Analog to Digital Converter (ADC)

27
LOGO “ Add your company slogan ” Analog to digital converter (ADC) Afif Rakhman, S.Si., M.T.

description

ADC ( Analog to Digital Converter) adalah Pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal

Transcript of Analog to Digital Converter (ADC)

Page 1: Analog to Digital Converter (ADC)

LOGO

“ Add your company slogan ”

Analog to digital converter (ADC)

Afif Rakhman, S.Si., M.T.

Page 2: Analog to Digital Converter (ADC)

Skema

Pengiriman data ke komputer

Data logger

Macam ADC

Blok diagram

Pengertian

Sistem telemetri digital

Page 3: Analog to Digital Converter (ADC)

Pengertian

§ Analog to digital converter (ADC) Perangkat elektronik yang mengkonversibesaran (tegangan) analog menjadi besarandigital.

§ Parameter ADC :1. Resolusi

Jumlah bit (dalam kode digital) pada keluaran (output) ADC yang menyatakan nilai tegangan analog pada masukan (input) ADC.

2. Kecepatan konversiKecepatan konversi dari masukan analog menjadi keluarandigital.

Page 4: Analog to Digital Converter (ADC)

Pengertian

§ Digital to analog converter (DAC) Perangkat elektronik yang mengkonversibesaran (tegangan) digital menjadi besarananalog (kebalikan ADC).

Page 5: Analog to Digital Converter (ADC)

Blok diagram

§ ADC 8 bit

à Ada 255 keadaan kode digital (0000 0000 s.d. 1111 1111) yang menyatakan besaran analog dari 0 mV sampai 5000 mV.

à Resolusi ADC ini adalah 5000 dibagi 255, yaitu:

19,6 mV atau 20 mV per step

Masukan (mV) Keluaran (biner)

0 0000 0000

20 0000 0001

40 0000 0010

- -------------

5000 1111 1111

Page 6: Analog to Digital Converter (ADC)

Digital to analog converter (DAC)

§ Kebalikan dari analog to digital converter (ADC)§ Bisa digunakan untuk membangkitkan sinyal

analog yang kontinyu dari sebuah sinyal diskrit(digital).

___ à sinyal analog + à sinyal diskrit

Page 7: Analog to Digital Converter (ADC)

Contoh DAC 4 bit

§ Susunan resistor (resistor ladder), membentuk suatuperangkat yang mengubah sinyaldigital menjadi tegangan analog.à Semakin banyak masukandigital yang levelnya satu, semakin besar arus masukan, sehingga tegangan keluaransemakin besar.

§ Pada DAC di samping, bilamasukan ABCD berubah dari0000 s.d. 1111, maka tegangankeluaran berubah dari -1,4 V s.d. +1,4 V.

Page 8: Analog to Digital Converter (ADC)

Macam ADC

§ ADC berdasarkan proses konversi (darimasukan analog) menjadi keluaran digital terbagi menjadi :1. Voltage controlled oscillator (VCO) atau voltage to

frequency converter2. Successive approximation register (SAR)3. Flash ADC4. Dual slope ADC5. Parallel conversion

Page 9: Analog to Digital Converter (ADC)

Voltage controlled oscillator

§ Suatu osilator yang frekuensi keluarannya tergantungpada tegangan masukannya.Contoh : Bila tegangan masukan 1 volt, frekuensikeluaran = 1000 Hz, masukan 2 volt, keluaran 2000 Hz dan seterusnya.

§ Bila frekuensi keluaran dicacah dengan decade counter4 digit, maka tegangan analog dikonversi menjadibilangan biner dan ditampilkan dalam format 4 digit.

§ Resolusi ADC jenis VCO tergantung pada koefisienkonversinya.

§ Kecepatan konversi jenis ADC ini lambat.

Page 10: Analog to Digital Converter (ADC)

Successive approximation register (SAR)

§ Blok diagram

MSB

Output

Page 11: Analog to Digital Converter (ADC)

SAR-prinsip konversi (1)

§ Bilangan biner memiliki nilai terbesar pada MSB, jadi bila bilangan biner terdiri dari 8 bit, maka bit ke 7 (MSB) mempunyai nilai 27 = 128, bit ke 6 mempunyai nilai 64, bit ke 5 mempunyai nilai 32 dan seterusnya sampai bit ke nol mempunyai nilai 1.

§ Bila masukan tegangan analog mempunyai kisaran dari 0 sampai 5000 mV, maka harga tegangan setiap bit-nya = 19,6 mV ( 20 mV), sehingga MSB memiliki nilai tegangan separuh tegangan penuh( = 2500 mV), bit ke 6 mempunyai nilai tegangan 1250 mV dan seterusnya.

§ Digitalisasi dengan SAR membandingkan tegangan masukan dengan level nilai bit-bit pada jajaran bilangan biner dengan pertanyaan, dimulai dengan MSB,à apakah tegangan masukan lebih besar dari 2500 mV ?, jika ya, maka MSB sama dengan 1, jika tidak, MSB sama dengan 0.

Page 12: Analog to Digital Converter (ADC)

§ Pertanyaan berikutnya, apakah tegangan masukan lebih besar dari nilai MSB + nilai bit ke 6 ?, bila ya, maka bit ke 6 mempunyai nilai 1, bila tidak nilainya 0

§ Contoh: tegangan analog masukan sebesar 2525 mV,1. apakah 2525>2500 à ya, maka MSB, --- 12. apakah 2525>(2500+1250) à tidak, bit ke 6, --- 03. apakah 2525>(2500+625) à tidak, bit ke 5, --- 04. ------------------------------------------------------- bit ke 4, --- 05. ------------------------------------------------------- bit ke 3, --- 06. ------------------------------------------------------- bit ke 2, --- 07. ------------------------------------------------------- bit ke 1, --- 08. apakah 2525>(2500+20), à ya, maka bit ke 0, --- 1Jadi tegangan analog 2525 mV, dikonversi menjadi 1000 0001

SAR-prinsip konversi (2)

Page 13: Analog to Digital Converter (ADC)

SAR-cara konversi§ Rangkaian SAR, menyajikan “tebakan” keluaran digital dengan

memulai memberikan angka 1 pada MSB-nya.§ Keluaran sementara ( 1000 000 ) ini dikonversi menjadi sinyal

analog oleh DAC (resistor ladder) menjadi bilangan analog, kemudian dibandingkan dengan masukan analog oleh komparator.

§ Bila masukan dari DAC lebih besar dari masukan analog, makakeluaran komparator =1, sehingga “tebakan” MSB (bit ke 7) ditetapkan menjadi keluaran tetap, sebaliknya bila keluaran dariDAC lebih kecil dari masukan analog, maka keluaran komparator =0 maka “tebakan” bit ke 7 diubah menjadi 0.

§ Tebakan berikutnya bit ke 6, ditebak dengan 1, sehingga keluaran sementara (1100 000), dilakukan proses yang sama, maka bit ke 6 adalah1 bila keluaran komparator =1, dan sebaliknya bit ke 6 diubahmenjadi nol.

§ Demikian seterusnya, maka diperoleh keluaran digital 8 bit, denganproses “SAR”.

Page 14: Analog to Digital Converter (ADC)

Flash ADC

§ Blok diagram

Page 15: Analog to Digital Converter (ADC)

Flash ADC-prinsip kerja

§ Flash ADC terdiri dari banyak komparator yang membandingkan masukan analog dengan bermacam-macamreferensi.

§ Sebagai contoh, untuk ADC 3 bit, ada 8 keadaan bilangan binernya, yaitu dari 000 sampai 111, diperlukan 8 komparator.

§ Bila masukan analog memunyai nilai tegangan antara 0 sampai 5 V, maka harga tegangan setiap “step” nya adalah 0,625 V.

§ Bila masukan analog lebih besar dari 0,625 volt, tetapi lebihkecil dari 1,25 volt, maka keluaran dari komparator pertama=1, sedang keluaran komparator yang lain =0.

§ Demikian proses pembandingan selalu dilakukan terhadapmasukan analog dengan banyak referensi, keluaran darikomparator- komparator kemudian diolah oleh “priority encoder” menjadi keluaran bilangan biner.

§ Resolusi ditentukan oleh banyaknya komparator.§ Kecepatan konversi sangat cepat.

Page 16: Analog to Digital Converter (ADC)

Data logger (1)

§ Suatu sistem pengukuran beberapa parameter secara simultan, dimana bagian akhir dari sistem ini berupa komputer yang dapat menampilkan grafik, menyimpan data, atau mengolah data.

Page 17: Analog to Digital Converter (ADC)

Data logger (2) – 8 kanal (channel)

§ Besaran yang diukur (dari sensor) setelah dikperkuat dan difilter di masukkan ke multiplexer (MUX).

§ Multiplexer memilih data dari sensor mana yang diumpankan ke ADC untuk di konversi menjadi besaran digital dan disajikan pada keluaran ADC untuk dimasukkan ke komputer.

§ Proses pemilihan kanal (dari sensor) dan proses digitalisasi dikontrol oleh “Logic Controller”.

§ Data keluaran dari ADC membawa informasi nomor kanal, nomor data dan data (digital) hasil konversi ADC.

§ Komputer dilengkapi perangkat lunak untuk membaca data, menyimpan data, mengumpulkan data sesuai kanalnya (identitasnya) dan kemudian dapat membaca kembali dalam bentuk tabel atau grafik “time series”.

§ Jalur masuk ke komputer dapat melalui parallel port, serial port (RS232) atau USB.

Page 18: Analog to Digital Converter (ADC)

Pengiriman data ke komputer

§ Pengiriman secara paralel, misalnya data terdiri dari 8 bit, maka memerlukan paling tidak 9 jalur kabel untuk memasukkan data ke komputer, pengiriman semacam ini dapat sangat cepat, tetapi kurang praktis karena memerlukan banyak kabel.

§ Pengiriman secara serial melalui jalur “serial port – RS232”, ada dua format pengiriman yaitu syncronous dan asyncronous.

§ Pengiriman syncronous bila data dikirim kalau ada permintaan dari komputer, misalnya diminta data hanya dari kanal satu saja, maka dikirim jajaran bilangan biner (8 bit) mulai dari LSB sampai MSB.

§ Pengiriman asyncronous, bila data dikirim terus (tanpa diminta) dengan memberikan bit tambahan yang menyatakan awal data (start bit) dan akhir data (stop bit).

Start bit Stop bitD0 D7

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1

Page 19: Analog to Digital Converter (ADC)

Data serial, syncronous dan asyncronous

§ Transmisi syncronous

§ Transmisi asyncronous

Page 20: Analog to Digital Converter (ADC)

Pengiriman data serial

§ Pengiriman data serial hanya memerlukan dua kabel saja untuk sinyal dan ground.

§ Pengiriman data serial saat ini dapat sangat cepat, kecepatan pengiriman dinyatakan dalam byte per detik, atau kilobyte per detik.

§ Pengiriman data serial lebih praktis, dapat dilakukan melalui “fiber optik” atau sistem telemetri dengan gelombang radio.

§ Data serial juga digunakan untuk kontrol jarak jauh (remote control).

Page 21: Analog to Digital Converter (ADC)

Sistem penyimpanan data

§ RAM- random access memory, suatu sistem penyimpanan data sementara yang dapat ditulis (write)dan dibaca (read). RAM bersifat volatile, yaitu data akan hilang (loss) bila power supply-nya dimatikan.

§ Memory yang hanya biasa dibaca saja disebut ROM (read only memory)

§ Dua macam RAM, static RAM (SRAM) dan Dynamic RAM (DRAM).

Page 22: Analog to Digital Converter (ADC)

SRAM, DRAM, dan ROM

§ SRAM, menggunakan media penyimpan berupa Flip-flop, yang bila pada jalur data disimpan data 1, maka data akan tersimpan, dikontrol oleh jalur write atau read.

§ DRAM menggunakan media kapasitor untuk menyimpan data, menggunakan FET untuk mengontrol write atau read. DRAM kadang-kadang perlu di refresh untuk mencegah terjadinya data hilang karena kebocoran muatan pada kapasitor.

§ ROM, adalah suatu memory yang ditulis oleh pembuat program, dan hanya bisa dibaca saja, tidak bisa di tulis. Data yang tersimpan pada ROM adalah “non-volatile” yaitu data tidak hilang bila power supply mati.

www.themegallery.com

Page 23: Analog to Digital Converter (ADC)

Sistem telemetri digital

§ Data digital dapat dikirim secara jarak jauh, data yang dikirim adalah data serial. Data digital dimodulasi dengan frekuensi pembawa supaya dapat dipancarkan melalui pemancar data. Sistem modulasinya biasanya menggunakan Frequency Modulation.

§ Sebagai contoh pengiriman data digital melalui fiber optik, data digital di”bawa” oleh cahaya (infra red), dimana data 1 diwakili dengan kondisi terang dan sebaliknya gelap mewakili data 0.

§ Format pengiriman data dibuat oleh data “encoder” dan pada penerima, data tersebut diurai untuk dibaca dengan “decoder”.

Page 24: Analog to Digital Converter (ADC)

Modulasi sinyal digital

§ Frequrncy-shift keying

§ Amplitude modulation (AM)

§ Phase-shift keying

Page 25: Analog to Digital Converter (ADC)

Sistem telemetri digital (blok diagram)

§ Bagian pemancar (transceiver)

§ Bagian penerima (receiver)

Page 26: Analog to Digital Converter (ADC)

Sistem telemetri digital (2)

§ Bila satu stasiun pemancar mengirim data dari beberapa sensor ( misalnya suhu, curah hujan, kelembaban, dsb), maka data dikirim secara berurutan “time multiplexing”, didepan ADC ditambahkan rangkaian “multiplexer”.

§ Bila satu penerima menerima data dari beberapa stasiun pemancar, maka, maka data dari pemancar mana harus didahului dengan nomor identitasnya.

§ Sistem telemetri dua arah, bila sistem penerima dapat berfungsi juga sebagai pemancar yang dapat meminta stasiun mana yang harus mengirimkan datanya. Beberapa stasiun pemancar dapat diminta secara bergantian mengirimkan datanya, kemudian setelah selesai mengirim data sistem di stasiun pemancar dalam kondisi “stand-by”.

www.themegallery.com

Page 27: Analog to Digital Converter (ADC)

LOGO

“ Add your company slogan ”

Every journey begins with a firs step