Apa itu ADC - Analog to Digital Converters

Dunia Analog dengan Elektronik digital

Beberapa tahun yang lalu seluruh perangkat elektronik yang kita gunakan saat ini seperti telepon, komputer, Televisi dll adalah analog.

Kemudian perlahan-lahan telepon rumah digantikan oleh telepon seluler modern, Televisi dan monitor CRT digantikan oleh layar LED, komputer dengan tabung vakum berevolusi menjadi lebih bertenaga dengan mikroprosesor dan mikrokontroler di dalamnya dan seterusnya ..

Di era digital saat ini kita semua dikelilingi oleh perangkat elektronik digital canggih, ini mungkin menipu kita untuk berpikir bahwa segala sesuatu di sekitar kita bersifat digital, yang tidak benar, 4 Perbedaan Mendasar Antara Mikrokontroler dan Mikroprosesor

Dunia selalu bersifat analog, misalnya segala sesuatu yang kita sebagai manusia rasakan dan alami seperti kecepatan, suhu, kecepatan udara, sinar matahari, suara dll bersifat analog. 

Tetapi perangkat elektronik kami yang berjalan pada mikrokontroler dan mikroprosesor tidak dapat membaca / menafsirkan nilai analog ini secara langsung karena hanya berjalan pada 0 dan 1. Jadi kami membutuhkan sesuatu yang akan mengubah semua nilai analog ini menjadi 0 dan 1 sehingga mikrokontroler dan mikroprosesor kami dapat memahaminya. 

Sesuatu ini disebut Analog to Digital Converters atau ADC singkatnya. Pada artikel ini kita akan mempelajari segala sesuatu tentang ADC dan cara menggunakannya.

Apa itu ADC dan bagaimana cara menggunakannya?

Seperti yang dikatakan sebelumnya ADC adalah singkatan dari Analog to digital conversion dan digunakan untuk mengubah nilai analog dari dunia nyata menjadi nilai digital seperti 1 dan 0. 

Jadi apakah nilai-nilai analog ini? Inilah yang kita lihat dalam kehidupan kita sehari-hari seperti suhu, kecepatan, kecerahan, dll. Tapi tunggu !! Dapatkah ADC mengubah suhu dan kecepatan secara langsung menjadi nilai digital seperti 0 dan 1?

Tidak, tentu tidak. ADC hanya dapat mengubah nilai tegangan analog menjadi nilai digital. Jadi parameter mana saja yang ingin kita ukur, harus diubah menjadi tegangan terlebih dahulu, konversi ini dapat dilakukan dengan bantuan sensor. 

Misalnya untuk mengubah nilai suhu menjadi tegangan kita dapat menggunakan Thermistor seperti halnya untuk mengubah kecerahan menjadi tegangan kita dapat menggunakan LDR. Setelah diubah menjadi tegangan, kita dapat membacanya dengan bantuan ADC.

Untuk mengetahui cara menggunakan ADC, pertama-tama kita harus mengenal beberapa istilah dasar seperti, resolusi saluran, jangkauan, tegangan referensi, dll.

Resolusi (bit) dan saluran di ADC

Ketika Anda membaca spesifikasi Mikrokontroler atau IC ADC, rincian ADC akan diberikan menggunakan istilah saluran dan Resolusi (bit). Misalnya ATmega328 Arduino UNO memiliki ADC 8-saluran 10-bit. 

Tidak setiap pin pada mikrokontroler dapat membaca tegangan Analog, istilah 8 channel artinya terdapat 8 pin pada mikrokontroler ATmega328 ini yang dapat membaca tegangan analog dan setiap pin dapat membaca tegangan dengan resolusi 10-bit. Ini akan bervariasi untuk berbagai jenis Mikrokontroler.

Mari kita asumsikan bahwa rentang ADC kami adalah dari 0V hingga 5V dan kami memiliki ADC 10-bit, ini berarti tegangan input kami 0-5 Volt akan dibagi menjadi 1024 level nilai analog diskrit (210 = 1024). Artinya 1024 adalah resolusi untuk ADC 10-bit, demikian pula untuk resolusi ADC 8-bit akan menjadi 512 (28) dan untuk resolusi ADC 16-bit akan menjadi 65.536 (216).

Dengan ini jika tegangan input aktual adalah 0V maka ADC MCU akan membacanya sebagai 0 dan jika 5V MCU akan membaca 1024 dan jika berada di antara seperti 2.5V maka MCU akan membaca 512. Kita dapat menggunakan rumus di bawah ini untuk menghitung nilai digital yang akan dibaca oleh MCU berdasarkan Resolusi ADC dan tegangan Operasi.

(Resolusi ADC / Tegangan Operasi) = (Nilai Digital ADC / Nilai Tegangan Aktual)

Tegangan Referensi untuk ADC

Istilah penting lainnya yang harus Anda ketahui adalah tegangan referensi. Selama konversi ADC nilai tegangan yang tidak diketahui ditemukan dengan membandingkannya dengan tegangan yang diketahui, tegangan yang dikenal ini disebut tegangan Referensi. 

Biasanya semua MCU memiliki opsi untuk mengatur tegangan referensi internal, yang berarti Anda dapat mengatur tegangan ini secara internal ke beberapa nilai yang tersedia menggunakan perangkat lunak (program), Apa itu Mikrokontroler? Penjelasan Secara lengkap

Dalam papan Arduino UNO tegangan referensi diatur ke 5V secara default secara internal, jika diperlukan pengguna dapat mengatur tegangan referensi ini secara eksternal melalui pin Vref juga setelah melakukan perubahan yang diperlukan dalam perangkat lunak.

Ingatlah selalu bahwa nilai tegangan analog yang diukur harus selalu lebih kecil dari nilai tegangan referensi dan nilai tegangan referensi harus selalu lebih kecil dari nilai tegangan operasi mikrokontroler.

Contoh

Di sini kita mengambil contoh ADC yang memiliki resolusi 3 bit dan tegangan referensi 2V. Sehingga dapat memetakan tegangan analog 0-2v dengan 8 (23) level yang berbeda, seperti terlihat pada gambar di bawah ini:

Jadi jika tegangan analog 0,25 maka nilai digital akan menjadi 1 dalam desimal dan 001 dalam biner. Begitu juga jika tegangan analog 0,5 maka nilai digital akan menjadi 2 dalam desimal dan 010 dalam biner.

Beberapa mikrokontroler memiliki ADC bawaan seperti Arduino, MSP430, PIC16F877A tetapi beberapa mikrokontroler tidak memiliki seperti 8051, Raspberry Pi dll dan kita harus menggunakan beberapa IC eksternal Analog to digital converter seperti ADC0804, ADC0808.

Jenis ADC dan cara kerjanya

Ada banyak jenis ADC, yang paling umum digunakan adalah Flash ADC, Dual Slope ADC, Successive aproksimasi dan Dual Slope ADC. Untuk menjelaskan cara kerja masing-masing ADC dan perbedaannya berada di luar cakupan artikel ini karena cukup rumit. 

Tetapi untuk memberikan gambaran kasar ADC memiliki kapasitor internal yang akan diisi oleh tegangan analog yang akan diukur. Kemudian kami mengukur nilai tegangan dengan melepaskan kapasitor selama periode waktu tertentu.

Beberapa pertanyaan yang sering muncul tentang ADC

Bagaimana mengukur lebih dari 5V menggunakan ADC ?

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, modul ADC tidak dapat mengukur nilai tegangan lebih dari tegangan operasi mikrokontroler. Artinya mikrokontroler 5V hanya bisa mengukur maksimal 5V dengan pin ADC nya. 

Jika Anda ingin mengukur lebih dari itu, Anda ingin mengukur 0-12V maka Anda dapat memetakan 0-12V menjadi 0-5V dengan menggunakan pembagi potensial atau rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian ini akan menggunakan sepasang resistor untuk memetakan nilai-nilai MCU, Anda dapat mengetahui lebih banyak tentang rangkaian pembagi tegangan menggunakan tautan. 

Untuk contoh kami di atas, kami harus menggunakan resistor 1K dan resistor 720 ohm secara seri ke sumber tegangan dan mengukur tegangan di antara resistor seperti yang dibahas pada tautan di atas.

Bagaimana cara mengubah Nilai Digital dari ADC menjadi Nilai Tegangan sebenarnya?

Saat menggunakan konverter ADC untuk mengukur tegangan analog, hasil yang diperoleh MCU akan dalam bentuk digital. 

Misalnya dalam mikrokontroler 10-bit 5V ketika tegangan sebenarnya yang akan diukur adalah 4V MCU akan membacanya sebagai 820, kita dapat menggunakan lagi rumus yang dibahas di atas untuk mengubah 820 menjadi 4V sehingga kita dapat menggunakannya di perhitungan. Mari kita periksa kembali hal yang sama.

(Resolusi ADC / Tegangan Operasi) = (Nilai Digital ADC / Nilai Tegangan Aktual)

Nilai Tegangan Aktual = Nilai Digital ADC * (Tegangan Operasi / Resolusi ADC)

= 820 * (5/1023)

= 4,007

= ~ 4V

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Share this post