MODUL CONVERTER (ADC DAN DAC) DENGAN SEVEN SEGMENT DISPLAY

Jurnal Informanika, Volume 5 No.1, Januari-Juni 2019 ISSN :2407-1730

26

MODUL CONVERTER (ADC DAN DAC) DENGAN SEVEN SEGMENT DISPLAY

Sarjana

Department Polytechnic of Sriwijaya, Srijaya Negera Street, Bukit Besar, [email protected]

ABSTRAK

Konverter atau Pengubah adalah suatu perangkat elektronika yang dapat mengubah arus ataupun sinyal. Dari arus AC menjadi DC atau sebaliknya, dan bisa juga mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital ataupun sebaliknya. Proses konversi diperlukan untuk mengetahui terdapat jenis-jenis proses pengubahan / converter dari data atau sinyal yang bersifat analog menjadi digital atau sebaliknya. Hal ini dikarenakan sebagian besar data sinyal yang ada di dunia ini merupakan besaran analog. Pengonversian data dari analog ke digital merupakan suatu cara untuk mengolah data analog tersebut agar dapat di modifikasi, dimanipulasi dan mengubah karakteristiknya. Dalam penelitian ini akan dirancang dan pengimplementasian suatu konverter Analog to Digital Converter (ADC) dan Digital to Analog Converter (DAC) ke dalam modul, menggunakan IC ADC 0804, IC ADC 0809, IC DAC 0800 dan ATmega16 sebagai Seven Segment Driver.

Kata Kunci: Converter, ADC, DAC, Seven Segment.

I. PENDAHULUAN Modul ADC yang dirancang merupakan jenis SAR (Successive Aproximation Register) dengan perhitungan perbandingan nilai resistansi Vr terhadap tegangan input yang terukur, prinsip kerja, dan karakteristik dari modul analog to digital converter 8 bit, proses penerjemahan nilai biner ke ouput desimal pada seven segment display. Dan untuk meminimalisir kesalahan-kesalahan yang terjadi dalam proses konversi, diperlukan untuk memperhatikan spesifikasi ADC yang meliputi resolusi, keakurasian, waktu konversi dan sample rating. Modul DAC yang dirancang merupakan R-2R Ladder DAC tipe unipolar dan bipolar dengan melakukan titik pengujian hasil konversi berupa

tegangan ( Vout ) dan arus keluaran (Iout) II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Sinyal Analog

Sinyal analog adalah sinyal yang berupa gelombang elektro magnetik dan bergerak atas dasar fekuensi. Frekuensi adalah jumlah getaran bolak balik sinyal analog dalam satu siklus lengkap per detik. Satu siklus lengkap terjadi saat gelombang berada pada titik bertegangan nol, menuju titik bertegangan positif tertinggi pada gelombang, menurun ke titik tegangan negatif dan menuju ke titik nol kembali. Semakin tinggi kecepatan atau

mailto:[email protected]


27

frekuensinya semakin banyak siklus lengkap yang terjadi pada suatu periode tertentu. Kecepatan frekuensi tersebut dinyatakan dalam hertz. Sebagai contoh sebuah gelombang yang berayun bolak balik sebanyak sepuluh kali tiap detik berarti memiliki kecepatan sepuluh hertz [1].

Gambar 2.1 Gambar Sinyal Analog [1]

2.2 Pengertian Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah sinyal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (2^1). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (2^2), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2^n buah [1].

Gambar 2.2 Gambar Sinyal Digital[1]

2.3 Analog to Digital Converter

Analog To Digital Converter (ADC) merubah nilai suatu masukan yang berupa arus, tegangan listrik atau sinyal analog lainnya menjadi sinyal digital (angka). Mengapa harus dikonversi, karena sebagian besar data/sinyal yang ada di dunia ini merupakan besaran analog. Pengonversian data dari analog ke digital merupakan suatu cara untuk mengolah data analog tersebut agar dapat di modifikasi, di manipulasi dan mengubah karakteristiknya. Umunya, ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistem komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistem digital.

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) [2].

Seperti diketahui, komputer hanya bisa membaca sinyal diskret/biner sementara di dunia nyata segala sesuatunya secara fisis berupa kuantitas analog (suhu, tekanan,


28

kecepatan, kelembapan, dsb). Kuantitas analog ini diubah menjadi besaran listrik (nilai tegangan atau arus yang setara) menggunakan transducer sebelum masuk rangkaian ADC untuk diubah menjadi sinyal digital. Sinyal digital inilah yang akan dibaca dan diproses oleh komputer.

Gambar 2.3 Proses Konversi ADC [4]

Sinyal digital yang dihasilkan ADC berupa bilangan basis 2 ( hanya terdiri dari angka 0 dan 1). Idealnya output sinyal tersebut harus dapat merepresentasikan kuantitas sinyal analog yang diterjemahkannya. Representasi ini akan semakin baik ketika ADC semakin sensitif terhadap perubahan nilai sinyal analog yang masuk. Jika nilai 0-15 Volt dapat diubah menjadi digital dengan skala 1 Volt, artinya rentang nilai digital yang diperoleh berupa 16 tahap (dari 0 bertahap naik 1 Volt hingga nilai 15 atau setara dengan 0000 sampai 1111). Tahapan sejumlah ini dapat diperoleh dengan membuat rangkaian ADC 4 bit (karena jumlah bit (n) merepresentasikan 2n nilai skala sehingga 24 = 16 skala) [4].

1. SAR (Successive Aproximation Register) ADC

Pada adc tipe ini masukan cuplikan dibandngkan dengan tegangan-tegangan berurutan yang dibandingkan dengan Successive Aproximation

Register (SAR) programmer. Proses akan dimulai pada skala separuh penuh (MSB=1) dan jika berbeda dengan tegangan dari masukan cuplikan , SAR akan mengatur keluaran digital sessuai kebutuhan.

Pengubahan dimulai dengan bit signifikan terbesar dari keluaran biner. Keadaan ini dinyatakan sebagai logika 1, diumpankan ke pengubah digital ke analog, yang akan mengubahnya menjadi bentuk analog yang akan dibandingkan dengan arus tegangan masukan cuplikan. Jika 1 pada MSB mununjukan nilai yang lebih besar dibanding masukannya, logika 1 akan diubah menjadi 0. Jika logika 1 pada MSB menunjukkan nilai lebih kecil dibanding masukan, status dipertahankan. Proses ini diulang untuk bit berikutnya, sampai tegangan keluaran DAC sama dengan arus masukan kira-kira separuh bit signifikan terkecil. Perbedaan yang ada disebabkan adanya kesalahan kuantisasi yang muncul pada pengubah digital [5].

Gambar 2.4. Blok Diagram SAR ADC[2]

2. Spesifikasi Analog to Digital Converter

Terdapat empat spesifkasi Analog to Digital Converter, meliputi tingkat resolusi, keakurasian, waktu konversi dan sampling rate.

1. Resolusi


29

Resolusi adalah jumlah bit output pada ADC. Sebuah rentang sinyal analog dapat dinyatakan dalam kode bilangan digital sehingga menyatakan sebuah sinyal analog dalam rentang 16 skala (4 bit) adalah lebih baik resolusinya dibanding membaginya dalam rentang 8 skala (3 bit). Karena besar resolusi sebanding dengan 2N (N adalah jumlah bit output digital pada rangkaian pengubah) semakin besar jumlah bit, resolusi akan semakin bagus. [4]

Tingkat Resolusi (resolution) Penentuan resolusi rangkaian ADC dihitung menggunakan rumus:

Keterangan:

– VRFS : Voltage Range Full Scale (Rentang tegangan yang dapat terukur

oleh rangkaian)

– Vref High : Tegangan input maksimum yang dapat diukur rangkaian

– Vref Low : Tegangan input minimum yang dapat diukur rangkaian

– N : Jumlah bit rangkaian

2. Keakurasian Keakuratan bergantung jumlah

error yang biasa dinyatakan dalam ±1/2 LSB dimana akurasi dinyatakan sebagai persentasi pembacaan nilai skala penuhnya (full scale readings). Contoh, untuk LSB yang terukur 2,44 mV maka

error adalah 1,22 mV dari tegangan input 10 Volt atau sebesar 0,0122% tingkat kesalahan [4].

Nilai akurasi yang dinyatakan dengan persentase error dicari dengan perhitungan sebagai berikut:

Keterangan:

– VLSB : Tegangan yang terukur untuk bit paling rendah (LSB)

– VFSR : Tegangan input maksimum yang terukur

3. Convertion time (Waktu Konversi) Waktu konversi adalah waktu yang

dibutuhkan untuk mengubah tegangan input analog ke output digital. Kebanyakan tipe ADC menggunakan proses multi tingkat dalam konversinya sehingga sinyal analog yang diubah tidak muncul menjadi digital dengan spontan. Biasanya, butuh waktu dalam mikro detik sampai skala detik untuk tiap pengubahan. Waktu konversi berkaitan dengan jumlah bit, dimana semakin besar bit maka waktu konversi akan semakin lama. [4]

Adapun waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali konversi akan tergantung dari frekuensi ADC (fADC) yang digunakan dan jumlah siklus mesin per konversi (MC):


30

Keterangan:

- T : Waktu Konversi - FADC : Frekuensi ADC - MC : Jumlah Siklus

Mesin Perkonversi

4. Sampling Rate Kemampuan sebuah ADC dalam

mengolah sample setiap detiknya akan berbeda-beda tergantung prinsip dasar rangkaiannya. Jumlah sampel yang dapat diubah oleh ADC setiap detiknya disebut sebagai sampling rate. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). [4]

2.4 IC ADC 0804

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(-) digroundkan. 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.

Gambar 2.5 IC ADC 0804 [2]

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 sebuah kapasitor eksternal (C) antara CLK IN dan ground digital

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.

ADC ini relatif cepat dan mempunyai ukuran kecil. Keuntungan tambahan adalah setiap cuplikan diubah dalam selang waktu yang sama tidak


31

tergantung pada arus masukan dan secara keseluruhan ditentukan oleh frekuensi yang mengendalikan detak dan resolusi dari pengubah [2].

2.5 IC ADC 0809

ADC 0809 adalah paket DIP 28-pin, yang memiliki resolusi 8-bit dan 8-channel multiplexer IC ADC 0809, beroperasi dengan 5 V power supply tunggal yang memiliki sifat yang sama dengan IC , rentang tegangan input analog adalah dari 0 V ke 5 V dan konsumsi daya 15 mW. ADC0809 membutuhkan kelompok sinyal input CLK untuk beroperasi, rentang frekuensi sinyal clock dimulai dari 10 kHz 1280 kHz. Pada 640 jam kHz frekuensi, waktu konversi adalah 100 mikrodetik [6].

Gambar 2.6 IC ADC 0809 [6]

ADC 8 bit ini memiliki kelebihan dibanding dengan IC ADC lainnya, karena IC ini memiliki impedans yang tinggi, data keluarannya lebih akurat, memiliki temperature yang rendah, dan membutuhkan tegangan yang kecil.

IC ADC 0809 ini memiliki masukan sesnsor suhu pada pin 12 sebagai vref + pada pin 16 sebagai vref

-, pin 3 masuk ke ground, dan input teganga negatif pada pin 26 dan input tegangan positif pada pin 5, sedangkan untuk pin 21, 20, 19, 18, 17, 15, 14, dan 9 masuk ke input IC Universal Asyncrhronus Receiver/ Transmitter [7].

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 [2].

2.6 Digital to Analog Converter (DAC)

DAC (Digital To Analog Converter) merupakan perangkat atau rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah suatu isyarat digital (kode-kode) menjadi isyarat analaog (tegangan analog) sesuai harga dari isyarat digital tersebut. DAC dapat dibangun menggunakan penguat penjumlah inverting dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) yang diberikan sinyal input berupa data logika digital 0 dan 1. Tugas pengubah D/A ialah mentransformasikan masukkan digital menjadi keluaran analog. [10]

Gambar 2.7 Diagram Blok DAC [10]


32

1. R-2R Ladder DAC

Metode lain dari konversi Digital to Analog adalah R/2R Ladder. Metode ini banyak digunakan dalam IC-IC DAC. Pada rangkaian R/2R Ladder, hanya dua nilai resistor yang diperlukan, yang dapat diaplikasikan untuk IC DAC dengan resolusi 8,10 atau 12 bit.

Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder adalah sebagai berikut : informasi digital 4 bit masuk ke switch D0 sampai D3. Switch ini mempunyai kondisi “1” (sekitar 5 V) atau “0” (sekitar 0 V). Dengan pengaturan switch akan menyebabkan perubahan arus yang mengalir melalui R9 sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya Sebagai contoh, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, maka R1 akan paralel dengan R5 menghasilkan 10 k . Selanjutnya 10 k ini seri dengan R6 = 10 k menghasilkan 20 k . 20 k ini paralel dengan R2 menghasilkan 10 k , dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8. Rangkaian ekivalennya ditunjukkan pada gambar 6. Vout yang dihasilkan dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversinya ditunjukkan pada tabel 2. Gambar 2.8 adalah diagram rangkaian DAC dengan tangga jaringan resistor 4-bit, karakteristik rangkaian tersebut tidak menjadi masalah dari A, B, C, ataupun D, impedansinya sama. Berdasarkan karakteristik ini, kita bisa menghasilkan keluaran arus sebagai berikut: I = Vref / R ID = ½ IC = ID / 2 = ¼ IB = IC / 2 = 1/8

IA = IB / 2 = 1/16 Iout = ID + IC + IB + IA = 1 ( + + )

Dimana D3, D2, D1, dan D0 dapat dibagi menjadi 1 atau 0, jika switch dalam keadaan ON, maka 1 akan sebaliknya menjadi 0. Kita hanya membutuhkan kendali nilai dari D3, D2, D1, dan D0 dengan benar, lalu kita akan mendapatkan keluaran arus Iout. [3]

keluaran arus Iref nya adalah:

Iout = ( + + )

2 Penguat Operasional

Penguat penjumlahan dalam pengubah D/A menggunakan op amp. Penguat operasional merupakan penguat yang serba guna dan mempunyai karakteristik – karakteristik yang penting sebagai berikut :

1. Impedansi masukkan tinggi 2. Impedansi keluaran rendah 3. Penguatan tegangan berubah-

ubah yang diset oleh harga resistor eksternal.[9]

Gambar 2.8 Op-Amp Dasar [9]

2.7 IC DAC 0800

Konverter digital ke analog mengubah bilangan biner menjadi voltase ekuivalen analog atau arusnya. Beberapa teknik digunakan untuk


33

konversi digital ke analog. DAC0800 adalah DAC 8-bit monolitik yang diproduksi oleh semikonduktor Nasional. Hal ini dapat beroperasi pada berbagai tegangan listrik yaitu dari 4.5V ke 18 V. Biasanya supply V + adalah 5V atau 12 V. V-pin dapat dijaga minimal -12V.

DAC 0800 berkisar dengan harga yang murah dan biasanya menggunakan 8-bit DAC, rangkaian internalnya terdiri atas tegangan sumber catu daya, R-2R resistor yang terhubung secara parallel dan transistor. Jangkauan tegangan sumber catu daya berada pada kisaran ±4.5 V hingga ±18 V, dibawah ±5 V, rugi-rugi dayanya sekitar 33 Mw dan ketetapan waktunya sekitar 85ns. Gambar 2.14 adalah diagram sirkuit dari DAC 0800 tegangan output polaritas tunggal, dimana D7 D0 adalah 8 bit input digital. Tegangan referensi positif +5 V dan melewati R1 untuk menghubungkan ke Vref (+) (pin 14). Tegangan referensi negatif GND dan melewati R2 untuk menghubungkan ke Vref (-) (pin 15). Arus referensi Iref yang melewati R1 dapat dinyatakan sebagai berikut: [6]

Iref =Vref / R1

Gambar 2.9. Diagram pin IC DAC 0800 [6]

2.8 IC AVR Atmega 16

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) merupakan pengontrolan utama standar industri dan riset saat ini. Mikrokontroler AVR standar memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit. Secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya ALU (Arithmetic and Logical Unit), himpunan register kerja, register dan decoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya.

Fitur-fitur yang dimiliki ATmega 16 sebagai berikut:

1. Mikrokontroler AVR 8 Bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah.

2. Memiliki kapasitas Flash memori 16 KByte.

3. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D

4. CPU terdiri atas 32 register. 5. Unit Interupsi internal dan eksternal. 6. ADC internal dengan fidelitas 10 bit

8 channel. 7. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis

RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.

8. Port USART untuk komunikasi serial. Konfigurasi pin mikrokontroler

Atmega16 dengan kemasan 40 pin dapat dilihat pada gambar di bawah. ATmega16 memiliki 32 pin yang digunakan untuk

input/output, pin-pin tersebut terdiri dari 8 pin sebagai port A.8 pin sebagai port B. 8 pin sebagai portC. 8 pin sebagai port D. Dalam komunikasi serial, maka hanya port D yang dapat digunakan


34

kerena fungsi khusus yang dimilikinya Susunan pin Mikrokontroler ATmega16 diperlihatkan pada gambar dibawah ini[8].

Gambar 2.10 PIN IC Atmega 16A-PU [8]

2.8 Seven Segment

Seven segment merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penampil (Aktuator) yang tampilannya dapat berupa karakter huruf atau angka. Pada dasarnya seven segment adalah tujuh buah LED yang disusun sehingga dapat menampilkan suatu bentuk karakter tertentu, misalnya suatu huruf atau angka. Masing-masing segmen (a-g) pada tujuh segmen berisi satu buah LED yang akan memancarkan cahaya bila diberi tegangan. Menurut jenisnya, tujuh segmen dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu tujuh segmen common anode dan tujuh segmen common catode, konfigurasi keduanya tergantung dari masukan tegangan yang terdapat pada kaki hubunganbersama

(common). Bentuk tampilan dan konfigurasi kaki dari tujuh segmen ditunjukkan pada Gambar 2.9 [9].

(a) Konvigurasi pin (b) Tampilan tujuh segmen

Gambar 2.11 seven segment display [9]

III. Metodologi Perancangan Modul

Converter (ADC dan DAC)

Adapun metode atau langkah-langkah pada perancangan modul ADC, diantaranya :

1. Pembuatan Blok Diagram 2. Pembuatan Skema Rangakaian 3. Pembuatan Layout Rangkaian 4. Pembuatan Desain Box Modul

3.1 Blok Diagram

1. Blok Diagram ADC 0804

Gambar 3.1 Blok Diagram ADC 0804


35

2. Blok Diagram ADC 0809

Gambar 3.2 Blok Diagram ADC 0809

3 Blok Diagram DAC

Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian DAC

3.2 Skema Rangkain 1. Rangkaian ADC 0804

Gambar 3.4 Skema Rangkain ADC

0804

Proses pengonversian analog ke digital dimulai dengan rangkaian tersebut diberi input tegangan daN tegangan referensi. Rangkaian ADC jenis Successive Approximation Register (SAR) dengan IC ADC 0804 ini sudah memiliki input CLK internal dengan frekuensi sebesar 910 HZ Setelah diberi tegangan input yang bervariasi dengan menggunakan pengaturan darai variable

resistor,tegangan input kemudian di konversi pada IC ADC 0804 dan outputnya berupa bilangan biner yang ditampilkan pada LED.

2. Rangkain ADC 0809

Gambar 3.5 Skema Rangkaian ADC 0809

Pada rangkaian ADC jenis Successive Approximation Register (SAR) dengan IC ADC 0809 ini menggunakan Clk eksternal dengan rentang frekuensi sinyal clock dimulai dari 50 Hz-500 kHz dan tegangan input 0-5v. Rangkaian ADC 0809 ini akan mengonversi dengan cara berjalan dalam mode free running, artinya ia akan konversi terus menerus input tegangan yang masuk dengan cara menghubungkan pin EOC (End of Conversion) ke SC.

3. Rangkaian DAC Unipolar


36

Gambar 3.6 Skema Rangkaian DAC 0800 Unipolar

4. Rangkaian DAC Bipolar

Gambar 3.7 Skema Rangkaian DAC 0800 Bipolar

5. Rangkaian Seven Segment Driver

Gambar 3.8 Seven Segment Driver

Seven Segment Driver pada modul ADC ini berfungsi sebagai penerjemah output converter yag berupa bilangan biner ke dalam bilangan desimal yang akan ditampilkan pada seven segment. Seven Segment Driver ini menggunakan IC AVR Atmega 16.

IV.ANALISA

4.1 Analog to Digital Converter 1. Analisa Perbandingan Tegangan Input ADC

Terhadap Vr.

Proses pengonversian analog to digital converter dimulai dengan diberikannya tegangan input dengan rentang 0-5 volt. Tegangan input dihubungkan dengan variable resistor yang memungkinkan dapat dilakukan perubahan tegangan input secara bervariasi. Pada ADC 0804 terdapat beberapa nilai tegangan input yang terukur tidak sesuai dengan terori perhitungan, hal ini dikarenakan tegangan referensi yang diberikan bernilai setengah tegangan maksimum. Saat tegangan referensi tersebut dibandingkan dengan tegangan maksimum dengan nilai resistansi Vrmax maka Vmsb yang terukur merupakan setengah tegangan iput maksimum.

Pada proses pengonversian ADC 0809 Single Channel, tegangan input yang terukur sesuai dengan teori perhitungan, dimana saat kondisi Vrmin maka didapat Vlsb dan pada saat kondisi Vrmax didapat Vmsb. Hal ini dikarenakan tegangan referensi yang diberikan sama dengan tegangan input maksimum,saat dibandingkan dengan Vin max dengan nilai Vrmax maka Vmsb sama dengan Vin max.

Tabel 4.1 Pengujian nilai Vinput Terhadap Vr pada ADC 0804

Pengukuran Perhitungan

Nilai Variable Resistor

Vin Vin

0 Ohm 00 V 0 V

30 Ohm 0.02 V 0.01 V


37

50 Ohm 0.03 V 0.02 V

120 Ohm 0.06 V 0.06 V

300 Ohm 0.14 V 0.15 V

600 Ohm 0.29 V 0.3 V

1.2 K Ohm 0.59 V 0.6 V

2.6 K Ohm 1.19 V 1.3 V

5 K Ohm 2.49 V 2.5 V

10 K Ohm 2.61 V 5 V

Tabel 4.2 Pengujian nilai Vinput Terhadap Vr pada ADC 0809

Pengukuran Perhitungan

Nilai Variable Resistor

Vin Vin

0 0.00 0 V

65 Ohm 0.03 0.03 V

120 Ohm 0.05 0.06 V

180 Ohm 0.09 0.09 V

340 Ohm 0.17 0.17 V

620 Ohm 0.31 0.31 V

1.2 K Ohm 0.59 0.6 V

2.5 K Ohm 1.25 1.25 V

5 K Ohm 2.31 2.5 V

10 K Ohm 4.91 5V

2. Analisa Proses Pengonversian Analog to Digital Converter

Tipe SAR ADC membutuhkan set waktu tertentu untuk menyelesaikan proses konversinya. Pewaktuan dan kontrol akan menghasilkan 3 urutan output yang diset “High” untuk pembebanan biner dalam hal tegangan yang dimulai dari yang paling tinggi. Setiap output High nilai biner masuk ke DAC untuk dibandingkan ke input yang sedang diukur. Jika nilainya lebih tinggi maka nilai ‘0’ disimpan siregister. Jika lebih rendah atau sama maka nilai yang disimpan adalah ‘1’. Output berikutnya yang bernilai “High” mempunyai setengah pembebanan yang akan di OR kan dengan nilai yang ditahan register. Demikian proses akan diulang sampai 8 bit selesai diukur. Sehingga dengan begitu proses konversi nya akan lebih lambat(akan ada waktu tunda dalam proses konversi)

Pada hasil konversi ADC 0804 sample yang terukur tidak sesuai dengan perhitungan dikarenakan tegangan referensi yang digunakan dalam rangkaian ini 2.5 volt atau setengah dari tegangan maksimum, sehingga hasil perhitungan yang didapat lebih besar dari digit yang terukur . Untuk Vmsb 2.61 volt terukur msb=255, dikarenakan bit yang diukur dalam ADC ini adalah 8 bit, walaupun Vin dinaikkan sampai Vmax digit yang terukur hanya sampai 255, bit berikutnya dianggap sebagai komplemen. Sedangkan untuk ADC 0809 nilai sample yang didapat sesuai dengan teori perhitungan.


38

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Nilai Sample ADC 0804

Vin (V)

Output Digital

Hasil Percobaan

Hasil Perhitungan

Nilai Desimal

(Seven segmet)

Nilai Biner (LED)

0.0 0 00000000 0

0.02 1 00000001 2

0.03 2 00000010 3

0.06 4 00000100 6

0.14 8 00001000 14

0.29 16 00010000 29

0.59 32 00100000 60

1.19 64 01000000 121

2.49 128 10000000 254

2.61 255 11111111 266

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran nilai sample ADC 0809 Single Channel

3. Analisa Proses Penampilan Hasil Konversi

Pada SevenSegment

Proses penampilan hasil konversi yang berupa bilangan biner ke dalam bilangan desimal pada seven segment menngunakan suatu driver, yaitu ic Atmega 16. Ic AVR ini dikonfigurasi dengan menghubungkan 8 bit keluaran biner berupa LED ke port B. Bit 0 dihubungkan ke port B0 dan berikutnya seterusnya sampai bit 8 ke port B8. Ketika segmentnya terhubung dengan port B ATmega 16,selanjutnya untuk mengatur tampilannya, tinggal diatur nilai logika port B. Jika port B diberi logika 0, mulai dari port B.0 (segment a) sampai port B.5 (segment f) artinya tampil digit 0 pada seven segment display. Setelah pengonfigurasian register telah selesai, selanjutnya di teruskan dengan pengaturan sintak untuk port A berupa bilangan ratusan, port C untuk puluhan, dan port D untuk satuan. Setelah pengaturan sintak untuk masing masing port, saat di diberi tegangan input dan melalui ic converter maka seven segment akan akan menampilkan keluaran digital yang sebanding dengan tegangan inputnya. Hampir tidak ada watu tunda atau delay dalam proses penerjemahan digit biner ke dalam digit desimal sevent segment.


39

Tabel 4.5Hasil Pengujian Output Bilangan Biner danDesimal ADC 8 bit

Vin (V)

Output

0.0

2.61

4. Analisa Kinerja Alat

Spesifikasi ADC meliputi resolusi, keakurasian, waktu konversi dan rating samplenya. Resolusi merupakan jumlah bit output pada ADC. Pada ADC 0804 dan ADC 0809 dari data yang didapat hasil resolusinya adalah 0.01. Karena besar resolusi sebanding dengan 2n (N adalah jumlah bit output digital pada rangkaian pengubah) semakin besar jumlah bit, maka resolusi akan semakin bagus.

Keakuratan bergantung jumlah error yang biasa dinyatakan dalam ±1/2 LSB dimana akurasi dinyatakan sebagai persentasi pembacaan nilai skala penuhnya (full scale readings). Pada ADC 0804 persentase errornya sebesar 0.38%, dan pada adc 0809 persentase errornya sebesar 0.30%.

Waktu konversi adalah waktu yang dibutuhkan untukmengubah tegangan input analog ke output digital.Pada ADC 0804 waktu tundanya 0.0010

second, waktu konversi ADC 0809 lebih cepat dari ADC 0804, terdapat waktu tunda sampai 0.000008 second. Waktu konversi berkaitan dengan jumlah bit, dimana semakin besar bit maka waktu konversi akan semakin lama. Sampling rate merupakan jumlah sampel yang dapat diubah oleh ADC setiap detiknya. Untuk selang 50 Hz-500 KHz ADC 0804 dan 0809masih memberikan hasil 3.Waktu Konversi

Jumlah siklus mesin per konversi (MC) adalah 1 dan frekuensi CLK sebesar 125 KHz.

= 0.000008 Second

Kecepatan sampling menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu, jadi:

Sample =125.000 SPS

4.2 Digital to Analog Converter 1. Pengujian Tampilan Input Biner pada Seven segment

display

Pengujian tampilan input Biner pada seven segment display dilakukan dengan cara melihat angka yang ditampilkan pada saat kita memasukkan nilai nilai biner. Angka yang ditampilkan pada sevent segmen display harus sesuai dengan nilai biner yang kita masukkan. Pengujian ini diperlukan untuk memastikan rangkaian yang


40

menghubungkan antara rangkaian DAC dan seven segment display sudah berfungsi dengan baik.

Tabel 4.6 Pengujian Tampilan Input Biner pada Seven segment display

Masukkan Digital

Gambar D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 1 1

2. Data Hasil Pengukuran

Setelah dilakukan pengujian dan pengukuran pada rangkaian, maka didapatkanlah hasil pengukuran tersebut berupa titik-titik yang telah diukur.

A. Rangkaian DAC 0800 Unipolar

1) Hasil Pengukuran TP1

Pada pengukuran di titik TP 1 (Iout) digunakan multimeter digital. Penggunaan multimeter digital ini dikarenakan pada multimeter analog tidak mampu menampilkan nilai yang output arus tersebut karena nilai yang terlalu kecil. Multimeter digital diatur pada output mA agar mendapatkan hasil yang lebih akurat.

2) Hasil Pengukuran TP 2

Pada pengukuran di titik TP 2 (Vout) juga digunakan multimeter digital. Sama halnya saat mengukur di TP 1, penggunaan multimeter digital ini dikarenakan multimeter analog tidak mampu menampilkan nilai output tegangan dengan nilai yang terlalu kecil. Multimeter digital diatur pada skala mV


41

agar nilai yang didapatkan lebih maksimal.

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Keluaran Tegangan Unipolar DAC0800

Masukan Digital Keluaran Analog

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Vout Iout

Hasil

Teori

Hasil Pengukuran (mV)

Hasil

Teori

Hasil Pengukuran (mA)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1 19,4mV

19,6mV

4,14 µA

1,24mA

0 0 0 0 0 0 1 0 38,5mV

39,1mV

8,2 µA

1,25mA

0 0 0 0 0 1 0 0 77,5mV

73,9mV

16,5 µA

1,25mA

0 0 0 0 1 0 0 0 141mV

155,7mV

0,03mA

1,25mA

0 0 0 1 0 0 0 0 282mV

307,5mV

0,06mA

1,25mA

0 0 1 0 0 0 0 0 0,6V 0,6V 0,13mA

1,25mA

0 1 0 0 0 0 0 0 1,24

1,24V 0,26

1,25

V 5mA mA

1 0 0 0 0 0 0 0 2,35V

2,48V 0,5mA

1,26mA

1 1 1 1 1 1 1 1 4,93V

4,92V 1,05mA

1,26mA

B. Rangkaian DAC 0800 Bipolar

1) Hasil Pengukuran TP1

Pada pengukuran di titik TP 1 (Iout) digunakan multimeter digital. Penggunaan multimeter digital ini dikarenakan pada multimeter analog tidak mampu menampilkan nilai yang output arus tersebut karena nilai yang terlalu kecil. Multimeter digital diatur pada output mA agar mendapatkan hasil yang lebih akurat.


Pada pengukuran di titik TP 1 (Iout) digunakan multimeter digital. Penggunaan multimeter digital ini dikarenakan pada multimeter analog tidak mampu menampilkan nilai yang

output arus tersebut karena nilai yang terlalu kecil. Multimeter digital diatur pada output mA agar mendapatkan hasil yang lebih akurat.


Pada pengukuran di titik TP 2 (Vout) juga digunakan multimeter digital. Sama halnya saat mengukur di TP 1, penggunaan multimeter digital ini


42

dikarenakan multimeter analog tidak mampu menampilkan nilai output tegangan dengan nilai yang terlalu kecil. Multimeter digital diatur pada skala mV agar nilai yang didapatkan lebih maksimal.

Tabel 4.8 Hasil Pengukuran Keluaran Tegangan Bipolar DAC0800

Masukan Digital Keluaran Analog

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Hasil

Teori

Hasil Pengukuran

Vout Vo

ut Iout Īout

Iout +

Īout

0 0 0 0 0 0 0 0 -4,9 V

-4,9 V

0 1,05mA

1,05mA

0 0 0 0 0 0 1 0 -

4,89 V

-4,8V

8,1µA

1,05mA

1,058mA

0 0 0 0

1 0 0 0 -

4,72 V

-4,6 V

34µA

1,04mA

1,074mA

0 0 1 0 0 0 0 0 -3,7 V

-3,7 V

0,15mA

0,94mA

1,09mA

0 1 1 1 1 1 1 1

-47m V

-8,5 mV

0,54mA

0,55mA

1,09mA

1 0 0 0 0 0 0 0

-47m V

31,9mV

0,55mA

0,54mA

1,09mA

1 0 0 0 0 0 1 0 94mV

108,6mV

0,55mA

0,53mA

1,08mA

1 0 0 0 1 0 0 0 244mV

343,6mV

0,552mA

0,50mA

1,052mA

1 0 1 0 0 0 0 0 1,27V

1,28V

0,67mA

0,4mA

1,07mA

1 1 0 0 0 0 0 0 2,6V

2,5V

0,8mA

0,251mA

1,051mA

1 1 1 1 1 1 1 1 4,93V

4,96V

1,05mA

0 1,05mA

3. Analisa

a. Hasil Pengukuran tegangan unipolar DAC 0800

Setelah melakukan pengukuran yang ada pada dua buah titik pengukuran, maka didapatkan hasil yang tertera pada tabel 4.2. Dapat dilihat pada tabel saat input biner terendah bernilai 00000000 maka menghasilkan tegangan 0 mV dan arus 0 mA. Saat input biner tertinggi yang bernilai 11111111 maka menghasilkan tegangan 4,92 V dan arus 1,26 mA. Jika dilihat secara keseluruhan pada output tegangan maka data hasil pengukuran yang didapat adalah saat input biner rendah maka tegangannya pun rendah. Semakin input biner ditingkatkan maka output tegangannya pun semakin tinggi. Hal ini dikarenakan tegangan akan mengalir saat input biner 1 dan tidak mengalir saat input 0. Perubahan pada output tegangan juga dipengaruhi oleh adanya operational amplifier yang berfungsi sebagai penguat tegangan sehingga tegangan yang dihasilikan lebih stabil dan mudah terbaca di multimeter. Data hasil pengukuran ini hampir sama dengan data hasil perhitungan, yang mana saat input biner


43

terendah 00000000 tegangan dan arus yang didapat adalah 0. Sedangkan saat input biner tertinggi 11111111 tegangan yang didapat adalah 4,93 V dan arus 1,05 mA. Perubahan secara keseluruhan baik pada tegangan dan arus juga semakin besar ketika input biner semakin tinggi. Hasil ini membuktikan bahwa hasil pengukuran yang telah dilakukan adalah benar.

b. Hasil Keluaran Tegangan Bipolar DAC 0800

Berbeda dengan Unipolar DAC 0800, pada Bipolar DAC 0800 kita mengukur dua buah output Arus yaitu Iout dan Īout (komplementer Iout) dan Tegangan Vout. Setelah melakukan pengukuran yang ada pada tiga buah titik pengukuran, maka didapatkan hasil yang tertera pada tabel 4.3. Dapat dilihat pada tabel saat input biner terendah bernilai 00000000 maka menghasilkan Vout -4.9V Iout 0 mA dan Īout 1.05 mA . Saat input biner tertinggi yang bernilai 11111111 maka menghasilkan Vout 4,96 V Iout 1.05 mA dan Īout 0 mA. Jika dilihat secara keseluruhan pada output tegangan dan Arus maka data hasil pengukuran yang didapat adalah saat input biner rendah maka tegangannya pun rendah. Semakin input biner ditingkatkan maka output tegangannya pun semakin tinggi. Hal ini dikarenakan tegangan akan mengalir saat input biner 1 dan tidak mengalir saat input 0. Perubahan pada output tegangan juga dipengaruhi oleh adanya operational amplifier yang berfungsi sebagai penguat tegangan sehingga

tegangan yang dihasilikan lebih stabil dan mudah terbaca di multimeter. Sedangkan pada Īout yang merupakan komplementer dari Iout, hasil yang didapatkan juga sesuai yang mana komplemen merupakan kebalikan. Jadi saat input biner semakin tinggi maka hasilnya rendah dan saat input biner semakin rendah maka hasilnya tinggi. Data hasil pengukuran ini hampir sama dengan data hasil perhitungan, yang mana saat input biner terendah 00000000 tegangan adalah-4.9 V. Sedangkan saat input biner tertinggi 11111111 tegangan yang didapat adalah 4,93 V. Perubahan secara keseluruhan baik pada tegangan dan arus juga semakin besar ketika input biner semakin tinggi. Hasil ini membuktikan bahwa hasil pengukuran yang telah dilakukan adalah benar.

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian baik secara pengukuran maupun perhitungan yang telah dilakukan pada rangkaian Converter (ADC dan DAC) Maka dapat disimpulkan bahwa:

1.Pada rangkaian ADC dan DAC ini perubahan Vin berbanding lurus terhadap nilai Vr dimana semakin tinggi nilai Vr maka Vin juga akan tinggi (Vin max = 5volt)

2.Pada rangkaian DAC 0800 unipolar, nilai biner terendah 00000000 maka tegangannya adalah 0 volt, pada biner tertinggi 11111111 maka tegangannya 4,93 volt

3.Pada rangkaian DAC 0800 bipolar, nilai biner terendah 00000000 tegangannya -4,9 volt dan pada biner


44

tertinggi 11111111 didapat tegangannya 4,93 volt

4.Kedua rangakaian yang dibuat bekerja sudah cukup baik yang mana tingkat resolusi ADC rata-rata 0,01 dengan persentase error rata-rata 0,3 % dan waktu tunda kisaran 0,001-0,000008 second

5.2 Saran

Berdasarkan kesimpulan yang telah disajikan, maka ada beberapa saran yang penulis ingin sampaikan antara lain, yaitu:

1. Pengukuran kemampuan ADC dapat ditingkatkan dengan menggunakan dengan menggunakan instrument yang memiliki selang waktu input yang lebih besar (skala 500 MHz) untuk memastikan sampling rate tiap rangkain.

2. Hasil pengukuran waktu konversi dapat lebih ditingkatkan dengan menggunakan instrumen ukur yang lebih akurat.

3. Sebaiknya pada saat mengukur tegangan dan arus gunakanlah multimeter digital dengan spesifikasi skala yang lengkap. Agar nilai output tegangan terbaca.

4. Untuk pengembangan selanjutnya, disarankan agar R1 pada modul bisa diganti-ganti agar pengguna bisa memvariasikan input hambatan dan bisa membandingkan hasil pengukuran dari input hambatan yang bervariasi tersebut. Selain itu, disarankan juga agar ditambah satu lagi seven segment display untuk menampilkan output tegangan sehingga pengguna tidak lagi

menggunakan multimeter untuk mengukurnya.

Daftar Pustaka [1] Nitisantoso, Digdyo. Tanpa

tahun. Teknik Komunikasi Data. http://itsac.academia.edu/DigdyoSantoso. Diunduh 12 Maret 2018

[2] Hariyanto, Didik. Tanpa Tahun. Analog To Digital Converter. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Teknik%20Antarmuka%20-20%ADC.pdf. Diunduh 12 Maret 2018

[3] Tokheim, Roger L. 1994. Prinsip-Prinsip Digital. Vol 2. Jakarta: Erlangga

[4] Assa’idah dan Yulinar Adnan. 2009. Investigasi Terhadap Kemampuan 2 Tipe ADC. Palembang. Vol. 12. No. 2(B) 12205

[5] Ibrahim, K F. 1996. Teknik Digital. Diterjemahkan oleh: Insap Santosa. Yogyakarta: Andi

[6] Eka Susanti, dkk 2017. Modul Praktikum Pengolahan Sinyal. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.

[7] Hadi, Solikhul. Mengenal Mikrokontroler AVR Atmega 16A [Online] Hyperlink http://ilmukomputer.org/wp-content/uploads/2008/08/sholihul-atmega16.pdf

[8] Seven Segment Display [Online]. Hyperlink https://teknikelektronika.com/pengertian-seven-segment-display-layar-tujuh-segmen/

[9] Clayton, George dan Steve Winder. 2005. Operational Amplifiers.Vol. 5. Diterjemahkan oleh : Wiwit Kastawan. Jakarta: Erlangga.

http://itsac.academia.edu/Digdyo

http://staff.uny.ac.id/sites/default

http://ilmukomputer.org/wp-

https://teknikelektronika.com/pe


45

[10] Tokheim,Roger L. 1996. Elektronika Digital. Vol. 2. Jakarta: Erlangga.

[11] Digdyo Santoso. Tanpa Tahun. Digital to Analog Converter.http://itsac.academia.edu/ DigdyoSantoso, (diunduh 12 Maret 2018)

http://itsac.academia.e

MODUL CONVERTER (ADC DAN DAC) DENGAN SEVEN SEGMENT DISPLAY

Documents

Transcript of MODUL CONVERTER (ADC DAN DAC) DENGAN SEVEN SEGMENT DISPLAY