Hafiz Fadli Al Anshor: Rangkaian Aplikasi Sederhana

Stepper Motor Interfacing with 8086 Microproccesor

DAFTAR ISI

Pendahuluan
Tujuan
Alat dan bahan
Dasar teori
Percobaan
- Prosedur
- Prinsip Kerja
video simulasi
Link download

1. Pendahuluan [KEMBALI]

Mikroprosesor 8086 merupakan salah satu tonggak penting dalam sejarah komputasi yang terus dipelajari karena arsitekturnya yang fundamental. Kemampuannya untuk dihubungkan dengan berbagai perangkat eksternal menjadikannya platform yang ideal untuk aplikasi sistem kontrol. Di sisi lain, motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang mengubah pulsa listrik menjadi gerakan mekanis diskrit atau langkah-langkah presisi. Berbeda dengan motor DC konvensional yang berputar secara kontinu, motor stepper memungkinkan kontrol posisi yang akurat tanpa memerlukan sistem umpan balik yang kompleks, sehingga sangat vital dalam aplikasi seperti printer, robotika, dan sistem pelacakan otomatis.

ini akan membahas secara rinci proses antarmuka (interfacing) antara motor stepper dengan mikroprosesor 8086. Pembahasan akan mencakup konsep dasar dan prinsip kerja motor stepper, konfigurasi perangkat keras yang diperlukan untuk menghubungkan kedua komponen, serta perancangan perangkat lunak untuk mengendalikan pergerakan motor. Dengan memahami interaksi antara mikroprosesor sebagai unit pengendali dan motor stepper sebagai aktuator, laporan ini bertujuan memberikan panduan praktis dan teoretis bagi implementasi sistem kontrol gerak yang presisi dan efisien menggunakan teknologi mikroprosesor 8086.

2. Tujuan [KEMBALI]

1. Memahami prinsip kerja dan arsitektur dasar dari mikroprosesor 8086.

2. Mempelajari karakteristik dan mekanisme kerja motor stepper, khususnya dalam mode bipolar.

3. Merancang dan membangun rangkaian antarmuka (interface) yang menghubungkan mikroprosesor 8086 dengan driver motor stepper.

4. Membuat program dalam bahasa assembly untuk mengendalikan arah putaran dan urutan langkah motor stepper secara presisi.

5. Mengimplementasikan dan mensimulasikan keseluruhan sistem untuk memverifikasi bahwa motor stepper dapat dikendalikan dengan benar oleh mikroprosesor 8086 sesuai dengan program yang diberikan.

3. Alat dan bahan [KEMBALI]

1. 74HC373

Komponen ini berfungsi sebagai latch atau penahan data. Dalam rangkaian ini, 74HC373 digunakan untuk menangkap dan menyimpan data alamat dari bus multiplexed 8086, sehingga memisahkan sinyal alamat dan data agar tidak tumpang tindih.

2. 8086

Merupakan unit pemrosesan pusat (CPU) yang menjadi otak dari seluruh sistem. 8086 bertugas mengeksekusi instruksi program, melakukan kalkulasi, dan mengirimkan sinyal kontrol ke komponen lain untuk menggerakkan motor stepper.

3. 8255A

Komponen ini berfungsi sebagai antarmuka input/output (I/O) yang dapat diprogram. 8255A menyediakan port-port I/O yang fleksibel untuk menghubungkan mikroprosesor 8086 dengan perangkat periferal seperti driver motor stepper, sehingga data dapat dikirimkan dari prosesor ke motor.

4. Logic State

Digunakan untuk memantau dan menampilkan kondisi logika (high/1 atau low/0) pada titik-titik tertentu dalam rangkaian. Alat ini sangat berguna selama proses debugging untuk memastikan sinyal dikirimkan dengan benar dari mikroprosesor ke motor.

5. Motor Stepper

Ini adalah aktuator utama dalam proyek ini yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis yang presisi. Motor ini akan berputar dalam langkah-langkah diskrit sesuai dengan urutan sinyal yang diterima dari mikroprosesor melalui 8255A.

6. Ground

Merupakan titik referensi tegangan nol dalam rangkaian listrik. Semua komponen dihubungkan ke ground untuk menciptakan jalur balik bagi arus listrik, sehingga memastikan rangkaian berfungsi dengan stabil.

7. Vcc

Menyediakan daya listrik positif yang dibutuhkan oleh semua komponen aktif seperti 8086, 8255A, dan 74HC373 agar dapat beroperasi. Tegangan ini menjadi sumber energi utama bagi seluruh sistem.

4. Dasar teori [KEMBALI]

Dasar teori untuk proyek antarmuka motor stepper dengan mikroprosesor 8086 mencakup tiga komponen utama: mikroprosesor sebagai unit pengendali, motor stepper sebagai aktuator, dan antarmuka I/O sebagai jembatan di antara keduanya.

Mikroprosesor 8086

Mikroprosesor 8086 adalah sebuah CPU 16-bit yang dikembangkan oleh Intel. Sebagai otak dari sistem, 8086 bertanggung jawab untuk menjalankan serangkaian instruksi yang tersimpan di memori. Ia mengambil, menerjemahkan, dan mengeksekusi perintah-perintah tersebut secara berurutan. Dalam proyek ini, 8086 berfungsi untuk menghasilkan urutan sinyal digital (pola bit) yang tepat sesuai dengan program yang telah dibuat.

Salah satu karakteristik penting dari 8086 adalah bus alamat dan datanya yang bersifat multiplexed (digabung dalam pin yang sama, yaitu AD0-AD15). Artinya, pin yang sama digunakan secara bergantian untuk mengirim alamat memori/port dan untuk mentransfer data. Untuk memisahkan kedua sinyal ini, diperlukan sebuah komponen eksternal yaitu latch (seperti 74HC373) yang berfungsi untuk menangkap dan menahan alamat saat sinyal ALE (Address Latch Enable) dari 8086 aktif.

Antarmuka Periferal Terprogram (PPI) 8255A

Untuk menghubungkan mikroprosesor dengan perangkat luar (periferal) seperti motor, diperlukan sebuah sirkuit antarmuka. 8255A (Programmable Peripheral Interface) adalah IC serbaguna yang menyediakan 3 port I/O 8-bit (Port A, Port B, dan Port C). Port-port ini dapat diprogram untuk berfungsi sebagai input atau output sesuai kebutuhan.

Dalam aplikasi ini, 8255A berperan sebagai jembatan komunikasi antara 8086 dan motor stepper. Mikroprosesor 8086 akan mengirimkan data berupa pola bit ke salah satu port 8255A yang telah dikonfigurasi sebagai port output. Data ini kemudian diteruskan oleh 8255A ke driver motor untuk mengaktifkan lilitan yang sesuai. Penggunaan 8255A menyederhanakan desain perangkat keras karena menyediakan jalur I/O yang siap pakai tanpa perlu merancang sirkuit logika tambahan.

Motor Stepper

Motor stepper adalah sebuah motor listrik yang bekerja dengan mengubah pulsa-pulsa sinyal digital menjadi gerakan rotasi mekanis yang presisi dan diskrit (langkah demi langkah). Berbeda dengan motor DC biasa yang berputar terus-menerus saat diberi tegangan, motor stepper berputar dalam sudut langkah yang tetap untuk setiap pulsa yang diterima.

Struktur internalnya terdiri dari rotor bergerigi yang bersifat magnet permanen dan stator yang memiliki beberapa lilitan (kumparan) elektromagnetik. Untuk membuatnya berputar, lilitan-lilitan pada stator harus diberi energi (dialiri arus listrik) dalam urutan tertentu. Dengan mengubah pola pemberian energi pada lilitan-lilitan tersebut, medan magnet yang dihasilkan akan menarik gigi-gigi rotor untuk berputar dan berhenti pada posisi yang sangat spesifik. Urutan pola bit yang dikirim dari 8086 inilah yang menentukan arah dan kecepatan putaran motor.

5. Percobaan [KEMBALI]

a. Rangkaian Simulasi

b. Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah mengubah perintah digital dari program yang dieksekusi oleh mikroprosesor 8086 menjadi gerakan fisik motor stepper yang presisi. Proses ini dapat dipecah menjadi empat tahap utama:

1. Inisialisasi dan Konfigurasi

Eksekusi Program: Saat sistem dinyalakan, mikroprosesor 8086 mulai menjalankan instruksi program yang tersimpan di memorinya.
Konfigurasi 8255A: Langkah pertama dalam program adalah mengirimkan sebuah Control Word (kata kendali) ke 8255A. Perintah ini bertujuan untuk mengkonfigurasi Port A (PA0-PA7) pada 8255A agar berfungsi sebagai port output. Hal ini penting karena Port A yang akan mengirimkan sinyal ke motor stepper.

2. Proses Pengiriman Data (Demultiplexing)

Karena 8086 menggunakan bus yang sama untuk alamat dan data (AD0-AD7), proses pengiriman data ke 8255A memerlukan pemisahan sinyal:

Pengiriman Alamat: 8086 pertama-tama meletakkan alamat dari port 8255A yang dituju ke bus AD0-AD7.
Address Latching: 8086 kemudian mengaktifkan sinyal ALE (Address Latch Enable). Sinyal ini memerintahkan IC 74HC373 untuk "menangkap" dan menyimpan alamat yang ada di bus. Kini, alamat port tujuan sudah terkunci.
Pengiriman Data: Setelah alamat disimpan oleh 74HC373, 8086 menggunakan bus AD0-AD7 yang sama untuk mengirimkan data yang sesungguhnya. Data ini adalah pola bit (contoh: 0011 atau 0x03) yang akan menggerakkan motor.
Perintah Tulis (OUT): 8086 mengeksekusi instruksi OUT, yang memberi tahu 8255A untuk mengambil data dari bus dan menempatkannya ke Port A yang alamatnya sudah ditentukan tadi.

3. Aktivasi Lilitan Motor Stepper

Output dari 8255A: 8255A menerima pola bit dari 8086 (misalnya, 0011). Ia kemudian mengeluarkan pola ini melalui pin-pin Port A (PA0 dan PA1 menjadi high, sementara PA2 dan PA3 low).
Energizing Coils: Sinyal dari Port A ini terhubung ke driver motor (atau langsung ke lilitan pada motor dalam simulasi ini). Pola bit tersebut memberikan energi (arus listrik) ke kombinasi lilitan (kumparan) tertentu di dalam motor stepper.
Langkah Pertama: Pemberian energi ini menciptakan medan magnet yang memaksa rotor motor untuk bergerak dan mensejajarkan dirinya dengan medan tersebut. Inilah yang disebut sebagai satu langkah (step).

4. Rotasi Berkelanjutan (Looping)

Delay: Program di dalam 8086 akan memberikan jeda (delay) sesaat untuk memastikan motor stabil pada posisinya saat ini.
Pola Bit Berikutnya: Setelah jeda, 8086 akan mengirimkan pola bit berikutnya dalam urutan yang telah ditentukan (misalnya, dari 0011 menjadi 0110).
Langkah Berikutnya: 8255A mengeluarkan pola baru ini, yang mengaktifkan kombinasi lilitan yang berbeda. Rotor motor pun bergerak ke posisi baru, menghasilkan langkah rotasi berikutnya.
Pengulangan: Proses pengiriman pola bit, jeda, dan pengiriman pola bit baru ini diulang terus-menerus dalam sebuah loop program. Siklus inilah yang menghasilkan putaran motor stepper yang kontinu dan terkontrol.

Secara sederhana, 8086 bertindak sebagai otak yang memutuskan urutan langkah, 8255A sebagai penerjemah yang menyampaikan perintah, dan motor stepper sebagai otot yang melakukan gerakan fisik.

Hafiz Fadli Al Anshor

Rangkaian Aplikasi Sederhana