Tahun Ajaran 2012/2013

Konsep Analog-Digital dan Sistem Digital

Teknik Digital (TKE071207)Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Iwan Setiawan <stwn at unsoed.ac.id>

 

David.Asch, CC BY-NC-ND, http://flic.kr/p/2Poor

 Jörg Weingrill, CC-BYhttp://flic.kr/p/5xrMYv

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

EZ430-Chronoshttp://processors.wiki.ti.com/index.php/EZ430-Chronos

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

http://processors.wiki.ti.com/index.php/EZ430-Chronos

 

RepresentasiNumerik

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kuantitas(jumlah)

diukur dipantau

direkam diubah

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

mekanik, pneumatik, hidrolik, elektrik

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Nilai angka atau numerik.(yang efisien dan akurat)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Representasi numerik untuk kuantitas: analog dan digital.

 

Analog dan Digital

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kuantitas analog direpresentasikan dengan variabel kontinyu dan indikator yangsebanding dengan nilai variabelnya.

 Helen ST, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/76baGy

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Andres Rueda, CC BY, h

ttp://f

lic.kr/p/6c6vKx

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sekecil apapun perubahan pada kuantitas fisik, akan ada perubahan pula pada indikator analognya.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Pada elektronika analog: kuantitas fisik diukur atau diproses dengan mengubahnya ke dalam tegangan/arus yang sesuai.

Sinyal listrik tersebut dapat digunakan untuk pemrosesan, menampilkan informasi, dan melakukan pengendalian.

  visual.dichotomy, CC BY, http://flic.kr/p/6wcZJa

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Mikrofon: menghasilkan keluaran tegangan yang sesuai dengan amplitudo gelombang suara yang masuk.

Variasi gelombang suara akan menghasilkan variasi tegangan keluaran.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kuantitas analog dapat bervariasi nilainyapada nilai rentang yang kontinyu.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

EZ430-Chronoshttp://processors.wiki.ti.com/index.php/EZ430-Chronos

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kuantitas digital tidak direpresentasikan dengan indikator variabel yang kontinyu, tetapi dengan simbol yaitu digit.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Contoh: jam tangan digital.

Waktu terus berjalan/kontinyu, tetapi pembacaan jam tangan digital hanya dilakukan pada waktu tertentu saja secara periodik, misal setiap detik.

Proses ini dikenal dengan istilah langkah per langkah/step by step/langkah diskret.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Analog = kontinyu

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Digital = diskret

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

NG (2010)

Digital (Diskret)

Analog (Kontinyu)

Sampling rate, contoh: MP3 encodingSno

w (

200

6)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Representasi digital tidak ambigu.

 ckmck, CC BY, http://flic.kr/p/4RnB4i

Menghitungdengan jari.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Dalam praktik, ketika kita mengukur kuantitas analog akan ada interpretasi.

Sebagai manusia kita membulatkannya kenilai yang lebih “manusiawi”.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Membuat kuantitas menjadi digital :-)(proses digitalisasi)

 

Kuantitas analog atau digital?

(1) Saklar dengan 3 posisi(2) Arus yang mengalir(3) Suhu di dalam ruangan(4) Butiran pasir di pantai(5) Indikator bahan bakar

 

Sistem Digital

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kombinasi perangkat yang dirancang untuk memanipulasi informasi (yang bersifat) logika, atau (2) kuantitas fisik yang direpresentasikan dalam bentuk digital.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sistem digital hanya menerima kuantitas dengan nilai diskret.

Mengapa harus menggunakansistem digital?

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Perancangan Mudah Dilakukan

● Rangkaian dalam sistem digital menggunakan (rangkaian) kontak atau saklar.

● Besar arus dan tegangan tidak terlalu penting.● Prinsip: ada atau tidak ada tegangan/arus dalam

bentuk rentang TINGGI atau RENDAH.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Informasi Lebih Mudah Disimpan

● Terdapat komponen yang dapat digunakan untuk menyimpan informasi digital tergantung seberapa lama kita menghendakinya dan dalam ruang yang relatif kecil.

● Pengambilan informasi dapat dilakukan kapan saja.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Lebih Tepat dan Teliti

● Pada sistem analog, ketepatan dan ketelitian didapat dengan pemakaian komponen yang lebih presisi. Sistem ini juga terpengaruh oleh suhu, kelembapan, variasi toleransi komponen dalam rangkaian, dan lain-lain.

● Pada sistem digital, ketepatan dan ketelitian didapat dengan penggunaan komponen yang sama. Ketepatan dan ketelitian mudah dipertahankan pada seluruh sistem.● Ketika sinyal sudah dalam bentuk digital, informasi di

dalamnya relatif tidak akan berubah saat diproses.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kerja Rangkaian Dapat Diprogram

● Komponen digital dapat menyimpan informasi lebih lama, maka kerja rangkaiannya dapat disimpan dalam bentuk program.

● Mudah untuk merancang sistem digital yang operasinya dikendalikan oleh instruksi yang tersimpan di dalam program.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Tahan Terhadap Derau

● Rangkaian digital lebih tahan terhadap peruba-han tegangan/arus karena yang dipentingkan adalah ada atau tidak ada tegangan/arus, bukan besarnya.● Kecuali derau benar-benar mengubah tegangan

sehingga rangkaian digital tidak dapat membedakan TINGGI atau RENDAH sinyalnya.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Dimensi Lebih Kecil

● Kemajuan teknologi pembuatan komponen elektronika membuat semakin banyaknya komponen digital yang dapat dikemas menjadi rangkaian terintegrasi dalam bentuk IC digital.

● Komponen seperti resistor, kapasitor, induktor, dan trafo lebih sulit untuk diintegrasikan.

..dan semakin kecil

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

"The number of transistors incorporated in a chip will approximately double every 24 months."

– Gordon Moore

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Wgsimon, CC BY-SA, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Transistor_Count_and_Moore%27s_Law_-_2011.svg

Casey Fleser, CC BY, http://flic.kr/p/5XqgCz

Plug computerMatt Biddulph, CC BY-SA, http://flic.kr/p/6R3epA

 

Wumzi, CC BY-SA, https://en.wikipedia.org/wiki/File:SheevaPlug.JPG

Marie-Lan Nguyen, CC BY, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Globalscale_DreamPlug_n01.jpg

 (c) Freescale, Kinetis KL02 MCU

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Kelemahan Sistem Digital

● Besaran alam umumnya analog.● Manusia (tanpa sadar) melakukan pendekatan

diskret terhadap nilai-nilai analog.

● Pemrosesan digital membutuhkan waktu.● Pada tahap awal dan tahap akhir dari sebuah

rangkaian digital, besaran analog harus diubah ke digital dan sebaliknya.

● Sinyal digital tidak sesuai benar dengan sinyal analognya.● Kesalahan pencuplikan/sampling.

Mungkinkah kita temui cacat pada sinyal dalam sebuah rangkaian

digital?

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Pertimbangan

● Sistem analog: harga, kemampuan, kompleksitas.

● Sistem digital: konversi.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sistem Pengatur Suhu

Tocci, Widmer, Moss (2007)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Tranducer ADC

DAC Tranducer

PemrosesanDigital

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

5 Tahap Pemrosesan Digital

● Besaran analog fisik diubah ke besaran analog listrik.

● Besaran analog listrik diubah menjadi besaran digital.

● Pemrosesan digital.● Besaran digital diubah menjadi besaran analog

listrik.● Besaran analog listrik diubah menjadi besaran

analog fisik.

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Pada banyak sistem digital, konversi analog ke digital dilakukan secepat mungkin, dan menunda konversi kembali ke analog selambat mungkin.

Sistem Bilangan Digital

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Desimal: 0-9, basis 10

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

2745,214

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sistem Bilangan Desimal

Tocci, Widmer, Moss (2007)

 

Bagaimana cara menghitung bilangan desimal? :-)

Mengapa kita tidak menggunakan desimal dalam sistem digital?

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Biner: 0-1, basis 2

Berapa 1012 dalam desimal?

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sistem Bilangan Biner (1)

Tocci, Widmer, Moss (2007)

 

Bagaimana cara menghitung bilangan biner? :-)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Sistem Bilangan Biner (2)

Tocci, Widmer, Moss (2007)

Berapa nilai bilangan desimal paling tinggi yang dapat direpresentasikan

menggunakan 8 bit?

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

111111112 = 255

10

2n-1

1) Berapa bilangan desimal dari 11010112?

(26+25+23+21+20)=10710

2) Berapa bilangan biner setelah 101112?

110002

3) Berapa nilai desimal paling besar yang dapat direpresentasikan menggunakan 12 bit?

212 – 1 = 409510

1) Berapa bilangan desimal dari 11010112?

(26+25+23+21+20)=10710

2) Berapa bilangan biner setelah 101112?

110002

3) Berapa nilai desimal paling besar yang dapat direpresentasikan menggunakan 12 bit?

212 – 1 = 409510

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Representasi Biner (1)

● Kontak/saklar tertutup atau terbuka.● Tegangan pada rentang nilai tertentu: misal 3

sampai 5 mewakili 1, 0 sampai 1 mewakili 0.● Polaritas magnetik.● Dioda, menghantarkan arus atau tidak.● Ada lubang atau tidak pada kartu/CD.

...secara fisik

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Representasi Biner (2)

Tocci, Widmer, Moss (2007)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Representasi Biner (3)

Cmglee, CC BY-SA, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_CD_DVD_HDDVD_BD.svg

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

(a) rentang tegangan pada sistem digital(b) diagram waktu sinyal digital (timing diagram)

Tocc

i, W

idm

er, M

oss

(20

07)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Rangkaian Digital

Tocci, Widmer, Moss (2007)

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

rangkaian digital = rangkaian logika

 Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Rangkaian digital merespon tingkat biner masukan, bukan besar tegangannya.

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Contoh IC digital: TTL, CMOS, NMOS, ECL

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Transmisi Paralel versus Serial

Tocci, Widmer, Moss (2007)

Mana yang lebih baik?

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Memori

Tocci, Widmer, Moss (2007)

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Komputer Digital

Tocci, Widmer, Moss (2007)

Jumlahkan angka 1 sampai 6!

Kaleb Fulgham, CC BY-NC-ND, http://flic.kr/p/qUVY8

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, UnsoedBrown, Vranesic (2005)

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Brown, Vranesic (2005)

Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Daftar Bacaan

● Brown, S., Vranesic, Z. 2005. Fundamental of Digital Logic with VHDL Design, Second Edition, Mc-Graw Hill.

● Krisnarno, B. 2007. Konsep Dasar Perbedaan Analog dan Digital, salindia presentasi EE2113.

● McCrum, I. 2004. Introductory Concepts, salindia presentasi EEE515J1.

● NG, K.T. 2010. Chapter 1 - Digital Electronics, salindia presentasi E&I2480.

● Snow, D. 2006. Chapter 1 - Digital Logic, salindia presentasi CSC228.

● Tocci, R.J., Widmer, N.S., Moss, G.L. 2007. Digital Systems: Principles and Applications, Tenth Edition, Prentice Hall.