Portable digital oscilloscope menggunakan PIC18f4550

Bahwa yang bertanda tmgan dibawah ini, pendis daii pihak perusahaan tempat penelitian, bersedia _:

"Bahwa basid penelitian &pat dionlinekan sesuai dengan peraturan yang berlaku, untuk kepentingan riset dan pendidikan".

Bandung, 29 Agustus 201 3

Penulis,

Wisnu Adii Kharisma

NIM. 13111705

Pembimbing I

Tri Rahaioeniwoem, M.T.

NIP. 4127 70 04 015

Jana Uiama, S.T

C

URRICULUM

V

ITAE

I D E N T I T A S

D I R I

Nama : Wisnu Adji Kharisma, S.T.

Tempat/Tanggal Lahir : Bandung, 22 Januari 1991

Jenis Kelamin : Laki-laki

Status Pernikahan : Lajang

Agama : Islam

Alamat : Jalan Sridara No. 21 RT.003 RW. 002 Keluarahan

Cigereleng Kecamatan Regol – Kota Bandung

Nomor Telepon : [Handphone] 0856 211 7894

[Handphone] 0898 642 1723 [Rumah] (022) 5211679

E-mail : wisnu.adji.kharisma@gmail.com

P E N D I D I K A N

F O R M A L

2011 – 2013 : Teknik Elektro, Universitas Komputer Indonesia

2008 – 2011 : Diploma Teknik Elektro, Universitas Gadjah Mada

2005 – 2008 : SMA Negeri 11 Bandung

2002 – 2005 : SMP Negeri 11 Bandung

1996 – 2002 : SDS Assalaam II Bandung

1995 – 1996 : TK Daya Wanita Bandung

P E N D I D I K A N

N O N F O R M A L

2011 : Pelatihan dan seminar mikrokontroler oleh Microchip Technology

P E N G A L A M A N

K E R J A

 2011 – Sekarang : Pegawai kontrak proyek di bagian Pusat Teknologi dan Inovasi

PT. Len Industri (Persero) Bandung sebagai teknisi perangkat

lunak (software engineer)

 2011 – 2011 : Program Magang Kerja (Tugas Akhir Diploma III) di PT. Len

Industri (Persero) Bandung

 2010 – 2010 : Peserta Kerja Praktek di PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali,

Region Jawa Barat, UPT Bandung Barat di bagian pemeliharaan Panel Kontrol Gardu Induk dan Proteksi Transformator (Gardu Induk Cigereleng)

Bandung, ...

Hormat Saya,

Lapora

PORTA

M

an ini disusu pendidik

PRO

FAKULT

UNIV

TABLE D

MENGGU

un untuk me kan program WISN N

GRAM S

TAS TEK

ERSITAS

DIGITAL

UNAKAN

emenuhi sal m Sarjana d

Oleh

NU ADJI K

NIM. 1.31.

STUDI TE

KNIK DA

S KOMP

BANDU

2013

L OSCIL

N PIC18

lah satu sya di Jurusan T

: KHARISMA .11.705

EKNIK E

AN ILMU

UTER IN

UNG

3

LLOSCOP

8F4550

arat kelulusa Teknik Elek A

ELEKTRO

KOMPU

NDONESI

OPE

an menemp ktro

O

UTER

IA

uh

iv 

 

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah, rahmat, dan nikmat-Nya yang senantiasa dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan alat dan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Portable Digital Oscilloscope Menggunakan PIC18F4550. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada junjungan kita, Muhammad SAW beserta pengikut setianya hingga akhir zaman.

Penulisan laporan tugas akhir disusun untuk memenuhi sebagian

persyaratan untuk mencapai derajat S-1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Bandung.

Penulisan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tak langsung. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada :

(1) Bapak Dr. Ir. Eddy Suryanto Soegoto, M.Sc., selaku Rektor Universitas Komputer Indonesia, Bandung;

(2) Bapak Prof. Dr. H. Denny Kurniadie, Ir., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Bandung; (3) Bapak Muhammad Aria, M.T., selaku Ketua Jurusan Program Studi Teknik

Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Bandung;

v 

 

penulisan laporan tugas akhir ini;

(5) Bapak Jana Utama, S.T., selaku Dosen Pembimbing II atas penjelasan dan bimbingannya selama pembuatan alat dan penulisan laporan tugas akhir ini; (6) Bapak Rodi Hartono, S.T., selaku Dosen Wali Akademik yang senantiasa

membantu serta mendampingi penulis selama menempuh perkuliahan; (7) Bapak Ir. Sri Yuniardi Susilo Tomo, selaku Atasan dan Senior Engineer

Pusat Teknologi dan Inovasi (PUSTEKIN) di PT. Len Industri (Persero), Bandung, atas setiap izin dan kelonggaran waktu yang diberikan kepada penulis untuk dapat bekerja sambil menyelesaikan studi jenjang S-1;

(8) Bapak Ir. Agung Darmawan, selaku Kepala Pusat Teknologi dan Inovasi (PUSTEKIN) di PT. Len Industri (Persero), Bandung, atas izin yang diberikan untuk dapat bekerja sambil melanjutkan kuliah jenjang S-1;

(9) Bapak Riyanto, S.Si., M.Si., selaku staf Pusat Teknologi dan Inovasi (PUSTEKIN) di PT. Len Industri (Persero), Bandung, atas ilmu pengetahuan yang diberikan kepada penulis selama penulisan laporan tugas akhir ini;

(10) Seluruh dosen, staff, dan karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, tempat penulis menuntut ilmu;

vi 

 

(11) Papa, Mama, Sri Wulan Kharisma, Harry Leo Kharisma, Ratna Mutia Kharisma, dan seluruh keluarga besar penulis, atas kasih sayang, doa, dan motivasinya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan penulisan laporan tugas akhir ini; (12) Ersha Rosana, atas doa dan kasih sayang yang senantiasa diberikan kepada

penulis serta kesabaran, pengertian dan perhatian serta motivasinya agar penulis dapat segera menyelesaikan tugas akhir dan penulisan laporan tugas akhir ini;

(13) Bapak Iwa, Bapak Lakso, Ibu Fika, Bapak Eko, Bapak Rosad, Bapak Helmi, Bapak Billy dan seluruh staff serta karyawan di Pusat Teknologi dan Inovasi (PUSTEKIN) PT. Len Industri (Persero), Bandung, atas motivasi dan dukungannya agar penulis dapat segera menyelesaikan jenjang studi S-1 dan tugas akhir ini;

(14) Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, atas kebersamaan dan persahabatan selama ini, sehingga perkuliahan menjadi semakin berwarna serta berbagai bantuan dan semangat yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan penulisan laporan tugas akhir ini, serta

(15) Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan baik materi maupun moril sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan penulisan laporan tugas akhir ini.

vii 

 

membangun dari berbagai pihak untuk memperbaiki kekurangan yang ada sehingga dapat dijadikan pertimbangan dalam penulisan laporan selanjutnya. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat, baik bagi penulis maupun rekan-rekan pembaca.

Bandung, Agustus 2013 Penulis,

x

 

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSEMBAHAN ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR SIMBOL ... xix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Identifikasi Masalah ... 2

1.3 Rumusan Masalah ... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Kegunaan Penelitian ... 4

1.6 Batasan Masalah ... 4

1.7 Metode Penelitian ... 5

1.8 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1 Osiloskop ... 8

2.1.1 Osiloskop Analog ... 8

2.1.2 Osiloskop Digital ... 10

xi

 

2.3 ADC (Analog to Digital Converter) ... 14

2.3.1 Sampling (Pencuplikan) ... 16

2.3.2 Kuantisasi (Quantizing) ... 18

2.3.3 Pengkodean (Coding) ... 20

2.4 Op-Amp (Operational Amplifier) ... 20

2.4.1 Op-amp Ideal ... 21

2.4.2 Karakteristik Dasar Op-amp ... 22

2.4.3 Blok Diagram Op-amp ... 23

2.5 Mikrokontroler ... 24

2.6 Komunikasi USB ... 25

2.6.1 Evolusi Sistem Antarmuka ... 27

2.6.2 Tugas Komputer sebagai Host ... 28

2.6.3 Lapisan Komunikasi USB ... 31

2.6.3.1 Physical Layer ... 31

2.6.3.2 Protocol Engine Layer ... 32

2.6.3.3 Application Layer ... 34

2.6.4 Macam-macam Jenis Transfer USB ... 34

2.7 USB – HID Communication Class ... 36

2.7 USB – CDC Communication Class ... 39

BAB III PEMILIHAN KOMPONEN ... 40

3.1 Latar Belakang Pemilihan Komponen ... 40

3.2 Pemilihan Jenis Mikrokontroler ... 41

3.2.1 Mikrokontroler PIC18F4550 ... 42

3.3 Pemilihan Jenis Op-Amp ... 45

3.3.1 Op-amp LF-353 ... 46

3.4 Pemilihan Jenis Switching Capacitor ... 47

BAB IV PERANCANGAN ALAT ... 49

xii

 

4.2 Perancangan Perangkat Keras ... 53

4.2.1 Perancangan Sistem Minimum Mikrokontroler PIC18F4550 ... 53

4.2.2 Perancangan Rangkaian Konektifitas USB ... 54

4.2.3 Perancangan Rangkaian Pengganda Tegangan dan Pesimetris Tegangan ... 55

4.2.4 Perancangan Rangkaian Attenuator ... 56

4.2.5 Perancangan Rangkaian Amplifier Sinyal ... 57

4.3 Perancangan Perangkat Lunak Mikrokontroler (Firmware) 60 4.4 Perancangan Program Aplikasi Komputer (Software) ... 61

BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS ... 64

5.1 Pengujian Parsial terhadap Komponen Penyusun Alat ... 64

5.1.1 Rangkaian Pengganda Tegangan ... 65

5.1.2 Rangkaian Pembalik (Pesimetris) Tegangan ... 66

5.1.3 Rangkaian Attenuator Sinyal ... 67

5.1.4 Rangkaian Penggeser Nilai Offset Sinyal ... 69

5.1.5 Rangkaian Op-Amp dengan Penguatan 1x ... 71

5.1.6 Rangkaian Op-Amp dengan Penguatan 10x ... 73

5.1.7 Pengujian Sistem Mikrokontroler PIC18F4550 ... 76

5.2 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan . ... 78

5.2.1 Pengujian Gelombang Sinus ... 78

5.2.1.1 Hasil Pengujian Gelombang Sinus dengan Amplitudo 500 mVp-p ... 79

5.2.1.2 Hasil Pengujian Gelombang Sinus dengan Amplitudo 5 Vp-p ... 80

5.2.1.3 Hasil Pengujian Gelombang Sinus dengan Amplitudo 15 Vp-p ... 81

5.2.2 Pengujian Gelombang Kotak ... 82

5.2.2.1 Hasil Pengujian Gelombang Kotak dengan Amplitudo 500 mVp-p ... 82

xiii

 

5.2.2.3 Hasil Pengujian Gelombang Kotak dengan

Amplitudo 15 Vp-p ... 84

5.2.3 Pengujian Gelombang Segitiga ... 85

5.2.3.1 Hasil Pengujian Gelombang Segitiga dengan Amplitudo 500 mVp-p ... 85

5.2.3.2 Hasil Pengujian Gelombang Segitiga dengan Amplitudo 5 Vp-p ... 86

5.2.3.3 Hasil Pengujian Gelombang Segitiga dengan Amplitudo 15 Vp-p ... 87

5.2.4 Pengujian Pengukuran 2 Kanal secara Bersamaan .. 88

5.2.5 Pengujian Pengukuran Liseajous ... 89

5.3 Analisis Harga ... 90

BAB VI PENUTUP ... 93

5.1 Kesimpulan ... 93

5.2 Saran ... 94

DAFTAR PUSTAKA ... 96

xiv

 

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Macam dan Kegunaan Tipe Transfer USB ... 35

Tabel 3.1 Uraian Perbandingan Tipe Mikrokontroler ... 42

Tabel 3.2 Uraian Perbandingan Tipe Op-Amp ... 46

Tabel 4.1 Tools yang Dipergunakan pada Program Aplikasi Komputer .... 62

Tabel 5.1 Data Pengujian Rangkaian Pengganda Tegangan ... 65

Tabel 5.2 Data Pengujian Rangkaian Pembalik Tegangan ... 67

Tabel 5.3 Data Pengujian Rangkaian Attenuator ... 68

Tabel 5.4 Data Pengukuran Amplitudo Sinyal Keluaran Rangkaian Op-Amp dengan Penguatan 1x ... 72

Tabel 5.5 Data Pengukuran Amplitudo Sinyal Keluaran Rangkaian Op-Amp dengan Penguantan 10x ... 75

xv

 

Halaman

Gambar 2.1 Sinyal Analog ... 12

Gambar 2.2 Sinyal Digital ... 13

Gambar 2.3 Proses Konversi Sinyal Analog ke Digital ... 15

Gambar 2.4 Pencuplikan Sinyal ... 16

Gambar 2.5 Proses Pencuplikan ... 16

Gambar 2.5 (a) Sinyal Analog ... 16

Gambar 2.5 (b) Hasil Pencuplikan Sinyal ... 16

Gambar 2.6 Aliasing Sinyal Karena Tidak Sesuai dengan Kaidah Pencuplikan Sinyal ... 18

Gambar 2.7 Proses Kuantisasi ... 19

Gambar 2.8 Proses Pengkodean ... 20

Gambar 2.9 Rangkaian Penguat Diferensial ... 22

Gambar 2.10 (a) Diagram Skematik Op-Amp ... 23

Gambar 2.10 (b) Blok Diagram Op-Amp ... 23

Gambar 2.11 Blok Diagram Sistem USB ... 29

Gambar 3.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroler PIC18F4550 ... 43

Gambar 3.2 Konfigurasi Pin Op-Amp LF-353 ... 47

Gambar 4.1 Blok Diagram Perangkat Keras Portable Digital Oscilloscope Menggunakan PIC18F4550 ... 49

Gambar 4.2 Skematik Sistem Minimum Mikrokontroler PIC18F4550 53

Gambar 4.3 Skematik Konektifitas USB ... 54

Gambar 4.4 Rangkaian Pengganda Tegangan dan Pesimetris Tegangan ... 56

xvi

 

Gambar 4.5 Rangkaian Attenuator Sinyal Masukan ... 56

Gambar 4.6 Rangkaian Penguat Sinyal ... 57

Gambar 4.7 Skematik Rangkaian Sistem Portable Digital Oscilloscope Secara Keseluruhan ... 59

Gambar 4.8 Diagram Alir Program Mikrokontroler ... 60

Gambar 4.9 Tampilan Aplikasi Komputer ... 62

Gambar 5.1 Hasil Pengujian Rangkaian Attenuator Sinyal ... 69

Gambar 5.2 (a) Penggeseran Nilai Offset Sejauh 500 mV ... 70

Gambar 5.2 (b) Penggeseran Nilai Offset Sejauh 1.50 V ... 70

Gambar 5.2 (c) Penggeseran Nilai Offset Sejauh 2.50 V ... 70

Gambar 5.2 (d) Penggeseran Nilai Offset Sejauh 3.50 V ... 70

Gambar 5.3 (a) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 500 mVpp ... 72

Gambar 5.3 (b) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 4 Vpp ... 72

Gambar 5.3 (c) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 12 Vpp ... 72

Gambar 5.3 (d) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 22 Vpp ... 72

Gambar 5.4 (a) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 160 mVpp ... 74

Gambar 5.4 (b) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 240 mVpp ... 74

Gambar 5.4 (c) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 500 mVpp ... 74

Gambar 5.4 (d) Pengujian Sinyal dengan Amplitudo 1.15 Vpp ... 74

Gambar 5.5 (a) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan Osiloskop ... 79

Gambar 5.5 (b) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 79

Gambar 5.6 (a) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Osiloskop 80

Gambar 5.6 (b) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 80

xvii

 

Gambar 5.7 (b) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 81

Gambar 5.8 (a) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan

Osiloskop ... 82

Gambar 5.8 (b) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan

Sistem Perangkat ... 82

Gambar 5.9 (a) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Osiloskop 83

Gambar 5.9 (b) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 83

Gambar 5.10 (a) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan

Osiloskop ... 84

Gambar 5.10 (b) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 84

Gambar 5.11 (a) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan

Osiloskop ... 85

Gambar 5.11 (b) Pengukuran Amplitudo 500 mVp-p Menggunakan

Sistem Perangkat ... 85

Gambar 5.12 (a) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Osiloskop 86

Gambar 5.12 (b) Pengukuran Amplitudo 5 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 86

Gambar 5.13 (a) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan

Osiloskop ... 87

Gambar 5.13 (b) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan Sistem Perangkat ... 87

Gambar 5.14 (a) Pengukuran 2 Kanal dengan Amplitudo 5 Vp-p

Menggunakan Osiloskop ... 88

Gambar 5.14 (b) Pengukuran 2 Kanal dengan Amplitudo 5 Vp-p

xviii

 

Gambar 5.15 (a) Pengukuran Liseajous Menggunakan Osiloskop ... 89

Gambar 5.15 (b) Pengukuran Liseajous Menggunakan Sistem Perangkat 89

  No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Simbbol xix Simbo suatu p Simbo transm Simbo sambu halama Simbo dari pr berbed Simbo (proses Simbo (proses Simbo tertentu kemun Simbo penyed untuk m Simbo akhir s Simbo dalam tertentu Simbo manua Simbo atau ou

Simbo berasal

K

l arus/flow, y proses.

l communica

misi data dari s l connector, ngan dari pr an yang sama. l offline conn

roses ke prose da.

l process, ya s) yang dilaku

l manual, ya s) yang tidak d

l decision, ya u yang ak ngkinan jawab

l pre-defined

diaan tempat memberi harg

l terminal, ya suatu program l offline-stor

simbol ini a u.

l manual inpu

al dengan men

l input/output utput tanpa ter

l punched c

l dari kartu ata

Keterangan

yaitu menyata

ation link, y uatu lokasi ke berfungsi u roses ke pros

.

nector, menya es lainnya dal

aitu menyatak ukan oleh kom

itu menyatak dilakukan oleh aitu menunjuk kan mengha ban : ya / tidak

d process, y penyimpanan ga awal. aitu menyatak m.

age, menunju akan disimpan

ut, yaitu mema ggunakan onl

t, yaitu menya rgantung jenis

card, yaitu m au output ditu

akan jalannya

yaitu menyat e lokasi lain. untuk menyat ses lainnya d

atakan sambu lam halaman

kan suatu tind mputer.

kan suatu tind h komputer. ukan suatu ko

asilkan 2 k

yaitu menyat an suatu peng

kan permulaan

ukan bahwa n ke suatu m

asukan data s

line keyboard

atakan proses s peralatannya

menyatakan uliskan ke kart

a arus takan takan dalam ungan yang dakan dakan ondisi (dua) takan golah n atau data media ecara . input a. input tu.

  No. 14. 15. 16. 17. Sumber : Simb Jogiyanto, Yogyakarta bol 1990, “A a. xx Simbo dari pi pita ma Simbo disket Simbo bentuk Simbo layar m Analisis da K

l magnetic ta

ita magnetis agnetis.

l disk storage

atau output di

l document, y k dokumen (m

l display, ya monitor.

an Desain

Keterangan

ape, menyata atau output d

e, menyatakan isimpan kedal

yaitu menceta melalui printer)

aitu mencetak

Sistem Inf

akan input be disimpan ked

n input berasa lam disket.

ak keluaran d ).

k keluaran d

formasi”, erasal dalam l dari dalam dalam Andi,

96

Axelson, Jan , 2005, ”USB Complete Third Edition”, Lakeview Research LLC, Madison, U.S.A

Axelson, Jan, 2009, “ USB Complete Fourth Edition”, Lakeview Research LLC, Madison, U.S.A

Hartanto, Budi, 2009, “Membuat Program-Program Keren dengan Visual C#.Net

Secara Mudah”, Andi, Yogyakarta.

Jogiyanto, 1990, “Analisis dan Desain Sistem Informasi”, Andi, Yogyakarta. Kester, Walt., Bryant, James., Byrne, Mike., 2009, “Grounding Data Converters

and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND””, Analog Device, U.S.A

__________ , 2009, “PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet”, Microchip, U.S.A

__________ , 1994, “LF353 JFET-INPUT DUAL OPERATIONAL AMPLIFIER”,

Texas Instrument, Dallas, Texas

__________ , 1994, “MAX1044/ICL7660 Switched-Capacitor Voltage

Converters”, Maxim Integrated, San Jose, California __________ , “PIC18F2550 USB HID Oscilloscope”, terdapat di :

http://semifluid.com/2006/03/27/pic18f2550-usb-hid-oscilloscope/,

diakses tanggal 19/02/2013.

__________ , “Idea: Medium Speed USB Oscilloscope”, terdapat di :

97

__________ , “Two-Channel PC Based Oscilloscope USB”, terdapat di :

http://www.circuitvalley.com/2011/07/two-channel-pcbased-oscilloscope-usb.html, diakses tanggal 02/03/2013.

__________ , “Building a PIC18F USB device”, terdapat di :

http://www.waitingforfriday.com/index.php/Building_a_PIC18F_

USB_device.htm, diakses tanggal 31/03/2013.

__________ , ”Open Source Framework for USB Generic HID device based on the PIC18F and Windows”, terdapat di :

http://www.waitingforfriday.com/index.php/Open_Source_Frame work_for_USB_Generic_HID_devices_based_on_the_PIC18F_and

1 

 

1.1 Latar Belakang

Osiloskop merupakan alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal baik sinyal analog maupun sinyal digital sehingga sinyal-sinyal tersebut dapat dilihat, diukur, dihitung dan dianalisa sesuai dengan bentuk keluaran sinyal yang diharapkan. Osiloskop memegang peran yang sangat penting dalam bidang perkembangan teknologi karena untuk menciptakan suatu perangkat elektronika dibutuhkan suatu alat ukur yang dapat digunakan untuk menganalisis perangkat yang akan dibuat sehingga perangkat tersebut dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan oleh pembuatnya.

Namun osiloskop merupakan alat ukur yang tidak murah, sehingga tidak semua orang dapat membeli perangkat tersebut. Hal tersebut akan menjadi kendala bagi orang-orang yang bekerja di bidang elektronika, pelajar yang mempelajari bidang elektronika, maupun orang-orang yang memiliki hobi di bidang elektronika namun tidak memiliki financial yang cukup untuk memiliki perangkat tersebut. Sehingga hal inilah yang menjadi latar belakang penulis untuk membuat sebuah alat yang berfungsi sebagai osiloskop dengan harga yang lebih murah, dan bersifat praktis (mudah digunakan, dan mudah untuk dibawa).

Hal tersebut dapat terwujud dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai komponen pendukung utama untuk membuat alat tersebut dan dengan memanfaatkan komunikasi Universal Serial Bus (USB) sebagai sistem antarmuka antara perangkat dengan komputer sehingga perangkat tersebut nantinya akan

2

 

mudah digunakan melalui PC ataupun laptop, karena pada era sekarang ini baik PC maupun laptop sudah jarang yang memiliki port serial maupun paralel.

1.2 Identifikasi Masalah

Alat ukur osiloskop merupakan perangkat yang sangat dibutuhkan dibidang elektronika, namun pada umumnya perangkat tersebut tidaklah murah sehingga akan menjadi kendala bagi orang-orang yang membutuhkan alat tersebut namun tidak mampu untuk membelinya. Terutama bagi sebagian orang yang bekerja secara mobile dan membutuhkan alat ukur osiloskop yang bersifat portable untuk menyelesaikan pekerjaannya maka akan sangat mahal lagi harganya untuk membeli perangkat yang bersifat portable tersebut.

Dari identifikasi permasalahan tersebut maka didapatkan beberapa poin penting, diantaranya adalah :

1. alat ukur osiloskop merupakan perangkat yang sangat dibutuhkan dibidang elektronika namun tidak murah harganya, sehingga menjadi kendala bagi orang-orang yang membutuhkannya namun tidak memiliki financial yang cukup untuk membelinya,

2. tidak sedikit orang yang bekerja secara mobile dan membutuhkan alat ukur osiloskop untuk menyelesaikan pekerjaannya, namun perangkat yang bersifat mudah dibawa dan portable lebih mahal lagi harganya.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan yang teridentifikasi di atas, maka pada tugas akhir ini akan dirancang dan dibuat suatu perangkat yang dapat berfungsi sebagai osiloskop yang portable. Sehingga dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut.

1. Bagaimana cara membuat perangkat yang dapat berfungsi sebagai osiloskop dengan menekan biaya serendah mungkin sehingga dapat terjangkau oleh setiap kalangan masyarakat yang berkecimpung dibidang elektronika?

2. Bagaimana caranya membuat perangkat osiloskop yang lebih mudah digunakan dan mudah untuk dibawa (bersifat portable) sehingga kapan pun dan dimana pun alat ukur tersebut diperlukan dapat dengan mudah dibawa dan digunakan?

1.4 Tujuan

Terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tugas akhir ini, diantaranya adalah :

1. untuk membuat perangkat yang dapat berguna sebagai alat ukur dan alat bantu untuk menganalisis bentuk gelombang dari suatu perangkat elektronika,

2. untuk membuat perangkat sepraktis mungkin sehingga dapat dengan mudah dibawa dan digunakan dimana pun dan kapan pun.

4

 

3. untuk membantu para praktikan elektronika agar mendapatkan alat ukur yang akan sangat membantu dalam bidangnya dengan harga yang lebih terjangkau, sehingga siapapun dapat memilikinya.

1.5 Kegunaan Penelitian

Adapun kegunaan yang dapat diambil dari hasil penelitian tugas akhir ini, diantaranya adalah :

1. untuk membatu para praktikan elektronika agar mendapatkan alat ukur yang akan sangat membantu dalam menyelesaikan tugas dan pekerjaanya dengan harga yang lebih terjangkau, dan

2. untuk membuat suatu perangkat osiloskop yang mudah digunakan dan mudah untuk dibawa (bersifat portable) dengan harga yang lebih terjangkau sehingga siapapun dapat memilikinya.

1.6 Batasan Masalah

Dalam perancangan dan pembuatan alat tugas akhir ini penulis membatasi beberapa batasan masalah sebagai berikut.

1. Nilai maksimal dan minimal tegangan puncak yang dapat diukur berkisar antara +/- 20V dan amplitudo sinyal minimum yang dapat diukur adalah sekitar 100 mV dengan nilai akurasi pengukuran yang diharapkan sekitar 80%.

2. Mikrokontroler yang digunakan adalah PIC18F4550 dimana pada mikrokontroler tersebut sudah terdapat fitur-fitur yang mendukung seperti : 10-bit ADC (13 kanal yang dimultiplekser), beberapa unit

I/O yang dapat digunakan untuk keperluan umum, dan memiliki modul USB Transceiver didalamnya.

3. Terdapat 2 buah kanal masukan untuk osiloskop, dengan dc-coupled.

1.7 Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam pembuatan alat serta penyusunan karya tulis ini adalah sebagai berikut.

1. Studi pustaka, yaitu mempelajari literatur dan sumber-sumber referensi yang berkaitan dengan perancangan alat dan pembuatan karya tulis.

2. Riset dan percobaan, merupakan proses percobaan terhadap setiap bagian-bagian sistem yang kemudian akan dibentuk menjadi satu kesatuan sistem sesuai dengan sistem yang akan dibangun.

3. Perancangan dan pembuatan alat portable digital oscilloscope, yang kemudian akan dilakukan pengamatan dan pengambilan data untuk analisis laporan.

4. Pengolahan data, merupakan proses untuk mengolah data-data yang didapatkan dari hasil percobaan dan pengamatan dari alat yang dibuat.

5. Analisa, yang merupakan proses pendalaman terhadap alat yang dibuat apakah sudah berhasil sesuai dengan yang direncanakan atau belum, selanjutnya akan dilakukan pengujian baik secara teoritis ataupun praktis, dan jika terdapat kekurangan maka akan dilakukan

6

 

perbaikan sistem sehingga penulis dapat mengambil kesimpulan dari penelitian yang sedang dilakukannya.

6. Menyusun karya tulis yang merupakan hasil studi kepustakaan dan analisis data hasil percobaan alat yang dibuat.

1.8 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini disusun untuk memberikan gambaran umum tentang alat dan sistem yang akan dibangun. Sehingga sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut.

BAB I PENDAHULUAN

Mengungkapkan tentang latar belakang masalah, merumuskan permasalahan yang diahadapi, menentukan tujuan dari pembuatan alat tersebut, yang kemudian diikuti dengan pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Menguraikan dasar-dasar dan prinsip-prinsip teori yang mendukung dan yang sangat penting dalam perancangan alat serta pembahasan masalah.

BAB III PEMILIHAN KOMPONEN

Berisikan tentang landasan atau latar belakang dalam pemilihan komponen yang digunakan dalam perancangan perangkat tugas akhir.

BAB IV PERANCANGAN ALAT

Menjelaskan tentang perancangan dan pembuatan alat, prinsip kerja komponen yang digunakan dalam pembuatan alat, serta pengambilan data berdasarkan hasil pengamatan dan pengukuran dari hasil percobaan alat.

BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS

Membahas tentang hasil pengujian sistem baik secara perangkat kerasnya (hardware) ataupun secara perangkat lunaknya (software) serta tentang pengambilan data, perhitungan, dan analisis data hasil percobaan.

BAB VI PENUTUP

Merupakan akhir dari seluruh penulisan laporan tugas akhir, yang berisikan kesimpulan dan saran untuk mengembangkan lebih lanjut dari perancangan alat yang dibangun.

8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Osiloskop

Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Pada awalnya osiloskop terdiri dari tabung sinar katode dan peranti pemancar elektron yang berfungsi untuk memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode, sehingga sorotan elektron membekas pada layar dan dengan bantuan beberapa rangkaian khusus didalam osiloskop tersebut maka akan menyebabkan sorotan bergerak berulang-ulang dari kiri ke kanan layar. Pengulangan sorotan tersebutlah yang menyebabkan bentuk sinyal kontinyu pada layar sehingga sinyal tersebut dapat dilihat dan dipelajari.

Dalam bidang elektronika, perangkat osiloskop merupakan instrumen alat ukur yang memiliki posisi yang sangat vital mengingat sifatnya yang mampu menampilkan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh rangkaian yang sedang diamati. Dewasa ini secara prinsip terdapat 2 (dua) tipe osiloskop, yakni osiloskop analog dan osiloskop digital. Masing-masing tipe osiloskop tersebut memiliki kelebihan dan keterbatasannya.

2.1.1 Osiloskop Analog

Osiloskop analog bekerja dengan cara menggambarkan bentuk-bentuk gelombang listrik melalui gerakan pancaran elektron (electron beam) dalam sebuah tabung sinar katode yang berjalan dari kiri ke kanan. Pancaran elektron

yang dipancarkan oleh bagian electron gun akan membentur dinding layar tabung sinar katode sehingga elektron pada lapisan fosfor layar akan ter-eksitasi dan mengakibatkan perpendaran atau nyala pada layar, hal tersebutlah yang akan menjadi gambar bentuk dasar gelombang yang di ukur oleh osiloskop.

Pada osiloskop analog, pembetuk gelombang yang akan ditampilkan pada layar diatur oleh sepasang lapisan pembelok (deflector plate) secara vertikal maupun secara horizontal, pembelokan pancaran elektron dilakukan oleh lapisan tersebut dimana ketika lapisan pembelok tersebut diberi sebuah tegangan tertentu maka akan mengakibatkan pancaran elektron berbelok dengan harga tertentu pula. Sebagai contoh apabila tegangan pada semua pelat tersebut adalah 0 (nol) Volt, maka pancaran elektron akan bergerak lurus membentur layar sehingga pada layar hanya akan terlihat sebuah nyala titik ditengah layar. Pengaturan tegangan pada lapisan pembelok tersebut akan berkaitan terhadap pengaturan Time/Div untuk lapisan pembelok horizontal, dan berkaitan terhadap pengaturan Volt/Div untuk lapisan pembelok vertikal.

Cahaya yang dihasilkan oleh fosfor mempunyai waktu hidup yang sangat pendek setelah pancaran elektron berlalu. Untuk fosfor yang sering digunakan pada tabung sinar katode (CRT) adalah jenis P31, dimana fosfor jenis tersebut untuk cahaya yang dihasilkan akan turun hingga ke suatu harga yang masih dapat dilihat dengan nyaman dalam ruang yang bercahaya sedang dalam waktu 38 mikrodetik. Jika laju pancaran elektron untuk meng-eksitasi ulang terjadi dibawah 1/38 mikrodetik atau sekitar 26 kHz, maka akan terjadi penurunan cahaya secara dramatis pada layar.

10

Kedipan (flicker) merupakan suatu fenomena lain yang membatasi kinerja CRT. Jika laju eksitasi ulang jatuh dibawah harga minimum tertentu, umumnya sekitar 15 sampai 20 Hz, maka akan terjadi kedipan yang mengakibatkan peragaan di layar akan tampak nyala dan padam secara bergantian.

2.1.2 Osiloskop Digital

Jika pada osiloskop analog gelombang yang ditampilkan pada layar langsung diberikan dari rangkaian lapisan pembelok pancaran elektron vertikal

sehingga berkesan “real time”, maka pada osiloskop digital gelombang yang akan

ditampilkan terlebih dahulu melalui tahap sampling (pencuplikan sinyal) dan kemudian data hasil sampling tersebut diolah secara digital. Osiloskop digital menyimpan nilai-nilai tegangan hasil sampling tersebut bersama dengan skala waktu gelombangnya pada memory sementara sebelum kemudian ditampilkan. Pada prinsipnya osiloskop digital bekerja dengan cara mencuplik sinyal (sampling), menyimpan data, memproses data, kemudian menampilkan data hasil pemrosesan dan kemudian akan berulang kembali seperti itu.

Osiloskop digital mempunyai 2 (dua) cara untuk mencuplik sinyal masukan, yakni dengan cara single shot atau real time sampling. Dengan kedua teknik ini, osiloskop memperoleh semua cuplikan sinyal dengan satu event picu. Sayangnya laju cuplik osiloskop digital akan membatasi lebar pita (bandwidth) osiloskop ketika beroperasi dalam waktu nyata (realtime). Secara teori osiloskop digital membutuhkan masukan dengan minimal 2 (dua) cuplikan per periode sinyal (gelombang) untuk merekonstruksi suatu bentuk gelombang. Namun pada

praktiknya, 3 (tiga) atau lebih cuplikan setiap periode gelombang akan memberikan akurasi akuisisi yang lebih baik.

Apabila proses pencuplikan sinyal tidak dapat sama cepat dengan sinyal masukan yang disamplingnya, maka osiloskop tidak akan dapat mengumpulkan suatu jumlah yang cukup untuk merekonstruksi bentuk sinyal yang dicupliknya sehingga akan berakibat menghasilkan suatu peragaan yang lain dari bentuk gelombang aslinya.

Dengan menggunakan metode alternatif lain yakni menggunakan equivalent-time sampling osiloskop digital secara akurat dapat menangkap sinyal-sinyal yang sifatnya repetitif. Dengan menggunakan teknik ini, osiloskop digital menerima cuplikan-cuplikan pada banya event-event picu yang kemudian secara berangsur-angsur merekonstruksi keseluruhan bentuk gelombangnya. Namun hal ini hanya dapat diterapkan pada bandwidth analog pada frekuensi tertentu saja.

Pada umumnya osiloskop digital baik menggunakan teknik realtime maupun equivalent time sampling tetap akan mencuplik sinyal pada laju maksimum tanpa mengacu terhadap berapa dasar waktu (time base) yang digunakan.

2.2 Konsep Dasar Sinyal

Sinyal merupakan besaran fisis fungsi waktu yang berisikan informasi. Sinyal biasanya rentan terhadap gangguan dan interferensi dari sinyal-sinyal lain baik dari dalam sistem maupun dari luar sistem. Dalam dunia elektronika terdapat 2 (dua) jenis sinyal yang secara umum dikenal, yaitu :

12

1. sinyal analog, dan 2. sinyal digital.

Kedua sinyal tersebut memiliki karakteristik masing-masing, dan dalam penggunaannya pun berbeda antara satu dengan yang lainnya, karena masing-masing sinyal tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan sesuai dengan media transmisi dan jenis komunikasi yang digunakannya.

2.2.1 Sinyal Analog

Gambar 2.1Sinyal Analog

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang bersifat kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakterisitik gelombang. Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh gelombang isyarat analog adalah amplitudo dan frekuensi. Isyarat analog ini biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Gelombang pada sinyal analog umumnya berbentuk gelombang sinus yang memiliki 3 (tiga) variabel dasar, yaitu :

1. amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog,

2. frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan

detik, dan

3. fasa adalah besar sudut sinyal analog pada saat-saat tertentu.

2.2.2 Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai harga “0” (logika low) dan

“1” (logika high). Sinyal digital hanya memiliki 2 (dua) keadaan, yaitu “0” dan

“1”, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau (noise). Pada umumnya sinyal

digital disebut juga sebagai sinyal diskrit. Karena sinyal digital hanya memiliki dua keadaan saja maka nilai sinyal digital ini biasanya disebut juga dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah, dan kemungkinan nilai untuk 2 (dua) bit adalah 4 buah (00, 01, 10, dan 11). Secara umum jumlah kemungkinan yang dapat terbentuk dari suatu kombinasi n bit adalah sebesar 2n buah.

Gambar 2.2Sinyal Digital

Sistem sinyal digital merupakan hasil pencuplikan dari sinyal analog. Sinyal digital pada dasarnya di kode-kan kedalam bentuk biner atau kedalam

14

bentuk hexadesimal. Besar nilai suatu sinyal digital dibatasi oleh lebar pita (bandwidth) data atau jumlah bit yang digunakannya. Semakin besar jumlah bit yang digunakan maka nilai pembacaan hasil sampling akan semakin akurat.

Berikut merupakan beberapa keistimewaan dari sistem sinyal digital yang tidak dimiliki oleh sistem sinyal analog yaitu :

1. mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan tinggi,

2. penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi tidak akan mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri,

3. informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi kedalam bentuk lain,

4. dapat memproses informasi dalam jumlah besar dan dapat mengirimkannya secara interaktif antar sistem, dan

5. lebih kebal terhadap noise.

Dari keistimewaan diatas maka sistem sinyal digital-lah yang biasanya digunakan pada perangkat-perangkat modern masa kini seperti : mikrokontroler, mikroprosesor, komputer, handphone, dan perangkat lainnya. Agar sinyal analog dapat diolah secara digital oleh perangkat-perangkat tersebut, maka besaran sinyal analog harus terlebih dahulu dikonversikan kedalam besaran sinyal digital dengan menggunakan perangkat ADC (Analog to Digital Converter).

2.3 ADC (Analog to Digital Converter)

Analog to Digital Converter atau yang biasa disebut dengan ADC merupakan suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Dengan menggunakan ADC, kita dapat mengamati

perubahan sinyal-sinyal seperti sinyal suara, sinyal radar, sinyal sonar, dan berbagai sinyal-sinyal lain yang merupakan sinyal analog. Hal yang paling penting dari suatu rangkaian ADC adalah resolusi, yaitu besaran analog terkecil yang dapat dikonversikan menjadi satuan digital.

Untuk memproses sinyal analog dengan perangkat digital, pertama-tama perlu mengkonversikan terlebih dahulu dari besaran analog kedalam besaran digital yaitu dengan mengkonversi menjadi suatu deret angka yang mempunyai presisi terbatas yang dilambangkan kedalam bentuk biner. Prosedur ini dinamakan konversi analog-ke-digital (A/D converter).

Sebuah sinyal mengandung informasi tentang amplitudo, frekuensi dan sudut fasa. Untuk mendapatkan informasi tersebut dari sebuah sinyal menggunakan perangkat analog adalah rumit dan kurang akurat. Oleh karena itu biasanya untuk memprosesnya digunakan metode pengolahan secara digital. Agar sinyal digital yang didapatkan cukup akurat untuk dapat dikembalikan menjadi sinyal analog maka perlu diperhatikan jumlah cuplikan (sampling) oleh perangkat ADC dan besarnya angka yang dipakai untuk mewakili tiap cuplikannya.

16

Secara umum proses pengkonversian sinyal terbagi menjadi 3 (tiga) langkah seperti yang digambarkan pada Gambar 2.1 yaitu :

1. pencuplikan (sampling), 2. kuntisasi (quantizing), dan 3. pengkodean (coding).

2.3.1 Sampling (Pencuplikan)

Proses pencuplikan secara sederhana ditunjukan oleh Gambar 2.4. apabila saklar ditutup sebentar kemudiian dibuka kembali maka kapasitor C akan terisi muatan yang sama besar dengan besar sinyal x(t) saat saklar ditutup. Rangkaian buffer ditambakan agar muatan pada kapasitor tetap terjaga ketika sedang digunakan oleh proses yang berikutnya.

Gambar 2.4Pencuplikan Sinyal

Secara matematis proses konversi suatu sinyal analog waktu-kontinyu xn(t) menjadi sinyal waktu-diskrit yang bernilai kontinyu x(n) diperoleh dengan

cara mengambil “cuplikan” sinyal waktu-kontinyu pada saat waktu diskrit.

Sehingga dapat direpresentasikan kedalam persamaan :

Dimana :

T = interval pencuplikan (detik) Fs = laju pencuplikan (Hz) = 1/T n = bilangan bulat,

Gambar 2.5 Proses Pencuplikan. (a) Sinyal Analog, (b) Hasil Pencuplikan Sinyal

Kaidah Pencuplikan Sinyal

Kecepatan pengambilan sampel sinyal (pencuplikan) dari sinyal analog yang akan dikonversi haruslah memenuhi kriteria Nyquist yaitu :

(2.2)

Dimana frekuensi sampling (Fs) minimum adalah 2 (dua) kali frekuensi sinyal analog maksimum yang akan dikonversikan (Finmax). Misalnya apabila sinyal analog yang akan dikonversi mempunyai frekuensi sebesar 100 Hz maka frekuensi sampling dari ADC minimal 200 Hz. Atau bila dibalik, apabila frekuensi sampling ADC sebesar 200 Hz maka sinyal analog yang akan

18

dikonversi harus mempunyai frekuensi maksimum sebesar 100 Hz. Apabila kriteria Nyquist ini tidak dipenuhi maka akan timbul efek yang disebut aliasing karena frekuensi tertentu terlihat sebagai frekuensi yang lain.

Gambar 2.6Aliasing Sinyal Karena Tidak Sesuai dengan Kaidah Pencuplikan Sinyal.

2.3.2 Kuantisasi (Quantizing)

Sinyal digital merupakan sebuah deretan angka hasil pencuplikan yang diwakili oleh beberapa digit dengan jumlah tertentu yang menentukan keakuratan pencuplikan sinyal. Proses melakukan konversi sinyal yang telah dicuplik menjadi sinyal digital yang diwakili oleh sebuah nilai dengan jumlah digit tertentu disebut dengan kuantisasi.

Gambar 2.7 Proses Kuantisasi

Gambar 2.7 menunjukan contoh proses kuantisasi yang menggunakan empat level. Pada gambar tersebut terdapat 4 buah sinyal yang menempati level yang sama, yang artinya keempat sinyal tersebut dikelompokkan kedalam level yang sama walaupun pada sinyal yang sebenarnya terdapat perbedaan meski perbedaan tersebut tidak terlalu jauh. Selisih antara nilai kuantisasi dengan sinyal sebenarnya disebut dengan galat kuantisasi (quantization error). Dimana galat tersebut dapat ditunjukkan pada persamaan (2.3).

(2.3)

Jarak antar level kuantisasi tersebut dinamakan resolusi. Sebagai contoh apabila suatu peranti ADC memiliki resolusi 10-bit, maka level kuantisasi dari rentang tegangan maksimum peranti ADC hingga teganan minimumnya tersebut terdapat 1023 level. Kuantisasi merupakan proses yang tidak dapat dibalik sehingga menyebabkan distorsi sinyal yang tidak dapat diperbaiki. Untuk mengurangi galat kuatisasi tersebut maka hal yang perlu dilakukan adalah dengan memilih peranti ADC yang memiliki tingkat resolusi yang tinggi sehingga akan memiliki level kuantisasi yang lebih banyak lagi.

20

2.3.3 Pengkodean (Coding)

Proses pengkodean dalam peranti ADC menetapkan bilangan biner tertentu pada setiap level kuantisasi. Bila terdapat level kuantisasi sejumlah N, maka bilangan biner yang diperlukan setidaknya .

Gambar 2.8 Proses Pengkodean

Pada Gambar 2.8 terdapat 4 (empat) level kuantisasi, sehingga pengkodean yang dibutuhkan hanya 2-bit, dimana dari 2-bit tersebut akan didapatkan 4 keadaan yaitu : 00, 01, 10, 11.

2.4 Op-Amp (Operational Amplifier)

Operational amplifier atau yang biasa disebut sebagai op-amp merupakan sejenis IC yang didalam nya terdiri dari beberapa komponen pasif seperti transistor, resistor, dan dioda yang telah didesain sedemikian rupa sehingga menjadi sebuah komponen yang dapat digunakan untuk berbagai macam fungsi.

Beberapa aplikasi op-amp yang sering digunakan diantaranya rangkaian dasar penguat diferensial, rangkaian buffer sinyal, rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier), rangkaian penguat tak-membalik (inverting amplifier) dan rangkaian penjumlah (adder).

Op-amp memiliki 2 (dua) rangkaian umpan balik (feedback) yaitu rangkaian feedback positif dan rangkaian feedback negatif, rangkaian feedback negatif memiliki peranan yang sangat penting karena rangkaian tersebut dapat menghasilkan penguatan yang dapat terukur sedangkan rangkaian feedback positif dapat menghasilkan osilasi (sinyal yang berosilasi).

2.4.1 Op-amp Ideal

Pada dasarnya op-amp adalah sebuah penguat diferensial (differential amplifier) yang memiliki 2 (dua) masukan yaitu masukan membalik (inverting input) dan masukan tak-membalik (non-inverting input). Op-amp yang ideal seharusnya memiliki penguatan loop terbuka (open loop gain) yang tak terhingga besarnya. Penguatan yang sangat besar tersebut membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatan yang keluarnya pun mejadi tidak terukur (infinite). Maka diperlukanlah peran rangkaian feedback negatif, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite).

Impedansi masukan op-amp yang ideal seharusnya memiliki besar impedansi yang tak terhingga sehingga arus yang masuk kedalam rangkaian op-amp tersebut sekitar ~0 Volt. Sebagai contoh jenis op-op-amp LF-353 memiliki besar impedansi masukan sebesar 1012 Ohm. Nilai impedansi tersebut relatif sangat besar sehingga arus masukan terhadap op-amp LF-353 sangatlah kecil.

Terdapat 2 (dua) aturan penting dalam melakukan analisis terhadap rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Dalam beberapa literatur, aturan ini dinamakan sebagai golden rule yang isinya adalah sebagai berikut :

22

1. perbedaan tegangan antara tegangan V+ dan V- pada op-amp adalah nol (V+ - V- = 0 atau V+ = V-)

2. arus pada rangakaian masukan op-amp adalah nol (i+ = i- = 0).

2.4.2 Karakteristik Dasar Op-amp

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa pada dasarnya op-amp merupakan penguat diferensial (differential amplifier) dimana op-amp juga memiliki 2 (dua) unit masukan yaitu masukan pembalik (inverting input) dan masukan tak-membalik (non-inverting input). Rangkaian dasar dari penguat diferensial adalah sebagai berikut.

Gambar 2.9Rangkaian Penguat Diferensial

Pada Gambar 2.9 menunjukkan bahwa tegangan output dari rangkaian tersebut adalah Vout = A(V1 – V2), dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensialnya. Masukan pada titik V1 dikatakan sebagai masukan tak-membalik karena fasa tegangan keluaran pada Vout sama dengan fasa tegangan masukan pada V1, sedangkan masukan pada titik V2 dikatakan sebagai masukan pembalik

karena fasa tegangan keluaran pada Vout berlawanan dengan fasa tegangan masukan pada V2.

2.4.3 Blok Diagram Op-amp

(a)

(b)

Gambar 2.10(a) Diagram Skematik Op-Amp, (b) Blok Diagram Op-Amp

Didalam op-amp terdapat beberapa bagian, pertama adalah penguat diferensial, lalu bagian penguatan (gain), kemudian rangkaian penggeser level (level shifter) dan yang terakhir adalah penguatan akhir yang biasanya dibuat menggunakan metode push-pull amplifier kelas b.

Pada Gambar 2.10 (a) dapat dilihat terdapat 2 (dua) buah masukan yaitu masukan tak-membalik (+) dan masukan pembalik (-). Umumnya op-amp bekerja dengan menggunakan catu daya simetrik (+Vcc dan –Vcc) namun ada juga beberapa jenis op-amp yang bekerja hanya menggunakan catu daya tunggal (+Vcc

24

dan Ground). Rin adalah resistansi masukan yang nilai idealnya tak berhingga,

sedangkan Rout adalah resistansi keluaran yang besarnya ~ 0 Ohm. AOL adalah

nilai penguatan loop terbuka dari op-amp tersebut yang biasanya besar penguatannya tak berhingga.

2.5 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu terobosan teknologi prosesor yang hadir untuk memenuhi kebutuhan akan perkembangan teknologi yang begitu pesat di masa kini. Mikrokontroler dibuat dengan teknologi semikonduktor dimana mikrokontroler tersebut dibangun oleh transistor-transistor dengan jumlah yang sangat banyak dan dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat bekerja sebagai unit pemroses (kontroler).

Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosesor, perbedaan tersebut dapat dilihat dari kecepatan proses, cara menangani tugas, dan unit-unit pendukung lain yang bertugas sesuai dengan fungsinya. Pada mikrokontroler sudah terdapat RAM, ROM, dan CPU didalam IC-nya, sedangkan pada mikroprosesor hanya terdapat CPU saja dan bagian RAM dan ROM nya terpisah sehingga agar mikroprosesor dapat bekerja sesuai dengan fungsinya perlu ditambahkan perangkat penunjang lain seperti rangkaian RAM dan ROM. Karena perbedaan dalam arsitekturnya maka untuk kecepatan proses masih tetap lebih unggul mikroprosesor, namun untuk proses-proses yang tidak memiliki kompleksitas kerja yang besar mikrokontroler lebih dibutuhkan karena dalam segi biaya lebih murah mikrokokntroler dan dalam segi ergonomisnya pun lebih praktis menggunakan mikrokontroler, karena didalam mikrokontroler telah

terdapat rangkaian RAM, ROM, CPU, dan unit I/O yang siap digunakan untuk keperluan apapun.

2.6 Komunikasi USB

USB (Universal Serial Bus) adalah sebuah standard komunikasi serial yang digunakan untuk komunikasi antar perangkat. Pada awalnya sistem USB didesain dari perkembangan sebuah antarmuka untuk berkomunikasi dengan bermacam-macam tipe periferal tanpa batasan dan kesulitan dalam penggunaanya, tidak seperti pada perangkat antarmuka sebelumnya. Perangkat antarmuka USB memiliki banyak kelebihna dibanding perangkat antarmuka sebelumnya, seperti :

- mudah untuk digunakan, sehingga tidak perlu lagi mengotak-atik konfigurasi-konfigurasi dan setup yang rumit

- cepat, sehingga tidak akan terjadi kemacetan komunikasi pada peranti antarmukanya

- dapat dipercaya, karena tingka kesalahan komunikasi (galat) jarang terjadi, karena menggunakan metode automatic retries (pengulang otomatis) ketika terjadi kesalahan

- serbaguna, banyak macam perangkat periferal yang dapat

menggunakan peranti antarmuka ini

- biaya yang minim, sehingga dalam pembuatan peralatannya tidak memerlukan dana yang banyak

- daya rendah, artinya dapat menghemat penggunaan daya pada portable computer (laptop)

26

- didukung oleh sistem operasi Windows dan sistem operasi yang

lain, sehingga dapat mempermudah pengembang untuk

mengembangkan perangkat antarmuka yang diinginkannya.

Pada setiap komputer masa kini telah terdapat port USB yang dapat digunakan untuk menghubungkan perangkat lain (periferal) seperti keyboard, mouse, scanner, digital camera, printer dan peralatan lain sebagai perangkat tambahan dengan masing-masing kegunaanya.

USB merupakan solusi komunikasi antara komputer dengan perangkat lain yang dibutuhkan oleh sistem komputer tersebut, karena sistem antarmukanya cocok untuk semua tipe perangkat yang standard. Suatu sistem USB pada umumnya terdiri dari beberapa bagian diantaranya :

- host controller, pada sistem USB terdapat beberapa host yang bertanggung jawab pada keseluruhan protokol sistem USB. Host controller bertugas mengendalikan penggunaan jalur bus data, sehingga tidak ada satu pun peralatan USB yang dapat menggunakan jalur bus data kecuali mendapat persetujuan dari host controller

- hub, seperti halnya hub untuk jaringan komputer, USB hub menyediakan titik interkoneksi yang dapat memungkinkan banyak peralatan USB untuk dapat terhubung terhadap host controller. Topologi jaringan yang digunakan oleh sistem USB adalah topologi star, semua perangkat USB secara logika terhubung langsung dengan host controller. Hub terhubung dengan USB host controller secara upstream (data mengalir menuju ke host) dan

terhubung dengan peralatan USB secara downstream (data mengalir dari host ke perangkat USB). Fungsi utama dari hub adalah bertanggungjawab untuk mendeteksi pada pemasangan dan pelepasan peralatan USB dengan port USB

- peralatan USB, semua hal pada sistem USB selain host controller merupakan peralatan USB. Dalam kecepatan transfer datanya peralatan USB dikelompokan menjadi 3 (tiga) yaitu : low speed (kecepatan transfer hingga 1,5 Mbps), full speed (kecepatan transfer hingga 12 Mbps), dan high speed (kecepatan transfer data hingga 480 Mbps).

2.6.1 Evolusi Sistem Antarmuka

Alasan utama mengapa suatu sistem antarmuka yang baru tidak begitu sering muncul, hal tersebut dikarenakan sistem antarmuka yang ada telah banyak menarik perhatian pengguna untuk tidak mengambil hal yang rumit untuk membuat sistem antarmuka yang baru. Menggunakan sistem antarmuka yang telah ada membuat lebih hemat biaya dan waktu dalam pembuatan desain sistem antarmuka peralatannya. Hal inilah yang membuat IBM PC memilih kompatibilitas sistem antarmukanya menggunakan centronics parallel interface dan RS-232 serial port interface yang sudah ada untuk menghubungkan perangkat pengguna seperti printer dan modem yang ada di pasaran.

Sistem antarmuka standard yang digunakan IBM PC telah membuktikan kehandalannya dalam 2 (dua) dekade kebelakang. Namun semakin canggih dan hebatnya komputer-komputer masa kini membuat semakin

28

meningkatnya jumlah perangkat-perangkat (periferal) pendukung komputer, sehingga sistem antarmuka yang terdahulu sudah tidak dapat menanganinya lagi dikarenakan kecepatan komunikasinya yang terbatas dan memiliki ekspansi antarmuka yang terbatas juga. Hal inilah yang kemudian merujuk kepada pengembangan sistem antarmuka USB.

2.6.2 Tugas Komputer sebagai Host

Dalam hal ini komputer akan bekerja sebagai penyedia (host) sedangkan perangkat akan bekerja sebagai periferal yang memiliki peranan yang telah ditentukan masing-masing sesuai dengan tugasnya. Untuk dapat berkomunikasi dengan perangkat USB, sebuah komputer memerlukan suatu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) yang dapat membuat komputer bekerja sebagai penyedia (host) USB.

Perangkat keras (hardware) yang dibutuhkan oleh bagian penyedia (host) diantaranya adalah USB host controller dan USB hub yang dapat membuat port USB menjadi lebih dari 1 (satu). Sedangkan perangkat lunak (software) yang dibutuhkan oleh bagian penyedia (host) adalah host controller driver, dan USB driver-nya masing-masing sesuai dengan perangkat USB yang dihubungkan dengan komputer.

Pada awalnya USB host controller didesain untuk menangani satu peralatan USB saja, namun dalam perkembangannya muncullah Universal/Open Host Controller Intreface (UHCI/OHCI) yang terdiri dari 2 (dua) bagian yaitu : host controller driver , dan host controller. Host controller driver adalah suatu program perangkat lunak komputer yang bertanggung jawab dalam penjadwalan

lalu lintas data pada jalur bus data dengan cara menempatakan dan menjaga transaksi data dalam sistem memori, sementara host controller bekerja memindahkan data dari sistem memori ke peralatan USB dengan cara memproses struktur data.

Selanjutnua untuk dapat memenuhi kebutuhan transfer data dengan kecepatan tinggi, maka dikembangkan Enhanced Host Controller Interface (EHCI). EHCI mampu mendukung peralatan USB high speed karena memang didesain untuk efisiensi dalam penggunaan memori pada peranti host controller.

Gambar 2.11 Blok Diagram Sistem USB

Sistem USB host controller terdiri atas sejumlah lapisan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. Secara umum penjelasan singkat dari setiap lapisan-lapisan tersebut adalah :

30

- software driver pada PC, bertugas mengeksekusi perintah dari host controller yang bersesuaian dengan peralatan USB tertentu sesuai fungsinya. Driver peralatan USB secara khusus merupakan bagian dari sistem operasi atau yang disertakan dengan peralatan USB yang kemudian di-install pada PC sehingga peralatan USB tersebut dapat digunakan sesuai fungsinya

- driver USB, adalah suatu perangkat lunak bus driver yang memisahkan detil host controller tertentu untuk sistem operasi tertentu

- host controller driver, berfungsi menyediakan driver perangkat lunak diantara lapisan perangkat keras host controller dengan pealatan USB. Detil dari host controller driver tergantung kepada sistem antarmuka perangkat keras USB host controller

- host controller, adalah lapisan implementasi perangkat keras yang spesifik. Terdapat 1 (satu) spesifikasi host controller yang digunakan untuk peralatan USB high speed yaitu Enhanced Host Controller Interface (EHCI), dan terdapat 2 (dua) spesifikasi host controller yang digunakan untuk peralatan USB full speed dan low speed yaitu Universal Host Controller Interface (UHCI) dan Open Host Controller Interface (OHCI)

- peralatan USB, adalah suatu perangkat keras yang akan melaksanakan fungsinya dengan pengguna. Interaksi antara pengguna dengan peralatan USB mengalir dari aplikasi melalui

lapisan-lapisan perangkat lunak dan perangkat keras sesuai dengan diagram pada Gambar 2.13.

2.6.3 Lapisan Komunikasi USB

Komunikasi data pada sistem USB terbagi menjadi 3 (tiga) lapisan yaitu : physical layer, protocol engine layer, dan application layer. Logika komunikasi antara perangkat lunak driver host controller dengan fungsi peralatan USB menggunakan sebuah jalur komunikasi pipa (pipes). Jalur pipa ini diasosiasikan sebagai jalur antara endpoint pada peralatan USB dengan perangkat lunak host controller yang bersesuaian.

Endpoint adalah sumber atau tujuan dari data yang ditransmisikan melalui antarmuka USB, karena pada sistem antarmuka USB terdidri dari seperangkat endpoint yang terkelompok. Aliran komunikasi data pada bus data yang dapat dilakukan adalah dua arah yaitu : IN dimana data mengalir dari peralatan USB ke bagian penyedia (host) dan OUT dimana data mengalir dari bagian penyedia (host) ke peralatan USB. Berikut merupakan penjelasan singkat dari masing-masing lapisan komunikasi USB.

2.6.3.1 Physical Layer

Physical layer adalah lapisan yang meliputi antarmuka fisik ke kabel USB, Serial Interface Engine (SIE), dan Host Controller (HC). Fungsi utama dari bagian physical layer ini adalah mentransmisikan dan menerima data USB. Sistem kabel dalam USB adalah menggunakan 4 (empat) kawat twisted pair, yang terdiri dari Vbus, D+, D-, dan Ground. Persinyalan komunikasi data dilakukan

32

oleh sepasang kabel yaitu D+ dan D-, jika logika data yang akan ditransmisikan adalah data 0 (low) maka persinyalan D+ adalah low dan D- adalah high. Apabila data yang akan ditransmisikan adalah data 1 (high) maka persinyalan D+ adalah high dan D- adalah low. Sedangkan kabel Vbus dan Ground digunakan sebagai sumber catu daya perangkat USB dari bagian penyedia (host) dalam hal ini komputer.

Serial Interface Engine (SIE) bertanggung jawab dalam sistem decoding dan encoding data pada transmisi USB. Selain itu bagian ini juga memberikan sinyal CRC untuk setiap data USB yang akan ditransmisikan dan memeriksa sinyal CRC untuk data USB yang masuk kedalam bus host controller. Bagian SIE juga bertugas mendeteksi persinyalan SOP (Start of Packets), EOP (End of Packets), RESET dan RESUME pada bus USB.

Host Controller (HC) merupakan pengendali dalam sistem USB, menerima semua transaksi, mengendalikan akses jalur bus USB, dan merupakan mesin utama dalam aliran protokol komunikasi USB. Fungsi-fungsi dari bagian host controller itu sendiri adalah : memproses data, penanganan galat komunikasi, menagani tingkat protokol komunikasi, dan pembentukan frame.

2.6.3.2 Protocol Engine Layer

Protocol Engine Layer adalah lapisan komunikasi yang berfungsi mentranslasikan data antara lapisan aplikasi dengan protokol transaksi USB. Didalam lapisan ini terdapat bagian yang bertanggung jawab transfer data berlangsung dengan sukses tanpa terjadi galat, hal tersebut dilakukan dengan beberapa metode komunikasi diantaranya adalah :

- handshaking, adalah suatu metoda kontrol komunikasi dengan menggunakan informasi status dan kontrol sehingga dapat mengetahui aliran data yang sedang berlangsung mengindikasikan kesuksesan atau kegagalan

- Ack (Acknowledge), mengindikasikan bahwa komputer atau perangkat telah menerima data tanpa kesalahan (galat). Perangkat harus memberikan sinyal Ack dalam paket handshake pada transaksi IN, dan bagian penyedia pun harus memberikan sinyal Ack dalam paket handshake pada transaksi OUT

- Nak (Negative Acknowledge), mengindikasikan bahwa komputer atau

perangkat sedang berada dalam keadaan sibuk atau tidak ada data yang harus diberikan. Apabila komputer mengirimkan data pada waktu perangkat sedang sangat sibuk untuk menerima data, perangkat harus memberikan sinyal Nak didalam paket handshake.

- STALL, memiliki 3 (tiga) pengertian yaitu : permintaan kontrol yang tidak didukung (unsupported control request), kegagalan permintaan kontrol (control request failed) atau kegagalan endpoint (endpoint failed). Ketika perangkat menerima permintaan kendali transfer yang tidak didukung oleh bagian penyedia (host) maka perangkat harus memberikan sinyal Stall kepada komputer

- NYET, hanya peranti USB high speed yang menggunakan NYET, yang berarti stands for not yet

- ERR, komunikasi jenis ini mengindikasikan perangkat tidak memberikan handshake yang diharapkan dalam suatu transaksi komunikasi

34

- No Response, mengindikasikan status yang terjadi ketika perangkat dan komputer menerima handshake namun data yang diterimanya adalah dummy (kosong / bukan data yang diharapkan).

2.6.3.3 Application Layer

Lapisan aplikai (application layer) ini berada pada 2 (dua) tempat yang berbeda yaitu pada bagian host controller dan pada peralatan USB. Pada USB host controller lapisan ini disebut dengan USB System Software sedangkan pada peralatan USB disebut sebagai firmware USB device.

USB System Software berfungsi dalam pengalokasian lebar jalur data (bandwidth) dan manajemen daya pada bus agar tegangan dan daya pada jalur juga komunikasi pada jalur bus data tetap terkendali.

2.6.4 Macam-macam Jenis Transfer USB

USB didesain untuk menangani berbagai jenis tipe perangkat dengan bermacam-macam jenis kecepatan transfer data, respon waktu, dan pengkoreksi galat. 4 (empat) jenis data transfer yang dapat menangani kebutuhan yang berbeda-beda dan dapat menyokong tipe transfer yang sesuai dengan kebutuhan dari perangkat. Pada Tabel 2.1 memperlihatkan macam-macam fitur dan kegunaan dari masing-masing tipe transfer.

Tabel 2.1 Macam dan Kegunaan Tipe Transfer USB

Transfer Type Control Bulk Interrupt Isochronous

Typical Use Identification

and Configuration Printer, scanner, drive Mouse, keyboard Streaming audio, video

Required? Yes No No No

Low speed allowed? Yes No Yes No

Data bytes/millisecond per transfer, maximum possible per pipe (high speed)* 15,872 (thirty-one 64-byte transaction / microframe) 53,248 (thiteen 512-byte transaction / microframe) 24,576 (three 1024-byte transaction / microframe) 24,576 (three 1024-byte transaction / microframe) Data bytes/millisecond

per transfer, maximum possible per pipe (full speed)*

832 (thirten 64-byte transaction / frame) 1216 (nineteen 64-byte transaction / frame)

64 (one 64-byte transaction / frame)

1023 (one 1023-byte transaction / frame)

Data bytes/millisecond per transfer, maximum possible per pipe (low speed)*

24 (three 8-byte transaction

Not allowed 0.8 (8 bytes per 10 milliseconds)

Not allowed

Direction of data flow IN and OUT IN or OUT IN or OUT (USB

1.0 support IN only)

IN or OUT

Reserved bandwidth for all transfer of the type (percent)

10 at low/full speed, 20 at high speeed

(minimum)

None 90 at low/full speed, 80 at high speed (isochronous & interrupt combine maximum)

Error correction Yes Yes Yes No

Message or Stream data?

Message Stream Stream Stream

Guaranteed delivery rate?

No No No Yes

Guaranteed latency (maximum time between tranfers)?

No No Yes Yes

*Assumes transfer use maximum packet size.

Control transfer adalah tipe transfer yang memiliki fungsi sesuai dengan spesifikasi USB yang telah ditentukan. Control transfer memperbolehkan komputer untuk membaca informasi perangkat, mengatur pengalamatan perangkat, dan memilih konfigurasi dan seting lainnya yang diperlukan. Semua perangkat USB harus dapat menyokong tipe transfer ini.

Bulk transfer dimaksudkan untuk sebuah situasi dimana rata-rata transfer tidak begitu kritis, seperti mengirimkan data kepada printer, menerima

36

data dari scanner, atau mengakses file-file dari harddrive. Untuk aplikasi ini, kecepatan transfer jenis ini sangat baik digunakan dan data dapat menunggu apabila diperlukan. Apabila bus data dalam keadaan sibuk, bulk transfer akan ditunda hingga bus data dalam keadaan siap, sebaliknya apabila bus data dalam keadaan menganggur, bulk transfer akan berlangsung dengan sangat cepat. Hanya dalam USB full speed dan high speed yang dapat melakukan komunikasi data dengan jenis bulk transfer.

Interrupt transfer adalah jenis transfer data untuk perangkat, dimana perangkat harus menerima permintaan dari komputer atau dari driver perangkat dari sisi penyedia secara periodik. Berbeda dengan control transfer, interrupt transfer merupakan cara lain untu perangkat USB low speed agar dapat melakukan transfer data dengan baik.

Isochronous transfer dapat menjamin waktu pengiriman datanya namun tidak memiliki pengkoreksi galat. Data yang dikirimkan menggunakan isochronous transfer biasanya adalah data audio atau video yang harus dimainkan secara langsung (reatime) / streaming. Jenis komunikasi isochronous transfer adalah salah satu tipe transfer yang tidak mendukung pengulangan pengiriman data secara otomatis ketika terjadi galat ketika pengiriman datanya, sehingga terkadang kesalahan harus diterima. Hanya untuk perangkat USB full speed dan high speed saja yang dapat menggunakan tipe komunikasi isochronous transfer.

2.7 USB – HID Communication Class

Human Interface Device (HID) class adalah salah satu kelas komunikasi USB yang didukung oleh hampir seluruh sistem operasi baik itu

sistem operasi Windows, mulai dari Windows ’98 hingga kini, juga sistem operasi yang lain. Biasanya driver untuk kelas komunikasi HID ini sudah terangkum menjadi satu kesatuan didalam sistem operasi sehingga tidak perlu lagi untuk meng-install driver. Oleh karena itu banyak vendor-vendor perangkat USB yang menggunakan kominikasi kelas HID dalam pembuatan produknya.

Pemberian nama HID (Human Interface Device) diambil dari perangkat antarmuka yang berhubungan langsung dengan manusia (human interface). Sebagai contoh adalah sebuah mouse dapat mendeteksi ketika adanya penekanan tombol ataupun gerakan yang dilakukan oleh manusia sehingga memberikan nilai masukan yang berbeda-beda terhadap komputer untuk melakukan tugasnya.

Namun sebenarnya kelas komunikasi HID tidak memiliki antarmuka manusia yang sebenarnya, perangkat harus diatur fungsinya untuk dapat memenuhi spesifikasi dari kelas komunikasi HID agar dapat bekerja seperti yang seharusnya. Ada beberapa kemampuan dan keterbatasan dari perangkat dengan kelas komunikasi HID diantarnya adalah :

- semua data yang akan diproses berada dalam sebuah struktur yang

disebut reports. Komputer (host) akan mengirim dan menerima data dengan mengirimkan dan meminta reports dalam interrupt transfer atau control transfer. Format dari report sangat fleksibel dan dapat ditangani oleh berbagai macam tipe data, namun untuk beberapa report harus memiliki besar data yang sudah pasti

- sebuah antarmuka HID harus memiliki sebuah IN interrupt untuk dapa mengirimkan permintaan report kepada host

38

- sebuah antarmuka HID dapat memiliki setidaknya 1 (satu) buah endpoint interupsi IN dan 1 (satu) buah endpoint interupsi OUT - Endpoint interupsi IN memperbolehkan HID untuk mengirimkan

informasi kepada komputer (host) dalam waktu yang tidak dapat diprediksi. Sebagai contoh tidak ada cara lain sebuah komputer untuk mengetahui ketika si pengguna menekan salah satu tombol pada keyboard selain menggunakan transaksi interupsi, sehingga driver pada komputer (host) menggunakan transaksi interupsi untuk menanyai secara periodik terhadap perangkat apabila terdapat data yang baru yang akan diproses oleh komputer

- Kecepatan transfer data pada perangkat dibatasi, terutama pada USB low speed dan USB full speed. Sebuah komputer dapat memberikan batasan endpoint interupsi untuk kecepatan rendah tidak lebih dari 800 byte/detik, dan untuk kecepatan penuh, maksimal endpoint interupsinya adalah 64 kByte/detik. Sedangkan untuk kecepatan tinggi, maksimal endpoint interupsinya adalah 25 Mbyte/detik apabila komputer (host) mendukung high-bandwidth bila tidak maka hanya berkisar di 8 Mbyte/detik.

Jenis komunikasi HID merupakan pengimplementasian antarmuka USB yang sederhana. Beberapa dari peralatan ini cukup mengirimkan data ke komputer dan juga menerima beberapa permintaan data dari komputer untuk konfigurasi dari peralatan tersebut.

2.8 USB – CDC Communication Class

USB Communication Device Class (USB – CDC) adalah suatu kelas perangkat USB yang dimana didalamnya dapat terdiri dari beberapa kelas komunikasi. Kelas USB-CDC ini dapat terdiri dari custom control interface, data interface, audio atau bahkan mass storage interface dalam 1 perangkatnya.

Pada umumnya kelas komunikasi ini digunakan untuk modem, sehingga perangkat dapat melakukan beberapa tugas berbeda dalam waktu yang bersamaan. Seperti halnya modem dapat melakukan komunikasi data antara modem dengan PC atau komputer, namun diwaktu yang bersamaan juga dapat digunakan untuk komunikasi panggilan suara. Hal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan kelas komunikasi USB-CDC.

Dalam bentuk lain, komunikasi USB-CDC ini digunakan untuk menggantikan peranti antarmuka RS-232 yang sudah hampir tak pernah ada di perangkat komputer masa kini, sehingga solusi untuk komunikasi tersebut adalah dengan membuat virtual comm-port dimana hal tersebut juga memanfaatkan kelas komunikasi USB-CDC karena kelas komunikasi ini dapat dibentuk sesuai dengan kebutuhan pembuatnya, hanya saja untuk dapat berkomunikasi antara perangkat dengan komputer dibutuhkan driver khusus yang dapat menangani komunikasi antara perangakat dengan komputer.

40 

 

BAB III

PEMILIHAN KOMPONEN

Pemilihan jenis-jenis komponen yang akan digunakan dalam perancangan dan pembuatan suatu perangkat adalah hal yang sangat mutlak untuk dilakukan, karena hal tersebut akan berdampak terhadap kualitas perangakat, efisiensi, dan efektifitas perangkat yang akan dibuatnya. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan komponen adalah : kualitas masing-masing komponen, keakuratan dan tingkat kecepatan dalam melakukan tugas/pekerjaan, kehandalan, bentuk serta dimensi komponen, dan juga dana yang sedapat mungkin ditekan agar lebih efisien dalam hal financial-nya.

Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini yang berjudul portable digital oscilloscope menggunakan PIC18F4550, proses pemilihan jenis komponen harus benar-benar diperhatikan agar didapatkan hasil yang maksimal dengan biaya yang minimal.

3.1 Latar Belakang Pemilihan Komponen

Latar belakang pemilihan jenis-jenis komponen yang digunakan akan diuraikan pada bab ini, yang dilakukan dengan cara membandingkan antara 1 (satu) komponen dengan komponen yang lainnya yang memiliki fungsi sama namun kemungkinan dalam hal fitur, spesifikasi ataupun kehandalan yang berbeda dan juga hal yang paling penting adalah tingkat ekonomis yang terjangkau.

Dengan tidak mengenyampingkan tujuan utama dari perancangan dan pembuatan perangkat yang akan dibuat, maka sedapat mungkin komponen-komponen yang digunakan adalah jenis komponen-komponen yang memiliki fitur lengkap, spesifikasi yang memenuhi kriteria dari alat yang akan dibuat, kehandalan dan tingkat akurasi yang tinggi dan juga dengan harga yang seminimum mungkin. Sehingga didapatkan alat yang ekonomis, efisien, dan efektif.

3.2 Pemilihan Jenis Mikrokontroler

Jenis mikrokontroler yang akan digunakan untuk pembuatan alat portable digital oscilloscope haruslah memenuhi kriteria-kriteria dasar berdasarkan sistem yang akan dibuat, seperti :

- memiliki ADC dengan resolusi yang baik,

- memiliki peranti antarmuka USB,

- memiliki kecepatan eksekusi program yang tinggi,

- memiliki RAM yang cukup sehingga proses eksekusi program yang

membutuhkan media penyimpanan data sementara dapat diproses dengan cepat,

- termasuk kedalam low power system sehingga tidak memerlukan

daya yang besar untuk dapat bekerja sesuai dengan fungsinya, dan

- memiliki dimensi dan ukuran yang minimum sehingga tidak

42 

 

Tabel 3.1 Uraian Perbandingan Tipe Mikrokontroler

Spesifikasi Tipe mikrokontroler

PIC16F877A PIC18F4550 PIC18F14K50

Memori Flash 14300 Byte 32000 Byte 16000 Byte

Memori EEPROM 256 Byte 256 Byte 256 Byte

Memori RAM 368 Byte 2048 Byte 768 Byte

Antarmuka USB Tidak ada Ada Ada

Resolusi ADC 10-bit 10-bit 10-bit

Jumlah Kanal ADC 8 Kanal 13 Kanal 11 Kanal

Jumlah Pin 40 / 44 pin 40 / 44 pin 20 pin

Package DIP / TQFP DIP / TQFP DIP / SOIC

Harga Rp. 135.000 Rp. 235.000 Rp. 250.000

Dari uraian pada Tabel 3.1 dapat ditarik kesimpulan bahwa jenis mikrokontroler PIC18F4550 memiliki memori RAM yang lebih besar dibanding pada jenis yang lainnya, dan juga pada mikrokontroler PIC18F4550 telah terdapat peranti sistem antarmuka USB sesuai dengan kebutuhan sistem yang akan dibuat. Memori RAM akan berpengaruh terhadap kecepatan pemrosesan data didalam inti mikrokontroler tersebut.

3.2.1 Mikrokontroler PIC18F4550

Mikrokontroler PIC18F4550 merupakan salah satu keluarga

mikrokontroler dengan arsitektur harvard yang dibuat oleh perusahaan chip terkemuka yaitu Microchip Technology, berawal dari PIC1640 yang mulanya dibuat oleh perusahaan General Instrumen divisi mikroelektronika. Nama PIC tersebut pada awalnya diambil dari singkatan “Peripheral Interface Controller” karena pada mulanya chip tersebut digunakan sebagai peranti antarmuka didalam motherboard komputer.

90

simultan untuk mengukur lebih dari 1 kanal masukan, dan juga dapat digunakan untuk pengukuran liseajous yang biasanya digunakan untuk mengukur beda fasa antara kedua sinyal masukan.

Pada percobaan tersebut terlihat gelombang yang terbentuk pada osiloskop maupun pada sistem perangkat adalah sama, yaitu membentuk garis miring yang linier terhadap sumbu x dan y. Hal tersebut membuktikan bahwa beda fasa antara kedua sinyal masukannya adalah 0 (nol).

5.3 Analisis Harga

Perancangan alat tugas akhir ini bertujuan untuk mendapatkan perangkat alat ukur osiloskop yang lebih murah harganya dibanding dengan alat ukur osiloskop yang sudah ada dipasaran. Oleh karena itu, analisis harga perlu dilakukan guna membandingkan perbedaan dan efisiensi dari sisi biaya.

Untuk dapat mengetahui perbedaan harga antara osiloskop yang ada dipasaran dengan alat tugas akhir yang dibuat ini, maka diperlukan referensi harga osiloskop yang umum berada dipasaran.

Gambar 5.16 merupakan daftar harga osiloskop yang berada dipasaran yang didapat melalui internet pada http://www.phyedumedia.com/2013/03/alat-laboratorium-fisika-sekolah.html yang diakses pada tanggal 22 Agustus 2013. Dari halaman web tersebut dijelaskan harga yang terlampir merupakan harga pada bulan Maret 2013. Sehingga daftar harga tersebut dapat dijadikan referensi pembanding untuk alat osiloskop yang dibuat dalam tugas akhir ini.

Apabila harga-harga osiloskop yang tertera pada Gambar 5.16 dirata-ratakan, maka akan didapatkan harga rata-rata sekitar Rp. 13.364.000 untuk 1 (satu) buah osiloskop. Sedangkan biaya pembuatan perangkat osiloskop yang dibuat pada tugas akhir ini tidak lebih dari 1 (satu) juta rupiah, rincian biaya untuk pembuatan alat tugas akhir ini terlihat seperti pada Tabel 5.6.

Tabel 5.6 Rincian Biaya Pembuatan Alat Tugas Akhir

No. Nama Komponen / Barang Harga

(Rp.)

1. Mikrokontroler PIC18F4550 235.000

2. Op-Amp LF353 7.000

3. Switching Capacitor ICL7660 30.000

4. Komponen pasif 200.000

5. Cetak PCB 240.000

6. Pembuatan cassing 75.000

7. Kabel mini USB port 15.000

8. Peralatan tambahan (baut, spacer, kabel, dll.) 50.000 Total Biaya 852.000

Total biaya yang terlampir pada Tabel 5.6 merupakan biaya untuk pembuatan perangkat keras sistem, sedangkan untuk jasa (riset alat dan pemograman) adalah sebesar 40 % dari total biaya, sehingga harga yang ditetapkan untuk perangkat osiloskop yang dibuat adalah sebesar Rp. 1.192.800.

Harga yang ditetapkan tersebut adalah harga untuk perangkat keras, sedangkan untuk mendukung alat tersebut agar dapat digunakan maka diperlukan

92

perangkat komputer, apabila diasumsikan diperlukan untuk membeli seperangkat komputer dengan harga komputer standard sekitar ± 3 juta rupiah, maka biaya untuk mendapatkan perangkat osiloskop ini adalah Rp. 4.192.000.

Biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan perangkat tersebut sekitar 31,37 % dari harga rata-rata osiloskop yang berada dipasaran. Dengan kata lain dengan menggunakan osiloskop yang dibuat pada tugas akhir ini pengguna dapat menekan biaya untuk mendapatkan osiloskop sebesar 68,64 %.Terdapat keuntungan lain dari biaya sebesar Rp. 4.192.000 dimana perangkat komputer yang termasuk pada sistem osiloskop tersebut dapat digunakan untuk keperluan lain oleh pengguna.

Dari hasil analisis harga yang dilakukan menunjukan bahwa tujuan pembuatan tugas akhir ini dapat tercapai karena dengan alat osiloskop yang dibuat dapat menekan biaya serendah mungkin, sehingga siapapun yang membutuhkan alat ukur osiloskop dapat memilikinya karena harga yang lebih terjangkau dibanding dengan harga osiloskop yang berada dipasaran.

93  

BAB VI PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian serta analisis data dari sistem aplikasi portable digital oscilloscope menggunakan PIC18F4550 yang dibahas pada penulisan laporan tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan hasil analisis data yang mengacu kepada tujuan perancangan dan pembuatan aplikasi portable digital oscilloscope menggunakan PIC18F4550 ini.

1. Pada bagian front-end alat portable digital oscilloscope ini sudah dapat bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapkan dalam perancangan alat, dengan nilai atenuasi sinyal yang linier terhadap sinyal masukan, dan besar impedansi masukan sistem yang cukup besar disekitar 1 Mohm, sehingga memungkinkan untuk menggunakan probe pengukur yang terdapat selektor 1x dan 10x pada probe-nya.

2. Dari hasil pengujian pengukuran yang dilakukan oleh perangkat osiloskop yang dibuat, didapatkan rata-rata faktor kesalahan pengukuran sebesar 9,50 %. Sehingga tujuan dari perancangan tugas akhir ini dapat tercapai dimana nilai akurasi pengukuran yang diharapkan adalah sebesar 80 % dari alat ukur yang ada.

3. Hasil analisis harga yang dilakukan pun menunjukan bahwa dengan menggunakan alat ukur osiloskop yang dibuat pada tugas akhir ini

94  

dapat menekan biaya hingga 90 % dari rata-rata harga osiloskop yang ada dipasaran, sehingga dengan begitu perangkat ini akan lebih terjangkau dibanding dengan alat osiloskop yang sudah ada dipasaran.

4. Kelebihan lain dari alat portable digital oscilloscope ini selain ukuran dimensi alatnya yang tidak terlalu besar, juga sudah memanfaatkan komunikasi USB yang dimana pada komputer di masa kini port komunikasi seperti serial comm port, dan parallel port sudah sangat sulit untuk ditemukan, sehingga alat dapat lebih fleksibel untuk digunakan juga dapat digunakan untuk mengukur beda fasa sinyal dengan menggunakan metode liseajous.

5. Terdapat kekurangan dari alat portable digital oscilloscope yang dirancang ini, yaitu kemampuan kecepatan sampling sinyal yang kurang cepat, yang juga dipengaruhi karena kecepatan transfer data USB-nya yang kurang cepat.

6.2 Saran

Untuk pengembangan dan peningkatan lebih lanjut dari alat portable digital oscilloscope ini ada beberapa poin yang perlu diperhatikan dalam perancangannya.

1. Resolusi pembacaan ADC yang digunakan semakin besar adalah semakin baik, karena akan sangat berpengaruh terhadap akurasi pembacaan sinyal.

 

2. Menggunakan jenis mikrokontroler yang memiliki kecepatan instruction per-second yang lebih tinggi sehingga dapat melakukan sampling sinyal dengan waktu yang sangat sempit.

3. Apabila menggunakan komunikasi USB sebaiknya memperhatikan kelas komunikasi dan kelas kecepatan komunikasi USB nya, seperti menggunakan kelas kecepatan komunikasi USB high-speed, dan menggunakan tipe komunikasi bulk transfer sehingga data yang ditransmisikan lebih cepat dan lebih banyak untuk setiap paketnya.

4. Sebaiknya ic kontroler yang digunakan untuk alat ukur instrumentasi ini menggunakan ic dengan jenis Field Programmable Gate Array (FPGA) sehingga waktu pemrosesan dapat lebih cepat, dan resolusi serta kecepatan konversi ADC-nya lebih baik.