Konsep Dasar Motor Stepper (Bagian 1)

Stepper motor bukanlah barang baru di dalam dunia komputer. Bahkan hampir sebagian besar disk drive atau  CDROM menggunakan stepper motor untuk memutar disk. Penggunaannya juga cukup sederhana dan mudah digunakan untuk aplikasi-aplikasi tertentu yang tidak terlalu membutuhkan torsi yang besar.

Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya cukup menggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau piringan CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika dibandingkan dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan permanen magnet. Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan, csearah jarum jam atau sebaliknya.

Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup cepat.

Tipe Motor Stepper

Motor stepper dibedakan menjadi dua macam berdasarkan magnet yang digunakan, yaitu tipe permanen magnet dan variabel reluktansi. Pada umumnya motor stepper saat ini yang digunakan adalah motor stepper yang mempunyai variabel relukatansi. Cara yang paling mudah untuk membedakan antara tip motor stepper di atas adalah dengan cara memutar rotor dengan tangan ketika tidak dihubungkan ke suplai.

Pada motor stepper yang mempunyai permanen magnet maka ketika diputar dengan tangan akan terasa lebih tersendat karena adanya gaya yang ditimbulkan oleh permanen magnet. Tetapi ketika menggunakan motor dengan variabel reluktansi maka ketika  diputar akan lebih halus karena sisa reluktansinya cukup kecil.

 
 

Variabel Reluktansi Motor

Pada motor stepper yang mempunyai variabel reluktansi maka terdapat 3 buah lilitan yang pada ujungnya dijadikan satu pada sebuah pin common. Untuk dapat menggerakkan motor ini maka aktivasi tiap-tiap lilitan harus sesuai urutannya.

Gambar 1 merupakan gambar struktur dari motor dengan variabel reluktansi dimana tiap stepnya adalah 30°. Mempunyai 4 buah  kutub pada rotor dan 6 buah kutub pada statornya yang terletak saling berseberangan.

Gambar 1

Variabel Reluktance Motor

Jika lilitan 1 dilewati oleh arus, lilitan 2 mati dan lilitan 3 juga mati maka kumparan 1 akan menghasilkan gaya tolakan kepada rotor dan rotor akan berputar sejauh 30° searah jarum jam sehingga kutub rotor dengan label Y sejajar dengan kutub dengan label 2.

Jika kondisi seperti ini berulang terus menerus secara berurutan, lilitan 2 dilewati arus kemudian lilitan 3 maka motor akan berputar secara terus menerus. Maka agar dapat berputar sebanyak 21 step maka perlu diberikan data dengan urutan seperti pada gambar 2.

‘1’ pada gambar 2 diartikan bahwa lilitan yang bersangkutan dilewati arus sehingga menghasilkan gaya tolak untuk rotor. Sedangkan ‘0’ diartikan lilitan dalam kondisi off, tidak mendapatkan arus.

Unipolar Motor Stepper

Motor stepper dengan tipe unipolar adalah motor stepper yang mempunyai 2 buah lilitan yang masing-masing lilitan ditengah-tengahnya diberikan sebuah tap seperti  tampak pada gambar 3.

Gambar 3

Unipolar Stepper Motor

Motor ini mempunyai step tiap 30° dan mempunyai dua buah liliatan yang didistribusikan berseberangan 180° di antara kutub pada stator. Sedangkan pada rotonya menggunakan magnet permanen yang berbentuk silinder dengan mempunyai 6 buah kutub, 3 kutub selatan dan 3 buah kutub utara. Sehingga dengan konstrusi seperti ini maka jika dibutuhkan ke presisian dari motor stepper yang lebih tinggi dibutuhkan pula kutub-kutub pada stator dan rotor yang semakin banyak pula. Pada gambar 3, motor tersebut akan bergerak setiap step sebesar 30° dengan 4 bit urutan data (terdapat dua buah lilitan dengan tap, total lilitan menjadi 4 lilitan).

Ketelitian dari magnet permanen di rotor dapat sampai 1.8° untuk tiap stepnya. Ketika arus mengalir melalui tap tengah pada lilitan pertama akan menyebabkan kutub pada stator bagian atas menjadi kutub utara sedangkan kutub stator pada bagian bawah menjadi kutub selatan. Kondisi akan menyebabkan rotor mendapat gaya tarik menuju kutub-kutub ini. Dan ketika arus yang melalui lilitan 1 dihentikan dan lilitan 2 diberi arus maka rotor akan mengerak lagi menuju kutub-kutub ini. Sampai di sini  rotor sudah berputar sampai 30° atau 1 step.

Gambar 4

Urutan Data Untuk Motor Stepper dengan Tipe Unipolar (torsi normal)

 Gambar 5

Urutan Data Motor Stepper Tipe Unipolar (torsi besar)

Untuk meningkatkan torsi yang tidak terlalu besar maka dapat digunakan urutan pemberian data seperti pada gambar 5. Dimana terdapat dua buah lilitan yang di beri arus pada suatu waktu. Dengan pemberian urutan data seperti ini akan menghasilkan torsi yang lebih besar dan tentunya membutuhkan daya yang lebih besar.

Dengan urutan data baik pada gambar 4 atau gambar 5 akan menyebabkan motor berputar sebanyak 24 step atau 4 putaran.

Bipolar Motor Stepper

Motor dengan tipe bipolar  ini mempunyai konstruksi yang hampir sama dengan motor stepper tipe unipolar namun tidak terdapat tap pada lilitannya, seperti tampak pada gambar 6.

Penggunaan motor dengan tipe bipolar ini membutuhkan rangkaian yang sedikit lebih rumit untuk mengatur agar motor ini dapat berputar dalam dua arah. Biasanya untuk menggerakkan motor stepper jenis ini membutuhkan sebuah driver motor yang sering dikenal sebagai H Bridge. Rangkaian ini akan menontrol tiap-tiap lilitan secara independen termasuk dengan polaritasnya untuk tiap-tiap lilitan.

Untuk mengontrol agar motor ini dapat berputar satu step maka perlu diberikan arus untuk tiap-tiap lilitan dengan polaritas tertentu pula. Urutan datanya dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7

Urutan Data Motor Stepper tipe Bipolar

Bersambung pada bagian 2

Read More

Pemrograman MCS51/AVR dengan Bahasa Basic

Mungkin hal ini sudah tidak asing bagi kalangan pecinta mikrokontroler, tetapi dalam hal ini penulis mencoba menulis reviewnya sekedar untuk berbagi tutorial maupun softwarenya bagi yang membutuhkan. Nama aplikasinya ialah BASCOM 8051 untuk MCS51 dan BASCOM AVR untuk AVR.

Jadi jka teman-teman memiliki biasa menggunakan visual basic pasti akan mudah memprogram mikrokontroler keluarga MCS51 maupun AVR dengan software ini, karena statment nya tidak jauh berbeda dengan visual basic dan lebih menyenangkan lagi karena software ini dilengkapi simulasi output dan debug program yang mudah dipahami.

Ketika penulis mencoba menggunakan terasa begitu mudah dipahami meski baru beberapa saat. tidak sabar berikut screenhotnya :

sesi paling penting :

Download Bascom 8051 full version dapat download disini

Download Bascom AVR full version dapat download disini

Untuk tutorial dan artikel penggunaan bascom 8051/avr anda dapat mendownload pada kolom ebook

Read More

Pemrograman MCS51/AVR dengan Bahasa C

Bahasa Assembler merupakan bahasa pemrograman tingkat paling rendah, hanya mengenal instruksi-instruksi paling dasar mikrokontroler, ditambah dengan beberapa perintah untuk mengatur memori secara sederhana. Bahasa pemrograman ‘satu tingkat’ di atas Asembler adalah bahasa C yang sangat fleksible, dipakai untuk membangun Windows, tapi bisa juga dipakai untuk rancang bangun peralatan dengan mikrokontroler.

C asalnya dirancang sebagai bahasa pemrograman untuk membangun sistem  operasi UNIX pada komputer DEC PDP-11, sekitar awal tahun 1970-an. Bahasa ini berkembang secara pesat, pada tahun 1983, American National Standards Institute (ANSI) membentuk komite kerja dengan tugas khusus membakukan bahasa C sebagai bahasa pemrograman yang tidak tergantung pada jenis komputer. Hasil kerja komite tersebut merupakan pedoman baku untuk bahasa C, dan C compiler yang dibangun atas dasar pedoman tersebut disebut sebagai ANSI-C.

Semua C compiler yang ada kini kebanyakan adalah ANSI-C, tapi masing-masing mempunyai variasinya tersendiri, dilengkapi dengan sarana-sarana untuk memudahkan pemakaian C pada komputer tertentu. Dalam hal ini dikenal Turbo C, Borland C++, Visual C dan lain sebagainya, semuanya merupakan C Compiler yang banyak dipakai pada IBM-PC, tentu saja hasil akhir dari semua C Compiler tadi adalah kode mesin untuk prosesor IBM-PC (8086, 80286, 80386, 80486 dan Pentium).

Tapi bahasa C untuk keperluan rancang bangun peralatan yang memakai mikrokontroler tentu saja tidak memerlukan sarana-sarana tambahan secanggih C Compiler yang dipakai dalam IBM-PC, dan hasil akhirnya harus berupa kode mesin untuk masing-masing mikrokontroler/mikroprosesor. Artinya C Compiler untuk mikrokontroler MCS51 harus menghasilkan kode mesin MCS51, C Compiler untuk MC68HC11 harus menghasilkan kode mesin MC68HC11 pula.

Dengan pengertian di atas. C Compiler untuk IBM-PC tidak bisa dipakai untuk mikrokontroler, dan masing-masing jenis mikrokontroler mempunyai C Compiler tersendiri.

C Compiler untuk MCS51

Sejak akhir tahun 1980-an, telah banyak dibuat C Cross-Compiler yang bekerja pada IBM-PC untuk MCS51, artinya C Compiler tersebut bekerja di IBM-PC tapi kode mesin yang dihasilkan bukan untuk IBM-PC melainkan untuk MCS51.

C Compiler untuk MCS51 yang cukup dikenal antara lain adalah Micro-C buatan Dunfield Development Systems, Franklin C buatan Franklin Software Inc dan C51 buatan Keil Software, harga perangkat lunak tersebut tidak murah. Yang menarik meskipun harganya mahal, Keil membagikan C51 produknya yang bisa diminta lewat situs web http://www.keil.com, C51 gratis tersebut dibatasi hanya bisa menghasilkan kode mesin MCS51 paling banyak 2 KiloByte. Tapi untuk keperluan projek kecil-kecil yang memakai AT89C2051 batasan memori tersebut tidak merupakan masalah, karena memori-program AT89C2051 memang hanya sebesar 2 KiloByte.

Selain produk komersil tersebut di atas, ada pula C Compiler gratis, yang dikenal sebagai SDCC – Small Device C Compiler.

Small Device C Compiler - SDCC

SDCC, buatan Sandeep Dutta (sandeep@users.sourceforge.net), sejak semula memang dibuat sebagai software gratis (freeware), kemudian project mulia ini digabungkan dengan projek GNU, yakni projek ramai-ramai insan Internet yang melahirkan Linux. Dengan demikian, kini program SDCC bisa diambil pada situs http://sdcc.sourceforge.net.

Dalam rancangannya, SDCC dipersiapkan untuk berbagai macam mikroprosesor / mikrokontroler, hal ini sesuai dengan sifat bahasa C yang mudah diadaptasikan ke berbagai macam prosesor. Sampai saat ini, SDCC sudah bisa dipakai untuk mikroprosesor Z80, mikrokontroler MCS51, dalam waktu dekat akan segera bisa dipakai untuk mikrokontroler AVR buatan Atmel, dan mikrokontroler PIC buatan MicroChip, dan beberapa prosesor lainnya akan segera menyusul.

Hal ini membuat SDCC menjadi sangat menarik. Setelah terbiasa memakai SDCC untuk projek-projek dengan MCS51, kelak satu saat bermaksud memakai mikrokontroler AVR karena memerlukan mikrokontroler yang kemampuannya lebih, maka tidak banyak hambatan untuk beralih prosesor, bahkan program-program yang sudah dikembangkan untuk MCS51 dengan SDCC, dengan sedikit perubahan bisa dipakai di sistem yang memakai AVR.

SDCC dapat anda download disini

Manual booknya anda bisa download disini

Read More

Rangkaian Sensor Suhu LM35

Rangkaian sensor suhu ini menggunakan IC LM35 yang cukup presisi dan mudah didapat. kali ini penulis mencoba memanfaatkan IC ini sebagai indikator temperatur pada ruangan. untuk lebih jelasnya dibawah ini adalah skematik rangkaian sensor suhu ini :

klik pada gambar untuk ukuran sebenarnya

20 Led pada rangkaian bertindak sebagai leveling dari suhu yang terukur, jadi jika suhu semakin tinggi maka led akan bergeser ke kanan hingga batas tertinggi.

Usahakan menggunakan resistor dengan toleransi yang baik berkisar 1% supaya rangkaian presisi, setelah selesai perakitan rangkain sensor suhu ini perlu untuk dikalibrasi pada setiap kanalnya, berikut parameter yang harus anda kalibrasi :

Putar trimer potensio RB hingga VB menunjukkan 3,075V

Putar trimer potensio RC hingga VC menunjukkan 1,955V

Putar trimer potensio RA hingga VA menunjukkan 0,075V

Rangkaian membutuhkan tegangan total 7V, dan penulis mencoba menggunakan tegangan 5V alhasil rangkaian tetap bekerja dengan baik.

Terima Kasih

Read More

Dasar Pemrograman MCS51 (Bagian 3)

Dasar Pemrograman MCS51 (AT89C51, AT89S51, AT89C2051) atau keluarga mikrokontroler MCS51 Bagian Ketiga.
  
Operasi Bit dengan MCS51

Pada umumnya mikrokontroler mengolah data 8 bit sekali gus, misalnya mengisi akumulator dengan data 8 bit sekali gus, isi akumulator yang 8 bit dijumlahkan dengan isi memori yang 8 bit dan lain sebagainya. MCS51 dilengkapi kemampuan mengolah data per bit, untuk keperluan ini bit Carry dalam PSW diperlakukan sebagai ‘akumulator bit’, dan dilengkapi dengan beberapa instruksi khusus untuk operasi Boolean.

 

Objek operasi Bit

          Seperti sudah dibahas dibagian depan, memori-data nomor $20 sampai $2F bisa dipakai menampung informasi dalam level bit. Setiap byte memori di daerah ini bisa menampung 8 bit informasi yang masing-masing dinomori tersendiri, misalkan bit 0 dari memori-data nomor $20 bisa disebut sebagai bit nomor 0, bit 1 memori-data nomor $20 disebut sebagai bit nomor 1… seterusnya bit 0 dari memori-data nomor $21 disebut sebagai bit nomor 8, bit 7 memori-data nomor $21 disebut sebagai bit nomor 15 dan seterusnyanya.

          Dengan demikian memori-data nomor $20 sampai dengan nomor $2F sebanyak 16 byte memori bisa dipakai untuk menyimpan 128 bit (16 x 8 bit) data Boolean yang dinomori dengan bit nomor $00 sampai $7F.

           Di samping itu, operasi bit bisa pula belaku di memori-data nomor $80 sampai dengan $FF yang biasa disebut sebagai Special Function Register (SFR). Hanya SFR dengan nomor memori-data yang diakhiri dengan angka heksa-desimal 0 atau 8 yang bisa dipakai untuk operasi bit, bit pada memori-data daerah ini sebanyak 128 bit, mendapat nomor dari $80 sampai dengan $FF.

Secara keseluruhan operasi bit bisa diberlakukan pada 256 lokasi bit seperti terlihat dalam Gambar 6.

Gambar 6
Denah memori-bit

Operasi bit yang bisa ditangani oleh MCS51 antara lain mencakup : pemberian nilai pada data biner 1 bit, perpindahan data 1 bit, operasi logika 1 bit meliputi operasi AND, OR dan NOT, pengujian nilai data biner 1 bit. 

Pemberian nilai data biner

Untuk keperluan ini disediakan 2 instruksi, yakni SETB (Set Bit) dipakai memberi nilai ‘1’ pada data biner 1 bit, dan CLR (Clear Bit) dipakai memberi nilai ‘0’ pada data biner 1 bit.

Contoh pemakaian instruksi ini sebagai berikut :

            SETB ACC.0

      SETB $E0

      CLR  P1.1

      CLR  $90

Instruksi SETB ACC.0 di atas membuat bit 0 dari akumulator (ACC.0) bernilai ‘1’,  tapi mengingat nomor bit dari bit 0 akumulator adalah $E0 (lihat Gambar 6), maka hasil kerja kedua instruksi SETB di atas adalah sama.

Demikian pula dengan kedua instruksi CLR berikutnya, instruksi-instruksi ini akan mengakibatkan P1.1 bernilai ‘0’. Di samping itu perlu pula diingat, P1.1 terhubung ke kaki  IC MCS51, jadi hasil kerja operasi SETB maupun CLR pada P0, P1, P2 dan P3 bisa langsung terukur dengan volt meter, atau operasi-operasi ini bisa langsung dipakai men-on/off-kan rangkaian di luar IC MCS51.

Perpindahan data biner

Dalam operasi bit, bit Carry di dalam Program Status Word (PSW, nomor $D0) diperlakukan sebagai akumulator.

256 data dalam level bit dalam MCS51, bisa dipindahkan dari satu posisi ke posisi yang lain, permindahan ini dilakukan dengan bantuan bit Carry yang mempunyai sifat sebagai ‘akumulator bit’.

Contoh permindahan data level bit ini bisa dilakukan sebagai berikut :

           

      MOV C,P1.1

      MOV P1.0,C

2 instruksi di atas akan meng-copy-kan tegangan pada kaki Port 1 bit 1 ke kaki Port 1 bit 0, dengan demikian tegangan pada kedua kaki IC MCS51 itu akan sama. Seluruh 256 bit data yang dibahas di atas, bisa dipindah-pindahkan dengan instruksi ini.

Operasi logika

Operasi logika pada umumnya mencakup empat hal, yaitu operasi AND, operasi OR, operasi EX-OR dan operasi NOT. MCS51 hanya bisa melaksanakan tiga jenis operasi logika yang ada, yakni intruksi ANL (AND Logical) untuk operasi AND instruksi ORL (OR Logical) untuk operasi OR, CPL (Complement bit) untuk operasi NOT.

Bit Carry pada PSW diperlakukan sebagai ‘akumulator bit’, dengan demikian operasi AND dan operasi OR dilakukan antara bit yang tersimpan pada bit Carry dengan salah satu dari 256 bit data yang dibahas di atas. Contoh dari instruksi-instruksi ini adalah :

            ANL C,P1.1

      ANL C,/P1.2

           

Instruksi ANL C,P1.1 meng-AND-kan nilai pada bit Carry dengan nilai Port 1 bit 1 (P1.1), dan hasil operasi tersebut ditampung pada bit Carry. Instruksi ANL C,/P1.1 persis sama dengan instruksi sebelumnya, hanya saja sebelum di-AND-kan, nilai P1.1 dibalik (complemented) lebih dulu, jika nilai P1.1=‘0’ maka yang di-AND-kan dengan bit Carry adalah ‘1’, demikian pula sebaliknya. Hal serupa berlaku pada instruksi ORL.

Instruksi CPL dipakai untuk membalik (complement) nilai semua 256 bit data yang dibahas di atas. Misalnya :

CPL C

CPL P1.0

CPL C akan membalik nilai biner dalam bit Carry (jangan lupa bit Carry merupakan salah satu bit yang ada dalam 256 bit yang dibahas di atas, yakni bit nomor $E7 atau PSW.7).

Pengujian nilai Boolean

Pengujian Nilai Boolean dilakukan dengan instruksi JUMP bersyarat, ada 5 instruksi yang dipakai untuk keperluan ini, yakni instruksi JB (JUMP if bit set), JNB (JUMP if bit Not Set), JC (JUMP  if Carry Bit set), JNC (JUMP if Carry Bit Not Set) dan JBC (JUMP if  Bit Set and Clear Bit).

Dalam instruksi JB dan JNB, salah satu dari 256 bit yang ada akan diperiksa, jika keadaannya (false atau true) memenuhi syarat, maka MCS51 akan menjalankan instruksi yang tersimpan di memori-program yang dimaksud. Alamat memori-program dinyatakan dengan bilangan relatip terhadap nilai Program Counter saat itu, dan cukup dinyatakan dengan angka 1 byte. Dengan demikian instruksi ini terdisi dari 3 byte, byte pertama adalah kode operasinya ($29 untuk JB dan $30 untuk JNB), byte kedua untuk menyatakan nomor bit yang harus diuji, dan byte ketiga adalah bilangan relatip untuk instruksi tujuan.

Contoh pemakaian instruksi JB dan JNB sebagai berikut :

            JB  P1.1,$

      JNB P1.1,$

Instruksi-instruksi di atas memantau kedaan kaki IC MCS51 Port 1 bit 1. Instruksi pertama memantau P1.1, jika P1.1 bernilai ‘1’ maka MCS51 akan mengulang instruksi ini, (tanda $ mempunyai arti jika syarat terpenuhi kerjakan lagi instruksi bersangkutan). Instruksi berikutnya melakukan hal sebaliknya, yakni selama P1.1 bernilai ‘0’ maka MCS51 akan tertahan pada instruksi ini.

Bit Carry merupakan bit yang banyak sekali dipakai untuk keperluan operasi bit, untuk menghemat pemakaian memori-program disediakan 2 instruksi yang khusus untuk memeriksa keadaan bit Carry, yakni JC dan JNC. Karena bit akan diperiksa sudah pasti, yakni bit Carry, maka instruksi ini cukup dibentuk dengan 2 byte saja, dengan demikian bisa lebih menghemat memori program.

            JC Periksa

      JB PSW.7,Periksa

Hasil kerja kedua instruksi di atas sama, yakni MCS51 akan JUMP ke Periksa jika ternyata bit Carry bernilai ‘1’ (ingat bit Carry sama dengan PSW bit 7). Meskipun sama tapi instruksi JC Periksa lebih pendek dari instruksi JB PSW.7,Periksa, instruksi pertama dibentuk dengan 2 byte dan instruksi yang kedua 3 byte.

Instruksi JBC sama dengan instruksi JB, hanya saja jika ternyata bit yang diperiksa memang benar bernilai ‘1’, selain MCS51 akan JUMP ke instruksi lain yang dikehendaki MCS51 akan me-nol-kan bit yang baru saja diperiksa.

Pemakaian Instruksi operasi bit

Dengan ingtruksi-instruksi operasi bit yang ada, MCS51 bisa dipakai untuk mengimplementasi fungsi Boolean secara langsung, sebagai contoh persamaan Boolean berikut diimplementasikan dengan instruksi-instruksi MCS51.

Q = ( U· ( V + W )) + ( X·/Y ) + /Z

(Catatan : /Y artinya not Y dan /Z artinya not Z).

Misalkan U V W X Y dan Z masing-masing adalah besaran Boolean yang dimasukkan ke kaki Port 1 bit 0 sampai dengan 5, sedangkan Q merupakan besaran Boolean yang ditampilkan di Port 3 bit 0, seperti terlihat dalam Gambar 7 berikut.

 

Gambar 7
Rangkaian Q = ( U·( V + W )) + ( X·/Y ) + /Z

Dalam Potongan Program baris 1 sampai dengan 7, P1.0 P1.1 dan lainnya dinyatakan sebagai data bit dengan nama U, V dan selanjutnya, penamaan ini menggunakan perintah khusus untuk assembeler (Assembler Directive) BIT, hanya nama-nama yang dibentuk dengan assembler-directive BIT yang bisa dipakai untuk operasi bit.

Read More