[TUTORIAL] Jam Digital 6 Digit Dengan IC CMOS - No MicroController !

----=== UPDATE KREASI PEMBACA ===---

*) Dari Pembaca blog SMKN2 Yogyakarta

" Jam tanpa micro ...." itulah request dari seorang pembaca dari Bali. Mustahil ? Tidak lahh... Ketika jamannya microcontroller masih di meja desain para engineer, para pelajar dan penghoby elektronika jaman jadul menggunakan IC yang umum dipasaran kala itu, IC TTL atau IC CMOS. Bahkan salah satu buku yg pernah saya baca mengenai dedengkot APPLE "IWOZ" Steve Wozniak menceritakan bagaimana tahun 60-70an sang pioner ini berlomba membuat alat elektronika digital dengan jumlah komponen IC yang paling sedikit. Bayangkan game "BREAKOUT" merupakan cikal bakal masuknya Wozniak dan sebagai "penari latarnya" si Steve Jobs ke dunia gaming dan industri besar ( waktu itu mereka menjualnya ke ATARI ) dengan membuat console game yang seluruhnya disusun dengan IC TTL. Atari mendesain game breakout dengan 150 buah IC dan bos nya yg bernama Nolan Bushnell merasa ini terlalu besar dan menjanjikan hadiah U$700 jika ada yg berhasil membuat game ini dibawah 50 IC . Dan Steve Wozniak berhasil membuatnya dengan hanya 44 IC! 

Steve Wozniak dan Game Komponen Diskrit "Breakout"

Teringat kembali dengan percobaan dadu digital menggunakan ic cmos 4026 yg sangat simple karena berfungsi sebagai counter dan driver 7 segmen, ditambah dengan pembangkit clock 1 hz menggunakan xtal 32,768 khz dengan ic 4060 + 4013. Lalu masalah muncul ketika sadar kalau jam itu bermodulo 12/24 sedangkan menit/detik bermodulo 60. Dan Google menjadi penyelamatku dengan memberikan arahan ke sebuah forum belanda yg menggunakan dioda sebagai deteksi dari angka-angka maksimum pada dial jam. Ayo kita mulai saja dengan pembahasan lebih mendalam.

1 Hz Clock Generator

Ic yang kita gunakan adalah CMOS 4060 (14 bit binary counter) yg sangat compact karena memiliki input langsung dari xtal. Kali ini yg kita gunakan adalah xtal yang umum dijumpai pada mesin jam baik jam dinding ataupun jam tangan. Frekuensi yg dimiliki oleh xtal ini adalah 32,768 khz.

Kenapa dipilih angka 32,768 khz ? perhatikan rumus dari ic counter 14 bit yg ditunjukkan dari gambar berikut:

Sehingga pada output Q14 ( pin 3 )akan membagi clock input (32,768 kHz) menjadi 2Hz. Masih kurang karena yg kita inginkan adalah pulsa 1Hz maka kita perlukan pembagi 2 bisa menggunakan D flip-flop (4013) atau IC yang umum dibahas di blog ini menggunakan pembagi 10 atau decade counter 4017, dengan melakukan reset ketika mencapai stage ke 3. Sebagai project awal untuk mendapatkan clock 1 Hz ikuti skematik berikut:

*) ralat ..ada yg salah dengan penempatan kaki no 6,7 dan 8 ...ingat 4013 hanya 14 kaki bukan 16

jadi kaki paling pojok kanan bawah adalah kaki 7, bukan 8 !

Alternatifnya menggunakan 4017 seperti gambar skematik dibawah ini :

Sesuai dengan karakteristik  dari xtal memerlukan load capacitor sebesar 18-30 pF. Dikarenakan keakuratan yg cukup kritikal maka dapat diberikan kapasitor variabel pada salah satu kaki xtal dan kemudian diputar-putar untuk mendapatkan keakuratan yg diinginginkan. Bagaimana mengetestnya? Jika ada frequency counter atau oscilloscop atau AVO meter yg agak mahal dengan fasilitas freq. counter , hubungkan dengan kaki 7 (Q4) dari 4060 dan pembacaan diharapkan berkisar 2048 Hz.

Hasilnya seperti pada video berikut ini:

Pencacah Modulo 60 dan 24 

IC Cmos 4026 yang dicascade akan menghasilkan susunan counter bermodulo pangkat 10 sehingga tidak cocok untuk jam yang bermodulo 60 (pada detik dan menit) serta bermodulo 12/24 pada Jam. Bagaimana mendeteksi kondisi ketika 7 segment mencapai 60 dan kembali reset ke 0 ? Perhatikan tabel 7 segment (puluhan saja , satuan diabaikan karena modulo 10)  berikut ini.

Secara kebetulan ( atau tidak ) kita diuntungkan dengan deteksi digit angka 6 yg memiliki kondisi segment yang berbeda dengan digit lainnya yaitu pada segment E-F-G. Jadi dengan memanfaatkan dioda saja sudah dapat memberikan reset pada IC 4026. Rangkaiannya seperti berikut:

Bagaimana dengan Modulo 24 ? kita akan mendeteksi di 2 tempat yaitu puluhan dan satuan. Kembali kita perhatikan tabel segmennya.

Bingung  ? jangan lahh.... lihat saja dibagian yang saya kasikan warna merah dan perubahan menjadi "NYALA" pada kedua segmen (puluhan di segmen G dan satuan di segmen F-G) akan mereset tepat saat angka 24. PIN reset dari 4026 akan aktif ketika mendapat LOGIKA 1 , saat sebelum digit 24 kondisi dari ketiga diode ini akan selalu memberikan tegangan 0 sehingga juga memberikan logika 0  terhadap pin RESET. Ketika semua dioda mendapatkan "NYALA" maka dioda akan menjadi "REVERSE BIAS" , sehingga tidak ada aliran arus ke dioda dan PIN RESET akan ter "pull up" oleh resistor 10k ke VCC dan menerima  logika "1". 

JAM 6 DIGIT FULL CMOS

Mari kita menuju ke perangkaian jam 6 DIGIT FULL CMOS. Karena kita menggunakan CMOS maka range tegangan supply yg digunakan cukup lebar berkisar 3-15 volt. Komponen yg digunakan cukup sedikit seperti gambar diatas akan tetapi diperlukan kabel jumper ke PCB atau Breadboard yg lumayan banyak. Skematik yg digunakan dan daftar komponennya seperti berikut ini . Klik pada gambar jika dirasa kurang jelas. 

****PERHATIAN**** 

Schematik ini tidak menunjukkan kaki Vcc dan Ground Untuk IC CMOS

Jadi Jangan Lupa !! Pada umumnya kaki Vcc ada di kanan atas, Ground di kiri bawah

***) update .... by request dari pembaca-pembaca yg baru newbie di dunia elektro

DAFTAR KOMPONEN :

IC :   

         - CMOS 4060  (1 buah)

         - CMOS 4013 atau 4017 (1 buah)

         - CMOS 4026  (6 buah)

Resistor : 

         - 10 Kilo ohm  ( 5 buah )

         - 470 Kilo ohm  ( 1 buah )

         - 1M ohm  - keatas , disesuaikan dengan yg ada ditoko ( 1 buah )

Capasitor :

         - 22 pico farad  (2 buah) , bisa menggunakan antara 22/33 pf

         -  Jika ingin akurasi , bisa mengganti 1 buah C 22pF dengan 

            Capasitor Variabel 30pF

Dioda  :

         - 1N4148 atau dioda umum 1N 4001 / 1N4002 ( 12 buah )

7 Segmen Kecil :  

  COMMON KATODA / -   (6 buah) ! INGAT JANGAN SAMPAI SALAH BELI !

Tombol :

         - Tactile switch  ( 2 buah )

XTAL :   32.768 kHz  (1 buah)

Bahan Pendukung :

         

          - Baterai 6 Volt / adaptor

          - Bread Board / Project Board / PCB lubang

          - Kabel Jumper

          - Solder dan timah (jika dirangkai diatas PCB lubang)

Hasilnya seperti pada video berikut ini :

TESTING

JAM BENERAN

Simple bukan ? Bagaimana jika menggunakan 7 segment yg besar? Pada umumnya 7 segment besar menggunakan mode common anoda dengan susunan kaki yg berbeda. 4026 memiliki output aktif high sedangkan 7 segmen common anoda membutuhkan aktif low sehingga untuk membalik logika bisa menggunakan transistor NPN atau lebih simplenya menggunakan IC ULN2003 seperti pada skematik berikut ini.

SELAMAT MENCOBA ...

Read More

Trick Pada Mikrokontroler Saat Catuan Menghilang

Selamat Tahun Baru 2014 kepada pembaca setia aisi555 dot com. Semoga ditahun yang baru ini berbagi ilmunya semakin bermanfaat bagi kita semua. Doakan saya juga agar sehat dan terus berkreasi serta membagi ilmu kepada kalian semua. 

Tahun baru ini dimulai dengan berbagi trick mengatasi masalah hilangnya catuan pada microcontroller. Kita tidak akan membahas fasilitas sleep mode dan low power mode lainnya karena ada alasan yg menyebabkan hal ini tidak diperlukan pada level mikrokontroler sederhana. Yang kita akan bahas adalah jawaban dari pertanyaan yang beberapa hari yang lalu disampaikan oleh pembaca.

1. Bagaimana membuat jam digital tetap jalan saat lampu mati sehingga saat nyala kembali jam tidak kacau ?
2. Bagaimana melanjutkan hasil counter di alat saya pada saat catuan menyala lagi ?

Pembahasan kali ini menggunakan metode battery backup dan yang lainnya menggunakan memory EEPROM yg sudah dimiliki mikrokontroler untuk menyimpan data sebelum catuan hilang. Untuk itu sebelum melanjutkan agar terlebih dahulu membaca pembahasan mengenai eeprom disini.

Bagaimanakah logika dari rangkaian diatas ? Prinsip yang digunakan adalah prinsip arus searah dari dioda.

VCC atau sumber tegangan dari microcontroller yang masih ditoleransi adalah minimal 2.5 volt (kecuali pengukuran ADC). Saat supply utama masih memberikan tegangan maka gambar dibawah ini mewakili kondisinya.

Jika tegangan baterai yang diberikan bernilai kurang dari VCC + 0.5 volt (forward voltage)  dari tegangan dikiri katode maka arus tidak akan mengalir ke arah VCC. Dalam contoh digunakan 3 buah baterai 1.5 volt yg ekivalen kurang dari 4.5 volt. Apa yang terjadi ketika sumber utama tidak ada ? Berikut ini gambarannya.

Dengan tidak adanya sumber di kiri katoda maka VCC akan benilai  tegangan baterai dikurangi 0.5 volt yang merupakan forward voltage dari dioda. Trick yg mungkin menghemat penggunaan baterai saat catuan utama mati adalah dengan mematikan fungsi yg memakan energi besar. Ini menjawab pertanyaan no 1 yang intinya adalah untuk menjaga fungsi waktu tidak kacau sehingga tidak diperlukan tampilan ke display 7 segmen. Caranya adalah dengan menggunakan supply yg terpisah ke catuan display 7 segmen dan catuan ini bersumber ke adaptor/trafo yg akan mati ketika PLN mati. Cara lainnya adalah dengan menggunakan deteksi tegangan menggunakan transistor.

Script deteksinya mudah saja


if(bit_is_clear(PIND, PIND2) ) // jika catuan normal
{

 yang_boros_nyala(); 

}

else  // jika catuan mati dan baterai aktif

{

 yang_boros_mati(); 

}

Trick seperti gambar diatas dapat juga digunakan untuk menjawab pertanyaan kedua. Ini alasannya mengapa deteksinya dipasang di PIN D2 yang juga merupakan pin untuk INT 0. Marilah kita ingat pembahasan interrupt disini. Jadi saat power supply mati maka deteksi dari low ke high akan kita gunakan untuk proses penyimpanan data counter sebelum sumber benar-benar hilang. Bagaimana ceritanya menjalankan mikrokontroller padahan tegangan sumber tidak ada  ? Jawabannya cukup simpel dengan menggunakan kapasitor pada VCC untuk menyimpan tegangan 5 volt beberapa saat.

Bagaimana dengan scriptnya ? Kita inisialisasi dulu Interuptnya , kali ini menggunakan ATMega 8535

#define F_CPU 4000000UL

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>  // INI JANGAN LUPA !!

#include <avr/eeprom.h>

#include <util/delay.h>

uint8_t EEMEM eecounter;

uint8_t counter;

void init_interupt(void)

{

  

// interrupt aktif ketika perubahan Low ke High (0--> 1)

MCUCR |= (1<<ISC01)|(1<<ISC00) ; 

  

// aktifkan INT 0

GICR |= (1<<INT0);

   sei();

}

Dan ketika saat power PLN mati dan kemudian basis transistor tidak mendapatkan tegangan maka transistor akan ada pada kondidi cut off sehingga pada pin INT 0 terjadi perubahan dari LOW (0) ke HIGH (5volt) dan berdasarkan inisialisasi telah ditentukan trigger interrupt pada kondisi "rising edge" . Pada kondisi ini hasil dari counter disimpan ke EEPROM.

ISR(SIG_INTERRUPT0) 

{ 

eeprom_write_byte(&eecounter,counter);

}

Dan ketika listrik menyala kembali yang pertama dilakukan adalah membaca isi eeprom dari counter

int main(void)

{

counter= eeprom_read_byte(&eecounter); //baca eeprom

init_interupt(); //inisialisasi interrupt

while(1)

{

// contoh program penambahan counter

// sesuaikan dengan keperluan

counter++;  

_delay_ms(2000);

}

return(0);

}

SELAMAT MENCOBA

Read More