Modul 2 PMW, ADC, & Interrupt

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Tugas Pendahuluan 1
2. Tugas Pendahuluan 2
3. Laporan Akhir 1
4. Laporan Akhir 2

 MODUL I
 GENERAL INPUT DAN OUTPUT

1. Pendahuluan[Kembali]

 Pada percobaan pertama dirancang suatu sistem heart rate indikator berbasis mikrokontroler yang memanfaatkan sensor heartbeat sebagai input untuk mendeteksi detak jantung dalam satuan BPM (Beat Per Minute). Sistem ini menggunakan fitur ADC untuk membaca sinyal analog dari sensor, kemudian diproses oleh mikrokontroler untuk menentukan kondisi keluaran. Pada kondisi yang diterapkan, ketika nilai BPM yang terbaca lebih dari 60, maka sistem akan mengaktifkan LED berwarna kuning serta buzzer sebagai indikator bahwa detak jantung berada pada kondisi tertentu. Mikrokontroler berperan sebagai pusat pengolahan data yang mengatur hubungan antara input sensor dan output secara real-time. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memahami penggunaan ADC dalam membaca sinyal analog, pengolahan data sensor, serta implementasi sistem monitoring sederhana berbasis mikrokontroler.

    Sedangkan pada percobaan kedua bertujuan untuk merancang sistem kontrol jemuran otomatis yang memanfaatkan sensor cahaya (LDR) sebagai input untuk mendeteksi kondisi lingkungan. Sistem ini menggunakan mikrokontroler untuk mengolah data dari sensor dan mengendalikan posisi jemuran melalui aktuator berupa motor servo dengan memanfaatkan sinyal PWM. Pada kondisi yang diterapkan, ketika lingkungan terdeteksi terang maka jemuran akan berada di luar atap, saat kondisi cahaya sedang jemuran berada pada posisi setengah terbuka, dan ketika kondisi gelap jemuran akan masuk ke dalam atap. Melalui percobaan ini, diharapkan dapat dipahami konsep penggunaan ADC untuk pembacaan sensor, PWM untuk pengendalian aktuator, serta penerapan sistem otomatis berbasis kondisi lingkungan dalam kehidupan sehari-hari.

2. Tujuan[Kembali] 

1. Memahami cara penggunaan PWM, ADC, dan Interrupt pada Development Board yang digunakan
2. Memahami cara menggunakan komponen input dan output yang mengimplementasikan PWM, ADC, dan Interrupt pada Development Board yang digunakan

3. Alat dan Bahan[Kembali] 

Mikrokontroler STM32F103C8

Microcontroller	ARM Cortex-M3
Operating Voltage	3.3 V
Input Voltage (recommended)	5 V
Input Voltage (limit)	2 – 3.6 V
Digital I/O Pins	32
PWM Digital I/O Pins	15
Analog Input Pins	10 (dengan resolusi 12-bit ADC)
DC Current per I/O Pin	25 mA
DC Current for 3.3V Pin	150 mA
Flash Memory	64 KB
SRAM	20 KB
EEPROM	Emulasi dalam Flash
Clock Speed	72 MHz

Mikrokontroler STM32 Nucleo G474RE

Microcontroller	STM32G474RE (ARM Cortex-M4F)
Operating Voltage	3.3 V
Input Voltage (recommended)	5 V via USB (ST-LINK) atau 7–12 V via VIN
Input Voltage (limit)	4.5 – 15 V (VIN board Nucleo)
Digital I/O Pins	±51 GPIO pins (tergantung konfigurasi fungsi)
PWM Digital I/O Pins	Hingga 24 channel PWM (advanced, general-purpose, dan high- resolution timers)
Analog Input Pins	Hingga 24 channel ADC (12-bit / 16-bit dengan oversampling)
DC Current per I/O Pin	Maks. 20 mA per pin (disarankan ≤ 8 mA)
DC Current for 3.3V Pin	Hingga ±500 mA (tergantung regulator & sumber daya)
Flash Memory	512 KB internal Flash
SRAM	128 KB SRAM (termasuk CCM RAM)
Clock Speed	Hingga 170 MHz

Sensor Heartbeat

Sensor cahaya (LDR)

Motor Servo

Push Button

LED (Hijau, Kuning, Merah)

Buzzer

Resistor

                                                            

Breadboard

Kabel jumper

Adaptor / sumber tegangan

4. Dasar Teori[Kembali] 

A. ADC

ADC merupakan perangkat elektronika yang berfungsi sebagai penghubung untuk mengubah sinyal masukan analog menjadi kode-kode digital agar dapat diproses oleh sistem digital. Pada mikrokontroler STM32 G474RE, fitur ini mendukung resolusi hingga 12-bit dan memiliki berbagai mode operasi seperti single-shot atau scan mode untuk membaca beberapa saluran secara berurutan. Proses konversi ini dilakukan melalui tahapan sampling dan quantization, di mana hasilnya dapat disinkronkan dengan timer atau dihubungkan ke DMA untuk meningkatkan efisiensi transfer data.

B. PWM

PWM adalah teknik modulasi yang dilakukan dengan cara mengubah lebar pulsa atau duty cycle sementara nilai amplitudo dan frekuensinya tetap konstan. Duty cycle sendiri merupakan perbandingan antara waktu kondisi tinggi (ON) dengan total periode satu siklus pulsa yang biasanya dinyatakan dalam bentuk persen. Sinyal PWM pada STM32 dihasilkan melalui blok timer internal yang dikonfigurasi untuk mengatur frekuensi dan duty cycle secara presisi, yang sangat berguna untuk mengontrol kecepatan motor maupun kecerahan LED.

C. Interupt

Interrupt adalah mekanisme yang memungkinkan instruksi atau perangkat I/O untuk menghentikan sementara jalannya program utama agar prosesor dapat menangani kejadian tertentu yang memiliki prioritas lebih tinggi. Ketika interupsi terjadi, CPU akan menjalankan fungsi khusus yang disebut Interrupt Service Routine (ISR) secara otomatis sebelum akhirnya kembali melanjutkan eksekusi program normal. Mekanisme ini dikelola oleh NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller) yang mengatur prioritas dari berbagai sumber, seperti sensor eksternal, timer, atau selesainya konversi ADC, sehingga sistem dapat merespons kejadian secara real-time dengan lebih efisien

D. STM32 NUCLEO-G474RE

STM32 NUCLEO-G474RE merupakan papan pengembangan (development board) berbasis mikrokontroler STM32G474RET6 yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Board ini dirancang untuk memudahkan proses pembelajaran, pengujian, dan pengembangan aplikasi sistem tertanam (embedded system), baik untuk pemula maupun tingkat lanjut. STM32 Nucleo-G474RE mengintegrasikan antarmuka ST-LINK debugger/programmer secara onboard sehingga pengguna dapat langsung melakukan pemrograman dan debugging tanpa perangkat tambahan.

Adapun spesifikasi dari STM32 NUCLEO-G474RE adalah sebagai berikut:

Gambar 1. STM32 NUCLEO-G474RE

E. STM32F103C8

STM32F103C8 adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Mikrokontroler ini sering digunakan dalam pengembangan sistem tertanam karena kinerjanya yang baik, konsumsi daya yang rendah, dan kompatibilitas dengan berbagai protokol komunikasi. Pada praktikum ini, kita menggunakan STM32F103C8 yang dapat diprogram menggunakan berbagai metode, termasuk komunikasi serial (USART), SWD (Serial Wire Debug), atau JTAG untuk berhubungan dengan komputer maupun perangkat lain. Adapun spesifikasi dari STM32F4 yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:

Gambar 2 STM32F103C8

F. BAGIAN-BAGIAN PENDUKUNG

1. STM32 NUCLEO G474RE

1. RAM (Random Access Memory)

RAM (Random Access Memory) pada STM32 NUCLEO-G474RE digunakan sebagai memori sementara untuk menyimpan data selama program berjalan. Mikrokontroler STM32G474RET6 memiliki RAM sebesar 128 KB yang berfungsi untuk menyimpan variabel, buffer data, stack, dan heap.

2. Memori Flash Eksternal

STM32 NUCLEO-G474RE tidak menggunakan memori flash eksternal. Seluruh program dan data permanen disimpan pada memori Flash internal mikrokontroler STM32G474RET6 dengan kapasitas 512 KB. Memori flash ini bersifat non-volatile, sehingga data dan program tetap tersimpan meskipun catu daya dimatikan.

3. Crystal Oscillator

STM32 NUCLEO-G474RE menggunakan osilator internal (HSI – High Speed Internal) sebagai sumber clock utama secara default. Penggunaan clock internal ini membuat board dapat beroperasi tanpa memerlukan crystal oscillator eksternal. Clock berfungsi sebagai sumber waktu untuk mengatur kecepatan kerja CPU dan seluruh peripheral.

4. Regulator Tegangan

Untuk memastikan pasokan tegangan yang stabil ke mikrokontroler.

5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output):

Pin GPIO pada STM32 NUCLEO-G474RE digunakan sebagai antarmuka input dan output digital yang fleksibel

2. STM32

1. RAM (Random Access Memory)

STM32F103C8 dilengkapi dengan 20KB SRAM on-chip. Kapasitas RAM ini memungkinkan mikrokontroler menjalankan berbagai aplikasi serta menyimpan data sementara selama eksekusi program.

2. Memori Flash Internal

STM32F103C8 memiliki memori flash internal sebesar 64KB atau 128KB, yang digunakan untuk menyimpan firmware dan program pengguna. Memori ini memungkinkan penyimpanan kode program secara permanen tanpa memerlukan media penyimpanan eksternal.

3. Crystal Oscillator

STM32F103C8 menggunakan crystal oscillator eksternal (biasanya 8MHz) yang bekerja dengan PLL untuk meningkatkan frekuensi clock hingga 72MHz. Sinyal clock yang stabil ini penting untuk mengatur kecepatan operasi mikrokontroler dan komponen lainnya.

4. Regulator Tegangan

STM32F103C8 memiliki sistem pengaturan tegangan internal yang memastikan pasokan daya stabil ke mikrokontroler. Tegangan operasi yang didukung berkisar antara 2.0V hingga 3.6V.

5. Pin GPIO (General Purpose Input/Output)

STM32F103C8 memiliki hingga 37 pin GPIO yang dapat digunakan untuk menghubungkan berbagai perangkat eksternal seperti sensor, motor, LED, serta komunikasi dengan antarmuka seperti UART, SPI, dan I²C.