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
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,
iv
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
v
(4) Ibu Tri Rahajoeningroem, M.T., selaku Dosen Pembimbing I, atas berbagai
penjelasan dan bimbingannya selama penulis membuat alat tugas akhir dan
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
vi
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
vii
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini masih
terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang
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
x
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
2.2.1 Sinyal Analog ... 12
2.2.2 Sinyal Digital ... 13
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
4.2.1 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
xiii
5.2.2.2 Hasil Pengujian Gelombang Kotak dengan
Amplitudo 5 Vp-p ... 83
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
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
DAFTAR GAMBAR
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
xvi
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
xvii
Gambar 5.7 (a) Pengukuran Amplitudo 15 Vp-p Menggunakan
Osiloskop ... 81
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 (b) Pengukuran Liseajous Menggunakan Sistem Perangkat 89
misi data dari s
l connector, ngan dari pr an yang sama.
l offline conn roses ke prose l dari kartu ata
96
DAFTAR PUSTAKA
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 :
__________ , “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
BAB I
PENDAHULUAN
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
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
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
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
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
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
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
8
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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
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
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
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 membalik (inverting
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
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
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
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
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
- 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
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
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
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
- 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
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
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
- 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
- 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
Tabel 2.1 Macam dan Kegunaan Tipe Transfer USB
Transfer Type Control Bulk Interrupt Isochronous Typical Use Identification
and per transfer, maximum possible per pipe (high speed)* per transfer, maximum possible per pipe (full speed)* per transfer, maximum possible per pipe (low speed)* for all transfer of the type (percent) speed (isochronous & interrupt combine maximum)
Error correction Yes Yes Yes No
Message or Stream data?
Message Stream Stream Stream
Guaranteed delivery
*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
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
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
