BAB proses pengukuran suatu fenomena fisika atau elektrik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

We Will Write a Custom Essay Specifically
For You For Only $13.90/page!


order now

 

2.1    Modulasi Delta

Sinyal suara
merupakan sinyal analog sehingga untuk mampu mengolahnya dalam ruang digital
diperlukan media atau teknik untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal-sinyal
digital yang akhirnya mampu dijalankan pada ruang digital.

Salah satu
cara untuk mengubah sinyal analog menjadi digital adalah dengan teknik
modulasi. Teknik modulasi sendiri terbagi menjadi modulasi analog dan modulasi
digital, dalam hal ini yang kita bicarakan adalah modulasi digital. Modulasi
digital ini akan mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital dan
sebaliknya. Modulasi digital yang umum diketahui adalah pulse code
modulation (PCM), adapun yang lainnya adalah modulasi delta.

Modulasi
delta adalah salah satu teknik modulasi digital seperti PCM. Perbedaan mendasar
dari PCM dan modulasi delta terletak pada kuantisasinya yang mana pada PCM
sinyal dikuantisisai dalam n-bit (biasanya 8 bit atau 1 byte) sementara
modulasi delta kuantisasi dalam satu bit. Dengan kemampuan kuantisasi dalam 1
bit, modulasi delta dianggap sangat efisien digunakan untuk mencuplik sinyal
suara.

Pada
modulasi delta, sinyal input analog akan diolah menjadi pulsa-pulsa digital
melalui rangkaian komparator yang akan menngkomparasikan sinyal input sebagai
sinyal referensi dengan clock

Gambar 2.1 Contoh diagram blok untuk modulasi delta

.

Gambar 2.2 Contoh sinyal dan keluaran modulasi delta. 3

2.2    Teknik Akuisisi Data

Teknik
Akuisisi data adalah proses pengukuran suatu fenomena fisika atau elektrik
seperti tegangan, arus, temperatur, tekanan atau suara dengan sebuah komputer.
Sistem akuisisi data terdiri dari sensor, perangkat pengukur akuisisi data dan
sebuah komputer dengan perangkat lunak yang dapat diprogram.

2.2.1     
Sensor

Sensor adalah perangkat yang mendeteksi atau mengukur
sebuah nilai dari besaran fisik atau berfungsi sebagai pendeteksi gejala-gejala
atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi
listrik, energi fisika, energi kimia, energi mekanik dan sebaginya.

2.2.2     
Perangkat Pengukur Akuisisi

Perangkat
pengukur akuisisi merupakan perangkat yang digunakan sebagai media penghubung
antara sinyal yang umumnya analog dengan komputer. Fungsi utama dari perangkat
pengukur akuisisi ini adalah digitalisasi sinyal analog sehingga komputer dapat
mengenali sinyal tersebut. Kata kunci pada perangkat ini secara umum terletak
pada rangkaian pengkondisi sinyal (Signal Conditioning Circuit) dan analog
to digital converter (ADC).

2.2.2.1.   
Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Rangkaian
Pengkondisi Sinyal merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk proses
sinyal keluaran dari sensor sebuah sistem pengukuran agar mampu dijalankan pada
operasi di tingkat selanjutnya.

Rangkaian
ini banyak menggunakan operational amplifier (opamp) sebagai rangkaian
utamanya. Beberapa jenis rangkaian dari opamp yang sering digunakan sebagai
rangkaian pengkondisi sinyal diantaranya adalah rangkaian penguat (amplifier)
dan filter. Beberapa gambar berikut merupakan gambar dari opamp yang
digunakan sebagai rangkaian pengkondisi sinyal,

Gambar 2.3 Rangkaian summing amplifier

Rumus perhitungan untuk keluaran dari rangkaian summing
amplifier seperti pada Gambar 2.3 adalah sebagai berikut,

 

                             (2.1)

 

Gambar 2.4 Rangkaian diferential amplifier

Rumus perhitungan untuk keluaran dari rangkaian diferential
amplifier pada Gambar 2.4 adalah sebagai berikut,

 

                                                           (2.2)

 

 

2.2.2.2.   
ADC

Sinyal
analog dari sensor harus dikonversi ke digital sebelum diolah oleh perangkat
digital seperti komputer. ADC adalah sebuah rangkaian atau juga berupa chip
IC yang mampu memberikan representasi digital dari sinyal analog dalam waktu
yang singkat.

ADC memiliki
2 karateristik 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). Sementara itu, resolusi ADC
menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC, misalnya pada ADC 8-bit maka
akan memiliki keluaran 8-bit data digital yang berarti sinyal input dapat
dinyatakan dalam 255 nilai diskrit dan dapat ditentukan dengan rumus pada
persamaan 2.3 berikut,

 

Interval
tegangan = 2n – 1                                                 (2.3)

n = resolusi ADC

 

Sehingga, ADC dengan bit yang lebih tinggi memiliki
ketelitian nilai hasil konversi yang lebih baik.

                Prinsip dasar  kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog
ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan
tegangan referensi.

Terdapat
beberapa rangkaian berbeda dalam pembuatan ADC yang juga digunakan sesuai
fungsinya. Diantara jenis-jenis rangkaian ADC yang diketahui adalah ADC
simultan atau biasa disebut flash converter atau parallel converter.
Converter jenis ini adalah jenis ADC yang paling sederhana, input analog
Vi yang akan diubah ke bentuk digital diberikan secara simultan pada sisi (+)
pada komparator dan masukan pada sisi tergantung pada ukuran bit converter.
Ketika Vi melebihi tegangan masukan dari suatu komparator, maka keluaran
komparator adalah high, sebaliknya akan memberikan keluaran low.
Berikut gambar rangkaian untuk ADC simultan.

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.5 Rangkaian ADC simultan 3 bit.4

Contoh
keluaran dari rangkaian ADC simultan diatas, apabila nilai Vref diset pada
nilai 5 Volt maka dapat diketahaui tegangan di input (-) pada masing-masing
komparator dengan rumus,

 

V(-) = Vref*(Perbandingan nilai Vn pada masing-masing
komparator)

 

lalu apabila Vn diberi sinyal analog 3 Volt, maka
keluarannya nanti akan bernilai 100 biner. Berikut tabel keluaran untuk ADC
simultan diatas,

 

Tabel 2.1 Keluaran ADC simultan. 4

Jenis ADC yang lain adalah counter ramp ADC,
diagram blok untuk ADC ini adalah sebagai berikut,

 

Gambar 2.6 Blok diagram counter ramp ADC. 4

Pada blok
diagram diatas terlihat bahwa counter ramp ADC, didalamnya terdapat DAC
yang diberi masukan dari counter, masukan counter merupakan nilai
AND dari sumber clock dengan komparator. Komparator membandingkan antara
tegangan masukan anlaog dengan tegangan keluaran DAC, apabila tegangan masukan
yang akan dikonversi belum sama dengan tegangan keluaran dari DAC maka keluaran
komparator adalah satu sehingga clock dapat memberi masukan counter
dan hitungan pada counter akan naik. Kelemahan dari counter
tersebut adalah lama karena harus melakukan trace mulai dari 0000 hingga
mencapai tegangan yang sama sehingga butuh waktu.

Jenis ADC yang
lain adalah SAR (Successive Aproximation Register) ADC, yang memiliki
diagram blok seperti berikut,

 

Gambar 2.7 Blok diagram SAR DAC. 4

Dari blok
diagram diatas menunjukkan bahwa SAR ADC memakai konfigurasi yang hampir sama
dengan counter ramp tetapi dalam cara melaukakan trace nilai,
berbeda dengan counter ramp.  Tracking
pada SAR ADC pertama-tama mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 (1000 0000).
Apabila kurang dari tegangan input maka bit MSB berikutnya = 1 (1100 0000) lalu
apabila tegangan analog input ternyata lebih kecil dari tegangan yang
dihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit menjadi 1010
0000 dan seterusnya.

2.2.3     
Komputer

Komputer
yang digunakan untuk akuisisi data adalah komputer yang memiliki software yang
dapat diprogram. Dalam hal ini mikrokontroller dapat mengganti fungsi dari
komputer untuk pengolahan data dalam akuisisi data, terlebih mikrokontroller
dapat diprogram dengan cukup mudah dan merupakan perangkat yang portable.

2.3    AT89S51

AT89S51
adalah mikrokontroller CMOS 8-bit dengan memori 4Kbytes yang dapat diprogram.
Memiliki 40 pin yang terdiri dari 1 pin VCC, 1 pin ground, 32 pin I/O (terdapat
pada PORT0, PORT1, PORT2 dan PORT3), 1 pin reset, 1 pin ALE/PROG, 1 pin
PSEN (Program Store Enable), 1 pin EA/VPP, 2 pin untuk XTAL. Untuk
konfigurasi pin dari AT89S51 dapat dilihat pada Gambar 2.8 berikut,

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin
AT89S51 5

Untuk pemrogramannya, AT89S51 dipasangkan dengan on-chip
Flash memory array yang siap diprogram. Pada AT89S51 kode memori array
diprogram secara byte per byte. Untuk lebih ringkasnya pemrograman pada AT89S51
dapat dilihat pada tabel berikut,

 

Tabel 2.2 Mode pemrograman flash memory 5

2.4    DAC 0808

Mengkonversi
sinyal analog ke digital dan sebaliknya, sering dibutuhkan. Biasanya setelah
sinyal digital yang diolah oleh suatu mikroprosesor perlu diubah kembali
menjadi sinyal analog sehingga mampu berkomunikasi dengan dunia analog.

Digital to Analog Converter (DAC) memiliki
jenis yang bermacam-macam, tersusun dari rangkaian-rangkaian elektronika dan
penggunaannya juga beragam sesuai dengan kebutuhan penggunanya.

DAC 0808
merupakan salah satu DAC yang telah dibuat dalam bentuk IC (Integrated
Circuit) memiliki resolusi 8-bit monolithic dengan suplai daya 5V dan disipasi daya 33mW. Memiliki beberapa fitur
seperti, tidak memerlukan kelengkapan arus referensi (IREF) untuk
banyak aplikasinya karena keluaran arus full scale nya secara khas  1 LSB dari 255 IREF/256, akurasi relatif lebih
baik dari 0.19% menjamin 8-bit dengan sifat monotonik dan
linearitas saat arus keluaran zero level yang mana kurang dari 4?A
memberikan 8-bit akurasi zero untuk IREF 2mA.

DAC 0808 akan
menghubungkan secara langsung dengan tingkatan logika CMOS, TTL, DTL yang
populer, dan merupakan pengganti langsung untuk MC1508/MC1408. Gambar berikut
menunjukkan diagram blok rangkaian DAC0808 dan pin-pin nya.

Gambar 2.9 Blok diagram
rangkaian DAC0808.6

 

Gambar
2.10 Pin-pin pada
DAC0808. 6

 

Untuk
karakteristik tentang penggunaan DAC0808 ini dapat dilihat pada tabel
karateristik berikut,

 

Tabel 2.3 Karakteristik
elektronik DAC0808. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5    ADC 0804

ADC 0804
merupakan analog to digital (A/D) converter yang cocok dan dapat
digunakan untuk mikroprosesor 8 bit. Keluarga ADC080X merupakan CMOS 8-bit, A/D
converter dengan pendekatan succesive yang menggunakan potentiometer
ladder yang dimodifikasi dan didesain untuk beroperasi dengan kontrol bus
8080A melalui tiga kondisi keluaran. Konverter jenis ini muncul pada prosesor
sebagai lokasi memori atau port I/O dan disini tidak memerlukan hubungan
logika. Gambar berikut akan menunjukkan diagram 
fungsi  dan pinout
pada ADC0804,

Gambar 2.11
diagram fungsi pada
ADC0804.

Gambar 2.12
Pinout dari ADC0804. 7

Beberapa
fitur dari ADC0804 adalah, cocok dengan bus 80C48 dan 80C80/85 sehingga tidak
memerlukan hubungan logika, watu konversi 
kurang dari 100 ?s, sambungan mudah untuk kebanyakan mikroprosesor, akan
beroperasi pada mode “Stand Alone”, masukan (input) tegangan analog
diferensial, bekerja dengan tegangan referensi bandgap, cocok dengan TTL
pada masukan dan keluaran, on-chip clock generator, range tegangan input
0V hingga 5V, tidak memerlukan penyetelan-nol.

 

2.6    AT89C2051

AT89C2051
merupakan mikrokontroller 8-bit dengan 2Kbyte flash programmable and
erasable read-only memory (PEROM). Perangkat ini diproduksi
menggunakan teknologi memori yang tidak mudah menguap kepadatan tinggi milik
Atmel dan cocok dengan standar industri MCS-51 instruction set. Dengan
mengkombinasikan CPU 8 bit yang serbaguna dengan flash pada chip
monolitik, Atmel AT89C2051 adalah mikrokomputer yang powerful yang memberikan
fleksibilitas tinggi dan solusi efektifitas harga pada banyak aplikasi kontrol
tertanam.

Fitur pada
AT89C2051, 2Kbytes flash memori yang dapat diprogram, beroperasi pada range
2,7V hingga 6V, Operasi statis secara penuh mulai dari 0Hz hingga 24Mhz, 128×8
bit internal RAM, 15 pin I/O yang dapat diprogram, 2 buah 16-bit timer/counter,
enam sumber interupsi, komparator analog on-chip.

Pin-pin pada AT89C2051 dapat dilihat pada gambar berikut,

Gambar 2.13 Konfigurasi pin AT89C2051. 8

Dari gambar
diatas diketahui bahwa AT89C51 memiliki jumlah pin 20 dengan 1 pin VCC untuk
sumber tegangan, 1 pin GND sebagai ground, 8 pin pada port 1 (P1.0-P1.7)
digunakan sebagai I/O port dengan masing-masing P1.2 higga P1.7 memberikan
internal pull-up sementara P1.0 dan P1.1 membutuhkan external pull-up, juga
pada P1.0 dan P1.1 difungsikan sebagai masukan positif dan masukan negatif
secara berurutan pada komparator analog yang terdapat pada chip, 7 pin pada
port3 (P3.0-P3.5,P3.7) digunakan sebagai I/O pin dengan internal pull-up
sementara untuk P3.6 tidak dapat diakses karena difungsikan sebagai masukan
untuk keluaran pada komparator on-chip, 1 pin RST digunakan sebagai reset,
2 pin XTAL (XTAL1 dan XTAL2) digunakan sebagai masukan dan keluaran pada inverting
oscillator amplifier dan juga sebagai input pada rangkaian operasi clock
internal. Untuk keterangan lebih spesifik dapat dilihat langsung pada data
sheet.         

Sementara
untuk blok diagram rangkaian pada AT89C2051 dapat dilihat pada gambar berikut,

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.14 Blok diagram AT89C2051. 8

2.7    EEPROM W27C512

Chip W27C512
adalah EEPROM (Electrically Eraseble and Programmable Read Only Memory)
berkecepatan tinggi dan berdaya rendah berkapasitas 65536 x 8 bit (64K bytes)
yang beroperasi pada catu daya tunggal 5V. W27C512 memberikan fungsi chip
erase.

Fitur dari
chip ini adalah waktu akses berkecepatan tinggi yaitu 45/70/90/120 nS (max),
arus operasi baca 30mA (max), arus standby 1mA (max), arus operasi
pemrograman / penghapusan 30 mA (max), semua masukan dan keluaran cocok secara
langsung dengan TTL/CMOS, keluaran tiga-state. Konfigurasi pin dari chip
W27C512 adalah sebagai berikut,

Gambar 2.15 Konfigurasi pin pada W27C215. 9

chip W27C215 memiliki pin sebanyak 28 yang terdiri dari 1 pin
Vcc untuk catu daya, 1 pin GND sebagai ground, 1 pin CE untuk fungsi enable
chip, 1 pin OE/Vpp untuk fungsi output enable dan juga sebagai catu
daya program/erase, 16 pin (A0-A15) sebagai masukan alamat, 8 pin(
Q0-Q7) sebagai masukan atau keluaran data.

chip ini memiliki beberapa cara atau mode dalam penggunaanya
yaitu mode baca (read mode), mode hapus (erase mode), mode
verifikasi hapus (erase verify mode), mode program (program mode),
mode verifikasi program (program verify mode), mode pencegahan
hapus/program (erase/program inhibit), mode terjaga (standby mode),
kontrol keluaran dua line dan pertimbangan sistem. untuk operasi pada setiap
mode dapat dilihat pada tabel berikut,

 

 

 

 

 

 

 

Tabel 2.4 Operasi pada setiap mode. 9

untuk
karakteristik DC ataupun AC maupun yang lainnya yang lebih spesifik dapat
dilihat pada datasheet.

 

2.8    IC LM386

LM386
merupakan penguat daya didesain untuk penggunaan dalam aplikasi penggunaan
tegangan rendah. Penguatan secara internal diatur 20 untuk menjaga bagian
eksternal terhitung rendah, tetapi tambahan sebuah resistor eksternal dan
kapasitor antara pin 1 dan 8 akan meningkatkan penguatan hingga 200.

Fitur pada
LM386 diantaranya penggunaan baterai untuk pengoperasiannya, part eksternal
minimum, range catu daya luas (4V-12V atau 5V-18V), pengeringan arus
diam rendah (4mA), penguatan tegangan 20 hingga 200, masukan direferensikan ke
ground, distorsi rendah, dikemas dalam 8 pin dual–in-line. Untuk karakteristik
elektriknya dapat dilihat pada tabel berikut,

 

 

 

 

 

 

 

Tabel 2.5 Karakteristik elektrik LM386. 10

Masukannya
direferensikan ke ground sementara keluarannya secara otomatis dibiaskan ke
setengah catu daya. Daya diamnya hanya 24 miliwatts saat beroperasi dari sumber
6volt, menjadikan LM386 ideal untuk penggunaan dengan baterai.

Konfigurasi
pin dan rangkaian skematik ekuivalennya dapat dilihat pada gambar berikut,

Gambar 2.16 Konfigurasi pin dan rangkaian skematik ekuivalen LM386 10

LM386 banyak
diaplikasikan sebagai penguat radio AM/FM, penguat portable tape player,
interkom, TV soundsystem, pengendali ultrasonik dan lain sebagainya.

Related Posts

© All Right Reserved
x

Hi!
I'm Melba!

Would you like to get a custom essay? How about receiving a customized one?

Check it out