Membuat Library EAGLE

Bismillaahirrahmaanirrahiim.

Eagle CAD adalah software yang biasa digunakan untuk mendesain PCB (Printed Circuit Board). Diantara sekian banyak komponen yang disertakan dalam library bawaan EAGLE, masih banyak komponen yang tidak tersedia. Kita dapat menambahkannya sendiri dengan file .lib yang tersedia di internet, itu pun kalau kita beruntung menemukannya. Jika tidak, salah satu cara lainnya adalah dengan membuat library komponen sendiri.

Kebetulan saya mendapatkan project yang menggunakan display 7-segment ukuran 1.28", dan kebetulan pula komponen tersebut tidak tersedia di EAGLE. Jadi saya akan mencoba membuatnya sendiri. Berikut ini adalah tutorial step by step saya dalam membuat library di EAGLE.

1. Membuat Symbol

Symbol adalah komponen yang akan kita gunakan saat mendesain schematic atau .sch. Setelah EAGLE di jalankan, pilih File - New - Library :

Kemudian klik icon Symbol.

Berikan nama pada Symbol yang kita buat, disini saya menamakannya 7s. Lalu klik OK.

Setelah itu, masuk ke Symbol Editor. Hampir sama dengan editor saat kita merancang schematic. Hanya saja tool yang tersedia lebih sedikit.

Pertama, saya menggunakan Wire. Kemudian saya menggambar kotak untuk layout dasar 7segment yang akan saya buat.

Lalu saya buat angka 8 dengan tool Text (untuk hiasan saja sih sebenarnya).

Setelah itu kita masuk ke bagian terpentingnya, kita akan menabahkan pinout dari komponen yang sedang kita buat. Pilih icon Pin kemudian pasang kira-kira seperti contoh dibawah ini. 7segment yang saya gunakan memiliki 10 kaki, terdiri dari segment A-G (7 pin), Dot, dan 2 Common.

Langkah berikutnya, kita beri nama tiap pin dengan tool Name seperti pada contoh dibawah ini (Sebagai catatan: pin H adalah Dot). Jika sudah, klik Save.

Perlu diperhatikan, Nilai grid tidak perlu dirubah. Ikuti nilai defaultnya saja, karena jika dirubah, wire tidak bisa tersambung pada saat membuat skematik. Pastikan properties grid bernilai seperti pada gambar berikut ini:

2. Membuat Package

Package adalah komponen yang kita gunakan saat mengedit file Board atau .brd. Setelah symbol sudah kita buat, langkah selanjutnya adalah membuat package. Klik icon Package.

Lalu buat gambar kotak dengan Wire sebagaimana yang dilakukan di langkah sebelumnya. Kemudian tambahkan Pad, yang merupakan hole atau lubang untuk memasukkan kaki komponen.Setiap ukuran dan jarak harus sama dengan komponen sebenarnya, karena file Board inilah yang akan kita gunakan untuk mencetak PCB.

Setelah itu beri nama pada tiap Pad. Sebagaimana yang kita lakukan saat memberi nama pada Pin di schematic. Agar lebih mudah, beri nama tiap pad dengan urutan nomor sesuai dengan urutan kaki komponen. Untuk hiasan, kita dapat memanfaatkan Text tool.

  

3. Menghubungkan Symbol dan Package

Setelah membuat Package dan Symbol, maka langkah berikutnya adalah mengkoneksikan Pin dan Pad. Klik icon Device (disini saya beri nama 7S). Klik OK.

Setelah jendela Device terbuka, klik Add. Lalu pilih Symbol 7S.

Di bagian pojok kanan bawah, buka file Package dengan klik New, lalu pilih 7S.

Kemudian klik Connect. Maka akan muncul jendela Connect yang berisi nama Pin dan Pad. Pilih sesuai urutan nama dan Pin lalu klik Connect.

Disini saya menggunakan gambar 7segment berikut ini sebagai referensi. Jadi Pad 1 terkoneksi dengan pin e, Pad 2 dengan pin d, dan seterusnya.

Setelah semua terkoneksi klik OK. Lalu jangan lupa klik Save.

4. Mencoba Library Baru

Sekarang kita bisa melihat hasilnya di jendela Control Panel. Disini saya menyimpannya dengan nama 7s1inch.lbr.

Agar dapat digunakan di project, maka sebelumnya kita harus telebih dahulu mengaktifkan library-nya dengan klik kanan, kemudian klik Use.

Lalu saat membuat Schematic, klik icon Add, maka kita dapat menemukan dan menambahkan komponen baru yang telah dibuat sebelumnya.

Berikut ini adalah dokumentasi singkat saya saat melakukan proses routing menggunakan komponen 7s. Disini saya menggunakan IC Shift Register 74595 untuk tiap 7segment. Sehingga untuk mengakses (berapapun 7segment-nya) saya hanya membutuhkan 3 buah pin, yaitu untuk clock, latch, dan data. Pada dokumentasi ini saya hanya merouting 1 buah 7segment sebagai contoh.

Dengan jalur Schematic diatas maka jalur routing akan cukup rumit karena kaki dari tiap segment tidak urut, maka untuk menyederhanakan jalur routing, pada Schematic saya merubahnya menjadi seperti berikut:

Nah, dengan begini tidak perlu menambah via atau jumper. Hanya perlu menyesuaikan di programnya saja.


Sekian tutorial kali ini, semoga bermanfaat.

<z/>

AVR PWM dengan Timer0

Bismillaahirrahmaanirrahiim.

Di post kali ini saya akan mencoba menjelaskan secara singkat mengenai PWM atau Pulse Width Modulation dan implementasinya pada mikrokontroler AVR.

Mengenal PWM

PWM adalah cara "mengakali" sinyal digital yang terdiri dari sinyal LOW dan HIGH atau umumnya tegangan 0V dan 5V, menjadi tegangan analog antara 0~5V. Dengan PWM, kita dapat membuat berbagai macam aplikasi yang membutuhkan variasi tegangan analog. Mulai dari dimmer  atau pengatur kecerahan sebuah lampu atau LED, mengatur kecepatan motor, mengatur posisi servo, dan lain sebagainya.

Gambar 1. Ilustrasi Sinyal PWM

Pulse Width Modulation atau PWM adalah pengaturan lebar pulsa dalam suatu frekuensi yang konstan. Semakin besar lebar pulsa atau Pulse Width-nya maka tegangan yang dihasilkan semakin mendekati tegangan maksimum, dan juga sebaliknya. Tegangan seakan-akan bervariasi berdasarkan Pulse Width-nya.

Kemudian faktor  lainnya yang perlu diketahui adalah Duty Cycle. Yaitu persentase lebar pulsa HIGH dalam 1 periode. Misal terdapat sinyal PWM dengan periode 10 detik dengan Duty Cycle 25%, artinya sinyal HIGH hanya menyala selama 2.5 detik dari 10 detik.

Nilai Duty Cycle dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut :
Duty Cycle = (T_ON / (T_ON + T_OFF)) x 100%

Gambar 2. Sinyal PWM dengan duty cycle 50%

Mengenal Timer

Setelah memahami konsep dasar Pulse Width Modulation, maka tahap selanjutnya adalah bagaimana cara mengimplementasikannya menggunakan mikrokontroler AVR. Seperti yang kita ketahui bahwa PWM berkaitan dengan frekuensi, dengan kata lain: waktu. Maka untuk itu kita dapat memanfaatkan fitur Timer pada AVR.

Timer adalah fitur internal mikrokontroler ATmega yang dapat digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan timing. Dengan timer kita bisa mengeksekusi program atau memanggil fungsi pada tiap waktu tertentu.

Selain itu, juga terdapat fitur output compare (OC) dimana hasil pengolahan timer bisa digunakan untuk mengaktifkan sinyal output. Pin output untuk Timer ditandai pada gambar 3.

Gambar 3. Pin OC pada ATmega16

Register Timer0 pada AVR

Dari referensi datasheet ATmega16 [link] di bagian 8-bit Timer/Counter0 with PWM di halaman 83, kita dapat menemukan tabel berikut :

Gambar 4. Tabel Register Timer0

Register tersebut yang akan digunakan dalam mengaktifkan fitur PWM pada Timer0. Kemudian di halaman selanjutnya, terdapat tabel untuk mengaktifkan pin OC0 sebagai output sinyal PWM.

Gambar 5. Alokasi register COM00 dan COM01 untuk Fast PWM Mode

Berikutnya register TCNT0. Register ini digunakan untuk menyimpan counter waktu dari Timer0, dan akan otomatis menghitung apabila register timer diaktifkan. Kemudian Register OCR0 atau Output Compare Register 0, register ini digunakan sebagai pembanding nilai dari TCNT0.

Gambar 6. TCNT0 dan OCR0

Menggunakan Timer0 Untuk PWM

Defaultnya, counter TCNT0 selalu dimulai dari 0. Karena registernya adalah 8-bit. Maka hitungan akan berakhir di nilai 255. Saat itu terjadi counter akan kembali bernilai 0, menghitung lagi hingga bernilai 255 dan seterusnya.

Pada mode normal (non-inverting, lihat gambar 5), nilai TCNT0 akan dibandingkan dengan nilai OCR0. Saat nilai TCNT0 lebih kecil daripada OCR0 maka output dari OC0 adalah aktif HIGH. Sebaliknya, pada saat nilai TCNT0 lebih besar daripada OCR0, maka output OC0 menjadi aktif LOW (Jika menggunakan mode Clear on compare match non-inverting). Berikut ini adalah ilustrasi dari sinyal PWM yang di-generate dengan membandingkan counter TCNT0 dengan nilai OCR0:

Gambar 7. Output Compare

Nilai state dari OC0 ini yang menjadi output PWM. Maka dengan mengatur nilai OCR0, lebar pulsa atau Duty Cycle dari PWM dapat ditentukan. Pada ATmega16, OC0 berada pada pin PB3.

Gambar 8. Output OC0

Mengatur Frekuensi PWM

Perlu dipahami, clock pada timer pada AVR bersumber dari system clock. System Clock adalah sumber clock dari xtall yang digunakan. Karena itu kita juga perlu mengenal prescale, yaitu pembagi system clock untuk digunakan pada Timer. 

Misalnya kita menggunakan system clock 16MHZ, maka jika kita bagi dengan prescale=64 hasilnya adalah 250KHz. Prescale ini yang menentukan berapa frekuensi PWM di Timer0.

Gambar 9. Tabel Prescale

Program AVR
Berikut ini contoh implementasi program sederhana dari PWM dengan Timer0, dengan Fast-PWM Mode, no-prescale:

#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>

int main()
{
    TCCR0 |= (1<<WGM00) | (1<<WGM01); //Fast PWM Mode
    TCCR0 |= (1<<COM01); //Low jika TCNT0 >= OCR0
    TCCR0 |= (1<<CS00); //No-Prescale
  DDRB |= (1<<PB3); //Set PB3 sebagai Output

  while(1)
   {
     for(int i = 0; i<255; i++)
    {
      OCR0 = i;
      _delay_ms(10);
    }
    }
}

Dari program diatas, nilai pembanding OCR0 bertambah setiap 10ms. Maka nilai Duty Cycle akan bertambah. Jadi jika kita menggunakan LED sebagai output PB3, LED akan menyala redup hingga terang secara perlahan, berulang lagi dan seterusnya. Penutup
Sekian penjelasan mengenai penggunaan PWM Timer0 pada AVR ATmega. Semoga bisa bermanfaat! Salam.

<z/>