KONVERTER
Alat bantu digital yang paling penting untuk teknologi
kontrol proses adalah yang menerjemahkan informasi digital ke bentuk
analog dan juga sebaliknya. Sebagian besar pengukuran variabel-variabel
dinamik dilakukan oleh piranti ini yang menerjemahkan informasi
mengenai vaiabel ke bentuk sinyal listrik analog. Untuk menghubungkan
sinyal ini dengan sebuah komputer atau rangkaian logika digital, sangat
perlu untuk terlebih dahulu melakukan konversi analog ke digital (A/D). Hal-hal mengenai konversi ini harus diketahui sehingga ada keunikan, hubungan khusus antara sinyal analog dan digital.
KONVERTER ADC
Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah
input analog menjadi kode – kode digital. ADC banyak digunakan sebagai
Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/
pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang
kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya,
tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan
sistim digital (komputer).
ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi.
Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog
dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu.
Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).
Gambar 1. ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi
Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai
hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8
bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2n –
1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini
berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari
contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi
yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke
dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan
tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt,
tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi,
jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan
sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001
(bentuk biner).
signal = (sample/max_value) * reference_voltage
=(153/255) * 5
=3 Volts
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
KOMPARATOR
Bentuk komunikasi yang paling mendasar antara wujud digital dan analog adalah piranti (biasanya berupa IC) disebut komparator.
Piranti ini, yang diperlihatkan secara skematik dalam Gambar 2, secara
sederhana membandingkan dua tegangan pada kedua terminal inputnya.
Bergantung pada tegangan mana yang lebih besar, outputnya akan berupa
sinyal digital 1 (high) atau 0 (low). Komparator ini digunakan secara
luas untuk sinyal alarm ke komputer atau sistem pemroses digital. Elemen
ini juga merupakan satu bagian dengan konverter analog ke digital dan
digital ke analog yang akan didiskusikan nanti.
Gambar 2. Sebuah komparator merubah keadaan logika output sesuai fungsi tegangan input analog
Sebuah komparator dapat tersusun dari sebuah opamp
yang memberikan output terpotong untuk menghasilkan level yang
diinginkan untuk kondisi logika (+5 dan 0 untuk TTL 1 dan 0). Komparator
komersil didesain untuk memiliki level logika yang dperlukan pada
bagian outputnya.
ADC SIMULTAN
ADC Simultan atau biasa disebut flash converter atau parallel converter.
Input analog Vi yang akan diubah ke bentuk digital diberikan secara
simultan pada sisi + pada komparator tersebut, dan input pada sisi –
tergantung pada ukuran bit converter. Ketika Vi melebihi tegangan input –
dari suatu komparator, maka output komparator adalah high, sebaliknya
akan memberikan output low.
Gambar 3. ADC Simultan
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
Bila Vref diset pada nilai 5 Volt, maka dari gambar 3 dapat didapatkan :
Misal :
Vin diberi sinyal analog 3 Volt, maka output dari
C7=0, C6=0, C5=0, C4=1, C3=1, C2=1, C1=1, sehingga didapatkan output ADC
yaitu 100 biner
Output Comparator
|
Output Translator
|
|||||||||||||||
C7
|
C6
|
C5
|
C4
|
C3
|
C2
|
C1
|
22
|
21
|
20
|
|||||||
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|||||||
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|||||||
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|||||||
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
|||||||
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
|||||||
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
|||||||
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
|||||||
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|||||||
COUNTER RAMP ADC
Ada beberapa konsep dasar dari ADC adalah dengan cara Counter Ramp ADC, Successive Aproximation ADC dan lain sebagainya.
Pada gambar 4, ditunjukkan blok diagram Counter Ramp
ADC didalamnya tedapat DAC yang diberi masukan dari counter, masukan
counter dari sumber Clock dimana sumber Clock dikontrol dengan cara meng
AND kan dengan keluaran Comparator. Comparator membandingkan antara
tegangan masukan analog dengan tegangan keluaran DAC, apabila tegangan
masukan yang akan dikonversi belum sama dengan tegangan keluaran dari
DAC maka keluaran comparator = 1 sehingga Clock dapat memberi masukan
counter dan hitungan counter naik.
Gambar 4. Blok Diagram Counter Ramp ADC
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
Misal akan dikonversi tegangan analog 2 volt, dengan
mengasumsikan counter reset, sehingga keluaran pada DAC juga 0 volt.
Apabila konversi dimulai maka counter akan naik dari 0000 ke 0001 karena
mendapatkan pulsa masuk dari Clock oscillator dimana saat itu keluaran
Comparator = 1, karena mendapatkan kombinasi biner dari counter 0001
maka tegangan keluaran DAC naik dan dibandingkan lagi dengan tegangan
masukan demikian seterusnya nilai counter naik dan keluaran tegangan DAC
juga naik hingga suatu saat tegangan masukan dan tegangan keluaran DAC
sama yang mengakibatkan keluaran komparator = 0 dan Clock tidak dapat
masuk. Nilai counter saat itulah yang merupakan hasil konversi dari
analog yang dimasukkan.
Kelemahan dari counter tersebut adalah lama, karena
harus melakukan trace mulai dari 0000 hingga mencapai tegangan yang sama
sehingga butuh waktu.
SAR (SUCCESSIVE APROXIMATION REGISTER) ADC
Pada gambar 5 ditunjukkan diagram ADC jenis SAR, Yaitu
dengan memakai konvigurasi yang hampir sama dengan counter ramp tetapi
dalam melakukan trace dengan cara tracking dengan mengeluarkan kombinasi
bit MSB = 1 ====> 1000 0000. Apabila belum sama (kurang dari
tegangan analog input maka bit MSB berikutnya = 1 ===>1100 0000) dan
apabila tegangan analog input ternyata lebih kecil dari tegangan yang
dihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit ====>
10100000.
Untuk mempermudah pengertian dari metode ini
diberikan contoh seperti pada timing diagram gambar 6 Misal diberi
tegangan analog input sebesar 6,84 volt dan tegangan referensi ADC 10
volt sehingga apabila keluaran tegangan sbb :
Jika D7 = 1 Vout=5 volt
Jika D6 = 1 Vout=2,5 volt
Jika D5 = 1 Vout=1,25 volt
Jika D4 = 1 Vout=0,625 volt
Jika D3 = 1 Vout=0,3125 volt
Jika D2 = 1 Vout=0,1625 volt
Jika D1 = 1 Vout=0,078125 volt
Jika D0 = 1 Vout=0,0390625 volt
Gambar 5. Blok Diagram SAR ADC
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
Gambar 6. Timing diagram urutan Trace
Setelah diberikan sinyal start maka konversi dimulai
dengan memberikan kombinasi 1000 0000 ternyata menghasilakan tegangan 5
volt dimana masih kurang dari tegangan input 6,84 volt, kombinasi
berubah menjadi 1100 0000 sehingga Vout=7,5 volt dan ternyata lebih
besar dari 6,84 sehingga kombinasi menjadi 1010 0000 tegangan Vout =
6,25 volt kombinasi naik lagi 1011 0000 demikian seterusnya hingga
mencapai tegangan 6,8359 volt dan membutuhkan hanya 8 clock.
ADC DALAM BENTUK IC
Chip ADC yang banyak digunakan serta tersedia dipasar
adalah jenis ADC 0804, ADC 0808 dan 0809 chip ini dibuat dengan
technologi CMOS mempunyai kemampuan melakukan konversi sebanyak 8 buah
chanel input analog secara multiplexing. Adapun data keluaran digital
yang dihasilkan adalah 8 bit bersifat tristate output. Chip ini
menawarkan beberapa keistimewaan antara lain high speed ( kecepatan tinggi ), konsumsi daya yang rendah. Karenanya chip ini banyak digunakan pada proses control peralatan mesin-mesin serta aplikasi automotif.
ADC 0804 merupakan salah satu Analog to Digital
Converter yang banyak digunakan untuk menghasilkan data 8 bit. Adapun
metode pengukur aras tegangan cuplikan dan mengubahnya ke dalam sandi
biner menggunakan metode pengubahan dengan tipe pembanding langsung atau
successive approximation.
IC ADC 0804 mempunyai dua input analog, Vin(+) dan Vin(-), sehingga dapat menerima input diferensial. Input analog sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin input yaitu Vin = Vin(+) – Vin(-). Kalau input analog berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus dihubungkan dengan Vin(+), sedangkan Vin(-) di- groundkan.
Untuk operasi normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai
tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan input analog mulai dari 0
Volt sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini adalah SAC 8-bit, resolusinya akan sama dengan
(n menyatakan jumlah bit output biner IC analog to digital converter)
IC ADC 0804 memiliki generator clock internal yang harus diaktifkan dengan menghubungkan sebuah resistor eksternal (R) antara pin CLK R/CLK OUT dan CLK IN serta
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
sebuah kapasitor eksternal (C) antara CLK IN dan ground digital. Frekuensi clock yang diperoleh sama dengan :
Untuk sinyal clock ini dapat juga digunakan sinyal
eksternal yang dihubungkan ke pin CLK IN. ADC 0804 memiliki 8 output
digital sehingga dapat langsung dihubungkan dengan saluran data
mikrokomputer. Input Chip Select (aktif LOW) digunakan untuk mengaktifkan ADC 0804. Jika berlogika HIGH, ADC 0804 tidak aktif (disable) dan semua output berada dalam keadaan impedansi tinggi. Input Write atau Start Convertion digunakan untuk memulai proses konversi. Untuk itu harus diberi pulsa logika 0. Sedangkan output interrupt atau end of convertion menyatakan akhir konversi. Pada saat dimulai konversi, akan berubah ke logika 1. Di akhir konversi akan kembali ke logika 0.
ADC ini relatif cepat dan mempunyai ukuran kecil.
Keuntungan tambahan adalah setiap cuplikan diubah dalam selang waktu
yang sama tidak tergantung pada arus masukan dan secara keseluruhan
ditentukan oleh frekuensi yang mengendalikan detak dan resolusi dari
pengubah. Sebagai contoh, pengubah 8 bit digunakan untuk menentukan arus
logika setiap bit secara berurutan mulai dari bit signifikan terbesar
jika frekuensi detak 10 KHz, waktu pengubahan 8 x periode detak = 8 x
0,1 mdetik. Jika frekuensi detak dinaikkan menjadi 1 MHz, waktu
pengubahan akan berkurang menjadi 8 udetik.
Kekurangan pengubahan jenis ini adalah mempunyai
kekebalan rendah terhadap derau dan diperlukan adanya pengubah digital
ke analog yang tepat dan pembanding dengan unjuk kerja yang tinggi,
Sebuah contoh diagram pin ADC 0804 adalah ditunjukkan
pada gambar 7, IC ADC 0804 adalah sebuah CMOS 8bit dan IC ADC ini
bekerja dibawah 100 us. Gambar 8 ditunjukkan sebuah pengetes rangkaian
yang menggunakan IC ADC 0804 dimana input tegangan analog dimasukkan
dengan mengatur potensio 10 Kohm yang dihubungkan dengan ground dan
tegangan (+5 volt). Hasil dari ADC adalah 1/255 (28 -
1) dari skala penuh tegangan 5 Volt. Untuk setiap penambahan 0,02 volt
(1/255 x 5 volt = 0,02 volt ). Jika input analog diberi 0,1 volt maka
keluaran binernya = 0000 0101 ( 0,1 volt/0,02 volt = 5 maka binernya =
0000 0101 ).
Gambar 7. Pin ADC 0804 8bit
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
Gambar 8. Rangkaian dengan IC ADC 0804
Rangkaian ADC melalui port paralel ini tampak pada Gambar 9. Hubungan ke data komputer melalui pin data yaitu D0-D7.
Sinyal status yang digunakan ialah ERROR yang digunakan dengan pin 5
ADC yaitu INTR’. Dua sinyal control yaitu STROBE’ dan INIT’ digunakan
untuk mengaktifkan ADC. Pin 9 sebagai Vref tidak dihubungkan.
Gambar 9. Rangkaian ADC 0804 terhubung ke port paralel
3URJUDP $'& PHODOXL SRUW SDUDOOHO $GFSDUDOHO SDV
FRQVW
F F F F V V V V
EDVH PHQJJXQDNDQ /37
YDU GDWD VWDW FWU HSSGDWD LQWHJHU
VDPSOH OF LQWHJHU EHJLQ
GDWD EDVH
VWDW EDVH
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
FWU EDVH
IRU VDPSOH WR GR EHJLQ
SRUW>FWU @ LQLVLDOLVDVL« OF
ZKLOH SRUW>VWDW@ DEG V RU OF GR LQF OF
LI OF! WKHQ ZULWH µWLPH RXW HUURU SDGD KDUGZDUH¶ HOVH EHJLQ
SRUW FWUO HQDEOH DGF RXWSXW HSSGDWD SRUW>GDWD@
SRUW>FWUO@ GLVDEOH DGF RXWSXW ZULWH µ+DVLO NRQYHUVL LDODK ¶ HSSGDWD
HQG
HQG HQG
Pada program diatas, digunakan alamat standar port
paralel atau yang lebih dikenal sebagai port printer yaitu 378H (dalam
pascal ditulis sebagai $378). Program lalu menginisialisasi variabel
untuk data, stat dan ctrl dengan nilai alamat masing masing. Program
kemudian looping untuk mengambil data lalu ditampilkan hasilnya.
Contoh IC ADC 8 bit yang mampu menerima 8 input dan
banyak digunakan ialah ADC 0808 meskipun lebih mahal dibandingkan ADC
0804 . ADC ini selain mampu diprogram untuk mulai konversi melalui pin
SC (Start Conversion ), mampu juga berjalan dalam mode free running, artinya ia akan konversi terus menerus sinyal input yang masuk dengan cara menghubungkan pin EOC (End of Conversion) ke SC.
Gambar 10. IC ADC 0808
'LGLN +DUL\DQWR ² $QDORJ 7R 'LJLWDO &RQYHUWHU
No comments:
Post a Comment