Analog to Digital Converter

“ Add your company slogan ”
Analog to digital
converter (ADC)
Drs. Suparwoto, M.Si.
LOGO
Skema
Pengertian
Blok diagram
Macam ADC
Data logger
Pengiriman data ke komputer
Sistem telemetri digital
Pengertian
 Analog to digital converter (ADC)
Perangkat elektronik yang mengkonversi
besaran (tegangan) analog menjadi besaran
digital.
 Parameter ADC :
1. Resolusi
Jumlah bit (dalam kode digital) pada keluaran (output) ADC
yang menyatakan nilai tegangan analog pada masukan (input)
ADC.
2. Kecepatan konversi
Kecepatan konversi dari masukan analog menjadi keluaran
digital.
Pengertian
 Digital to analog converter (DAC)
Perangkat elektronik yang mengkonversi
besaran (tegangan) digital menjadi besaran
analog (kebalikan ADC).
Blok diagram
 ADC 8 bit
Masukan (mV)
Keluaran (biner)
0
0000 0000
20
0000 0001
40
0000 0010
-
-------------
5000
1111 1111
Ada 255 keadaan kode digital (0000 0000 s.d. 1111 1111) yang
menyatakan besaran analog dari 0 mV sampai 5000 mV.
Resolusi ADC ini adalah 5000 dibagi 255, yaitu:
19,6 mV atau 20 mV per step
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).
___  sinyal analog
+  sinyal diskrit
Contoh DAC 4 bit
 Susunan resistor (resistor
ladder), membentuk suatu
perangkat yang mengubah sinyal
digital menjadi tegangan analog.
Semakin banyak masukan
digital yang levelnya satu,
semakin besar arus masukan,
sehingga tegangan keluaran
semakin besar.
 Pada DAC di samping, bila
masukan ABCD berubah dari
0000 s.d. 1111, maka tegangan
keluaran berubah dari -1,4 V s.d.
+1,4 V.
Macam ADC
 ADC berdasarkan proses konversi (dari
masukan analog) menjadi keluaran digital
terbagi menjadi :
1. Voltage controlled oscillator (VCO) atau voltage to
frequency converter
2. Successive approximation register (SAR)
3. Flash ADC
4. Dual slope ADC
5. Parallel conversion
Voltage controlled oscillator
 Suatu osilator yang frekuensi keluarannya tergantung
pada tegangan masukannya.
Contoh : Bila tegangan masukan 1 volt, frekuensi
keluaran = 1000 Hz, masukan 2 volt, keluaran 2000 Hz
dan seterusnya.
 Bila frekuensi keluaran dicacah dengan decade counter
4 digit, maka tegangan analog dikonversi menjadi
bilangan biner dan ditampilkan dalam format 4 digit.
 Resolusi ADC jenis VCO tergantung pada koefisien
konversinya.
 Kecepatan konversi jenis ADC ini lambat.
Successive approximation register (SAR)
 Blok diagram
MSB
Output
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, apakah tegangan masukan
lebih besar dari 2500 mV ?, jika ya, maka MSB sama dengan 1, jika
tidak, MSB sama dengan 0.
SAR-prinsip konversi (2)
 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  ya,
maka MSB, --- 1
2. apakah 2525>(2500+1250)  tidak,
bit ke 6, --- 0
3. apakah 2525>(2500+625)  tidak,
bit ke 5, --- 0
4. ------------------------------------------------------bit ke 4, --- 0
5. ------------------------------------------------------bit ke 3, --- 0
6. ------------------------------------------------------bit ke 2, --- 0
7. ------------------------------------------------------bit ke 1, --- 0
8. apakah 2525>(2500+20),  ya,
maka bit ke 0, --- 1
Jadi tegangan analog 2525 mV, dikonversi menjadi 1000 0001
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, maka
keluaran komparator =1, sehingga “tebakan” MSB (bit ke 7)
ditetapkan menjadi keluaran tetap, sebaliknya bila keluaran dari
DAC 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 diubah
menjadi nol.
 Demikian seterusnya, maka diperoleh keluaran digital 8 bit, dengan
proses “SAR”.
Flash ADC
 Blok diagram
Flash ADC-prinsip kerja
 Flash ADC terdiri dari banyak komparator yang
membandingkan masukan analog dengan bermacam-macam
referensi.
 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 lebih
kecil dari 1,25 volt, maka keluaran dari komparator pertama
=1, sedang keluaran komparator yang lain =0.
 Demikian proses pembandingan selalu dilakukan terhadap
masukan analog dengan banyak referensi, keluaran dari
komparator- komparator kemudian diolah oleh “priority
encoder” menjadi keluaran bilangan biner.
 Resolusi ditentukan oleh banyaknya komparator.
 Kecepatan konversi sangat cepat.
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.
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.
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).
1
Start bit
0
1
1
0
0
0
1
0 1
1
Stop bit
D0
D7
Data serial, syncronous dan asyncronous
 Transmisi syncronous
 Transmisi asyncronous
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).
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).
SRAM, DRAM, dan ROM
 SRAM, menggunakan media penyimpan berupa Flipflop, 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
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”.
Modulasi sinyal digital
 Frequrncy-shift keying
 Amplitude modulation (AM)
 Phase-shift keying
Sistem telemetri digital (blok diagram)
 Bagian pemancar (transceiver)
 Bagian penerima (receiver)
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
“ Add your company slogan ”
Every journey begins with a firs step
LOGO