add on card multichannel analyzer menggunakan - ANSN

193
ISSN 0216 -3128
SetyadiWS,dkk.
ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER
MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581
Setyadi WS, Waris Santoso
P3TM-BATAN
ABSTRAK
ADD ON C4RD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581. Te/ah
dikonstruksi Add On Card MCA dengan ADC Canberra ND 58/ buatan Canberra. Antarmuko yang
menjembataniantara komputerpribadi denganADC Canberra ND 581, sehingga membentuksuatuAdd On
Card MCA menggunakonlSAbus dengan sistim transfer data 16 bit. Hasi/ pengujian statis MCA dengan
menggunakonpu/ser didapatkon waktu mati 7%pada frekuensi pu/ser 7 KHz. Pengujian dinamis MCA ini
di/akukan dengan mencacah sumber standard Co-60. Na-22 dan Cs-137 serta
membandingkannya
dengan MCA sejenisyaitu PCA-II buatan Nuc/ear Data m~nunjukkanwaktu mati yang /ebih keci/.
ABSRACT
ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER (MCA) USING ADC ND 581. Add On Card MCA using
ADC ND 581 made by Canberra Corp has beenconstructed. The interface designedfor 16 bit data transfer
using ISA bus. Static test by using pulser with 7 KHz frequency showed 7% ofdead time. Dynamic test with
Co-60, Na-]] and Cs-137 radio active standard source and compared to the same type ofMCA. PCA II
made by Nuclear Data showedsmaller dead-time
PENDAHULUAN
rancang bangun MCA yang telah dilakukan pada
tahun 1992 dengan memanfaatkan p~rkemuang,,:-,
S
clan kemudahan yang diberikan
pektroskopi radiasi merupakan suatu analisis
sumber radiasi dengan mengukur distribusi
tenaga radiasi dari sumber radiasi tersebut.
Spektroskopi merupakan suatu piranti yang dapat
memisahkan pulsa-pulsa keluaran dari suatu
detektor sesuaidenganukuran tinggi pulsa. Karena
ukuran tinggi pulsa sebandingdengantenaga radiasi
yang terdeteksi, maka keluaran spektrometer
memberikan informasi rinci yang berguna dalam
mengidentifikasi
sumber radiasi serta dalam
penentuan intensitasnya. Untuk
melakukan
spektroskopi nuklir tersebut diperlukan perangkat
spektroskopi berupa penganalisis tinggi pulsa.
Penganalisistinggi pulsa dapatberupa multi channel
analyzer(MCA)(I).
Perkembangan
komputer
memberikan
kemudahan
clan
yang
semakin
pesat
luas
pemanfaatannya sertahasil yang diberikan semakin
memuaskan. Perkembanganini perlu diantisipasi
sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengatasi
keterbatasandan kekuranganyang terdapatrancang
bangun MCA sebelumnya(2.3.4)
Pada makalah ini dibahas konstruksi
antarmuka yang menjembatani antara komputer
denganAnalog to Digital Converter(AD~) tipe ND
581 buatan Canberra clan dengan menggunakan
perangkat lunak membentuk suatu Add On Card
MCA. Penelitian ini merupakan pengembangan
Prosldlng
oleh Komputer
terutama pemanfaatanslot ekspansi ISA ataupun
EISA. Hal ini akan berpengaruh terhadap kinerja
MCA yang dirancang bangun terutama dalam
transfer data clan akuisisi data.Salahsatu tuntutan
yang ditujukan pada rancang bangun ~v1CAadalah
kecilnya waktu mati sehingga keinginan untuk
mewujudkan suatu MCA yang real time semakin
mendekatikenyataan.
DASAR TEORI
1. Slot ekspansi
Arsitektur slot ekspansi terus berkembang
sesuai dengan perkembanganteknologi komputer
khususnya perkembangan sistim bus. Dalam
perkembangannya tersebut telah melahirkan jenis
standard sistim bus dari slot ekspansi dan yang
dipakai sampai saat ini adalah ISA (Industry
Standard Architecture), VL bus (VESA Local BusVidio Electric StandardAssociation Local Bus) dan
PCI (Periperal Componentlnterconect). Sejak tahun
1984 ISA yang populer dengan sebutan AT bus
dipakai hampir diseluruh produk kompatibel,
\\'alaup-unstandard yang lebih baru seperti EISA
sudahhadir cukup lama tetapi AT bus tetap ada di
komputer-komputer mutakhir. Hal ini disebabkan
Pertemuan dan Presentasilimiah
Penelitian Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nuklir
]"-~~
~
:>
1
ISSN 0216-3128
194
oleh tetap dipertahankannyakompatibilitas standard
arsitektur produk baru denganproduk lama(5).
EISA adalah perkembangansistim bus clan slot
ekspansi melanjutkan ISA, selain lebar bit yang
.-'-
""-..
-~.~.M
_.
-
Setyadi WS,dkk.
disediakan dapat melayani 32 bit penuh, keunikan
EISA yang lain adalah kemampuannya untuk
melayani semua jenis kartu pengendali dalam
jajaran produk PC kompatibel.
-..-
--,~- '."
-=..
---
-.
-.-
,,
~
-~
~
:\
.-c.
j
~
.'"-~'
-.
=.
=:
-
,
-
~/~
~
.:
::
::
-
:~u
/
=,
~,.,.,
~&A
Gambar
~
:.
,
'SA
Slot ekspansiISA don EISA
2. GambaransingkatADC ND 581
Antar mukaMC4
ADC ND 581 dirancang khusus untuk
pemrosesan amplituda sinyal random dan cepat
dengan resolusi tinggi, dikemas dalammodul single
wide NIM
.Secara ringkas spesifikasi penting
adalah sebagaiberikut(6).
I. Waktu konversi (convertion time) tetap dan
cepat (5 ~s) untuk segalaamplituda masukan
dan pemilihan konversi.
Antar muka dirancang untuk melakukan
pemindahan16 bit data serempakdaD menyediakan
pewaktu real serta pewaktu live dipasang pada slot
ekspansi komputer, Blok diagram antar muka ini
sepertipada Gambar 2. Rangkaian ini terdiri dari 5
bagian utama yaitu decoder alamat, osilator, buffer
kendali, rangkaian hand-shaking, daD rangkaian
pewaktu.
2. Penguatankonversi (convertion gain) 256, 524,
1024,2K, 4K. 8K dan 16K.
DekoderAlamat
3. Tersedia rangkaian sample & hold yang cepat
untuk menangkap nilai puncak pulsa masukan,
sebelummencapaiADCo
4. Tersedianya penggerbangan koinsiden dalam
berbagaimode operasi(6 mode)
50 Unjuk kerja yang baik antaralain:
-Intergral
NO!' .l.inierity < 0.02 % fullscale
-Differential
Non Linierity < 0,5 %
-Gain
drift < 0.01 %
-Channel
profile 95%
Agar upaya komputer dapat berkomunikasi
denganantar muka, maka masing-masing port antar
muka harus diberi alamat tertentu. Pada
pengalamatan 16 bit lebih rum it dibandingkan
dengan antar muka 8 bit. Untuk pengalamatanini
selain digunakan address AO sf A9 dan AEN
digunakanpula sinyal BHE (byte high enable).Agar
decoder alamat ini fleksibel, maka dipasang dip
swit, sedang posisi swit dipasang pada alamat 31 x
dan tabel kebenaranseperti pada Gambar 3, sedang
diskr:psi alamat fungsi I/O antarmuka dan kondisi
AO & BHE sepertipadaTable. I dan Table 2.
TATAKERJA
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan
P3TM.BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
195
ISSN 0216 -3128
Ga-mbar2. Blok Diagram an/ar muka Add On Card MCA
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
NUKllr
PoI
196
ISSN 0216-3128
Setyadi WS,dkk.
-*' READ;- -,
.-Am*'
--1.-
A
D
C
-'
.I--"~
CUDC"
.,
1~.~=1::::7
J1-+
DAm
t
--
-'~.T--:!..l
--l
oWB
,.
-t
IB'F
J
5
-+
!j\"J1f
.!
.-ij;
I
wo"'.)oiU':5i~t
."
.-
..I
""""'---
II
DATA
Gambar 3. Diagram waktu prosedurjabal tangan antara ADC denganrangkaian antar muka.
Tabell.
Diskripsi Alamat Funfsi Input/Output
antar muka MCA.
READY (ready, output) sinyal ini pada kondisi
high, ketika konversi selcsai maka sinyal ready
menjadi low, menandakan bahwa data siap
dipindahkan.
A TR (ADC transfer, inut) sinyal ini pada kondisi
high, pemindahan data terjadi pada saat A TR
berubahdari high ke low.
CLADC (clear ADC, input) sinyal ini pada
kondisi high, antar muka akan mereset dengan
perubahansinyal high ke low.
Diagram waktu prosedurjabat tangan antaraADC
denganantarmuka sepertipada gambar3.
PERANGKATLUNAK
Perangkatlunak ditulis dalam sistim operasi
DOS menggunakan TURBO PASCAL Versi 7.0
dan bahasa assembleruntuk prosedur pemindahan
data.Algoritma antarmuka sebagaiberikut.
Tabel 2. Kondisi AD don BHE pada pemindahan
data /6 bit.
AO \ BHE"
0
0
PPI AKTIF
8255 #1
8255#2
DATA
00-015
2.
Menentukan lama pencacahan, waktu cacah
dan mode pencacahan.
3. Mencekmode pencacahan.
Q
8255 #1
DO -D7I
1
8255#2
D8-DIS
Rangkaian Jabat Tangan
ADC Canberra menyediakan prosedur jabal
tangan dengansinyal-sinyal berikut:
Prosldlng
1. Inisialisasi PIC 8259, PPI 8255 # 1, PPI 8255
ff2, PIT 8253 #1, PIT 8253 #2, tentukan lama
one-shotcounter #1 dan counter#2.
-
4. Pemuatannilai waktu real dan waktu live ke
PIT 8253.
5. Start pencacahan dengan membuka gerbang
osilator.
6. Pembacaan waktu live, waktu mati serta
menggambargrafik data pencacahan.
Pelrtemuan dan Presentasilimiah
Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
ISSN 0216 -3128
197
7. Ulangi langkah 6 sampai acta sinyal interupsi
pewaktu IRQ atau dihentikan.
Pengujiantanggapwaktu
8. Bila actasinyal IRQ pewaktu atau pencacahan
dihentikan, non- aktitkan interupsi total atau
interupsibacadata.
Tanggap waktu MCA merupakan salah satu
unjuk kerja yang signifikan dari suatu MCA.
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan
sumber radiasi Cs-137. Setup peralatan yang
digunakandalam pengujian ini seperti pada gambar
9. Akhiri pencacahan, nonaktitkan
pewaktu.
interupsi
10.Bila hendak dianalisis, panggil prosedurprosedurpenganalisis.
4.
Hasil pengujiansepertipadatabel3.
Table 3. Hasil PengujiantanggapWaktu MCA
II. Bila ingin mencacahlagi, ulangi langkahno 2.
Frequens
i Counter
12. Bila ingin disimpan, panggil prosedursimpan.
Bila ingin dicetak panggil prosdurcetak.
Waktu Mati
Waktu mati
PCA II
MCA yang
dikonstruksi
(CPS)
7K
13. Selesai.
i
BASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dilakukan secara statis dan
dinamis. Secara statis dilakukan dengan
menggunakan pulser untuk mencari unjuk kerja
seCaia elektonik. Dalam pengujian ini dilakukan
pengujian INL (integral non linierity), DNL
(differential non linierity) dan tanggap waktu.
Pengujianstatis ini lebih banyak menekankanunjuk
kerja ADC ND 581. Hasil pengujiantelah disajikan
pactaacuan2,3 dan4. Serlangkanpengujiandinamis
dilakukan dengan menggunakandetektor, penguat
awal, penguat linier dan MCA yang diuji. Untuk
pengujian dinamis ini digunakanPCA II 8K add on
card MCA buatanNucleus sebagaipembanding.
7-8%:
9-8%
18,7K
26-27
24,2K
26,5K
%
19 -20
%I
35 -36 %
27-28
%
37-38 %
31-32
%
Linieritassistim
Untuk
beberapa
Na-22.
menguji
sumber
Dari
penyimpangan
konversion
linieritas
radiasi
hasil
terbesar
gain
4 K.
linieritas
yaitu
sistim
Cs-137,
pengujian
sebesar
Gambar
digunakan
Co-60
2,6
5
kanal
sistim.
,swllt""
&.mad
Gambar4. Setuppengujian tanggapwaktu MCA.
Pertemuan dan Presentasilimiah
Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN "ogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
untuk
menunjukkan
-L
Prosldlng
dan
didapatkan
Nukllr
198
ISSN 0216 -3128
Setyadi WS,dkk.
---
"1toIIb...1 ..~
a
".4-.,1 ..cPI:.
'r
Gambar5. (a) Pengujian TanggapWaktu MCA
H.IC...I
Gambar 5 (b) Hasil pengujian Linierita
Spektrumbasil pencacahan
Spektrum basil pencacahandengan sumber
radiasi Co-60 untuk berbagai convertion gain
sepertipadagambardibawah
Gambar Rangkaian Lengkap Antarmuka Add On
Card MCA sepertipadagambar7 dibawah.
Pembahasan
Oari basil pengujian peralatanini didapatkan
beberapahal yang signifikan sebagaiberikut:
I. Antar muka Add on Card yang dibuat dengan
menggunakan AOC NO 581 telah bekerja
dengan baik daD mampu mendigitalkan lebih
cepat dari pada MCA pembanding yaitu PCA II
Prosldlng
buatan the Nucleus. Terbukti dari waktu mati
yang lebih kecil seperti pada table 3. Pada
pengujian tersebut digunakan Sliding and
Precision Pulse Generator Model GL-3 Merk
BNC dimana pulser tersebut bisa diatur
parameter pulsanya antara lain frekuensi.
Parameterpulsa yang lazim digunakan dalam
pengujian adalahrise time, decaytime dan lebar
pulsa. Pengujian dengan memberikan masukan
pulsa dengan frekuensi 7K berarti 7 ribu pulsa
per detik cukup memberikan gambaran yang
baik tentang unjuk kerja Add On Card MCA,
walaupun dalam sistim pencacahansebenarnya
hal ini jarang terkadi karena adanya respon
detector,responpreamplifier dan Amplifier yang
melebihi 7 KHz.
Pertemuan dan Preaentaal IImlah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Aguatua 2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
ISSN 0216 -3128
Gambar6. SpektrumCo-60 hasil pencacahanuntuk berbagaiConversiongain
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM.BATANYogyakarta, 7.8 Agustus 2001
199
..
Setyadi WS,dkk
ISSN 0216 -3128
Penggunaan transfer data 16 bit atau
digunakannya ISA bus dalam Add On Card
MCA ini merupakan langkah antara untuk
mengimbangi
perkembangan
teknologi
komputer yang saat ini banyak menggunakan
EISA bus clan prosesor kecepatan tinggi serta
fasilitas interupsi yang lebih baik. Dari basil
ranCaii-gbangun Add On Card MCA ini telah
bekerja dengan baik terbukti tidak adanya
konflik baik dalam perangkat keras maupun
perangkat lunak. Hal ini terbukti dengan
andalnya
alat ini yaitu tidak terjadinya
penghentian
operasi komputer selama
pencacahanmaupunoperasilainnya.
Hasil akuisisi data dengan menggunakan
detektor NaI(TI) berbentuk selinder diameter 2
inchi, memberikanspektrum yang baik, dimana
tidak terdapatkanal kosong dari seluruhjangkau
kanal pada conversion gain tertentu.
201
Pertemuan Ilmiah XV Himpunan Fisika
IndonesiaJateng& DIY, Semarang1996.
4. Widyosusanto Setyadi dkko,"Penggunaan
Metoda PencocokanKurva Gauss PactaMulti
Channel Analyzer 16 K Kanal"Risalah
Lokakarya Komputasi Dalam Sain &
Teknologi Nuklir III, Jakarta1994.
50 Anonim, IBM Technical Reference Personal
Computer AT, International Busines Machines
Corporation,1984.
6. Anonim, BNC Instruction manual, Berkeley
Nucleonics Corporation1980.
7. Anonim, ADC 580 Series,Operator's Manual,
Nuclear Data 1989.
TANYAJAWAB
KESIMPULAN
Antarmuka yang dibuat dengan menggunakan
ISA bus telah bekerja dengan baik merupakan
pengembangan penelitian sebelumnya dan
merupakan tanggapan dari perkembangan
Komputer Pribadi.
2.
Komparasi dengan model sejenis,yaitu PCA II
buatanNucleus menunjukkanwaktu mati yang
lebih kecil.
Perangkat lunak yang dibuat ditekankan pada
data akuisisi sedang perangkat lunak untuk
analisis dibuat secaraterpisah.
DAFfAR PUSTAKA
I. Glenn F. Knoll., Radiation Detection and
Measurement,John Wiley and Son, New York,
Brisbane,Toronto Singapore(1979).
Suwoto
-Apa
keuntungan/ kelebihanpenggunaanIESABUS dibanding sistemlama
-Bagaimana
datanya
perbandingan kecepatan transfer
SetyadiWS
-Tekno/igi
/ebih baru, kecepatan /ebih tinggi
transfer data 16 bit.
-MCA
lama menggunakan transfer data 8 bit
sedang yang dibuat menggunakan 16 bit.
Perbandingan kecepatantransfer be/urn/ tidak
terukur karenaproses akuisisi tidak hanyapada
transfer data saja.
Subari Santoso
2. Widyosusanto Setyadi dkk., "Konstruksi PC
Based 16 Kilo Kanal Pulse Hight Analyzer
dengan ADC ND Canberra 581"Prosiding
Pertemuan clan Presentasi Ilmiah Kalibrasi
Instrumentasi dan Metrologi (PPI-KIM),
Jakarta1992.
-Ditinjau
dari kemajuan teknologi PC anda
menggunakanISA bus apakahhal tersebuttelah
memenuhi tuntutan teknologi ? bagaimana
komentaranda,mohondijelaskan.
3. Widyosusanto Setyadi, "PembuatanPerangkat
Keras Multi Channel Analyzer 16 K Kanal
Menggunakan ADC ND 581" Prosiding
-Be/um.
tekn%gi lSA bus merupakan target
_antara sebe/ummenuju ke IESA Bus dan akan
terus berkembangsesuaiperkembanganPC.
Prosldlng
SetyadiWS
Pertemuan dIn Presentasilimiah
Penelltlan CIsar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dIn Teknologl
Nukllr