BAB proses pengukuran suatu fenomena fisika atau elektrik

BAB IITINJAUAN PUSTAKA 2.

1    Modulasi DeltaSinyal suaramerupakan sinyal analog sehingga untuk mampu mengolahnya dalam ruang digitaldiperlukan media atau teknik untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal-sinyaldigital yang akhirnya mampu dijalankan pada ruang digital.Salah satucara untuk mengubah sinyal analog menjadi digital adalah dengan teknikmodulasi. Teknik modulasi sendiri terbagi menjadi modulasi analog dan modulasidigital, dalam hal ini yang kita bicarakan adalah modulasi digital. Modulasidigital ini akan mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital dansebaliknya. Modulasi digital yang umum diketahui adalah pulse codemodulation (PCM), adapun yang lainnya adalah modulasi delta.Modulasidelta adalah salah satu teknik modulasi digital seperti PCM.

Perbedaan mendasardari PCM dan modulasi delta terletak pada kuantisasinya yang mana pada PCMsinyal dikuantisisai dalam n-bit (biasanya 8 bit atau 1 byte) sementaramodulasi delta kuantisasi dalam satu bit. Dengan kemampuan kuantisasi dalam 1bit, modulasi delta dianggap sangat efisien digunakan untuk mencuplik sinyalsuara.Padamodulasi delta, sinyal input analog akan diolah menjadi pulsa-pulsa digitalmelalui rangkaian komparator yang akan menngkomparasikan sinyal input sebagaisinyal referensi dengan clockGambar 2.1 Contoh diagram blok untuk modulasi delta.Gambar 2.

2 Contoh sinyal dan keluaran modulasi delta. 32.2    Teknik Akuisisi DataTeknikAkuisisi data adalah proses pengukuran suatu fenomena fisika atau elektrikseperti tegangan, arus, temperatur, tekanan atau suara dengan sebuah komputer.Sistem akuisisi data terdiri dari sensor, perangkat pengukur akuisisi data dansebuah komputer dengan perangkat lunak yang dapat diprogram.

Best services for writing your paper according to Trustpilot

Premium Partner
From $18.00 per page
4,8 / 5
4,80
Writers Experience
4,80
Delivery
4,90
Support
4,70
Price
Recommended Service
From $13.90 per page
4,6 / 5
4,70
Writers Experience
4,70
Delivery
4,60
Support
4,60
Price
From $20.00 per page
4,5 / 5
4,80
Writers Experience
4,50
Delivery
4,40
Support
4,10
Price
* All Partners were chosen among 50+ writing services by our Customer Satisfaction Team

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

2.2.2     Perangkat Pengukur AkuisisiPerangkatpengukur akuisisi merupakan perangkat yang digunakan sebagai media penghubungantara sinyal yang umumnya analog dengan komputer. Fungsi utama dari perangkatpengukur akuisisi ini adalah digitalisasi sinyal analog sehingga komputer dapatmengenali sinyal tersebut. Kata kunci pada perangkat ini secara umum terletakpada rangkaian pengkondisi sinyal (Signal Conditioning Circuit) dan analogto digital converter (ADC).2.2.2.

1.   Rangkaian Pengkondisi SinyalRangkaianPengkondisi Sinyal merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk prosessinyal keluaran dari sensor sebuah sistem pengukuran agar mampu dijalankan padaoperasi di tingkat selanjutnya.Rangkaianini banyak menggunakan operational amplifier (opamp) sebagai rangkaianutamanya.

Beberapa jenis rangkaian dari opamp yang sering digunakan sebagairangkaian pengkondisi sinyal diantaranya adalah rangkaian penguat (amplifier)dan filter. Beberapa gambar berikut merupakan gambar dari opamp yangdigunakan sebagai rangkaian pengkondisi sinyal,Gambar 2.3 Rangkaian summing amplifierRumus perhitungan untuk keluaran dari rangkaian summingamplifier seperti pada Gambar 2.3 adalah sebagai berikut,                              (2.

1) Gambar 2.4 Rangkaian diferential amplifierRumus perhitungan untuk keluaran dari rangkaian diferentialamplifier pada Gambar 2.4 adalah sebagai berikut,                                                            (2.2)  2.2.2.2.

   ADCSinyalanalog dari sensor harus dikonversi ke digital sebelum diolah oleh perangkatdigital seperti komputer. ADC adalah sebuah rangkaian atau juga berupa chipIC yang mampu memberikan representasi digital dari sinyal analog dalam waktuyang singkat.ADC memiliki2 karateristik prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi.

Kecepatansampling suatu ADC menyatakan ‘seberapa sering sinyal analog dikonversikan kebentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu’. Kecepatan samplingbiasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sementara itu, resolusi ADCmenentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC, misalnya pada ADC 8-bit makaakan memiliki keluaran 8-bit data digital yang berarti sinyal input dapatdinyatakan dalam 255 nilai diskrit dan dapat ditentukan dengan rumus padapersamaan 2.3 berikut, Intervaltegangan = 2n – 1                                                 (2.

3)n = resolusi ADC Sehingga, ADC dengan bit yang lebih tinggi memilikiketelitian nilai hasil konversi yang lebih baik.                Prinsip dasar  kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analogke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dantegangan referensi.Terdapatbeberapa rangkaian berbeda dalam pembuatan ADC yang juga digunakan sesuaifungsinya.

Diantara jenis-jenis rangkaian ADC yang diketahui adalah ADCsimultan atau biasa disebut flash converter atau parallel converter.Converter jenis ini adalah jenis ADC yang paling sederhana, input analogVi 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 keluarankomparator adalah high, sebaliknya akan memberikan keluaran low.Berikut gambar rangkaian untuk ADC simultan.

      Gambar 2.5 Rangkaian ADC simultan 3 bit.4Contohkeluaran dari rangkaian ADC simultan diatas, apabila nilai Vref diset padanilai 5 Volt maka dapat diketahaui tegangan di input (-) pada masing-masingkomparator dengan rumus, V(-) = Vref*(Perbandingan nilai Vn pada masing-masingkomparator)  lalu apabila Vn diberi sinyal analog 3 Volt, makakeluarannya nanti akan bernilai 100 biner. Berikut tabel keluaran untuk ADCsimultan diatas, Tabel 2.1 Keluaran ADC simultan.

4Jenis ADC yang lain adalah counter ramp ADC,diagram blok untuk ADC ini adalah sebagai berikut, Gambar 2.6 Blok diagram counter ramp ADC. 4Pada blokdiagram diatas terlihat bahwa counter ramp ADC, didalamnya terdapat DACyang diberi masukan dari counter, masukan counter merupakan nilaiAND dari sumber clock dengan komparator.

Komparator membandingkan antarategangan masukan anlaog dengan tegangan keluaran DAC, apabila tegangan masukanyang akan dikonversi belum sama dengan tegangan keluaran dari DAC maka keluarankomparator adalah satu sehingga clock dapat memberi masukan counterdan hitungan pada counter akan naik. Kelemahan dari countertersebut adalah lama karena harus melakukan trace mulai dari 0000 hinggamencapai tegangan yang sama sehingga butuh waktu.Jenis ADC yanglain adalah SAR (Successive Aproximation Register) ADC, yang memilikidiagram blok seperti berikut, Gambar 2.7 Blok diagram SAR DAC. 4Dari blokdiagram diatas menunjukkan bahwa SAR ADC memakai konfigurasi yang hampir samadengan counter ramp tetapi dalam cara melaukakan trace nilai,berbeda dengan counter ramp.  Trackingpada SAR ADC pertama-tama mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 (1000 0000).Apabila kurang dari tegangan input maka bit MSB berikutnya = 1 (1100 0000) laluapabila tegangan analog input ternyata lebih kecil dari tegangan yangdihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit menjadi 10100000 dan seterusnya.

2.2.3     KomputerKomputeryang digunakan untuk akuisisi data adalah komputer yang memiliki software yangdapat diprogram. Dalam hal ini mikrokontroller dapat mengganti fungsi darikomputer untuk pengolahan data dalam akuisisi data, terlebih mikrokontrollerdapat diprogram dengan cukup mudah dan merupakan perangkat yang portable.2.3    AT89S51AT89S51adalah 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 (terdapatpada PORT0, PORT1, PORT2 dan PORT3), 1 pin reset, 1 pin ALE/PROG, 1 pinPSEN (Program Store Enable), 1 pin EA/VPP, 2 pin untuk XTAL. Untukkonfigurasi pin dari AT89S51 dapat dilihat pada Gambar 2.

8 berikut,Gambar 2.8 Konfigurasi PinAT89S51 5Untuk pemrogramannya, AT89S51 dipasangkan dengan on-chipFlash memory array yang siap diprogram. Pada AT89S51 kode memori arraydiprogram secara byte per byte. Untuk lebih ringkasnya pemrograman pada AT89S51dapat dilihat pada tabel berikut, Tabel 2.2 Mode pemrograman flash memory 52.4    DAC 0808Mengkonversisinyal analog ke digital dan sebaliknya, sering dibutuhkan.

Biasanya setelahsinyal digital yang diolah oleh suatu mikroprosesor perlu diubah kembalimenjadi sinyal analog sehingga mampu berkomunikasi dengan dunia analog. Digital to Analog Converter (DAC) memilikijenis yang bermacam-macam, tersusun dari rangkaian-rangkaian elektronika danpenggunaannya juga beragam sesuai dengan kebutuhan penggunanya.DAC 0808merupakan salah satu DAC yang telah dibuat dalam bentuk IC (IntegratedCircuit) memiliki resolusi 8-bit monolithic dengan suplai daya 5V dan disipasi daya 33mW. Memiliki beberapa fiturseperti, tidak memerlukan kelengkapan arus referensi (IREF) untukbanyak aplikasinya karena keluaran arus full scale nya secara khas  1 LSB dari 255 IREF/256, akurasi relatif lebihbaik dari 0.19% menjamin 8-bit dengan sifat monotonik danlinearitas saat arus keluaran zero level yang mana kurang dari 4?Amemberikan 8-bit akurasi zero untuk IREF 2mA.

DAC 0808 akanmenghubungkan secara langsung dengan tingkatan logika CMOS, TTL, DTL yangpopuler, dan merupakan pengganti langsung untuk MC1508/MC1408. Gambar berikutmenunjukkan diagram blok rangkaian DAC0808 dan pin-pin nya.Gambar 2.9 Blok diagramrangkaian DAC0808.6 Gambar2.10 Pin-pin padaDAC0808. 6 Untukkarakteristik tentang penggunaan DAC0808 ini dapat dilihat pada tabelkarateristik berikut, Tabel 2.

3 Karakteristikelektronik DAC0808. 6                              2.5    ADC 0804ADC 0804merupakan analog to digital (A/D) converter yang cocok dan dapatdigunakan untuk mikroprosesor 8 bit. Keluarga ADC080X merupakan CMOS 8-bit, A/Dconverter dengan pendekatan succesive yang menggunakan potentiometerladder yang dimodifikasi dan didesain untuk beroperasi dengan kontrol bus8080A melalui tiga kondisi keluaran.

Konverter jenis ini muncul pada prosesorsebagai lokasi memori atau port I/O dan disini tidak memerlukan hubunganlogika. Gambar berikut akan menunjukkan diagram fungsi  dan pinoutpada ADC0804,Gambar 2.11diagram fungsi padaADC0804. Gambar 2.12Pinout dari ADC0804. 7Beberapafitur dari ADC0804 adalah, cocok dengan bus 80C48 dan 80C80/85 sehingga tidakmemerlukan hubungan logika, watu konversi kurang dari 100 ?s, sambungan mudah untuk kebanyakan mikroprosesor, akanberoperasi pada mode “Stand Alone”, masukan (input) tegangan analogdiferensial, bekerja dengan tegangan referensi bandgap, cocok dengan TTLpada masukan dan keluaran, on-chip clock generator, range tegangan input0V hingga 5V, tidak memerlukan penyetelan-nol.

 2.6    AT89C2051AT89C2051merupakan mikrokontroller 8-bit dengan 2Kbyte flash programmable anderasable read-only memory (PEROM). Perangkat ini diproduksimenggunakan teknologi memori yang tidak mudah menguap kepadatan tinggi milikAtmel dan cocok dengan standar industri MCS-51 instruction set. Denganmengkombinasikan CPU 8 bit yang serbaguna dengan flash pada chipmonolitik, Atmel AT89C2051 adalah mikrokomputer yang powerful yang memberikanfleksibilitas tinggi dan solusi efektifitas harga pada banyak aplikasi kontroltertanam.Fitur padaAT89C2051, 2Kbytes flash memori yang dapat diprogram, beroperasi pada range2,7V hingga 6V, Operasi statis secara penuh mulai dari 0Hz hingga 24Mhz, 128x8bit 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. 8Dari gambardiatas diketahui bahwa AT89C51 memiliki jumlah pin 20 dengan 1 pin VCC untuksumber 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 memberikaninternal pull-up sementara P1.0 dan P1.1 membutuhkan external pull-up, jugapada P1.0 dan P1.1 difungsikan sebagai masukan positif dan masukan negatifsecara berurutan pada komparator analog yang terdapat pada chip, 7 pin padaport3 (P3.

0-P3.5,P3.7) digunakan sebagai I/O pin dengan internal pull-upsementara untuk P3.6 tidak dapat diakses karena difungsikan sebagai masukanuntuk keluaran pada komparator on-chip, 1 pin RST digunakan sebagai reset,2 pin XTAL (XTAL1 dan XTAL2) digunakan sebagai masukan dan keluaran pada invertingoscillator amplifier dan juga sebagai input pada rangkaian operasi clockinternal. Untuk keterangan lebih spesifik dapat dilihat langsung pada datasheet.          Sementarauntuk blok diagram rangkaian pada AT89C2051 dapat dilihat pada gambar berikut,        Gambar 2.14 Blok diagram AT89C2051. 82.

7    EEPROM W27C512Chip W27C512adalah 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 chiperase.Fitur darichip ini adalah waktu akses berkecepatan tinggi yaitu 45/70/90/120 nS (max),arus operasi baca 30mA (max), arus standby 1mA (max), arus operasipemrograman / penghapusan 30 mA (max), semua masukan dan keluaran cocok secaralangsung dengan TTL/CMOS, keluaran tiga-state. Konfigurasi pin dari chipW27C512 adalah sebagai berikut,Gambar 2.

15 Konfigurasi pin pada W27C215. 9chip W27C215 memiliki pin sebanyak 28 yang terdiri dari 1 pinVcc untuk catu daya, 1 pin GND sebagai ground, 1 pin CE untuk fungsi enablechip, 1 pin OE/Vpp untuk fungsi output enable dan juga sebagai catudaya 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 penggunaanyayaitu mode baca (read mode), mode hapus (erase mode), modeverifikasi hapus (erase verify mode), mode program (program mode),mode verifikasi program (program verify mode), mode pencegahanhapus/program (erase/program inhibit), mode terjaga (standby mode),kontrol keluaran dua line dan pertimbangan sistem. untuk operasi pada setiapmode dapat dilihat pada tabel berikut,       Tabel 2.4 Operasi pada setiap mode. 9untukkarakteristik DC ataupun AC maupun yang lainnya yang lebih spesifik dapatdilihat pada datasheet.

 2.8    IC LM386LM386merupakan penguat daya didesain untuk penggunaan dalam aplikasi penggunaantegangan rendah. Penguatan secara internal diatur 20 untuk menjaga bagianeksternal terhitung rendah, tetapi tambahan sebuah resistor eksternal dankapasitor antara pin 1 dan 8 akan meningkatkan penguatan hingga 200.Fitur padaLM386 diantaranya penggunaan baterai untuk pengoperasiannya, part eksternalminimum, range catu daya luas (4V-12V atau 5V-18V), pengeringan arusdiam rendah (4mA), penguatan tegangan 20 hingga 200, masukan direferensikan keground, distorsi rendah, dikemas dalam 8 pin dual–in-line. Untuk karakteristikelektriknya dapat dilihat pada tabel berikut,       Tabel 2.5 Karakteristik elektrik LM386. 10Masukannyadireferensikan ke ground sementara keluarannya secara otomatis dibiaskan kesetengah catu daya.

Daya diamnya hanya 24 miliwatts saat beroperasi dari sumber6volt, menjadikan LM386 ideal untuk penggunaan dengan baterai.Konfigurasipin dan rangkaian skematik ekuivalennya dapat dilihat pada gambar berikut,Gambar 2.16 Konfigurasi pin dan rangkaian skematik ekuivalen LM386 10LM386 banyakdiaplikasikan sebagai penguat radio AM/FM, penguat portable tape player,interkom, TV soundsystem, pengendali ultrasonik dan lain sebagainya.