Modul 2

 

Percobaan 1 dan 2

[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 II

PWM, ADC, & INTERRUPT

1. Pendahuluan [kembali]

Pada Modul 2 ini dilakukan asistensi 1 kali dan praktikum 1 kali. Dimana kelompok kami mengambil rangkaian percobaan dengan kondisi 

Percobaan 1 kondisi 1: Buatlah rangkaian seperti pada gambar percobaan 1 dengan kondisi Sensor Heartbeat membaca BPM>70 dan push button tidak ditekan, maka LED menyala merah dan Buzzer berbunyi.

Percobaan 2 kondisi 1: Buatlah rangkaian dengan kondisi ketika sensor cahaya (LDR) mendeteksi lingkungan terang, maka jemuran akan berada di luar atap (servo pada posisi keluar). Sebaliknya, ketika lingkungan gelap, jemuran akan masuk ke dalam atap (servo pada posisi masuk) untuk menghindari hujan..

untuk rangkaiannya dan simulasinya bisa dilihat pada bagian Tugas Pendahuluan dan Laporan Akhir

2. Tujuan [kembali]

a) Memahami cara penggunaan PWM, ADC, dan Interrupt pada

Development Board yang digunakan

b) Memahami cara menggunakan komponen input dan output yang

mengimplementasikan PWM, ADC, dan Interrupt pada Development Board

yang digunakan

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

• HeartBeat Sensor

a. Generators

Power Supply

B. Bahan

Resistor

Breadboard

a. Komponen Input

Heartbeat Sensor

Sensor LDR

Push Button

b. Komponen Output

LED

Buzzer

Motor Servo

c. Komponen kontrol

STM32 NUCLEO-G474RE

STM32F103C8

4. Dasar Teori [kembali]

1.3.1 ADC

ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Pada mikrokontroler STM32, terdapat dua ADC (Analog-to-Digital Converter) 12-bit yang masing-masing memiliki hingga 16 kanal eksternal. ADC ini dapat beroperasi dalam mode single-shot atau scan mode. Pada scan mode, konversi dilakukan secara otomatis pada sekelompok input analog yang dipilih. Selain itu, ADC ini memiliki fitur tambahan seperti simultaneous sample and hold, interleaved sample and hold, serta single shunt. ADC juga dapat dihubungkan dengan DMA untuk meningkatkan efisiensi transfer data.

Mikrokontroler ini dilengkapi dengan fitur analog watchdog yang memungkinkan pemantauan tegangan hasil konversi dengan akurasi tinggi, serta dapat menghasilkan interupsi jika tegangan berada di luar ambang batas yang telah diprogram. Selain itu, ADC dapat disinkronkan dengan timer internal (TIMx dan TIM1) untuk memulai konversi, pemicu injeksi, serta pemicu DMA, sehingga memungkinkan aplikasi untuk melakukan konversi ADC secara terkoordinasi dengan timer. Pada STM32 Nucleo G474RE, terdapat blok ADC (Analog-to-Digital Converter) yang digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi data digital. STM32 G474RE memiliki beberapa unit ADC (seperti ADC1, ADC2, ADC3, dan ADC4) yang memungkinkan proses konversi dilakukan secara paralel untuk meningkatkan kecepatan akuisisi data. Setiap ADC mendukung resolusi hingga 12-bit, dengan fitur tambahan seperti oversampling untuk meningkatkan akurasi dan mengurangi noise pada sinyal. Setiap unit ADC dapat mengakses banyak channel input yang terhubung ke berbagai pin GPIO, sehingga memungkinkan pembacaan berbagai sensor secara fleksibel. ADC pada STM32 G474RE juga dilengkapi dengan fitur scan mode untuk membaca beberapa channel secara berurutan, serta mode continuous conversion yang memungkinkan pembacaan data secara terus-menerus tanpa intervensi CPU. Selain itu, terdapat injected channel yang berfungsi sebagai channel prioritas untuk kebutuhan real-time. ADC ini juga mendukung berbagai sumber trigger, seperti timer (TIM) atau sinyal eksternal, sehingga dapat disinkronkan dengan modul lain seperti PWM untuk aplikasi kontrol tertutup (closed-loop). Proses konversi dilakukan melalui tahap sampling dan quantization, dengan hasil akhir disimpan pada register data ADC. Dengan fitur-fitur tersebut, ADC pada STM32 G474RE sangat cocok digunakan dalam aplikasi seperti pembacaan sensor, monitoring tegangan, serta sistem kendali berbasis sinyal analog yang membutuhkan kecepatan dan presisi tinggi.

1.3.2 PWM

PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan

mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang

tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli

yang belum termodulasi.

Duty Cycle adalah perbandingan antara waktu ON (lebar pulsa High) dengan

perioda. Duty Cycle biasanya dinyatakan dalam bentuk persen (%).

Gambar 1. Duty Cycle

Duty Cycle

= tON / ttotal

Ton

= Waktu ON atau Waktu dimana tegangan keluaran

berada pada posisi tinggi (high atau 1)

Toff

= Waktu OFF atau Waktu dimana tegangan keluaran

berada pada posisi rendah (low atau 0)

Ttotal

= Waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton dengan Toff

atau disebut juga dengan “periode satu gelombang”

PWM pada STM32 dihasilkan menggunakan timer internal yang berfungsi

sebagai penghitung waktu dengan berbagai mode operasi. Mikrokontroler ini

memiliki empat timer 16-bit (TIM1–TIM4), yang dapat dikonfigurasi untuk

menghasilkan sinyal dengan frekuensi dan duty cycle tertentu. Timer bekerja

dengan menghitung hingga nilai tertentu

berdasarkan frekuensi clock, lalu mengubah status register untuk menghasilkan

gelombang persegi.

STM32 memiliki 15 pin yang mendukung PWM, beberapa di antaranya

berasal dari timer tingkat lanjut seperti TIM1, yang memiliki fitur tambahan

seperti complementary output. Selain menghasilkan sinyal PWM, timer juga bisa

digunakan untuk mengukur sinyal eksternal (input capture), menghasilkan sinyal

berbasis waktu (output compare), dan membuat satu pulsa berdasarkan trigger (one pulse mode). PWM sering digunakan untuk mengontrol kecepatan motor,

mengatur kecerahan LED, dan berbagai aplikasi berbasis waktu lainnya.

Pada STM32 Nucleo G474RE, PWM dihasilkan melalui blok timer (TIM)

yang terdiri dari beberapa jenis, seperti advanced-control timer (TIM1, TIM8),

general-purpose timer (TIM2–TIM5), dan basic timer. Setiap timer memiliki

beberapa channel yang dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM,

sehingga memungkinkan banyak output PWM dikendalikan secara bersamaan

pada berbagai pin GPIO. Timer pada STM32 G474RE umumnya memiliki

resolusi hingga 16-bit atau lebih (tergantung jenis timer), dilengkapi dengan

prescaler untuk pengaturan frekuensi yang presisi, serta register pembanding

(CCR) untuk mengatur duty cycle dari 0–100%.

Selain itu, setiap channel PWM dapat dikonfigurasi secara independen, baik

dalam mode edge-aligned maupun center-aligned, sehingga cocok untuk aplikasi

seperti kontrol motor dan konversi daya. STM32 G474RE juga mendukung fitur

lanjutan seperti complementary output, dead-time insertion, break input, dan

sinkronisasi antar timer, yang sangat penting dalam sistem power electronics dan

inverter. Pengaturan PWM dapat dilakukan secara fleksibel melalui register timer

atau menggunakan library seperti HAL/LL, serta dapat diaktifkan atau dihentikan

secara terpusat, memungkinkan sinkronisasi beberapa sinyal PWM untuk aplikasi

yang lebih kompleks dan presisi tinggi.

1.3.3 INTERRUPT

Interrupt adalah mekanisme yang memungkinkan suatu instruksi atau

perangkat I/O untuk menghentikan sementara eksekusi normal prosesor agar dapat

diproses lebih dulu seperti memiliki prioritas tertinggi. Misalnya, saat prosesor

menjalankan tugas utama, ia juga dapat terus memantau apakah ada kejadian atau

sinyal dari sensor yang memicu interrupt. Ketika terjadi interrupt eksternal,

prosesor akan menghentikan sementara tugas utamanya untuk menangani

interrupt terlebih dahulu, kemudian melanjutkan eksekusi normal setelah selesai menangani interrupt tersebut. Fungsi yang menangani interrupt disebut Interrupt

Service Routine (ISR), yang dieksekusi secara otomatis setiap kali interrupt

terjadi.

Pada STM32F103C8, semua pin GPIO dapat digunakan sebagai pin

interrupt, berbeda dengan Arduino Uno yang hanya memiliki pin tertentu

(misalnya pin 2 dan 3). Untuk mengaktifkan interrupt di STM32 menggunakan

Arduino

IDE,

digunakan fungsi

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode). Parameter pin

menentukan pin mana yang digunakan untuk interrupt, ISR adalah fungsi yang

dijalankan saat interrupt terjadi, dan mode menentukan jenis perubahan sinyal

yang memicu interrupt. Mode yang tersedia adalah RISING (dari LOW ke

HIGH), FALLING (dari HIGH ke LOW), dan CHANGE (baik dari LOW ke

HIGH maupun HIGH ke LOW). Saat menggunakan lebih dari satu interrupt

secara bersamaan, terkadang perlu memperhatikan batasan tertentu dalam

pemrograman.

Pada STM32 Nucleo G474RE, sistem interrupt merupakan mekanisme

yang memungkinkan mikrokontroler merespons suatu kejadian (event) secara

langsung tanpa harus terus-menerus melakukan polling. Dengan interrupt, CPU

dapat menghentikan sementara proses utama untuk menjalankan fungsi khusus

yang disebut Interrupt Service Routine (ISR), sehingga meningkatkan efisiensi

dan respons sistem secara real-time.

STM32 G474RE menggunakan NVIC (Nested Vectored Interrupt

Controller) untuk mengatur berbagai sumber interrupt, seperti dari timer (TIM),

ADC, UART, GPIO (external interrupt), dan periferal lainnya. Setiap sumber

interrupt memiliki prioritas tertentu yang dapat diatur, sehingga memungkinkan

penanganan beberapa interrupt secara bersamaan (nested interrupt). Selain itu,

sistem ini mendukung preemption dan subpriority untuk pengelolaan interrupt

yang lebih kompleks.

Interrupt dapat dipicu oleh berbagai kondisi, seperti perubahan logika pada pin GPIO (EXTI), selesainya konversi ADC, overflow pada timer, atau

penerimaan data komunikasi. Ketika interrupt terjadi, program akan lompat ke

ISR yang sesuai, kemudian setelah selesai, eksekusi akan kembali ke program

utama. STM32 G474RE juga menyediakan fitur enable/disable interrupt secara

fleksibel melalui register maupun library seperti HAL.

Dengan adanya interrupt, STM32 G474RE sangat cocok untuk aplikasi

real-time seperti sistem kendali, monitoring sensor, komunikasi data, dan

otomasi, karena mampu merespons kejadian penting dengan cepat tanpa

membebani CPU secara terus-menerus. 

1.3.2 STM 32 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

Gambar 3. PinOut STM32 Nucleo G4

Parameter	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
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

1.3.3 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

Parameter	Spesifikasi
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

A. 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)STM32F103C8

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.

5. Percobaan [kembali]