Konsep Analog-Digital dan Sistem Digital Teknik Digital (TKE071207)

Konsep Analog-Digital
dan Sistem Digital
Teknik Digital (TKE071207)
Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Iwan Setiawan <stwn at unsoed.ac.id>
Tahun Ajaran 2012/2013
David.Asch, CC BY-NC-ND, http://flic.kr/p/2Poor
Jörg Weingrill, CC-BY
http://flic.kr/p/5xrMYv
EZ430-Chronos
http://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
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Representasi
Numerik
diukur
dipantau
Kuantitas
(jumlah)
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analog dan Digital
Kuantitas analog direpresentasikan dengan
variabel kontinyu dan indikator yang
sebanding dengan nilai variabelnya.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Helen ST, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/76baGy
d
An
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
re
u
sR
ed
a
C
,C
,
BY
c.
/fli
p:/
t
t
h
c
p /6
k r/
6v
Kx
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
visual.dichotomy, CC BY, http://flic.kr/p/6wcZJa
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 nilainya
pada nilai rentang yang kontinyu.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
EZ430-Chronos
http://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)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Snow (2006)
Analog (Kontinyu)
Digital (Diskret)
Sampling rate, contoh: MP3 encoding
Representasi digital tidak ambigu.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Menghitung
dengan jari.
ckmck, CC BY, http://flic.kr/p/4RnB4i
Dalam praktik, ketika kita mengukur kuantitas
analog akan ada interpretasi.
Sebagai manusia kita membulatkannya ke
nilai yang lebih “manusiawi”.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Membuat kuantitas menjadi digital :-)
(proses digitalisasi)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
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
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mengapa harus menggunakan
sistem digital?
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 perubahan 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
..dan semakin 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.
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
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Casey Fleser, CC BY, http://flic.kr/p/5XqgCz
Plug computer
Matt 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
Kelemahan Sistem Digital
●
Besaran alam umumnya analog.
●
●
Pemrosesan digital membutuhkan waktu.
●
●
Manusia (tanpa sadar) melakukan pendekatan
diskret terhadap nilai-nilai analog.
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mungkinkah kita temui cacat pada
sinyal dalam sebuah rangkaian
digital?
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
Pemrosesan
Digital
DAC
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Tranducer
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Sistem Bilangan Digital
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)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Bagaimana cara menghitung
bilangan desimal? :-)
Mengapa kita tidak menggunakan
desimal dalam sistem digital?
Biner: 0-1, basis 2
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Berapa 1012 dalam desimal?
Sistem Bilangan Biner (1)
Tocci, Widmer, Moss (2007)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Bagaimana cara menghitung
bilangan biner? :-)
Sistem Bilangan Biner (2)
Tocci, Widmer, Moss (2007)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Berapa nilai bilangan desimal paling
tinggi yang dapat direpresentasikan
menggunakan 8 bit?
111111112 = 25510
n
2 -1
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
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
Representasi Biner (1)
...secara fisik
●
●
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.
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
Tocci, Widmer, Moss (2007)
(a) rentang tegangan pada sistem digital
(b) diagram waktu sinyal digital (timing diagram)
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)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mana yang lebih baik?
Memori
Tocci, Widmer, Moss (2007)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Komputer Digital
Tocci, Widmer, Moss (2007)
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jumlahkan angka 1 sampai 6!
Kaleb Fulgham, CC BY-NC-ND, http://flic.kr/p/qUVY8
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Brown, Vranesic (2005)
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.
Teknik Digital (TKE071207) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed