RANCANG BANGUN LOGIC ANALYZER MENGGUNAKAN ATMEGA16 BERBANTUAN PC Intan Permata Sari , Samsul Hidayat dan Heriyanto Jurusan Fisika Universitas Negeri Malang Email:
[email protected] ABSTRAK: Seiring berkembangnya teknologi, peralatan yang menggunakan sistem digital semakin diminati masyarakat. Internet dan telepon seluler adalah sebagian kecil teknologi digital handal yang sudah terbukti digunakan masyarakat. Dengan semakin diminatinya sistem digital menuntut adanya alat ukur yang mampu menganalisis sinyal digital dari rangkaian digital atau IC. Alat yang ada saat ini adalah Logic Anaylzer. Pada umumnya Logic Analyzer hanya memiliki channel masukan yang digunakan untuk membaca logika keluaran dari rangkaian yang diuji lalu ditampilkan dalam bentuk grafik berupa gelombang kotak yang mewakili logika 0 ketika gelombang pada level rendah dan 1 ketika gelombang pada level naik seperti Logic Analyzer Agilent type 16800 keluaran tahun 2006. Logic Analyzer tersebut tidak memiliki fasilitas untuk mengeluarkan logika sebagai masukan alat yang diuji,tidak memiliki fasilitas untuk menyimpan data hasil pengujian.Fasilitas ini dibutuhkan untuk memberi kemudahan dalam pengujian. Tujuan Penelitian ini adalah memperoleh rancangan alat yang dapat membaca logika keluaran IC dan mengeluarkan logika yang digunakan sebagai masukan IC dan rangkaian elektronika digital dan membuat perangkat lunak pengolahan data supaya dapat ditampilkan pada komputer. Penelitian ini menggunakan pendekatan penelitian dan pengembangan. Data penelitian berupa data kuantitatif seperti data yang didapatkan dari pengujian komunikasi serial, pengukuran impedansi masukan, pengukuran tegangan logika, pengukuran konsumsi daya dan pengukuran kecepatan pada dua mode. Pengumpulan data dilakukan dengan cara pengukuran dan pengujian. Kegiatan analisis dilakukan dengan menghitung nilai kesalahan saat pengujian dengan data kuantitatif serta membandingkan hasil pengujian IC dengan datasheet IC yang diuji. Hasil Penelitian ini yaitu rancang bangun logic analyzer menggunakan ATMega16 berbantuan PC. Logic Analyzer memiliki Impedansi masukan sebesar 16,25 Ώ, Tegangan logika bernilai 1 ketika mendapat tegangan 3.39 – 5 Vdan akan bernilai 0 ketika mendapat tegangan 0-3.18V, konsumsi daya Logic Analyzer ini sebesar 0,106651 W. Alat ini memiliki 16 channel masukan dan 8 channel keluaran. Proses pengambilan data pada alat ini terdapat dua mode, yaitu Mode real time yang digunakan untuk menguji IC yang tidak memerlukan kecepatan tinggi, kecepatan maksimum mode ini 14.25 Hz dan Mode Save Memory yang memiliki kecepatan maksimum 166,67Khz. Alat ini memiliki beberapa fasilitas pada tampilannya. Kata Kunci: Logic Analyzer, PC.
1
2
Seiring berkembangnya teknologi, peralatan yang menggunakan sistem digital semakin diminati masyarakat. Internet dan telepon seluler adalah sebagian kecil teknologi digital handal yang sudah terbukti digunakan masyarakat. Sistem digital adalah susunan peralatan yang dirancang untuk mengolah besaran fisik yang diwakili dalam besaran digital, yaitu dengan nilai-nilai diskrit yang perubahan antara suatu nilai dengan nilai berikutnya tidak sinambung melainkan langkah-demi-langkah (Budiono Miismail:1992). Sistem digital menyimpan angka biner dalam melakukan oprasi logika. Beberapa fungsi penambahan bilangan biner dalam sistem digital memerlukan kombinasi berbagai gerbang dan flip flop yang selanjutnya dibentuk dalam satu chip atau IC (Integrated Circuit). Sistem digital ini diminati karena tahan terhadap noise. Pada sistem TTL hanya tegangan 4,2 – 5 volt dianggap logika 1 dan 0-0,8 dianggap logika 0. Noise yang memiliki tegangan di luar itu akan diabaikan. Dengan semakin diminatinya sistem digital menuntut adanya alat ukur yang mampu menganalisis sinyal digital dari rangkaian digital atau IC. Selama ini pengukuran sinyal digital dilakukan oleh oscilloscope atau avometer. Namun avometer tidak dapat menampilkan perubahan tegangan logika dalam waktu yang cepat dan oscilloscope hanya memiliki maksimal 4 Channel, sehingga tidak dapat membaca masukan logika lebih dari 4. Sehingga dibutuhkan alat yang dapat menampilkan tegangan logika dalam waktu yang cepat. Alat yang ada saat ini adalah Logic Anaylzer. Pada umumnya Logic Analyzer hanya memiliki channel masukan yang digunakan untuk membaca logika keluaran dari rangkaian yang diuji lalu ditampilkan dalam bentuk grafik berupa gelombang kotak yang mewakili logika 0 ketika gelombang pada level rendah dan 1 ketika gelombang pada level naik seperti Logic Analyzer Agilent type 16800 keluaran tahun 2006 . Logic Analyzer tersebut memiliki kelemahan yaitu tidak memiliki fasilitas untuk memberikan logika masukan kepada alat yang diuji, kemudahan pengujian.
Fasilitas ini dibutuhkan untuk menambah ketelitian dan
3
Dari uraian di atas maka perlu dilakukan penelitian pengembangan pembuatan Logic Analyzer yang dilengkapi dengan
fasilitas
channel masukan,
channel keluaran, serta fasilitas penyimpanan data dan penyimpanan grafik. METODE Metode Penelitian yang digunakan adalah metode penelitian Research and Development.Dalam penelitian ini research and development dimanfaatkan untuk menghasilkan suatu alat yang dapat membaca keluaran dan memberikanlogika masukan kepada suatu IC atau rengkaian elektronika yang hasil dari pengujian dapat ditampilkan dalam
komputer berupa data dan grafik gelombang 0 dan 1.hasil
pengujian ini selanjutnya dapat disimpan dan dilihat sewaktu-waktu. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Impedansi Masukan Pengujian impedansi masukan dilakukan secara bergantian pada semua Channel, didapatkan dengan hasil berikut ini: Tabel 1.1 Hasil Pengujian Impedansi Masukan
Nama Channel Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4 Channel 5 Channel 6 Channel 7 Channel 8 Channel 9 Channel 10 Channel 11 Channel 12 Channel 13
Arus (mA) 30 30.4 30.2 31.3 30.6 30.6 30.4 30.7 30.7 30.7 30.3 30.2 31
Impedansi V/I (Ώ) 16.67 14.7 16.55 15.97 16.34 16.34 16.44 16.28 16.28 16.28 16.5 16.55 16.12
4
Channel 14 Channel 15 Channel 16
30.5 30.4 30.7
16.4 16.44 16.28
Dari data Impedansi di atas dapat diketahui bahwa impedansi input rata-rata berada pada nilai 16.25 Ώ. Pengujian Impedansi Keluaran Pada pengujian impedansi keluaran didapatkan dengan hasil berikut ini Tabel 1.2 Hasil Pengujian Impedansi Keluaran
Hambatan (Ώ)
Arus(A)
10K
0.5
15K
0.32
18K
0.26
36K
0.13
47k
0.1
Dari data Impedansi di atas dapat digambarkan dalam grafik seperti pada gambar dibawah ini:
Grafik Hubungan hambatan dengan Arus Arus(A)
0.6 0.4 0.2 0 10K
15K
18K
36K
47k
Gambar 1.3 Grafik Hasil Pengujian Impedansi Keluaran
5
Pengujian Konsumsi Daya Total Untuk mendapatkan konsumsi daya Logic Analyzer adalah dengan pengukuran arus dan tegangan. Hasil pengukuran arus adalah 21.33mA dan hasil pengukuran tegangan yaitu 5 V. Berdasarkan pengukuran arus dan tegangan diperoleh nilai konsumsi dayanya sebesar: P = V*I = 5 * 21.33.10-3 =. 106.6510-3 W = 0,106651 W Pengujian Tegangan Logika Pengujian ini dilakuakan dengan dua cara, memutar potensio dari tegangan 5 menjadi 0, maka didapatkan hasil sebagai berikut Tabel 1.3 Hasil Pengujian Perubahan Tegangan dari 5 volt
Tegangan(V)
Logika
5
1
4.9
1
4.85
1
4.73
1
4.64
1
4.45
1
4.37
1
4.2
1
6
3.39
1
3.18
0
Dari grafik d iatas dapat diketahui bahwa channel masukan akan berlogika 1 ketika mendapat tegangan 3.39 – 5 Vdan akan berlogika 0 ketika mendapat tegangan 0-3.18V. Pengujian Program Logic Analyzer Pada Delphi 7 Pengujian ini menampilkan gambar-gambar hasil pembuatan software Logic Analyzer menggunakan Delphi 7. Pada Hardware channel 1-8 dihubungkan dengan out 1-8, hubungan channel dan out disesuaikan dengan warna kabelnya. Ketika out diberi stimulus maka channel yang sesuai akan memberikan respon yang sama, seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 1.2 Pengujian Hardware Logic Analyzer
7
Gambar 1.3 Hasil Pengujian Hardware Logic Analyzer pada Delphi7
Untuk mengetahui data yang terdapat di dalam gambar tekan tombol ‘SHOW DATA’ maka akan muncul data seperti yang ada pada gambar di bawah ini
Gambar 1.4 Tampilan Data Program Logic Analyzer pada Delphi7
Gambar hasil pengujian yang tertampil dapat dipilih dan diperbesar dengan cara memilih batas kiri dan kanan pada gambar seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.4
8
lalu menekan tombol ’ZOOM’, maka gambar yang dipilih akan diperbesar seperti ditunjjukan pada gambar berikut ini
Gambar 1.4 Tampilan Zoom Program Logic Analyzer pada Delphi7
Hasil pengujian dapat disimpan baik data maupun gambar. Jika ingin menyimpan data maka tekan menu ‘File’ lalu ‘Save Data’. Isikan nama file yang diinginkan, data yang tersimpan akan tertampil dalam bentuk Notepad dan jika ingin menyimpan gambar hasil pengujian maka tekan menu ‘File’ lalu ‘Save Image;. Isikan nama image yang diinginkan.gambar yang tersimpan dalam bentuk bitmap. Pada pengujian ini data dan gambar disimpan dengan nama file ‘data’ dan gambar ‘data’. Seperti yang ditunjukan pada gambar berikut:
9
Gambar 1.5 Hasil Penyimpanan Data Program Logic Analyzer pada Delphi7
Gambar 1.6 Hasil Penyimpanan Gambar Program Logic Analyzer pada Delphi7
10
Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin besar impedansi keluaran semakin kecil nilai arus yang mengalir. Alat Logic Analyzer berfungsi untuk membaca dan memberi data logika dari suatu IC atau alat elektronika digital. Logic Analyzer meggunakan satu sistem minimum ATMega 16 dan satu PC. Logic Analyzer ini memiliki 16 channel masukan dan 8 channe keluaran, 1 channel vcc dan 1 channel ground. Jumlah channel ini memanfaatkan port pada Atmega 16. Port A dan Port B masing-masing memiliki 8 pin yang dimanfaatkan sebangai channel masukan, Port C memiliki 8 pin yang dimanfaatkan sebagai channel keluaran, sedangkan Port D dimanfaatkan sebagai komunikasi serial. Channel masukan 1 sampai 8 menggunakan probe berwarna hitam dan channel masukan 9 sampai 16 menggunkan probe warna kuning, sedangkan channel keluaran 1 sampai 8 menggunakan probe berwarna merah, channel vcc menggunakan probe berwarna merah, dan channel ground menggunakan probe berwarna hitam. channel yang menggunakan warna probe sama memiliki warna kabel yang berbeda . Warna kabel yang berbeda sesuai dengan warna logika pada grafik di simulasi Logic Analyzer . Logic Analyzer juga dilengkapi indikator berupa led. Untuk data logika masukan led berwarna merah dan active low ( mati ketika mendapat logika 1 dan nyala ketika mendapat logika 0), sedangkan untuk data keluaran led berwarna kuning dan active high (menyala ketika mendapat logika 1 dan mati ketika mendapat logika 0). Impedansi masukan sebesar 16,25 Ώ, Impedansi keluaran dapat dilihat pada gambar 4.6. tegangan logika bernilai 1 ketika mendapat
11
tegangan 3.39 – 5 Vdan akan bernilai 0 ketika mendapat tegangan 0-3.18V. konsumsi daya Logic Analyzer ini sebesar 0,106651 W. Data logika masukan dibaca dan dikirim melalui komunikasi serial asinkron dengan baud rate 115200 bps menuju PC, begitu juga sebaliknya data logika keluaran dari PC dikirim menuju mikrokontroler. Data masukan dan keluaran ditampilkan pada PC dengan menggunkan software Borland Delphi 7. Arah komunikasi alat ini yaitu Half Duplex. Pada saat program Logic Analyzer dijalankan pertama kali maka harus melakukan setting komunikasi yang terdeteksi pada PC. Untuk menjalankan program yang kedua kali dan seterusnya tidak perlu melakukan setting komunikasi melainkan langsung dapat menjalankan program. Mode pengambilan data pada program Logic Analyzer terdiri dari: (1)
Mode Real Time, pada mode ini data yang masuk pada mikro langsung dikirim ke PC dan tertampil pada program Logic Analyzer. Mode ini digunakan untuk membaca dan memberi logika keluaran IC atau rangkaian elektronika yang tidak menggunakan kecepatan tinggi. Kecepatan maksimum mode ini hanya 14,28 Hz
(2)
Mode Save Memory, pada mode ini data yang masuk pada mikro disimpan dalam memory sampai 145 data perubahan lalu dikirim ke PC dan tertampil pada program Logic Analyzer. Mode ini digunakan untuk membaca dan memberi logika keluaran IC atau rangkaian elektronika yang menggunakan kecepatan tinggi. Kecepatan mode ini mencapai 166,67Khz. Program Logic Analyzer ini memiliki beberapa fasilitas, yaitu:
12
a. Mampu menyimpan data hasil pengujian b. Mampu menyimpan gambar hasil pengujian c. Mampu mengambil data pengujian yang telah tersimpan d. Mampu memperbesar data pengujian sesuai yag diinginkan e. Mampu memberikan nama Channel dan Out sesuai yang diinginkan. PENUTUP KESIMPULAN (1)
Logic Analyzer dapat membaca logika keluaran IC dan mengeluarkan logika yang digunakan sebagai masukan IC dan rangkaian elektronika digital.
(2)
Perangkat lunak dapat mengolahan data serta menampilkannya pada komputer dengan beberapa fasilitas yaitu: a. Mampu menyimpan data hasil pengujian b. Mampu menyimpan gambar hasil pengujian c. Mampu mengambil data pengujian yang telah tersimpan d. Mampu memperbesar tampilan sesuai area yang dipilih. e. Mampu memberikan nama Channel dan Out sesuai yang diinginkan.
SARAN a.
Dalam penelitian berikutnya sebaiknya menggunakan mikrocontroler yang mempunyai kecepatan lebih tinggi dari Atmega16
b.
Dalam penelitian berikutnya dapat ditambahkan fasilitas pengiriman data menggunakan wireless (tanpa kabel).
13
c.
Dalam penelitian berikutnya dapat ditambahkan memory eksternal agar mampu menyimpan data lebih dari 145 data.
d.
Dalam penelitian berikutnya dapat ditambahkan trigger pada hardware
