ADC dan DAC
A. ADC
I. Topik: ADC (Analog to
Digital Converter)
II. Tujuan : Setelah
melakukan kegiatan pembelajaran
diharapkan mahasiswa
dapat :
2.1.
Mengklasifikasikan jenis-jenis ADC
2.2. Membuat rangkaian
ADC 4 bit untuk pengkonfersi sinyal
2.3. Membuat rangkaian
ADC 8 bit untuk pengkonfersi sinyal
III. Pendahuluan
Kegiatan pembelajaran untuk topik ADC sebagai
pengkondisi sinyal membahas tentang: klasifikasikan jenis-jenis ADC, membuat rangkaian
ADC 4 bit untuk pengkonfersi sinyal dan membuat rangkaian
ADC 8 bit untuk pengkonfersi sinyal.
IV. Materi
4.1.Klasifikasi jenis-jenis ADC
Fungsi ADC (Analog
to Digital Converter)adalah mengubah (mengkonversi) sinyal analog menjadi
sinyal digital.
Blok diagram ADC
ditunjukkan pada gambar 7. 1.
Gambar 7.1 Blok diagram ADC
Metode konversi sinyal analog menjadi digital, dapat
diklasifikasikan menjadi dua yaitu flash ADC dan successive approximation
(a) Flash ADC
Flash ADC juga dikenal sebagai parallel A/D
Converter sebagai rangkaian ADC yang paling mudah dipelajari.
Dibentuk dari sekumpulan komparator yang membandingkan sinyal input dengan
tegangan referensi menggunakan op-amp. Resistor yang digunakan disini
harus menggunakan resistor bertoleransi tinggi agar lebih akurat. Keluaran
output dihubungkan ke input dari sebuah priority encoder, yang akan
menghasilkan output biner. Gambar 7.2. adalah contoh rangkaian Flash ADC 3 bit.
Gambar 7.2 Rangkaian flash ADC 3
bit
Prinsip
kerja rangkaian flash ADC 3 bit,Vref adalah tegangan stabil yang
disediakan oleh regulator tegangan presisi sebagai bagian dari rangkaian
converter. Jika input analog melebihi tegangan referensi, output komparator
akan menghasilkan kondisi tinggi secara beruntun. Sedangkan priority encoder
akan menghasilkan kondisi tinggi secara beruntun. Priority encoder akan
membangkitkan bilangan biner berdasarkan input yang diterima.
Rangkaian
ADCideal secara
unik dapat mereprestasikan seluruh rentang masukan analog tertentu dengan
sejumlah kode keluaran digital. Kenyataannya karena sinyal analog besifat
kontinu sedangkan sinyal digital bersifat diskrit, maka ada proses kuantisasi
yang menimbulkan kekeliruan. Apabila jumlah sinyal diskritnya (yang mewakili
rentang masukan analog) ditambah, maka lebar undak (step width) akan
semakin kecil dan fungsi transfer akan mendekati garis lurus ideal.
Lebar satu undak (step)
didefinisikan sebagai satu LSB (Least Significant Bit) dan unit
ini digunakan sebagai unit rujukan konversi. Satu unit LSB itu juga
digunakan untuk mengukur resolusi konverter karena dapat menggambarkan jumlah
bagian atau unit dalam rentang analog penuh. Gambar 7.3. menunjuk proses
konversi rangkaian flash ADC.
Gambar 7.3. Proses konversi rangkaianflash ADC.
Resolusi
ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit dalam sinyal keluaran
digitalnya. Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n tingkat
undak (step level). Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak
terakhir hanya setengah dari lebar penuh, maka rentang skala penuh (FSR,
Full Scale Range) dibagi dalam (2n-1) lebar undak.
(b) Successive
approximation ADC
Rangkaian menggunakan successive
approximation ADC proses konversinya
menggunakan rangkaian counter yang dikenal sebagai successive-approximation
register, yaitu melalui pendekatan berturut-turut untuk mencari nilai yang
paling tepat. Disamping menghitung naik deretan data biner, register ini
menghitung seluruh nilai bit dimulai dari MSB dan diakhiri LSB.Gambar 7.4. menunjuk contoh
rangkaian successive approximation ADC.
Gambar 7.4. Contoh rangkaian successive approximation ADC.
Selama proses
perhitungan, register akan memonitor output komparator untuk melihat
jika hitungan biner kurang atau lebih besar dari input sinyal analog. Perlu
diingat bahwa SAR dapat mengeluarkan bilangan biner dalam format serial,
sehingga dapat meniadakan penggunaan shift register. Jika diplot, cara
kerja SAR dapat digambarkan seperti Gambar 7.5.
Gambar
7.5 Proses konversi rangkaian SAR ADC.
4.2. Rangkaian
ADC 4 bit
Rangakain ADC 4 bit memiliki 1 input siyal analog dan 4 output sinyal digital. Dalam contoh rangkaian ini menggunakan 15 komparator
IC LM358 untuk kemudian masuk ke IC 74148 yang dikonversi menjadi 6 keluaran
output. Dari 6 keluaran output IC 74148 akan masuk ke IC 7408, dimana IC ini
adalah IC aktif low, sehingga perlu di invers dengan IC 7404.
Tabel 7.1 Tabel kebenaran 7404
Gambar 7.6.ADC 4 bit menggunakan
komparator
Tabel 7.2 Tabel kebenaran 7408
Tabel 7.3
Tabel kebenaran 74148 27
4.3. Rangkaian ADC 8 bit
Suatu
rangkaian ADC 8 bit memiliki 8 output digital dan memiliki 1 inputan
analog. Dalam rangkaian ini menggunakan IC ADC 8 bit yaitu IC 0804. IC
ini bisa langsung mengkonversi nilai inputan analog menjadi digital. Dengan
masukan tegangan analog maksimal 5 volt.
Contoh IC ADC 8 bit
yang mampu menerima 8 input dan banyak digunakan adalah ADC 0808
meskipun lebih mahal dibandingkan ADC 0804. ADC ini selain mampu
diprogram untuk mulai konversi melalui pena SC (Start Conversion),
mampu juga berjalan dalam mode free running, artinya ia akan konversi
terus menerus sinyal input yang masuk dengan cara menghubungkan pena EOC (End
Of Conversion) ke SC. Gambar 7.8. menunjukan contoh ADC 8 bit
yang menggunakan ADC 0804 dan Gambar 7.9. menunjukan contoh ADC 8
bit yang menggunakan ADC 0808.
Gambar 7.7ADC 8 bit
dengan IC ADC 0804
Gambar 7.8ADC 8 bit
dengan IC ADC 0808
V.
Pendalaman Materi
1. Apa
yang dimaksud dengan ADC 8 bit?
2.
Bagaimanakah prinsip kerja ADC 8 bit 0804?
3.
Berapa nilai per 1 desimal ADC 8 bit?
4. Gambarkan rangkaian
sederhana ADC 8 bit dengan IC 0804
5. Lengkapi konversi analog ke digital tabel 7.4 dengan cara menentukan nilai dari
masing-masing nilai biner pada tabel, jika diketahui nilai Vin = 0,66V=1
desimal =biner (0001)
Tabel 7.4. Tabel ADC tabel soal no 5
Bobot Desimal
|
Bobot Biner
|
Vin (Volt)
|
|||
D1
|
D2
|
D1
|
D0
|
||
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0,66
|
2
|
|||||
3
|
|||||
4
|
|||||
5
|
|||||
6
|
|||||
7
|
|||||
8
|
|||||
9
|
|||||
10
|
|||||
11
|
|||||
12
|
|||||
13
|
|||||
14
|
|||||
15
|
|||||
B. DAC
I. Topik: DAC (Digital to
Analog Converter)
II. Tujuan : Setelah melakukan kegiatan pembelajaran diharapkan mahasiswa
dapat :
2.1.
Mengklasifikasikan Jenis-jenis DAC
2.2. Membuat rangkaian
DAC 4 bit untuk pengkonfersi sinyal
2.3. Membuat rangkaian
DAC 8 bit untuk pengkonfersi sinyal
2.4. Membuat rangkaian
DAC 16 bit untuk pengkonfersi sinyal
III. Pendahuluan
Kegiatan pembelajaran untuk DAC sebagai pengkondisi
sinyal membahas tentang: klasifikasikan jenis-jenis DAC, membuat rangkaian
DAC 4 bit untuk pengkonfersi sinyal,membuat rangkaian
DAC 8 bit untuk pengkonfersi sinyal dan membuat rangkaian
DAC 16 bit untuk pengkonfersi sinyal
IV. Materi
4.1. Klasifikasi Jenis-jenis DAC
Fungsi DAC (Digital
to Analog Converter)adalah mengubah (mengkonversi) sinyal digital menjadi
sinyal analog.Blok diagram DAC ditunjukkan pada gambar 7. 9.
Gambar 7.9. Blok diagram DAC
Rangkaian Digital to
Analog dapat dibangun dengan menggunakan op-Amp yang diberi masukan dengan
mengatur switch-switch yang mewakili besaran digital. Nilai berlogic “l”
jika switch dihubungkan dengan supply 5 volt dan logic “0” bila
dihubungkan dengan ground/dilepas. Metode konversi sinyal digital menjadi analog dapat
diklasifikasikan menjadi dua yaitu DAC jenis bobot biner dan DAC jenis
R-2R tangga.
(a) DAC jenis resistor bobot biner
DACjenis Binary Weight Resistor, ditunjukkan pada gambar 7.10.
pemasangan nilai resistor pada input-input D0, D1, D2,… adalah sebagai berikut:
Nilai R yang ada di D1 adalah ½ dari nilai yang ada di D0, nilai R yang
ada di D2 adalah ½ dari nilai yang ada di D1 (atau ¼ dari R yang ada di D0) dan
seterusnya. Pemasangan nilai R yang seperti itu adalah untuk medapatkan Vout
yang linier (kenaikan per stepnya tetap). Rin dicari dengan memparallel
nilai-nilai resistor yang ada pada masing masing input bila input yang masuk lebih dari satu.
Gambar 7.10DAC
Jenis Binary Weight Resistor
(b) DACjenis R-2R
tangga
DAC jenis R-2R tangga pemasangan nilai resistor
pada input-inputnya adalah R-2R, jadi kalau nilai R = 10 KΩ, maka 2R nya
dipasang 20 KΩ. Pemasangan nilai resistor yang seperti itu adalah untuk
mendapatkan Vout yang linear (kenaikan perstepnya tetap). Seperti yang
ditunjukkan pada gambar 7.11.
Gambar 7.11
DAC jenis R-2R tangga
4.2. Rangkaian
DAC 4 bit
DAC 4 bit memiliki 4
masukan input digital dan 1 data input analog.
Pada dasarnya pembuatan
rangkaian DAC 4 bit dapat direalisasikan dengan 2 cara yaitu dengan, rangkaian DAC bobot binerseperti
yang ditunjukkan pada gambar 7.12dan dengan rangkaian DAC tangga R-2R seperti yang
ditunjukkan pada gambar 7.13. Kedua rangkaian
tersebut memili kemiripan cara kerja,
yaitu dengan masukan logika 1 “5 volt” dan logika 0 “ground”.
Gambar 7.12DAC 4 bit
bobot biner
Tabel 7.5 Rumus DAC 4 bit bobot biner
Saklar
|
Nilai
Biner
|
V
out
|
D0
|
1
|
(2/(2+4+8+16)
x Vcc
|
D1
|
2
|
(4/(2+4+8+16)
x Vcc
|
D2
|
4
|
(8/(2+4+8+16)
x Vcc
|
D3
|
8
|
(16/(2+4+8+16)
x Vcc
|
Gambar 7.13DAC 4 bit tangga R-2R
Tabel 7.6 Rumus DAC 4 bit tangga R-2R
Saklar
|
Nilai
Biner
|
Vout
|
D0
|
1
|
VCC/16
|
D1
|
2
|
VCC/8
|
D2
|
4
|
VCC/4
|
D3
|
8
|
VCC/2
|
4.3. Rangkaian
DAC 8 bit
DAC 8 bit memiliki 8
masukan input digital dan 1 data input analog.
Pada dasarnya pembuatan
rangkaian DAC 8 bit sama dengan
pembuatan DAC 4 bit juga dapat direalisasikan dengan 2 cara yaitu dengan, rangkaian DAC bobot binerseperti
yang ditunjukkan pada gambar 7.14dan dengan rangkaian DAC tangga R-2R seperti yang
ditunjukkan pada gambar 7.15. Kedua rangkaian
tersebut memili kemiripan cara kerja,
yaitu dengan masukan logika 1 “5 volt” dan logika 0 “ground”.
Gambar 7.14DAC 8 bit bobot biner
Tabel 7.7 Rumus DAC 8 bit bobot biner
Saklar
|
Nilai
Biner
|
V
out
|
D0
|
1
|
(2/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D1
|
2
|
(4/(2+4+8+16+32+64+128+256)x
Vcc
|
D2
|
4
|
(8/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D3
|
8
|
(16/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D4
|
16
|
(32/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D5
|
32
|
(64/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D6
|
64
|
(128/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
D7
|
128
|
(256/(2+4+8+16+32+64+128+256))x
Vcc
|
Gambar 7.15. DAC
8 bit tangga R-2R
Tabel 7.8 Rumus DAC 8 bit tangga R-2R
Saklar
|
Nilai
Biner
|
Vout
|
D0
|
1
|
VCC/65536
|
D1
|
2
|
VCC/32768
|
D2
|
4
|
VCC/16384
|
D3
|
8
|
VCC/8192
|
D4
|
16
|
VCC/4096
|
D5
|
32
|
VCC/2048
|
D6
|
64
|
VCC/1024
|
D7
|
128
|
VCC/512
|
4.4. Membuat
rangkaian DAC 16 bit
DAC 16 bit memiliki
16 masukan input digital dan 1 data input analog.
Pada dasarnya pembuatan
rangkaian DAC 16 bit sama dengan
pembuatan DAC 4 bit atau DAC 8 bit juga
dapat direalisasikan dengan 2 cara yaitu
dengan, rangkaian DAC bobot binerseperti yang ditunjukkan pada gambar 7.16dan dengan
rangkaian DAC tangga R-2R seperti yang ditunjukkan pada gambar 7.17. Kedua rangkaian tersebut memili kemiripan cara kerja, yaitu dengan
masukan logika 1 “5 volt” dan logika 0 “ground”.
Gambar 7.16DAC 16
bit bobot biner
Tabel 7.9 Rumus DAC 16 bit bobot biner
Saklar
|
Nilai
Biner
|
V
out
|
D0
|
1
|
(2/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D1
|
2
|
(4/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D2
|
4
|
(8/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D3
|
8
|
(16/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D4
|
16
|
(32/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D5
|
32
|
(64/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D6
|
64
|
(128/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D7
|
128
|
(256/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D8
|
256
|
(512/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D9
|
512
|
(1024/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D10
|
1024
|
(2048/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D11
|
2048
|
(4096/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D12
|
4096
|
(8192/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D13
|
8192
|
(16384/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D14
|
16384
|
(32768/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
D15
|
32768
|
(65536/(2+4+8+16+32+64+128+256+512+1024+2048+
4096+8192+16384+32768+65536)
x Vcc
|
Gambar 7.17DAC 16
bit tangga R-2R
Tabel 7.10 Rumus DAC 16 bit tangga R-2R
Saklar
|
Nilai
Biner
|
Vout
|
D0
|
1
|
VCC/65536
|
D1
|
2
|
VCC/32768
|
D2
|
4
|
VCC/16384
|
D3
|
8
|
VCC/8192
|
D4
|
16
|
VCC/4096
|
D5
|
32
|
VCC/2048
|
D6
|
64
|
VCC/1024
|
D7
|
128
|
VCC/512
|
D8
|
256
|
VCC/256
|
D9
|
512
|
VCC/128
|
D10
|
1024
|
VCC/64
|
D11
|
2048
|
VCC/32
|
D12
|
4096
|
VCC/16
|
D13
|
8192
|
VCC/8
|
D14
|
16384
|
VCC/4
|
D15
|
32678
|
VCC/2
|
V. Pendalaman Materi
1.
Lengkapi konversi Digital ke Analog
tabel 7.9 dengan cara menentukan nilai tegangan output dari
masing-masing nilai biner pada tabel, jika diketahui nilai biner 1 (10)=
0001 = 0,33V
Tabel 7.11. tabel DAC soal no1
Bobot Biner
|
D3
|
D2
|
D1
|
D0
|
Vout
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0,33V
|
3
|
|||||
4
|
|||||
5
|
|||||
6
|
|||||
7
|
|||||
8
|
|||||
9
|
|||||
10
|
|||||
11
|
|||||
12
|
|||||
13
|
|||||
14
|
|||||
15
|
2. Apa
yang dimaksud dengan DAC 4 bit?
3.
Berapa jeniskah rangkaian DAC yang anda ketahui, sebutkan dan
jelaskan?
4. Bagaimana prinsip
kerja DAC tangga R-2R 4 bit?
5. Buatkan gambar rangkaian DAC 4 bit jenis R-2R tangga
6. Buatkan gambar rangkaian DAC 8 bit jenis Bobot biner.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar