MODUL 1

 

General Input dan Output

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. A.TUGAS PENDAHULUAN 1
2. B.TUGAS PENDAHULUAN 2
3. D. LAPORAN AKHIR 1
4. D. LAPORAN AKHIR 2

GENERAL INPUT DAN OUTPUT

1. Pendahuluan [Kembali]

Pada Modul 1 ini, praktikan akan mempelajari prinsip kerja dan implementasi antarmuka General Input Output (GPIO) pada mikrokontroler. Pembelajaran dan pengujian ini dilakukan menggunakan dua jenis papan pengembangan, yaitu STM32 NUCLEO-G474RE dan STM32F103C8. Secara umum, modul ini bertujuan agar praktikan mampu membaca perubahan sinyal digital dari berbagai perangkat sensor (input) dan memprosesnya untuk mengendalikan komponen indikator atau aktuator (output) secara terotomasi.

Untuk menguji pemahaman mengenai pin input dan output digital tersebut, terdapat empat simulasi rangkaian utama yang akan dirakit dan diprogram. Percobaan pertama adalah Kontrol Lampu Lorong, sebuah sistem cerdas yang memanfaatkan mikrokontroler STM32F103C8 dengan menggunakan sensor gerak (PIR Sensor) dan sensor sentuh (Touch Sensor) sebagai perangkat input untuk mengaktifkan indikator berupa LED dan Buzzer ketika terdeteksi aktivitas. Percobaan kedua, yaitu Sistem Deteksi Jarak pada Parkir Mundur menggunakan STM32 NUCLEO-G474RE, menyimulasikan peringatan parkir dengan memanfaatkan sensor Infrared untuk mendeteksi objek, dilengkapi sebuah Switch sebagai kontrol saklar utama, serta memberikan peringatan visual melalui LED RGB dan peringatan suara melalui Buzzer.

Selanjutnya pada percobaan ketiga, praktikan merangkai Alarm Perimeter Pintu berbasis STM32F103C8 yang menggunakan saklar sentuh (Touch Sensor) untuk menghidupkan atau mematikan sistem alarm. Ketika sistem aktif, IR Transmitter dan Receiver akan memantau area perimeter dan membunyikan Buzzer serta menyalakan LED jika terdeteksi adanya objek yang lewat. Terakhir, percobaan Sistem Kontrol Otomatis Tangki Minyak dikontrol oleh STM32 NUCLEO-G474RE. Rangkaian ini menggunakan Float Switch untuk memantau kapasitas tangki dan mengendalikan pompa melalui komponen Relay. Sebagai proteksi keamanan, sistem ini dilengkapi Flame Sensor yang akan segera mematikan Relay (pompa) dan menyalakan alarm darurat (Buzzer dan LED) apabila terdeteksi percikan api. Melalui keempat sistem ini, praktikan diharapkan mampu merancang logika kontrol biner (HIGH/LOW) dalam bahasa pemrograman C untuk memecahkan berbagai kasus sistem tertanam sederhana.

 

2. Tujuan [Kembali]

1. Memahami cara penggunaan input dan output digital pada mikrokontroler.

2. Menggunakan komponen input dan output sederhana dengan STM32 NUCLEO-G474RE. 

3. Menggunakan komponen input dan output sederhana dengan mikrokontroler STM32F103C8.

4. Mampu merancang logika program untuk membaca status sensor digital dan menuliskan instruksi output berlogika HIGH/LOW.

5. Mengimplementasikan antarmuka GPIO ke dalam simulasi sistem tertanam sederhana (kontrol lampu lorong, deteksi parkir, alarm pintu, dan kontrol tangki minyak). 

  

 

3. Alat dan Bahan [Kembali]

 A. Alat / Instrumentasi

1. ST-LINK (Digunakan sebagai programmer/debugger untuk STM32F103C8) 

   
   
   

2. Adaptor / Power Supply

   
   
   

3. Breadboard (Project Board)

   
   
   

4. Laptop / PC & Software (Untuk menjalankan STM32CubeIDE dan Proteus)

   

   
   

   
   

   
   

   

   
   

   
   
   
   

B. Bahan / Komponen

1. STM32 NUCLEO-G474RE

   
   
   Spesifikasi:

   • 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

   • Digital I/O Pins: 51 GPIO pins (tergantung konfigurasi fungsi)

   • PWM Digital I/O Pins: Hingga 24 channel PWM

   • Analog Input Pins: Hingga 24 channel ADC (12-bit / 16-bit dengan oversampling)

   • Memori: 512 KB internal Flash, 128 KB SRAM

   • Clock Speed: Hingga 170 MHz

2. STM32F103C8 (Bluepill)

   
   
   Spesifikasi:

   • Microcontroller: ARM Cortex-M3

   • Operating Voltage: 3.3 V

   • Input Voltage (recommended): 5 V

   • Digital I/O Pins: 32 Pins

   • PWM Digital I/O Pins: 15 Pins

   • Analog Input Pins: 10 (dengan resolusi 12-bit ADC)

   • Memori: 64 KB Flash, 20 KB SRAM

   • Clock Speed: 72 MHz

3. Sensor Sentuh (Touch Sensor)





4. Sensor PIR (Passive Infrared)

   
   
   

5. Sensor Infrared (IR Transmitter & Receiver)

   
   
   

6. Float Switch (Sensor Pelampung Air)

   
   
   

7. Flame Sensor (Sensor Api)

   
   
   

8. Modul Relay

   
   
   

9. Komponen Indikator & Pasif (Buzzer, Switch, LED, LED RGB, Resistor)

   

   

   

   

   
   
   Keterangan: Terdiri dari Buzzer, Switch, LED standar, LED RGB, dan Resistor (seperti 220 Ohm dan 1k Ohm).

4. Dasar Teori [Kembali]

4.1. General Input Output (GPIO) 

Input adalah semua data dan perintah yang dimasukkan ke dalam memori untuk diproses lebih lanjut oleh mikroprosesor. Perangkat input memungkinkan pengguna atau sistem memasukkan data ke dalam mikrokontroler. Sementara itu, output adalah data hasil yang telah diproses, dan perangkat output bertugas menyampaikan informasi atau aksi tersebut.

Pada STM32F103C8 dan STM32 NUCLEO-G474RE, pin input/output terdiri dari digital dan analog. Input digital digunakan untuk mendeteksi perubahan logika biner pada pin tertentu, di mana mikrokontroler menerjemahkan tegangan 0V menjadi logika LOW dan tegangan tinggi (misal 3.3V/5V) menjadi logika HIGH.

4.2. Mikrokontroler STM32 

a. STM32 NUCLEO-G474RE 

STM32 NUCLEO-G474RE merupakan papan pengembangan berbasis mikrokontroler STM32G474RET6 dengan arsitektur ARM Cortex-M4F. Mikrokontroler ini dirancang untuk sistem tertanam dengan kinerja tinggi, didukung oleh clock speed hingga 170 MHz. Papan ini memiliki RAM sebesar 128 KB dan Flash Memory internal sebesar 512 KB. Tegangan operasinya berada pada 3.3 V.

b. STM32F103C8 (Bluepill) 

STM32F103C8 adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang memiliki kinerja baik dengan konsumsi daya yang rendah. Mikrokontroler ini memiliki clock speed maksimal 72 MHz. Kapasitas penyimpanannya terdiri dari 20 KB SRAM dan 64 KB Flash Memory untuk menyimpan firmware secara permanen. Mikrokontroler ini mendukung tegangan operasi antara 2.0 V hingga 3.6 V (umumnya beroperasi di 3.3 V).

4.3. Teori Sensor dan Karakteristik (Berdasarkan Datasheet)

a. Sensor Sentuh Kapasitif (Modul TTP223)

Sensor sentuh TTP223 bekerja berdasarkan prinsip perubahan kapasitansi. Ketika jari manusia (yang bertindak sebagai bahan dielektrik) mendekati pad sensor, nilai kapasitansi pada sirkuit akan berubah. IC TTP223 akan mendeteksi perubahan ini dan merespons dengan mengubah status pin output. Berdasarkan datasheet, sensor ini memiliki waktu respons (response time) yang sangat cepat, yaitu sekitar 60 ms pada fast mode dan 220 ms pada low power mode.

b. Sensor PIR (Passive Infrared - HC-SR501)

Sensor PIR mendeteksi perubahan pancaran radiasi inframerah yang dihasilkan oleh panas tubuh (manusia atau hewan). Menggunakan material pyroelectric, sensor ini mengubah perubahan suhu mendadak akibat pergerakan radiasi inframerah menjadi variasi tegangan. Menurut datasheet, HC-SR501 memiliki jangkauan deteksi yang efektif hingga 7 meter. Lensa Fresnel yang menutupi sensor membentuk sudut deteksi (detection angle) memusat hingga kurang dari 120 derajat.

c. Sensor Inframerah (IR Obstacle Avoidance)

Sensor ini beroperasi menggunakan prinsip pantulan cahaya (reflection). Komponen ini terdiri dari IR Transmitter (LED Inframerah yang memancarkan cahaya) dan IR Receiver (Fotodioda yang menerima cahaya). Jika terdapat objek penghalang di depannya, cahaya inframerah akan dipantulkan kembali ke fotodioda. Grafik karakteristik dari datasheet fotodioda menunjukkan bahwa jarak deteksi sangat dipengaruhi oleh tingkat reflektivitas warna dan material permukaan objek (objek berwarna putih memantulkan cahaya jauh lebih baik daripada objek hitam pekat).

d. Sensor Api (Flame Sensor)

Flame sensor menggunakan fotodioda khusus (seperti tipe YG1006) yang sangat peka terhadap radiasi spektrum inframerah yang dipancarkan oleh nyala api. Berdasarkan grafik sensitivitas spektral (spectral sensitivity) pada datasheet, sensor ini memiliki tingkat respons tertinggi pada rentang panjang gelombang 760 nm hingga 1100 nm. Sensor ini dirancang untuk mengabaikan cahaya tampak biasa, dan dapat mendeteksi api pada sudut jangkauan sekitar 60 derajat.

e. Float Switch (Sensor Pelampung Magnetik)

Sensor ini bekerja secara mekanis dan magnetis. Di dalam batang statis sensor terdapat saklar magnetik (reed switch), sementara di dalam bagian pelampungnya yang bisa bergerak naik-turun terdapat sebuah magnet cincin. Saat ketinggian cairan naik, pelampung akan terangkat dan medan magnetnya akan memicu reed switch untuk menutup (close) dan menyambungkan sirkuit logika ke mikrokontroler.

5. Percobaan [Kembali]