193
ISSN 0216 -3128
SetyadiWS,dkk.
ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581 Setyadi WS, Waris Santoso P3TM-BATAN
ABSTRAK ADD ON C4RD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581. Te/ah dikonstruksi Add On Card MCA dengan ADC Canberra ND 58/ buatan Canberra. Antarmuko yang menjembataniantara komputerpribadi denganADC Canberra ND 581, sehingga membentuksuatuAdd On Card MCA menggunakonlSAbus dengan sistim transfer data 16 bit. Hasi/ pengujian statis MCA dengan menggunakonpu/ser didapatkon waktu mati 7%pada frekuensi pu/ser 7 KHz. Pengujian dinamis MCA ini di/akukan dengan mencacah sumber standard Co-60. Na-22 dan Cs-137 serta membandingkannya dengan MCA sejenisyaitu PCA-II buatan Nuc/ear Data m~nunjukkanwaktu mati yang /ebih keci/.
ABSRACT ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER (MCA) USING ADC ND 581. Add On Card MCA using ADC ND 581 made by Canberra Corp has beenconstructed. The interface designedfor 16 bit data transfer using ISA bus. Static test by using pulser with 7 KHz frequency showed 7% ofdead time. Dynamic test with Co-60, Na-]] and Cs-137 radio active standard source and compared to the same type ofMCA. PCA II made by Nuclear Data showedsmaller dead-time
PENDAHULUAN
rancang bangun MCA yang telah dilakukan pada tahun 1992 dengan memanfaatkan p~rkemuang,,:-,
S
clan kemudahan yang diberikan
pektroskopi radiasi merupakan suatu analisis sumber radiasi dengan mengukur distribusi
tenaga radiasi dari sumber radiasi tersebut. Spektroskopi merupakan suatu piranti yang dapat memisahkan pulsa-pulsa keluaran dari suatu detektor sesuaidenganukuran tinggi pulsa. Karena ukuran tinggi pulsa sebandingdengantenaga radiasi yang terdeteksi, maka keluaran spektrometer memberikan informasi rinci yang berguna dalam mengidentifikasi sumber radiasi serta dalam penentuan intensitasnya. Untuk melakukan spektroskopi nuklir tersebut diperlukan perangkat spektroskopi berupa penganalisis tinggi pulsa. Penganalisistinggi pulsa dapatberupa multi channel analyzer(MCA)(I). Perkembangan komputer memberikan kemudahan clan
yang semakin
pesat luas
pemanfaatannya sertahasil yang diberikan semakin memuaskan. Perkembanganini perlu diantisipasi sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengatasi keterbatasandan kekuranganyang terdapatrancang bangun MCA sebelumnya(2.3.4) Pada makalah ini dibahas konstruksi antarmuka yang menjembatani antara komputer denganAnalog to Digital Converter(AD~) tipe ND 581 buatan Canberra clan dengan menggunakan
perangkat lunak membentuk suatu Add On Card MCA. Penelitian ini merupakan pengembangan Prosldlng
oleh Komputer
terutama pemanfaatanslot ekspansi ISA ataupun EISA. Hal ini akan berpengaruh terhadap kinerja MCA yang dirancang bangun terutama dalam transfer data clan akuisisi data.Salahsatu tuntutan yang ditujukan pada rancang bangun ~v1CAadalah kecilnya waktu mati sehingga keinginan untuk mewujudkan suatu MCA yang real time semakin mendekatikenyataan.
DASAR TEORI 1. Slot ekspansi
Arsitektur slot ekspansi terus berkembang sesuai dengan perkembanganteknologi komputer khususnya perkembangan sistim bus. Dalam perkembangannya tersebut telah melahirkan jenis standard sistim bus dari slot ekspansi dan yang dipakai sampai saat ini adalah ISA (Industry Standard Architecture), VL bus (VESA Local BusVidio Electric StandardAssociation Local Bus) dan PCI (Periperal Componentlnterconect). Sejak tahun 1984 ISA yang populer dengan sebutan AT bus dipakai hampir diseluruh produk kompatibel, \\'alaup-unstandard yang lebih baru seperti EISA sudahhadir cukup lama tetapi AT bus tetap ada di komputer-komputer mutakhir. Hal ini disebabkan
Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nuklir
]"-~~ ~ :> 1
ISSN 0216-3128
194
oleh tetap dipertahankannyakompatibilitas standard arsitektur produk baru denganproduk lama(5). EISA adalah perkembangansistim bus clan slot ekspansi melanjutkan ISA, selain lebar bit yang
.-'-
""-..
-~.~.M
_. -
Setyadi WS,dkk.
disediakan dapat melayani 32 bit penuh, keunikan EISA yang lain adalah kemampuannya untuk melayani semua jenis kartu pengendali dalam jajaran produk PC kompatibel.
-..-
--,~- '." -=.. ---
-.
-.-
,,
~
-~ ~
:\
.-c.
j
~
.'"-~'
-. =. =: -
,
-
~/~
~
.:
::
::
-
:~u
/
=,
~,.,.,
~&A
Gambar
~
:.
,
'SA
Slot ekspansiISA don EISA
2. GambaransingkatADC ND 581
Antar mukaMC4
ADC ND 581 dirancang khusus untuk pemrosesan amplituda sinyal random dan cepat dengan resolusi tinggi, dikemas dalammodul single wide NIM .Secara ringkas spesifikasi penting adalah sebagaiberikut(6). I. Waktu konversi (convertion time) tetap dan cepat (5 ~s) untuk segalaamplituda masukan dan pemilihan konversi.
Antar muka dirancang untuk melakukan pemindahan16 bit data serempakdaD menyediakan pewaktu real serta pewaktu live dipasang pada slot ekspansi komputer, Blok diagram antar muka ini sepertipada Gambar 2. Rangkaian ini terdiri dari 5 bagian utama yaitu decoder alamat, osilator, buffer kendali, rangkaian hand-shaking, daD rangkaian pewaktu.
2. Penguatankonversi (convertion gain) 256, 524, 1024,2K, 4K. 8K dan 16K.
DekoderAlamat
3. Tersedia rangkaian sample & hold yang cepat untuk menangkap nilai puncak pulsa masukan, sebelummencapaiADCo 4. Tersedianya penggerbangan koinsiden dalam berbagaimode operasi(6 mode) 50 Unjuk kerja yang baik antaralain: -Intergral NO!' .l.inierity < 0.02 % fullscale -Differential Non Linierity < 0,5 % -Gain drift < 0.01 % -Channel profile 95%
Agar upaya komputer dapat berkomunikasi denganantar muka, maka masing-masing port antar muka harus diberi alamat tertentu. Pada pengalamatan 16 bit lebih rum it dibandingkan dengan antar muka 8 bit. Untuk pengalamatanini selain digunakan address AO sf A9 dan AEN digunakanpula sinyal BHE (byte high enable).Agar decoder alamat ini fleksibel, maka dipasang dip swit, sedang posisi swit dipasang pada alamat 31 x dan tabel kebenaranseperti pada Gambar 3, sedang diskr:psi alamat fungsi I/O antarmuka dan kondisi AO & BHE sepertipadaTable. I dan Table 2.
TATAKERJA
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM.BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
195
ISSN 0216 -3128
Ga-mbar2. Blok Diagram an/ar muka Add On Card MCA
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
NUKllr
PoI
196
ISSN 0216-3128
Setyadi WS,dkk.
-*' READ;- -, .-Am*' --1.-
A D C
-'
.I--"~
CUDC"
.,
1~.~=1::::7 J1-+
DAm
t
--
-'~.T--:!..l
--l
oWB
,.
-t
IB'F
J 5
-+
!j\"J1f
.!
.-ij; I
wo"'.)oiU':5i~t ."
.-
..I """"'---
II
DATA
Gambar 3. Diagram waktu prosedurjabal tangan antara ADC denganrangkaian antar muka.
Tabell.
Diskripsi Alamat Funfsi Input/Output antar muka MCA.
READY (ready, output) sinyal ini pada kondisi high, ketika konversi selcsai maka sinyal ready menjadi low, menandakan bahwa data siap dipindahkan. A TR (ADC transfer, inut) sinyal ini pada kondisi high, pemindahan data terjadi pada saat A TR berubahdari high ke low. CLADC (clear ADC, input) sinyal ini pada kondisi high, antar muka akan mereset dengan perubahansinyal high ke low. Diagram waktu prosedurjabat tangan antaraADC denganantarmuka sepertipada gambar3.
PERANGKATLUNAK Perangkatlunak ditulis dalam sistim operasi DOS menggunakan TURBO PASCAL Versi 7.0 dan bahasa assembleruntuk prosedur pemindahan data.Algoritma antarmuka sebagaiberikut. Tabel 2. Kondisi AD don BHE pada pemindahan data /6 bit. AO \ BHE" 0
0
PPI AKTIF 8255 #1 8255#2
DATA
00-015
2.
Menentukan lama pencacahan, waktu cacah dan mode pencacahan.
3. Mencekmode pencacahan.
Q
8255 #1
DO -D7I
1
8255#2
D8-DIS
Rangkaian Jabat Tangan ADC Canberra menyediakan prosedur jabal tangan dengansinyal-sinyal berikut: Prosldlng
1. Inisialisasi PIC 8259, PPI 8255 # 1, PPI 8255 ff2, PIT 8253 #1, PIT 8253 #2, tentukan lama one-shotcounter #1 dan counter#2.
-
4. Pemuatannilai waktu real dan waktu live ke PIT 8253. 5. Start pencacahan dengan membuka gerbang osilator. 6. Pembacaan waktu live, waktu mati serta menggambargrafik data pencacahan.
Pelrtemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
ISSN 0216 -3128
197
7. Ulangi langkah 6 sampai acta sinyal interupsi pewaktu IRQ atau dihentikan.
Pengujiantanggapwaktu
8. Bila actasinyal IRQ pewaktu atau pencacahan dihentikan, non- aktitkan interupsi total atau interupsibacadata.
Tanggap waktu MCA merupakan salah satu unjuk kerja yang signifikan dari suatu MCA. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan sumber radiasi Cs-137. Setup peralatan yang digunakandalam pengujian ini seperti pada gambar
9. Akhiri pencacahan, nonaktitkan pewaktu.
interupsi
10.Bila hendak dianalisis, panggil prosedurprosedurpenganalisis.
4. Hasil pengujiansepertipadatabel3. Table 3. Hasil PengujiantanggapWaktu MCA
II. Bila ingin mencacahlagi, ulangi langkahno 2.
Frequens i Counter
12. Bila ingin disimpan, panggil prosedursimpan. Bila ingin dicetak panggil prosdurcetak.
Waktu Mati
Waktu mati
PCA II
MCA yang dikonstruksi
(CPS)
7K
13. Selesai. i
BASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan secara statis dan dinamis. Secara statis dilakukan dengan menggunakan pulser untuk mencari unjuk kerja seCaia elektonik. Dalam pengujian ini dilakukan pengujian INL (integral non linierity), DNL (differential non linierity) dan tanggap waktu. Pengujianstatis ini lebih banyak menekankanunjuk kerja ADC ND 581. Hasil pengujiantelah disajikan pactaacuan2,3 dan4. Serlangkanpengujiandinamis dilakukan dengan menggunakandetektor, penguat awal, penguat linier dan MCA yang diuji. Untuk pengujian dinamis ini digunakanPCA II 8K add on card MCA buatanNucleus sebagaipembanding.
7-8%:
9-8%
18,7K
26-27
24,2K 26,5K
%
19 -20
%I
35 -36 %
27-28
%
37-38 %
31-32
%
Linieritassistim Untuk beberapa Na-22.
menguji
sumber Dari
penyimpangan konversion linieritas
radiasi hasil
terbesar gain
4 K.
linieritas yaitu
sistim Cs-137,
pengujian sebesar Gambar
digunakan Co-60
2,6 5
kanal
sistim.
,swllt"" &.mad
Gambar4. Setuppengujian tanggapwaktu MCA.
Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN "ogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
untuk
menunjukkan
-L
Prosldlng
dan
didapatkan
Nukllr
198
ISSN 0216 -3128
Setyadi WS,dkk.
---
"1toIIb...1 ..~
a
".4-.,1 ..cPI:.
'r
Gambar5. (a) Pengujian TanggapWaktu MCA
H.IC...I Gambar 5 (b) Hasil pengujian Linierita
Spektrumbasil pencacahan Spektrum basil pencacahandengan sumber radiasi Co-60 untuk berbagai convertion gain sepertipadagambardibawah Gambar Rangkaian Lengkap Antarmuka Add On Card MCA sepertipadagambar7 dibawah.
Pembahasan Oari basil pengujian peralatanini didapatkan beberapahal yang signifikan sebagaiberikut: I. Antar muka Add on Card yang dibuat dengan menggunakan AOC NO 581 telah bekerja dengan baik daD mampu mendigitalkan lebih cepat dari pada MCA pembanding yaitu PCA II
Prosldlng
buatan the Nucleus. Terbukti dari waktu mati yang lebih kecil seperti pada table 3. Pada pengujian tersebut digunakan Sliding and Precision Pulse Generator Model GL-3 Merk BNC dimana pulser tersebut bisa diatur parameter pulsanya antara lain frekuensi. Parameterpulsa yang lazim digunakan dalam pengujian adalahrise time, decaytime dan lebar pulsa. Pengujian dengan memberikan masukan pulsa dengan frekuensi 7K berarti 7 ribu pulsa per detik cukup memberikan gambaran yang baik tentang unjuk kerja Add On Card MCA, walaupun dalam sistim pencacahansebenarnya hal ini jarang terkadi karena adanya respon detector,responpreamplifier dan Amplifier yang melebihi 7 KHz.
Pertemuan dan Preaentaal IImlah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Aguatua 2001
dan Teknologl
Nukllr
Setyadi WS,dkk.
ISSN 0216 -3128
Gambar6. SpektrumCo-60 hasil pencacahanuntuk berbagaiConversiongain
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM.BATANYogyakarta, 7.8 Agustus 2001
199
..
Setyadi WS,dkk
ISSN 0216 -3128
Penggunaan transfer data 16 bit atau digunakannya ISA bus dalam Add On Card MCA ini merupakan langkah antara untuk mengimbangi perkembangan teknologi komputer yang saat ini banyak menggunakan EISA bus clan prosesor kecepatan tinggi serta fasilitas interupsi yang lebih baik. Dari basil ranCaii-gbangun Add On Card MCA ini telah bekerja dengan baik terbukti tidak adanya konflik baik dalam perangkat keras maupun perangkat lunak. Hal ini terbukti dengan andalnya alat ini yaitu tidak terjadinya penghentian operasi komputer selama pencacahanmaupunoperasilainnya. Hasil akuisisi data dengan menggunakan detektor NaI(TI) berbentuk selinder diameter 2 inchi, memberikanspektrum yang baik, dimana tidak terdapatkanal kosong dari seluruhjangkau kanal pada conversion gain tertentu.
201
Pertemuan Ilmiah XV Himpunan Fisika IndonesiaJateng& DIY, Semarang1996. 4. Widyosusanto Setyadi dkko,"Penggunaan Metoda PencocokanKurva Gauss PactaMulti Channel Analyzer 16 K Kanal"Risalah Lokakarya Komputasi Dalam Sain & Teknologi Nuklir III, Jakarta1994. 50 Anonim, IBM Technical Reference Personal Computer AT, International Busines Machines Corporation,1984. 6. Anonim, BNC Instruction manual, Berkeley Nucleonics Corporation1980. 7. Anonim, ADC 580 Series,Operator's Manual, Nuclear Data 1989.
TANYAJAWAB
KESIMPULAN Antarmuka yang dibuat dengan menggunakan ISA bus telah bekerja dengan baik merupakan pengembangan penelitian sebelumnya dan merupakan tanggapan dari perkembangan Komputer Pribadi. 2.
Komparasi dengan model sejenis,yaitu PCA II buatanNucleus menunjukkanwaktu mati yang lebih kecil. Perangkat lunak yang dibuat ditekankan pada data akuisisi sedang perangkat lunak untuk analisis dibuat secaraterpisah.
DAFfAR PUSTAKA I. Glenn F. Knoll., Radiation Detection and Measurement,John Wiley and Son, New York, Brisbane,Toronto Singapore(1979).
Suwoto -Apa keuntungan/ kelebihanpenggunaanIESABUS dibanding sistemlama -Bagaimana datanya
perbandingan kecepatan transfer
SetyadiWS -Tekno/igi /ebih baru, kecepatan /ebih tinggi transfer data 16 bit. -MCA lama menggunakan transfer data 8 bit sedang yang dibuat menggunakan 16 bit. Perbandingan kecepatantransfer be/urn/ tidak terukur karenaproses akuisisi tidak hanyapada transfer data saja. Subari Santoso
2. Widyosusanto Setyadi dkk., "Konstruksi PC Based 16 Kilo Kanal Pulse Hight Analyzer dengan ADC ND Canberra 581"Prosiding Pertemuan clan Presentasi Ilmiah Kalibrasi Instrumentasi dan Metrologi (PPI-KIM), Jakarta1992.
-Ditinjau dari kemajuan teknologi PC anda menggunakanISA bus apakahhal tersebuttelah memenuhi tuntutan teknologi ? bagaimana komentaranda,mohondijelaskan.
3. Widyosusanto Setyadi, "PembuatanPerangkat Keras Multi Channel Analyzer 16 K Kanal Menggunakan ADC ND 581" Prosiding
-Be/um. tekn%gi lSA bus merupakan target _antara sebe/ummenuju ke IESA Bus dan akan terus berkembangsesuaiperkembanganPC.
Prosldlng
SetyadiWS
Pertemuan dIn Presentasilimiah Penelltlan CIsar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dIn Teknologl
Nukllr
