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