VIDEO PRAKTEK SENSOR PENDETEKSI LOGAM

MSST (Mengoprasikan Sistem Sensor Tranduser) 

MSST Merupakan salah satu mata diklat SMKN 3 yang terdapat pada bidang keahlian Teknik Kelistrikan Otomasi Industri , di dalam pelajaran ini kami siswa TOI di ajarkan mengenai cara kerja dan cara mengaplikasikan sensor yang di dalamnya juga terdapat tranduser . Banyak sekali sensor yang kami pelajari yaitu , sensor asap, sensor suhu, sensor level air, limit swict, sensor cahaya, sensor logam, dll.

Dalam blog ini saya akan menjelasan salah satu sensor yang kami pelajari yaitu sensor logam atau detektor logam .

Detektor Logam

Alat detektor logam adalah alat yang mampu mendeteksi keberadaan logam dalam jarak tertentu. Alat detektor logam ini sangat berguna atau biasa digunakan oleh petugas keamanan untuk memastikan setiap orang yang akan memasuki area tertentu bebas dari benda berbahaya seperti pistol, bom ataupun senjata tajam, alat detektor logam juga biasa digunakan oleh para arkeolog yaitu untuk mencari benda benda logam di bawah tanah, atau bisa juga sekedar hobby untuk mencari barang-barang logam di bawah tanah. Ada juga dunia industri yang menggunakan alat pendetksi logam ini, misalnya untuk mengetahui jalur pia bawah tanah, jalaur kabel bawah tanah, dll.
Berikut video praktek pemasangan kontrol pendeteksi logam :

detektor logam juga sering di gunakan pada tempat-tempat seperti bandara dan dermaga kapal , karena untuk mendeteksi benda-benda tajam yang membahayakan orang .

gambar sensor logam

Bahan yang di gunakan untuk membuat rangkaian kontrol detektor logam pada trainer adalah sebagai berikut :

1. MCB 1 PHASE
 



2. POWER SUPPLY 24VDC




3. Relay 24 VDC




4.Sensor LOGAM







5. Lampu indikator





6. Bazer

Itulah alat-alat yang di gunakan untuk membuat rangkaian kontrol detektor logam di trainer yang menggunakan dua sumber tegangan yaitu AC 220 V dan DC 24 V .
Sumber tegangan AC di gunakan untuk menghidupkan Bazer dan Lampu indikator , sedangkan tegangan DC di gunakan untuk menghidupkan Sensor dan Relay .

Sekian yang dapat saya jelaskan tentang detektor logam , semoga blog yang saya buat mengenai detektor logam ini bermanfaat untuk menambah pengetahuan anda . Terima Kasih .

MOTOR LISTRIK

Pada artikel “klasifikasi mesin listrik”, Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor listrik,kipas angin).

Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 1), yaitu:
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:
• Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.


Gambar 1. Prinsip Dasar Kerja Motor Listrik.

JENIS MOTOR LISTRIK

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.


Gambar 2. Klasifikasi Motor Listrik.

1. Motor DC/Arus Searah
Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.


Gambar 3. Motor DC.

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya elektromagnetik: E = KΦN

Torsi: T = KΦIa

Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Gambar 4. Karakteristik Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).

Gambar 5. Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC Kompon/Gabungan.
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

Gambar 6. Karakteristik Motor DC Kompon.

2. Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik

a. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Ns = 120 f / P

Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub

Gambar 7. Motor Sinkron.

b. Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .

Klasifikasi motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Gambar 8. Motor Induksi.

Kecepatan motor induksi

Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/slip ring motor”.

Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):

% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100

Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM

Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi


Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.

Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
• Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (“pull-up torque”).
• Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
• Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol.

PLC omron CPM1A

Tiap-tiap PLC pada dasarnya merupakan sebuah mikrokontroller yang dilengkapi dengan peripheral yang dapat berupa masukan digital, keluaran digital atau relai. Perangkat lunak program-nya yang seringkali digunakan yaitu diagram tangga atau ladder diagram. CPM1A merupakan PLC produk dari Omron. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan gambar PLC Omron CPM1A.

Sebagaimana terlihat pada gambar, selain adanya indikator keluaran dan masukan, terlihat juga adanya 4 macam lampu indicator, yaitu PWR, RUN, ERR/ALM, dan COMM. Arti masing-masing lampu indicator tersebut ditunjukkan pada table di bawah ini.

STRUKTUR DAN OPERASIONAL PLC OMRON CPM1A

STRUKTUR UNIT CPU

Struktur internal dari unit CPU terdiri atas beberapa bagian seperti memori I/O, program, rangkaian masukan, rangkaian keluaran dan lain sebagainya.

Memori I/O

Program akan membaca dan menulis data pada area memori ini selama eksekusi. Beberapa bagian dari memori merupakan bit yang mewakili status masukan dan keluaran PLC. Beberapa bagian dari memori I/O akan dihapus saat PLC dihidupkan dan beberapa bagian lainnya tidak berubah (karena ada dukungan baterai).

Program

Merupakan program yang ditulis oleh pengguna. CPM1A menjalankan program secara siklus. Program itu sendiri dapat dibagi dua bagian : bagian ‘program utama’ yang dijalankan secara siklus dan bagian ‘program interupsi’ yang akan dijalankan saat terjadi interupsi yang bersangkutan. 

Setup PC

Setup PC mengandung berbagai macam parameter awalan (startup) dan operasional. Parameter tersebut hanya dapat diubah melalui piranti pemrograman saja, tidak dapat diubah melalui program. Beberapa parameter dapat diakses hanya pada saat PLC dihidupkan, sedangkan beberapa parameter yang lain dapat diakses secara rutin walaupun PLC dimatikan.

Saklar Komunikasi

Saklar komunikasi menentukan apakah port peripheral dan RS-232C yang bekerja dengan pengaturan komunikasi yang ada di dalam setup PC.

MODE KERJA

Unit PLC CPM1A dapat bekerja dalam tiga mode : PROGRAM, MONITOR, dan RUN. Hanya satu mode kerja saja yang aktif pada saat yang bersamaan. 

Mode Program

Program atau diagram tangga tidak dapat berjalan dalam mode program ini. Mode ini digunakan untuk melakukan beberapa operasi dalam persiapan eksekusi program : 

1. Mengubah parameter-parameter inisial/operasi sebagaimana terdapat di dalam setup PC. 
2. Menulis, menyalin, atau memeriksa program. 
3. Memeriksa pengkabelan dengan cara memaksa bit-bit I/O ke kondisi set atau reset. 

Mode Monitor

Program atau diagram tangga berjalan dalam mode monitor ini dan beberapa operasi dapat dilakukan. Secara umum, mode monitor digunakan untuk melacak kesalahan, operasi pengujian, dan melakukan penyesuaian:  

1. Pengeditan on-line. 
2. Mengawasi memori I/O selama PLC beroperasi. 
3. Memaksa set atau reset bit-bit I/O, mengubah nilai-nilai dan mengubah nilai saat PLC beroperasi. 

Mode Run

Program atau diagram tangga dijalankan dengan kecepatan normal pada mode run ini. Operasi seperti pengeditan on-line, memaksa set atau reset bit-bit I/O, dan mengubah nilai-nilai tidak dapat dilakukan dalam mode ini, tetapi status dari bit I/O dapat diawasi. 

STRUKTUR MEMORI PLC OMRON CPM1A

Beberapa bagian dalam memori PLC Omron CPM1A memiliki fungsi-fungsi khusus. Masing-masing lokasi memori memiliki ukuran 16-bit atau 1 word, beberapa word membentuk daerah dan masing-masing daerah inilah yang membentuk fungsi-fungsi khusus. 

Daerah IR

Bagian memori ini digunakan untuk menyimpan status keluaran dan masukan PLC. Beberapa bit berhubungan langsung dengan terminal masukan dan keluaran PLC (terminal sekrup). Untuk CPM1A masing-masing bit IR000 berhubungan langsung dengan terminal masukan, misalnya IR000.00 berhubungan langsung dengan terminal masukan ke-1, dan begitu seterusnya. 

Daerah IR terbagi atas tiga macam area :

1. Area masukan (Input Area) 
2. Area keluaran (Output Area) 
3. Area kerja (Work Area)

Daerah SR

Merupakan bagian khusus dari lokasi memori yang digunakan sebagai bit-bit control dan status (flag), digunakan paling sering untuk pencacah dan interupsi. Misalnya, SR250 memiliki bit nomor 00 hingga 15, digunakan sebagai pengaturan kontrol analog 0, dalam hal ini SR250 digunakan untuk menyimpan BCD 4-digit dari pengaturan kontrol analog 0. 

Daerah TR

Saat pindah ke sub-program selama eksekusi program, maka semua data yang terkait hingga batasan return sub-program akan disimpan dalam daerah TR ini. Hanya terdapat 8 bit yaitu TR0 hingga TR7 untuk CPM1A. 

Daerah HR

Bit-bit pada daerah HR ini digunakan untuk menyimpan data dan tidak akan hilang walaupun PLC sudah tidak mendapatkan catu daya atau PLC sudah dimatikan, karena menggunakan baterai. Untuk CPM1A, daerah ini terdiri dari 20 word, HR00 hingga HR19 atau 320 bit, HR00.00 hingga HR19.15. Bit-bit HR ini bebas digunakan dalam program sebagaimana bit-bit kerja. 

Daerah AR

Daerah yang digunkan untuk menyimpan bit-bit kontrol dan status, seperti status PLC, kesalahan, waktu system, dan lain sejenisnya. Daerah AR juga dilengkapi baterai, sehingga data kontrol maupun status tetap akan tersimpan walaupun PLC sudah dimatikan. Untuk CPM1A, daerah ini terdiri dari 16 word, AR00 hingga AR15 atau 256 bit, AR00.00 hingga AR15.15. Misalnya AR08 bit 00 hingga 03 digunakan untuk menyimpan kode kesalahan port RS232 dengan ketentuan tiap bit : 

1. 00 – normal 
2. 01 – kesalahan paritas 
3. 02 – kesalahan frame 
4. 03 – kesalahan overrun 

Daerah LR

Digunakan sebagai pertukaran data saat dilakukan koneksi atau hubungan dengan PLC yang lain. Untuk CPM1A, daerah ini terdiri dari 16 word, LR00 hingga LR15 atau 256 bit. LR00.00 hingga LR15.15. 

Daerah Pewaktu/Pencacah (Timer/Counter) – T/C Area

Daerah ini digunakan untuk menyimpan nilai-nilai pewaktu atau pencacah. Untuk CPM1A terdapat 128 lokasi (TC000 hingga TC127). 

Daerah DM

Berisikan data-data yang terkait dengan pengaturan komunikasi dengan komputer dan data pada saat ada kesalahan. Daerah DM terbagi lagi menjadi 4 area : 

Read/Write : Area DM hanya bisa diakses dalam satuan word saja. Nilai yang tersimpan akan tetap tersimpan walaupun PLC dimatikan.

Error Log : Digunakan untuk menyimpan kode kesalahan (error) yang muncul. Dapat digunakan sebagai DM baca/tulis jika fungsi pencatat kesalahan tidak digunakan.

Read-only : Tidak dapat ditumpangi data lain untuk program.

PC Setup : Digunakan untuk menyimpan berbagai parameter yang mengontrol operasi PLC.

Microprosesor Zilog-80

ZILOG Z80

Salah satu mikroprosesor Z80 pertama kali dibuat, cap tanggal dari bulan Juni 1976.

Sebuah CMOS Z80 dalam QFP paket.

The Z80 Zilog adalah 8-bit mikroprosesor yang dirancang dan dijual oleh Zilog dari Juli 1976 dan seterusnya. Ia banyak digunakan baik di desktop dan embedded komputer desain serta untuk keperluan militer. The Z80 dan turunannya dan klon membentuk salah satu yang paling umum digunakan CPU keluarga sepanjang masa, dan, bersama dengan Teknologi MOS 6502 keluarga, mendominasi pasar-bit microcomputer 8 dari akhir 1970-an ke pertengahan 1980-an.

Walaupun Zilog melakukan upaya-upaya awal dengan maju komputer mini- seperti versi arsitektur-Z80 ( Z800 dan Z280 ), chip ini tidak pernah tertangkap. Perusahaan ini juga berusaha keras di workstation pasar dengan perusahaan Z8000 dan 32-bit Z80000 (keduanya tidak terkait dengan Z80). Dalam beberapa dekade terakhir Zilog kembali memfokuskan pada pasar yang terus berkembang untuk embedded system (untuk yang asli dan Z80 Z180 dirancang) dan yang paling baru Z80-kompatibel mikrokontroler keluarga, sepenuhnya pipelined 24-bit eZ80 dengan linear 16 MB address kisaran, telah berhasil diperkenalkan samping Z180 sederhana dan produk Z80.

Zilog Z80 lisensi desain untuk setiap perusahaan ingin membuat perangkat bebas royalti  meskipun banyak produsen Eropa Timur dan Rusia membuat salinan yang tidak berlisensi. Hal ini memungkinkan perusahaan kecil itu produk untuk mendapatkan penerimaan di pasar dunia sejak sumber kedua dari perusahaan jauh lebih besar seperti Toshiba mulai memproduksi perangkat. Akibatnya, Zilog telah membuat kurang dari 50% dari Z80s sejak konsepsi.

Sejarah Singkat dan ikhtisar

Sebuah Mei 1976 iklan untuk mikroprosesor Zilog Z-80 8-bit.

The Z80's asli DIL40 pinout paket chip.

Z80 itu muncul ketika Federico Faggin , setelah bekerja pada 8080 , meninggalkan Intel pada akhir tahun 1974 untuk Zilog ditemukan dengan Ralph Ungermann , dan dengan Juli 1976 mereka memiliki Z80 di pasar. Hal ini dirancang untuk menjadi biner kompatibel dengan Intel 8080 sehingga sebagian kode 8080, terutama CP / M sistem operasi , akan berjalan tidak dimodifikasi di atasnya. Masatoshi Shima , co-desainer dari 4004 dan 8080 juga memberikan kontribusi terhadap perkembangan Z80 yang .

Z80 menawarkan perbaikan nyata banyak selama 8080:

• Sebuah ditingkatkan instruksi set termasuk manipulasi bit, pindah blok, blok I / O, dan instruksi pencarian byte
• Baru IX dan IY register indeks dengan instruksi untuk dasar langsung + offset pengalamatan
• Sebuah sistem yang lebih baik mengganggu
• Yang lebih otomatis dan umum sistem mengganggu vektoralisasi , modus 2, serta vektor tetap sistem interrupt, modus 1, untuk sistem sederhana dengan hardware minimal (mode 0 sebagai modus 8080-kompatibel).
• Sebuah non maskable interrupt (NMI) yang dapat digunakan untuk merespon untuk mematikan situasi dan / atau peristiwa prioritas tinggi lainnya (dan memungkinkan sistem Z80 minimalis dengan mudah menerapkan tingkat mengganggu skema-dua dalam mode 1).
• Dua terpisah file mendaftar , yang dapat cepat diaktifkan, untuk mempercepat respon terhadap interupsi
• Kurang hardware yang dibutuhkan untuk catu daya, pembangkit jam dan interface ke memori dan I / O
• Single 5 Volt power supply (yang dibutuhkan-5V 8080 / +5 V / +12 V)
• Fasa-tunggal 5 jam V (8080 diperlukan -fase tinggi-amplitudo jam dua generator)
• Built-in DRAM refresh mekanisme yang seharusnya harus disediakan oleh sirkuit eksternal
• Non-multiplexing bus (yang 8080 telah negara-sinyal multiplexing ke data bus)

Z80 mengambil alih dari 8080 dan keturunannya, yang 8085 , di pasar prosesor, dan menjadi salah satu bit CPU 8-yang paling populer. Mungkin kunci keberhasilan awal yang Z80 adalah built-in refresh DRAM, dan fitur lainnya yang memungkinkan sistem akan dibangun dengan dukungan chip lebih sedikit (di kemudian hari, sistem Z80 sebagian besar telah embedded system , yang biasanya menggunakan RAM statis dan karenanya tidak membutuhkan refresh ini).

Untuk yang asli NMOS desain, frekuensi clock ditentukan batas atas berturut-turut meningkat dari 2,5 pengantar MHz , melalui terkenal 4 MHz (Z80A), sampai dengan 6 (Z80B) dan 8 MHz (Z80H). A CMOS versi juga dikembangkan dengan batas frekuensi tertentu berkisar dari 4 MHz hingga 20 MHz untuk versi yang dijual hari ini. Versi CMOS juga memungkinkan sebuah-daya tidur rendah dengan keadaan internal saldo (tidak memiliki batas frekuensi yang lebih rendah). The derivatif sepenuhnya kompatibel HD64180 / Z180 dan eZ80 saat ini ditentukan untuk sampai dengan 33 dan 50 MHz masing.

Deskripsi Teknis

model Programming dan register set

Model pemrograman dan register set yang konvensional dan mirip dengan yang berhubungan x86 keluarga. The 8080 register kompatibel AF, BC, DE, HL merupakan duplikasi sebagai dua bank terpisah dalam Z80, di mana prosesor dapat dengan cepat beralih dari satu bank ke bank yang lain, fitur berguna untuk mempercepat tanggapan untuk tunggal tingkat prioritas tinggi menyela. Fitur ini hadir dalam Datapoint 2200 tetapi tidak dilaksanakan oleh Intel pada 8008. The-register set dual masuk akal sebagai Z80 (seperti kebanyakan mikroprosesor pada waktu itu) benar-benar ditujukan untuk tertanam digunakan, bukan untuk komputer pribadi, atau belum-to-be diciptakan komputer rumah . Hal ini juga ternyata cukup berguna untuk manual assembly sangat dioptimalkan coding. Beberapa perangkat lunak, terutama game untuk MSX , Sinclair ZX Spectrum dan berdasarkan Z80 perakitan komputer lain mengambil optimasi Z80 untuk tingkat yang agak ekstrim, menggunakan register digandakan antara lain.

Arsitektur Z80.

Register

Seperti pada 8080, 8-bit register biasanya digabungkan untuk menyediakan versi 16-bit. 8080 register yang kompatibel adalah:

• AF - 8-bit akumulator (A) dan bit bendera (F) membawa, nol, minus, paritas / overflow, setengah membawa (digunakan untuk BCD ), dan sebuah Tambah / Kurangi bendera (biasanya disebut N) juga untuk BCD
• SM - 16-bit data / alamat mendaftar atau dua register 8-bit
• DE - 16-bit data / alamat mendaftar atau dua register 8-bit
• HL - 16-bit akumulator / alamat mendaftar atau dua register 8-bit
• SP - stack pointer, 16 bit
• PC - program counter, 16 bit

Register baru yang diperkenalkan dengan Z80 adalah:

• IX - indeks 16-bit atau register dasar untuk kompensasi langsung 8-bit
• IY - indeks 16-bit atau register dasar untuk kompensasi langsung 8-bit
• I - vektor base register interupsi, 8 bit
• R - DRAM refresh counter, 8 bit ( MSB tidak masuk hitungan)
• AF '- alternatif (atau bayangan) akumulator dan bendera (toggle dalam dan keluar dengan EX AF, AF')
• BC, DE, dan HL '- alternatif (atau bayangan) register (toggle masuk dan keluar dengan EXX)
• Empat bit status mengganggu dan status modus interrupt

Tidak ada akses langsung ke register alternatif, melainkan dua instruksi khusus, EX AF, AF 'dan EXX,setiap matikan salah satu dari dua multiplexer flip-flop ; ini memungkinkan switch konteks cepat untuk rutin layanan interupsi: EX AF, AF 'mungkin digunakan sendiri (untuk dan cepat mengganggu rutinitas sederhana benar-benar) atau bersama-sama dengan EXX untuk menukar seluruh AF, BC, DE, HL disusun; masih jauh lebih cepat daripada menekan register yang sama pada lebih lambat (, lebih rendah prioritas stack, atau multi level interrupts biasanya menggunakan stack untuk register toko).

Register refresh, R, kenaikan setiap kali CPU mengambil suatu opcode (atau opcode prefix) dan karena itu tidak ada hubungan sederhana dengan pelaksanaan program. Ini kadang-kadang digunakan untuk menghasilkan pseudorandom nomor dalam permainan, dan juga dalam skema perlindungan perangkat lunak. Ini juga telah digunakan sebagai "perangkat keras" counter di beberapa desain, sebuah contoh yang terkenal dari hal ini adalah ZX81 , yang memungkinkan itu melacak posisi karakter pada layar TV dengan memicu interrupt pada membungkus di sekitar (dengan menghubungkan INT untuk A6) .

Register vektor interupsi, saya, digunakan untuk mode 2 Z80 spesifik interupsi (dipilih oleh IM 2 instruksi). Ini pasokan byte tinggi dari alamat dasar untuk masuk meja 128 dari service rutin alamat yang dipilih melalui pointer yang dikirim ke CPU dalam suatu interupsi mengakui siklus; rendah byte dasar alamat tetap nol. itu pointer ini mengidentifikasi chip perifer tertentu dan / atau fungsi perifer atau peristiwa, di mana chip biasanya terhubung dalam disebut rantai daisy untuk resolusi prioritas. Seperti register refresh, register ini juga kadang digunakan kreatif, dalam mode mengganggu 0 dan 1 dapat digunakan sebagai data lain hanya 8-bit register.

Bahasa assembly Z80

Latar Belakang - yang Datapoint 2200 dan Intel 8008

Yang pertama Intel 8008 bahasa assembly didasarkan pada a) sintaks sederhana (namun sistematis sangat diwarisi dari 2200 Datapoint desain. Ini sintaks asli kemudian berubah menjadi bentuk baru yang agak lebih tradisional, bahasa assembly untuk chip yang asli yang sama 8008. Pada waktu yang sama, bahasa assembly baru ini juga diperluas untuk mengakomodasi mengatasi kemungkinan ditambahkan dalam Intel 8080 chip lebih maju (yang 8008 dan 8080 sama-sama memiliki subset bahasa tanpa biner yang kompatibel, sedangkan 8008 sebenarnya kompatibel biner dengan Datapoint 2200 Namun).

Dalam proses ini, L mnemonik, untuk LOAD, digantikan oleh berbagai singkatan dari kata-kata LOAD, STORE dan PINDAHKAN, bercampur dengan huruf simbolik lainnya. Huruf M mnemonic, untuk memori (direferensikan oleh HL), diangkat keluar dari dalam instruksi mnemonic untuk menjadi sintaksis berdiri bebas operan, sedangkan register dan kombinasi dari register menjadi sangat tidak konsisten dinotasikan; baik oleh operan disingkat (MVI D, LXI H dll ),. dalam instruksi mnemonic itu sendiri (LDA, LHLD dll), atau keduanya pada waktu yang sama (LDAX B, Stax D dll).

Datapoint 2200 & i8008	i8080	Z80	i8086/i8088
ca -1973	ca 1974	1976	1978
LBC	MOV B,C	LD B,C	MOV BL,CL
--	LDAX B	LD A,(BC)	MOV AL,[BX]
LAM	MOV A,M	LD A,(HL)	MOV AL,[BP]
LBM LBM	MOV B,M	LD B,(HL)	MOV BL,[BP]
-- -	STAX D	LD (DE),A	-- -
LMA	MOV M,A	LD (HL),A	MOV [BP],AL
LMC	MOV M,C	LD (HL),C	MOV [BP],CL
LDI 56	MVI D,56	LD D,56	MOV DL,56
LMI 56	MVI M,56	LD (HL),56	MOV byte ptr [BP],56
-- -	LDA 1234	LD A,(1234)	MOV AL,[1234] MOV
-- -	STA 1234	LD (1234),A	MOV [1234],AL
-- -	-- -	LD B,(IX+56)	MOV BL,[SI+56]
-- -	-- -	LD (IX+56),C	MOV [SI+56],CL
-- -	-- -	LD (IY+56),78	MOV byte ptr [DI+56],78
-- -	LXI B,1234	LD BC,1234	MOV BX,1234
-- -	LXI H,1234	LD HL,1234	MOV BP,1234
-- -	SHLD 1234	LD (1234),HL	MOV [1234],BP
-- -	LHLD 1234	LD HL,(1234)	MOV BP,[1234]
-- -	-- -	LD BC,(1234)	MOV BX,[1234]
-- -	-- -	LD IX,(1234)	MOV SI,[1234]

Ilustrasi dari empat sintaks, menggunakan sampel setara, atau (untuk 8086), beban dan menyimpan instruksi serupa sangat. ^[23]

Sintaks baru

 Intel telah mengklaim hak cipta pada mnemonik perakitan mereka. Namun lain sintaks perakitan Oleh karena itu dikembangkan, namun kali ini dengan pendekatan yang lebih sistematis:

• Semua register dan pasangan mendaftar secara eksplisit dinotasikan dengan nama lengkap mereka
• kurung Round secara konsisten digunakan untuk menunjukkan "isi memori di" (tipuan, atau dereferencing pointer) dengan perkecualian beberapa instruksi lompat.
• Semua instruksi load dan store menggunakan nama mnemonic yang sama, LD, untuk LOAD (kembali ke kosa kata sederhana Datapoint 2200); instruksi umum lainnya, seperti ADD, INC dll, menggunakan mnemonic yang sama tanpa memandang mode pengalamatan atau ukuran operan. \Hal ini dimungkinkan karena operan sendiri membawa informasi yang cukup.

Prinsip-prinsip ini membuat mudah untuk menemukan nama dan bentuk untuk semua instruksi Z80 baru, serta orthogonalizations dari yang lama, seperti LD SM, (1234) di atas.

Ini adalah untuk melihat kemiripan antara Z80 dan 8086 sintaks, seperti yang digambarkan oleh meja. Selain perbedaan penamaan, dan meskipun perbedaan tertentu dalam struktur register dasar, keduanya hampir isomorf untuk sebagian besar instruksi. Apakah hal ini disebabkan beberapa pengaruh yang umum pada kedua tim desain (di atas 8080 , seperti PDP-11 ), sifat kompetitif dari relasi antara dua desain, atau mungkin hanya soal selera, adalah, sejauh ini, tidak menentu.

Instruksi set dan pengkodean

Z80 menggunakan 252 dari 256 kode yang tersedia sebagai opcode byte tunggal ("root instruksi"); empat kode yang tersisa digunakan secara luas sebagai prefiks opcode: CB dan ED memungkinkan instruksi tambahan dan DD atau FD memilih IX + d atau IY + d masing-masing (dalam beberapa kasus tanpa perpindahan d) di tempat HL. Skema ini memberikan Z80 dengan sejumlah besar permutasi dari instruksi dan register; Zilog mengkategorikan ini ke dalam 158 berbeda "jenis instruksi", 78 yang sama dengan orang-orang dari Intel 8080 (memungkinkan pengoperasian 8080 program pada sebuah Z80 ). Dokumentasi Zilog kelompok instruksi lebih lanjut ke dalam kategori berikut:

• 8-bit aritmatika dan operasi logika
• 16-bit aritmatika
• 8-bit beban
• 16-bit beban
• Bit set, reset, dan uji
• Panggil, kembali, dan restart
• Pertukaran, transfer blok, dan mencari
• Tujuan umum aritmatika dan kontrol CPU
• Input dan output
• Langsung
• Putar dan shift

Tidak ada instruksi biak tersedia di Z80 asli. ukuran berbeda dan varian penambahan, pergeseran, dan berputar agak berbeda memiliki efek pada bendera karena mempengaruhi sifat-bendera 8080 disalin. Load instruksi tidak mempengaruhi bendera (kecuali untuk tujuan khusus I dan beban mendaftar R). Indeks register instruksi yang berguna untuk mengurangi ukuran kode, dan, sementara beberapa dari mereka tidak jauh lebih cepat daripada "setara" urutan operasi sederhana, mereka juga menghemat waktu pelaksanaan tidak langsung dengan mengurangi kebutuhan untuk menyimpan dan memulihkan register. ^[28] Demikian pula , instruksi untuk penambahan 16-bit tidak terlalu cepat (11 jam) di Z80 asli, tetap saja, mereka sekitar dua kali lebih cepat melakukan perhitungan yang sama dengan menggunakan operasi 8-bit, dan tak kalah penting, mereka mengurangi penggunaan mendaftar.

petunjuk berdokumen

register indeks, IX dan IY, yang dimaksudkan sebagai fleksibel pointer 16 bit, meningkatkan kemampuan untuk memanipulasi memori, stack frame dan struktur data. Secara resmi, mereka diperlakukan sebagai 16-bit saja. Pada kenyataannya, mereka diimplementasikan sebagai sepasang pasangan bit register-8, dalam cara yang sama seperti register HL, yang dapat diakses baik sebagai 16 bit atau secara terpisah sebagai igh register H dan L ow. Bahkan opcode biner (bahasa mesin) itu identik, tetapi didahului dengan kode opcode baru. Zilog menerbitkan opcode dan mnemonik terkait untuk fungsi dimaksud, tapi tidak dokumen fakta bahwa setiap opcode yang memungkinkan manipulasi H dan register L juga sama berlaku untuk bagian 8 bit dari register IX dan IY. Sebagai contoh, 26h opcode diikuti oleh nilai byte segera (LD H, n) akan memuat bahwa nilai ke dalam register H. Sebelumnya instruksi ini dua-byte dengan register IX awalan opcode DD, malah akan menghasilkan 8 bit paling signifikan dari register IX yang sarat dengan nilai yang sama. Sebuah pengecualian untuk ini akan instruksi sama dengan LD H, (IX + d) yang menggunakan kedua HL dan IX atau register IY dalam instruksi yang sama; ^[30] dalam hal ini awalan DD hanya diterapkan pada ( IX + d) bagian instruksi.

Ada beberapa petunjuk lain juga tidak tercatat.

eksekusi Instruksi

Setiap instruksi dilaksanakan di langkah-langkah yang biasanya disebut siklus mesin (M-siklus), yang masing-masing dapat mengambil antara tiga dan enam periode waktu (T-siklus). ^[32] Setiap M-siklus sesuai kira-kira untuk satu akses memori dan / atau internal operasi. Banyak sebenarnya instruksi akhir selama M1 dari instruksi berikutnya yang dikenal sebagai mengambil / mengeksekusi tumpang tindih.

Contoh instruksi yang khas (R = baca, W = menulis)

Jumlah M-siklus	pengajaran	M1	M2	M3	M4	M5	M6
1	INC BC	opcode
2	ADD A,n	opcode	n
3	ADD HL,DE	opcode	Internal	Internal
4	SET b,(HL)	awalan	Opcode	R(HL), set	W(HL)
5	LD (IX+d),n	awalan	Opcode	d	n,add	W(IX+d)
6	INC (IY+d)	awalan	Opcode	d	Add	R(IY+d),inc	W(IY+d)

Z80 siklus mesin ini adalah sequencing oleh internal mesin negara yang dibangun masing-siklus keluar M 3, 4, 5 atau 6 siklus T-tergantung pada konteks. Hal ini untuk menghindari logika asynchronous rumit dan membuat sinyal kontrol bersikap secara konsisten di berbagai frekuensi clock. Tentu, hal itu juga berarti bahwa kristal frekuensi yang lebih tinggi harus digunakan daripada tanpa ini pembagian siklus mesin (sekitar 2-3 kali lebih tinggi). . Ini tidak berarti persyaratan ketat pada waktu akses memori, bagaimanapun, sebagai jam resolusi tinggi memungkinkan kontrol lebih tepat timing memori dan memori sehingga dapat aktif secara paralel dengan CPU untuk tingkat yang lebih besar (yaitu duduk kurang idle), sehingga lebih efisien menggunakan kinerja memori yang tersedia. Untuk eksekusi instruksi, Z80 menggabungkan dua siklus jam penuh ke waktu akses memori yang lama (M1-sinyal) yang biasanya akan berlangsung hanya sebagian kecil dari lebih lama) jam Siklus (dalam asinkron desain yang lebih (seperti 6800 , atau mirip ).

Memori, terutama EPROM , tetapi juga Flash , umumnya lambat dibandingkan dengan negara sub-siklus mesin (siklus clock) yang digunakan dalam mikroprosesor kontemporer. Siklus mesin terpendek yang aman dapat digunakan dalam desain tertanam karena itu sering dibatasi oleh waktu akses memori, bukan dengan frekuensi CPU maksimum (terutama sehingga selama era komputer di rumah). Namun, hubungan ini perlahan berubah selama dekade terakhir, khususnya mengenai SRAM ; cacheless, satu siklus desain seperti eZ80 Oleh karena itu menjadi jauh lebih berarti baru-baru ini.

peripheral Kompatibel

Zilog memperkenalkan sejumlah bagian perifer untuk Z80, yang didukung sistem penanganan menyela Z80 dan I / O space alamat. Ini termasuk CTC (Counter-Timer-Circuit), yang SIO (Serial Input Output), DMA (Direct Memory Access), dengan PIO (Input Output-Paralel) dan DART (Dual Asynchronous Receiver Transmitter). Sebagai lini produk yang dikembangkan, daya rendah, kecepatan tinggi dan CMOS versi chip ini diproduksi.

Seperti prosesor 8080, 8085 dan 8086, tapi tidak seperti prosesor seperti Motorola MOS Technology 6800 dan 6502, yang Z80 dan 8080 memiliki garis kontrol terpisah dan ruang alamat untuk I / O petunjuk. Sementara beberapa berbasis komputer Z80 digunakan "Motorola-style" memori dipetakan input / output perangkat, biasanya I / O ruang yang digunakan untuk mengatasi salah satu perangkat chip Zilog banyak kompatibel dengan Z80 ini. Zilog I / O chip yang didukung modus baru Z80's 2 potong (lihat uraian di atas) yang disederhanakan penanganan interrupt untuk nomor besar periferal.

'16 bit' berdokumen I / O-menangani

Z80 ini secara resmi digambarkan sebagai mendukung 16-bit (64 KB) menangani memori, dan 8-bit (256 port) I / O-addressing. Melihat dengan hati-hati di manual referensi perangkat keras, dapat dilihat bahwa semua instruksi I / O benar-benar menegaskan bus 16-bit seluruh alamat. OUT (C), reg dan IN reg, (C) tempat isi dari seluruh 16 bit SM mendaftar di bus alamat; OUT (n), A dan IN A, (n) tempat isi A mendaftar di B8-B15 dari bus alamat dan n pada B0-b7 dari bus alamat. Seorang desainer dapat memilih untuk memecahkan kode bus 16 bit seluruh alamat pada I / O operasi dalam rangka mengambil keuntungan dari fitur ini, atau menggunakan setengah tinggi dari bus alamat untuk memilih subfeatures dari perangkat I / O. Fitur ini juga telah digunakan untuk meminimalkan kebutuhan hardware decoding, seperti di BPK Amstrad dan ZX81 .