my paper

1. KAPASITANSI METER DIGITAL MENGGUNAKAN METODE PEMBANDINGAN
FREKUENSI BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Yudhi Andrian1
Email :
yudhi@potensi-utama.ac.id
ABSTRAKSI
Salah satu komponen sederhana namun sangat penting dalam dunia elektronika adalah
kapasitor. Karena pentingnya kapasitor tersebut, maka dibutuhkan suatu alat yang dapat
mengukur nilai (kapasitansi) dari kapasitor sehingga tidak ada kesalahan pada saat
penggunaannya. Hal ini diperlukan karena sering ditemukan kapasitor dengan nilai
sebenarnya yang tidak sesuai dengan nilai yang tertulis pada badan kapasitor itu sendiri,
dan jika dipakai dalam sebuah rangkaian akan menyebabkan ketidaktepatan pada hasil yang
diharapkan. Dibutuhkan suatu alat ukur kapasitansi yang dapat dioperasikan secara mudah,
hasil yang cukup akurat, sederhana dan murah. Pada penelitian ini dirancang alat pengukur
kapasitansi dari kapasitor yang diberi nama Kapasitansi Meter Digital, dengan jangkah ukur
dari 20 nF hingga 100 µF dengan menggunakan metode pembandingan frekuensi. Kapasitor
yang akan diukur dihubungkan menggunakan probe ke rangkaian pembangkit frekuensi.
Rangkaian pembangkit frekuensi ini dirangkai menggunakan rangkaian RC dengan
menggunakan IC gerbang logika NOT. Besarnya frekuensi mengukuti besarnya kapasitor
yang diukur. Frekuensi hasil pengukuran lalu dikalkulasi oleh mikrokontroler dan hasil
kalkulasi ditampilkan dalam satuan mikro farad. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan
tingkat akurasi alat sudah cukup baik, error maksimum hanya 2,27 persen atau akurasinya
mencapai 97,73 persen.
Kata kunci : Kapasitor, Kapasitansi, Kapasitansi meter digital, farad, Perbandingan
Frekuensi, AT89S51.
ABSTRACT
One the simple but very important electronic component in the world is a capacitor. Because
of the importance of the capacitor, it needs an instrument that can measure the value
(capacitance) of the capacitor so that there will be no errors during the use. This is necessary
because it is often found that many capacitors have inappropriate value to the actual value
that is written on the body of the capacitor itself. and if it is used in a circuit, it will cause
inaccuracies in the expected results. It takes a capacitance measurement tool that can be
easily operated, has accurate results, simple and cheap. In this research, A tool for
measuring capacitance of capacitor was designed and named “Digital Capacitance Meter”,
with measuring ranges from 20 nF to 100 μF by using frequency comparation method. The
Capacitor that will be measured is connected by using a probe to a frequency generator
circuit. The Frequency generator circuit is assembled by using RC circuit and NOT logic
gate IC. The Value of frequency follows the capacitors measured. The frequency of the
measurement result then calculated by the microcontroller and the calculated results are
displayed in the micro farad units. From this research, we can conclude that the accuracy of
the tool is good enough, the maximum error is only 2.27 percent or the accuration is 97.73
percent.
Keywords: Capacitor, Capacitance, Digital Capacitance Meter, farad, Frequency
Comparison, AT89S51.
1
Dosen Program Studi Teknik Informatika, STMIK Potensi Utama
Jl. K.L. Yos Sudarso Km 6,5 No. 3A Medan, Telp (061) 6640525

2. PENDAHULUAN
Dalam dunia industri elektronika ditemukan banyak sekali komponen penyusun dan
pendukung untuk membuat suatu rangkaian ataupun alat elektronika. Mulai dari yang paling
sederhana hingga komponen yang cukup rumit, baik dari segi pembuatan maupun
penggunaan atau fungsinya. Komponen-komponen tersebut memiliki ciri dan karakteristik
masing-masing yang berbeda-beda satu dengan yang lainnya, sesuai dengan pembuatan
maupun fungsinya. Suatu komponen selalu penting dan berarti jika ditempatkan dengan benar
sesuai dengan kebutuhan dan sesuai dengan fungsi masing-masing.
Salah satu komponen sederhana namun sangat penting dalam dunia elektronika
adalah kapasitor. Karena pentingnya kegunaan kapasitor tersebut, maka dibutuhkan suatu alat
yang dapat mengukur nilai (kapasitansi) dari suatu kapasitor sehingga tidak ada kesalahan
pada saat penggunaannya. Hal ini diperlukan karena saat ini sering ditemukan kapasitor
dengan nilai sebenarnya yang tidak sesuai dengan nilai yang tertulis pada badan kapasitor itu
sendiri, dan jika dipakai dalam sebuah rangkaian akan menyebabkan ketidaktepatan pada
hasil yang diharapkan. Beberapa jenis alat pengukur telah dipakai untuk mengukur
kapasitansi suatu kapasitor, baik analog maupun alat ukur yang menggunakan metode digital,
namun harganya sangat mahal serta pengoperasian yang rumit. Dibutuhkan suatu alat ukur
kapasitansi yang dapat dioperasikan secara mudah, dan untuk alasan itu maka penulis
berusaha untuk membuat sebuah alat ukur kapasitansi sederhana yang memiliki jangkah ukur
cukup luas, hasil yang cukup akurat, sederhana dan murah. Penulis menamakan alat ini
sebagai Kapasitansi Meter Digital, dengan jangkah ukur dari 20 nF hingga 100 µF dengan
menggunakan metode pembandingan frekuensi. Kapasitor-kapasitor dari jenis keramik, mika,
dan elektrolit dapat diukur dengan menggunakan alat ini.
RANCANGAN SISTEM
Diagram Blok Rangkaian
Diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada
gambar 1. berikut ini:
Gambar 1. Diagram Blok Rangkaian
Cara kerja alat berawal dari saat alat dihidupkan tampilan C METER DIGITAL.
Kapasitor yang akan diukur dihubungkan menggunakan probe ke rangkaian pembangkit
frekuensi. Rangkaian pembangkit frekuensi ini dirangkai menggunakan rangkaian RC dengan
menggunakan IC gerbang logika NOT. Besarnya frekuensi mengukuti besarnya kapasitor
yang diukur. Frekuensi hasil pengukuran lalu dikalkulasi oleh mikrokontroler dan hasil
kalkulasi langsung ditampilkan berupa satuan mikro farad.
Kapasitor
yang akan
diukur
AT89S51
Saklar
selector
LCD
Rangkaian
pembangkit
frekuensi

3. Desain Hardware
Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini berfungsi untuk menghitung nilai kapasitansi dari kapasitor yang
akan diukur, selanjutnya menampilkan hasil perhitungannga ke display LCD.
Kompoen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC
inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan
yang dikehendaki. Dalam menjalankan chip IC mikrokontroler AT89S51
memerlukan komponen elektronika pendukung lainnya. Suatu rangkaian
yang paling sederhana dengan komponen pendukungnya yang minimum
disebut sebagai suatu rangkaian sistem minimum. Sistem minimum ini
berfungsi untuk membuat rangkaian mikrokontroller dapat bekerja, jika
ada komponen yang kurang, maka mikrokontroller tidak akan bekerja.
Dalam perancangan alat ini, sistem minimum mikrokontroler AT89S51
terdiri dari:
1. Chip IC mikrokontroler AT89S51
2. Kristal 12 MHz
3. Kapasitor
4. Resistor
Rangkaian mikrokontroler AT89S51 ditunjukkan pada gambar 2 berikut ini:
Gambar 2 Rangkaian mikrokontroller AT89S51
Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3. Pin
32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8 adalah port
1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin 40 dihubungkan ke
sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini
menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan
mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip
dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi
agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktip. Lamanya
waktu antara aktipnya power pada IC mikrokontroler dan aktipnya program adalah sebesar
perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :
ikFxKRxCt det1,01010 =Ω== µ
Jadi 0,1 detik setelah power aktip pada IC kemudian program aktif.

4. Pada perancangan ini display LCD akan dihubungkan ke PORT 1 dan sisanya di
PORT 0, yaitu P0.0, P0.1 dan P0.2. sedangkan rangkaian osilator dihubungkan ke Port0.7.
Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena
tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD LMB162ABC
karena harganya cukup murah. LCD LMB162ABC merupakan modul LCD dengan tampilan
2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan
mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Gambar 3 berikut
menampilkan hubungan antara LCD dengan port mikrokontroler:
Gambar 3 Rangkaian Skematik dari LCD ke mikrokontroler
Pada gambar rangkaian di atas pin 2 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 1 dan 16
dihubungkan ke Gnd (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin
4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan R/W (Read/Write), pin 6 merupakan
Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data dihubungkan ke
mikrokontroler AT89S51. Fungsi dari potensiometer (R4) adalah untuk mengatur
gelap/terangnya karakter yang ditampilkan pada LCD.
Rangkaian Osilator (Pembangkit gelombang frekuensi)
Rangkaian pembangkit gelombang frekuensi dibentuk menggunakan CMOS gerbang
logika NOT yang dikemas dalam bentuk IC 4069. Bentuk rangkaian pembangkit gelombang
frekuensi dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut:
Gambar 4 Rangkaian pembangkit gelombang frekuensi
Dalam rangkaian ini 2 buah gerbang NOT disusun secara seri dan diberi hambatan
beban rangkaian RC pengatur frekuensi osilasi yang dikonfigurasikan tanpa saluran
pentanahan. Pengaturan ini sangat penting, karena untuk mencegah terjadinya gangguan atau
interferensi sinyal keluaran pembangkit.
Rangkaian pengatur frekuensi osilasi dibentuk menggunakan R1, R2 dan C1. Dengan
menggunakan nilai komponen sesuai Gambar 3.2, dapat dilhat bahwa nilai frekuensi target

5. yang akan dihasilkan oleh rangkaian osilator ditentukan oleh nilai R1, R2 dan C1, nilai
frekuensi tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan 1 sebagai berikut:
RC
f
××
=
2
1
(1)
Untuk menjaga kestabilan frekuensi keluaran rangkaian osilator pada saat
dihubungkan dengan rangkaian penguat awal, maka saluran keluaran osilator dihubungkan ke
2 buah gerbang NOT tambahan yang disusun seri IC1A dan IC1B. Dengan pengaturan ini
rangkaian penguat awal akan mendapat 2 buah sinyal gelombang kotak yang berlainan phase.
Rancangan Flowchart
Untuk menjelaskan proses-proses yang terjadi dalam kapasitansi meter digital menggunakan
mikrokontroller AT89S51 ini, penulis menggunakan bagan alir (flowchart). Adapun bentuk
flowchart dari rancangan proses yang terjadi pada perangkat lunak ini seperti terlihat pada
Gambar 5 berikut ini.
Gambar 5 Rancangan Flowchart Cara Kerja Sistem
Saat pertama kali sistem dinyalakan, mikrokontroler akan menjalankan program dari
awal, yaitu dari menampilkan pada LCD tulisan ”C METER DIGITAL”. Selanjutnya
program akan memasukkan nilai 0 pada variabel C. Selanjutnya program akan membaca

6. Port0.7, apakah Port0.7 berlogika high, jika tidak, program akan menunggu sampai logika di
Port0.7 high.
Setelah logika di Port0.7 sama dengan high, maka program akan mulai menghitung
lebar pulsa high yang terjadi di Port0.7. lebar pulsa high ini merupakan lebar pulsa yang
dihasilkan oleh rangkaian osilator pembangkit gelombang frekuensi. Lebar pulsa high akan
sesuai dengan nilai kapasitor yang diukur.
Setelah logika di Port0.7 berubah menjadi low, maka program akan berhenti
menghitung, selanjutnya menampilkan hasil perhitungannya pada display LCD.
Algoritma Perhitungan Nilai Capasitor
Nilai Capasitor dapat dihitung dengan menghitung prioda dari gelombang yang
dihasilkan oleh rangkaian osilator pada gambar 4, dimana nilai R dibuat tetap. Peda
perancangan nilai R adalah 10 Kohm.
Misalkan rangkaian osilator pada gambar 4, nilai C adalah 10 nano Farad dan nilai R
adalah 10 Kohm, maka frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian osilator pada gambar 4
adalah sebagai berikut:
Hz
xxxxRC
f 5000
2
10000
2
10
102
1
000.10)1010(2
1
2
1 4
49
=====
××
= −−
Maka priodanya adalah:
ikmikroT
atau
ikmT
ik
f
T
det200
det2,0
det0002,0
5000
11
=
=
===
Diketahui priodanya adalah 200 mikrodetik, maka gambar gelombang yang dihasilkan adalah
seperti ditunjukkan pada gambar 6 berikut:
200 µ detik
X X
100 µ detik 100 µ detik
Gambar 6 Gelombang yang dihasilkan oleh rangkaian osilator.
Mikrokontroller akan menghitung lebar pulsa high (ditandai dengan X), dengan menggunakan
program berikut:
cek_dataH:
jnb p0.7,selesai
nop
nop
inc 61h
mov a,61h
cjne a,#10,cek_dataH
mov 61h,#0
inc 62h
mov a,62h
cjne a,#10,cek_dataH
………

7. Selesai:
…….
Instruksi jnb p0.7,selesai (jnb = jump if not bit) berfungsi untuk mengecek kondisi p0.7,
dimana p0.7 dihubungkan ke output dari rangkaian osilator. Jika dalam kondisi high, maka
program akan melanjutkan ke instruksi berikutnya (instruksi yang ada di bawah listing
tersebut). Namun jika p0.7 dalam kondisi low, maka program akan lompat ke rutin selesai.
Pada contoh di atas, lebar pulsa high adalah 100 µdetik, maka program akan
menghitung sebagai berikut:
cek_dataH:
jnb p0.7,selesai waktu eksekusi 2 µdetik
nop waktu eksekusi 1 µdetik
nop waktu eksekusi 1 µdetik
inc 61h waktu eksekusi 2 µdetik
mov a,61h waktu eksekusi 2 µdetik
cjne a,#10,cek_dataH waktu eksekusi 2 µdetik
total waktu eksekusi 10 µdetik
untuk lebar pulsa 100 µdetik, maka diperlukan 100/10=10 kali perulangan program di atas.
Banyaknya jumlah perulangan ini adalah nilai dari kapasitor yang dicari.
Hasil Pengujian Alat.
Langkah awal pengujian ini adalah dengan menjalankan alat dan melihat proses
kerjanya. Langkah pertama adalah menghubungkan alat ke sumber tegangan PLN,
selanjutnya stop kontak dipswitch on untuk menghidupkan alat. Maka akan tampil pada LCD
tampilan sebagai berikut;
Gambar 7 Tampilan LCD saat pertama kali dihidupkan
Tampilan di atas merupakan tampilan saat alat pertama kali dihidupkan, nilai yang
tertera pada tampilan adalah nilai C = 000.000 dalam mikro Farad. Jika ada kapasitor yang
dihubungkan, maka tampilan akan berubah sesuai dengan nilai C yang dihubungkan ke probe.
Langkah berikutnya adalah menghubungkan kapasitor yang akan diukur
kapasitansinya. Pada percobaan pertama dihubungkan kapasitor keramik 10 nano Farad, hasil
tampilan pada display LCD tampak seperti gambar 8 berikut ini:
Gambar 8 Tampilan LCD untuk pengukuran 10 nano Farad

8. Pada tampilan di atas, tampak bahwa hasil pengukuran kapasitansi kapasitor 10 nanoFarad
adalah 000.010 mikro Farad atau sama dengan 10 nano Farad. Hasil pengukuran sesuai
dengan nilai kapasitor yang diukur.
Pada percobaan berikutnya dihubungkan kapasitor keramik 220 nano Farad, hasil
tampilan pada display LCD tampak seperti gambar 9 berikut ini:
Gambar 9 Tampilan LCD untuk pengukuran 220 nano Farad
Pada tampilan di atas, tampak bahwa hasil pengukuran kapasitansi kapasitor 220 nanoFarad
adalah 000.225 mikro Farad atau sama dengan 225 nano Farad. Hasil pengukuran dengan
nilai kapasitor yang diukur memiliki selisih 5 nano Farad.
Pada percobaan berikutnya dihubungkan kapasitor keramik 10 mikro Farad, hasil
tampilan pada display LCD tampak seperti gambar 10 berikut ini:
Gambar 10 Tampilan LCD untuk pengukuran 10 mikro Farad
Pada tampilan di atas, tampak bahwa hasil pengukuran kapasitansi kapasitor 10 mikroFarad
adalah 010.220 mikro Farad. Hasil pengukuran dengan nilai kapasitor yang diukur memiliki
selisih 220 nano Farad.
Pada percobaan berikutnya dihubungkan kapasitor keramik 100 mikro Farad, hasil
tampilan pada display LCD tampak seperti gambar 11 berikut ini:
Gambar 11 Tampilan LCD untuk pengukuran 100 mikro Farad

9. Pada tampilan di atas, tampak bahwa hasil pengukuran kapasitansi kapasitor 100
mikroFarad adalah 099.876 mikro Farad. Hasil pengukuran dengan nilai kapasitor yang
diukur memiliki selisih 124 nano Farad.
Berikut merupakan tabel hasil pengujian alat
Table 1 Hasil pengukuran dan perbandingan kapasitansi
No
Kapasitor yang
akan diukur
(Farad)
Hasil
pengukuran alat
(Farad)
Error
(%)
1 10n 10n 0
2 30n 30n 0
3 100n 103n 3
4 220n 225n 2,27
5 1 u 0,994 u 0,6
6 4,7 u 4,707 u 0,149
7 10 u 10,226 u 2,26
8 33 u 32,784 u 0,65
9 50 u 49,52 u 0,96
10 100 u 99,807 u 0,193
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian di atas, maka kesimpulannya adalah
1. Tingkat akurasi alat sudah cukup baik, error maksimum hanya 2,27 persen. Atau
akurasinya mencapai 97,73 persen.
2. Sistem memiliki kemampuan sesuai spesifikasi, antara lain sebagai berikut.
a. Dapat menampilkan kapasitansi dalam satuan farad.
b. Memiliki batas ukur dari 10nF-100uF.
3. Error yang terjadi disebabkan karena baik resistor maupun kapasitor yang digunakan
memiliki toleransi yang cukup besar.
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto , “BELAJAR MIKROKONTROLER AT89C51/52/55 “, Edisi 2, Penerbit :
GAVA MEDIA, Yogyakarta, 2007
PW Marpaung, M Murti, M Ramdhani, “DESAIN DAN IMPLEMENTASI L-C METER
BERBASIS PC”, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2007 (SNATI
2007), Yogyakarta, 16 Juni 2007
Eddy Wijanto, “Alat Ukur Kapasitansi Berbasis Mikrokontroller”, Teknokrida,
Vol. 5, 2007, Jakarta, 2007.

10. Pada tampilan di atas, tampak bahwa hasil pengukuran kapasitansi kapasitor 100
mikroFarad adalah 099.876 mikro Farad. Hasil pengukuran dengan nilai kapasitor yang
diukur memiliki selisih 124 nano Farad.
Berikut merupakan tabel hasil pengujian alat
Table 1 Hasil pengukuran dan perbandingan kapasitansi
No
Kapasitor yang
akan diukur
(Farad)
Hasil
pengukuran alat
(Farad)
Error
(%)
1 10n 10n 0
2 30n 30n 0
3 100n 103n 3
4 220n 225n 2,27
5 1 u 0,994 u 0,6
6 4,7 u 4,707 u 0,149
7 10 u 10,226 u 2,26
8 33 u 32,784 u 0,65
9 50 u 49,52 u 0,96
10 100 u 99,807 u 0,193
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian di atas, maka kesimpulannya adalah
1. Tingkat akurasi alat sudah cukup baik, error maksimum hanya 2,27 persen. Atau
akurasinya mencapai 97,73 persen.
2. Sistem memiliki kemampuan sesuai spesifikasi, antara lain sebagai berikut.
a. Dapat menampilkan kapasitansi dalam satuan farad.
b. Memiliki batas ukur dari 10nF-100uF.
3. Error yang terjadi disebabkan karena baik resistor maupun kapasitor yang digunakan
memiliki toleransi yang cukup besar.
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto , “BELAJAR MIKROKONTROLER AT89C51/52/55 “, Edisi 2, Penerbit :
GAVA MEDIA, Yogyakarta, 2007
PW Marpaung, M Murti, M Ramdhani, “DESAIN DAN IMPLEMENTASI L-C METER
BERBASIS PC”, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2007 (SNATI
2007), Yogyakarta, 16 Juni 2007
Eddy Wijanto, “Alat Ukur Kapasitansi Berbasis Mikrokontroller”, Teknokrida,
Vol. 5, 2007, Jakarta, 2007.