Alat Bantu Pembelajaran Mikrokontroller PIC 18F4550

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Tuesday, 02 September 2014 Published Date Written by Agus Putranto

ALAT BANTU PEMBELAJARAN MIKROKONTROLLER PIC 18F4550

Oleh : Agus Putranto, S.Pd., M.Sc.

(Widyaiswara Departemen Elektro - PPPPTK BOE Malang)

 

Abstrak:

Dalam suatu diklat kompetensi terdapat kegiatan pembelajaran ketrampilan (skill) yang berupa aktivitas praktek yang memerlukan alat bantu pengajaran praktek yang sering disebut dengan istilah “Trainer”. Trainer berupa perangkat keras yang dipergunakan sebagai sarana latihan dan bereksperimen untuk mempelajari suatu materi diklat dan memberikan pengalaman praktis bagi peserta diklat agar memiliki ketrampilan sesuai kompetensi yang harus dicapai. Untuk memenuhi kebutuhan diklat Teknik Pemrograman  Mikrokontroller maka  diperlukan adanya alat bantu pembelajaran mikrokontroller berbentuk trainer yang dirancang  berkualitas, kompak dalam satu board sehingga praktis dan mempermudah dalam pembelajaran serta dapat dipakai berulang-ulang.

Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen, yaitu membuat suatu alat berupa perangkat keras yang disebut dengan Trainer Mikrokontroller PIC 18F4550. Perancangan rangkaian elektronik dan layout Printed Circuit Boad (PCB)  menggunakan perangkat lunak Altium Designer. Trainer Mikrokontroller PIC 18F4550 dibangun dari 13 blok rangkaian elektronik yang disusun pada satu lembar PCB.

Trainer telah berhasil dibuat dan dari hasil pengujian dengan software dan hardware pada 13 belas blok rangkaian diketahui bahwa semua blok rangkaian berfungsi dengan baik sesuai dengan program. Pada trainer ini sudah terintergrasi PICkit2 sebagai sarana downloader program dari komputer ke mikrokontroller melalui sambungan USB. Hanya dengan satu development board, trainer ini telah dilengkapi dengan banyak rangkaian percobaan untuk berbagai topik pembelajaran.


Kata kunci:  Alat bantu pembelajaran, Mikrokontroller, PIC 18F4550

 

PENDAHULUAN

 

Pengertian kompetensi adalah kemampuan setiap individu yang mencakup aspek pengetahuan, keterampilan, dan sikap yang sesuai dengan standar yang ditetapkan. Oleh karena itu dalam suatu diklat kompetensi harus terdapat kegiatan pembelajaran ketrampilan (skill) yang berupa aktivitas praktek yang memerlukan alat bantu pengajaran praktek yang sering disebut dengan istilah “Trainer”. Trainer biasanya berupa perangkat keras yang dibangun dari banyak komponen mekanis elektroninis yang disusun sedemikian rupa sehingga dapat dipergunakan sebagai sarana latihan dan bereksperimen untuk mempelajari suatu materi diklat dan memberikan pengalaman praktis bagi peserta diklat agar memiliki ketrampilan sesuai kompetensi yang harus dicapai. Sudah banyak penelitian dilakukan bahwa suatu pembelajaran akan lebih berhasil apabila menggunakan metode eksperimen dibanding dengan metode ceramah. Dengan demikian ketersedian trainer sangat mutlak ketersediaanya dalam pelaksanaan suatu diklat kompetensi. Dapat dibayangkan apabila Trainer tidak tersedia maka pelaksanaan diklat menjadi kurang berhasil karena pengajar akan menyampaikan topik bahasan hanya dengan metode ceramah atau bahkan topik bahasan itu tidak diajarkan karena alasan ketidaktersediaan alat sehingga tuntutan kompetensi yang sesuai dengan standar tidak tercapai.

Untuk memenuhi kebutuhan diklat Teknik Pemrograman  Mikrokontroller maka  dibuatlah alat bantu pembelajaran mikrokontroller berbentuk trainer yang dirancang  berkualitas, kompak dalam satu board sehingga praktis dan mempermudah dalam pembelajaran serta dapat dipakai berulang-ulang, dengan demikian biaya yang dikeluarkan untuk pembelajaran menjadi lebih hemat.

 

METODE

 

Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen, yaitu membuat suatu alat berupa perangkat keras yang disebut dengan Trainer Mikrokontroller PIC 18F4550. Perancangan rangkaian elektronik dan layout Printed Circuit Boad (PCB)  menggunakan perangkat lunak Altium Designer.

 

Trainer Mikrokontroller PIC 18F4550 dibangun dari 13 blok rangkaian elektronik yang disusun pada satu lembar PCB yaitu : PICKit2, Mikrokontroller PIC 18F4550, Input Analog, LCD, Seven Segment Display, Motor Stepper, Keypad, LED Matrik, Penguat Suara, Input Output Digital, EEPROM 24C32, RTC DS1307 dan DAC MAX512A.

 

Setiap rangkaian berdiri sendiri independen tidak tersambung dengan yang lain baik itu saluran data maupun power supply. Untuk menghubungkan suatu rangkaian dengan mikrokontroller dilakukan dengan menggunakan kabel yang dilengkapi konektor header 2 x 5 yang disambungkan pada terminal header 2 x 5 yang tersedia pada setiap blok rangkaian. Setiap blok rangkaian akan bekerja hanya ketika tersambung ke blok mikrokontroller. Dengan demikian tidak akan terjadi interferensi pada saluran data dan pemakaian arus listrik menjadi lebih hemat.

 

Prinsip Kerja Rangkaian

 

Rangkaian PICKit2

Rangkaian PICKit2 berfungsi sebagai perangkat untuk memprogram IC mikrokontroller PIC. Program aplikasi yang telah dibuat pada komputer selanjutnya di-download ke Flash memory IC mikrokontroller PIC melalui Port Serial Universal Bus (USB) .

Rangkaian PICKit2 dibangun dari Integrated Circuit (IC) mikroktroller PIC18F2550 yang telah diisi program downloader sebelumnya. Tanpa diisi program ini maka rangkaian PICKit2 tidak akan berfungsi.

Tegangan kerja rangkaian ini adalah 5 Volt DC yang berasal dari Porty USB komputer pin nomor 1 dan 4.

 

Rangkaian Mikrokrontroller PIC 18F4550

Rangkaian PIC 18F4550 merupakan rangkaian utama dilengkapi dengan power supply teregulasi menggunakan IC LM317 dengan tegangan keluaran sebesar 5 Volt DC. Tegangan ini tersambung ke setiap terminal Port pada blok mikrokontroller saja. Sumber tegangan power supply ini berasal dari tegangan DC ekternal yang harus disambungkan melalui terminal power supply. Untuk itu diperlukan sebuah switching power supply dengan tegangan 12 Volt.

Pada rangkaian mikroktroller ini juga dilengkapi dengan rangkaian interface RS232 yang dibangun dari IC MAX232 untuk komunikasi dengan perangkat lain misalnya komputer.

 

Rangkaian Input Output Digital Deretan Saklar dan Deretan LED

Rangkaian ini terdiri daru dua bagian yaitu rangkaian deretan saklar yang jumlahnya 8 buah membentuk formasi 8 bit data masukan yang tersambung pada satu terminal header 2 x 5.  Saklar berupa saklar geser yang diatur sedemikian rupa dengan posisi paling kiri sebagai Most significant bit (MSB) dan paling kanan sebagai Least significant bit (LSB). Setiap posisi tangkai geser saklar ke atas akan menghasilkan keluaran dengan tegangan 5 volt sebagai logika ”1” dan ke bawah sebagai logika ”0”.

Rangkaian kedua yaitu deretan 8 buah LED diperkuat dengan driver yang dibangun dari IC ULN2803A sehingga nyala LED menjadi lebih terang dan tidak membebani Port mikrokontroller. Formasi LED diatur sedemikian rupa untuk menampilkan data 8 bit dengan posisi paling kiri sebagai Most significant bit (MSB) dan paling kanan sebagai Least significant bit (LSB). Input rangkaian deretan LED berupa tegangan 5 volt dc untuk menyalan LED dan 0 volt untuk mematikan LED. Rangkaian deretan LED ini tersambung dengan satu terminal header 2 x 5 yang terpisah dengan rangkaian deretan saklar. Dengan demikian bebas memilih Port yang akan disambungkan ke deretan saklar atau ke deretan LED.

 

Rangkaian Motor Stepper

Terminal rangkaian ini berupa header 2 x 5 menempati pin 2 sampai 6 sedangkan pin 7 dipakai oleh rangakaian penguat suara.

Motor stepper yang dipergunakan adalah type bipolar dengan driver yang dibangun dari IC L329D.

Tegangan kerja motor stepper 5 Volt DC dan resolusi 3,7 derajat perstep

 

Rangkaian Penguat Suara

Input rangkaian penguat suara tersambung pada pin 7 terminal header 2 x 5 yang juga dipakai bersama dengan rangkaian motor stepper.

Rangkain ini dibangun dari IC LM386 dilengkapi dengan potensiometer untuk mengatur kuat suara.

 

Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)

Rangkaian LCD dirancang untuk versi data 4 bit sehingga cukup yang diperlukan satu terminal dengan satu header 2 x 5.

Tampilan LCD berupa karakter 2 baris 16 kolom.

 

Rangkaian Keypad

Rangkaian keypad berupa tombol tekan yang sudah terpasang dalam satu kemasan berukuran 4 x 4 yaitu 4 baris 4 kolom yang cara pembacaan datanya dengan teknik sampling. Rangkaian keypad tersambung dalam satu terminal header 2 x 5.

 

Rangkaian Input Analog

Rangkaian input analog dibangun dari 4 buah potensiometer yang masing-masing memberikan tegangan analog sebesar 0 sampai dengn 5 Volt DC.

Rangkaian dilengkapi filter RC untuk mengurangi noise karena gesekan besi kontak pada lapisan arang di dalam potensiometer.

Keempat keluaran potensiometer ini tersambung ke terminal hedare 2 x 5.

 

Rangkaian Seven Segment Display

Rangkaian ini terdiri dari 6 buah seven segment display yang dapat menampilkan angka 0 sampai 9 menggunakan IC decoder MAX7219.

Ada dua terminal header 2 x 5 yang diperlukan, yaitu satu terminal untuk pengiriman data serial melalui saluran SPI dan satu terminal untuk loading data.

Data penyalaan dan pemilihan segmen diatur dengan urutan dan format terntentu sedemikian rupa kemudian dikirim ke IC MAX7219 untuk ditampilkan pada seven segmen display dengan cara scanning. Seelah data terkirim tidak langsung ditampilkan melainkan menunggu pulsa loading.

 

Rangkaian LED Matrik

Rangkaian ini terdiri daru dua buah LED matrik yang masing-masing berukuran 5 kolom 8 baris sehingga deduanya membentuk formasi matrik 10 kolom 8 baris.

Satu terminal header 2 x 5 diperlukan untuk sambungan data baris dan satu terminal header 2 x 5 diperlukan untuk data kolom. Data kolom dikirim melaluis saluran SPI sedangkan data baris berupa data 8 bit dari port parallel.

 

Rangkaian EEPROM 24C32

Rangkaian ini dibangun dari satu IC EEPROM 24C32 yang tersambung pada satu terminal header 2 x 5 yang dipakai bersama-sama dengan device lain melalui saluran I2C.

EEPROM ini memiliki kapasitas menyimpan data sebanyak 32 kbyte yang tidak hilang ketika listrik mati.

 

Rangkaian RTC DS1307

Rangkaian ini dibangun dari satu IC RTC DS1307  yang tersambung pada satu terminal header 2 x 5 yang dipakai bersama-sama dengan device lain melalui saluran I2C.

Untuk mempertahankan data agar tidak hilang ketika listrik mati dipasang sebuah batterei 1,5 Volt.

 

Rangkaian DAC MAX521A

Rangkaian ini dibangun dari satu IC MAX521A  yang tersambung pada satu terminal header 2 x 5 yang dipakai bersama-sama dengan device lain melalui saluran I2C.

DAC ini memiliki delapan kanal yang tersambung pada sebuah terminal header 2 x 5. Setiap kanal dapat mengeluarkan tegangan analog yang berbeda mulai dari 0 sampai dengan 5 Volt DC.

 

Karena rangkaian begitu banyak dan begitu rumit, maka desain PCB memerlukan dua sisi yang  mana sisi yang mana semua komponen terpasang hanya pada sisi atas saja.

Sisi bawah adalah sisi solder yang mana semua kaki komponen dan kabel loudspeaker serta kabel motor stepper disolder.

 

HASIL

 

Trainer mikrokontroller PIC 18F4550 telah berhasil dibuat seperti tampak pada gambar berikut.

 

 

 

Gambar 1. Trainer  PIC 18F4550

 

 

 

Gambar 2.  Bagian-bagian trainer PIC 18F4550

 

Spesifikasi Teknis

 

*   Trainer PIC 18F4550 ini dirancang kompak dalam satu board yang lengkap,  nyaman dan siap pakai

*   PCB double layer berkualitas tinggi dengan rancangan layout yang profesional

*   Pada board sudah termasuk dengan PIC18F4550 dan kompatibel dengan PIC 16F877/18F4520 dan 18F4580

*   Power supply external 12 Volt DC

*   On board PICkit2, terintergrasi dengan rangkaian downloader pada board sehingga tidak memerlukan programmer device yang terpisah.

*   On board RS232 Interface untuk koneksi ke PC melalui port serial.

*   On board Two Line LCD Display (2x16)

*   On board I2C EEPROM (32K-24C32).

*   On board I2C RTC (DS 1307) with Crystal and Battery

*   On board  6 digit 7-Segment LED Display melalui saluran SPI

*   On board Matrix keypad  (4x4 tombol)

*   On board 8 LED Interface untuk test  I/O

*   On board 8 saklar untuk test  I/O

*   On board 4 buah Potensiometer Interface untuk ADC

*   On Board Reset button

*   On Board loudspeaker

*   On Board stepping motor

*   On Board I2C DAC 8 kanal

*   On Board PWM Output pin

*   On Board Connector for Debugging/Programming

*   On Board 20 MHz Crystal Oscillator

*   On Board LED Dot matrik 8x10

*   On Board Power LED Indikator

*   On Board 1 Amp Voltage Regulator

*   Semua Port tersedia dengan konektor  IDC (2x5) yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE, SPI dan I2C

*   Dapat dipergunakan sebagai main board untuk berbagai aplikasi

*   Dimensi ukuran kotak dalam keadaan tertutup. Lebar 19, 6 cm, panjang 27,5 cm dan tinggi 7 cm.

 

Satu unit trainer mikrokontroller PIC 18F4550 ini terdiri dari beberapa kelengkapan alat  sebagai berikut :

 

Tabel 1.  Kelengkapan trainer mikrokontroller PIC 18F4550

 

 

 

Dari hasil pengujian dengan software dan hardware pada 13 belas blok rangkaian diketahui bahwa semua blok rangkaian berfungsi dengan baik sesuai dengan program. Dengan demikian trainer PIC 18F4550 ini dapat dipergunakan sebagai alat bantu pembelajaran praktek pada diklat teknik pemrograman mikrokontroller.

Pada trainer ini sudah terintergrasi PICkit2 sebagai sarana downloader program dari komputer ke mikrokontroller melalui sambungan USB.

Hanya dengan satu development board, trainer PIC 18F4550 telah dilengkapi dengan banyak rangkaian percobaan untuk berbagai topik pembelajaran.

 

KESIMPULAN

 

1.    Alat bantu pengajaran pada diklat kompetensi teknik pemrograman mikrokontroller Trainer PIC 18F4550 dibuat dari beberapa blok rangkaian yang disusun dalam satu development board berbentuk trainer yang kompak sehingga praktis dan mempermudah dalam pembelajaran serta dapat dipakai berulang-ulang, dengan demikian biaya yang dikeluarkan untuk pembelajaran menjadi lebih hemat.

2.    Pengujian menggunakan software dan hardware pada 13 blok rangkaian yang terdapat pada Trainer PIC 18F4550, diketahui bahwa semuanya berfungsi berjalan sesuai dengan program pengujian.

 

SARAN

 

Trainer PIC 18F4550 telah berhasil dibuat dan diuji maka teaching aids ini dapat direkomendasikan untuk digandakan dan dipergunakan pada diklat kompetensi teknik pemrograman mikrokontroller di PPPPTK BOE Malang maupun di SMK ataupun institusi lain yang memerlukannya.

 

DAFTAR RUJUKAN

 

Gunter Schmitt, 2008. PIC Microcontroller, Munchen: Oldenbourg Wissenschaftverlag GmbH.

 

Han-Way Huang, 2005. PIC Microcontroller: An Introduction to Software and Hardware Interfacing, New York: Thomson Delmar Learning.

 

John Lovine, 2000. PIC Microcontroller Project Book, New York: McGraw-Hill.

 

John Morton, 2005. The PIC Microcontroller, Burlington: Elsevier.

 

Julio Sanchez, Maria P. Canton, 2007. Microcontroller Programming The Microchip PIC, Boca Raton:CRC Press.

 

Martin Bates, 2004. PIC Microcontrollers An Introduction to Microelectronics, Burlington: Elsevier.

 

Neboja Matic, 2000. PIC Microcontrollers for Beginners,mikroElektronika.

 

___, 2003, PIC18F4550 Datasheet, Microchip

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG