/d DB7 akan diterima atau diambil dari port
mikrokontroler.
30
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
Perancangan awal untuk membuat Tensimeter Digital Berbasis Mikrokontroler
ATMega8535 adalah struktur mekanisnya terlebih dahulu. Perancangan tensimeter digital
ini terdiri dari beberapa komponen-komponen seperti berikut ini :
1. Kantong Udara (cuff).
2. Pompa Udara.
3. Sensor Tekanan Udara.
4. Selang Udara.
5. Sumbat Udara.
6. Baterai.
7. Mikrokontroler ATMega8535.
8. Buzzer.
9. LCD (Liquid Crystal Display).
10. LED (Light Emiter Diode).
11. Tombol Reset dan Power (Saklar).
Gambar 3.1. Perancangan struktur mekanis ”Tensimeter Digital ”
Pada Gambar 3.1 merupakan bentuk miniatur dari perancangan Tensimeter Digital
berbasis Mikrokontroler ATMega8535. Cuff terbuat dari karet yang terbungkus oleh kain
30
31
berbentuk persegi panjang yang dapat dililitkan pada lengan tangan. Pompa terbuat dari
karet yang dapat mengembang dan mengempis sehingga dapat mengisikan udara ke cuff.
Sumbat udara yang dapat diputar berfungsi sebagai kran pengatur dibuang/dilepaskannya
udara dari cuff yang terpompa untuk mendapatkan tekanan/detak nadi sebagai sinyal
masukan sensor. Agar udara dari pompa dapat terhubung ke cuff dan sensor maka
dibutuhkan selang udara. Selang udara ini juga dipilih dari karet karena lentur sehingga
mudah untuk diposisikan sesuai keinginan.
Sumber tegangan berasal dari baterai 9V, dimana dalam penggunaannya baterai ini
banyak terdapat di pasaran, dan juga mudah diganti jika sudah melemah. LED (Light
Emitting Diode) berfungsi sebagai pendeteksi atau peringatan ketika sinyal-sinyal sistolik
maupun diastolik terjadi. LCD digunakan sebagai penampil saat ada sinyal masukan
(adanya nilai tekanan darah). Buzzer berfungsi sebagai indikator bahwa proses pengukuran
tekanan telah selesai. Tombol reset digunakan untuk mereset atau mengembalikan tampilan
tensimeter digital, ke tampilan semula (sebelum adanya pengukuran nilai tekanan darah).
ATMega8535 berfungsi sebagai mikrokontroler dalam perancangan ini.
3.1. Diagram Blok Perancangan
Pada bagian ini akan dibahas secara terperinci mengenai perancangan perangkat
keras pengukur tekanan darah digital. Perancangan alat pada tugas akhir ini berdasar pada
kemudahan dalam pengoperasian serta kemudahan dalam pembacaan alat. Tujuan
utamanya adalah memanfaatkan komponen-komponen elektronik yang cukup mudah
didapat sehingga menjadi alat yang sangat berguna dan bermanfaat.
Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Tensimeter Digital
Dari Gambar 3.2 diketahui bahwa konsep perancangan Tensimeter Digital berbasis
Mikrokontroler AVR ATMega8535 menggunakan sensor tekanan (BPS-Pressure Sensor),
32
Intrumentation Amplifier, LCD (Liquid Crystal Display), Oscillation Signal Amplifier, dan
Mikrokontroler sebagai perangkat keras dan juga perangkat lunaknya. Secara sederhana
konsep pembuatan alat dapat dijelaskan sebagai berikut. Sistem membaca tekanan dan
mengambil pulsa-pulsa untuk dianalisis dan diartikan sebagai tekanan sistolik dan
diastolik. Perancangan alat menggunakan sensor tekanan BPS-Pressure sensor dengan
batas tekanan maksimal 5,8 psi atau sekitar 320 mmHg. Pada perancangan kali ini dibatasi
nilai tekanan maksimal 250 mmHg dengan nilai toleransi sensor.
Dari Gambar 3.2 juga dapat dijelaskan bahwa masing-masing bagian saling
berinterasi sehingga terbentuk suatu sistem yang lengkap. Adapun prinsip kerja rangkaian
yaitu ketika kantong udara di pompa maka akan timbul tekanan yang disebabkan oleh
udara yang tertekan. Udara yang ada pada kantong udara disalurkan ke sensor sehingga
sensor bereaksi dengan menghasilkan tegangan yang semakin besar seiring dengan
semakin besarnya tekanan yang diterima sensor.
Output tegangan keluaran sensor sangat kecil dan terdapat dua tegangan keluaran
sehingga dibutuhkan suatu rangkaian penguat dan sekaligus rangkaian
differential/rangkaian beda (Instrumentation Amplifier) tujuan digunakan rangkaian beda
adalah untuk mendapatkan satu tegangan keluaran dari sensor. Keluaran dari rangkaian
penguat dan rangkaian beda (Instrumentation Amplifier) ini diteruskan ke dua tujuan
berbeda. Keluaran pertama dari rangkaian penguat dan pembanding ditujukan ke ADC
yang berada dalam mikrokontroler ATMega8535 sedangkan keluaran kedua dari rangkaian
penguat dan pembanding ditujukan ke rangkaian penguat dan penyaring osilasi
(Oscillation Signal Amplifier).
Keluaran yang ditujukan ke ADC bertujuan agar output dari sensor yang berupa
nilai-nilai analog dan telah dikuatkan dirubah menjadi data-data digital yang dimengerti
oleh mikrokontroler. Sedangkan kegunaan rangkaian osillation signal amplifier adalah
sebagai pembangkit tegangan dan penyaring sinyal osilasi yang difungsikan sebagai
interupsi yang memberikan logika high dan low ke salah satu port mikro yang diinginkan.
Data masukan yang diterima mikrokontroler dari ADC diolah lagi oleh
mikrokontroler dan diubah menjadi data-data ascii untuk ditampilkan ke LCD. Nilai
tekanan akan selalu ditampilkan ke LCD dan menunggu terdeteksinya sinyal osilasi.
Ketika sinyal osilasi yang pertama terdeteksi, mikrokontroler memerintahkan agar nilai
tekanan tersebut ditampilkan ke LCD sebagai sinyal sistolik yaitu kondisi dimana jantung
pada posisi memompa. Dan ketika sinyal osilasi kedua terdeteksi, mikrokontroler juga
33
akan memerintahkan agar nilai tekanan pada saat itu ditampilkan ke LCD sebagai sinyal
diastolik yaitu kondisi jantung saat berada dalam posisi istirahat.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
3.2.1. Rangkaian Regulator Tegangan
Rangkaian ini berfungsi untuk menstabilkan tegangan baterai 9V menjadi sebesar
5V. Digunakannya baterai 9V karena baterai ini mempunyai nilai tegangan sebesar 9V di
mana suplai yang dibutuhkan oleh seluruh sistem sebesar 5V (kecuali sensor), selain itu
baterai 9V dalam penempatannya tidak membutuhkan ruang yang luas sehingga dapat
meminimalisasi penggunaan ruang didalam sistem.
Karena suplai tegangan menggunakan baterai 9V dan seluruh sistem (kecuali
sensor) menggunakan tegangan masukan sebesar 5V, maka diperlukan suatu penurun
sekaligus penstabil tegangan 5V. Dalam mendesai regulator tegangan ini perancang
mengambil desain yang sudah ada [6][7] dan menggunakan IC 7805, dimana output dari
IC ini sebesar ±5 seperti terlihat dalam Tabel 2.1. Gambar rangkaian regulator tegangan
dengan IC 7805 terlihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Rangkaian Regulator Tegangan dengan IC 7805
3.2.2. Rangkaian Sensor (BPS-Pressure 030)
Sensor tekanan udara (BPS-Pressure Sensor) difungsikan sebagai pengganti dari
stetoskop, yaitu sebagai pendeteksi adanya tekanan yang terjadi pada pembuluh darah
manusia. Seperti dijelaskan pada bab 2.4, stetoskop digunakan untuk mendeteksi terjadinya
tekanan lewat suara yang ada di dalam tubuh/aliran darah manusia. Detak dari tekanan
darah akan terdengar keras saat terjadi kontraksi pembuluh darah saat darah mengalir
34
setelah ditahan oleh manset/cuff. Proses inilah yang akan digunakan sebagai landasan
penulis untuk merancang pendeteksi adanya lonjakan tekanan darah dengan sensor tekanan
udara. Data yang digunakan sebagai pendeteksi adanya lonjakan tekanan di dalam darah
adalah perubahan signifikan tegangan keluaran pada sensor tekanan udara (Vo sensor).
Berdasarkan dari data sheet sensor tekanan membutuhkan tegangan masukan
(Vs+) sebesar 3V, sedangkan VCC yang tersedia sebesar 5V. Oleh karena itu dibutuhkan
suatu rangkaian penurun tegangan 3V, sehingga sensor akan aman dan terlindungi dari
tegangan yang berlebihan yang dapat merusak sensor BPS-Pressure tersebut. Pada Gambar
3.4 menunjukkan gambar rangkaian sensor 3V. Dalam perancangan ini R1 ditentukan
sebesar 10 Ω, Vi sebesar 3V. Berdasarkan perumusan [2.7], maka besarnya R2 adalah :
=2
1 + 2×
3 =2
10 + 2× 5
2 =3
5 − 310
2 =3
210
2 = 15 Ω
Gambar 3.4. Perancangan Rangkaian Sensor
35
3.2.3. Instrumentation Amplifier
Perancangan rangkaian Instrumentation Amplifier ini terdiri dari dua rangkaian
amplifier yaitu rangkaian penguat dan rangkaian beda tegangan (differential amplifier)
seperti terlihat pada Gambar 3.5. Ditentukan Av = 380 kali, Rx = Rpot, R = 10kΩ dari
persamaan (2.5) dan persamaan (2.6), maka besarnya Rx adalah :
=2 10
− 1
=2 10000
380 − 1
=20000
379
= 52,77 ≈ 53 Ω
Gambar 3.5. Perancangan Rangkaian Instrumentation Amplifier [3]
Pada rangkaian penguat dan rangkaian beda tegangan (differential amplifier) ini,
perancang menggunakan IC LM324 dimana IC LM324 memiliki empat op-amp didalam
struktur IC-nya sehingga dapat menghemat komponen dan juga menghemat tempat pada
PCB. Rangkaian penguat ini berfungsi sebagai penguat sinyal analog yang merupakan
tegangan dari sensor yang keluar dari kaki Vout+ dan kaki Vout-. Rangkaian beda
tegangan (differential amplifier) berfungsi sebagai penghasil selisih antara masukan
pertama dan masukan kedua. Range tegangan keluaran dari sensor setelah dikuatkan dapat
dilihat pada tabel 3.1.
36
Tabel 3.1. Range tegangan output setelah penguatan
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Sebelum Penguatan
(mV)
Setelah Penguatan 380 kali
(V)
0 0,1 0,038
10 0,2 0,076
20 0,3 0,114
30 0,4 0,152
40 0,5 0,190
50 0,6 0,228
60 0,7 0,266
70 0,8 0,304
80 0,9 0,342
90 1 0,380
100 1,1 0,418
110 1,2 0,456
120 1,3 0,494
130 1,4 0,532
140 1,5 0,570
150 1,6 0,608
160 1,7 0,646
170 1,8 0,684
180 1,9 0,722
190 2 0,760
200 2,1 0,798
210 2,2 0,836
220 2,3 0,874
230 2,4 0,912
240 2,5 0,950
250 2,6 0,988
37
Output dari sensor yang telah dikuatkan dan dibedakan, kemudian dibagi menjadi
dua bagian untuk dua tujuan berbeda. Dimana satu bagian digunakan untuk menghitung
nilai tekanan darah yang terjadi dan kemudian ditujukan ke ADC. Sedangkan bagian output
yang lain ditujukan ke rangkaian penguat dan rangkaian oscillation signal amplifier.
3.2.4. Oscillation Signal Amplifier
Rangkaian ini berfungsi sebagai penyaring sinyal osilasi dari keluaran sensor
dimana sinyal-sinyal buruk yang tertangkap akan dihilangkan oleh rangkaian penyaring
osilasi amplitudo. Sinyal-sinyal buruk ini terdeteksi sewaktu kantong udara dipompa yang
disebabkan jantung yang berdetak atau dikarenakan terjadi gesekan. Rangkaian ini juga
digunakan sebagai penangkap sinyal osilasi denyut pada lengan tangan yaitu denyut akibat
tekanan sistolik dan akibat tekanan diastolik sehingga sebagai pemicu agar nilai
pengukuran pada saat itu dapat terekam di layar LCD.
Secara sederhana prinsip dari metode osilasi terletak pada amplitudo tekanan darah
yang berubah pada pembuluh darah yang disebabkan tekanan yang ada. Amplitudo yang
datang tiba-tiba yang disebabkan jantung dalam kondisi memompa inilah yang disebut
dengan tekanan sistolik. Sedangkan nilai dari tekanan diastolik diambil pada saat terjadi
transisi atau perubahan aliran darah yang deras yang disebabkan jantung pada fase
istirahat. Pada perancangan oscilattion signal amplifier ini penulis mengambil rancangan
dari referensi yang sudah ada [14] seperti terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Perancangan Rangkaian Signal Oscillation [3].
38
3.2.5. Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Setiap mikrokontroler perlu ditambah beberapa rangkaian tambahan, yaitu
rangkaian osilator dan rangkaian reset [3].
3.2.5.1. Rangkaian Osilator
Setiap mikrokontroler mempunyai fasilitas osilator yang berfungsi untuk
mengendalikan mikrokontroler dengan periode clock. Pengaturannya terletak pada jenis
kristal yang digunakan dan diletakan diantara pin XTAL1 dan pin XTAL2, seperti pada
Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Perancangan Rangkaian Osilator ATMega8535
3.2.5.2. Rangkaian Reset
Mikrokontroler dapat direset saat mengeksekusi program. Antara pin reset dengan
VCC diberi sebuah resistor sedangkan antara pin reset dengan ground diberi sebuah
kapasitor hal tersebut untuk menjaga reset dengan keadaan logika tinggi. Jika kapasitor
terisi penuh maka tegangan pada reset menurun dan reset berlogika rendah, proses reset
selesai. Rangkaian reset terlihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Perancangan Rangkaian Reset ATMega8535
39
Tombol yang dipasang paralel dengan kapasitor berfungsi untuk melakukan reset
secara manual pada saat program sedang berlangsung. Saat tombol ditekan maka tejadi
pengosongan kapasitor dan reset berlogika tinggi, sedangkan saat tombol dilepas tegangan
pada reset menjadi nol dan reset berlogika rendah.
3.2.6. Rangkaian Penampil
Rangkaian penampil yang digunakan pada perancangan Tensimeter Digital ini
menggunakan LCD 2x16 karakter. Data yang ditampilkan LCD merupakan nilai - nilai dari
tekanan darah, baik itu sistolik maupun diastolik. Pengiriman data pada perancangan ini
menggunakan bit sebanyak 4-bit. Penggunaan pin LCD dari pin 11 (D4) sampai dengan
pin 14 (D7). Pada mikrokontroler ATMega8535, pin LCD 11 sampai dengan pin LCD 14
terhubung pada Port C.4 sampai Port C.7. Tabel 3.1 dan Gambar 3.9 menunjukkan
rangkaian koneksi antara modul LCD dengan mikrokontroler ATMega8535.
Tabel 3.2. Koneksi Antara Modul LCD dengan Mikrokontroler
Pin LCD Keterangan Pin Mikrokontroler Keterangan
1 GND 11 GND
2 +5V 10 VCC
4 RS 22 Port C.0
5 R/W 23 Port C.1
6 EN 24 Port C.2
11 D4 26 Port C.4
12 D5 27 Port C.5
13 D6 28 Port C.6
14 D7 29 Port C.7
40
Gambar 3.9. Perancangan Rangkaian LCD
Maka pada proses awal, baris pertama (bagian atas) menampilkan TENSIMETER
dan pada baris kedua (bagian bawah) menampilkan DIGITAL. Gambar 3.10 menjelaskan
proses awal dari LCD.
Gambar 3.10. Perancangan Penampilan LCD Proses Pertama
Setelah beberapa detik tampilan pertama akan berubah menjadi tampilan kedua.
Untuk tampilan kedua, baris pertama akan menampilkan TEKANAN= mmHg dan baris
kedua akan menampilkan S/D= / mmHg. Gambar 3.11 menjelaskan perancangan
tampilan kedua.
Gambar 3.11. Perancangan Penampilan LCD Proses Kedua
41
3.2.7. LED (Light Emitting Diode)
Rangkaian LED digunakan sebagai pendeteksi adanya sinyal masukan sistolik dan
sinyal masukan diastolik. Saat terjadi lonjakan tekanan LED akan menyala, LED akan
padam jika tekanan sistolik dan diastolik terdeteksi. Jika terjadi kesalahan dalam arti
terdeteksi sinyal sistolik saja maka LED akan menyala terus hingga tekanan melemah
sampai dengan batas bawah pengukuran. Adapun rangkaian LED ditunjukkan oleh Gambar
3.12.
Gambar 3.12. Perancangan Rangkaian LED
Dengan arus maju LED antara 10mA sampai 20mA, dan didukung kemampuan
mikrokontroler untuk arus sebesar 20mA pada tegangan sebesar 5Volt, serta tegangan
maju LED sekitar 1,2Volt. Berdasar pada perumusan (2.8) maka nilai resistor R1 yang
digunakan sebagai pembatas arus, dapat dihitung sebagai berikut:
R1 =Id
VdportVo _
R1 =mA20
2,15
R1 =mA
Volt
20
8,3
R1 = 190Ω
3.2.8. Buzzer
Buzzer berfungsi sebagai indikator bahwa proses pengukuran tekanan darah sistolik
dan diastolik telah selesai. Rangkaian perancangan buzzer terlihat pada Gambar 3.13.
42
\
Gambar 3.13. Perancangan Rangkaian Buzzer
3.2.9. Rangkaian Lengkap
Gambar 3.14 merupakan gambar rangkaian lengkap dari perancangan pengukur
tekanan darah (tensimeter) digital berbasis mikro ATMega8535.
Gambar 3.14. Perancangan Rangkaian Lengkap Pengukur Tekanan Darah
43
3.3. Perancangan Perangkat Lunak
3.3.1. Program Utama
Gambar 3.15. Perancangan Diagram Alir Pengukur Tekanan Darah Digital Keseluruhan
Program yang akan dibuat adalah suatu program pengukuran tekanan darah secara
digital menggunakan sensor tekanan udara. Saat terdeteksi lonjakan tekanan pertama kali
didefinisikan sebagai tekanan sistolik, kemudian saat terjadi lonjakan tekanan kedua
didefnisikan sebagai tekanan diastolik. Hasil dari kedua lonjakan tekanan tersebut akan
44
ditampilkan melalui LCD. Gambar 3.15 menunjukkan gambar dari perancangan diagram
alir pengukur tekanan darah digital keseluruhan.
3.3.2. Routine Baca Nilai Tekanan
Dari data yang diperoleh dari pembacaan data (dilampirkan), dapat disimpulkan
bahwa kenaikan sensor setiap 10 mmHg memiliki nilai rata – rata sebesar 0,1mV. Pada
percobaan tegangan keluaran sensor saat batas tekanan yang bernilai 250 mmHg didapat
nilai Vout (tegangan keluaran) sensor adalah sebesar 2,6 mV. Untuk mempermudah
penulis dalam merancang/menghitung nilai ADC (dc) dan berdasar pada teori yang ada
yaitu besarnya masukan analog ADC tegangan harus lebih besar dari 0 Volt dan lebih kecil
dari tegangan referensi [7], maka penulis menggunakan batas atas tegangan keluaran
sensor ini sebagai patokan dalam menentukan nilai Vref. Selain itu penulis juga
menentukan besarnya penguatan (gain) sebesar 380 kali, bit yang digunakan dalam
perancangan ini adalah 10 bit ADC. Dari ketentuan diatas maka besarnya Vref setelah
dikuatkan dengan penguatan 380 kali adalah sebesar 0,988 Volt. Dari ketentuan -
ketentuan diatas, dan dari perumusan (2.1), maka dapat dihitung besar nilai hasil konversi
ADC (dc). Untuk Vin sebesar 0,038 Volt, maka nilai ADC (dc) adalah :
( ) =,
.1024 = 39
Dari perhitungan yang telah dilakukan, besar ADC (dc) yang lain terlihat di dalam
Tabel 3.2.
Tabel 3.3. Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali
Tekanan Darah
(mmHg)
Input ADC
(mV)
Gain = 380
(V)
ADC
(dc)
0 0,1 0,038 39
10 0,2 0,076 79
20 0,3 0,114 118
30 0,4 0,152 158
40 0,5 0,190 197
50 0,6 0,228 236
45
Tabel 3.3. (Lanjutan) Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali
Tekanan Darah
(mmHg)
Input ADC
(mV)
Gain = 380
(V)
ADC
(dc)
60 0,7 0,266 276
70 0,8 0,304 315
80 0,9 0,342 354
90 1 0,380 394
100 1,1 0,418 433
110 1,2 0,456 473
120 1,3 0,494 512
130 1,4 0,532 551
140 1,5 0,570 591
150 1,6 0,608 630
160 1,7 0,646 670
170 1,8 0,684 709
180 1,9 0,722 748
190 2 0,760 788
200 2,1 0,798 827
210 2,2 0,836 866
220 2,3 0,874 906
230 2,4 0,912 945
240 2,5 0,950 985
250 2,6 0,988 1024
Data Tabel 3.2 dianggap sesuai karena berasal dari pembacaan sensor yang
dilakukan oleh penulis. Dari perhitungan yang telah dilakukan oleh penulis seperti terlihat
dalam Tabel 3.3, besarnya nilai rata – rata kenaikan tekanan adalah sebesar 0,1mV. Oleh
karena itu besarnya skala pengali tiap – tiap kenaikan adalah sama. Besarnya skala pengali
adalah sebagai berikut :
skala pengali =, ,
=,
= 263
46
Karena nilai rata – rata kenaikan tekanan besarnya 0,1mV, maka skala pengali yang
digunakan adalah sebesar 263 seperti terlihat dalam Tabel 3.3.
Tabel 3.4. Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan
mmHgInput ADC
(mV)
Skala
pengali
0 0,1 263
10 0,2 263
20 0,3 263
30 0,4 263
40 0,5 263
50 0,6 263
60 0,7 263
70 0,8 263
80 0,9 263
90 1 263
100 1,1 263
110 1,2 263
120 1,3 263
130 1,4 263
140 1,5 263
150 1,6 263
160 1,7 263
170 1,8 263
180 1,9 263
190 2 263
200 2,1 263
210 2,2 263
220 2,3 263
230 2,4 263
240 2,5 263
250 2,6 263
47
Dari Tabel 3.3 diketahui besarnya skala pengali adalah 263 untuk tiap-tiap nilai
kenaikan yang sama, oleh karena itu perumusan untuk nilai tekanan (mmHg) pada
perancangan Routine Baca Nilai Tekanan adalah sebagai berikut :
mmHg = (Vout – 0,038) x 263
dimana : Vout adalah nilai tegangan keluaran sensor tekanan
0,038 adalah nilai tegangan keluaran saat tekanan sebesar 0 mmHg
263 adalah nilai dari skala pengali
Gambar 3.16 adalah gambar perancangan diagram alir routine baca tekanan
Tensimeter Digital Berbasis mikro ATmega 8535.
Gambar 3.16. Perancangan Routine Baca Nilai Tekanan
3.4. Penggunaan Pin pada Mikrokontroler
Pada mirokontroler ATMega8535 akan digunakan beberapa pin yang akan
digunakan sebagai masukan maupun keluaran. Pin yang akan digunakan adalah sebagai
berikut :
48
a. LCD pada port C dengan konfigurasi sebagai berikut :
Port C.0 : digunakan sebagai RS
Port C.1 : digunakan sebagai R/W
Port C.2 : digunakan sebagai EN
Port C.4 : digunakan sebagai D4
Port C.5 : digunakan sebagai D5
Port C.6 : digunakan sebagai D6
Port C.7 : digunakan sebagai D7
b. LED pada port B dengan konfigurasi sebagai berikut :
Port B.2 : digunakan sebagai masukan LED
c. Buzzer pada port D dengan konfigurasi sebagai berikut :
Port D.5 : digunakan sebagai masukan Buzzer
d. Reset alat pada port D dengan konfigurasi sebagai berikut :
Port D.2 : digunakan sebagai masukan Reset alat.
e. Signal Oscillation pada port D dengan konfigurasi sebagai berikut :
Port D.3 : digunakan sebagai masukan Rangkaian Signal Oscillation alat.
f. ADC pada Port A.0
49
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian dan juga analisa berdasarkan pada
perancangan sistem yang dibuat. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kehandalan
dari sistem yang telah dibuat berdasarkan perancangan pada bab sebelumnya. Setelah
menentukan piranti input / output dari sistem pengecekan nilai tekanan dan memprogram
mikrokontroler dengan piranti pemrograman, maka dapat disajikan hasilnya dengan
langsung mengaplikasikan melalui hardware yang telah dibuat atau dapat dilihat secara
langsung dari output yang berupa pendeteksian LED dan penampilan hasil pada LCD.
Hasil perancangan perangkat keras dan program perangkat lunak bahasa C dengan
menggunakan software CodeVisionAVR Evaluation V2.04.5b, telah dihasilkan sebuah alat
yang berfungsi untuk melakukan proses pengukuran dan juga menampilkan nilai tekanan
darah. Bentuk keseluruhan yang dihasilkan dari tensimeter digital ini dapat dilihat pada
gambar 4.1.
Gambar 4.1. Bentuk fisik tensimeter digital berbasis mikro ATMega8535
4.1. Cara Kerja Tensimeter Digital Berbasis Mikro ATmega 8535
Pada awal proses kerja dari tensimeter digital ini saat dihidupkan maka LCD akan
menampilkan ”TENSIMETER” pada baris pertama dan menampilkan ”DIGITAL” pada
baris kedua. Setelah beberapa detik tampilan awal LCD tersebut akan berubah menjadi
49
50
”TEKANAN= mmHg” pada baris pertama dan juga akan menampilkan ”S/D = /
mmHg” pada baris kedua. Port LCD yang digunakan pada mikrokontroler ATMega8535
adalah port C.0 sampai dengan port C.7.
Saat kantung udara dipompa maka akan terjadi tekanan yang mengaktifkan sensor
tekanan udara, saat sensor aktif maka timbul tegangan yang dikuatkan oleh rangkaian
penguat tegangan 380 kali. Hasil penguatan tegangan keluaran sensor ditujukan ke pin
ADC dan juga rangkaian osilasi.
Port ADC yang digunakan pada mikrokontroler ATMega8535 adalah port A.0. Di
dalam ADC terjadi proses konversi sinyal analog menjadi sinyal digital agar dapat dibaca
oleh LCD. Hasil dari konversi ADC ini ditampilkan oleh LCD sebagai nilai tekanan
dengan satuan mmHg. Ketika kantung udara mulai dikosongkan maka tampilan LCD pada
baris pertama yaitu ”TEKANAN= mmHg” akan diisi oleh hasil konversi ADC, nilai yang
berada setelah simbol ”sama dengan” akan semakin berkurang yaitu dari 250 mmHg
hingga 0 mmHg.
Saat menurunnya nilai tekanan inilah rangkaian sinyal osilasi bekerja, yaitu
mencari lonjakan tekanan yang akan ditampilkan pada penampil LCD baris kedua ”S/D = /
mmHg”. Ketika terjadi lonjakan pertama, nilai tekanan yang terbaca akan ditampilkan pada
kolom ” S ” atau kolom sistolik. Saat terjadi lonjakan tekanan pertama atau sistolik ini
maka LED akan menyala sebagai detektor bahwa telah didapatkan nilai sistolik. Proses
selanjutnya adalah mencari nilai diastolik saat pompa dikendorkan terus menerus hingga 0
mmHg yang terbaca pada penampil LCD. Saat dikendorkan terus menerus akan terjadi
lonjakan seperti saat mencari nilai sistolik. Lonjakan tekanan yang kedua ini adalah
lonjakan dari tekanan bawah atau diastolik dan ditampilkan oleh LCD pada baris kedua
kolom ” D ” atau kolom diastolik. Seiring diperolehnya nilai diastolik maka LED yang
tadinya menyala akan padam dan juga buzzer akan berbunyi sesaat sebagai tanda bahwa
pengukuran tekanan darah berbasis mikro ATMega 8535 telah selesai atau telah didapatkan
suatu nilai sistolik dan juga diastolik.
4.2. Pengamatan Tensimeter Digital Berbasis Mikro ATmega 8535
4.2.1. Pengujian Rangkaian Regulator
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai keluaran dari rangkaian regulator 5
Volt, apakah sudah sesuai dengan nilai yang diinginkan yaitu sebesar 5 Volt. Proses
pengujian adalah dengan menghubungkan keluaran dari rangkaian pada multimeter untuk
51
mengukur besarnya nilai keluaran IC 7805 setelah melewati capasitor. Skema dari
pengujian rangkaian regulator tegangan 5 Volt dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Pengujian Regulator Tegangan
Dari hasil pengujian didapat besarnya nilai yang terbaca pada multimeter digital
adalah sebesar 5,16 Volt.
4.2.2. Pengujian Rangkaian Penurun Tegangan 3 Volt
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai tegangan masukan sensor sebesar 3
volt. Proses pengujian sama dengan pengujian rangkaian regulator yaitu dengan
menghubungkan keluaran dari rangkaian penurun tegangan 3 volt pada multimeter untuk
mengukur besarnya nilai keluaran. Besarnya nilai tegangan keluaran dari rangkaian
penurun tegangan adalah sebesar 3 volt.
4.2.3. Pengujian Rangkaian Sensor
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor yang digunakan masih
dalam keadaan baik. Pengujian ini dilakukan setelah sensor terpasang pada sistem yaitu
dengan cara memberikan tegangan 3 v ke kaki input tegangan sensor dan menghubungkan
kaki ground sensor ke ground. Dengan memberikan tekanan yang berupa udara ke lubang
sensor didapat perubahan tegangan pada kaki output sensor. Dimana perubahan tegangan
output memiliki karakteristik yang sama dengan besarnya tekanan yang diberikan seperti
terlihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Range tegangan keluaran sensor
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
0 0,6 130 5,6
10 0,8 140 6,0
52
Tabel 4.1. (Lanjutan) Range tegangan keluaran sensor
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
20 1,2 150 6,4
30 1,6 160 6,8
40 2,0 170 7,2
50 2,4 180 7,6
60 2,8 190 8,0
70 3,2 200 8,4
80 3,6 210 8,8
90 4,0 220 9,2
100 4,4 230 9,6
110 4,8 240 10
120 5,2 250 10,4
Hasil pengujian yang didapat, diketahui perubahan tekanan yang diberikan kepada
sensor berdampak juga terhadap keluaran tegangan yang dikeluarkan yaitu semakin besar
tekanan yang diberikan maka semakin besar pula tegangan yang dihasilkan sensor
sehingga dapat disimpulkan sensor yang digunakan masih dalam kondisi baik.
4.2.4. Pengujian Rangkaian Instrumentation Amplifier
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui berapa besarnya nilai tegangan keluaran
setelah dikuatkan sebesar 380 kali oleh rangkaian penguat instrumentasi. Dari hasil
pengukuran dengan menggunakan multimeter digital didapat besarnya nilai Rpot adalah
sebesar 55 Ω. Tabel 4.2 menunjukkan range dari tegangan output setelah mengalami
penguatan sebesar 380 kali.
Tabel 4.2. Range tegangan output setelah penguatan
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Sebelum Penguatan
(mV)
Setelah Penguatan 380 kali
(mV)
0 0,6 0
53
Tabel 4.2. (Lanjutan) Range tegangan output setelah penguatan
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Sebelum Penguatan
(mV)
Setelah Penguatan 380 kali
(mV)
10 0,8 50
20 1,2 120
30 1,6 250
40 2,0 380
50 2,4 540
60 2,8 690
70 3,2 840
80 3,6 0980
90 4,0 1160
100 4,4 1290
110 4,8 1440
120 5,2 1620
130 5,6 1730
140 6,0 1890
150 6,4 2080
160 6,8 2230
170 7,2 2350
180 7,6 2500
190 8,0 2650
200 8,4 2800
210 8,8 2950
220 9,2 3100
230 9,6 3250
240 10 3400
250 10,4 3550
Dari hasil pengujian diketahui bahwa rangkaian penguat instrumentasi ini dapat
berjalan atau mengalami penguatan walaupun penguatan yang terjadi tidak sebesar 380
54
kali. Perubahan yang terjadi pada penguatan dikarenakan adanya perubahan tekanan yang
mempengaruhi besarnya nilai tegangan keluaran sensor tekanan udara.
4.2.5. Pengujian Mikrokontroler ATmega8535
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah mikrokontroler yang digunakan
masih dalam keadaan baik. Pengujian yang dilakukan penulis adalah dengan membuat
program dan mengunduh program tersebut pada mikrokontroler ATMega8535. Untuk
mengetahui apakah mikrokontoler ATMega8535 berjalan dengan benar, maka hasil
penulisan program yang telah dibuat akan ditampilkan pada LCD. Pengujian ini dilakukan
sebelum mikrokontroler terpasang pada sistem. Adapun program untuk menguji apakah
mikrokontroler ATMega8535 berfungsi dengan benar adalah sebagai berikut :
#include <mega8535.h>
#asm
.equ __lcd_port=0x15 ; PORTC
#endasm
#include <lcd.h>
void main(void)
lcd_init(16);
lcd_gotoxy(4,0);
lcd_putsf("TENSIMETER");
lcd_gotoxy(4,1);
lcd_putsf("DIGITAL");
while (1) ;
Penerapan dari pembuatan program untuk mengetahui apakah mikrokontroler
ATMega535 berjalan dengan benar pada penampil LCD ditunjukkan oleh gambar 4.3.
55
Gambar 4.3. Pengujian mikrokontroler ATMega8535
Dari hasil pengujian diketahui bahwa mikrokontroler ATMega8535 sudah bekerja
dengan benar karena dapat menampilkan hasil dari program yang dibuat oleh penulis.
4.2.6. Pengujian LCD
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah LCD bekerja dengan baik
ataupun terjadi kesalahan pada LCD yang digunakan dalam pembuatan Tensimeter Digital
Berbasis Mikro ATMega8535. Pengujian dilakukan dengan membuat bahasa pemrograman
sedemikian rupa dengan bahasa C pada mikrokontroler ATMega8535, sehingga layar LCD
2x16 dapat menampilkan “NAMA SAYA” pada baris pertama, dan “DEN BHENY” pada
baris kedua. Gambar 4.4. merupakan hasil dari pengujian LCD (Liquid Crystal Display)
yang dilakukan oleh penulis untuk mengetahui fungsi dari LCD.
Gambar 4.4. Hasil Pengujian LCD (Liquid Crystal Display)
Pemrograman bahasa C untuk “NAMA SAYA” pada baris pertama dan ”DEN
BHENY” pada baris kedua adalah sebagai berikut :
#include <mega8535.h>
#asm
.equ __lcd_port=0x15 ; PORTC
56
#endasm
#include <lcd.h>
void main(void)
lcd_init(16);
lcd_gotoxy(4,0);
lcd_putsf("NAMA SAYA");
lcd_gotoxy(4,1);
lcd_putsf("DEN BHENY");
while (1) ;
Dari pengujian LCD ini maka dapat disimpulkan bahwa LCD dapat bekerja dengan
baik, karena hasil tampilan sudah sesuai dengan yang diinginkan oleh penulis yaitu
menampilkan tampilan “NAMA SAYA” pada baris pertama dan “DEN BHENY” pada
baris kedua di LCD.
4.2.7. Pengujian Sinyal Diastolik dan Sistolik
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui dimana letak lonjakan tekanan darah
yang didefinisikan sebagai tekanan sistolik dan diastolik, setelah adanya pemompaan
kantung udara. Pengujian ini dilakukan dengan dua metode, yaitu yang pertama adalah
dengan mencari lonjakan tekanan saat tegangan dari sensor tekanan udara telah dikuatkan
sebesar 380 kali dan yang kedua saat lonjakan tekanan udara sudah melewati rangkaian
osilasi.
Dengan metode mencari lonjakan S/D setelah dikuatkan 380 kali ini proses
pengambilan data adalah lengan kiri dibungkus kantong karet yang terbungkus karet (cuff),
kemudian dipompa hingga mencapai tekanan maksimal yang diinginkan. Setelah mencapai
titik tekanan yang diinginkan sumbat udara dikendorkan secara perlahan-lahan agar Kain
yang dibungkus kain (cuff), menjadi kosong dan darah mengalir menghasilkan detak
jantung saat memompa. Kemudian dengan menggunakan osiloskop diamati apakah ada
lonjakan tekanan dengan membaca kenaikan sinyal yang terjadi pada penampil osiloskop.
Gambar 4.5 merupakan gambar dari penampil osiloskop saat mencari lonjakan tekanan
darah setelah dikuatkan 380 kali.
57
Gambar 4.5. Proses pembacaan sinyal antara 250 mmHg hingga 0 mmHg
Gambar 4.6. Lonjakan tekanan sistolik dan diastolik
Gambar 4.6 merupakan gambar dari adanya lonjakan tekanan darah yang dianggap
sebagai indikator tekanan sistolik dan diastolik. Dari gambar 4.6 dapat dilihat bahwa setiap
tekanan diturunkan terjadi lonjakan tekanan akibat dari jantung yang berkontraksi
walaupun lonjakan ini sangatlah kecil. Untuk menghilangkan lonjakan yang sangat kecil
ini maka dibutuhkan rangkaian osilasi.
Metode kedua untuk mengetahui adanya lonjakan sistolik dan diastolik ini adalah
dengan mengamati adanya lonjakan sinyal pada rangkaian osilasi, apakah ada lonjakan
Puncak pemompaan250 mmHg
Tanpa adanyapemompaan
0 mmHg
Lonjakan sistolik
Lonjakan diastolik
58
tekanan sistolik dan diastolik yang terjadi. Gambar 4.7 merupakan gambar dari sinyal yang
terbaca pada osiloskop setelah sinyal disaring oleh rangkaian osilasi.
Gambar 4.7. Sinyal yang terbaca pada rangkaian osilasi
Dari pengamatan seperti ditunjukkan pada gambar 4.7, diketahui bahwa rangkaian
osilasi tidak berjalan sesuai dengan yang diharapkan oleh penulis. Besarnya dc offset yang
terjadi adalah sebesar 50 mV (data pengamatan terlampir).
4.2.8. Pengujian Tampilan Tekanan Darah pada LCD
Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan besarnya error yang terjadi dari
pembacaan nilai tekanan udara saat pengukuran yang ditampilkan melalui rangkaian
penampil LCD dengan pengukuran yang ditampilkan melalui penampil analog (jarum
tensimeter analog). Hasil pengujian tampilan dapat dilihat pada gambar 4.8, dan gambar
4.9, serta hasil pengujian di tabelkan oleh penulis pada tabel 4.3.
Gambar 4.8. Tampilan Alat Ukur saat tekanan sebesar 0 mmHg
Sinyal yang terbacaosiloskop pada
rangkaian osilasi
59
Gambar 4.9. Tampilan LCD saat tekanan sebesar 0 mmHg
Tabel 4.3. Tampilan Tekanan Darah pada Alat Ukur dan Tampilan pada LCD
No
Tampilan Tekanan Darah
No
Tampilan Tekanan Darah
Tensimeter
(mmHg)
LCD
(mmHg)
Tensimeter
(mmHg)
LCD
(mmHg)
1 0 – 20 0 - 20 13 140 140
2 30 30 14 150 150
3 40 40 15 160 160
4 50 50 16 170 170
5 60 60 17 180 180
6 70 70 18 190 190
7 80 80 19 200 200
8 90 90 20 210 210
9 100 100 21 220 220
10 110 110 22 230 230
11 120 120 23 240 240
12 130 130 24 250 250
Dari tabel 4.3 terlihat bahwa tampilan tekanan darah antara alat ukur dengan LCD
sudah sesuai dengan perancangan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa penampil nilai
tekanan darah yang ditampilkan pada LCD sudah sesuai dengan yang diharapkan oleh
penulis, karena sudah sesuai dengan alat ukur tensimeter analog yang digunakan oleh
penulis.
60
4.3. Analisa
Proses analisa “Tensimeter Digital Berbasis Mikro ATMega 8535” dilakukan oleh
penulis dengan membandingan data dari perancangan dengan data yang diambil dari proses
pengujian secara langsung.
4.3.1. Rangkaian Regulator 5 Volt
Rangkaian regulator tegangan 5 volt ini berfungsi sebagai penurun tegangan 9 volt
menjadi 5 volt agar rangkaian yang menggunakan sumber tegangan sebesar 5 volt dapat
bekerja dengan benar. Dari perancangan regulator tegangan pada bab 3, diketahui bahwa
dengan menggunakan IC 7805 keluaran tegangan adalah sebesar 5 volt. Sedangkan pada
pengujian rangkaian regulator tegangan 5 volt diketahui besarnya tegangan keluaran yang
terukur adalah sebesar 5,16 volt. Gambar 4.10 merupakan gambar dari rangkaian regulator
tegangan 5 volt dengan IC 7805.
Gambar 4.10. Rangkaian regulator tegangan 5 volt dengan IC 7805
Dari data yang ada dapat dihitung besarnya galat error yang terjadi dari rangkaian
regulator tegangan ini, besarnya galat error yang terjadi adalah sebagai berikut :
error = hasil pengukuran – hasil perancangan
error = 5,16 – 5
= 0,16
error = x 100%
IC 7805
61
error =,
x 100%
=,
x 100%
= 3,2 %
Tabel 4.4. Tegangan keluaran regulator tegangan
NoPerancangan
(volt)
Pengukuran
(volt)
Error
(volt)
Error
(%)
1 5 5,16 0,16 3,2
Dari perhitungan diatas seperti terlihat pada tabel 4.4, diketahui bahwa besarnya
error yang terjadi adalah sebesar 3,2 %. Karena error yang terjadi kurang dari 10 % maka
dapat disimpulkan bahwa rangkaian regulator tegangan 5 volt dapat berfungsi dengan
benar dan sesuai dengan tegangan yang diharapkan oleh penulis.
4.3.2. Rangkaian Penurun Tegangan 3 Volt dan Rangkaian Sensor
Rangkaian penurun tegangan 5 volt menjadi 3 volt ini berfungsi sebagai rangkaian
yang membuat tegangan dari regulator tegangan 5 volt menjadi 3 volt, sebagai tegangan
masukan sensor agar sensor dapat bekerja. Dari pengujian rangkaian yang dilakukan oleh
penulis didapat besarnya tegangan keluaran rangkaian penurun tegangan 3 volt adalah
sebesar 3 volt. Dari data tersebut diatas maka dapat dicari berapa besarnya error yang
terjadi antara hasil perancangan dengan hasil pengujian rangkaian oleh penulis, adapun
error yang terjadi ditunjukkan pada tabel 4.5.
Tabel 4.5. Error pada rangkaian penurun tegangan 3 volt
NoPerancangan
(volt)
Pengukuran
(volt)
Error
(volt)
Error
(%)
1 3 3 0 0
Dari perhitungan diatas diketahui bahwa besarnya error yang terjadi adalah sebesar
0 %. Karena error yang terjadi kurang dari 0% maka dapat disimpulkan bahwa rangkaian
regulator tegangan 5 volt dapat berfungsi dengan benar dan sesuai dengan tegangan yang
diharapkan oleh penulis.
62
Tabel 4.6. Tegangan keluaran sensor saat perancangan dan pengujian
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
0 0,1 0,4
10 0,2 0,8
20 0,3 1,2
30 0,4 1,6
40 0,5 2,0
50 0,6 2,4
60 0,7 2,8
70 0,8 3,2
80 0,9 3,6
90 1 4,0
100 1,1 4,4
110 1,2 4,8
120 1,3 5,2
130 1,4 5,6
140 1,5 6,0
150 1,6 6,4
160 1,7 6,8
170 1,8 7,2
180 1,9 7,6
190 2 8,0
200 2,1 8,4
210 2,2 8,8
220 2,3 9,2
230 2,4 9,6
240 2,5 10
250 2,6 10,4
63
Dari tabel 4.6 diketahui adanya pergeseran tegangan keluaran sensor antara
tegangan keluaran sensor perancangan dengan tegangan keluaran sensor pengujian.
Pergeseran ini terjadi karena saat pengambilan data perancangan, penulis mengambil data
keluaran sensor tanpa diberi beban (RL). Sedangkan pada tegangan keluaran pengujian
perancang mengambil data dengan sensor sudah terpasang pada sistem. Walaupun terjadi
pergeseran keluaran sensor, kenaikan dari kedua tegangan keluaran sensor ini masih
bersifat linear. Tabel 4.7 menunjukkan data pergeseran tegangan keluaran yang terjadi
pada rangkaian sensor.
Tabel 4.7. Pergeseran tegangan keluaran sensor
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor Pergeseran
Tegangan Sensor
(mV)
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
0 0,1 0,4 0,3
10 0,2 0,8 0,6
20 0,3 1,2 0,9
30 0,4 1,6 1,2
40 0,5 2,0 1,5
50 0,6 2,4 1,8
60 0,7 2,8 2,1
70 0,8 3,2 2,4
80 0,9 3,6 2,7
90 1 4,0 3,0
100 1,1 4,4 3,3
110 1,2 4,8 3,6
120 1,3 5,2 3,9
130 1,4 5,6 4,2
140 1,5 6,0 4,5
150 1,6 6,4 4,8
160 1,7 6,8 5,1
170 1,8 7,2 5,4
180 1,9 7,6 5,7
64
Tabel 4.7. (Lanjutan) Pergeseran tegangan keluaran sensor
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor Pergeseran
Tegangan Sensor
(mV)
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
190 2 8,0 6,0
200 2,1 8,4 6,3
210 2,2 8,8 6,6
220 2,3 9,2 6,9
230 2,4 9,6 7,2
240 2,5 10 7,5
250 2,6 10,4 7,8
4.3.3. Instrumentation Amplifier
Rangkaian penguat instrumentasi (Instrumentation Amplifier) ini, terdiri dari
rangkaian beda tegangan dan rangkaian penguat 380 kali. Instumentation amplifier ini
berfungsi sebagai penguat tegangan keluaran dari sensor tekanan udara (BPS-Pressure
Sensor). Dengan adanya penguat intrumentasi ini maka tegangan keluaran sensor yang
nilainya sangat kecil akan menjadi lebih kuat atau lebih tinggi nilai tegangan keluarannya.
Selain itu dengan adanya rangkaian penguat ini, lonjakan tekanan yang terjadi akan lebih
mudah untuk diketahui atau terdeteksi walaupun lonjakan itu sangat kecil.
Dalam pengujian perangkat keras rangkaian penguat 380 kali, terjadi perubahan
besarnya nilai penguatan saat perancangan. Perubahan penguatan yang terjadi disebabkan
oleh adanya perubahan tegangan keluaran sensor saat terbebani oleh rangkaian lain seperti
dijelaskan pada sub bab 4.3.2. Adapun perbandingan perubahan dari nilai tegangan
penguatan saat pengujian terlihat pada tabel 4.8.
Tabel 4.8. Perbandingan Penguatan Antara Perancangan dengan Pengujian
Tekanan Darah
(mmHg)
Gain = 380 kali
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
0 38 0
10 76 50
65
Tabel 4.8. (Lanjutan) Perbandingan Penguatan Antara Perancangan dengan Pengujian
Tekanan Darah
(mmHg)
Gain = 380 kali
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
20 114 120
30 152 250
40 190 380
50 228 540
60 266 690
70 304 840
80 342 0980
90 380 1160
100 418 1290
110 456 1440
120 494 1620
130 532 1730
140 570 1890
150 608 2080
160 646 2230
170 684 2350
180 722 2500
190 760 2650
200 798 2800
210 836 2950
220 874 3100
230 912 3250
240 950 3400
250 988 3550
Dari tabel 4.8 terlihat bahwa pada saat pengujian nilai tekanan, saat tekanan sebesar
0 mmHg besarnya nilai tegangan keluaran setelah dikuatkan didapatkan nilai sebesar 0
mV. Perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada rangkaian penuat ini disebabkan oleh
66
adanya tegangan saturasi dari Op-Amp. Perubahan tegangan keluaran yang terjadi pada
rangkaian penguat ini akan berpengaruh juga terhadap nilai skala pengali ADC yang akan
dijelaskan pada sub bab 4.3.6.
4.3.4. Oscillation Signal Amplifier
Dari data yang ada pada sub bab 4.2.7 yaitu tentang sinyal sistolik dan diastolik
dapat ditarik kesimpulan, bahwa pada saat terdeteksinya titik sistolik dan diastolik pada
rangkaian penguat tegangan 380 kali terdapat kenaikan tegangan secara tiba-tiba saat
terdapat kontraksi dari jantung saat memompa darah. Sedangkan pada rangkaian signal
osilasi perubahan yang terjadi tidak dapat terdeteksi karena sangat kecil. Tidak
terdeteksinya sinyal sistolik maupun diastolik pada rangkaian osilasi ini dikarenakan
rangkaian osilasi sinyal tidak beroperasi sebagaimana mestinya.
Pada perancangan dc offset yang diambil dari referensi yang ada penulis
menentukan agar dc offset diinginkan adalah sebesar 1,5 volt. Besarnya dc offset ini
digunakan untuk membuat titik stasioner dari denyut jantung agar sinyal sistolik dan
diastolik saja yang akan dibaca oleh mikrokontroler ATMega8535 sebagai data masukan.
Pada pengukuran dc offset didapatkan nilai dc offset sebesar 3.52 volt. Besarnya dc offset
pada pengukuran tidak sesuai dengan perancangan dikarenakan, resistor yang digunakan
dalam pembuatan alat tidak sesuai dengan perancangan. Adapun perhitungan besarnya
nilai dc offset pada rangkaian osillation signal amplifier adalah sebagai berikut :
DC offset(perhitungan) = VCC * R16 / (R16+R15)
= 5 v * 24k / ( 24k+10k) = 3.57 volt
Dari data tersebut diatas maka dapat dicari berapa besarnya error yang terjadi
antara hasil perancangan dengan hasil pengujian rangkaian oleh penulis, adapun error yang
terjadi ditunjukkan pada tabel 4.9.
67
Tabel 4.9. Error pada rangkaian oscillation signal amplifier
NoPerancangan
(volt)
Perhitungan
(volt)
Pengukuran
(volt)
Error
(volt)
Error
(%)
1 1,5 3,57 - 2,07 138
2 1,5 - 3,52 2,02 134
Dari tabel 4.9 diketahui bahwa besarnya error yang terjadi lebih besar dari 10 %,
yaitu sebesar 136 %. Maka dapat disimpulkan bahwa rangkaian oscillation signal amplifier
ini tidak bekerja sesuai dengan yang diharapkan penulis didalam perancangan rangkaian
oscillation signal amplifier, sehingga berpengaruh terhadap pendeteksian dan letak dari
titik sistolik dan diastolik pengukuran tekanan darah.
4.3.5. Sistolik dan Diastolik
Dari pengujian lonjakan sistolik dan diastolik sesudah melewati rangkaian penguat
instrumentasi (instrumentation amplifier) yang dilakukan oleh penulis menggunakan
osciloskop, dapat disimpulkan bahwa saat melewati rangkaian penguat instrumentasi ini
sudah dapat ditemukan lonjakan tekanan atas (sistolik) dan juga lonjakan tekanan bawah
(diastolik). Tetapi lonjakan yang terjadi masih terpengaruh oleh detak jantung, sehingga
masih terlihat adanya derau dari rangkaian penguat instrumentasi ini seperti terlihat pada
gambar 4.6.
Rangkaian oscillation signal amplifier sebenarnya berfungsi untuk menghilangkan
derau yang ada setelah melewati rangkaian penguat instrumentasi, karena pada rangkaian
oscillation signal amplifier terdapat dc offset sebesar 1,5 volt sebagai stasioner agar
lonjakan sistolik dan diastolik tidak terpengaruh oleh derau yang ada. Selain itu rangkaian
oscillation signal amplifier ini juga berfungsi sebagai pendeteksi lonjakan atas maupun
lonjakan bawah dari tekanan darah. Tegangan keluaran dari intrumentation amplifier dan
juga rangkaian oscillation signal amplifier akan diolah oleh ADC pada mikrokontoler agar
didapatkan nilai sistolik dan diastolik. Dengan membuat program yang didefinisikan oleh
penulis bahwa saat tegangan keluaran dari oscillation signal amplifier kurang dari 1,5 volt
(dc offset) adalah nol (low) dan saat tegangan keluaran dari oscillation signal amplifier
lebih besar atau sama dengan 1,5 volt adalah satu (high), maka akan diketahui dimana letak
sistolik maupun diastolik dari pengukuran tekanan darah. Pengujian rangkaian oscillation
68
signal amplifier ini tidak berjalan sesuai dengan perancangan, sehingga berpengaruh di
dalam menentukan lonjakan sistolik maupun lonjakan diastolik.
Saat dilakukan kedua pengujian tersebut diatas diketahui bahwa tanpa
menggunakan rangkaian oscillation signal amplifier sebenarnya penulis sudah
mendapatkan lonjakan tekanan sistolik maupun diastolik, yaitu saat berada pada rangkaian
instrumentation amplifier. Didalam pengujian penampil tekanan darah pada LCD, saat
pompa dipompa (diberi tekanan) hingga mencapai batas atas pemompaan (250 mmHg),
dan kemudian tekanan dikurangi hingga mencapai batas bawah pemompaan (0 mmHg),
pada penampil LCD terlihat terjadi lonjakan tekanan sistolik maupun diastolik. Hal ini
terlihat dari penampil tekanan darah pada LCD akan stabil beberapa saat setelah
ditemukannya lonjakan tekanan sistolik maupun diastolik.
4.3.6. Sub Routine Baca ADC dan Nilai Skala Pengali ADC
Sub routine baca ADC dan nilai skala pengali ADC pada pengujian mengalami
perubahan dari perancangan sebelumnya. Hal ini dikarenakan adanya pergeseran
perancangan baik itu dari keluaran sensor maupun keluaran rangkaian penguat
intrumentasi. Karena adanya perubahan ini maka penulis menghitung kembali skala ADC
agar pengukur tekanan darah yang dibuat atau didesain penulis dapat mengukur nilai
tekanan darah dan menampilkan nilai tekanan darah pada rangkaian penampil LCD (Liquid
Crystal Display).
Dari data yang diperoleh dengan melakukan pengujian (dilampirkan), diketahui
bahwa kenaikan sensor setiap 10 mmHg memiliki nilai rata – rata sebesar 0,4 mV. Pada
pengujian tegangan keluaran sensor saat batas tekanan yang bernilai 250 mmHg didapat
nilai Vout (tegangan keluaran) sensor adalah sebesar 10,4 mV. Dari pengujian yang
dilakukan didapatkan bahwa tegangan keluaran setelah dikuatkan 380 kali, batas bawah
tekanan (0 mmHg) berada pada nilai tegangan keluaran sebesar 0 mV. Sedangkan untuk
batas atas (250 mmHg) dari nilai tekanan darah adalah sebesar 3550 mV. Besarnya batas
atas tegangan keluaran sensor ini akan dijadikan penulis sebagai nilai dari vref. Dari
ketentuan - ketentuan diatas, dan dari perumusan (2.1), maka dapat dihitung besar nilai
hasil konversi ADC (dc). Untuk Vin sebesar 0 mV (batas bawah), maka nilai ADC (dc)
adalah :
( ) = 1024 = 0
69
Dari perhitungan yang telah dilakukan, besar ADC (dc) yang lain terlihat di dalam
Tabel 4.10.
Tabel 4.10. Nilai ADCdc dengan gain sebesar 380 kali
Tekanan Darah
(mmHg)
Gain = 380
(mV)
ADC
(dc)
0 0 0
10 50 14
20 120 34
30 250 72
40 380 109
50 540 155
60 690 199
70 840 242
80 980 282
90 1160 334
100 1290 372
110 1440 415
120 1620 467
130 1730 499
140 1890 545
150 2080 599
160 2230 643
170 2350 677
180 2500 721
190 2650 764
200 2800 807
210 2950 850
220 3100 894
230 3250 937
240 3400 980
250 3550 1024
70
Dari pengujian yang telah dilakukan oleh penulis seperti terlihat dalam Tabel 4.6,
besarnya nilai rata – rata kenaikan tekanan adalah sebesar 0,4 mV. Oleh karena itu
besarnya skala pengali tiap – tiap kenaikan adalah sama. Besarnya skala pengali adalah
sebagai berikut:
skala pengali = = ≈ 66,7 = 67
Karena nilai rata – rata kenaikan tekanan besarnya 0,4mV, maka skala pengali yang
digunakan adalah sebesar 67 seperti terlihat dalam tabel 4.11.
Tabel 4.11. Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan
mmHgSkala
pengali
0 67
10 67
20 67
30 67
40 67
50 67
60 67
70 67
80 67
90 67
100 67
110 67
120 67
130 67
140 67
150 67
160 67
170 67
180 67
71
Tabel 4.11. (Lanjutan) Nilai skala pengali tiap satu kenaikan tekanan
mmHgSkala
pengali
190 67
200 67
210 67
220 67
230 67
240 67
250 67
Dari Tabel 4.11 diketahui besarnya skala pengali adalah 67 untuk tiap-tiap nilai
kenaikan yang sama, oleh karena itu perumusan untuk nilai tekanan (mmHg) pada Routine
Baca Nilai Tekanan adalah sebagai berikut :
mmHg = (Vout – 0) x 67
mmHg = Vout x 67
dimana : Vout adalah nilai tegangan keluaran sensor tekanan
0 adalah nilai tegangan keluaran saat tekanan sebesar 0 mmHg
67 adalah nilai dari skala pengali
4.3.7. Perangkat Lunak
Penulisan program perangkat lunak yang dilakukan oleh penulis adalah dengan
menggunakan bahasa C, sedangkan compiler yang digunakan untuk membuat bahasa
pemrograman tersebut adalah CodeVisionAVR Evaluation V2.04.5b (CVAVR
EV2.04.5b). Digunakannya bahasa C dan juga software CVAVR EV2.04.05b, karena
bahasa C sangat mudah untuk dimengerti dan dipahami oleh penulis didalam penulisan
program “Pengukur Tekanan Darah (Tensimeter) Digital berbasis Mikro ATMega8535”.
Compiler CodeVisionAVR merupakan compiler bahasa C untuk AVR. Compiler
ini cukup mudah didalam penggunaannya, juga didukung berbagai fitur yang sangat
membantu dalam pembuatan software untuk pembuatan program. CVAVR ini juga dapat
mengimplementasikan semua bahasa C yang sesuai dengan arsitektur AVR, bahkan
72
terdapat beberapa keunggulan tambahan untuk memenuhi keunggulan spesifik dari AVR.
Selain pustaka standar bahasa C, CVAVR juga mempunyai pustaka tambahan seperti
Alphanumeric LCD Modules, Delays, SPI, dan lain sebagainya. CVAVR juga mempunyai
program generator yang memungkinkan kita membuat program dengan cepat.
Berdasar pada diagram alir pada gambar 3.15, maka uraian dari program “Pengukur
Tekanan Darah (Tensimeter) Digital berbasis Mikro ATmega 8535” adalah sebagai
berikut:
4.3.4.1.Inisialisasi
Blok ini berfungsi sebagai pendefenisian dari mikrokontroler, LCD, dan juga
ADC. Adapun pendefinisian dari mikrokontroler, LCD, ADC adalah sebagai berikut:
; ---------------------------------------------------------------
; INISIALISASI
; ---------------------------------------------------------------
#include <mega8535.h> //preposesor ATMega8535
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x15 //pendefinisian bahwa LCD terhubung port C
#endasm
#include <lcd.h> //menyertakan fungsi pustaka lcd.h
#include <stdio.h> //menyertakan fungsi pustaka stdio.h
#include <delay.h> //menyertakan fungsi pustaka delay.h
#include <math.h> //menyertakan fungsi pustaka math.h
#define ADC_VREF_TYPE 0x00 //definisi tipe ADC yang digunakan yaitu
ADC 10 bit
//pendeklarasian variabel umum
unsigned char buff[33];
void lcd_putint (unsigned int dat)
sprintf(buff,"%d",dat);
lcd_puts(buff);
void main(void)
73
// pendeklarasian variabel dari pengukur
tekanan darah
float adc1; //adc1
float vout; //vout
unsigned int mmHg; //nilai mmHg
unsigned int distolik; //nilai distolik
unsigned int sistolik; //nilai sistolik
unsigned int count; //delay counter sekaligus pengecekan S dan
D
unsigned char n;
unsigned char lonjakan;
unsigned char selesai;
PORTA=0x00; //inisialisasi port A
DDRA=0x00;
PORTB=0x00; //inisialisasi port B
DDRB=0x04;
PORTC=0x00; //inisialisasi port C
DDRC=0x00;
PORTD=0x00; //inisialisasi port D
DDRD=0x20;
ADMUX=ADC_VREF_TYPE; //ADC inisialisasi
ADCSRA=0x85;
SFIOR&=0xEF;
4.3.4.2.Tampilan Awal
Blok ini berfungsi untuk menampilkan tampilan awal (judul) dari pengukur
tekanan darah (tensimeter) digital berbasis ATMega 8535, yaitu “TENSIMETER” pada
baris pertama dan juga “DIGITAL” pada baris kedua LCD (Liquid Crystal Display).
; ---------------------------------------------------------------
; TAMPILAN AWAL
; ---------------------------------------------------------------
// LCD module initialization
lcd_init(16);
//tampilan awal LCD
lcd_gotoxy(4,0); //set LCD pada baris pertama kolom keempat
74
lcd_putsf("TENSIMETER"); //tulis “TENSIMETER”
lcd_gotoxy(6,1); //menuju LCD baris kedua kolom keenam
lcd_putsf("DIGITAL"); //tulis “DIGITAL”
delay_ms(1000); //tampilkan judul setelah 1 sekon
lcd_clear(); //bersihkan LCD
4.3.4.3.Baca Nilai Tekanan
Pada blok ini berfungsi sebagai pembaca nilai tekanan darah dari pengukur
tekanan darah (tensimeter) digital berbasis ATMega 8535. Pada baca nilai tekanan darah
ini ADC membaca nilai tekanan dari tegangan keluaran setelah penguatan 380 kali.
Adapun program dari baca nilai tekanan adalah sebagai berikut :
; ---------------------------------------------------------------
; BACA NILAI TEKANAN
; ---------------------------------------------------------------
while (mmHg == 0) //tunggu sampai ada masukan ADC
adc1=read_adc(0); // nilai adc1
//ambil nilai adc1 dari hasil baca adc(0)
vout=(adc1*3.55)/1024; //besarnya nilai vout
//vout = nilai adc1 dikalikan 3,55
//3,55 merupakan tegangan puncak nilai
tekanan saat 250mmHg
mmHg= vout *67; //besarnya nilai mmHg
//nilai mmHg adalah hasil vout dikali 67
//nilai 67 merupakan skala pengali hasil
perhitungan
4.3.4.4.Tampilan Nilai Tekanan pada LCD
Blok ini berfungsi sebagai penampil nilai tekanan dengan satuan mmHg baris
pertama pada LCD dan penampil nilai sistolik dan diastolik pada baris kedua LCD.
75
; ---------------------------------------------------------------
; TAMPILKAN NILAI TEKANAN KE LCD (mmHg)
; ---------------------------------------------------------------
while (1)
n=0;
sistolik =0;
distolik =0;
mmHg =0;
lcd_gotoxy(0,0); //set LCD pada baris pertama kolom kesatu
lcd_putsf("TEKANAN= mmHg"); //tulis “TEKANAN= mmHg” pada LCD
lcd_gotoxy(8,0); //set LCD pada baris pertama kolom
kedelapan
lcd_putint(mmHg); //masukkan nilai dari mmHg pada LCD baris
pertama kolom kedelapan
while (mmHg == 0) //tunggu sampai ada masukan ADC
adc1=read_adc(0);
vout=(adc1*3.55)/1024;
mmHg= vout *67;
4.3.4.5.Baca Lonjakan Tekanan
Blok ini berfungsi untuk membaca adanya lonjakan tekanan sistolik maupun
diastolik.
; ---------------------------------------------------------------
; ADA LONJAKAN TEKANAN
; ---------------------------------------------------------------
lonjakan =0;
while (lonjakan == 0)
lcd_gotoxy(0,0); //set LCD pada baris pertama kolom kesatu
lcd_putsf("TEKANAN= mmHg");
lcd_gotoxy(8,0);
76
lcd_putint(mmHg);
count = 700;
while (count != 0)
if (PIND.3 = 1) //bernilai high menandakan adanya lonjakan
//masukan berasal dari port D.3
lonjakan =1;
count =0
Else
lonjakan=0;
count = count -1;
adc1=read_adc(0); //pembacaan ADC
vout=(adc1*3.55)/1024;
mmHg= vout *67;
4.3.4.6.Tampilan Sistolik dan Diastolik
Blok ini berfungsi untuk menampilkan nilai sistolik maupun diastolik pada LCD,
nilai lonjakan tekanan tersebut dimasukkan pada “S/D = / mmHg”.
; ---------------------------------------------------------------
; TAMPILAN NILAI SISTOLIK DAN DIASTOLIK
; ---------------------------------------------------------------
// Place your code here
n=0;
sistolik =0;
distolik =0;
77
mmHg =0;
lcd_gotoxy(0,1); //set LCD pada baris kedua kolom kesatu
lcd_putsf("S/D= / mmHg"); //tulis “S/D= / mmHg” pada LCD baris
kedua kolom kesatu
lcd_gotoxy(4,1); //set LCD pada baris kedua kolom keempat
lcd_putint(sistolik); //masukkan nilai sistolik pada baris kedua
kolom keempat
lcd_gotoxy(8,1); //set LCD pada baris kedua kolom kedelapan
lcd_putint(distolik); //masukkan nilai diastolik pada baris kedua
kolom kedelapan
4.3.4.7.Indikator LED
Blok ini berfungsi sebagai pendeteksi ditemukannya tekanan sistolik maupun
diastolik, dengan menyalakan LED dan kemudian mematikan LED saat kedua lonjakan
tekanan tersebut ditemukan. LED akan terus menyala jika hanya salah satu lonjakan
tekanan tersebut ditemukan.
; ---------------------------------------------------------------
; INDIKATOR LED NYALA DAN PADAM
; ---------------------------------------------------------------
n=n+1; //increament
if (n == 1) //saat n bernilai 1
sistolik = mmHg;
PORTB.2=1; //led pada port B.2 nyala
lcd_gotoxy(4,1); //set LCD pada baris kedua kolom keempat
lcd_putint(sistolik); //masukkan nilai sistolik
else if (n == 2)
distolik = mmHg;
PORTB.2=0; //led pada port B.2 padam
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putint(distolik);
78
selesai = 1;
4.3.4.8.Indikator Buzzer
Blok ini berfungsi sebagai indikator bahwa proses pengukur tekanan darah
(tensimeter) digital berbasis mikro ATMega8535 telah selesai, sehingga jika akan
melakukan pengukuran lagi harus mereset alat dari awal.
; ---------------------------------------------------------------
; BUZZER AKTIF SESAAT
; ---------------------------------------------------------------
while (PIND.2 == 1) //saat port D.2 aktif
PORTD.5 = 1; //buzzer pada port D.5 aktif
delay_ms(30); //delay selama 30 milisekon
PORTD.5 = 0; //buzzer pada port D.5 mati
delay_ms(50);
4.3.8. Analisa Perangkat Lunak
Dari pengujian diketahui bahwa proses pada blok inisialisasi, blok tampilan awal,
blok baca nilai tekanan, blok tampilan nilai tekanan pada LCD, dapat berjalan sesuai
dengan yang diharapkan oleh penulis. Hal ini didukung oleh adanya penampilan dari nilai-
nilai tekanan darah yang ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display), seperti terlihat
pada sub bab 4.2.8 mengenai pengujian tampilan tekanan darah pada LCD.
Sedangkan pada blok baca lonjakan tekanan, blok tampilan sistolik dan diastolik,
blok indikator LED, dan blok indikator buzzer, penulis belum mendapatkan hasil seperti
yang penulis inginkan. Dengan kata lain proses pengukuran tekanan darah untuk
mengetahui dimana letak sistolik dan diastolik belumlah didapatkan, dikarenakan terjadi
kesalahan pada rangkaian signal oscillation seperti dijelaskan pada sub bab 4.2.7 mengenai
analisa signal oscillation. Karena rangkaian signal oscillation tidak bekerja maka
79
berpengaruh terhadap nilai tekanan sistolik dan diastolik. Selain itu juga berpengaruh
terhadap indikator yang ada, seperti nyala dan padamnya LED sebagai indikator proses
pembacaan sistolik dan diastolik, bunyi buzzer sebagai indikator bahwa telah didapatkan
nilai pengukuran secara keseluruhan.
80
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pengamatan pengukur tekanan darah (tensimeter)
digital berbasis mikro ATMega8535 ini dapat disimpulkan :
1. Sensor tekanan bekerja dengan baik saat mendeteksi adanya tekanan darah,
walaupun mengalami pergeseran tegangan keluaran, tetapi pergeseran tegangan
keluaran sensor tersebut masih bersifat linier.
2. Dalam menentukan lonjakan tekanan sistolik dan diastolik menggunakan
rangkaian signal oscillation, penulis belum berhasil mendapatkan titik dari
lonjakan tekanan sistolik dan diastolik dikarenakan rangkaian osilasi sinyal
belum bekerja dengan baik.
3. Proses penampilan nilai tekanan darah pada rangkaian penampil LCD (Liquid
Crystal Display) sudah berjalan dengan baik, hal ini didukung oleh
didapatkannya nilai tekanan yang sesuai dengan alat ukur yang dibandingkan
dengan tampilan tekanan pada LCD.
5.2. Saran
Dengan ketidak sempurnaan di dalam pembuatan alat ini, maka untuk
pengembangan lebih lanjut diperlukan beberapa saran agar alat berjalan lebih baik,
meliputi :
1. Apabila terjadi tekanan akibat dari kerja jantung, maka tekanan tersebut
digunakan sebagai sinyal-sinyal untuk menentukan nilai sistolik dan diastolik.
2. Pendeteksian tekanan sistolik ataupun diastolik dapat dilakukan tanpa
menggunakan rangkaian signal oscillation, cukup menggunakan rangkaian
penguat (instrumentation amplifier). Karena pada rangkaian penguat sudah
terdeteksi adanya lonjakan tekanan sistolik maupun diastolik.
3. Agar mendapatkan nilai sistolik maupun diastolik sebaiknya penguatan lebih
besar dari 380 kali, misalnya 1000 kali. Dikarenakan semakin besar penguatan,
80
81
maka akan lebih mudah terdeteksi adanya perubahan yang terjadi pada
rangkaian sensor tekanan udara.
82
DAFTAR PUSTAKA
[1] Syaifuddin,ds,h, B.Ac., 1997, Anatomi Fisiologi untuk Siswa Perawat, Edisi 2,
EGC penerbit Buku Kedokteran, Jakarta
[2] Malvino, A, Ph.D., 1994, Prinsip Prinsip Dasar Elektronika/penerjemah :
Barmawi, M, Ph.D., Jakarta, Erlangga
[3] Wardhana, L., 2006, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535,
Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, C.V Andi Offset, Yogyakarta.
[4] Bejo, A., 2008, C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler
ATMega8535, Edisi Pertama, Graha Ilmu, Yogyakarta.
[5] Stanley, W.D., 1994, Operational Amplifiers With Linear Integrated Circuits, Third
Edition, Macmillan College Publishing Company Inc, New York.
[6] Blocher, R., 2004, Dasar Elektonika, C.V Andi Offset, Yogyakarta.
[7] Boylestad, R.L. Nashelsky. L., Electronic Devices and Circuit Theory, Sixth
Edition, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
[8] Balai Informasi Teknologi LIPI, 2009, Artikel Hipertensi/Tekanan,
http://www.bit.lipi.go.id/pangan-
kesehatan/documents/artikel_hipertensi/tekanan_darah.pdf
[9] http://www.cardiaccentre.com
[10] http://www.totalkesehatananda.com
[11] http://www.nhlbi.nih.gov
[12] http://www.google.co.id/imglanding?q=gambar%20tensimeter&imgurl
[13] Cardiac Auscultation Essays, http:/www2.umdnj.edu
[14] ------, Data Sheet AN1571, Digital Blood Pressure Meter.
[15] ------, Data Sheet IC 7805.
[16] ------, Data Sheet LCD Hitachi HD44780U.
[17] ------, Data Sheet BPS-Pressure Sensor
[18] ------, Data Sheet ATMega8535, Atmel
[19] ------, Data Sheet LM324
LAMPIRAN
Grafik Data Percobaan Karakteristik Sensor
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
17
0
18
0
19
0
20
0
21
0
22
0
23
0
24
0
25
0
VO
(mV
)
Tekanan (mmHg)
Tabel Nilai Tekanan (mmHg) dengan Tegangan Keluaran Sensor Tekanan (mV)
Besar Tekanan Tegangan Keluaran Sensor
(mmHg) (mV)
0 0.1
10 0.2
20 0.3
30 0.4
40 0.5
50 0.6
60 0.7
70 0.8
80 0.9
90 1
100 1.1
110 1.2
120 1.3
130 1.4
140 1.5
150 1.6
160 1.7
170 1.8
180 1.9
190 2
200 2.1
210 2.2
220 2.3
230 2.4
240 2.5
250 2.6
Tabel ADCdc dengan Penguatan 380 kali dan Vref sebesar 2,6V
Tekanan Darah
(mmHg)
Input ADC
(mV)
Penguatan = 380
(V)
ADC
(dc)
0 0,1 0,038 39
10 0,2 0,076 79
20 0,3 0,114 118
30 0,4 0,152 158
40 0,5 0,190 197
50 0,6 0,228 236
60 0,7 0,266 276
70 0,8 0,304 315
80 0,9 0,342 354
90 1 0,380 394
100 1,1 0,418 433
110 1,2 0,456 473
120 1,3 0,494 512
130 1,4 0,532 551
140 1,5 0,570 591
150 1,6 0,608 630
160 1,7 0,646 670
170 1,8 0,684 709
180 1,9 0,722 748
190 2 0,760 788
200 2,1 0,798 827
210 2,2 0,836 866
220 2,3 0,874 906
230 2,4 0,912 945
240 2,5 0,950 985
250 2,6 0,988 1024
Gambar Perancangan Rangkaian Lengkap
Tabel ADCdc dengan Penguatan 380 kali dan Vref sebesar 3550mV saat pengujian
Tekanan Darah
(mmHg)
Gain = 380
(mV)
ADC
(dc)
0 0 0
10 50 14
20 120 34
30 250 72
40 380 109
50 540 155
60 690 199
70 840 242
80 980 282
90 1160 334
100 1290 372
110 1440 415
120 1620 467
130 1730 499
140 1890 545
150 2080 599
160 2230 643
170 2350 677
180 2500 721
190 2650 764
200 2800 807
210 2950 850
220 3100 894
230 3250 937
240 3400 980
250 3550 1024
Data tegangan keluaran sensor saat pengujian
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
Tekanan Darah
(mmHg)
Output
(mV)
0 0,6 130 5,6
10 0,8 140 6,0
20 1,2 150 6,4
30 1,6 160 6,8
40 2,0 170 7,2
50 2,4 180 7,6
60 2,8 190 8,0
70 3,2 200 8,4
80 3,6 210 8,8
90 4,0 220 9,2
100 4,4 230 9,6
110 4,8 240 10
120 5,2 250 10,4
Data pengujian Tegangan Keluaran Sensor setelah penguatan 380 kali
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Sebelum Penguatan
(mV)
Setelah Penguatan 380 kali
(mV)
0 0,6 0
10 0,8 50
20 1,2 120
30 1,6 250
40 2,0 380
50 2,4 540
60 2,8 690
70 3,2 840
80 3,6 0980
90 4,0 1160
100 4,4 1290
110 4,8 1440
120 5,2 1620
130 5,6 1730
140 6,0 1890
150 6,4 2080
160 6,8 2230
170 7,2 2350
180 7,6 2500
190 8,0 2650
200 8,4 2800
210 8,8 2950
220 9,2 3100
230 9,6 3250
240 10 3400
250 10,4 3550
Data pengujian Sistolik dan Diastolik
Proses pembacaan sinyal antara 250 mmHg hingga 0 mmHg
Lonjakan tekanan sistolik dan diastolik
Sinyal yang terbaca pada rangkaian osilasi
Program Pengukur Tekanan Darah (Tensimeter) Digital Berbasis Mikro ATMega8535
/*********************************************
This program was produced by the
CodeWizardAVR V1.23.8c Standard
Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2003 HP InfoTech s.r.l.
http://www.hpinfotech.ro
e-mail:office@hpinfotech.ro
Project : Pengukur Tekanan Darah (Tensimeter) Digital berbasis Mikro ATMega8535
Version :
Date : 6/17/2010
Author : Benny
Company :
Comments:
Chip type : ATmega8535
Program type : Application
Clock frequency : 4.000000 MHz
Memory model : Small
External SRAM size : 0
Data Stack size : 128
*********************************************/
#include <mega8535.h>
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x15
#endasm
#include <lcd.h>
#include <stdio.h>
#include <delay.h>
#include <math.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x00
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
ADMUX=adc_input|ADC_VREF_TYPE;
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
// Declare your global variables here
unsigned char buff[33];
void lcd_putint (unsigned int dat)
sprintf(buff,"%d",dat);
lcd_puts(buff);
void lcd_putfloat (float dat)
sprintf(buff,"%f",dat);
lcd_puts(buff);
void main(void)
// Declare your local variables here
float adc1;
float vout;
unsigned int mmHg; //nilai mmHg
unsigned int distolik; //nilai distolik
unsigned int sistolik; //nilai sistolik
unsigned int count; //delay counter sekaligus pengecekan S dan D
unsigned char n;
unsigned char lonjakan;
unsigned char selesai;
// Input/Output Ports initialization
// Port A initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T State7=T
PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
// Port B initialization
// Func0=In Func1=In Func2=Out Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In Func7=In
// State0=T State1=T State2=0 State3=T State4=T State5=T State6=T State7=T
PORTB=0x00;
DDRB=0x04;
// Port C initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T State7=T
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
// Port D initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=Out Func6=In Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=0 State6=T State7=T
PORTD=0x00;
DDRD=0x20;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 0 Stopped
// Mode: Normal top=FFh
// OC0 output: Disconnected
TCCR0=0x00;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 1 Stopped
// Mode: Normal top=FFFFh
// OC1A output: Discon.
// OC1B output: Discon.
// Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x00;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
// Timer/Counter 2 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 2 Stopped
// Mode: Normal top=FFh
// OC2 output: Disconnected
ASSR=0x00;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization
// INT0: Off
// INT1: Off
// INT2: Off
GICR|=0x00;
MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
TIMSK=0x00;
// Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off
// Analog Comparator Output: Off
ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 125.000 kHz
// ADC Voltage Reference: AREF pin
// ADC High Speed Mode: Off
// ADC Auto Trigger Source: None
ADMUX=ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA=0x85;
SFIOR&=0xEF;
// LCD module initialization
lcd_init(16);
//tampilan awal LCD
lcd_gotoxy(4,0);
lcd_putsf("TENSIMETER");
lcd_gotoxy(6,1);
lcd_putsf("DIGITAL");
delay_ms(1000); //tampilkan judul 1 s
lcd_clear();
while (1)
// Place your code here
n=0;
sistolik =0;
distolik =0;
mmHg =0;
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("TEKANAN= mmHg");
lcd_gotoxy(8,0);
lcd_putint(mmHg);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("S/D= / mmHg");
lcd_gotoxy(4,1);
lcd_putint(sistolik);
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putint(distolik);
while (mmHg == 0) //tunggu sampai ada masukan ADC
adc1=read_adc(0);
vout=(adc1*3.55)/1024;
mmHg= vout *67;
selesai =0;
while (selesai == 0)
lonjakan =0;
while (lonjakan == 0)
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("TEKANAN= mmHg");
lcd_gotoxy(8,0);
lcd_putint(mmHg);
count = 700;
while (count != 0)
if (PIND.3 = 1) //bernilai high menandakan adanya lonjakan
lonjakan =1;
count =0
else
lonjakan=0;
count = count -1;
adc1=read_adc(0); //pembacaan ADC
vout=(adc1*3.55)/1024;
mmHg= vout *67;
n=n+1;
if (n == 1)
sistolik = mmHg;
PORTB.2=1; //led on
lcd_gotoxy(4,1);
lcd_putint(sistolik);
else if (n == 2)
distolik = mmHg;
PORTB.2=0; //led off
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putint(distolik);
selesai = 1;
while (PIND.2 == 1)
PORTD.5 = 1;
delay_ms(30);
PORTD.5 = 0;
delay_ms(50);
;
Hasil Pengujian Tampilan LCD dibandingkan dengan Alat Ukur
No
Tampilan Tekanan Darah
No
Tampilan Tekanan Darah
Tensimeter
(mmHg)
LCD
(mmHg)
Tensimeter
(mmHg)
LCD
(mmHg)
1 0 – 20 0 - 20 13 140 140
2 30 30 14 150 150
3 40 40 15 160 160
4 50 50 16 170 170
5 60 60 17 180 180
6 70 70 18 190 190
7 80 80 19 200 200
8 90 90 20 210 210
9 100 100 21 220 220
10 110 110 22 230 230
11 120 120 23 240 240
12 130 130 24 250 250
Data Pergeseran Tegangan Keluaran Sensor
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor Pergeseran
Tegangan Sensor
(mV)
Perancangan
(mV)
Pengujian
(mV)
0 0,1 0,4 0,3
10 0,2 0,8 0,6
20 0,3 1,2 0,9
30 0,4 1,6 1,2
40 0,5 2,0 1,5
50 0,6 2,4 1,8
60 0,7 2,8 2,1
70 0,8 3,2 2,4
80 0,9 3,6 2,7
90 1 4,0 3,0
100 1,1 4,4 3,3
110 1,2 4,8 3,6
120 1,3 5,2 3,9
130 1,4 5,6 4,2
140 1,5 6,0 4,5
150 1,6 6,4 4,8
160 1,7 6,8 5,1
170 1,8 7,2 5,4
180 1,9 7,6 5,7
190 2 8,0 6,0
200 2,1 8,4 6,3
210 2,2 8,8 6,6
220 2,3 9,2 6,9
230 2,4 9,6 7,2
240 2,5 10 7,5
250 2,6 10,4 7,8
Data Tegangan Keluaran Sensor Setelah Penguatan 380 kali
Tekanan Darah
(mmHg)
Tegangan Keluaran Sensor
Sebelum Penguatan
(mV)
Setelah Penguatan 380 kali
(V)
0 0,1 0,038
10 0,2 0,076
20 0,3 0,114
30 0,4 0,152
40 0,5 0,190
50 0,6 0,228
60 0,7 0,266
70 0,8 0,304
80 0,9 0,342
90 1 0,380
100 1,1 0,418
110 1,2 0,456
120 1,3 0,494
130 1,4 0,532
140 1,5 0,570
150 1,6 0,608
160 1,7 0,646
170 1,8 0,684
180 1,9 0,722
190 2 0,760
200 2,1 0,798
210 2,2 0,836
220 2,3 0,874
230 2,4 0,912
240 2,5 0,950
250 2,6 0,988
AN1571Rev 1, 05/2005
Freescale SemiconductorApplication Note
Digital Blood Pressure Meterby: C.S. Chua and Siew Mun Hin, Sensor Application Engineering
Singapore, A/P
INTRODUCTIONThis application note describes a Digital Blood Pressure
Meter concept which uses an integrated pressure sensor, analog signal-conditioning circuitry, microcontroller hardware/software and a liquid crystal display. The sensing system reads the cuff pressure (CP) and extracts the pulses for analysis and determination of systolic and diastolic pressure. This design uses a 50 kPa integrated pressure sensor (Freescale Semiconductor, Inc.P/N: MPXV5050GP) yielding a pressure range of 0 mm Hg to 300 mm Hg.
CONCEPT OF OSCILLOMETRIC METHODThis method is employed by the majority of automated non-
invasive devices. A limb and its vasculature are compressed by an encircling, inflatable compression cuff. The blood pressure reading for systolic and diastolic blood pressure values are read at the parameter identification point.
The simplified measurement principle of the oscillometric method is a measurement of the amplitude of pressure change in the cuff as the cuff is inflated from above the systolic pressure. The amplitude suddenly grows larger as the pulse breaks through the occlusion. This is very close to systolic pressure. As the cuff pressure is further reduced, the pulsation increase in amplitude, reaches a maximum and then diminishes rapidly. The index of diastolic pressure is taken where this rapid transition begins. Therefore, the systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) are
obtained by identifying the region where there is a rapid increase then decrease in the amplitude of the pulses respectively. Mean arterial pressure (MAP) is located at the point of maximum oscillation.
HARDWARE DESCRIPTION AND OPERATIONThe cuff pressure is sensed by Freescale's integrated
pressure X-ducer. The output of the sensor is split into two paths for two different purposes. One is used as the cuff pressure while the other is further processed by a circuit. Since MPXV5050GP is signal-conditioned by its internal op-amp, the cuff pressure can be directly interfaced with an analog-to-digital (A/D) converter for digitization. The other path will filter and amplify the raw CP signal to extract an amplified version of the CP oscillations, which are caused by the expansion of the subject's arm each time pressure in the arm increases during cardiac systole.
The output of the sensor consists of two signals; the oscillation signal ( ≈ 1 Hz) riding on the CP signal ( ≤ 0.04 Hz). Hence, a 2-pole high pass filter is designed to block the CP signal before the amplification of the oscillation signal. If the CP signal is not properly attenuated, the baseline of the oscillation will not be constant and the amplitude of each oscillation will not have the same reference for comparison. Figure 1 shows the oscillation signal amplifier together with the filter.
Figure 1. Oscillation Signal Amplifier
C2
+5.0V
R2
-
+
+DC Offset
U1a3
21
150k
LM324N0.33 µ
Vi
R3 1M 114
Vo
R1 1k
C1 33u
© Freescale Semiconductor, Inc., 2005. All rights reserved.
The filter consists of two RC networks which determine two cut-off frequencies. These two poles are carefully chosen to ensure that the oscillation signal is not distorted or lost. The
two cut-off frequencies can be approximated by the following equations. Figure 2describes the frequency response of the filter. This plot does not include the gain of the amplifier.
Figure 2. Filter Frequency
The oscillation signal varies from person to person. In general, it varies from less than 1 mm Hg to 3 mm Hg. From the transfer function of MPXV5050GP, this will translate to a voltage output of 12 mV to 36 mV signal. Since the filter gives an attenuation of 10 dB to the 1 Hz signal, the oscillation signal becomes 3.8 mV to 11.4 mV respectively. Experiments
indicate that, the amplification factor of the amplifier is chosen to be 150 so that the amplified oscillation signal is within the output limit of the amplifier (5.0 mV to 3.5 V). Figure 3 shows the output from the pressure sensor and Figure 4 illustrates the extracted oscillation signal at the output of the amplifier.
10
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-8010 10010.10.01
Frequency (Hz)
Atten
uatio
n (dB
)
fP1 = 1
2πR1C1
fP2 = 1
2πR3C2
0
CP Signal (0.04 Hz)
Oscillation Signal (1 Hz)
AN1571
Sensors2 Freescale Semiconductor
Figure 3. CP Signal at the Output of the Pressure Sensor
Figure 4. Extracted Oscillation Signal at the Output of Amplifier
Referring to the schematic, Figure 5, the MPX5050GP pressure sensor is connected to PORT D bit 5 and the output of the amplifier is connected to PORT D bit 6 of the microcontroller. This port is an input to the on-chip 8-bit analog-to-digital (A/D) converter. The pressure sensor provides a signal output to the microprocessor of approximately 0.2 Vdc at 0 mm Hg to 4.7 Vdc at 375 mm Hg of applied pressure whereas the amplifier provides a signal from 0.005 V to 3.5 V. In order to maximize the resolution, separate voltage references should be provided for the A/D instead of using the 5 V supply. In this example, the input range of the A/D converter is set at approximately 0 Vdc to 3.8 Vdc. This compresses the range of the A/D converter around 0 mm Hg to 300 mm Hg to maximize the resolution; 0 to 255
counts is the range of the A/D converter. VRH and VRL are the reference voltage inputs to the A/D converter. The resolution is defined by the following:
Count = [(VXdcr - VRL)/(VRH - VRL)] x 255
The count at 0 mm Hg = [(0.2 - 0)/(3.8 - 0)] x 255 ≈ 14
The count at 300 mm Hg = [(3.8 - 0)/(3.8 - 0)] x 255 ≈ 255
Therefore the resolution = 255 - 14 = 241 counts. This translates to a system that will resolve to 1.24 mm Hg.
The voltage divider consisting of R5 and R6 is connected to the +5 volts powering the system. The output of the pressure sensor is ratiometric to the voltage applied to it. The pressure sensor and the voltage divider are connected to a common
3
2.5
2
1.5
1
0.5
00 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (seconds)
Vi (
Vol
ts)
Oscillation signal is extracted here
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Vo
(Vol
ts)
10 15 20 25 30 35Time (seconds)
MAP
DBPSBP
3.5
2.5
AN1571
SensorsFreescale Semiconductor 3
supply; this yields a system that is ratiometric. By nature of this ratiometric system, variations in the voltage of the power supplied to the system will have no effect on the system accuracy.
The liquid crystal display (LCD) is directly driven from I/O ports A, B, and C on the microcontroller. The operation of a LCD requires that the data and backplane (BP) pins must be driven by an alternating signal. This function is provided by a software routine that toggles the data and backplane at approximately a 30 Hz rate.
Other than the LCD, there are two more I/O devices that are connected to the pulse length converter (PLM) of the microcontroller; a buzzer and a light emitting diode (LED). The buzzer, which connected to the PLMA, can produce two different frequencies; 122 Hz and 1.953 kHz tones. For
instance when the microcontroller encounters certain error due to improper inflation of cuff, a low frequency tone is alarm. In those instance when the measurement is successful, a high frequency pulsation tone will be heard. Hence, different musical tone can be produced to differential each condition. In addition, the LED is used to indicate the presence of a heart beat during the measurement.
The microcontroller section of the system requires certain support hardware to allow it to function. The MC34064P-5 provides an undervoltage sense function which is used to reset the microprocessor at system power-up. The 4 MHz crystal provides the external portion of the oscillator function for clocking the microcontroller and provides a stable base for time based functions, for instance calculation of pulse rate.
AN1571
Sensors4 Freescale Semiconductor
Figure 5. Blood Pressure Meter Schematic Drawing
PC0
PC1
PC2/E
CLK
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
PD0/A
N0
+5.0
V
+5.0
V
+5.0
V
+5.0
V
+5.0
V
+5.0
V
+5.0
V+5.0
V
Pres
sure
Sen
sor
MPXV
5050
GP
Vout
GND 2
3
Vs
9.0 V Battery
C5
1
1
2GND
0.33u
Input
Outpu
t
5.0 V
Reg
ulator
MC78
L05A
CP
Buzz
er
0.33uC2
3
13 2
R4 R0
10k
24k
R3
1M
11
LM32
4N 4
R1 C1
1k 33u
150kR2
C7LEDR8
100R
100n
100u
C8
C6
330u
R10
10M
X1
4MHz
C3
C4
22p
22p
PD1/A
N1PD
2/AN2
PD3/A
N3PD
4/AN4
PD5/A
N5PD
6/AN6
PD7/A
N7
PLMB
PLMA
SCLK
TDO
TCMP
2TC
MP1
VDD
OSC2
MC68
HC05
B16C
FN
OSC1
/RES
ET /IRQ
TCAP
1TC
AP2
RD VRH
VRL
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
+5.0
V
MC3
4064
Rese
tInp
ut
GND
LCD5
657
1
17 10 2 1 52 51 20 21 49 48 47 46 45 44 43 42 14 13 12 11 9 5 4 33233343536373839242526272829303178502322191816
16 23 22 21 20 19 18 17 12 27 26 25 24 15 14 13
CB
AG
1DDP
EF
2
DPL
L
3
DP
4
DP1
G1 F1 A1 B1 C1 D1 E1 DP2
G2 F2 A2 B2 C2 D2 E2
37 36 35 34 7 6 5 28 40 1 8 32 31 30 29 11 10 9
G4 F4 A4 B4 C4 D4 E4 L BP BP DP3 G3 F3 A3 B3 C3 D3 E3
32
R9
4.7k R6
15k
R5
4.7k + 36R
AN1571
SensorsFreescale Semiconductor 5
SOFTWARE DESCRIPTIONUpon system power-up, the user needs to manually pump
the cuff pressure to approximately 160 mm Hg or 30 mm Hg above the previous SBP. During the pumping of the inflation bulb, the microcontroller ignores the signal at the output of the
amplifier. When the subroutine TAKE senses a decrease in CP for a continuous duration of more than 0.75 seconds, the microcontroller will then assume that the user is no longer pumping the bulb and starts to analyze the oscillation signal. Figure 6 shows zoom-in view of a pulse.
Figure 6. Zoom-In View of a Pulse
First of all, the threshold level of a valid pulse is set to be 1.75 V to eliminate noise or spike. As soon as the amplitude of a pulse is identified, the microcontroller will ignore the signal for 450 ms to prevent any false identification due to the presence of premature pulse "overshoot" due to oscillation. Hence, this algorithm can only detect pulse rate which is less than 133 beats per minute. Next, the amplitudes of all the pulses detected are stored in the RAM for further analysis. If the microcontroller senses a non-typical oscillation envelope shape, an error message (Err) is output to the LCD. The user will have to exhaust all the pressure in the cuff before re-pumping the CP to the next higher value. The algorithm ensures that the user exhausts all the air present in the cuff before allowing any re-pumping. Otherwise, the venous blood trapped in the distal arm may affect the next measurement. Therefore, the user has to reduce the pressure in the cuff as soon as possible in order for the arm to recover. Figure 7 on the following page is a flowchart for the program that controls the system.
SELECTION OF MICROCONTROLLERAlthough the microcontroller used in this project is
MC68HC05B16, a smaller ROM version microcontroller can also be used. The list below shows the requirement of
microcontroller for this blood pressure meter design in this project. On-chip ROM space: 2 kilobytes On-chip RAM space: 150 bytes 2-channel A/D converter (min.) 16-bit free running counter timer LCD driver On-chip EEPROM space: 32 bytes Power saving Stop and Wait modes
CONCLUSIONThis circuit design concept may be used to evaluate
Freescale pressure sensors used in the digital blood pressure meter. This basic circuit may be easily modified to provide suitable output signal level. The software may also be easily modified to provide better analysis of the SBP and DBP of a person.
REFERENCESLucas, Bill (1991). An Evaluation System for Direct
Interface of the MPX5100 Pressure Sensor with a Microprocessor, Freescale Application Note AN1305.
-7.1-7.3-7.5-7.7-7.9-8.1-8.3-8.5
Time (second)
V O (v
olt)
Premature Pulse
1.75
450 ms
AN1571
Sensors6 Freescale Semiconductor
Figure 7. Main Program Flowchart
N
Main Program
InitializationClear I/O ports
Display "CAL" andoutput a musical tone
Clear all the variables
Take in the amplitude of all theoscillation signal when the
user has stop pumping
Calculate the SBP and DBPand also the pulse rate
Repump?
Is there any errorin the calculation or the
amplitude envelopedetected?
Output a highfrequency
musical tone
Exhaust cuffbefore repump
Exhaust cuffbefore repump
Display pulse rate.Display "SYS" follow by SBP.Display "dlA" follow by DBP.
Display "Err"
Output a lowfrequency alarm
Y
N Y
N N
Y Y
AN1571
SensorsFreescale Semiconductor 7
AN1571Rev. 105/2005
How to Reach Us:
Home Page:www.freescale.com
E-mail:support@freescale.com
USA/Europe or Locations Not Listed:Freescale SemiconductorTechnical Information Center, CH3701300 N. Alma School RoadChandler, Arizona 85224+1-800-521-6274 or +1-480-768-2130support@freescale.com
Europe, Middle East, and Africa:Freescale Halbleiter Deutschland GmbHTechnical Information CenterSchatzbogen 781829 Muenchen, Germany+44 1296 380 456 (English)+46 8 52200080 (English)+49 89 92103 559 (German)+33 1 69 35 48 48 (French)support@freescale.com
Japan:Freescale Semiconductor Japan Ltd.HeadquartersARCO Tower 15F1-8-1, Shimo-Meguro, Meguro-ku,Tokyo 153-0064Japan0120 191014 or +81 3 5437 9125support.japan@freescale.com
Asia/Pacific:Freescale Semiconductor Hong Kong Ltd.Technical Information Center2 Dai King StreetTai Po Industrial EstateTai Po, N.T., Hong Kong+800 2666 8080support.asia@freescale.com
For Literature Requests Only:Freescale Semiconductor Literature Distribution CenterP.O. Box 5405Denver, Colorado 802171-800-441-2447 or 303-675-2140Fax: 303-675-2150LDCForFreescaleSemiconductor@hibbertgroup.com
Information in this document is provided solely to enable system and software implementers to use Freescale Semiconductor products. There are no express or implied copyright licenses granted hereunder to design or fabricate any integrated circuits or integrated circuits based on the information in this document.
Freescale Semiconductor reserves the right to make changes without further notice to any products herein. Freescale Semiconductor makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does Freescale Semiconductor assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability, including without limitation consequential or incidental damages. Typical parameters that may be provided in Freescale Semiconductor data sheets and/or specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including Typicals, must be validated for each customer application by customers technical experts. Freescale Semiconductor does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. Freescale Semiconductor products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body, or other applications intended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the Freescale Semiconductor product could create a situation where personal injury or death may occur. Should Buyer purchase or use Freescale Semiconductor products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold Freescale Semiconductor and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges that Freescale Semiconductor was negligent regarding the design or manufacture of the part.
Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc.All other product or service names are the property of their respective owners.© Freescale Semiconductor, Inc. 2005. All rights reserved.
©2001 Fairchild Semiconductor Corporation
www.fairchildsemi.com
Rev. 1.0.0
Features• Output Current up to 1A • Output Voltages of 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V • Thermal Overload Protection • Short Circuit Protection• Output Transistor Safe Operating Area Protection
DescriptionThe KA78XX/KA78XXA series of three-terminal positiveregulator are available in the TO-220/D-PAK package andwith several fixed output voltages, making them useful in awide range of applications. Each type employs internal current limiting, thermal shut down and safe operating areaprotection, making it essentially indestructible. If adequateheat sinking is provided, they can deliver over 1A outputcurrent. Although designed primarily as fixed voltage regulators, these devices can be used with external components to obtain adjustable voltages and currents.
TO-220
D-PAK
1. Input 2. GND 3. Output
1
1
Internal Block Digram
KA78XX/KA78XXA3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator
KA78XX/KA78XXA
2
Absolute Maximum Ratings
Electrical Characteristics (KA7805/KA7805R)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =10V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in Vo due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Value UnitInput Voltage (for VO = 5V to 18V)(for VO = 24V)
VIVI
3540
VV
Thermal Resistance Junction-Cases (TO-220) RθJC 5 °C/WThermal Resistance Junction-Air (TO-220) RθJA 65 °C/WOperating Temperature Range (KA78XX/A/R) TOPR 0 ~ +125 °CStorage Temperature Range TSTG -65 ~ +150 °C
Parameter Symbol ConditionsKA7805
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 4.8 5.0 5.25.0mA ≤ Io ≤ 1.0A, PO ≤ 15WVI = 7V to 20V 4.75 5.0 5.25 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ=+25 oCVO = 7V to 25V - 4.0 100
mVVI = 8V to 12V - 1.6 50
Load Regulation (Note1) Regload TJ=+25 oCIO = 5.0mA to1.5A - 9 100
mVIO =250mA to 750mA - 4 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.0 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - 0.03 0.5
mAVI= 7V to 25V - 0.3 1.3
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO= 5mA - -0.8 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA=+25 oC - 42 - µV/VO
Ripple Rejection RR f = 120HzVO = 8V to 18V 62 73 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 15 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA =+25 oC - 230 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
3
Electrical Characteristics (KA7806/KA7806R)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =11V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7806
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 5.75 6.0 6.255.0mA ≤ IO ≤ 1.0A, PO ≤ 15WVI = 8.0V to 21V 5.7 6.0 6.3 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 8V to 25V - 5 120
mVVI = 9V to 13V - 1.5 60
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO =5mA to 1.5A - 9 120
mVIO =250mA to750mA - 3 60
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.0 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1A - - 0.5
mAVI = 8V to 25V - - 1.3
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -0.8 - mV/ oC
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 45 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 9V to 19V 59 75 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 19 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA=+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
4
Electrical Characteristics (KA7808/KA7808R)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =14V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7808
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 7.7 8.0 8.35.0mA ≤ IO ≤ 1.0A, PO ≤ 15WVI = 10.5V to 23V 7.6 8.0 8.4 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 10.5V to 25V - 5.0 160
mVVI = 11.5V to 17V - 2.0 80
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5.0mA to 1.5A - 10 160
mVIO= 250mA to 750mA - 5.0 80
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.0 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - 0.05 0.5
mAVI = 10.5A to 25V - 0.5 1.0
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -0.8 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 52 - µV/VoRipple Rejection RR f = 120Hz, VI= 11.5V to 21.5V 56 73 - dBDropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 oC - 230 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
5
Electrical Characteristics (KA7809/KA7809R)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =15V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7809
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 8.65 9 9.355.0mA≤ IO ≤1.0A, PO ≤15WVI= 11.5V to 24V 8.6 9 9.4 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ=+25 oCVI = 11.5V to 25V - 6 180
mVVI = 12V to 17V - 2 90
Load Regulation (Note1) Regload TJ=+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 12 180
mVIO = 250mA to 750mA - 4 90
Quiescent Current IQ TJ=+25 oC - 5.0 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - - 0.5
mAVI = 11.5V to 26V - - 1.3
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 58 - µV/VoRipple Rejection RR f = 120Hz
VI = 13V to 23V 56 71 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ= +25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
6
Electrical Characteristics (KA7810)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =16V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7810
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 9.6 10 10.45.0mA ≤ IO ≤ 1.0A, PO ≤ 15WVI = 12.5V to 25V 9.5 10 10.5 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 12.5V to 25V - 10 200
mVVI = 13V to 25V - 3 100
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 12 200
mVIO = 250mA to 750mA - 4 400
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.1 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - - 0.5
mAVI = 12.5V to 29V - - 1.0
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 58 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 13V to 23V 56 71 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA=+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
7
Electrical Characteristics (KA7812/KA7812R)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =19V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7812/KA7812R
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 11.5 12 12.55.0mA ≤ IO≤1.0A, PO≤15WVI = 14.5V to 27V 11.4 12 12.6 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 14.5V to 30V - 10 240
mVVI = 16V to 22V - 3.0 120
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 11 240
mVIO = 250mA to 750mA - 5.0 120
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.1 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - 0.1 0.5
mAVI = 14.5V to 30V - 0.5 1.0
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 76 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 15V to 25V 55 71 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 18 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA=+25 oC - 230 - mAPeak Current IPK TJ = +25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
8
Electrical Characteristics (KA7815)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =23V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7815
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 14.4 15 15.65.0mA ≤ IO≤1.0A, PO≤15WVI = 17.5V to 30V 14.25 15 15.75 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 17.5V to 30V - 11 300
mVVI = 20V to 26V - 3 150
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 12 300
mVIO = 250mA to 750mA - 4 150
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.2 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - - 0.5
mAVI = 17.5V to 30V - - 1.0
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 90 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 18.5V to 28.5V 54 70 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 19 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA=+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
9
Electrical Characteristics (KA7818)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =27V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7818
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 17.3 18 18.75.0mA ≤ IO ≤1.0A, PO ≤15WVI = 21V to 33V 17.1 18 18.9 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 21V to 33V - 15 360
mVVI = 24V to 30V - 5 180
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 15 360
mVIO = 250mA to 750mA - 5.0 180
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.2 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - - 0.5
mAVI = 21V to 33V - - 1
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1 - mV/ oCOutput Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 110 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 22V to 32V 53 69 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 22 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA=+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
10
Electrical Characteristics (KA7824)(Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =33V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol ConditionsKA7824
UnitMin. Typ. Max.
Output Voltage VOTJ =+25 oC 23 24 255.0mA ≤ IO ≤ 1.0A, PO ≤ 15WVI = 27V to 38V 22.8 24 25.25 V
Line Regulation (Note1) Regline TJ =+25 oCVI = 27V to 38V - 17 480
mVVI = 30V to 36V - 6 240
Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 15 480
mVIO = 250mA to 750mA - 5.0 240
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.2 8.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQIO = 5mA to 1.0A - 0.1 0.5
mAVI = 27V to 38V - 0.5 1
Output Voltage Drift ∆VO/∆T IO = 5mA - -1.5 - mV/ oC
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 60 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120HzVI = 28V to 38V 50 67 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 28 - mΩShort Circuit Current ISC VI = 35V, TA=+25 oC - 230 - mAPeak Current IPK TJ =+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
11
Electrical Characteristics (KA7805A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 10V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VOTJ =+25 oC 4.9 5 5.1
VIO = 5mA to 1A, PO ≤ 15WVI = 7.5V to 20V 4.8 5 5.2
Line Regulation (Note1) Regline
VI = 7.5V to 25VIO = 500mA - 5 50
mVVI = 8V to 12V - 3 50
TJ =+25 oCVI= 7.3V to 20V - 5 50VI= 8V to 12V - 1.5 25
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 9 100
mVIO = 5mA to 1A - 9 100IO = 250mA to 750mA - 4 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.0 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
IO = 5mA to 1A - - 0.5mAVI = 8 V to 25V, IO = 500mA - - 0.8
VI = 7.5V to 20V, TJ =+25 oC - - 0.8Output Voltage Drift ∆V/∆T Io = 5mA - -0.8 - mV/ oC
Output Noise Voltage VNf = 10Hz to 100KHzTA =+25 oC - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mAVI = 8V to 18V - 68 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ= +25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
12
Electrical Characteristics (KA7806A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 11V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VOTJ =+25 oC 5.58 6 6.12
VIO = 5mA to 1A, PO ≤ 15WVI = 8.6V to 21V 5.76 6 6.24
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 8.6V to 25VIO = 500mA - 5 60
mVVI= 9V to 13V - 3 60
TJ =+25 oCVI= 8.3V to 21V - 5 60VI= 9V to 13V - 1.5 30
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 9 100
mVIO = 5mA to 1A - 4 100IO = 250mA to 750mA - 5.0 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 4.3 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
IO = 5mA to 1A - - 0.5mAVI = 9V to 25V, IO = 500mA - - 0.8
VI= 8.5V to 21V, TJ =+25 oC - - 0.8Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -0.8 - mV/ oC
Output Noise Voltage VNf = 10Hz to 100KHzTA =+25 oC - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mAVI = 9V to 19V - 65 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
13
Electrical Characteristics (KA7808A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 14V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VOTJ =+25 oC 7.84 8 8.16
VIO = 5mA to 1A, PO ≤15WVI = 10.6V to 23V 7.7 8 8.3
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 10.6V to 25VIO = 500mA - 6 80
mVVI= 11V to 17V - 3 80
TJ =+25 oCVI= 10.4V to 23V - 6 80VI= 11V to 17V - 2 40
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 oCIO = 5mA to 1.5A - 12 100
mVIO = 5mA to 1A - 12 100IO = 250mA to 750mA - 5 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 oC - 5.0 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
IO = 5mA to 1A - - 0.5mAVI = 11V to 25V, IO = 500mA - - 0.8
VI= 10.6V to 23V, TJ =+25 oC - - 0.8Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -0.8 - mV/ oC
Output Noise Voltage VNf = 10Hz to 100KHzTA =+25 oC - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mAVI = 11.5V to 21.5V - 62 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 18 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 oC - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 oC - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
14
Electrical Characteristics (KA7809A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 15V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VOTJ =+25°C 8.82 9.0 9.18
VIO = 5mA to 1A, PO≤15WVI = 11.2V to 24V 8.65 9.0 9.35
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 11.7V to 25VIO = 500mA - 6 90
mVVI= 12.5V to 19V - 4 45
TJ =+25°C VI= 11.5V to 24V - 6 90 VI= 12.5V to 19V - 2 45
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25°CIO = 5mA to 1.0A - 12 100
mVIO = 5mA to 1.0A - 12 100IO = 250mA to 750mA - 5 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 °C - 5.0 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 11.7V to 25V, TJ=+25 °C - - 0.8mAVI = 12V to 25V, IO = 500mA - - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.0 - mV/ °C
Output Noise Voltage VNf = 10Hz to 100KHzTA =+25 °C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mAVI = 12V to 22V - 62 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 °C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 °C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25°C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
15
Electrical Characteristics (KA7810A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 16V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VO TJ =+25°C 9.8 10 10.2
V IO = 5mA to 1A, PO ≤ 15W VI =12.8V to 25V 9.6 10 10.4
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 12.8V to 26V IO = 500mA - 8 100
mV VI= 13V to 20V - 4 50
TJ =+25 °C VI= 12.5V to 25V - 8 100 VI= 13V to 20V - 3 50
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 °C IO = 5mA to 1.5A - 12 100
mV IO = 5mA to 1.0A - 12 100 IO = 250mA to 750mA - 5 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 °C - 5.0 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 13V to 26V, TJ=+25 °C - - 0.5mA VI = 12.8V to 25V, IO = 500mA - - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.0 - mV/ °C
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz TA =+25 °C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mA VI = 14V to 24V - 62 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25°C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 17 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 °C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 °C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
16
Electrical Characteristics (KA7812A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 19V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VO TJ =+25 °C 11.75 12 12.25
V IO = 5mA to 1A, PO ≤15W VI = 14.8V to 27V 11.5 12 12.5
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 14.8V to 30V IO = 500mA - 10 120
mV VI= 16V to 22V - 4 120
TJ =+25 °C VI= 14.5V to 27V - 10 120 VI= 16V to 22V - 3 60
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 °C IO = 5mA to 1.5A - 12 100
mV IO = 5mA to 1.0A - 12 100 IO = 250mA to 750mA - 5 50
Quiescent Current IQ TJ =+25°C - 5.1 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 15V to 30V, TJ=+25 °C - 0.8mA VI = 14V to 27V, IO = 500mA - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.0 - mV/°C
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz TA =+25°C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mA VI = 14V to 24V - 60 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25°C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 18 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 °C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 °C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
17
Electrical Characteristics (KA7815A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I =23V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VO TJ =+25 °C 14.7 15 15.3
V IO = 5mA to 1A, PO ≤15W VI = 17.7V to 30V 14.4 15 15.6
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 17.9V to 30V IO = 500mA - 10 150
mV VI= 20V to 26V - 5 150
TJ =+25°C VI= 17.5V to 30V - 11 150 VI= 20V to 26V - 3 75
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 °C IO = 5mA to 1.5A - 12 100
mV IO = 5mA to 1.0A - 12 100 IO = 250mA to 750mA - 5 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 °C - 5.2 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 17.5V to 30V, TJ =+25 °C - - 0.8mA VI = 17.5V to 30V, IO = 500mA - - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.0 - mV/°C
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz TA =+25 °C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mA VI = 18.5V to 28.5V - 58 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 °C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 19 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 °C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25°C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
18
Electrical Characteristics (KA7818A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 27V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VO TJ =+25 °C 17.64 18 18.36
V IO = 5mA to 1A, PO ≤15W VI = 21V to 33V 17.3 18 18.7
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 21V to 33V IO = 500mA - 15 180
mV VI= 21V to 33V - 5 180
TJ =+25 °C VI= 20.6V to 33V - 15 180 VI= 24V to 30V - 5 90
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25°C IO = 5mA to 1.5A - 15 100
mV IO = 5mA to 1.0A - 15 100 IO = 250mA to 750mA - 7 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 °C - 5.2 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 21V to 33V, TJ=+25 °C - - 0.8mA VI = 21V to 33V, IO = 500mA - - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.0 - mV/ °C
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz TA =+25°C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mA VI = 22V to 32V - 57 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25°C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 19 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25°C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 °C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
19
Electrical Characteristics (KA7824A)(Refer to the test circuits. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, V I = 33V, C I=0.33µF, C O=0.1µF, unless otherwise speci-fied)
Note:1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Change in VO due to heating effects must be taken
into account separately. Pulse testing with low duty is used.
Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit
Output Voltage VO TJ =+25 °C 23.5 24 24.5
V IO = 5mA to 1A, PO ≤15W VI = 27.3V to 38V 23 24 25
Line Regulation (Note1) Regline
VI= 27V to 38V IO = 500mA - 18 240
mV VI= 21V to 33V - 6 240
TJ =+25 °C VI= 26.7V to 38V - 18 240 VI= 30V to 36V - 6 120
Load Regulation (Note1) Regload
TJ =+25 °C IO = 5mA to 1.5A - 15 100
mV IO = 5mA to 1.0A - 15 100 IO = 250mA to 750mA - 7 50
Quiescent Current IQ TJ =+25 °C - 5.2 6.0 mA
Quiescent Current Change ∆IQ
VI = 27.3V to 38V, TJ =+25 °C - - 0.8mA VI = 27.3V to 38V, IO = 500mA - - 0.8
IO = 5mA to 1.0A - - 0.5Output Voltage Drift ∆V/∆T IO = 5mA - -1.5 - mV/ °C
Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz TA = 25 °C - 10 - µV/Vo
Ripple Rejection RR f = 120Hz, IO = 500mA VI = 28V to 38V - 54 - dB
Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ =+25 °C - 2.0 - VOutput Resistance rO f = 1KHz - 20 - mΩShort Circuit Current ISC VI= 35V, TA =+25 °C - 250 - mAPeak Current IPK TJ=+25 °C - 2.2 - A
KA78XX/KA78XXA
20
Typical Perfomance Characteristics
Figure 1. Quiescent Current
Figure 3. Output Voltage
Figure 2. Peak Output Current
Figure 4. Quiescent Current
I
KA78XX/KA78XXA
21
Typical Applications
Figure 5. DC Parameters
Figure 6. Load Regulation
Figure 7. Ripple Rejection
Figure 8. Fixed Output Regulator
Input Output
Input Output
Input Output
Input Output
KA78XX/KA78XXA
22
Figure 9. Constant Current Regulator
Notes:(1) To specify an output voltage. substitute voltage value for "XX." A common ground is required between the input and the Output
voltage. The input voltage must remain typically 2.0V above the output voltage even during the low point on the input ripplevoltage.
(2) CI is required if regulator is located an appreciable distance from power Supply filter.(3) CO improves stability and transient response.
VO = VXX(1+R2/R1)+IQR2Figure 10. Circuit for Increasing Output Voltage
IRI ≥5 IQVO = VXX(1+R2/R1)+IQR2
Figure 11. Adjustable Output Regulator (7 to 30V)
Input Output
CI
CO
Input Output
CICO
IRI 5IQ≥
Input Output
CI
CO
KA78XX/KA78XXA
23
Figure 12. High Current Voltage Regulator
Figure 13. High Output Current with Short Circuit Protection
Figure 14. Tracking Voltage Regulator
Input
Output
Input
Output
KA78XX/KA78XXA
24
Figure 15. Split Power Supply ( ±15V-1A)
Figure 16. Negative Output Voltage Circuit
Figure 17. Switching Regulator
Input
Output
Input Output
KA78XX/KA78XXA
25
Mechanical DimensionsPackage
4.50 ±0.209.90 ±0.20
1.52 ±0.10
0.80 ±0.102.40 ±0.20
10.00 ±0.20
1.27 ±0.10
ø3.60 ±0.10
(8.70)
2.80
±0.
1015
.90
±0.2
0
10.0
8 ±0
.30
18.9
5MA
X.
(1.7
0)
(3.7
0)(3
.00)
(1.4
6)
(1.0
0)
(45°)
9.20
±0.
2013
.08
±0.2
0
1.30
±0.
10
1.30+0.10–0.05
0.50+0.10–0.05
2.54TYP[2.54 ±0.20]
2.54TYP[2.54 ±0.20]
TO-220
KA78XX/KA78XXA
26
Mechancal Dimensions (Continued)
Package
6.60 ±0.20
2.30 ±0.10
0.50 ±0.10
5.34 ±0.30
0.70
±0.
20
0.60
±0.
200.
80 ±
0.20
9.50
±0.
30
6.10
±0.
20
2.70
±0.
209.
50 ±
0.30
6.10
±0.
20
2.70
±0.
20
MIN
0.55
0.76 ±0.10 0.50 ±0.10
1.02 ±0.20
2.30 ±0.20
6.60 ±0.20
0.76 ±0.10
(5.34)
(1.50)
(2XR0.25)
(5.04)
0.89
±0.
10
(0.1
0)(3
.05)
(1.0
0)
(0.9
0)
(0.7
0)
0.91
±0.
10
2.30TYP[2.30±0.20]
2.30TYP[2.30±0.20]
MAX0.96
(4.34)(0.50) (0.50)
D-PAK
KA78XX/KA78XXA
27
Ordering InformationProduct Number Output Voltage Tolerance Package Operating TemperatureKA7805 / KA7806
±4%
TO-220
0 ~ + 125°C
KA7808 / KA7809KA7810
KA7812 / KA7815KA7818 / KA7824
KA7805A / KA7806A
±2%KA7808A / KA7809AKA7810A / KA7812AKA7815A / KA7818A
KA7824A KA7805R / KA7806R
±4% D-PAKKA7808R / KA7809RKA7812R
KA78XX/KA78XXA
6/1/01 0.0m 001Stock#DSxxxxxxxx
2001 Fairchild Semiconductor Corporation
LIFE SUPPORT POLICY FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in a significant injury of the user.
2. A critical component in any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.
www.fairchildsemi.com
DISCLAIMER FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.
This datasheet has been downloaded from:
www.DatasheetCatalog.com
Datasheets for electronic components.
167
HD44780U (LCD-II)
(Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/Driver)
Description
The HD44780U dot-matrix liquid crystal display controller and driver LSI displays alphanumerics,Japanese kana characters, and symbols. It can be configured to drive a dot-matrix liquid crystal displayunder the control of a 4- or 8-bit microprocessor. Since all the functions such as display RAM, charactergenerator, and liquid crystal driver, required for driving a dot-matrix liquid crystal display are internallyprovided on one chip, a minimal system can be interfaced with this controller/driver.
A single HD44780U can display up to one 8-character line or two 8-character lines.
The HD44780U has pin function compatibility with the HD44780S which allows the user to easilyreplace an LCD-II with an HD44780U. The HD44780U character generator ROM is extended to generate208 5 × 8 dot character fonts and 32 5 × 10 dot character fonts for a total of 240 different character fonts.
The low power supply (2.7V to 5.5V) of the HD44780U is suitable for any portable battery-drivenproduct requiring low power dissipation.
Features
• 5 × 8 and 5 × 10 dot matrix possible
• Low power operation support:
2.7 to 5.5V
• Wide range of liquid crystal display driver power
3.0 to 11V
• Liquid crystal drive waveform
A (One line frequency AC waveform)
• Correspond to high speed MPU bus interface
2 MHz (when VCC = 5V)
• 4-bit or 8-bit MPU interface enabled
• 80 × 8-bit display RAM (80 characters max.)
• 9,920-bit character generator ROM for a total of 240 character fonts
208 character fonts (5 × 8 dot)
32 character fonts (5 × 10 dot)
HD44780U
168
• 64 × 8-bit character generator RAM
8 character fonts (5 × 8 dot)
4 character fonts (5 × 10 dot)
• 16-common × 40-segment liquid crystal display driver
• Programmable duty cycles
1/8 for one line of 5 × 8 dots with cursor
1/11 for one line of 5 × 10 dots with cursor
1/16 for two lines of 5 × 8 dots with cursor
• Wide range of instruction functions:
Display clear, cursor home, display on/off, cursor on/off, display character blink, cursor shift,display shift
• Pin function compatibility with HD44780S
• Automatic reset circuit that initializes the controller/driver after power on
• Internal oscillator with external resistors
• Low power consumption
Ordering Information
Type No. Package CGROM
HD44780UA00FSHCD44780UA00HD44780UA00TF
FP-80BChipTFP-80F
Japanese standard font
HD44780UA02FSHCD44780UA02HD44780UA02TF
FP-80BChipTFP-80F
European standard font
HD44780UBxxFSHCD44780UBxxHD44780UBxxTF
FP-80BChipTFP-80F
Custom font
Note: xx: ROM code No.
HD44780U
169
HD44780U Block Diagram
Displaydata RAM(DDRAM)80 × 8 bits
Charactergenerator
ROM(CGROM)9,920 bits
Charactergenerator
RAM(CGRAM)64 bytes
Instructionregister (IR)
Timinggenerator
Commonsignaldriver
16-bitshift
register
Segmentsignaldriver
40-bitlatchcircuit
40-bitshift
register
Parallel/serial converterand
attribute circuit
LCD drivevoltageselector
Addresscounter
MPUinter-face
Input/outputbuffer
Dataregister
(DR)
Cursorandblink
controller
CPG
CL1CL2
M
D
RSR/W
DB4 to DB7
E
Instructiondecoder
OSC1 OSC2
COM1 toCOM16
SEG1 toSEG40
8
8 8
7
40
55
7
8
7
8
7
VCC
GND
V1 V2 V3 V4 V5
DB0 to DB3
ResetcircuitACL
8
Busyflag
HD44780U
170
LCD-II Family Comparison
Item HD44780S HD44780U
Power supply voltage 5 V ±10% 2.7 to 5.5 V
Liquid crystal drive 1/4 bias 3.0 to 11.0V 3.0 to 11.0Vvoltage VLCD 1/5 bias 4.6 to 11.0V 3.0 to 11.0V
Maximum display digitsper chip
16 digits (8 digits × 2 lines) 16 digits (8 digits × 2 lines)
Display duty cycle 1/8, 1/11, and 1/16 1/8, 1/11, and 1/16
CGROM 7,200 bits(160 character fonts for 5 ×7 dot and 32 character fontsfor 5 × 10 dot)
9,920 bits(208 character fonts for 5 ×8 dot and 32 character fontsfor 5 × 10 dot)
CGRAM 64 bytes 64 bytes
DDRAM 80 bytes 80 bytes
Segment signals 40 40
Common signals 16 16
Liquid crystal drive waveform A A
Oscillator Clock source External resistor, externalceramic filter, or externalclock
External resistor or externalclock
Rf oscillationfrequency (framefrequency)
270 kHz ±30%(59 to 110 Hz for 1/8 and1/16 duty cycles; 43 to 80Hz for 1/11 duty cycle)
270 kHz ±30%(59 to 110 Hz for 1/8and1/16 duty cycles; 43 to80 Hz for 1/11 duty cycle)
Rf resistance 91 kΩ ±2% 91 kΩ ±2% (when VCC = 5V)75 kΩ ±2% (when VCC = 3V)
Instructions Fully compatible within the HD44780S
CPU bus timing 1 MHz 1 MHz (when VCC = 3V)2 MHz (when VCC = 5V)
Package FP-80FP-80A
FP-80BTFP-80F
HD44780U
171
HD44780U Pin Arrangement (FP-80B)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
80
79
78
77
76
75
74
73
72
71
70
69
68
67
66
65
64
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
FP-80B (Top view)
SEG39SEG40COM16 COM15COM14COM13COM12COM11COM10COM9COM8COM7COM6COM5COM4COM3COM2COM1DB7DB6DB5DB4DB3DB2
SEG22SEG21 SEG20SEG19SEG18SEG17SEG16SEG15SEG14SEG13SEG12SEG11SEG10SEG9SEG8SEG7SEG6SEG5SEG4SEG3SEG2SEG1GND
OSC1
SE
G23
SE
G24
SE
G25
SE
G26
SE
G27
SE
G28
SE
G29
SE
G30
SE
G31
SE
G32
SE
G33
SE
G34
SE
G35
SE
G36
SE
G37
OS
C2
V1
V2
V3
V4
V5
CL1
C
L2
VC
C
M
D
RS
R
/W
ED
B0
DB
1S
EG
38
HD44780U
172
HD44780U Pin Arrangement (TFP-80F)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
80
79
78
77
76
75
74
73
72
71
70
69
68
67
66
65
64
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
TFP-80F (Top view)
COM16 COM15 COM14 COM13 COM12 COM11 COM10 COM9 COM8 COM7 COM6 COM5 COM4 COM3 COM2 COM1 DB7 DB6 DB5 DB4
SEG20 SEG19 SEG18 SEG17 SEG16 SEG15 SEG14 SEG13 SEG12 SEG11 SEG10 SEG9 SEG8 SEG7 SEG6 SEG5 SEG4 SEG3 SEG2 SEG1
SE
G21
S
EG
22
SE
G23
S
EG
24
SE
G25
S
EG
26
SE
G27
S
EG
28
SE
G29
S
EG
30
SE
G31
S
EG
32
SE
G33
S
EG
34
SE
G35
S
EG
36
SE
G37
S
EG
38
SE
G39
S
EG
40
GN
D
OS
C1
OS
C2
V1
V2
V3
V4
V5
CL1
C
L2
VC
C
M
D
RS
R
/W
E
DB
0 D
B1
DB
2 D
B3
HD44780U
173
HD44780U Pad Arrangement
HD44780U
Type code
23
X
Y
42
2 1 80 63
Chip size:
Coordinate:
Origin:
Pad size:
4.90 × 4.90 mm2
Pad center (µm)
Chip center
114 × 114 µm2
HD44780U
174
HCD44780U Pad Location Coordinates
Coordinate CoordinatePad No. Function X (um) Y (um) Pad No. Function X (um) Y (um)1 SEG22 –2100 2313 41 DB2 2070 –22902 SEG21 –2280 2313 42 DB3 2260 –22903 SEG20 –2313 2089 43 DB4 2290 –20994 SEG19 –2313 1833 44 DB5 2290 –18835 SEG18 –2313 1617 45 DB6 2290 –16676 SEG17 –2313 1401 46 DB7 2290 –14527 SEG16 –2313 1186 47 COM1 2313 –11868 SEG15 –2313 970 48 COM2 2313 –9709 SEG14 –2313 755 49 COM3 2313 –755
10 SEG13 –2313 539 50 COM4 2313 –53911 SEG12 –2313 323 51 COM5 2313 –32312 SEG11 –2313 108 52 COM6 2313 –10813 SEG10 –2313 –108 53 COM7 2313 10814 SEG9 –2313 –323 54 COM8 2313 32315 SEG8 –2313 –539 55 COM9 2313 53916 SEG7 –2313 –755 56 COM10 2313 75517 SEG6 –2313 –970 57 COM11 2313 97018 SEG5 –2313 –1186 58 COM12 2313 118619 SEG4 –2313 –1401 59 COM13 2313 140120 SEG3 –2313 –1617 60 COM14 2313 161721 SEG2 –2313 –1833 61 COM15 2313 183322 SEG1 –2313 –2073 62 COM16 2313 209523 GND –2280 –2290 63 SEG40 2296 231324 OSC1 –2080 –2290 64 SEG39 2100 231325 OSC2 –1749 –2290 65 SEG38 1617 231326 V1 –1550 –2290 66 SEG37 1401 231327 V2 –1268 –2290 67 SEG36 1186 231328 V3 –941 –2290 68 SEG35 970 231329 V4 –623 –2290 69 SEG34 755 231330 V5 –304 –2290 70 SEG33 539 231331 CL1 –48 –2290 71 SEG32 323 231332 CL2 142 –2290 72 SEG31 108 231333 VCC 309 –2290 73 SEG30 –108 231334 M 475 –2290 74 SEG29 –323 231335 D 665 –2290 75 SEG28 –539 231336 RS 832 –2290 76 SEG27 –755 231337 R/: 1022 –2290 77 SEG26 –970 231338 E 1204 –2290 78 SEG25 –1186 231339 DB0 1454 –2290 79 SEG24 –1401 231340 DB1 1684 –2290 80 SEG23 –1617 2313
HD44780U
175
Pin Functions
SignalNo. ofLines I/O
DeviceInterfaced with Function
RS 1 I MPU Selects registers.0: Instruction register (for write) Busy flag:
address counter (for read)1: Data register (for write and read)
R/: 1 I MPU Selects read or write.0: Write1: Read
E 1 I MPU Starts data read/write.
DB4 to DB7 4 I/O MPU Four high order bidirectional tristate data buspins. Used for data transfer and receivebetween the MPU and the HD44780U. DB7 canbe used as a busy flag.
DB0 to DB3 4 I/O MPU Four low order bidirectional tristate data buspins. Used for data transfer and receivebetween the MPU and the HD44780U.These pins are not used during 4-bit operation.
CL1 1 O Extension driver Clock to latch serial data D sent to theextension driver
CL2 1 O Extension driver Clock to shift serial data D
M 1 O Extension driver Switch signal for converting the liquid crystaldrive waveform to AC
D 1 O Extension driver Character pattern data corresponding to eachsegment signal
COM1 to COM16 16 O LCD Common signals that are not used are changedto non-selection waveforms. COM9 to COM16are non-selection waveforms at 1/8 duty factorand COM12 to COM16 are non-selectionwaveforms at 1/11 duty factor.
SEG1 to SEG40 40 O LCD Segment signals
V1 to V5 5 — Power supply Power supply for LCD driveVCC –V5 = 11 V (max)
VCC, GND 2 — Power supply VCC: 2.7V to 5.5V, GND: 0V
OSC1, OSC2 2 — Oscillationresistor clock
When crystal oscillation is performed, a resistormust be connected externally. When the pininput is an external clock, it must be input toOSC1.
HD44780U
176
Function Description
Registers
The HD44780U has two 8-bit registers, an instruction register (IR) and a data register (DR).
The IR stores instruction codes, such as display clear and cursor shift, and address information for displaydata RAM (DDRAM) and character generator RAM (CGRAM). The IR can only be written from theMPU.
The DR temporarily stores data to be written into DDRAM or CGRAM and temporarily stores data to beread from DDRAM or CGRAM. Data written into the DR from the MPU is automatically written intoDDRAM or CGRAM by an internal operation. The DR is also used for data storage when reading datafrom DDRAM or CGRAM. When address information is written into the IR, data is read and then storedinto the DR from DDRAM or CGRAM by an internal operation. Data transfer between the MPU is thencompleted when the MPU reads the DR. After the read, data in DDRAM or CGRAM at the next addressis sent to the DR for the next read from the MPU. By the register selector (RS) signal, these two registerscan be selected (Table 1).
Busy Flag (BF)
When the busy flag is 1, the HD44780U is in the internal operation mode, and the next instruction willnot be accepted. When RS = 0 and R/: = 1 (Table 1), the busy flag is output to DB7. The nextinstruction must be written after ensuring that the busy flag is 0.
Address Counter (AC)
The address counter (AC) assigns addresses to both DDRAM and CGRAM. When an address of aninstruction is written into the IR, the address information is sent from the IR to the AC. Selection ofeither DDRAM or CGRAM is also determined concurrently by the instruction.
After writing into (reading from) DDRAM or CGRAM, the AC is automatically incremented by 1(decremented by 1). The AC contents are then output to DB0 to DB6 when RS = 0 and R/: = 1 (Table1).
Table 1 Register Selection
RS R/:: Operation
0 0 IR write as an internal operation (display clear, etc.)
0 1 Read busy flag (DB7) and address counter (DB0 to DB6)
1 0 DR write as an internal operation (DR to DDRAM or CGRAM)
1 1 DR read as an internal operation (DDRAM or CGRAM to DR)
HD44780U
177
Display Data RAM (DDRAM)
Display data RAM (DDRAM) stores display data represented in 8-bit character codes. Its extendedcapacity is 80 × 8 bits, or 80 characters. The area in display data RAM (DDRAM) that is not used fordisplay can be used as general data RAM. See Figure 1 for the relationships between DDRAM addressesand positions on the liquid crystal display.
The DDRAM address (ADD) is set in the address counter (AC) as hexadecimal.
• 1-line display (N = 0) (Figure 2)
When there are fewer than 80 display characters, the display begins at the head position. Forexample, if using only the HD44780, 8 characters are displayed. See Figure 3.
When the display shift operation is performed, the DDRAM address shifts. See Figure 3.
AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 1 0 0 1 1 1 0AC(hexadecimal)
Example: DDRAM address 4EHigh order
bitsLow order
bits
Figure 1 DDRAM Address
00 01 02 03 04 4E 4FDDRAMaddress(hexadecimal)
Display position(digit) 1 2 3 4 5 79 80
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Figure 2 1-Line Display
DDRAMaddress
Displayposition 1 2 3 4 5 6 7 8
00 01 02 03 04 05 06 07
Forshift left
Forshift right 00 01 02 03 04 05 06
01 02 03 04 05 06 07 08
4F
Figure 3 1-Line by 8-Character Display Example
HD44780U
178
• 2-line display (N = 1) (Figure 4)
Case 1: When the number of display characters is less than 40 × 2 lines, the two lines aredisplayed from the head. Note that the first line end address and the second line start address arenot consecutive. For example, when just the HD44780 is used, 8 characters × 2 lines are displayed.See Figure 5.
When display shift operation is performed, the DDRAM address shifts. See Figure 5.
00 01 02 03 04 26 27DDRAMaddress(hexadecimal)
Displayposition 1 2 3 4 5 39 40
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
40 41 42 43 44 66 67. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Figure 4 2-Line Display
DDRAMaddress
Displayposition 1 2 3 4 5 6 7 8
00 01 02 03 04 05 06 07
Forshift left
Forshift right
40 41 42 43 44 45 46 47
01 02 03 04 05 06 07 08
41 42 43 44 45 46 47 48
00 01 02 03 04 05 06
40 41 42 43 44 45 46
27
67
Figure 5 2-Line by 8-Character Display Example
HD44780U
179
Case 2: For a 16-character × 2-line display, the HD44780 can be extended using one 40-outputextension driver. See Figure 6.
When display shift operation is performed, the DDRAM address shifts. See Figure 6.
DDRAMaddress
Displayposition 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B0C0D 0E 0F
Forshift left
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B0C0D 0E27
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B4C4D 4E 4F
HD44780U display Extension driverdisplay
0201 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B0C0D 0E 0F10
Forshift right
41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B4C4D 4E 4F 50
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B4C4D 4E67
Figure 6 2-Line by 16-Character Display Example
HD44780U
180
Character Generator ROM (CGROM)
The character generator ROM generates 5 × 8 dot or 5 × 10 dot character patterns from 8-bit charactercodes (Table 4). It can generate 208 5 × 8 dot character patterns and 32 5 × 10 dot character patterns.User-defined character patterns are also available by mask-programmed ROM.
Character Generator RAM (CGRAM)
In the character generator RAM, the user can rewrite character patterns by program. For 5 × 8 dots, eightcharacter patterns can be written, and for 5 × 10 dots, four character patterns can be written.
Write into DDRAM the character codes at the addresses shown as the left column of Table 4 to show thecharacter patterns stored in CGRAM.
See Table 5 for the relationship between CGRAM addresses and data and display patterns.
Areas that are not used for display can be used as general data RAM.
Modifying Character Patterns
• Character pattern development procedure
The following operations correspond to the numbers listed in Figure 7:
1. Determine the correspondence between character codes and character patterns.
2. Create a listing indicating the correspondence between EPROM addresses and data.
3. Program the character patterns into the EPROM.
4. Send the EPROM to Hitachi.
5. Computer processing on the EPROM is performed at Hitachi to create a character pattern listing,which is sent to the user.
6. If there are no problems within the character pattern listing, a trial LSI is created at Hitachi andsamples are sent to the user for evaluation. When it is confirmed by the user that the characterpatterns are correctly written, mass production of the LSI proceeds at Hitachi.
HD44780U
181
Determinecharacter patterns
Create EPROMaddress data listing
Write EPROM
EPROM → Hitachi
Computerprocessing
Create characterpattern listing
Evaluatecharacterpatterns
OK?
Art work
Sampleevaluation
OK?
Masking
Trial
Sample
No
Yes
No
Yes
M/T
1
3
2
4
5
6
Note: For a description of the numbers used in this figure, refer to the preceding page.
UserHitachi
Massproduction
Start
Figure 7 Character Pattern Development Procedure
HD44780U
182
• Programming character patterns
This section explains the correspondence between addresses and data used to program characterpatterns in EPROM. The HD44780U character generator ROM can generate 208 5 × 8 dot characterpatterns and 32 5 × 10 dot character patterns for a total of 240 different character patterns.
Character patterns
EPROM address data and character pattern data correspond with each other to form a 5 × 8 or 5 ×10 dot character pattern (Tables 2 and 3).
Table 2 Example of Correspondence between EPROM Address Data and Character Pattern(5 ×× 8 Dots)
Data
O4 O3 O2 O1 O0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0 0 0 1 0
EPROM Address
Character code Line position
LSB
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
0 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
1 0 0 0
1 1 0 0 1
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
1 0 0 0 0
1 0 0 0 0
1 0 1 1 0
Cursor position
1 1 1 1 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0A11
Notes: 1. EPROM addresses A11 to A4 correspond to a character code.2. EPROM addresses A3 to A0 specify a line position of the character pattern.3. EPROM data O4 to O0 correspond to character pattern data.4. EPROM data O5 to O7 must be specified as 0.5. A lit display position (black) corresponds to a 1.6. Line 9 and the following lines must be blanked with 0s for a 5 × 8 dot character fonts.
HD44780U
183
Handling unused character patterns
1. EPROM data outside the character pattern area: Always input 0s.
2. EPROM data in CGRAM area: Always input 0s. (Input 0s to EPROM addresses 00H to FFH.)
3. EPROM data used when the user does not use any HD44780U character pattern: According tothe user application, handled in one of the two ways listed as follows.
a. When unused character patterns are not programmed: If an unused character code is writteninto DDRAM, all its dots are lit. By not programing a character pattern, all of its bits becomelit. (This is due to the EPROM being filled with 1s after it is erased.)
b. When unused character patterns are programmed as 0s: Nothing is displayed even if unusedcharacter codes are written into DDRAM. (This is equivalent to a space.)
Table 3 Example of Correspondence between EPROM Address Data and Character Pattern(5 ×× 10 Dots)
A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Data
O4 O3 O2 O1 O0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1 0 0 1 0
EPROM Address
Character code Line position
LSB
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 1
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
0 0 0 0
A11
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
1 0 0 0
Cursor position0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 1
0 0 0 0 1
0 0 0 0 1
0 1 1 1 1
Notes: 1. EPROM addresses A11 to A3 correspond to a character code.2. EPROM addresses A3 to A0 specify a line position of the character pattern.3. EPROM data O4 to O0 correspond to character pattern data.4. EPROM data O5 to O7 must be specified as 0.5. A lit display position (black) corresponds to a 1.6. Line 11 and the following lines must be blanked with 0s for a 5 × 10 dot character fonts.
HD44780U
184
Table 4 Correspondence between Character Codes and Character Patterns (ROM Code: A00)
xxxx0000
xxxx0001
xxxx0010
xxxx0011
xxxx0100
xxxx0101
xxxx0110
xxxx0111
xxxx1000
xxxx1001
xxxx1010
xxxx1011
xxxx1100
xxxx1101
xxxx1110
xxxx1111
0000 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1010 1011 1100 1101 1110 1111Upper 4
BitsLower 4 Bits
CG RAM (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
0001 1000 1001
Note: The user can specify any pattern for character-generator RAM.
HD44780U
185
Table 4 Correspondence between Character Codes and Character Patterns (ROM Code: A02)
xxxx0000
xxxx0001
xxxx0010
xxxx0011
xxxx0100
xxxx0101
xxxx0110
xxxx0111
xxxx1000
xxxx1001
xxxx1010
xxxx1011
xxxx1100
xxxx1101
xxxx1110
xxxx1111
0000 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1010 1011 1100 1101 1110 1111Upper 4
BitsLower 4 Bits
CG RAM (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
0001 1000 1001
HD44780U
186
Table 5 Relationship between CGRAM Addresses, Character Codes (DDRAM) and CharacterPatterns (CGRAM Data)
Character Codes (DDRAM data) CGRAM Address
Character Patterns (CGRAM data)
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 0 0 * 0 0 0
0 0 0 0 * 0 0 1
0 0 0 0 * 1 1 1
5 4 3 2 1 0
0 0 0
0 0 1
1 1 1
7 6 5 4 3 2 1 0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
High Low High Low High Low
Characterpattern (1)
Cursor position
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
Characterpattern (2)
Cursor position
For 5 × 8 dot character patterns
Notes: 1. Character code bits 0 to 2 correspond to CGRAM address bits 3 to 5 (3 bits: 8 types).2. CGRAM address bits 0 to 2 designate the character pattern line position. The 8th line is the
cursor position and its display is formed by a logical OR with the cursor.Maintain the 8th line data, corresponding to the cursor display position, at 0 as the cursordisplay.If the 8th line data is 1, 1 bits will light up the 8th line regardless of the cursor presence.
3. Character pattern row positions correspond to CGRAM data bits 0 to 4 (bit 4 being at the left).4. As shown Table 5, CGRAM character patterns are selected when character code bits 4 to 7 are
all 0. However, since character code bit 3 has no effect, the R display example above can beselected by either character code 00H or 08H.
5. 1 for CGRAM data corresponds to display selection and 0 to non-selection.* Indicates no effect.
HD44780U
187
Table 5 Relationship between CGRAM Addresses, Character Codes (DDRAM) and CharacterPatterns (CGRAM Data) (cont)
Character Codes (DDRAM data) CGRAM Address
Character Patterns (CGRAM data)
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 0 0 * 0 0
0 0 0 0 1 1
5 4 3 2 1 0
0 0
1 1
7 6 5 4 3 2 1 0
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
High Low High Low High Low
Characterpattern
Cursor position
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
*
*
*
*
*
* *
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
For 5 × 10 dot character patterns
Notes: 1. Character code bits 1 and 2 correspond to CGRAM address bits 4 and 5 (2 bits: 4 types).2. CGRAM address bits 0 to 3 designate the character pattern line position. The 11th line is the
cursor position and its display is formed by a logical OR with the cursor.Maintain the 11th line data corresponding to the cursor display positon at 0 as the cursordisplay.If the 11th line data is “1”, “1” bits will light up the 11th line regardless of the cursor presence.Since lines 12 to 16 are not used for display, they can be used for general data RAM.
3. Character pattern row positions are the same as 5 × 8 dot character pattern positions.4. CGRAM character patterns are selected when character code bits 4 to 7 are all 0.
However, since character code bits 0 and 3 have no effect, the P display example above can beselected by character codes 00H, 01H, 08H, and 09H.
5. 1 for CGRAM data corresponds to display selection and 0 to non-selection.* Indicates no effect.
HD44780U
188
Timing Generation Circuit
The timing generation circuit generates timing signals for the operation of internal circuits such asDDRAM, CGROM and CGRAM. RAM read timing for display and internal operation timing by MPUaccess are generated separately to avoid interfering with each other. Therefore, when writing data toDDRAM, for example, there will be no undesirable interferences, such as flickering, in areas other thanthe display area.
Liquid Crystal Display Driver Circuit
The liquid crystal display driver circuit consists of 16 common signal drivers and 40 segment signaldrivers. When the character font and number of lines are selected by a program, the required commonsignal drivers automatically output drive waveforms, while the other common signal drivers continue tooutput non-selection waveforms.
Sending serial data always starts at the display data character pattern corresponding to the last address ofthe display data RAM (DDRAM).
Since serial data is latched when the display data character pattern corresponding to the starting addressenters the internal shift register, the HD44780U drives from the head display.
Cursor/Blink Control Circuit
The cursor/blink control circuit generates the cursor or character blinking. The cursor or the blinking willappear with the digit located at the display data RAM (DDRAM) address set in the address counter (AC).
For example (Figure 8), when the address counter is 08H, the cursor position is displayed at DDRAMaddress 08H.
AC6
0
AC5
0
AC4
0
AC3
1
AC2
0
AC1
0
AC0
0
1
00
2
01
3
02
4
03
5
04
6
05
7
06
8
07
9
08
10
09
11
0A
1
00
40
2
01
41
3
02
42
4
03
43
5
04
44
6
05
45
7
06
46
8
07
47
9
08
48
10
09
49
11
0A
4A
AC
cursor position
cursor position
Display position
DDRAM address (hexadecimal)
Display position
DDRAM address (hexadecimal)
For a 1-line display
For a 2-line display
Note: The cursor or blinking appears when the address counter (AC) selects the character generator RAM (CGRAM). However, the cursor and blinking become meaningless. The cursor or blinking is displayed in the meaningless position when the AC is a CGRAM address.
Figure 8 Cursor/Blink Display Example
HD44780U
189
Interfacing to the MPU
The HD44780U can send data in either two 4-bit operations or one 8-bit operation, thus allowinginterfacing with 4- or 8-bit MPUs.
• For 4-bit interface data, only four bus lines (DB4 to DB7) are used for transfer. Bus lines DB0 to DB3are disabled. The data transfer between the HD44780U and the MPU is completed after the 4-bit datahas been transferred twice. As for the order of data transfer, the four high order bits (for 8-bitoperation, DB4 to DB7) are transferred before the four low order bits (for 8-bit operation, DB0 toDB3).
The busy flag must be checked (one instruction) after the 4-bit data has been transferred twice. Twomore 4-bit operations then transfer the busy flag and address counter data.
• For 8-bit interface data, all eight bus lines (DB0 to DB7) are used.
RS
R/W
E
IR7
IR6
IR5
IR4
BF
AC6
AC5
AC4
DB7
DB6
DB5
DB4
Instruction register (IR) write
Busy flag (BF) and address counter (AC) read
Data register (DR) read
IR3
IR2
IR1
IR0
AC3
AC2
AC1
AC0
DR7
DR6
DR5
DR4
DR3
DR2
DR1
DR0
Figure 9 4-Bit Transfer Example
HD44780U
190
Reset Function
Initializing by Internal Reset Circuit
An internal reset circuit automatically initializes the HD44780U when the power is turned on. Thefollowing instructions are executed during the initialization. The busy flag (BF) is kept in the busy stateuntil the initialization ends (BF = 1). The busy state lasts for 10 ms after VCC rises to 4.5 V.
1. Display clear
2. Function set:
DL = 1; 8-bit interface data
N = 0; 1-line display
F = 0; 5 × 8 dot character font
3. Display on/off control:
D = 0; Display off
C = 0; Cursor off
B = 0; Blinking off
4. Entry mode set:
I/D = 1; Increment by 1
S = 0; No shift
Note: If the electrical characteristics conditions listed under the table Power Supply Conditions UsingInternal Reset Circuit are not met, the internal reset circuit will not operate normally and will failto initialize the HD44780U. For such a case, initial-ization must be performed by the MPU asexplained in the section, Initializing by Instruction.
Instructions
Outline
Only the instruction register (IR) and the data register (DR) of the HD44780U can be controlled by theMPU. Before starting the internal operation of the HD44780U, control information is temporarily storedinto these registers to allow interfacing with various MPUs, which operate at different speeds, or variousperipheral control devices. The internal operation of the HD44780U is determined by signals sent fromthe MPU. These signals, which include register selection signal (RS), read/
write signal (R/:), and the data bus (DB0 to DB7), make up the HD44780U instructions (Table 6). Thereare four categories of instructions that:
• Designate HD44780U functions, such as display format, data length, etc.
• Set internal RAM addresses
• Perform data transfer with internal RAM
• Perform miscellaneous functions
HD44780U
191
Normally, instructions that perform data transfer with internal RAM are used the most. However, auto-incrementation by 1 (or auto-decrementation by 1) of internal HD44780U RAM addresses after each datawrite can lighten the program load of the MPU. Since the display shift instruction (Table 11) can performconcurrently with display data write, the user can minimize system development time with maximumprogramming efficiency.
When an instruction is being executed for internal operation, no instruction other than the busyflag/address read instruction can be executed.
Because the busy flag is set to 1 while an instruction is being executed, check it to make sure it is 0before sending another instruction from the MPU.
Note: Be sure the HD44780U is not in the busy state (BF = 0) before sending an instruction from theMPU to the HD44780U. If an instruction is sent without checking the busy flag, the time betweenthe first instruction and next instruction will take much longer than the instruction time itself.Refer to Table 6 for the list of each instruc-tion execution time.
Table 6 Instructions
CodeExecution Time(max) (when f cp or
Instruction RS R/ :: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Description f OSC is 270 kHz)
Cleardisplay
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Clears entire display and setsDDRAM address 0 in addresscounter.
Returnhome
0 0 0 0 0 0 0 0 1 — Sets DDRAM address 0 inaddress counter. Also returnsdisplay from being shifted tooriginal position. DDRAMcontents remain unchanged.
1.52 ms
Entrymode set
0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S Sets cursor move directionand specifies display shift.These operations areperformed during data writeand read.
37 µs
Displayon/offcontrol
0 0 0 0 0 0 1 D C B Sets entire display (D) on/off,cursor on/off (C), and blinkingof cursor position character(B).
37 µs
Cursor ordisplayshift
0 0 0 0 0 1 S/C R/L — — Moves cursor and shiftsdisplay without changingDDRAM contents.
37 µs
Functionset
0 0 0 0 1 DL N F — — Sets interface data length(DL), number of display lines(N), and character font (F).
37 µs
SetCGRAMaddress
0 0 0 1 ACG ACG ACG ACG ACG ACG Sets CGRAM address.CGRAM data is sent andreceived after this setting.
37 µs
SetDDRAMaddress
0 0 1 ADD ADD ADD ADD ADD ADD ADD Sets DDRAM address.DDRAM data is sent andreceived after this setting.
37 µs
Read busyflag &address
0 1 BF AC AC AC AC AC AC AC Reads busy flag (BF)indicating internal operation isbeing performed and readsaddress counter contents.
0 µs
HD44780U
192
Table 6 Instructions (cont)
CodeExecution Time(max) (when f cp or
Instruction RS R/ :: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Description f OSC is 270 kHz)
Write datato CG orDDRAM
1 0 Write data Writes data into DDRAM orCGRAM.
37 µstADD = 4 µs*
Read datafrom CG orDDRAM
1 1 Read data Reads data from DDRAM orCGRAM.
37 µstADD = 4 µs*
I/D = 1: IncrementI/D = 0: DecrementS = 1: Accompanies display shiftS/C = 1: Display shiftS/C = 0: Cursor moveR/L = 1: Shift to the rightR/L = 0: Shift to the leftDL = 1: 8 bits, DL = 0: 4 bitsN = 1: 2 lines, N = 0: 1 lineF = 1: 5 × 10 dots, F = 0: 5 × 8 dotsBF = 1: Internally operatingBF = 0: Instructions acceptable
DDRAM: Display data RAMCGRAM: Character generator
RAMACG: CGRAM addressADD: DDRAM address
(corresponds to cursoraddress)
AC: Address counter used forboth DD and CGRAMaddresses
Execution timechanges whenfrequency changesExample:When fcp or fOSC is250 kHz,37 µs × = 40 µs270
250
Note: — indicates no effect.* After execution of the CGRAM/DDRAM data write or read instruction, the RAM address counter
is incremented or decremented by 1. The RAM address counter is updated after the busy flagturns off. In Figure 10, tADD is the time elapsed after the busy flag turns off until the addresscounter is updated.
Busy stateBusy signal (DB7 pin)
Address counter (DB0 to DB6 pins)
t ADD
A A + 1
Note: t depends on the operation frequency t = 1.5/(f or f ) seconds
ADD
ADD cp OSC
Figure 10 Address Counter Update
HD44780U
193
Instruction Description
Clear Display
Clear display writes space code 20H (character pattern for character code 20H must be a blank pattern)into all DDRAM addresses. It then sets DDRAM address 0 into the address counter, and returns thedisplay to its original status if it was shifted. In other words, the display disappears and the cursor orblinking goes to the left edge of the display (in the first line if 2 lines are displayed). It also sets I/D to 1(increment mode) in entry mode. S of entry mode does not change.
Return Home
Return home sets DDRAM address 0 into the address counter, and returns the display to its original statusif it was shifted. The DDRAM contents do not change.
The cursor or blinking go to the left edge of the display (in the first line if 2 lines are displayed).
Entry Mode Set
I/D: Increments (I/D = 1) or decrements (I/D = 0) the DDRAM address by 1 when a character code iswritten into or read from DDRAM.
The cursor or blinking moves to the right when incremented by 1 and to the left when decremented by 1.The same applies to writing and reading of CGRAM.
S: Shifts the entire display either to the right (I/D = 0) or to the left (I/D = 1) when S is 1. The displaydoes not shift if S is 0.
If S is 1, it will seem as if the cursor does not move but the display does. The display does not shift whenreading from DDRAM. Also, writing into or reading out from CGRAM does not shift the display.
Display On/Off Control
D: The display is on when D is 1 and off when D is 0. When off, the display data remains in DDRAM,but can be displayed instantly by setting D to 1.
C: The cursor is displayed when C is 1 and not displayed when C is 0. Even if the cursor disappears, thefunction of I/D or other specifications will not change during display data write. The cursor is displayedusing 5 dots in the 8th line for 5 × 8 dot character font selection and in the 11th line for the 5 × 10 dotcharacter font selection (Figure 13).
B: The character indicated by the cursor blinks when B is 1 (Figure 13). The blinking is displayed asswitching between all blank dots and displayed characters at a speed of 409.6-ms intervals when fcp or fOSC
is 250 kHz. The cursor and blinking can be set to display simultaneously. (The blinking frequencychanges according to fOSC or the reciprocal of fcp. For example, when fcp is 270 kHz, 409.6 × 250/270 =379.2 ms.)
HD44780U
194
Cursor or Display Shift
Cursor or display shift shifts the cursor position or display to the right or left without writing or readingdisplay data (Table 7). This function is used to correct or search the display. In a 2-line display, thecursor moves to the second line when it passes the 40th digit of the first line. Note that the first andsecond line displays will shift at the same time.
When the displayed data is shifted repeatedly each line moves only horizontally. The second line displaydoes not shift into the first line position.
The address counter (AC) contents will not change if the only action performed is a display shift.
Function Set
DL: Sets the interface data length. Data is sent or received in 8-bit lengths (DB7 to DB0) when DL is 1,and in 4-bit lengths (DB7 to DB4) when DL is 0.When 4-bit length is selected, data must be sent orreceived twice.
N: Sets the number of display lines.
F: Sets the character font.
Note: Perform the function at the head of the program before executing any instructions (except for theread busy flag and address instruction). From this point, the function set instruction cannot beexecuted unless the interface data length is changed.
Set CGRAM Address
Set CGRAM address sets the CGRAM address binary AAAAAA into the address counter.
Data is then written to or read from the MPU for CGRAM.
HD44780U
195
Code Note: Don’t care.*
Code
Code
Code
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
0
DB3
0
DB2
0
DB1
0
DB0
1
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
0
DB3
0
DB2
0
DB1
0
DB0
1
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
0
DB3
0
DB2
0
DB1
0
DB0
1
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
0
DB3
0
DB2
0
DB1
0
DB0
1
Return home
Clear display
Entry mode set
Display on/off control
Figure 11
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
1
DB3
S/CCode
DB2
R/L
DB1 DB0
Code
Code
Higherorder bit
Lowerorder bit
*Cursor ordisplay shift
Function set
Set CGRAM address
*
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
0
DB4
DL
DB3
N
DB2
F
DB1 DB0
* *
RS
0
R/W
0
DB7
0
DB6
0
DB5
A
DB4
A
DB3
A
DB2
A
DB1 DB0
A A
Note: Don’t care.*
Figure 12
HD44780U
196
Set DDRAM Address
Set DDRAM address sets the DDRAM address binary AAAAAAA into the address counter.
Data is then written to or read from the MPU for DDRAM.
However, when N is 0 (1-line display), AAAAAAA can be 00H to 4FH. When N is 1 (2-line display),AAAAAAA can be 00H to 27H for the first line, and 40H to 67H for the second line.
Read Busy Flag and Address
Read busy flag and address reads the busy flag (BF) indicating that the system is now internally operatingon a previously received instruction. If BF is 1, the internal operation is in progress. The next instructionwill not be accepted until BF is reset to 0. Check the BF status before the next write operation. At thesame time, the value of the address counter in binary AAAAAAA is read out. This address counter isused by both CG and DDRAM addresses, and its value is determined by the previous instruction. Theaddress contents are the same as for instructions set CGRAM address and set DDRAM address.
Table 7 Shift Function
S/C R/L
0 0 Shifts the cursor position to the left. (AC is decremented by one.)
0 1 Shifts the cursor position to the right. (AC is incremented by one.)
1 0 Shifts the entire display to the left. The cursor follows the display shift.
1 1 Shifts the entire display to the right. The cursor follows the display shift.
Table 8 Function Set
N F
No. ofDisplayLines Character Font
DutyFactor Remarks
0 0 1 5 × 8 dots 1/8
0 1 1 5 × 10 dots 1/11
1 * 2 5 × 8 dots 1/16 Cannot display two lines for 5 × 10 dot character font
Note: * Indicates don’t care.
HD44780U
197
Cursor
5 8 dot character font
5 10 dot character font
× × Alternating display
Blink display exampleCursor display example
Figure 13 Cursor and Blinking
RS
0
R/W
0
DB7
1
DB6
A
DB5
A
DB4
A
DB3
ACode
DB2
A
DB1
A
DB0
A
Higherorder bit
Lowerorder bit
RS
0
R/W
1
DB7
BF
DB6
A
DB5
A
DB4
A
DB3
ACode
DB2
A
DB1
A
DB0
A
Higherorder bit
Lowerorder bit
Set DDRAM address
Read busy flagand address
Figure 14
HD44780U
198
Write Data to CG or DDRAM
Write data to CG or DDRAM writes 8-bit binary data DDDDDDDD to CG or DDRAM.
To write into CG or DDRAM is determined by the previous specification of the CGRAM or DDRAMaddress setting. After a write, the address is automatically incremented or decremented by 1 according tothe entry mode. The entry mode also determines the display shift.
Read Data from CG or DDRAM
Read data from CG or DDRAM reads 8-bit binary data DDDDDDDD from CG or DDRAM.
The previous designation determines whether CG or DDRAM is to be read. Before entering this readinstruction, either CGRAM or DDRAM address set instruction must be executed. If not executed, the firstread data will be invalid. When serially executing read instructions, the next address data is normallyread from the second read. The address set instructions need not be executed just before this readinstruction when shifting the cursor by the cursor shift instruction (when reading out DDRAM). Theoperation of the cursor shift instruction is the same as the set DDRAM address instruction.
After a read, the entry mode automatically increases or decreases the address by 1. However, display shiftis not executed regardless of the entry mode.
Note: The address counter (AC) is automatically incremented or decremented by 1 after the writeinstructions to CGRAM or DDRAM are executed. The RAM data selected by the AC cannot beread out at this time even if read instructions are executed. Therefore, to correctly read data,execute either the address set instruction or cursor shift instruction (only with DDRAM), then justbefore reading the desired data, execute the read instruction from the second time the readinstruction is sent.
RS
1
R/W
1
DB7
D
DB6
D
DB5
D
DB4
D
DB3
DCode
DB2
D
DB1
D
DB0
D
Higherorder bits
Lowerorder bits
RS
1
R/W
0
DB7
D
DB6
D
DB5
D
DB4
D
DB3
DCode
DB2
D
DB1
D
DB0
D
Higherorder bits
Lowerorder bits
Read data fromCG or DDRAM
Write data toCG or DDRAM
Figure 15
HD44780U
199
Interfacing the HD44780U
Interface to MPUs
• Interfacing to an 8-bit MPU
See Figure 17 for an example of using a I/O port (for a single-chip microcomputer) as an interfacedevice.
In this example, P30 to P37 are connected to the data bus DB0 to DB7, and P75 to P77 are connectedto E, R/:, and RS, respectively.
RS
R/W
E
Internal operation
DB7
Functioning
Data Busy BusyNot busy Data
Instruction write
Busy flag check
Busy flag check
Busy flag check
Instruction write
Figure 16 Example of Busy Flag Check Timing Sequence
P30 to P37
P77 P76 P75
16
40
H8/325 HD44780U
8DB0 to DB7
E RS R/W
LCD
COM1 to COM16
SEG1 to SEG40
Figure 17 H8/325 Interface (Single-Chip Mode)
HD44780U
200
• Interfacing to a 4-bit MPU
The HD44780U can be connected to the I/O port of a 4-bit MPU. If the I/O port has enough bits, 8-bitdata can be transferred. Otherwise, one data transfer must be made in two operations for 4-bit data. Inthis case, the timing sequence becomes somewhat complex. (See Figure 18.)
See Figure 19 for an interface example to the HMCS4019R.
Note that two cycles are needed for the busy flag check as well as for the data transfer. The 4-bitoperation is selected by the program.
RS
R/W
E
Internaloperation
DB7 IR7 IR3 Busy AC3Not
busy AC3 D7 D3
Instructionwrite
Busy flagcheck
Busy flagcheck
Instructionwrite
Note: IR7 , IR3 are the 7th and 3rd bits of the instruction.AC3 is the 3rd bit of the address counter.
Functioning
Figure 18 Example of 4-Bit Data Transfer Timing Sequence
D15
D14
D13
R10 to R13
RS
R/W
E
DB4 to DB7
COM1 to COM16
SEG1 to SEG40
4 40
16
LCD
HMCS4019R HD44780
Figure 19 Example of Interface to HMCS4019R
HD44780U
201
Interface to Liquid Crystal Display
Character Font and Number of Lines: The HD44780U can perform two types of displays, 5 × 8 dotand 5 × 10 dot character fonts, each with a cursor.
Up to two lines are displayed for 5 × 8 dots and one line for 5 × 10 dots. Therefore, a total of three
types of common signals are available (Table 9).
The number of lines and font types can be selected by the program. (See Table 6, Instructions.)
Connection to HD44780 and Liquid Crystal Display: See Figure 20 for the connection examples.
Table 9 Common Signals
Number of Lines Character Font Number of Common Signals Duty Factor
1 5 × 8 dots + cursor 8 1/8
1 5 × 10 dots + cursor 11 1/11
2 5 × 8 dots + cursor 16 1/16
COM1
COM8
SEG1
SEG40
COM1
COM11
SEG1
SEG40
HD44780
Example of a 5 × 8 dot, 8-character × 1-line display (1/4 bias, 1/8 duty cycle)
Example of a 5 × 10 dot, 8-character × 1-line display (1/4 bias, 1/11 duty cycle)
HD44780
Figure 20 Liquid Crystal Display and HD44780 Connections
HD44780U
202
Since five segment signal lines can display one digit, one HD44780U can display up to 8 digits for a 1-line display and 16 digits for a 2-line display.
The examples in Figure 20 have unused common signal pins, which always output non-selectionwaveforms. When the liquid crystal display panel has unused extra scanning lines, connect the extrascanning lines to these common signal pins to avoid any undesirable effects due to crosstalk during thefloating state (Figure 21).
COM1
COM8
SEG1
SEG40
HD44780
COM9
COM16
Example of a 5 × 8 dot, 8-character × 2-line display (1/5 bias, 1/16 duty cycle)
Figure 20 Liquid Crystal Display and HD44780 Connections (cont)
Cursor
5 8 dot character font
5 10 dot character font
× × Alternating display
Blink display exampleCursor display example
Figure 21 Using COM9 to Avoid Crosstalk on Unneeded Scanning Line
HD44780U
203
Connection of Changed Matrix Layout: In the preceding examples, the number of lines correspond tothe scanning lines. However, the following display examples (Figure 22) are made possible by alteringthe matrix layout of the liquid crystal display panel. In either case, the only change is the layout. Thedisplay characteristics and the number of liquid crystal display characters depend on the number ofcommon signals or on duty factor. Note that the display data RAM (DDRAM) addresses for 4 characters× 2 lines and for 16 characters × 1 line are the same as in Figure 20.
Cursor
5 8 dot character font
5 10 dot character font
× × Alternating display
Blink display exampleCursor display example
Figure 22 Changed Matrix Layout Displays
HD44780U
204
Power Supply for Liquid Crystal Display Drive
Various voltage levels must be applied to pins V1 to V5 of the HD44780U to obtain the liquid crystaldisplay drive waveforms. The voltages must be changed according to the duty factor (Table 10).
VLCD is the peak value for the liquid crystal display drive waveforms, and resistance dividing providesvoltages V1 to V5 (Figure 23).
Table 10 Duty Factor and Power Supply for Liquid Crystal Display Drive
Duty Factor
1/8, 1/11 1/16
Bias
Power Supply 1/4 1/5
V1 VCC–1/4 VLCD VCC–1/5 VLCD
V2 VCC–1/2 VLCD VCC–2/5 VLCD
V3 VCC–1/2 VLCD VCC–3/5 VLCD
V4 VCC–3/4 VLCD VCC–4/5 VLCD
V5 VCC–VLCD VCC–VLCD
VCC
V1
V4
V5
V2
V3
VCC
V1
V2
V3
V4
V5
R
R
R
R
VR
–5 V
VCC (+5 V)
–5 V
VCC (+5 V)
R
R
R
R
R
VR
VLCDVLCD
1/4 bias (1/8, 1/11 duty cycle)
1/5 bias (1/16, duty cycle)
Figure 23 Drive Voltage Supply Example
HD44780U
205
Relationship between Oscillation Frequency and Liquid Crystal Display FrameFrequency
The liquid crystal display frame frequencies of Figure 24 apply only when the oscillation frequency is270 kHz (one clock pulse of 3.7 µs).
1 2 3 4 8 1 2
1 2 3 4 11 1 2
1 2 3 4 16 1 2
400 clocks
400 clocks
200 clocks
1 frame
1 frame
1 frame
1/8 duty cycle
1/11 duty cycle
1/16 duty cycle
VCC
V1
V2 (V3)
V4
V5
VCC
V1
V2 (V3)
V4
V5
VCC
V1
V2
V3
V4
V5
COM1
COM1
COM1
1 frame = 3.7 µs × 400 × 8 = 11850 µs = 11.9 ms
Frame frequency = = 84.3 Hz1 11.9 ms
1 frame = 3.7 µs × 400 × 11 = 16300 µs = 16.3 ms
Frame frequency = = 61.4 Hz1 16.3 ms
1 frame = 3.7 µs × 200 × 16 = 11850 µs = 11.9 ms
Frame frequency = = 84.3 Hz1 11.9 ms
Figure 24 Frame Frequency
HD44780U
206
Instruction and Display Correspondence
• 8-bit operation, 8-digit × 1-line display with internal reset
Refer to Table 11 for an example of an 8-digit × 1-line display in 8-bit operation. The HD44780Ufunctions must be set by the function set instruction prior to the display. Since the display data RAMcan store data for 80 characters, as explained before, the RAM can be used for displays such as foradvertising when combined with the display shift operation.
Since the display shift operation changes only the display position with DDRAM contents unchanged,the first display data entered into DDRAM can be output when the return home operation isperformed.
• 4-bit operation, 8-digit × 1-line display with internal reset
The program must set all functions prior to the 4-bit operation (Table 12). When the power is turnedon, 8-bit operation is automatically selected and the first write is performed as an 8-bit operation.Since DB0 to DB3 are not connected, a rewrite is then required. However, since one operation iscompleted in two accesses for 4-bit operation, a rewrite is needed to set the functions (see Table 12).Thus, DB4 to DB7 of the function set instruction is written twice.
• 8-bit operation, 8-digit × 2-line display
For a 2-line display, the cursor automatically moves from the first to the second line after the 40thdigit of the first line has been written. Thus, if there are only 8 characters in the first line, theDDRAM address must be again set after the 8th character is completed. (See Table 13.) Note that thedisplay shift operation is performed for the first and second lines. In the example of Table 13, thedisplay shift is performed when the cursor is on the second line. However, if the shift operation isperformed when the cursor is on the first line, both the first and second lines move together. If theshift is repeated, the display of the second line will not move to the first line. The same display willonly shift within its own line for the number of times the shift is repeated.
Note: When using the internal reset, the electrical characteristics in the Power Supply Conditions UsingInternal Reset Circuit table must be satisfied. If not, the HD44780U must be initialized byinstructions. See the section, Initializing by Instruction.
HD44780U
207
Table 11 8-Bit Operation, 8-Digit ×× 1-Line Display Example with Internal Reset
Step Instruction
No. RS R/:: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Display Operation
1 Power supply on (the HD44780U is initialized by the internalreset circuit)
Initialized. No display.
2 Function set0 0 0 0 1 1 0 0 * *
Sets to 8-bit operation andselects 1-line display and 5 × 8dot character font. (Number ofdisplay lines and character fontscannot be changed after step#2.)
3 Display on/off control0 0 0 0 0 0 1 1 1 0
_ Turns on display and cursor.Entire display is in space modebecause of initialization.
4 Entry mode set0 0 0 0 0 0 0 1 1 0
_ Sets mode to increment theaddress by one and to shift thecursor to the right at the time ofwrite to the DD/CGRAM.Display is not shifted.
5 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 0 0 0
H_ Writes H. DDRAM has alreadybeen selected by initializationwhen the power was turned on.The cursor is incremented byone and shifted to the right.
6 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 0 0 1
HI_ Writes I.
7 ·····
·····
8 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 0 0 1
HITACHI_ Writes I.
9 Entry mode set0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
HITACHI_ Sets mode to shift display at thetime of write.
10 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
ITACHI _ Writes a space.
HD44780U
208
Table 11 8-Bit Operation, 8-Digit ×× 1-Line Display Example with Internal Reset (cont)
Step Instruction
No. RS R/:: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Display Operation
11 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 0 1
Cursor
5 8 dot character font
5 10 dot character font
× × Alternating display
Blink display exampleCursor display example
Writes M.
12 ·····
·····
13 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 1 1
MICROKO_ Writes O.
14 Cursor or display shift0 0 0 0 0 1 0 0 * *
MICROKO _Shifts only the cursor position tothe left.
15 Cursor or display shift0 0 0 0 0 1 0 0 * *
MICROKO _Shifts only the cursor position tothe left.
16 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 0 0 1 1
ICROCO _Writes C over K.The display moves to the left.
17 Cursor or display shift0 0 0 0 0 1 1 1 * *
MICROCO _Shifts the display and cursorposition to the right.
18 Cursor or display shift0 0 0 0 0 1 0 1 * *
MICROCO_ Shifts the display and cursorposition to the right.
19 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 0 1
ICROCOM_ Writes M.
20 ·····
·····
21 Return home0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
HITACHI _ Returns both display and cursorto the original position (address0).
HD44780U
209
Table 12 4-Bit Operation, 8-Digit ×× 1-Line Display Example with Internal Reset
Step Instruction
No. RS R/:: DB7 DB6 DB5 DB4 Display Operation
1 Power supply on (the HD44780U is initialized by the internalreset circuit)
Initialized. No display.
2 Function set0 0 0 0 1 0
Sets to 4-bit operation.In this case, operation ishandled as 8 bits by initializa-tion, and only this instructioncompletes with one write.
3 Function set0 0 0 0 1 00 0 0 0 * *
Sets 4-bit operation and selects1-line display and 5 × 8 dotcharacter font. 4-bit operationstarts from this step andresetting is necessary. (Numberof display lines and characterfonts cannot be changed afterstep #3.)
4 Display on/off control0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 0
_ Turns on display and cursor.Entire display is in space modebecause of initialization.
5 Entry mode set0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0
Sets mode to increment theaddress by one and to shift thecursor to the right at the time ofwrite to the DD/CGRAM.Display is not shifted.
6 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 01 0 1 0 0 0
H_ Writes H.The cursor is incremented byone and shifts to the right.
Note: The control is the same as for 8-bit operation beyond step #6.
HD44780U
210
Table 13 8-Bit Operation, 8-Digit ×× 2-Line Display Example with Internal Reset
Step Instruction
No. RS R/:: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Display Operation
1 Power supply on (the HD44780U is initialized by the internalreset circuit)
Initialized. No display.
2 Function set0 0 0 0 1 1 1 0 * *
Sets to 8-bit operation andselects 2-line display and 5 × 8dot character font.
3 Display on/off control0 0 0 0 0 0 1 1 1 0
_ Turns on display and cursor. Alldisplay is in space modebecause of initialization.
4 Entry mode set0 0 0 0 0 0 0 1 1 0
_ Sets mode to increment theaddress by one and to shift thecursor to the right at the time ofwrite to the DD/CGRAM.Display is not shifted.
5 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 0 0 0
H_ Writes H. DDRAM has alreadybeen selected by initializationwhen the power was turned on.The cursor is incremented byone and shifted to the right.
6 ·····
·····
7 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 0 0 1
HITACHI_ Writes I.
8 Set DDRAM address0 0 1 1 0 0 0 0 0 0
HITACHI _
Sets DDRAM address so thatthe cursor is positioned at thehead of the second line.
HD44780U
211
Table 13 8-Bit Operation, 8-Digit ×× 2-Line Display Example with Internal Reset (cont)
Step Instruction
No. RS R/:: DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Display Operation
9 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 0 1
HITACHI M_
Writes M.
10 ·····
·····
11 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 1 1
HITACHI MICROCO_
Writes O.
12 Entry mode set0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
HITACHI MICROCO_
Sets mode to shift display at thetime of write.
13 Write data to CGRAM/DDRAM1 0 0 1 0 0 1 1 0 1
ITACHI ICROCOM_
Writes M. Display is shifted tothe left. The first and secondlines both shift at the same time.
14 ·····
·····
15 Return home0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
HITACHI MICROCOM _ Returns both display and cursor
to the original position (address0).
HD44780U
212
Initializing by Instruction
If the power supply conditions for correctly operating the internal reset circuit are not met, initializationby instructions becomes necessary.
Refer to Figures 25 and 26 for the procedures on 8-bit and 4-bit initializations, respectively.
Power on
Wait for more than 15 ms after VCC rises to 4.5 V
Wait for more than 4.1 ms
Wait for more than 100 µs
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
DB3DB2 DB1 DB0 * * * *
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
DB3DB2DB1DB0* * * *
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
DB3DB2DB1* * *
DB0*
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
DB3 N
DB2 F
DB1DB0* *
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
I/D
0
1
S
Initialization ends
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
BF can be checked after the following instructions. When BF is not checked, the waiting time between instructions is longer than the execution instuction time. (See Table 6.)
Function set (Interface is 8 bits long. Specify the number of display lines and character font.) The number of display lines and character font cannot be changed after this point.
Display off
Display clear
Entry mode set
Wait for more than 40 ms after VCC rises to 2.7 V
Figure 25 8-Bit Interface
HD44780U
213
Initialization ends
Wait for more than 15 ms after VCC rises to 4.5 V
Wait for more than 40 ms after VCC rises to 2.7 V
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
BF cannot be checked before this instruction.
Function set (Interface is 8 bits long.)
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
RS 0
R/W 0
Wait for more than 4.1 ms
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
RS 0
R/W 0
Wait for more than 100 µs
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 1
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 1
DB4 0
RS 0
R/W 0
0
N
0
1
0
0
0
0
0
F
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
I/D
0
0
0
0
1
0
S
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
* *
BF can be checked after the following instructions. When BF is not checked, the waiting time between instructions is longer than the execution instuction time. (See Table 6.)
Function set (Set interface to be 4 bits long.) Interface is 8 bits in length.
Display off
Display clear
Entry mode set
Function set (Interface is 4 bits long. Specify the number of display lines and character font.) The number of display lines and character font cannot be changed after this point.
Power on
Figure 26 4-Bit Interface
HD44780U
214
Absolute Maximum Ratings*
Item Symbol Value Unit Notes
Power supply voltage (1) VCC–GND –0.3 to +7.0 V 1
Power supply voltage (2) VCC–V5 –0.3 to +13.0 V 1, 2
Input voltage Vt –0.3 to VCC +0.3 V 1
Operating temperature Topr –20 to +75 °C
Storage temperature Tstg –55 to +125 °C 4
Note: * If the LSI is used above these absolute maximum ratings, it may become permanently damaged.Using the LSI within the following electrical characteristic limits is strongly recommended for normaloperation. If these electrical characteristic conditions are also exceeded, the LSI will malfunctionand cause poor reliability.
HD44780U
215
DC Characteristics (VCC = 2.7 to 4.5 V, Ta = –20 to +75°C*3)
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition Notes*
Input high voltage (1)(except OSC1)
VIH1 0.7VCC — VCC V 6
Input low voltage (1)(except OSC1)
VIL1 –0.3 — 0.55 V 6
Input high voltage (2)(OSC1)
VIH2 0.7VCC — VCC V 15
Input low voltage (2)(OSC1)
VIL2 — — 0.2VCC V 15
Output high voltage (1)(DB0–DB7)
VOH1 0.75VCC — — V –IOH = 0.1 mA 7
Output low voltage (1)(DB0–DB7)
VOL1 — — 0.2VCC V IOL = 0.1 mA 7
Output high voltage (2)(except DB0–DB7)
VOH2 0.8VCC — — V –IOH = 0.04 mA 8
Output low voltage (2)(except DB0–DB7)
VOL2 — — 0.2VCC V IOL = 0.04 mA 8
Driver on resistance(COM)
RCOM — 2 20 kΩ ±Id = 0.05 mA,VLCD = 4 V
13
Driver on resistance(SEG)
RSEG — 2 30 kΩ ±Id = 0.05 mA,VLCD = 4 V
13
Input leakage current ILI –1 — 1 µA VIN = 0 to VCC 9
Pull-up MOS current(DB0–DB7, RS, R/:)
–Ip 10 50 120 µA VCC = 3 V
Power supply current ICC — 0.15 0.30 mA Rf oscillation,external clockVCC = 3 V,fOSC = 270 kHz
10, 14
LCD voltage VLCD1 3.0 — 11.0 V VCC–V5, 1/5 bias 16
VLCD2 3.0 — 11.0 V VCC–V5, 1/4 bias 16
Note: * Refer to the Electrical Characteristics Notes section following these tables.
HD44780U
216
AC Characteristics (VCC = 2.7 to 4.5 V, Ta = –20 to +75°C*3)
Clock Characteristics
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition Note*
External External clock frequency fcp 125 250 350 kHz 11clock External clock duty Duty 45 50 55 %operation
External clock rise time trcp — — 0.2 µs
External clock fall time tfcp — — 0.2 µs
Rf
oscillationClock oscillationfrequency
fOSC 190 270 350 kHz Rf = 75 kΩ,VCC = 3 V
12
Note: * Refer to the Electrical Characteristics Notes section following these tables.
Bus Timing Characteristics
Write Operation
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Enable cycle time tcycE 1000 — — ns Figure 27
Enable pulse width (high level) PWEH 450 — —
Enable rise/fall time tEr, tEf — — 25
Address set-up time (RS, R/: to E) tAS 60 — —
Address hold time tAH 20 — —
Data set-up time tDSW 195 — —
Data hold time tH 10 — —
Read Operation
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Enable cycle time tcycE 1000 — — ns Figure 28
Enable pulse width (high level) PWEH 450 — —
Enable rise/fall time tEr, tEf — — 25
Address set-up time (RS, R/: to E) tAS 60 — —
Address hold time tAH 20 — —
Data delay time tDDR — — 360
Data hold time tDHR 5 — —
HD44780U
217
Interface Timing Characteristics with External Driver
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Clock pulse width High level tCWH 800 — — ns Figure 29
Low level tCWL 800 — —
Clock set-up time tCSU 500 — —
Data set-up time tSU 300 — —
Data hold time tDH 300 — —
M delay time tDM –1000 — 1000
Clock rise/fall time tct — — 200
Power Supply Conditions Using Internal Reset Circuit
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Power supply rise time trCC 0.1 — 10 ms Figure 30
Power supply off time tOFF 1 — —
HD44780U
218
DC Characteristics (VCC = 4.5 to 5.5 V, Ta = –20 to +75°C*3)
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition Notes*
Input high voltage (1)(except OSC1)
VIH1 2.2 — VCC V 6
Input low voltage (1)(except OSC1)
VIL1 –0.3 — 0.6 V 6
Input high voltage (2)(OSC1)
VIH2 VCC–1.0 — VCC V 15
Input low voltage (2)(OSC1)
VIL2 — — 1.0 V 15
Output high voltage (1)(DB0–DB7)
VOH1 2.4 — — V –IOH = 0.205 mA 7
Output low voltage (1)(DB0–DB7)
VOL1 — — 0.4 V IOL = 1.2 mA 7
Output high voltage (2)(except DB0–DB7)
VOH2 0.9 VCC — — V –IOH = 0.04 mA 8
Output low voltage (2)(except DB0–DB7)
VOL2 — — 0.1 VCC V IOL = 0.04 mA 8
Driver on resistance(COM)
RCOM — 2 20 kΩ ±Id = 0.05 mA,VLCD = 4 V
13
Driver on resistance(SEG)
RSEG — 2 30 kΩ ±Id = 0.05 mA,VLCD = 4 V
13
Input leakage current ILI –1 — 1 µA VIN = 0 to VCC 9
Pull-up MOS current(DB0–DB7, RS, R/:)
–Ip 50 125 250 µA VCC = 5 V
Power supply current ICC — 0.35 0.60 mA Rf oscillation,external clockVCC = 5 V,fOSC = 270 kHz
10, 14
LCD voltage VLCD1 3.0 — 11.0 V VCC–V5, 1/5 bias 16
VLCD2 3.0 — 11.0 V VCC–V5, 1/4 bias 16
Note: * Refer to the Electrical Characteristics Notes section following these tables.
HD44780U
219
AC Characteristics (VCC = 4.5 to 5.5 V, Ta = –20 to +75°C*3)
Clock Characteristics
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition Notes*
External External clock frequency fcp 125 250 350 kHz 11clock External clock duty Duty 45 50 55 % 11operation
External clock rise time trcp — — 0.2 µs 11
External clock fall time tfcp — — 0.2 µs 11
Rf
oscillationClock oscillation frequency fOSC 190 270 350 kHz Rf = 91 kΩ
VCC = 5.0 V12
Note: * Refer to the Electrical Characteristics Notes section following these tables.
Bus Timing Characteristics
Write Operation
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Enable cycle time tcycE 500 — — ns Figure 27
Enable pulse width (high level) PWEH 230 — —
Enable rise/fall time tEr, tEf — — 20
Address set-up time (RS, R/: to E) tAS 40 — —
Address hold time tAH 10 — —
Data set-up time tDSW 80 — —
Data hold time tH 10 — —
Read Operation
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Enable cycle time tcycE 500 — — ns Figure 28
Enable pulse width (high level) PWEH 230 — —
Enable rise/fall time tEr, tEf — — 20
Address set-up time (RS, R/: to E) tAS 40 — —
Address hold time tAH 10 — —
Data delay time tDDR — — 160
Data hold time tDHR 5 — —
HD44780U
220
Interface Timing Characteristics with External Driver
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Clock pulse width High level tCWH 800 — — ns Figure 29
Low level tCWL 800 — —
Clock set-up time tCSU 500 — —
Data set-up time tSU 300 — —
Data hold time tDH 300 — —
M delay time tDM –1000 — 1000
Clock rise/fall time tct — — 100
Power Supply Conditions Using Internal Reset Circuit
Item Symbol Min Typ Max Unit Test Condition
Power supply rise time trCC 0.1 — 10 ms Figure 30
Power supply off time tOFF 1 — —
HD44780U
221
Electrical Characteristics Notes
1. All voltage values are referred to GND = 0 V.
VCC
A
B
A 1.5 V B 0.25 × A
≥ ≤
The conditions of V1 and V5 voltages are for proper operation of the LSI and not for the LCD output level. The LCD drive voltage condition for the LCD output level is specified as LCD voltage VLCD.
A = B =
VCC –V5 VCC –V1
V1
V5
2. VCC ≥ V1 ≥ V2 ≥ V3 ≥ V4≥V5 must be maintained.
3. For die products, specified up to 75°C.
4. For die products, specified by the die shipment specification.
5. The following four circuits are I/O pin configurations except for liquid crystal display output.
PMOS
NMOS
VCC VCC
PMOS
NMOS
(pull up MOS)
PMOS
VCC
PMOS
NMOS
VCC
NMOS
NMOS
VCC
PMOS
NMOS
(output circuit) (tristate)
Output enable Data
(pull-up MOS)
I/O Pin Pins: DB0 –DB7 (MOS with pull-up)
Input pin Pin: E (MOS without pull-up)
Pins: RS, R/W (MOS with pull-up)
Output pin Pins: CL1, CL2, M, D
VCC
(input circuit)
PMOSPMOS
Input enable
HD44780U
222
6. Applies to input pins and I/O pins, excluding the OSC1 pin.
7. Applies to I/O pins.
8. Applies to output pins.
9. Current flowing through pull–up MOSs, excluding output drive MOSs.
10. Input/output current is excluded. When input is at an intermediate level with CMOS, the excessivecurrent flows through the input circuit to the power supply. To avoid this from happening, the inputlevel must be fixed high or low.
11. Applies only to external clock operation.
Oscillator OSC1
OSC2
0.7 VCC 0.5 VCC 0.3 VCC
Th Tl
t rcp t fcp
Duty = 100%Th Th + Tl
×
Open
12. Applies only to the internal oscillator operation using oscillation resistor Rf.
OSC1
OSC2
Rf
R : R :
f
f
75 k ± 2% (when VCC = 3 V) 91 k ± 2% (when VCC = 5 V)Ω
500
400
300
200
10050 100 150(91)
R (k )f Ω
f
(k
Hz)
OS
C
VCC = 5 V500
400
300
200
10050 100 150
R (k )f Ω
f
(k
Hz)
OS
C
VCC = 3 V
typ.
Since the oscillation frequency varies depending on the OSC1 and OSC2 pin capacitance, the wiring length to these pins should be minimized.
(270) (270)
Ω
(75)
typ.
max.
min.
max.
min.
HD44780U
223
13. RCOM is the resistance between the power supply pins (VCC, V1, V4, V5) and each common signalpin (COM1 to COM16).
RSEG is the resistance between the power supply pins (VCC, V2, V3, V5) and each segment signal pin(SEG1 to SEG40).
14. The following graphs show the relationship between operation frequency and current consumption.
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.00 100 200 300 400 500
VCC = 5 V
0 100 200 300 400 500
VCC = 3 V
fOSC or fcp (kHz) fOSC or fcp (kHz)
I CC (
mA
)
I CC
(mA
)
max.
typ.max.
typ.
15. Applies to the OSC1 pin.
16. Each COM and SEG output voltage is within ±0.15 V of the LCD voltage (VCC, V1, V2, V3, V4, V5)when there is no load.
HD44780U
224
Load Circuits
Data Bus DB0 to DB7
For V = 4.5 to 5.5 VCC
Testpoint
90 pF 11 kΩ
V = 5 VCC
3.9 kΩ
IS2074diodes
H
For V = 2.7 to 4.5 VCC
Testpoint
50 pF
External Driver Control Signals: CL1, CL2, D, M
Test point
30 pF
HD44780U
225
Timing Characteristics
RS
R/W
E
DB0 to DB7
VIH1 VIL1
VIH1 VIL1
tAS tAH
VIL1 VIL1
tAHPWEH
tEf
VIH1 VIL1
VIH1 VIL1
tErtDSW tH
VIH1 VIL1
VIH1 VIL1
tcycE
VIL1
Valid data
Figure 27 Write Operation
RS
R/W
E
DB0 to DB7
VIH1 VIL1
VIH1 VIL1
tAS tAH
VIH1 VIH1
tAHPWEH
tEf
VIH1 VIL1
VIH1 VIL1
tDDR tDHR
tEr
VIL1
VOH1 VOL1 *
VOH1 * VOL1Valid data
tcycE
Note: * VOL1 is assumed to be 0.8 V at 2 MHz operation.
Figure 28 Read Operation
HD44780U
226
CL1
CL2
D
M
VOH2 VOH2VOL2
tct
tCWH
tCWH
tCSU
VOH2
tCSU tCWL
tct
tDH
tSU
VOH2
tDM
VOH2 VOL2
VOL2
Figure 29 Interface Timing with External Driver
VCC
0.2 V
2.7 V/4.5 V*2
0.2 V 0.2 V
trcc tOFF*1
0.1 ms trcc 10 ms≤ ≤ tOFF 1 ms≥
Notes: 1. 2. 3.
tOFF compensates for the power oscillation period caused by momentary power supply oscillations. Specified at 4.5 V for 5-V operation, and at 2.7 V for 3-V operation. For if 4.5 V is not reached during 5-V operation, the internal reset circuit will not operate normally. In this case, the LSI must be initialized by software. (Refer to the Initializing by Instruction section.)
Figure 30 Internal Power Supply Reset
Recommended