Multimeter Dengan Tampilan Seven Segment dan Isyarat Suara

P embuatan alat ini menggunakan ADC MC14433 sebagai pengubah sinyal analog ke digital, kemudian mikrokontroller AT89S5X sebagai pengalamatan data, ISD 1420 sebagai penyimpan suara sekaligus menampilkan suara dan seven segmen berfungsi sebagai penampil angka.

Multi Meter Dengan Tampilan Seven Segment dan Isyarat Suara

V – O meter digital ini dirancang untuk menampilkan pengukuran volt meter AC/DC dan ohm meter yang ditampilkan secara digital dengan kelebihan adanya tambahan tampilan suara untuk menyebutkan pembacaan pengukurannya. Aplikasi ini memanfaatkan bagian dari multi meter analog sebagai pengolah sinyal yang terukur, sinyal keluaran pembacaan data analog ini kemudian dilewatkan pada ADC sebagai data masukan digital bagi pengolahan mikrokontroller. Dalam mikrokontroller dilakukan pengalamatan data untuk memanggil alamat sinyal suara yang telah disimpan didalam IC Information Storage Device (ISD) sekaligus untuk melakukan pengalamatan data untuk menampilkan data digital masukan dari ADC kedalam 7 segment secara scanning. Untuk pembacaan tegangan dan tahanan ini dilengkapi dengan range selektor sebagai pengali pembacaan volt/ohm meter.

Gambar 3.1 Blok diagran Volt - Ohm meter suara

3.1 Perancangan Rangkaian Pembaca Tegangan
Rangkaian kalibrasi tegangan atau pembaca tegangan merupakan metode untuk membaca tegangan baik tegangan AC maupun DC agar nilai tersebut bisa dibaca pada sistem ADC. Pada rangkaian voltmeter dikenal beberapa metode pengkalibrasi tegangan sedangkan sistem yang digunakan ini adalah metode rangkuman ganda. Metode ini dilakukan dengan menempatkan sejumlah tahanan pengali dengan sebuah saklar rangkuman (range switch), sehingga dengan metode ini volt meter dapat digunakan untuk membaca sejumlah batasan tegangan.
Pada perancangan voltmeter AC maupun DC sistem rangkuman ganda atau multirange voltmeter ini bisa saja diaplikasikan, pada perancangan ini untuk pembacaan tegangan DC dilakukan secara langsung dengan menghubungkan tegangan DC yang terukur pada resistor multi range tersebut sedangkan untuk pembacaan tegangan AC diperlukan rangkaian penyearah dengan filter C sebelum dihubungkan dengan resistor multi range tersebut. Pada aplikasi ini perancangan kalibrasi tegangan ditunjukkan pada gambar berikut :

Gambar 3.2 Rangkaian pembaca tegangan AC dan DC
Berdasar rangkaian diatas maka pembacaan tegangan semuanya dilakukan dengan metode pembacaan tegangan DC, hal ini dilakukan dengan melakukan penyearahan dulu terhadap metode pengukuran tegangan AC. Untuk membaca tegangan pada rangkaian multirange voltmeter dilakukan dengan memasang resistor secara seri dan pengukuran tegangan dilakukan diantara masing-masing resistor seri tersebut dengan metode voltage devider.

3.2 Perancangan rangkaian pembaca tahanan
Sistem pembaca tahanan dilakukan dengan membuat suatu tegangan keluaran pada suatu IC regulator dimana untuk menghasilkan tegangan keluarannya regulator tersebut harus dikombinasikan dengan sebuah resistor terparalel terhadap nol. Nilai tegangan yang dihasilkan dengan memberikan tahanan tersebut dikalibrasikan sebagai nilai tahanan yang diukur. Sistem kalibrasi ini dilewatkan pada rangkaian regulator variable LM317 dimana komponen tersebut merupakan regulator variable dengan range hingga 30 volt DC.
Gambar 3.3 Rangkaian pengkalibrasi pengukur tahanan
IC LM 317 merupakan sebuah regulator variable yang tegangan keluarannya ditentukan oleh pengaturan tahanan yang ditempatkan pada pin 2 terhadap ground. Sehingga dengan menempatkan resistor pada pin IN resistor maka tegangan keluaran LM 317 dapat berfluktuasi menyesuaikan besar tahanan tersebut. VR1 dan VR2 berfungsi sebagai kalibrator tegangan keluaran IC LM 317 sehingga ketidak presisian tegangan keluaran terhadap pembacaan resistor masukan dapat dikalibrasi melalui VR1 atau VR2 ini. Tujuan VR ini untuk mengasumsikan tegangan yang dihasilkan LM 317 sebagai nilai tegangan yang dibaca.
Pada Volt terdapat resistor keluaran 48K dan 480K hal ini diperlukan sebagai pembentuk range pembacaan resistor dimana pada resistor yang tidak terbaca pada range 48K dapat dibaca pada range 480K. Dengan sistem rangkaian ini maka tegangan keluaran IC LM 317 dibentuk berdasarkan nilai tahanan yang dipasang sebagai divider tegangan terhadap resistor 48K atau 480K diatas.
3.3 Perancangan rangkaian ADC MC 14433
ADC MC-14433 merupakan single chip ADC yang istimewa, dimana keistimewaannya adalah selain bisa membaca input analog menjadi bit biner pada keluarannya, ADC ini juga dapat diaplikasikan secara langsung untuk menjalankan dekoder dan display 7 segment kommon katoda secara langsung. Tampilan 7 segment yang mampu dihasilkan oleh ADC ini sejumlah 3 ½ digit dengan kemampuan pembacaan hingga “1999”. Seperti halnya ADC yang lazim digunakan ADC MC 14433 juga menggunakan tegangan referensi 2,5 volt untuk mambaca tegangan masukan. Tegangan referensi ini berfungsi untuk menentukan step kerja ADC yang berhubungan dengan kemampuan pembacaan ADC tersebut.

Gambar 3.4 Rangkaian ADC MC 14433

Rangkaian ADC MC 14433 memiliki 8 keluaran dimana masing-masing empat keluaran berfungsi sebagai ouput dekoder dengan logika BCD konter dan empat keluaran yang lain sebagai desimal select yang menentukan tegangan kerja 7 segment yang menyala.

3.4 Perancangan rangkaian selektor
Rangkaian selektor berfungsi sebagai pelewat data yang harus dibaca oleh ADC MC 14433. Rangkaian ini menggunakan rotari switch terkombinasi dengan rangkaian kalibrasi pembacaan tegangan baik AC maupun DC dan ohm meter. Rangkaian ini juga berfungsi untuk menentukan range pembacaan pada rangkaian 7 segment. Pembacaan rangkaian selektor dilakukan berdasar metode multirange dimana tahap pembacaannya dilakukan dengan membagi kelipatan 10 dari setiap data yang dibaca seperti pada gambar berikut :
Gambar 3. 5 Rangkaian Range selektor

Dengan rotari switch 3 induk 4 anak seperti pada gambar range selektor diatas maka sistem selektor ini dapat dipilih untuk beberapa mode yaitu sebagai selektor pengukuran volt meter (AC dan DC) memanfaatkan 2 anak dari dua buah induk yang terhubung dengan tegangan masukan yang diukur dan tegangan keluaran yang terhubung dengan ADC MC 14433. Sedangkan dua anak yang lain pada induk yang sama dengan induk pembacaan tegangan berfungsi untuk membaca nilai tahanan yang diukur dan tegangan keluaran sebagai kalibrasi tahanan tersebut. Sedangkan induk ketiga berfungsi untuk menggeser desimal point sebagai pengatur range pengukuran tegangan ataupun tahanan.
3.5 IC program mikrokontrol AT89C51
Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontroler AT89C51 yang memiliki kemampuan sebagai berikut:
Kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51
Dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash.
32 pin Input/Output yang dapat diprogram.
128 x 8 bit internal RAM
Dua buah timer / counter 16 bit.
Dengan kemampuan sesuai fasilitas mikrokontrol AT89C51 diatas maka pada mikrokontroller ini mampu melakukan pemrograman untuk pengalamatan data masukan sebagai penampil suara sekaligus mampu melakukan pengalamatan untuk menampilkan angka yang diukur pada 7 segment. Untuk proses pengalamatan kode suara pada sistem ini menggunakan data pada port 2 yang terhubung dengan port masukan IC ISD 1420 sedangakan untuk pengalamatan kode yang ditampilkan kedalam 7 segment menggunakan port 3. Kedua port keluaran tersebut mengambil data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC MC 14433. Sementara port 1 digunakan sebagai pengendali sistem kompensasi sehingga jenis V/O meter dapat di-select untuk mode ukur tegangan maupun tahanan.
Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalam bentuk minimum seperti yang terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.6 Konfigurasi Port mikrokontroller AT89C51

Berdasarkan gambar diatas data dari ADC MC 14433 dimasukkan pada port 0, melalui pengolahan data terprogram dalam mikrokontroller AT89S51 data tersebut dialamatkan untk menampilkan digit angka pada 7 segment dan mengalamatkan data tersebut untuk memanggil suara yang bersesuaian dengan penunjukan 7 segment pada ISD 1420. Sedangkan data dari selektor dialamatkan pada mikrokontroller AT89S51 untuk dilakukan proses pengali pembacaan sekaligus sebagai pengatur digit point pada 7 segment berdasar pengaturan digit point pada rangkaian range selektor.

3.6 Perancangan sistem ISD 1420
Information Storage Device (ISD) 1420 merupakan suatu chip yang bila secara terintegrasi terhadap komponen pendukung bisa digunakan sebagai penyimpan data suara yang direkam dan didownloadkan didalamnya. Metode penyimpanan data suara pada ISD dibatasi oleh lama waktu yang ditentukan oleh masing-masing chip ISD tersebut. Seperti halnya ISD 1420 diartikan mampu menyimpan data suara hingga maksimal 20 detik. Pada perancangan sistem pembaca V/O meter dengan tampilan suara ini data yang disimpan kedalam ISD dilakukan dengan memasukkan setiap suku kata dari keseluruhan kata yang harus ditampilkan pada kemungkinan pengukuran yang terjadi.
Metode pengisian data suara kedalam ISD ini dilakukan melalui perekam suara yang dapat disimpan dalam bentuk wave. Setelah melalui proses editing untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, dari program wave suara di down load dengan menekan tombol REC pada rangkaian terintegrasi ISD melalui port LPT yang dihubungkan dengan port ISD tersebut. Suara yang didownload kedalam ISD disimpan dalam bit-bit biner dengan satu alamat data untuk setiap satu suku kata. Untuk menampilkan suara dari data yang disimpan dilakukan dengan memanggil data biner tersebut. Sebagai suatu contoh untuk menampilkan suara satu koma dua maka data biner untuk masing-masing suku kata satu, koma dan dua dipanggil secara berurutan. Sistem minimum dari rangkaian ISD 1420 yang terintegrasi dengan sistem rekam data adalah sebagai berikut:

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian ISD 1420

3.7 Dekoder 7 segment BCD 74LS248
Pemilihan dekoder 7 segment menggunakan IC dekoder 74LS248, pemilihan ini berdasar pada beberapa kriteria diantaranya adalah kemampuan IC dekoder tersebut dalam menampilkan model angka pada led 7 segment secara sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah karena jenis 7 segment yang digunakan adalah jenis katoda bersama dimana 0 menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder 74LS248 dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output tinggi atau sering disebut dengan istilah aktif high. Metode penyambungan dekoder 74LS248 yang teraplikasi pada 7 segment penunjuk tegangan dan tahanan pada pembuatan alat ini dilakukan dengan model scanning melalui port mikrokontroller sehingga untuk sebuah IC bisa digunakan untuk menjalankan 7 segment hingga sejumlah port yang dimanfaatkan. Sedangkan IC dekoder ini hanya mengaktifkan
common 7 segmet tersebut melalui sebuah transistor untuk setiap 7 segment yang digunakan. Dengan sistem rangkaian seperti ini maka dapat melakukan penghematan IC dekoder tersebut.
Gambar 3.8 Rangkaian scanning 7 segment katoda bersama

IC ini masukannya berupa bilangan biner 4-bit yang ditunjukkan oleh bilangan A,B,C,D. Pada gambar 3.8 bilangan BCD tersebut dikodekan, maka hasilnya akan ditampilkan pada 7 segment. Dua masukan lainnya yaitu masukan uji lampu yang berfungsi untuk menguji apakah semua lampu segment beroperasi dengan memberi kondisi rendah (active low). Selanjutnya masukan pengosongan dan pengosongan akan mematikan semua segmen dan mengosongkan penampil hanya bila berisi 0. Keduanya diaktifkan oleh masukan rendah (active low). Keluaran dari IC ini juga merupakan keluaran yang aktif tinggi.
Gambar 3.8 memperlihatkan sebuah pendekode BCD ke 7 segment digunakan untuk mengendalikan sebuah LED tampilan 7 segment. Untuk menjelaskan rangkaian ini, kita anggap bahwa masukan BCD adalah D=0, C=1, B=0, A=1, yang berarti BCD untuk 5. Dengan masukan–masukan ini, keluaran dekoder atau penggerak a,f,g,c,d akan digerakkan dengan logika tinggi (High) memungkinkan arus melalui bagian LED a,f,g,c, dan d; yang akan menampilkan angka 5, keluaran b dan e akan low (open), sehingga bagian LED b dan e tidak menyala. Karena keluaran dari IC ini aktif tinggi maka digunakan 7 segment katoda bersama.

3.8 Perancangan sistem software
Pada sistem perangkat lunak ini berisi tahap-tahap perancangan program pada mikrokontroller AT89C51. Dimana didalam IC program ini merupakan otak dari sistem yang ingin dijalankan pada perancangan alat V/O meter digital ini. Untuk merancang suatu pengalamatan program terlebih dahulu harus disusun suatu diagram alir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik didalamnya. Diagram alir dalam perancangan sofware V/O meter digital ini sebagai berikut :
Gambar 3.9 Diagram alir perancangan perangkat lunak VO meter

Pada diagram alir diatas terdapat beberapa instruksi yang harus dipilih oleh operator. Diantaranya adalah apakah jenis pengukuran yang akan dilakukan?, jika tegangan apakah jenis tegangan yang akan diukur AC/DC? Dan kemudian apakah pada setiap pengukuran baik tegangan maupun tahanan tersebut memenuhi range kalibrasi yang disediakan? untuk menjawab masing-masing opsi tersebut dilakukan melalui pengaturan range dengan memutar saklar rotari yang disediakan untuk masing-masing jawaban dari pertanyaan-pertanyaan tersebut. Saklar mode / rotari tersebut dimaksudkan untuk memilih jenis pengukuran yang ingin dilakukan, pada sistem ini untuk membedakan mode pengukuran tegangan dan tahanan. Setelah mode dipilih ADC akan membaca besaran masukan baik tegangan maupun tahanan untuk dialamatkan pada mikrokontroller AT89C51. Pada IC program ini dilakukan pengolahan data biner tersebut menjadi alamat suara dan alamat BCD untuk mengaktifkan 7 segment. Pengalamatan suara diterjemahkan melalui ISD 1420 menjadi output suara yang terangkai berdasar alamat masukannya. Data yang dihasilkan oleh suara ataupun seven segment ini merupakan data pengukuran yang dilakukan. Untuk melakukan pengukuran lagi dilakukan dengan menekan saklar mode pengukuran kembali yang sekaligus sebagai reset dari sistem yang telah dilakukan.

Tugas akhir Joni Permana
Teknik Elektro
Unika Sogijapranata
Semarang
2007