Pertemuan 5 (Sistem akuisisi data pada Sensor dan Transduser – 2)

A. Tujuan dan Capaian Pembelajaran/Kompetensi Akhir

1. Mampu memahami sistem akuisisi data pada sensor dan transduser.
2. Mampu memahami prinsip kerja DAC dan Multipleksing.

B. Sub Capaian Pembelajaran

1. Mampu menjelaskan prinsip kerja Digital to Analog Converter (DAC).
2. Mampu menjelaskan prinsip kerja Multipleksing

4.5 Analog to Digital Converter (ADC)

Analog to digital converter (ADC) adalah sebuah rangkaian elektronika yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran digital (Amalia, 2013).

Pada setiap sensor yang berbasis mikrokontroler diperlukan adanya rangkaian ADC untuk mengubah sinyal yang diterima oleh sensor untuk menjadi besaran digital agar sinyal dapat dikonversi dan terbaca mikrokontroler.

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi.

Langkah-langkah konversi analog ke digital terbagi menjadi 3 proses. Gambar 3.9 menunjukkan langkah-langkah konversi dari ADC:

Gambar 3.9 Langkah-langkah ADC (Sumber: Indrasary, 2016)

4.5.1 Pencuplikan (Sampling)

Pencuplikan adalah konversi suatu sinyal waktu kontinu menjadi suatu sinyal waktu diskrit yang diperoleh dengan mengambil “cuplikan/sampling” sinyal waktu kontinu pada saat waktu diskrit (Indrasary, 2016).

Menurut (Syam, 2014), pencuplikan adalah suatu proses mengambil data sinyal kontinu (analog) untuk setiap periode tertentu (per detik), yang nantinya akan diubah ke sinyal diskrit.

Jika ? 8(?) adalah sinyal masukan terhadap pencuplik, maka ?(?) = ?8(??C) dengan Tp adalah selang pencuplikan.

Rumus yang digunakan untuk proses pencuplikan sinyal analog adalah pencuplikan periodik yang terdapat pada persamaan 3.4:

Gambar 3.10 menunjukkan proses pencuplikan periodik atau seragam:

Gambar 3.10 Proses pencuplikan periodik

4.5.2 Kuantitas

Gambar 3.11. Kuantisasi sinyal sinusoida

4.5.3 Pengkodean (Coding)

Pengkodean adalah proses mengubah suatu besaran tertentu kedalam bentuk lain yang dikenali. Proses pengkodean pada ADC yaitu untuk menetapkan bilangan biner tertentu pada tiap tingkatan kuantisasi (Syam, 2014).

Dalam hal ini, nilai driskrit yang didapat dari proses kuantisasi diubah menjadi nilai biner pada proses pengkodean. ADC memiliki beberapa prinsip dalam penggunaannya.

Berikut adalah prinsip ADC yang sering digunakan :

1) Konverter Simultan atau Flash ADC Tipe konverter silmutan, dikenal juga sebagai pararel ADC (konversi bisa langsung dilakukan).

Karenanya, tipe ini memiliki waktu yang cepat dalam mengubah sinyal analog ke sinyal digital. Untuk menambahkan resolusi bit dibutuhkan komparator lebih banyak, dan akan memakan biaya serta daya yang tinggi.

Sehingga ADC tipe ini terbatas karena sulitnya menambah resolusi bit. Gambar 3.11 menunjukkan konverter simultan atau flash ADC 3 bit:

Gambar 3.11 Konverter simultan atau flash ADC (Sumber: Assa’idah, 2008)

2) Successive Approximation Register (SAR) ADC

Konverter SAR memiliki resolusi yang lebih tinggi dari tipe flash ADC, karena jumlah bit tidak bergantung pada jumlah komparator. Keuntungan dari konverter ini adalah rangkaian lebih kecil, walaupun waktu untuk mengkonversi lebih lama dari flash ADC. Gambar 3.12 menunjukkan prinsip rangkaian dari SAR ADC:

Gambar 3.12. Prinsip Rangkaian dari SAR ADC (Sumber: Assa’idah, 2008)

3) ADC Terkode Delta

Konverter ini memiliki pencacah naik dan turun yang dibutuhkan untuk pengkonversian data digital ke analog (DAC) (Nurraharjo, 2011).

Sinyal masukan dan DAC masing-masing akan dialihkan kepada sebuah komparator atau pembanding.

Rangkaian ini biasanya menggunakan umpan balik negatif dari komparator guna mengatur pencacahan hingga keluaran DAC cukup sesuai dengan sinyal masukan.

Pengkonversian delta memiliki batasan yang cukup besar, dan memiliki resolusi yang tinggi, tetapi waktu pengkonversiannya tergantung pada tingkat sinyal masukan yang sering juga memiliki tingkat kesalahan yang tinggi.

4.6 Multipleksing

Multipleksing adalah proses penggabungan beberapa pengukuran untuk ditransmisikan melalui lintasan sinyal yang sama.

Alat ini digunakan untuk menggabungkan sejumlah sinyal analog menjadi satu saluran sinyal digital atau sebaliknya sebuah saluran digital tunggal menjadi sejumlah saluran analog (William, 1985).

4.6.1 Multipleksing Digital ke Analog

Multipleksing digital ke analog adalah proses menggabungkan sejumlah sinyal digital menjadi satu saluran sinyal analog.

Dalam pengubahan digital ke analog suatu pemakaian multipleksing, dapat ditemui pada teknologi computer, di mana informasi digital datang secara berurutan ke komputer, lalu didistribusikan ke sejumlah alat analog seperti CRO (William, 1985).

Terdapat 2 Metode dalam multipleksing digital ke analog, yaitu:

1) Menggunakan pengubah konverter digital ke analog yang terpisah untuk masingmasing saluran.

Prinsip kerjanya, informasi digital dimasukkan secara bersamaaan ke semua saluran dan pemilihan saluran dilakukan dengan membukakan pulsapulsa ke saluran keluaran yang sesuai.

Gambar 3.13 menunjukkan multiplekser digital ke analog menggunakan beberapa pengubah:

Gambar 3.13. Multiplekser DAC menggunakan beberapa pengubah (Sumber: William DC, 1985)

2) Menggunakan satu pengubah digital ke analog bersama-sama dengan satu perangkat saklar mupleksing analog dan rangkaian-rangkaian cuplik dan tahan untuk masing-masing saluran analog.

Berikut adalah gambar 3.14 multiplexer digital ke analog dengan satu pengubah.

Gambar 3.14. Multiplexer DAC menggunakan satu pengubah (Sumber: William DC, 1985)

4.6.2 Multipleksing Analog ke Digital

Multipleksing digital ke analog adalah proses menggabungkan sejumlah sinyal analog menjadi satu saluran sinyal digital. Gambar 3.15 memperlihatkan sistem konversi analog ke digital yang termultipleksi.

Gambar 3.15. Sistem konversi ADC yang termultipleksi (Sumber: William DC, 1985)

Prinsip kerjanya yaitu, sakelar digunakan untuk menghubungkan masukan – masukan analog ke sebuah bus bersama (common bus) atau saluran pengontrol.

Kemudian bus atau saluran pengontrol menuju ke pengubah analog ke digital yang digunakan untuk semua saluran.

Ada pula multipleksi yang menggunakan sebuah pembanding terpisah untuk tiaptiap saluran analognya, seperti yang terdapat pada gambar 3.16.

Gambar 3.16. Konversi ADC jenis pencacah bersama masukan termultipleksi (Sumber: William DC, 1985)

Langkah kerjanya adalah sebagai berikut :

1. Masukan analog masuk melalui saluran terpisah dihubungkan ke tiap-tiap pembanding.
2. Pengoperasian pencacah dan pembanding, dibutuhkan singkronisasi dan rangkaian pengontrol.
3. Masukan analog yang telah masuk ke sinkronisasi dan rangkaian pengontrol selanjutnya menuju ke pencacah.
4. Kemudian pengubah digital ke analog mengubah keluaran pencacah dan memberikan tegangan keluaran analog yang diumpankan semua ke pembanding.
5. Lalu bila salah satu pembanding menunjukkan bahwa keluaran digital ke analog lebih besar dari pada tegangan masukan pada saluran tersebut, maka isi pencacah akan terbaca sebagai keluaran digital.

C. Rangkuman Materi

1. Sistem akuisisi data atau biasa dikenal sebagai Data Acquisition System (DAS) adalah sistem instrumentasi elektronik yang bertujuan untuk melakukan pengukuran, menyimpan, dan mengolah hasil pengukuran.
2. Konverter adalah alat bantu untuk mengubah informasi analog (yang biasa diperoleh dari besaran listrik) menjadi besaran digital diskrit dan sebaliknya dapat juga mengubah informasi digital ke dalam bentuk analog.
3. Sinyal analog adalah sinyal yang berbentuk gelombang kontinyu, yang memiliki parameter amplitude dan frekuensi.
4. Sinyal digital adalah sinyal data yang berbentuk gelombang pulsa atau kode yang dapat mengalami perubahan bentuk sinyal secara tiba-tiba dan memiliki besaran 0 dan 1.
5. Digital to Analog Converter (DAC) adalah alat yang berfungsi untuk mengubah besaran digital menjadi besaran analog, metode yang sering dagunakan DAC ada 2, yaitu metode Binary Weighted Resistor dan metode R/2R Ladder.
6. Analog to digital converter (ADC) adalah sebuah rangkaian elektronika yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran digital.
7. ADC terbagi menjadi 3 langkah, yaotu pencuplikan (sampling), kuantisasi, dan pengkodean.
8. Multipleksing adalah alat yang digunakan untuk menggabungkan sejumlah sinyal analog menjadi satu saluran sinyal digital atau sebaliknya sebuah saluran digital tunggal menjadi sejumlah saluran analog.

D. Tugas

Buatlah rangkuman tentang jenis-jenis dan prinsip kerja DAC!

E. Daftar Pustaka

1. Amalia, R. (2013). Pengkonversian Data Analog Menjadi Data Digital Dan Data Digital Menjadi Data Analog Menggunakan Interface PPI 8255 Dengan Bahasa Pemrograman BORLAND DELPHI 5 . 0. 6(2), 168–179.
2. Assa’idah. (2008). Investigasi Terhadap Kemampuan 2 Tipe ADC. 12, 1–5.
3. Haryono, A. (2016). Pengkondisi Sinyal dan Akuisisi Data Sensor Tekanan. 19(2).
4. Indrasary, Y. (2016). Simulasi akuisisi data sinyal audio. 5(2), 75–84.
5. Nurraharjo, E. (2011). Analisis Model Akuisisi Data Terhadap Piranti Analog to Digital (ADC). 73–78.
6. Saludin Muis. (2012). Teknik Digital Dasar. Jakarta: Graha Ilmu.
7. Syam, E. (2014). Analisa dan Implementasi Transformasi Analog to Digital Converter ( ADC ) untuk Mengkonversi Suara Kebentuk Teks.
8. William, D.C. (1985). Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran (2nd ed.). Jakarta: Penerbit Erlangga.