tugas fisika

 

 

BAB I

PERCOBAAN 12

KARAKTER BERJALAN MENGGUNAKAN SEVEN SEGMENT COMMON ANODA

 

 

1.         Tujuan                       :  Agar Bintara Mahasiswa mampu mempraktekkan tampilan karakter berjalan NRP siswa menggunakan seven segment common anoda.                                      

 

2.         Alat dan Bahan       : 

 

a.         Seven Segmen Common Anoda; dan

b.         Powersupply.

 

3.         Dasar teori               :

 

a.         Pengertian-pengertian.

 

1)         Astable Multivibrator 555 (IC 555)

IC 555 dapat digunakan untuk membuat osilator Astabil berjalan bebas (free-running) untuk terus menghasilkan pulsa gelombang persegi.
IC 555 Timer dapat dihubungkan baik dalam mode Monostabil nya sehingga menghasilkan timer presisi dari durasi waktu yang tetap, atau dalam mode Bistabil untuk menghasilkan sebuah Flip-flop tindakan jenis switching. Tetapi kita juga dapat menghubungkan IC 555 timer dalam mode Astabil untuk menghasilkan rangkaian IC 555 Osilator yang sangat stabil untuk menghasilkan bentuk gelombang free-running yang sangat akurat yang frekuensi outputnya dapat disesuaikan melalui rangkaian RC yang terhubung secara eksternal yang terdiri dari hanya dua Resistor dan sebuah Kapasitor.
IC 555 Osilator adalah jenis lain dari osilator relaksasi untuk menghasilkan bentuk gelombang persegi stabil gelombang output baik frekuensi tetap hingga 500kHz atau dari berbagai siklus kerja dari 50 hingga 100%. Dalam tutorial IC 555 Timer sebelumnya kita melihat bahwa rangkaian Monostabil menghasilkan pulsa one-shot output tunggal ketika dipicu pada input pemicu pin 2-nya.
Sedangkan rangkaian IC 555 Monostabil berhenti setelah waktu yang ditentukan menunggu pulsa pemicu berikutnya untuk memulai lagi, untuk menghasilkan Osilator IC 555 untuk beroperasi sebagai multivibrator astabil, perlu untuk terus-menerus memicu kembali IC 555 setelah setiap waktu siklus.
Pemicuan ulang ini pada dasarnya dicapai dengan menghubungkan input pemicu (pin 2) dan input ambang (pin 6) bersama-sama, sehingga memungkinkan perangkat untuk bertindak sebagai osilator astabil. Kemudian Osilator IC 555 tidak memiliki keadaan stabil karena terus-menerus beralih dari satu kondisi ke kondisi lainnya. Juga resistor timing tunggal dari rangkaian multivibrator Monostabil sebelumnya telah dipecah menjadi dua resistor terpisah, R1 dan R2 dengan sambungannya terhubung ke input pengosongan (pin 7) seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Rangkaian Dasar Osilator IC 555 Astabil

Dalam rangkaian Osilator IC 555 di atas, pin 2 dan pin 6 dihubungkan bersama-sama memungkinkan rangkaian untuk memicu kembali dirinya sendiri pada setiap siklus yang memungkinkannya untuk beroperasi sebagai osilator free-running. Selama setiap siklus kapasitor, C mengisi melalui kedua resistor waktu, R1 dan R2 tetapi melepaskan dirinya sendiri hanya melalui resistor, R2 karena sisi lain dari R2 terhubung ke terminal pelepasan, pin 7.
Kemudian kapasitor mengisi hingga 2/3Vcc (batas pembanding atas) yang ditentukan oleh kombinasi 0.693 (R1 + R2) C dan melepaskannya sendiri ke 1/3Vcc (batas pembanding yang lebih rendah) yang ditentukan oleh 0.693 (R2*C) kombinasi. Ini menghasilkan bentuk gelombang Output yang level voltasenya kira-kira sama dengan Vcc - 1.5V dan yang periode output "ON" dan "OFF" ditentukan oleh kombinasi kapasitor dan resistor. Oleh karena itu, waktu individual yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus pengisian dan pengosongan output diberikan sebagai:

Waktu Pengisian dan Pengosongan Osilator IC 555 Astabil

t₁ = 0.693 (R₁ + R₂).C

dan

t₂ = 0.693 x R₂ x C

 

Di mana, R di Ω dan C di Farad.
Ketika terhubung sebagai Multivibrator Astabil, output dari IC 555 Osilator akan terus mengisi dan mengosongkan tanpa batas antara 2/3Vcc dan 1/3Vcc hingga catu daya dilepas. Seperti multivibrator Monostabil, waktu pengisian dan pengosongan ini dan karenanya frekuensinya tidak tergantung pada tegangan supply.
Oleh karena itu, durasi satu siklus waktu penuh sama dengan jumlah dari dua kali masing-masing kapasitor yang mengisi dan melepaskan kapasitor bersama-sama dan diberikan sebagai:

Siklus Waktu Osilator IC 555

T = t₁ + t₂ = 0.693(R₁ +2R₂).C

 

Frekuensi output dari osilasi dapat ditemukan dengan membalikkan persamaan di atas untuk total waktu siklus yang memberikan persamaan akhir untuk frekuensi output dari Osilator IC 555  Astabil sebagai:

Persamaan Frekuensi Osilator IC 555

Dengan mengubah konstanta waktu dari salah satu kombinasi RC, Siklus Kerja yang lebih dikenal sebagai "Mark-to-Space" rasio bentuk gelombang Output dapat diatur secara akurat dan diberikan sebagai rasio resistor R2 ke resistor R1. Siklus kerja untuk Osilator IC 555, yang merupakan rasio waktu "ON" dibagi dengan waktu "OFF" diberikan oleh:

Siklus Kerja Osilator IC 555

Siklus kerja tidak memiliki unit karena merupakan rasio tetapi dapat dinyatakan sebagai persentase (%). Jika kedua resistor waktu, R1 dan R2 nilainya sama, maka siklus kerja Output akan menjadi 2:1 yaitu, 66% waktu ON dan 33% waktu OFF sehubungan dengan periode.

Siklus Kerja Osilator IC 555 (yang ditingkatkan)

 

Dengan menghubungkan dioda, D1 antara pemicu input dan debit input, kapasitor waktu akan sekarang mengisi langsung melalui resistor R1 saja, karena resistor R2 secara efektif korsleting oleh dioda. Kapasitor keluar seperti biasa melalui resistor, R2.

Dioda tambahan, D2 dapat dihubungkan secara seri dengan resistor pengosongan, R2 jika diperlukan untuk memastikan bahwa kapasitor timing hanya akan mengisi melalui D1 dan tidak melalui jalur paralel R2. Ini karena selama proses pengisian dioda D2 terhubung dalam reverse bias yang menghalangi aliran arus melalui dirinya sendiri.

Sekarang waktu pengisian sebelumnya t₁ = 0.693 (R1 + R2) C dimodifikasi untuk memperhitungkan rangkaian pengisian baru ini dan diberikan sebagai: 0.693 (R1 x C). Siklus kerja karena itu diberikan sebagai D = R1/(R1 + R2). Kemudian untuk menghasilkan siklus kerja kurang dari 50%, resistor R1 harus lebih kecil dari resistor R2.

Meskipun rangkaian sebelumnya meningkatkan siklus kerja bentuk gelombang output dengan mengisi kapasitor timing, C1 melalui kombinasi R1 + D1 dan kemudian mengeluarkannya melalui kombinasi D2 + R2, masalah dengan pengaturan rangkaian ini adalah bahwa rangkaian osilator IC 555 menggunakan tambahan komponen, yaitu dua dioda.

Kami dapat meningkatkan ide ini dan menghasilkan bentuk gelombang output gelombang persegi tetap dengan siklus kerja 50% yang tepat dengan sangat mudah dan tanpa perlu tambahan dioda dengan hanya memindahkan posisi resistor pengisian daya, R2 ke output (pin 3) sebagai ditampilkan.

 

Siklus Kerja Osilator 50% Astabil

 

Osilator IC 555 sekarang menghasilkan siklus kerja 50% sebagai kapasitor timing, C1 sekarang mengisi dan melepaskan melalui resistor yang sama, R2 daripada pemakaian melalui pin debit timer 7 seperti sebelumnya. Ketika output dari osilator IC 555 adalah TINGGI, kapasitor mengisi melalui R2 dan ketika outputnya RENDAH, ia dikeluarkan melalui R2. Resistor R1 digunakan untuk memastikan bahwa kapasitor mengisi penuh hingga nilai yang sama dengan tegangan supply.

Namun, karena kapasitor mengisi dan mengosongkan melalui resistor yang sama, persamaan di atas untuk frekuensi output osilasi harus dimodifikasi sedikit untuk mencerminkan perubahan rangkaian ini. Maka persamaan baru untuk 50% Osilator IC 555 Astabil diberikan sebagai:

Persamaan Frekuensi Siklus Kerja 50%

 

Perhatikan bahwa resistor R1 harus cukup tinggi untuk memastikan tidak mengganggu pengisian kapasitor untuk menghasilkan siklus kerja 50% yang diperlukan. Juga mengubah nilai kapasitor timing, C1 mengubah frekuensi osilasi dari rangkaian Astabil.

 

2)        IC 4017

 

            IC 4017 adalah suatu rangkaian terpadu yang berfungsi sebagai decade counter (Penghitung interval). Maksud dari decade counter yakni dapat merubah salah satu output menjadi berlogika tinggi secara bergantian dari output 0 hingga ke output 9 sehingga total output rangkaian ini berjumlah sepuluh buah dengan total pin/kaki sebanyak 16 dan memiliki fungsinya masing masing. IC 4017 sendiri dikendalikan dengan clock atau pulsa (gelombang kotak) yang nantinya akan menentukan kecepatan perpindahan output dari IC 4017 itu sendiri. semakin tinggi frekuensi dari clock yang dimasukan ke kaki 14 pin ic 4017, maka akan semakin cepat pula perpindahan logika dari output IC tersebut. Agar IC 4017 ini dapat berkerja sebagai mana mestinya, tentunya diperlukan rangkaian tambahan. Rangkaian tambahan tersebut adalah rangkaian clock yang menggunakan IC NE555. IC 4017 ini memiliki banyak kegunaaan, diantaranya sebagai decade counter, counter (penghitung), flip-flop, timer, dan lain-lain.

Pin 1   : Berfungsi sebagai output/keluaran 5

Pin 2   : Output keluaran urutan 1

Pin 3   : Output keluaran 0

Pin 4   : Output keluaran 2

Pin 5   : Output keluaran 6

Pin 6   : Output Keluaran 7

Pin 8   : Sebagai ground, atau supply tegangan 0 volt

Pin 9   : Output keluaran 8

Pin 10 : Output keluaran 4

Pin 11 : Output keluaran 9

Pin 12 : Carry OutUntuk fungsi carry out sendiri yakni untuk menambahkan jumlah output pada IC selanjutnya. Jadi misalkan ingin menambahkan lebih dari 10 output maka  harus menambahkan IC dengan cara pin 12 Carry out IC 4017 dihubungkan ke pin 14 IC 4017 yang lainnya. Namun berdasarkan yang saya baca pada salah satu website, jika kita menggunakan pin 12 carry out ini, maka nilai clock akan 10 kali lebih lambat dari sebelumnya.

Pin 13, Enable Input, biasa juga disebut dengan clock enable. Fungsinya yakni untuk mengaktifkan jalannya clock ke IC 4017 jika diberi tegangan negatif. Namun jika anda beri tegangan positif maka clcok yang dijalankan akan dijeda atau di-pause. Untuk itulah pada rangkaian running led, pin 13 sering dihubungkan ke terminal ground.

Pin 14, Clock Input. Fungsinya sebagai masukan clock dan biasanya clock dibuat menggunakan IC NE 555. Pergeseran logika tinggi pada IC 4017 ini ditentukan berdasarkan masukan pin 14 IC ini

Pin 15, Reset. Seperti namanya fungsi reset sendiri adalah untuk mereset atau mengatur ulang kerja dari IC 4017 ini sehingga pergeseran logika pada output IC 4017 ini akan dimulai lagi dari output 0. Jika pin reset diberi tegangan postif atau logika tinggi, maka output 0 IC 4017 ini akan berlogika tinggi dan kesembilan output lainnya akan berlogika 0 atau rendah. Namun jika diberi tegangan negatif, maka pin reset akan nonaktif.

Pin 16, VCC. Sebagai masukan tegang Positif. Untuk IC 4017 ini, akan berkerja jika pin 16 diberi tegangan antara +3 Volt DC hingga +15 Volt DC.

3)        Seven Segment

Seven Segment Display (7 Segment Display) dalam bahasa Indonesia disebut dengan Layar Tujuh Segmen adalah komponen Elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui kombinasi-kombinasi segmennya. Seven Segment Display pada umumnya dipakai pada Jam Digital, Kalkulator, Penghitung atau Counter Digital, Multimeter Digital dan juga Panel Display Digital seperti pada Microwave Oven ataupun Pengatur Suhu Digital . Seven Segment Display pertama diperkenalkan dan dipatenkan pada tahun 1908 oleh Frank. W. Wood dan mulai dikenal luas pada tahun 1970-an setelah aplikasinya pada LED (Light Emitting Diode).

Seven Segment Display memiliki 7 Segmen dimana setiap segmen dikendalikan secara ON dan OFF untuk menampilkan angka yang diinginkan. Angka-angka dari 0 (nol) sampai 9 (Sembilan) dapat ditampilkan dengan menggunakan beberapa kombinasi Segmen. Selain 0 – 9, Seven Segment Display juga dapat menampilkan Huruf Hexadecimal dari A sampai F. Segmen atau elemen-elemen pada Seven Segment Display diatur menjadi bentuk angka “8” yang agak miring ke kanan dengan tujuan untuk mempermudah pembacaannya. Pada beberapa jenis Seven Segment Display, terdapat juga penambahan “titik” yang menunjukan angka koma decimal.  Terdapat beberapa jenis Seven Segment Display, diantaranya adalah Incandescent bulbs, Fluorescent lamps (FL), Liquid Crystal Display (LCD) dan Light Emitting Diode (LED).

LED 7 Segmen (Seven Segment LED)

Salah satu jenis Seven Segment Display yang sering digunakan oleh para penghobi Elektronika adalah 7 Segmen yang menggunakan LED (Light Emitting Diode) sebagai penerangnya.  LED 7 Segmen ini umumnya memiliki 7 Segmen atau elemen garis dan 1 segmen titik yang menandakan “koma” Desimal. Jadi Jumlah keseluruhan segmen atau elemen LED sebenarnya adalah 8. Cara kerjanya pun boleh dikatakan mudah, ketika segmen atau elemen tertentu diberikan arus listrik, maka Display akan menampilkan angka atau digit yang diinginkan sesuai dengan kombinasi yang diberikan.

Terdapat 2 Jenis LED 7 Segmen, diantaranya adalah “LED 7 Segmen common Cathode” dan “LED 7 Segmen common Anode”.

LED 7 Segmen Tipe Common Cathode (Katoda)

Pada LED 7 Segmen jenis Common Cathode (Katoda), Kaki Katoda pada semua segmen LED adalah terhubung menjadi 1 Pin, sedangkan Kaki Anoda akan menjadi Input untuk masing-masing Segmen LED.  Kaki Katoda yang terhubung menjadi 1 Pin ini merupakan Terminal Negatif (-) atau Ground sedangkan Signal Kendali (Control Signal) akan diberikan kepada masing-masing Kaki Anoda Segmen LED.

LED 7 Segmen Tipe Common Anode (Anoda)

Pada LED 7 Segmen jenis Common Anode (Anoda), Kaki Anoda pada semua segmen LED adalah terhubung menjadi 1 Pin, sedangkan kaki Katoda akan menjadi Input untuk masing-masing Segmen LED. Kaki Anoda yang terhubung menjadi 1 Pin ini akan diberikan Tegangan Positif (+) dan Signal Kendali (control signal) akan diberikan kepada masing-masing Kaki Katoda Segmen LED.

Prinsip Kerja Dasar Driver System pada LED 7 Segmen

Berikut ini adalah Blok Diagram Dasar untuk mengendalikan LED 7 Segmen :

Blok Dekoder pada diagram diatas mengubah sinyal Input yang diberikan menjadi 8 jalur yaitu “a” sampai “g” dan poin decimal (koma) untuk meng-ON-kan segmen sehingga menghasilkan angka atau digit yang diinginkan. Contohnya, jika output dekoder adalah a, b, dan c, maka Segmen LED akan menyala menjadi angka “7”.   Jika Sinyal Input adalah berbentuk Analog, maka diperlukan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah sinyal analog menjadi Digital sebelum masuk ke Input Dekoder. Jika Sinyal Input sudah merupakan Sinyal Digital, maka Dekoder akan menanganinya sendiri tanpa harus menggunakan ADC.

Fungsi daripada Blok Driver adalah untuk memberikan arus listrik yang cukup kepada Segmen/Elemen LED untuk menyala. Pada Tipe Dekoder tertentu, Dekoder sendiri dapat mengeluarkan Tegangan dan Arus listrik yang cukup untuk menyalakan Segmen LED maka Blok Driver ini tidak diperlukan. Pada umumnya Driver untuk menyalakan 7 Segmen ini adalah terdiri dari 8 Transistor Switch pada masing-masing elemen LED.

Tabel Pengaktifan Seven Segment Display

ANGKA	h	g	f	e	d	c	b	a
0	0	0	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	0	0	1	1	0
2	0	1	0	1	1	0	1	1
3	0	1	0	0	1	1	1	1
4	0	1	1	0	0	1	1	0
5	0	1	1	0	1	1	0	1
6	0	1	1	1	1	1	0	1
7	0	0	0	0	0	1	1	1
8	0	1	1	1	1	1	1	1
9	0	1	1	0	1	1	1	1

Catatan :

1 = ON (High)
0 = OFF (Low)

 

 

4.         Langkah Langkah Percobaan.

 

a.         Penyiapan alat dan komponen yang digunakan untuk percobaan.

b.         Melaksanakan pembuatan rangkaian seven segmen common anoda :

 

1)         Buka aplikasi livewire.

 

 

2)         Buatlah rangkaian menggunakan astable multivibrator.

3)        Kemudian rangkaian astable multivibrator dihubungkan dengan rangkaian seven segment menggunakan IC 4017.

     

 

5.         Analisa Rangkaian :

 

        Pada rangkaian tank cirucit multivibrator astabil dengan IC 555 diperlukan dua resistor dan dua buah kapasitor. Kemudian untuk merangkai tank circuit tersebut resistor R1 dihubungkan antara +VCC dan terminal discharger (pin 7). Resistor R2 dihubungkan antara pin 7 dengan terminal treshod (pin 6). Kapasitor dihubungkan antara pin treshold dan ground. Triger (pin 2) dan input treshold (pin 6) dihubungkan menjadi satu. Pada saat sumber tegangan pertama kali diberikan, kapasitor akan terisi melalui R1 dan R2 . Ketika tegangan pada pin 6 ada naik di atas dua pertigaVCC, maka terjadi perubahan kondisi pada komparator 1. Ini akan me-reset flip-flop dan outputnya akan berubah ke positif. Keluaran (pin 3) berubah low dan basis Q1 mendapat bias maju. Q1 mengosongkan muatan C lewat R2 ke ground. Bentuk Output Astabil Multivibrator IC 555 Ketika tegangan pada kapasitor C turun sampai di bawah sepertigaVCC, ini akan memberikan energi ke komparator 2. Antara triger (pin 2) dan pin 6 masih terhubung bersama. Komparator 2 menyebabkan tegangan positif pada input set dari flip-flop dan memberikan output negatif. Output (pin 3) akan berubah ke harga +VCC dan terjadi proses pengosongan melalui (pin7). Kemudian C mulai terisi lagi ke harga VCC melalui R1 dan R2. Kapasitor C akan terisi dengan harga berkisar antara sepertiga dan dua pertiga VCC. Frekuensi output astable multivibrator dinyatakan sebagai f = 1/T . Ini menunjukkan sebagai total waktu yang diperlukan untuk pengisian dan pengosongan kapasitor C. Waktu pengisian ditunjukkan oleh jarak t1 dan t3. Waktu pengosongan diberikan oleh t2 dan t4. Frekuensi kerja astabil multivibrator dengan IC 555 diatas dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut : Nilai resistansi R1 dan R2 sangat penting untuk pengoperasian astable multivibrator. Jika R2 lebih dari setengah harga R1, rangkaian tidak akan berosilasi. Harga ini menghalangi sinyal triger turun dari harga dua pertiga VCC ke sepertigaVCC. Ini berarti IC tidak mampu untuk memicu kembali secara mandiri atau tidak siap untuk operasi berikutnya.

 

6.         Kesimpulan

 

Berdasarkan rangkaian di atas, pada rangkaian astabil multivibrator dengan IC 555 diperlukan dua resistor dan dua kapasitor. Kemudian resistor R1, R2, dan kapasitor C1 dihubungkan dengan +VCC. Pin 4 dan pin 8 dihubungkan ke Vcc, kemudian pin 7 dihubungkan antara R1 dan R2. Kapasitor dihubungkan antara R2 dan ground. Pin 2 dan pin 6 dihubungkan menjadi satu. Pada saat sumber tegangan pertama kali diberikan, kapasitor akan terisi melalui R1 dan R2. Sehingga mengakibatkan nyala LED mengalami siklus hidup mati secara bergantian. Semakin besar hambatan maka pergantian hidup dan mati LED semakin lama, sedangkan semakin kecil hambatan maka perubahan nyala LED semakin cepat. Rangkaian yang menggunakan seven segment dihubungkan ke IC 4017. Nyala lampu pada seven segment akan secara bergantian hidup mati sesuai masukan pada IC 4017.