Page 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Seiring dengan berkembangnya teknologi saat ini maka penerapan teknologi sangat di

butuhkan untuk membantu dan mempermudah pekerjaan manusia, terutama dalam sistem

perhitungan waktu tercepat pada perlombaan balap mobil yang sedang digunakan saat ini

sering terjadi kesalahan dalam perhitungan waktu, seperti kesalahan yang tidak akurat dalam

pengambilan waktu pada finish. Selain itu dalam penentuan atau pengaturan posisi juga yang

masih tidak teratur, sehingga akan membutuhkan waktu yang lama dalam pekerjaan dan

mungkin bisa terjadi kesalahan.

Pada perlombaan balap mobil yang sedang digunakan saat ini biasanya sering terjadi

kesalahan dalam perhitungan waktu memakai stopwatch, seperti kesalahan yang tidak akurat

dalam pengambilan waktu pada saat mobil start atau pada saat mobil finish yang masih

membutuhkan tenaga manusia yang manual, sehingga akan membutuhkan waktu yang lama

dalam pekerjaan dan memungkinkan bisa terjadi kesalahan.

Dengan adanya perancangan sistem yang dibuat maka prosentase kesalahan dalam

sistem ini pun sangat kecil karena dalam pengambilan waktu start dan finish sudah

menggunakan bantuan alat mikrokontroler yang berfungsi mengontrol jalannya sistem dan

waktu sehingga efisiensi dalam hal perhitungan waktu dapat terwujud.

1.2 Rumusan Masalah

Penyusunan design project ini didasarkan pada rancangan rumusan masalah sebagai

berikut:

1) Bagaimana perancangan minimum system mikrokontroller Atmega16 untuk input

output ?

2) Bagaimana perancangan antar muka sensor inframerah dengan mikrokontroller ?

3) Bagaimana perancangan program untuk perancangan sistem perhitungan waktu

tercepat perlombaan balap drag race mobil berbasis ATmega16 ?

4) Bagaimana cara menampilkan waktu balap kedalam LCD ?

5) Bagaimana perancangan program untuk system perhitungan waktu tercepat

perlombaan balap drag race mobil berbasis atmega 16 ?

Page 2

1.3 Tujuan

Berdasarkan latar belakang masalah diatas design project ini menghasilkan alat yang

dapat menghitung waktu tercepat pada perlombaan balap mobil drag race, sehingga dapat

mempermudah pekerjaan manusia dalam perlombaan balap mobil drag race.

1.4 Manfaat

1.4.1 Institusi

Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat member informasi dan ilmu pengetahuan

yang berguna bagi mahasiswa, dosen, serta masyarakat. Sehingga dapat digunakan sebagai

bahan evaluasi untuk mengembangkan system penghitung waktu tercepat pada perlombaan.

1.4.2 Industri

Hasil pembuatan alat ini diharapkan dapat memberikan suatu bahan untuk

pengembangan agar menciptakan alat yang dapat menghitung waktu tercepat pada

perlombaan balap mobil drag race,. Sehingga dapat mengurangi tingkat kecurangan yang

terjadi pada perlombaan serta dapat meminimalisir kesalahan terhadap waktu yang

dihasilkan.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah yang terdapat pada penyusunan design project ini adalah sebagai

berikut :

1) Alat yang dibuat dalam bentuk miniatur.

2) Tidak membahas kecepatan pada mobil yang dipakai.

3) Sensor yang digunakan pada design project ini adalah sensor limit switch

4) Komponen pemroses yang digunakan adalah mikrokontroler Atmega16.

5) Pada prototype yang akan dibuat hanya ada dua buah lintasan yang akan terpasang

sensor limit switch

1.6 Metodologi

Untuk menyelasaikan design project ini digunakan beberapa metodologi seperti

berikut ini:

1) Studi literature, yaitu menggunakan referensi yang sesuai dengan tema dan juga

datasheet serta rangkaian-rangkaian yang berhubungan dengan pembuatan prototype

alat yang dapat menghitung waktu tercepat pada perlombaan balap mobil drag race,

Page 3

2) Perencanaan alat, yaitu merancang dari tahap pembuatan blok diagram system sampai

dengan membuat system alat.

3) Pembuatan alat, dalam pembuatan alat terbagi menjadi dua bagian yaitu pembuatan

perangkat keras dan pembuatan perangkat lunak.

4) Pengujian alat, untuk mengetahui cara kerja dari alat yang dibuat apakah sesuai

dengan harapan atau masih terdapat kekurangan.

5) Analisa data, untuk mengetahui apakah alat yang telah diuji sudah memenuhi syarat

dan siap untuk dipakai.

Page 4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Mikrokontroller AVR Atmega16

AVR merupakan mikrokontroller RISC (Reduce Instruction Set Compare) 8 bit

berdasarkan arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel pada tahun 1996. AVR memiliki

kepanjangan Advanced Versatile RISC atau Alf and Vegar’s Rish processor.

AVR memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroller lain, keunggulan

mikrokontroller AVR yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat

karena sebagai instruksi di eksekusi dalam satu siklus clock. Selain itu mikrokontroller AVR

memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, timer / counter, Watchdog

Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial,komparator).

2.1.1 Keistimewaan AVR ATMEGA16

1. Mikrokontroler AVR 8 bit yang memilliki kemampuan tinggi dengan konsumsi daya

rendah

2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz

3. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte

4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D

5. CPU yang terdiri dari 32 buah register

6. Unit interupsi dan eksternal

7. Port USART untuk komunikasi serial

8. Fitur peripheraL

Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan (compare)

Dua buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah dan Mode Compare

Satu buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode

Compare dan Mode Capture

Real Time Counter dengan Oscillator tersendiri

Empat kanal PWM

8 kanal ADC

8 Single-ended Channel dengan keluaran hasil konversi 8 dan 10 resolusi

(register ADCH dan ADCL)

7 Diferrential Channel hanya pada kemasan Thin Quad Flat Pack (TQFP)

Page 5

2 Differential Channel dengan Programmable Gain

Antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) Bus

Watchdog Timer dengan Oscillator Internal

2.1.2 Konfigurasi Pin AVR ATMEGA16

Gambar 2.1.2 Konfigurasi Kaki (pin) ATMEGA16

Konfigurasi pin ATMEGA16 dengan kemasan 40 pin Dual In-line Package (DIP)

dapat dilihat pada Gambar 2.1.2. Dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-

masing pin ATMEGA16 sebagai berikut.

1. VCC merupakan pin yang brfungsi sebagai masukan catu daya

2. GND merupakan pin Ground

3. Port A (PA0 – PA7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain

itu merupakan pin masukan ADC

4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain

itu merupakan pin khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Page 6

Tabel 2.1.2.1 Fungsi Khusus Port B

5. Port A (PC0 – PC7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain

itu merupakan pin khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.1.2.2 Fungsi Khusus Port B

6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan

selain itu merupakan pin khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Page 7

Tabel 2.1.2.3 Fungsi Khusus Port D

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler

8. XTAL1 dan XTAL2, merupakan pin masukan external clock

9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC

10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC.

2.2 LIMIT SWITCH

Limit Switch adalah sensor yang bersifat mekanis dan deteksi terjadi setelah adanya

kontak fisik. Penggunaan sensor ini biasanya digunakan untuk membatasi gerak

minimum/maksimum sebuah mekanik. Contohnya pada elevator, perintah untuk

menghentikan elevator pada setiap pintu menggunakan limit switch.

Basic Switch

Page 8

Bagian-bagian dari Limit Switch:

Unpressed Condition Pressed Condition

Beberapa Type aktuator yang ada disesuaikan dengan kebutuhan dilapangan

2.3 LCD

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan

kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–

alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi

LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat

berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja

alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :

a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.

b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.

Page 9

c. Terdapat karakter generator terprogram.

d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.

e. Dilengkapi dengan back light.

Gambar 2.3 LCD 2*16

Tabel 2.3 Konfigurasi Pin LCD 2*16

Pin Deskripsi

1 Ground

2 Vcc

3 Pengatur kontras

4 “RS” Instruction/Register Select

5 “R/W” Read/Write LCD Registers

6 “EN” Enable

7-14 Data I/O Pins

15 Vcc

16 Ground

2.3.1 Cara kerja LCD 2*16

Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4-

bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan

DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah

parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan

dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit

dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang

digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama

dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur

kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan

data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi

high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga

mengirimkan data ke jalur data bus.

Page 10

Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke “0” dan tunggu beberapa saat,

dan set EN kembali ke high “1”. Ketika jalur RS berada dalam kondisi low “0”, data

yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus

(seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau “1”,

data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk

menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke “1”. Jalur kontrol R/W

harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke

LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan melakukan

query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD

status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir

setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke “0”. Jalur data dapat

terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), DB0, DB1, DB2, DB3,

DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau 8-bit

merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD,

menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.

Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam

sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin

untuk data).Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk

kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi

yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1),

maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di

reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari

instruksi terakhir yang dibaca.

Page 11

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Diagram Blok

Sensor Limit

Switch Start

ATMEGA

16

LCD /

Display

Tombol aktifasi

lampu start

Lampu

Start SirkuitSensor Limit

Switch Finish

Penjelasan masing-masing blok :

1. Sensor limit switch start sebagai masukan untuk menentukan apakah mobil telah

berjalan atau tidak, sensor ini berada pada garis start lintasan.

2. Sensor limit switch finish sebagai masukan untuk menentukan apakah mobil telah

berada pada garis finish atau tidak, sensor ini berada pada garis finish lintasan.

3. Tombol aktifasi lampu start berfungsi sebagai masukan untuk mengaktifkan lampu

start sirkuit, tombol berada pada samping lintasan.

4. Microcontroller Atmega16 berfungsi sebagai pengontrol system kerja rangkaian

melalui software yang telah diprogram.

5. LCD atau display sebagai keluaran dan menampilkan waktu tempuh yang dibutuhkan

oleh mobil untuk mencapai garis finish, lcd berada pada garis finish.

6. Lampu start sirkuit sebagai keluaran dan menyalakan lampu start pada garis start

sirkuit.

3.2 Prinsip kerja rangkaian

Pada bagian start dan finish pada track atau lintasan drag race dipasang masing-

masing satu buah limit switch pada masing-masing sisi lintasan. Ketika mobil berada digaris

Page 12

start dan pada posisi yang dama maka tombol akan ditekan. Dengan ditekannya tombol maka

akan mengaktifkan lampu start sirkuit, mobil di ijinkan lewat apabila lampu start sirkuit

berwarna hijau. Apabila sebelum lampu hijau mobil telah berjalan maka mobil akan

didiskualifikasi. Tanda diskualifikasi ini akan ditampilkan pada LCD. Setelah mobil melewati

garis finish maka sensor yang berada pada bagian finish akan aktif dan akan menampilkan

waktu tempuh yang dihasilkan pada masing-masing mobil.

3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega16

Sistem minimum (sismin) mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang

diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Sismin ini kemudian bisa dihubungkan

dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Dimana dalam sistem minimun ini

terdapat pin untuk input dan output dari dan ke mikrokontroler. Sistem minmum ini

mengoperasikan pembacaan waktu oleh microcontroller dan kemudian waktu tempuh yang

dihasilkan akan ditampilkan pada LCD.

Gambar 3.2 Skematik Rangkaian Sistem Minimum

Mikrokontroler ATMega16

Skematik rangkaian di atas terdapat LED sebagai indikator mikrokontroler. Selain itu

terdapat push button sebagai reset yang dihubungkan ke pin 9 (pin reset) pada

mikrokontroler dengan resistor pull up dan kapasitor yang berfungsi untuk menghindari

bouncing atau penekanan push button sekali yang di anggap berkali kali oleh mikrokontroler.

LCD

Limit Switch + push

button

Page 13

Sistem minimum berikut menggunakan X-tal 11.0592 KHz karena sesuai dengan

datasheet yang diperlukan oleh mikrokontroler untuk pendetak. Penggunaan port B untuk

LCD, dan port D untuk limit switch dan push button.

3.4 Rangkaian LCD

Perancangan LCD rangkaian LCD pada tugas desain project ini digunakan untuk

menampilkan waktu tempuh yang dibutuhkan oleh miniatur mobil untukbergerak dari garis

start ke garis finish. Rangkaiaan LCD ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Ragkaian LCD

Page 14

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA DATA

4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega16

Pengujian rangkaian mikrokontroler ATMega16 dengan Pengujian rangkaian

mikrokontroler ATmega 16 dan downloader dilakukan dengan pemberian program sederhana

seperti pada Lampiran 1, kemudian mengukur tegangan tiap-tiap port. Pengukuran ini

bertujuan untuk mengetahui performance dari rangkaian sismin, sehingga nantinya dapat

mempermudah pengaplikasian dari port-port keluaran mikrokontroler.

Pengujian mikrokontroller dilakukan dengan memberikan program sederhana yang

digunakan untuk menguji kondisi logic 1(High) dan logic 0 (low). Untuk menandakan apakah

mikrokontroler tersebut bekerja maka digunakan led sebagai indikator.

PortA didapatkan tegangan rata-rata saat tegengan tinggi sebesar 4,70Volt dan

tegangan rendah sebesar 1,3 Volt. PortB didapatkan tegangan rata-rata saat tegengan tinggi

sebesar 4,75 Volt dan tegangan rendah sebesar 1,2 Volt. PortC didapatkan tegangan rata-rata

saat tegengan tinggi sebesar 4,74 Volt dan tegangan rendah sebesar 1,0 volt. PortD

didapatkan tegangan rata-rata saat tegengan tinggi sebesar 4,73 Volt dan tegangan rendah

sebesar 0,8 Volt.

Dari data di atasmengindikasikan bahwa mikrokontroler ATmega 16 berada dalam

keadaan dapat digunakan (tidak rusak) dan dapat diisi dengan program yang lebih kompleks.

4.2 Pengujian Limit Switch

Pengujian limit switch dengan memenyentuh limit switch secara singkat serta

melepaskannya. Berikut menguji tegangan VoutLimit Switch pada rangkaian dapat dilihat pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.2PengujianVout Limit Switch

Posisi Sensor Logic Vout

Saat Ditekan 1 4,64

Saat Dilepas 0 0.23

Saat limit switch ditekan akan menghasilkan logic “1” pada port Microcontroller serta

menghasilkan Vout sebesar 4,64 Volt. Saat limit switch dilepas akan menghasilkan logic “0”

pada port Microcontroller serta menghasilkan Vout sebesar 0,23 Volt.

Page 15

4.3 Pengujian Keseluruhan Alat

Pengujian keseluruhan alat meliputi rangkaian limit switch untuk pembacaan posisi

mobil, rangkaian LCD untuk menamilkan tampilan waktu tempuh yang digunakan sebuah

mobil untuk menempuh jarak 1 meter. Awal percobaan alat secara keseluruhan dimulai

dengan peletakan panjang lintasan mobil yaitu 1 meter. Selanjutnya mengaktifkan timer pada

microcontroller untuk menghitung waktu yang dibutuhkan oleh sebuah mobil, ketika mobil

menyentuh pada limit switch start. Ketika mobil menyentuh limit switch finish maka micro

akan berhenti menghitung dan akan menampilkan waktu ke LCD.

Gambar hasil pengujian alat

Ketika tombol power ditekan ketika tombol stat ditekan

Page 16

Page 17

BAB IV

KESIMPULAN

Dari hasil pembuatan alat Perancangan Sistem Perhitungan Waktu Tercepat Perlombaan

Balap Drag Race Mobil Berbasis ATMEGA 16 ini, dapat disimpulkan bahwa :

1. Pada desain menggunakan 2 buah microcontroller, hal ini dikarenakan pada desain

membutuhkan banyak pin dan port untuk dapat bekerja secara optimal.

2. Apabila kita ingin menggunakan program yang berisi interrupt atau counter berjumlah

banyak sebaiknya menggunakan microcontroller sejumlah 2 buah, hal ini dikarenakan

untuk mendukung masing-masing program, agar program dapat bekerja secara

optimal.

3. Untuk menampilkan hasil keluaran proses pada lcd yang berjumlah lebih dari 1,

sebaiknya menggunakan microcontroller berjumlah sama dengan lcd yang digunakan,

hal ini bertujuan untuk mencukupi jumplah pin yang digunakan untuk lcd tersebut,

dan untuk mempermudah dalam trouble shooting rangkaian.

4. Pada desain perhitungan waktu, waktu yang dihitung dalam satuan detik.

5. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi posisi mobil dalam lintasan menggunakan

sensor limit switch, hal ini dikarenakan sensor ini memiliki kinerja yang baik dan

membutuhkan sedikit konfigurasi.

Page 18

Daftar Pustaka

1. Tambaani E. Fidel, Perancangan Sistem Perhitungan Waktu Tercepat Perlombaan

Balap Mobil, Teknik Elektro-FT, UNSRAT,Manado

2. Buku ajar teknik elektro Universitas Sumatera Utara

3. Buku ajar mikrokontroller Universitas Sumatera Utara

4. Nicholas Edwin, LDR & PHOTODIODA, Tugas Komponen Sistem Kontrol,

Magelang 2009

5. Hadi Mokh Solihul, Mengenal Mikrokontroller AVR Atmega 16,Ilmu computer.com,

2011

6. http://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/cara-kerja-lcd-secara-umum/ diakses pada

tanggal 17 September 2013.

7. http://gudang-science.blogspot.com/2012/01/pengertian-lcd.html diakses pada tanggal

17 September 2013

Page 19

LAMPIRAN

Listing program utama

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include "lcd.h"

void init_IO(){

DDRD = 0xf0;

PORTD = 0x0f;

}

int main(){

init_IO();

lcd_init();

lcd_goto(0,0);

lcd_puts("^^DISPRO 2014^^");

lcd_goto(1,0);

lcd_puts(">>>DRAG RACE<<<");

while(1){

if(bit_is_clear(PIND,0)){

lcd_clear();

for(int i=0; i<5; i++){

lcd_goto(0,0);

lcd_puts(" READY READY ");

PORTD |= (1<<PORTD4);

_delay_ms(2000);

PORTD &= ~(1<<PORTD4);

lcd_goto(1,0);

lcd_puts(" READY READY ");

_delay_ms(2000);

}

lcd_goto(0,0);

lcd_puts(" GOOOOOO!!! ");

lcd_goto(1,0);

lcd_puts(" GOOOOOO!!! ");

PORTD |= (1<<PORTD5);

PORTD &= ~(1<<PORTD4);

_delay_ms(3000);

Page 20

PORTD &= ~(1<<PORTD5);

PORTD &= ~(1<<PORTD4);

_delay_ms(2000);

lcd_clear();

}

if(bit_is_clear(PIND,1)){

lcd_goto(0,0);

lcd_puts("****Mobil 2****");

lcd_goto(1,4);

lcd_puts("00:00:");

char count = 0;

char count1 = 0;

char str[16];

for (int i=0; i<99; i++){

count++;

_delay_ms(500);

if(bit_is_clear(PIND,2)){

count1 = count;

sprintf(str, "%i", count1);

lcd_goto(1,10);

lcd_puts(str);

i=100;

}

sprintf(str, "%i", count);

lcd_goto(1,10);

lcd_puts(str);

}

}

}return 0;

}