Perdik Perancangan digital

RANCANG BANGUN PENGATUR CATU DAYA TEGANGAN

TINGGI DC BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C52

JUMARI*, DJUNINGRAN*,MURSITI* DAN SUKARMAN**

*Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Jl. Babarsari Kotak Pos 1008

DI Yogyakarta 55010 Telp (0274) 488435

** Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB

Yogyakarta 55281 Telp (0274) 488435

Abstrak

RANCANG BANGUN PENGATUR CATU DAYA TEGANGAN TINGGI DC BERBASIS

MIKROKONTROLER AT89C52. Telah dibuat sebuah alat pengatur catu daya tegangan tinggi 1000 Volt DC. Tegangan tinggi ini digunakan untuk mencatu tegangan kerja detektor Geiger Muller pada sistem pencacah nuklir. Sistem pengatur tegangan tinggi ini terdiri dari rangkaian DAC, ADC dan rangkaian mikrokontroler. Keypad digunakan sebagai data masukan, untuk penampilnya digunakan LCD (16x2), dan untuk bahasa pemrograman digunakan BASCOM 8051. Pengujian yang dilakukan meliputi linieritas dan kestabilan tegangan. Dari hasil pengujian diperoleh nilai linieritas tegangan R2 = 0,9999 dan harga stabilitas tegangan tinggi 99,5%. Keluaran DAC 0 sampai 1 Volt dipakai sebagai tegangan referensi untuk mengatur keluaran tegangan tinggi 0 sampai 1000 Volt.

PENDAHULUAN

Dengan perkembangan teknologi komponen elektronika yang sudah moderndimungkinkan untuk membuat suatu peralatan/instrumentasi nuklir yang praktis,kompak, handal, efektif dan efisien. Salah satucontoh dari perkembangan teknologi elektronika yang relatif baru adalah perkembangan teknologi mikrokontroler yang

berupa satu chip integrated circuit/IC yang mempunyai kandungan transistor lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil dan mempunyai memori yang dapat diprogram sesuai dengan keperluan, serta dapat diproduksi secara masal.

Dengan kelebihan tersebut, mikrokontroler dapat diaplikasikan pada suatu sistem pengatur penyedia daya tegangan tinggi DC yang mencatu tegangan kerja detektor GM pada sistem pencacah nuklir. Kegiatan yang dilakukan adalah memodifikasi bagian dari sistem pencacah nuklir, yaitu bagian penyedia daya tegangan tinggi DC 1000 Volt. Modifikasi yang dilakukan dititik beratkan pada pengatur penyedia daya tegangan tinggi DC yang pada pembuatan terdahulu mengunakan ten turn potensiometer, sekarang mengunakan mikrokontroler tipe AT89C52 buatan ATMEL beserta keypad sebagai pengatur keluaran tegangan tinggi dan LCD (16x2) sebagai

penampil keluaran tegangan tinggi DC[1]. Faedah yang diharapkan dengan pembuatan catu daya tegangan tinggi DC berbasis mikrokontroler ini agar penguna alat dapat lebih mudah mengatur tegangan tinggi DC tersebut, hanya dengan menekan tombol up untuk menaikan tegangan atau down untuk menurunkan tegangan dan tampilan keluaran tegangan tinggi DC dalam bentuk digital pada LCD sehingga penunjukan akan lebih akurat dan menarik. Tujuan utama dalam rancang bangun pengatur catu daya tengangan tinggi DC ini adalah membuat pengatur tegangan tinggi DC menggunakan mikrokontroler AT89C52 untuk pengembangan instrumentasi nuklir khususnya sistem pencacah nuklir.

DASAR TEORI

Pengatur catu daya tegangan tinggi DC berbasis mikrokontroler AT89C52 adalah suatu sistem rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengatur tegangan tegangan tinggi DC dengan menggunakan keypad up-down dan sebagai penampil tegangan tinggi digunakan LCD. Secara keseluruhan sistem pengatur tegangan tinggi terdiri dari unit catu daya tegangan tinggi DC 1000 Volt, mikrokontroler AT89C52, ADC, DAC, Keypad dan LCD. Blok diagram Pengatur catu daya tegangan tinggi DC disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Blok Diagram Pengatur Catu Daya Tegangan Tinggi DC

Prinsip kerjanya : Keypad up-down berupa push-button switch digunakan untuk memberi masukan pada mikrokontroler AT89C52. Jika keypad Up ditekan maka pada output mikrokontroler akan keluar data digital (count up) yang selanjutnya akan diubah menjadi level analog oleh DAC 0808, kemudian output tegangan analog dipakai sebagai tegangan referensi untuk menaikan keluaran tegangan tinggi DC dari 0V sampai maksimum 1000V, keluaran tegangan tinggi dipakai untuk mencatu detektor GM, sementara

itu keluaran tegangan tinggi juga dimasukkan ke rangkaian voltage devider untuk diperkecil tegangannya secara linier, selanjutnya dimasukkan ke ADC 0804 terus ke mikrokontroler AT89C52 untuk selanjutnya keluaran tegangan tinggi ditampilkan pada LCD.

Rangkaian Digital to Analog Converter (DAC) 0808

DAC 0808 adalah suatu rangkaian pengubah informasi dari data digital menjadi data analog. Rangkaian ini diperlukan pada saat suatu rangkaian digital digunakan sebagai alat kontrol pada suatu sistem rangkaian yang mengoperasikan parameter tegangan atau arus dalam analog. DAC 0808 akan mengubah setiap konfigurasi logika pada input-inputnya ke dalam tegangan analog pada outputnya dengan perbandingan tertentu. Pada dasarnya keluaran dari DAC 0808 adalah arus, oleh karena itu setelah IC DAC 0808 diperlukan IC LM741 yang berfungsi sebagai op-amp. Sehingga keluaran dari LM741 sudah berupa tegangan yang mana tegangan tersebut dapat digunakan sebagai tegangan masukan referensi pada catu daya tegangan tinggi DC. Pada

penelitian ini rangkaian DAC 0808 tehubung mikrokontroler pada port 1 (P1). Gambar rangkaian DAC 0808 selengkapnya terlihat pada Gambar 2 di bawah .

Gambar 2. Rangkaian DAC 0808

Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC) 0804

Rangkaian ADC 0804 disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian ADC 0804

Dari Gambar 3 tersebut menunjukkan rangkaian ADC 0804 yang dihubungkan dengan rangkaian mikrokontroler. Catu daya ADC 0804 merupakan catu daya standar bagi rangkaian digital pada umumnya, yaitu +5 Volt. ADC 0804 memerlukan sinyal denyut untuk dapat bekerja, sinyal denyut ini dapat diumpankan dari luar ADC 0804, tapi dapatpula dibangkitkan sendiri oleh ADC 0804, rangkaian denyut tersebut dibangkitkan lewat bantuan resistor 10kΩ yang terhubung pada pin 19 dan 4 dari ADC 0804 serta kapasitor 150 pF yang terhubung antara pin 19 dan ground. ADC adalah IC yang siap dihubungkan ke mikrokontroler pada port 2 (P2) untuk jalur data sedangkan jalur tulisnya terhubung dengan port 0 (P0), sehingga rangkain ADC 0804 dihubungkan lewat port 2 pada mikrokontroler yang difungsikan sebagai saluran data. Untuk keperluan pengendali ADC 0804 dipilih sinyal WR (write/read) dari port 0 mikrokontroler. Dikarenakan keluaran tegangan tinggi sampai +1000 Volt, maka sebelum masuk ADC 0804 tegangan tinggi harus diperkecil dengan cara memasang voltage devider sehingga tegangan yang masuk kedalam ADC 0804 menjadi kecil (mak +1 Volt).

Mikrokontroler AT89C52

Mikrokontroler AT89C52 disini digunakan untuk mengatur naik dan turunya tegangan dengan menekan keypad up-down dan penampilkan keluaran tegangan tinggi pada LCD. Dalam rangkaian mikrokontroler ini harus dilengkapi dengan sumber clock dan rangkaian reset yang sering disebut dengan sistem minimum mikrokontroler. Sumber clock diperoleh dengan memasang penghasil detak yaitu berupa kristal dengan frekuensi 11,0592 MHz dan dua buah kapasitor sebesar 33 pF yang dihubungkan dengan pin XTAL1 dan XTAL2 dari mikrokontroler AT89C52.

Sedangkan rangkaian reset berfungsi untuk mereset program yang sudah di-donwload pada mikrokontroler tersebut. Reset tersebut diperoleh dengan prinsip menghubungkan pin reset mikrokontroler (pin 9) dengan logika 1 atau 5 V. Pin reset tidak langsung dihubungkan dengan tegangan masukan 5 V, namun ditambah dengan kapasitor sebesar 10μF dan resistor 10 kΩ. Dalam sistem minimum ini rangkaian reset ditambah dengan push-button switch agar pemakai dapat melakukan reset secara manual. Rangkaian keseluruhan dari sistem minimum AT89C52 dapat ditunjukkan pada Gambar 5 sebagai berikut :

Gambar 4. Rangkaian Mikrokontroler AT89C52

Rangkaian Liquid Crystal Diplay (LCD)

Rangkaian LCD berfungsi sebagai mediapenampil informasi, yaitu menampilkan besarnya tegangan keluaran dari catu daya tegangan tinggi DC. LCD yang digunakan adalah tipe 16 x 2, dimana baris atas menampilkan tulisan “TEGANGAN TINGGI”, sedangkan baris bawah menampilkan besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh catu dayategangan tinggi DC dalam satuan VOLT. Pada penampil LCD ini digunakan dioda yang fungsinya untuk membatasi tegangan yang masuk sehingga LCD yang digunakan tidak rusak.

 Pin-pin yang terdapat pada LCD tidak digunakan semua, hanya pada pin 4, 5, 6, dan 7 serta pin ground dan Vcc serta E dan RST yang terhubung langsung dengan ground yang berfungsi sebagai pengatur kontras pada LCD. Jalur data LCD terhubung pada mikrokontrolerpada port 3 (P3), sedangkan E dan RS terhubung pada P3.1 dan P3.0, sedangkan untuk mengatur kontras LCD dapat diatur dengan memutar helitrim 5kΩ yang terhubung dengan pin 15 dan tap tengah helitrim terhubung langsung dengan pin 3 dan mendapat catu tegangan +5V, seperti ditunjukkan pada Gambar 5 sebagai berikut.

Gambar 5. Rangkaian LCD 16 x 2

Rangkaian Catu Daya Tegangan Rendah DC

Rangkaian catu daya tegangan rendah DC yang dibuat adalah +5V, +12V dan -12V. Tegangan +5V digunakan untuk mencatu tegangan mikrokontroler, DAC 0808, ADC 0804 dan juga untuk mencatu LCD. Catu daya +12V digunakan sebagai Vref dari rangkaian DAC 0808 dan untuk tegangan -12V digunakan untuk Vee dari rangkaian DAC 0808. Perancangan sumber tegangan +5 V digunakan regulator 7805, untuk tegangan +12 V digunakan regulator 7812 sedangkan untuk - 12V menggunakan regulator 7912. Sebagai penyearah digunakan diode 2A dan kapasitor filter 2200uF sebagai filter. Rangkaian catu daya tegangan rendah DC seperti ditunjukkan pada Gambar 6 sebagai berikut.

Gambar 6. Rangkaian Catu Daya Tegangan Rendah DC

Penyedia Daya Tegangan Tinggi DC

Penyedia daya tegangan tinggi DC berfungsi untuk mencatu tegangan kerja dari detektor Geiger Muller. Penyedia daya tegangan tinggi diwujudkan dengan metoda DC to DC converter. Rangkaian DC to DC

converter terdiri dari osilator gelombang kotak, trafo penaik tegangan/step up dan diode penyearah. Prinsip kerjanya osilator gelombang kotak membangkitkan 2 pulsa gelombang kotak dengan polaritas berbeda 180° selanjutnya masuk ke penguat push pull untuk dikuatkan tinggi pulsanya dan kemudian kedua pulsa dengan polaritas berbeda 180° tersebut diumpankan ke tap tepi trafo step up lilitan primer, sementara tegangan referensi dimasukkan ke tap tengah trafo lilitan primer dengan tegangan yang dapat diatur. Kemudian pada output trafo/lilitan sekunder akan keluar tegangan tinggi yang masih merupakan gelombang AC untuk selanjutnya disearahkan dengan dioda penyearah dan difilter tegangan riaknya.

Maka akan keluar tegangan tinggi yang dapat diatur dari 0 sampai 1000 V. Blok diagram catu daya tegangan tinggi DC yang digunakan disajikan pada Gambar 7.

Gambar Blok Diagram Catu Daya Tegangan Tinggi DC

TATA KERJA

Alat dan Bahan

Alat yang dipakai : Multimeter Sanwa- YX360, Digital Multimeter Fluke-83, Downloader Universal HB 2000, Osiloskop Tektronik 40MHz, Komputer, Toollset, Komponen elektronik, Komponen mekanik.

Langkah Kerja

Langkah kerja pada kegiatan ini meliputi : Perancangan hard ware sistem elektronik

untuk pengatur tegangan tinggi (Mikrokontroler, ADC, DAC, rangkaian penampil LCD, Chasis), perancangan lay out PCB dan pembuatan PCB, Pemasangan komponen, Pengujian sub sistem, Perancangan dan pembuatan soft ware untuk pengatur tegangan tinggi, Down load program ke mikrokontroler AT89C52, Instalasi seluruh sistem, Pengujian seluruh sistem dan analisis hasil pengujian.

untuk pengatur tegangan tinggi (Mikrokontroler, ADC, DAC, rangkaian penampil LCD, Chasis), perancangan lay out PCB dan pembuatan PCB, Pemasangan komponen, Pengujian sub sistem, Perancangan dan pembuatan soft ware untuk pengatur tegangan tinggi, Down load program ke mikrokontroler AT89C52, Instalasi seluruh sistem, Pengujian seluruh sistem dan analisis hasil pengujian.

Pengujian ADC 0804

Pengujian ADC dilakukan dengan cara memberikan masukan ADC berupa tegangan DC analog dengan kenaikan setiap 20mV dari 0 – 1000mV kemudian output ADC yang berupa data biner diamati, terukur berapa dan seharusnya berapa, juga dicari kesalahannya berapa.