BAB II LANDASANA TEORI
C. Data Logging Komputer
Sistem komputer bekerja dengan menggunakan komponen – komponen digital yang diberi nama IC (Integreted Circuit). Komponen digital hanya mampu mengolah data digital, satuan terkecil dari data digital adalah bit. Data digital dalam komputer hanya mengenal dua bilangan dengan simbol ’0’ yang dikenal dengan low dan simbol ’1’ yang disebut dengan high (Roger, 1994). Sistem bilangan dengan dua simbol ini biasanya disebut dengan bilangan basis 2 atau lebih populer dengan sebutan biner. Sistem sensor yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai keluaran data dalam bentuk tegangan, oleh karena itu komputer dapat membaca data intensitas cahaya jika keluaran sensor cahaya harus dikonversi menjadi data digital yang setara.
Data logging adalah dasar dari sebuah aplikasi pengukuran dan penyimpanan hasil
ukur besaran fisis sesuai parameter elektik dari sensor tiap waktu atau parameter lainnya (Sumon, dkk, 2006). Isi dari data logging adalah rangkaian elektronik yang menghubungkan antara sensor dan mikroprosesor yang biasa disebut dengan istilah rangkaian antarmuka komputer. Komputer pada era modern memegang peranan penting dalam perkembangan sains dan teknologi. Mikroprosesor adalah elemen kontrol pada sistem komputer yang disebut sebagai CPU (central processing unit). Memori dan I/O
commit to user
Gambar 2.10. Diagram blok dari sistem komputer (Brey, 2002).
Gambar 2.10 memperlihatkan posisi antara printerport, keybord, RAM dan ROM. Akses data digital dapat dilakukan untuk mengontrol sistem I/O lewat perangkat lunak. Sedangkan tabel 2.1 memperlihatkan fungsi masing - masing pin out dari printerport.
commit to user
Tabel 2.1. Daftar pin pada DB-25 dan Centronics (PS = Printer Status, PC = Printer Control) (Agfianto, 2002).
Pin (DB-25)
Pin (Centronics)
SPP Signal Arah In/Out Register
1 1 STROBE In/Out PC0
2 2 Data 0 Out Data
3 3 Data 1 Out Data
4 4 Data 2 Out Data
5 5 Data 3 Out Data
6 6 Data 4 Out Data
7 7 Data 5 Out Data
8 8 Data 6 Out Data
9 9 Data 7 Out Data
10 10 ACK Out PS6 11 11 Busy Out PS7 12 12 Paper-Out In PS5 13 13 Select In PS4 14 14 Autofeed In/Out PC1 15 32 Error In PS3 16 31 Initialize In/Out PC2 17 36 Select-in In/Out PC3 18-25 19-30 Ground Gnd
Saat pertama kali komputer dihidupkan, BIOS (Basic Input / Output System) akan menentukan jumlah port I/O yang dimiliki kemudian diberi label LPT1, LPT2 dan LPT3. Tabel 2.2 memperlihatkan alamat – alamat dasar dari printerport.
Tabel 2.2. Alamat – alamat dasar printerport (Agfianto, 2002). Alamat
(Heksadesimal)
Keterangan
3BC – 3BF Digunakan untuk Port Paralel yang terpadu dengan kartu – kartu video, tidak
mendukung almat – alamat ECP
378 – 37F Biasa digunakan untuk LPT 1
278 – 27F Biasa digunakan untuk LPT 2
Sedangkan Gambar 2.11 memperlihatkan pin out printerport yang terdiri dari 8 bit port data (D0 sampai D7), 4 bit port kontrol (C0 sampai C3) dan 5 bit port status (S3 sampai D7).
commit to user
Pin 18 hingga pin 25 pada konektor Db-25 didedikasikan untuk ground (0 V) jadi lebih baik kalau semua pin tersebut dijadikan satu agar sistem ground lebih kuat. Gambar 2.12 adalah salah satu desain rangkaian yang memanfaatkan konektor printer port untuk memasukkan data digital dari IC ADC0809 kedalam komputer (Axelson, 1996; Bumgarner, 1998).
Gambar 2.12. Skema rangkaian antarmuka komputer dengan buffer 74LS244 (Bumgarner, 1998).
commit to user
Personal komputer yang memiliki kompatibilitas dengan IBM mempunyai fasilitas parallel port untuk komunikasi data. Komponen aktif dari rangkaian pada Gambar 2.12 adalah IC ADC0809 produksi National Semiconductor sedangkan Gambar 2.13 adalah keterangan fungsi dari masing – masing pin out dari IC ADC0809.
Gambar 2.13. Pinout dari IC ADC0808 (Data sheet : National Semiconductor, 2009).
IC ADC0809 mempunyai 8 input analog (IN0, IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6, IN7) yang dapat digunakan sebagai masukan tegangan yang siap dikonversi. Pada satu waktu proses hanya diijinkan satu proses konversi, untuk itu cara memilih input analog dengan memberi logika pada pin 25 (A), 24 (B) dan 23 (C). Tabel 2.3 adalah tabel yang digunakan sebagai referensi untuk memilih input analog.
Tabel 2.3. Kode pemilihan input analog pada IC ADC0809 C B A Kode (Hexsadesimal) Alamat 0 0 0 00 IN0 0 0 1 01 IN1 0 1 0 02 IN2 0 1 1 03 IN3 1 0 0 04 IN4 1 0 1 05 IN5 1 1 0 06 IN6 1 1 1 07 IN7
Untuk memulai proses konversi langkah pertama adalah mengunci input analog yang sebelumnya dipilih dengan cara pin 6 (Start) dan pin 22 (ALE) dijadikan satu dan diberi logika 0 – 1 – 0. Proses konversi akan berhenti jika pin 7 (EOC) memberi data logika 0 - 1
commit to user
masing – masing bit data mempunyai sistem latch buffer yang ketika data konversi telah selesai maka pin 9 (OE) harus diberi logika 0 – 1 agar data dapat dibaca oleh komputer. IC ADC0809 ini mempunyai jangkauan kerja pada frekuensi 10 KHz sampai 1280 KHz dan mempunyai level logika TTL (transistor – transistor logic) sehingga dapat secara langsung dikoneksikan dengan sistem microprosesor.
Rangkaian Gambar 2.12 menggunakan tegangan referensi untuk ADC0809 sebesar (+5 V) terhadap ground (0 V) sehingga mempunyai rentang tegangan konversi antara 0 V sampai +5 V. IC ADC ini menggunakan Clock yang dibangun dari rangkaian RC dan
Schmitt trigger inverter (IC 74HTC14) dengan resistor 1 KΩ dan kapasitor 0,001 uF yang
mampu menghasilkan detak 700 KHz yang masuk dalam daerah kerja ADC0809. 8 bit output data dari ADC0809 pada rangkaian Gambar 2.12 semuanya melewati IC buffer 74LS244 yang difungsikan sebagai memultiplek 8 bit data digital untuk masuk ke dalam 4 bit port status (S3, S4, S5 dan S7). Pin EOC (end of converter) masuk ke komputer lewat port status S6 untuk memberi informasi ke pada komputer akhir proses konversi. Register data D4 digunakan untuk memilih low nibble (DB0, DB1, DB2, DB3) dan high nibble (DB4, DB5, DB6, DB7) dari IC buffer 74244. Cara memilih low nibble dari IC 74LS244 adalah dengan memberi logika low (‘0’) pada pin D4 dan logika high (‘1’) untuk memilih
high nibble. Register data pada bit D0, D1 dan D2 dikoneksikan ke buffer untuk memilih
alamat input (IN0, IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6, IN7) dan register data D3 juga dikoneksikan ke buffer untuk memulai konversi dengan mengkoneksikan antara pin START dan ALE (address latch enable). Untuk memulai konversi register D3 diberi logika 0 – 1 – 0 untuk mengunci alamat pin yang akan dikonversi dan sekaligus memulai proses konversi besaran analog yang berupa tegangan menjadi data digital setara 8 bit.
Proses kontrol dan pembacaan data pada rangkaian Gambar 2.12 dilakukan oleh komputer lewat konektor Db-25 sesuai dengan intruksi pada list program yang ditulis dan dieksekusi berbantuan program QuickBasic (QBasic) dengan memanfaatkan prosedur INP
commit to user
dan OUT untuk melempar dan membaca data digital. Penggunaan bahasa pemrograman Visual Basic juga dapat digunakan tapi harus ditambah dengan instruksi dari Dynamic Link Library. Berikut ini set intruksi untuk proses konversi dan pembacaan data hasil konversi oleh IC ADC0809 (Bumgarner, 1998).
1. Tulis data pada D0, D1, D2 untuk memilih alamat kanal input dengan data (0h). 2. Tulis alamat input ditambah START dengan data (8h)
3. Tulis alamat dengan START untuk memulai proses konversi (0h). 4. Baca data pada kanal alamat ditambah bit 7 (S7*) yang dibalik.
5. Test bit 6 (40h) pada low nibble, jika ‘0’ maka ulangi langkah 4 jika yang lain maka konversi telah komplit dan teruskan langkah 6.
6. Tulis alamat kanal ditambah untuk bit yang digunakan untuk memilih high nibble dengan data (10h).
7. Baca data pada alamat kanal ditambah bit 7 (S7*) sebagai high nibble. 8. Susun byte input dari low nibble dan high nibble sebagai data.
Rangkaian Gambar 2.12 selanjutnya diuji untuk mengukur tegangan dari potensiometer 1 KΩ dengan power yang didapat dari baterai isi ulang NiCad 1.2 V sebesar tegangan 4.8 V.
Kelemahan dari rangkaian Gambar 2.12 adalah tegangan yang dapat dikonversi tidak dapat dirubah lagi dengan batasan 0 V sampai +5 V dengan tegangan terkecil yang mampu terbaca adalah 19.6 mV. Kelemahan lain adalah penggunaan IC buffer 74LS244 yang digunakan sebagai multiplekser, sedangkan jenis IC multiplekser sendiri sudah tersedia sehingga buffer yang digunakan ini output low nibble (DB0 – DB3) harus disambung sendiri diluar rangkaian dengan high nibble (DB4 – DB7) yang menyebabkan ketidak efisienan koneksi dalam desain rangkaian, padahal didalam 8 bit output ADC0809 sudah tersedia lacth buffer.
Penelitian lain untuk mengatasi ketidak efisienan penggunaan buffer IC 74LS244 telah dilakukan oleh Sumon. S, dkk pada tahun 2006 dengan mengganti IC buffer dengan IC 74LS157 sebagai multiplekser 4 bit seperti yang terlihat pada Gambar 2.14.
commit to user
Gambar 2.14. Rangkaian antarmuka komputer dengan IC multiplekser 74LS157 (Sumon, 2006).
Rangakain Gambar 2.14 mempunyai fungsi yang sama dengan rangkaian Gambar 2.12 yaitu mengkonversi besaran analog berupa tegangan keluaran dari sensor menjadi data digital 8 bit. Perbedaan dari kedua rangakaian diatas hanya pada fasilitas jumlah masukan analog yang pada rangkaian Gambar 2.12 berjumlah 8 input analog dan pada rangkaian Gambar 2.14 terdapat 22 input analog. IC 74LS157 adalah IC yang memang didedikasikan sebagai multiplekser 4 bit. Perangkat lunak yang mengontrol rangkaian Gambar 2.14 menggunakan Turbo C++ (Sumon, 2006 ) dengan set intruksi sebagai berikut.
1. Pilih kanal masukan dengan memberi logika high atau low pada pin control (C0). 2. Aktifkan ADC dengan memberi data 0-1-0 pada pin (C2).
3. Tunggu sampai proses konversi selesai. 4. Baca data pada bus data.
5. Beri logika high (’1’) pada pin (C1*) untuk memilih high nibble data. 6. Gabungkan kedua data.
7. Setarakan data digital menjadi data tegangan. 8. Konversikan data sesuai dengan besaran.
9. Simpan data sesuai waktu untuk ditampilkan ke display. 10. Tampilkan data pada format tabulasi atau grafik.
commit to user
IC multiplekser 74LS157 adalah komponen jembatan antara port printer yang hanya mempunyai 5 bit status sebagai masukan sedangkan keluaran IC ADC0809 mempunyai 8 bit data. Gambar 2.15 adalah pin out IC 74LS157 yang mempunyai 8 bit input dan 4 bit output.
Gambar 2.15. Pin out IC multiplexer 74LS157 (Agfianto, 2002).
Proses aliran data 8 bit dari ADC0809 dimulai dengan memberi logika low atau ‘0’ pada pin inisialisasi (A*) berikutnya data D0, D1, D2 dam D3 dapat dibaca di pin 1Y, 2Y, 3Y dan 4Y. Berikutnya pin inisialisasi diberi logika high atau ‘1’ sehingga data B7, B6, B5 dan B4 siap dibaca di pin 1Y, 2Y, 3Y dan 4Y, tentu saja pin G* harus pada posisi low atau ‘0’.