Pull-Up dan Pull Down Resistor

Pull-Up dan Pull-Down resistor adalah penambahan resistor pada I/O MCU (Microcontroller unit), yang membedakan antara Pull-up dan Pull-down adalah penempatan resistor pada kutup arus listrik, juga pada input.

Untuk Pull-up resistor, salah satu kaki resistor dihubungkan ke kutub Vcc (5v/3.3v pada RasPi), sedangkan kaki resistor yang lain dicabangkan, satu ke pin input MCU, dan yang lain ke switch on/off untuk disambungkan ke ground (0V).

Rangkaian Pull-Up

Pada gambar diatas kita bisa lihat, Vcc tersambung ke pin, sehingga pin akan mendapatkan signal HIGH, dan ketika push button ditekan, arus Vcc akan mengalir ke ground (0v), sehingga pin akan mendapat signal LOW. Kondisi ini mirip (tidak sama) dengan kondisi "normaly close".

Sedangkan Pull-down resistor, salah satu kaki resistor dihubungkan ke kutub ground (0v), sedangkan kaki resistor yang lain dicabangkan, satu ke pin input MCU, dan yang lain ke switch on/off untuk disambungkan ke Vcc (5v/3.3v).

Rangkaian Pull-Down

Pada rangkaian pull-down, Vcc tidak terhubung dengan pin, tetapi pin terhubung dengan ground (0v),
pin dalam keadaan LOW, dan ketika push button ditekan, Vcc akan terhubung dengan pin, kondisi pin sekarang menjadi HIGH. Rangkaian ini mirip dengan kondisi "normally open".

Kegunaanya adalah untuk menstabilkan signal antara HIGH atau LOW yang akan diterima pin lebih akurat. Bila kita tidak menggunakan rangkaian pull-up atau pull-down, signal yang akan terbaca pada pin akan berubah-ubah. Kondisi yang berubah-ubah ini disebut floating.

Kondisi floating ini terjadi karena pin input tidak terhubung ke salah satu kondisi (Vcc atau 0v) yang menjadi dasar pin input mengetahui statusnya HIGH atau LOW. Status HIGH diperoleh bila pin input terhubung dengan Vcc, dan status LOW diperoleh bila pin terhubung dengan ground (0v). Karena pin tidak terhubung dengan salah satu kondisi tersebut, kondisi pin menjadi floating, karena pada pin tersebut memiliki listrik juga, sehingga pin dapat terbaca HIGH karena listriknya sendiri, dan LOW karena pin tersebut juga terhubung ke ground secara internal menggunakan resistor (1MOhm).

Lihat gambar di bawah ini:

Bila kita tekan push button 1, maka pin akan menghasilkan LOW, bila kita tekan push button 2 maka pin akan menghasilkan HIGH. Bila pin tidak terhubung kesalah satu syarat tersebut, pin akan menghasilkan HIGH dan LOW tidak terkendali, karena didalam MCU, pin terhubung dengan Vcc dan ground. Gambar MCU yang terhubung dengan Vcc dan Ground diilustrasikan secara kasar, gambar tersebut hanya untuk menerangkan kondisi floating saja.

Pada prinsipnya antara Pull-up dan Pull-down adalah sama, Pull-up adalah menghubungkan pin dengan Vcc yang dijembatani resistor, dan Pull down adalah menghubungkan pin dengan 0v yang dijembatani oleh resistor. sehingga pin akan selalu terhubung dengan ground (0v) atau Vcc setiap saat.

Besar tahanan pada resistor secara kasar menggunakan 10kΩ-20kΩ baik untuk pull-up maupun pull-down dengan voltase 3.3v. Bila tahanan resistor terlalu besar (1MΩ) pada pull-up resistor kemungkinan pin tidak akan mendapatkan kondisi HIGH, karena arus listrik didapatkan terlalu kecil. Perlu diketahui juga rangkaian pin pada MCU terhubung ke ground (0v) dengan menggunakan resistor 1MΩ.

Sekarang kita coba hitung arus yang akan diterima pin (hukum Ohm) dengan menggunakan resistor 10kΩ-secara umum:

V = I R

dimana V adalah Vcc yang akan mengaliri listrik ke pin (5v atau 3.3V)

R adalah tahanan resistor 10kΩ(voltase 5v untuk input tidak direkomendasikan, gunakan 3.3v untuk input pin Raspi). 

Jadi 

I = V / R

I = 5v / 10.000Ω

I = 0.0005 A atau 0.5mA

Atau kita ingin memberikan arus listrik ke pin sebesar 1mA, dengan menggunakan tegangan 3.3v

V = I R

R = V / I

R = 3.3 / 0.001

R = 3300 atau 3.3kOhm

Harap diingat satuan unit yang digunakan rumus diatas untuk V adalah volt, I adalah amper (bukan miliamper) dan R adalah Ω (Ohm bukan kilo atau mega Ohm) jadi bila satuan unit berbeda, kita harus mengkonversikannya dahulu.

Besarnya arus listrik yang direkomendasikan mengalir ke pin, secara resmi dari produsen Raspberry Pi, tidak saya temukan. Kata rekomendasi arus listrik untuk pin di blog ini berdasarkan pengalaman dan informasi dibeberapa forum terkait.

Kondisi HIGH dan LOW ini tidak selamanya benar, dengan 3,3v - 5v akan memberikan input HIGH atau 1, dan bila 0v akan memberikian input LOW atau 0. Ini disebabkan tiap MCU memiliki standar yang berbeda-beda. Contoh datasheet untuk TTL 7400 series dibawah ini:

Pada table diatas yang masih 1 familly TTL 7400 memiliki perbedaan yang berbeda pada arus listrik yang digunakan, walaupun pengguna voltase yang sama.

Jadi kondisi HIGH dan LOW voltase (V) dan arus listrik (I) berbeda pada antara TTL (transistor-transistor logic) sehingga antara RasPi dan Arduino, kemungkinan akan lain kondisinya. Baca lagi datasheetnya.

Untuk menggali lebih dalam kondisi HIGH dan LOW, kita asumsikan 3.3v/5v adalah kondisi voltase HIGH, dan 0v adalah kondisi voltase LOW. Diantara 0v-3.3v/5v ini ada 3 bagian kondisi yang berbeda, yaitu:

1. 0v sampai LOWmax volt adalah kondisi LOW
2. LOWmax volt sampai HIGHmin volt adalah kondisi floating
3. HIGHmin volt sampai 3.3v/5v adalah kondisi HIGH

Nilai LOWmax volt dan HIGHmin volt ini yang harus kita ketahui, untuk menentukan HIGH tegangan minimun dan LOW tegangan maksimal. Kurang lebih gambarnya seperti dibawah ini:

Kita akan mencari nilai floating dengan asumsikan lagi Vcc HIGHmin adalah 2v, 50µA  dan Vcc LOWmax adalah 0.8v, -2mA menurut salah satu type TTL table diatas.

RHIGHmax = (Vcc - VHIGHmin) / IHighmin
RHIGHmax = (3.3v - 2v) / 0.00005
RHIGHmax = 26000Ω
RHIGHmax = 26kΩ

RLOWmin = (Vcc-VLOWmax)/ILOWmax
RLOWmin = (3.3v - 0.8) / 0.000002
RLOWmin = 1250000Ohm 
RLOWmin = 1.25MΩ

Kesimpulanya berdasarkan data seperti itu (data dari asumsi, bukan sesungguhnya pada RasPi atau Arduino) dengan menggunakan resistor 26kΩ sampai 1.25MΩ kita masuk ke area floating. Kurang dari 26kΩ masuk kondisi HIGH, lebih dari 1.25MΩ masuk kondisi LOW.

RasPi Library GPIO WiringPi (Core Function, Raspberry Pi Specifics dan Timing)

Dengan menggunakan wiringPi yang juga dapat digunakan dengan command line, dengan cara kita meninstall progamnya dahulu sehingga kita bisa menggunakan wiringPi ini dari shell script. untuk menginstalnya bisa dilihat di https://kepython.blogspot.co.id/2018/03/raspberry-pi-install-wiringpi.html .

Untuk RasPi ada function khusus yang bukan merupakan core dari wiringPi, tapi dapat bertindak pada RasPi hardware, dan ada beberapa function yang dapat digunakan bila menggunakan hardware modul.
Function-function tersebut adalah:

• void digitalWriteByte(int value);
• pwmSetMode (int mode);
• pwmSetRange (unsigned int range);
  
• pwmSetClock (int divisor) ;
• piBoardRev (void) ;
• wpiPinToGpio (int wPiPin) ;
• physPinToGpio (int physPin) ;
• setPadDrive (int group, int value) ;

void digitalWriteByte (int value) ;

Function yang menulis (write) 8 bit byte pada 8 gpio pertama, yang merupakan cara cepat untuk menset 8 bit secara langsung dengan nilai tertentu.

pwmSetMode (int mode) ;

Dengan PWM merupakan optional mode, yaitu balance dan mark:space. Mark:space adalah mode tradisional, dan pada default rasPi adalah balance. Kita bisa mengganti mode ini mengan parameter: PWM_MODE_BAL atau PWM_MODE_MS.

pwmSetRange (unsigned int range) ;

Untuk mengatur registrasi PWM, default 1024

pwmSetClock (int divisor) ;

Setting pembagi PWM clock. PWM control tidak bisa digunakan pada Sys mode (untuk lebih lanjut silahkan pelajari Broadcom ARM peripherals manual)

piBoardRev (void) ;

Hasil dari perintah ini adalah informasi tentang revisi board RasPi. Ada beberapa fungsi pin di BCM_GPIO yang berbeda pada revisi yang beda.

wpiPinToGpio (int wPiPin) ;

Mengembalikan (return) nomor pin BCM_GPIO yang diberikan oleh wiringPi.

physPinToGpio (int physPin) ;

Mengembalikan (return) nomor BCM_GPIO pin yang disupply pin fisik pada konektor P1. 

setPadDrive (int group, int value) ;

Untuk mensetting driver pad pada group pin. Ada 3 group pin dan ukuran drive antara 0-7.
JANGAN SENTUH FUNCTION INI, KECUALI KITA TAHU APA YANG SEDANG KITA KERJAKAN. TIDAK UNTUK COBA-COBA TANPA TAHU MAU KEMANA TUJUANNYA.

Core Function

Function-function ini bekerja langsung pada RasPi dan juga GPIO ekternal module seperti GPIO expander dan lain-lain, tapi tidak semua modul disupport dengan semua function.

Core function:

void pinMode (int pin, int mode) ;

void pullUpDnControl (int pin, int pud) ;

void digitalWrite (int pin, int value) ;

void pwmWrite (int pin, int value) ;

int digitalRead (int pin) ;

analogRead (int pin) ;

analogWrite (int pin, int value) ;

void pinMode (int pin, int mode) ;
GPIO setting untuk INPUT, OUTPUTM, PWM_OUT atau GPIO_CLOCK.

PWM_OUTPUT  hanya untuk pin 1 (wiringPi) atau pin 18 (BCM), dan

GPIO_CLOCK untuk pin 7 (wiringPi) atau pin 4 (BCM).

Function ini tidak bekerja pada mode Sys, bila kita ingin mengubah pin mode kita harus menggunakan program gpio sebelum menjalankan program.

void pullUpDnControl (int pin, int pud) ;
Ini adalah mode pull-up atau pull-down resistor pada pin. Harusnya function ini digunakan untuk input pin. RasPi memiliki fungsi pull-up dan pull-down resistor secara internal.
Parameter int pud ditulis

• PUD_OFF, tidak menggunakan fungsi pull-up ataupun pull-down secara internal
• PUD_DOWN, input tersambung dengan ground menggunakan 50kΩ resistor secara internal
• PUD_UP, input tersambung dengan vcc 3.3v, juga mengguanakan 50kΩ resistor secara internal

Function ini tidak memberikan efek ketika kita berada di Sys mode, kita harus masuk ke program gpio terlebih dahulu sebelum program dijalankan.

void digitalWrite (int pin, int value) ;
Untuk pin yang telah diset sebagai OUTPUT, kita menset pin on (HIGH, atau 1) dan off (LOW, atau 0). WiringPi akan menset semua angka selain 0 (nol) sebagai HIGH. Hanya 0 (nol) yang diartikan sebagai LOW.

void pwmWrite (int pin, int value) ;
Setting pin registrasi PWM. RasPi memiliki hanya 1 (satu, sejauh ini sampai RasPi3) pin pada board-nya yaitu pin BCM_GPIO 18. yang bernilai dari 0 - 1024.

Juga tidak berkerja pada Sys mode. 

int digitalRead (int pin) ;
Function ini membaca (return) value dari pin input. Hasilnya adalah HIGH (1) atau LOW(0), tergantung dari level logic pin tersebut.

analogRead (int pin) ;
Pembacaan pin input pada input pin analog. Kita harus menambahkan register analog modul untuk menggunakan function ini pada device seperti Gertboard, quick2Wire analog board, dan sebagainya.

analogWrite (int pin, int value) ;
Pemberian signal untuk analog output. Kita harus menambahkan register analog modul untuk menggunakan function ini pada device seperti Gertboard, quick2Wire analog board, dan sebagainya.

Timing

Ada beberapa function timing yang dapat kita gunakan:

• unsigned int millis (void)
• unsigned int micros (void)
• void delay (unsigned int howLong)
• void delayMicroseconds (unsigned int howLong)

unsigned int millis (void)
Function ini memberikan return yang menunjukan waktu dengan unit millidetik dengan 32 bit sehingga kita memiliki waktu 49 hari.

unsigned int micros (void)
Function ini sama seperti millis,tapi return yang menunjukan waktu dengan unit mikrodetik dengan 32 bit sehingga kita memiliki waktu 71 menit.

void delay (unsigned int howLong)
Function ini menyebabkan program akan berhenti dengan unit waktu millidetik. Dengan Linux multitasking waktu tidak seakurat yang kita inginkan, akan terlambat. Maksimum delay menggunakan unsigned 32 bit integer, 49 hari delay yang bisa kita gunakan.

void delayMicroseconds (unsigned int howLong)
Function ini sama seperti delay,tapi menyebabkan program akan berhenti dengan unit waktu mikradetik. Dengan Linux multitasking waktu tidak seakurat yang kita inginkan, akan terlambat. Maksimum delay menggunakan unsigned 32 bit integer, 71 menit delay yang bisa kita gunakan.


Penundaan di bawah 100 mikrodetik menggunakan loop yang terus menerus menggunakan waktu sistem, Penundaan lebih dari 100 mikrodetik dapat dilakukan dengan menggunakan fungsi nanosleep sistem (Anda mungkin perlu mempertimbangkan implikasi penundaan yang sangat singkat terhadap keseluruhan kinerja sistem , terutama jika menggunakan thread.

wiringPi updated ke 2.46 untuk new Pi v3+ (Pi3 model B+)

Pada tanggal 14 Maret 2018, RasPi mengeluarkan Raspberry Pi 3 Model B+, the Pi v3+, setelah 2 tahun umur RasPi 3 Model B keluar, yang telah terjual sebanyak 19 juta unit totalnya diseluruh dunia. RasPi 3 B+ ini merupakan produk pertama yang menggunakan 64 bit, dan juga memiliki fitur pertama dengan koneksi wireless yang terintergrasi.

Raspberry Pi 3 B+ ini dijual pertama kali nya dengan harga $35 (harga yang sama dengan Raspberry Pi sebelumnya) dengan speksifikasi sebagai berikut:

• 1.4GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 CPU
• Dual-band 802.11ac wireless LAN and Bluetooth 4.2
• Faster Ethernet (Gigabit Ethernet over USB 2.0)
• Power-over-Ethernet support (with separate PoE HAT)
• Improved PXE network and USB mass-storage booting
• Improved thermal management

Penambahan yang tidak jelek (berharap banyak banget nih), untuk penambahan plus (+) dibelakang nama produk.

update dari wiringPi. Untuk wiringPi ada sedikit update, walaupun versi 2.44 tanpa update wiringPi masih dapat bekerja normal, hanya saja ketika command readall akan terganggu, karena board rev yang belum terdaftar diantara list-nya.

Jika ingin update paket .deb bisa menggunakan:

cd /tmp
wget https://unicorn.drogon.net/wiringpi-2.46-1.deb
sudo dpkg -i wiringpi-2.46-1.deb

dan md5sum :5c540b1426381bc598ea48b55f39c091

C Identifiers

Identifier adalah nama dari variable, function, macros, structure, dan objek-objek lain yang dikenali oleh program C.Identifier bisa menggunakan karakter

1. "a" sampai "z" dan "A" - "Z" (hurup besar dan kecil, hurup besar tidak sama dengan hurup kecil, "a" tidak sama dengan "A") 
2. Garis bawah "_"
3. Angka 0-9
4. Karakter universal yang merupakan alfabet dan angka. Tidak semua karekter universal diperbolehkan, tergantung compiler dapat memproses apa tidak. 

Semua kombinasi karakter diatas boleh dibuat jadi identifier kecuali 44 kata yang merupakan keyword dan memiliki arti yang sangat special buat C yaitu:

auto	extern	short	while
break	float	signed	_Alignas
case	for	sizeof	_Alignof
char	goto	static	_Atomic
const	if	struct	_Bool
continue	inline	switch	_Complex
default	int	typedef	_Generic
do	long	union	_Imaginary
double	register	unsigned	_Noreturn
else	restrict	void	_Static_assert
enum	return	volatile	_Thread_local

Selain itu juga function yang kita impor library memiliki nama. Ya! Nama-nama function yang kita gunakan pada library juga tidak bisa kita gunakan pada function yang kita buat. Misalnya kita gunakan library stdio.h,  #include <stdio.h> dimana didalamnya ada function printf, maka kita tidak bisa menggunakan kata printf tersebut untuk function global kita.

Compiler C juga menyediakan identifier umum __func__ (ada 2 garis bawah di depan dan 2 garis bawah di belakang func) yang dapat digunakan pada function apa saja untuk mengakses string konstan yang berisi nama function, yang biasa digunakan untuk logging atau debugging output.

Debugging adalah cara atau proses dalam mencari masalah, bug ataupun masalah yang dapat menyebabkan program bekerja tidak sesuai dengan yang kita inginkan.

Logging adalah pencatatan semua apa yang kita lakukan. Ini seperti time line pada apa yang sedang kita lakukan.

Identifier tidak mempunyai batasan banyaknya karakter pada C tidak masalah, tapi untuk compiler dibatasi paling tidak 31 karakter pertama saja yang dibaca untuk nama function dan variable global, dan 63 karakter untuk nama idenfier yang lain. Jadi identifier yang memiliki karakter yang panjang dan memiliki kesamaan karakter pada 31(untuk function dan variable global) - 63 karakter (untuk identifier lainnya)  awal, akan membingungkan compiler.

C IR Obstacle avoidance Sensor

Fungsi dari IR Obstacle Sensor untuk mendeteksi halangan/sesuatu yang menghalangi sensor ini menggunakan pantulan cahaya infrared. Cara kerjanya, ketika ada objek menghalangi sensor pada jarak tertentu (mulai dari 2cm sampai 500cm. Tidak semua model dapat mencapai 500cm, tergantung dari specifikasi.) , objek ini akan memantul cahaya infrared dari IR transmitter, dan ditangkap oleh sensor receiver. Ketika objek tidak ada atau jarak yang tidak dijangkau oleh transmitter, maka tidak ada pantulan cahaya, receiver tidak memberikan signal. Sebaliknya jika ada benda atau objek yang dipantulkan, sehingga receiver medapatkan sinar pantulan, maka receiver memberikan signal.Potensio meter yang terdapat pada sensor adalah untuk mengatur seberapa jauh atau dekat objek yang bisa dideteksi.

IR Obstacle avoidance Sensor 

Illustrasi cara kerja IR Obstacle avoidance Sensor 

Sensor ini sangat baik bila kondisi lapangan dalam keadaan gelap sekalipun dan memiliki kestabilan respon yang baik.

Spesifikasi sensor pada umumnya:
Tegangan operasi 3V - 5V

Jarak yang dapat dicapai 2cm - 30cm (untuk sensor tertentu dapat sampai 500cm)

Arus listrik 3.3V ~23mA dan 5V ~43mA

Effective angle 35° 

Temperatur kerja -10°  +50°
Berkeja pada 38kHz

Kode berupa .txt dapat didownload disini

#include <wiringPi.h> //function wiringPi
#include <stdio.h> //function stdio

#define PIN 6 // konstanta wiringPi GPIO 6


void TerhalangObjek()
{
printf("Ada objek menghalangi\nBuat bikin baris kedua \n\n");
}

void ReadData()
{
while(1)
{
wiringPiISR(PIN, INT_EDGE_FALLING, & TerhalangObjek);
printf("Tidak ada halangan\n");
}

}

int main ()
{
wiringPiSetup();
pinMode(PIN, INPUT);
ReadData();
return 0;
}

Kode berupa .txt dapat didownload disini

Ketika sensor membaca ada benda yang menghalangi, kita bisa ubah jaraknya dengan mengatur tingkat sensitif sensor pada potensiometer IR Transmitter tapi sebaiknya potensiometer IR Receiver tidak diubah, karena potensiometer ini untuk mengubah frekwensi infrared, dan bisanya sudah diset pada frekwensi yang tepat. Jadi buat apa dipasang potensiometer disitu? Potensiometer tersebut berguna bila ada sumber infrared lain yang bisa menggangu sensor receiver.

Satu lagi yang penting untuk diketahui, bila diperhatikan pada PCB sensor, ada jumper disana. Jumper ini untuk mengedipkan IR LED secara terus-menerus pada 38kHz. Bila kita tidak menggunakan kaki keempat (4) yaitu EN (enable, posisi kaki ada pada kaki yang tidak kita pakai, sebelah kanan kaki tempat input pin, yang paling kanan gampangnya) Jumper ini harus dipasang. Ketika jumper dicopot, pin 4 pada 555 timer akan tertahan pada posisi LOW  (reser) oleh resistor R3, sebuah resistor pull-down 22K. Untuk mengaktifkannya kita harus memberi kondisi HIGH pada pin EN ini, sehingga 555 timer akan bergerak lagi. Pin EN tidak dapat digunakan ketika jumper dipasang.