Generator Sinyal ATMega16

GENERATOR SINYAL ATMEGA162011 © Zainal Abidin

2

GENERATOR SINYAL DDS AVR V2.0Generator sinyal DDS AVR adalah peralatan elektronik yang menghasilkan berbagai bentuk sinyal keluaran dengan menggunakan algoritma DDS (Direct Digital Synthesizer) yang dijalankan oleh sebuah prosesor, yaitu: mikrokontroler AVR. Generator sinyal ini dibuat pertama kali oleh ScienceProg dengan dua versi, yaitu: V1.0 dan V2.0. V2.0 merupakan penyempurnaan dari versi sebelumnya, baik secara hardware maupun firmware.

1. SISTEM MINIMUM1.1. Spesifikasi

Mikrokontroler : AVR ATMega16Clock : 16 MHzLCD : 16x2DAC : R-2RDownloader : AVR ISP I/O atau STK 200+/300Sumber Power : USB PC atau USB Charger HPKonsumsi Listrik : 5 VDC – 100 mA (ON), 87 mA (OFF)Sinyal keluaran : Sinus, persegi, gigi gergaji, gigi gergaji

terbalik, segitiga, ECG (Electro Cardio Graph) dan noise

1.2. I/OInput

-

OutputDDS : Sinyal keluaran (sinus, persegi, gigi gergaji, gigi

gergaji terbalik, segitiga, gelombang listrik jantung dan noise) dengan frekuensi 1-65,534 kHz

HS : Sinyal persegi dengan frekuensi 1-8 MHz

1.3. Pemrograman

3

Program mikrokontroler (firmware) dapat di-download di http://www.scienceprog.com/wp-content/uploads/2008/03/Firmware.zip, kemudian buka file .hex (yaitu: main.hex) hasil ekstraksi Firmware.zip dengan PonyProg20001 mengikuti langkah-langkah berikut: Klik pada toolbar Setup → Calibration → Yes → OK Klik pada toolbar Setup → Interface Setup… → Parallel → Avr ISP I/O → LPT1 → OK Klik pada toolbar Device → AVR micro → AVR Auto Klik pada toolbar File → Open Device File… main.hex Klik pada toolbar Command → Write All → Yes → OK1.4. Koneksi

Gambar 1.1 Pin µC ATMega16 Gambar 1.2 Clock - µCGambar

1.3 AVR ISP I/O (STK200+/300) - µC

1 Download di http://sourceforge.net/projects/ponyprog/files/PonyProg%20Windows%20setup/2.07c/PonyProg_V207c.zip/download

http://sourceforge.net/projects/ponyprog/files/PonyProg%20Windows%20setup/2.07c/PonyProg_V207c.zip/download

http://www.scienceprog.com/wp-content/uploads/2008/03/Firmware.zip

4

Gambar 1.4 LCD - µC Gambar 1.5 DAC - µC

Gambar 1.6 Power - µCGambar 1.7 High Speed (HS) - µC

2. KENDALIGenerator sinyal ATMega16 ini dikendalikan oleh lima tombol reset. Tombol-tombol kendali ini berfungsi sebagai pengatur jenis sinyal keluaran yang diinginkan beserta frekuensinya. Prosesor pada generator sinyal selalu menyimpan mode terakhir yang diatur oleh pengguna (user).

5

Gambar 1.8 Tombol Kendali Gambar 1.9 Tombol Kendali - µC

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan tombol-tombol kendali tersebut, yaitu: Pengaturan mode hanya dapat dilakukan ketika generator sinyal dalam keadaan OFF. Ada sembilan mode yang dimiliki oleh generator sinyal ini, yaitu:

No. Mode FungsiSine

6

1.

Menghasilkan sinyal keluaran sinusoidal dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz, jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.

Menggunakan output DDS.

2.

High Speed

Menghasilkan sinyal keluaran persegi dengan jangkauan frekuensi 1 – 8 MHz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.

Menggunakan output HS.

No. Mode Fungsi

7

3.

Noise

Menghasilkan sinyal keluaran acak dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


4.

Freq Step

Mengatur langkah perubahan frekuensi dengan kelipatan 1, 10, 100, 1000 dan 10000 Hz.

8

No. Mode Fungsi

5.

ECG

Menghasilkan sinyal keluaran jantung (ECG, Electro Cardio Graph) dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


6.

Rev Saw Tooth

Menghasilkan sinyal keluaran gigi gergaji terbalik dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


9

No. Mode Fungsi

7.

Saw Tooth

Menghasilkan sinyal keluaran gigi gergaji dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


8.

Triangle

Menghasilkan sinyal keluaran segitiga dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


10

No. Mode Fungsi

9.

Square

Menghasilkan sinyal keluaran persegi dengan jangkauan frekuensi 1 – 65534 Hz,jika generator sinyal dalam keadaan ON seperti yang terlihat pada gambar di samping ini.


Ada lima tombol kendali yang memiliki fungsi sebagai berikut:No.

Tombol Kendali Fungsi

1. Up Memilih mode ke arah atas (Sine → High Speed → Noise → Freq Step → ECG → Rev Saw Tooth → Saw Tooth → Triangle → Square)

2. Down Memilih mode ke arah bawah (Sine → Square → Triangle → Saw Tooth → Rev Saw Tooth → ECG→ Freq Step → Noise → High Speed)

3. Left Mengurangi nilai frekuensi sinyal (kecuali untuk: Freq Step dan Noise)4. Right Menambah nilai frekuensi sinyal (kecuali untuk: Freq Step dan Noise)5. Start/Stop Menjalankan /menghentikan generator sinyal

3. ELEKTRONIKGenerator sinyal di atas memiliki amplitudo dari 0-5VDC. Pengujian suatu peralatan elektronik membutuhkan sinyal keluaran dengan amplitudo -10VDC hingga +10VDC. Oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian elektronik yang mampu memperkuat voltase dari keluaran DDS, yaitu: amplifier.

11

Gambar 1.10 Konverter +5VDC menjadi +10VDC dan -10VDC Gambar 1.11 Amplifier

Rangkaian pada Gambar 1.10 digunakan untuk menyuplai kebutuhan voltase amplifier. Amplifier terdiri dari dua bagian, yaitu: penguat membalik A dan penguat membalik B.

4. PENGUJIAN Menurut rancangan/desain, voltase keluaran DDS berada pada rentang GND-VCC dan voltase keluaran OUT berada pada rentang VEE-VDD. Pengujian dilakukan untuk memastikan bahwa peralatan elektronik yang dibuat sudah sesuai dengan rancangan. Secara umum, pengujian pada semua sinyal setidaknya meliputi tiga parameter, yaitu: bentuk sinyal, voltase dan frekuensi. Voltmeter AC dan frekuensimeter dapat memberikan hasil pengukuran secara cepat untuk parameter voltase dan frekuensi dari suatu sinyal. Namun demikian, kesempurnaan bentuk suatu sinyal hanya dapat dimonitor dengan osiloskop.

4.1. Sinyal Kalibrasi Osiloskop merupakan instrumen terpenting dalam setiap pengukuran sinyal, karena dapat memberikan hasil pengukuran dari ketiga parameter sekaligus secara akurat, walaupun lama karena memerlukan proses pembacaan, penghitungan dan konversi. Setiap osiloskop memiliki sinyal

12

kalibrasi yang berbentuk persegi dengan voltase 2 Vpp dan frekuensi 1 kHz. Vpp (Voltage peak to peak) adalah satuan yang digunakan pada osiloskop. Satu Vpp memiliki arti bahwa voltase dari puncak negatif ke puncak positif besarnya 1 Volt.

Osiloskop perlu dikalibrasi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk mengukur sinyal. Kalibrasi dilakukan supaya hasil pengukuran osiloskop akurat/tepat. Ada dua kalibrasi pada osiloskop, yaitu: kalibrasi voltase dan kalibrasi frekuensi. Voltase dari sinyal kalibrasi selalu bernilai 2 Vpp, sehingga kalibrasi voltase tidak perlu dilakukan. Akan tetapi, frekuensi dari sinyal kalibrasi dapat bergeser-geser karena berbagai faktor. Kalibrasi frekuensi dilakukan dengan memilih selektor TIME/DIV ke 1 ms dan mengatur SWP. VAR. agar 1 DIV sumbu-x berisi satu panjang gelombang (λ).

Setiap kanal (channel) osiloskop memiliki tiga pilihan, yaitu: AC, GND dan DC. Jika dipilih GND, maka garis horizontal berwarna hijau pada layar osiloskop akan menunjukkan nilai 0V. Ada baiknya pada setiap pengukuran sinyal menggunakan osiloskop dilakukan dokumentasi terhadap pilihan AC dan DC.

Gambar 1.12 Sinyal kalibrasi [AC] Gambar 1.13 Sinyal kalibrasi [DC]

13

Hasil pengukuran sumber DC menggunakan voltmeter AC memberikan hasil yang berbeda dengan voltmeter DC.

Voltmeter AC hanya dapat mengukur tegangan panjar maju. Hasil pengukuran sinyal kalibrasi menggunakan voltmeter DC menunjukkan

bahwa voltase keluaran sinyal tersebut konstan. Seharusnya nilainya bervariasi karena merupakan AC/sinyal/isyarat.

Gambar 1.14 Baterai AA Panjar Maju [AC] Gambar 1.15 Baterai AA Panjar Maju [DC]

Pengukuran menggunakan voltmeter DC harus memperhatikan teori sampling Nyquist, yaitu: frekuensi sampling ≥ 2.frekuensi sinyal. Sehingga jika diperlukan voltmeter DC yang memiliki frekuensi sampling minimal 2 kHz, atau waktu sampling 0.5 ms.

Fungsi dari mode AC adalah memblokir DC yang terhubung dengan probe, sehingga yang tertampil oleh layar osiloskop adalah AC. Fungsi dari mode DC adalah memblokir AC yang terhubung dengan probe, sehingga yang tertampil oleh layar osiloskop adalah DC. Hasil pengamatan osiloskop terhadap sinyal kalibrasi menunjukkan bahwa amplitudo AC: (-1V) – (+1V) dan amplitudo DC: 0-2V. Hasil pengamatan osiloskop terhadap baterai AA menunjukkan bahwa amplitudo AC: 0V dan amplitudo DC: 0.8x2V= 1.6V.

14

Gambar 1.16 Baterai AA Panjar Mundur [AC] Gambar 1.17 Baterai AA Panjar Mundur [DC]

4.2. Metode PengujianPengujian ini bertujuan untuk mengetahui respon amplifier terhadap berbagai input dan variasi nilai VR. Oleh karena itu, pengujian ini dilakukan dengan memberikan masukan AC dan DC yang bervariasi diikuti dengan variasi nilai VR. Baik masukan maupun keluaran diukur menggunakan sebuah voltmeter, sehingga pengukuran dilakukan secara bergantian/tidak simultan. Pengambilan data respon amplifier, untuk masukan AC dilakukan secara visual dengan bantuan Web-Cam.

4.3. Perangkat PengujiSumber Energi Listrik: Charger HP (Hand-Phone)

Merk TRAVEL CHARGERProdusen

China

Input 100-240 VAC 50/60 HzOutput 5.3 VDC 1000 mA

Alat Ukur/Instrumen: Multimeter Digital

15

Merk CONSTANT Produsen -Model N 287

VCC +5.34 VDC Power (+) MAX232PEVDD +9.58 VDC Power (+) LM358N, yaitu: pin 8. Power (+) merupakan keluaran dari pin 2 MAX232PEVEE - 9.00 VDC Power (-) LM358N, yaitu: pin 4. Power (-) merupakan keluaran dari pin 6 MAX232PE

4.4. DDS4.4.1. Desain Pengujian

16

4.4.2. Hasil Pengujian4.4.2.1. Bentuk dan Frekuensi Sinyal

No.

SinyalFrekuensi Rendah Frekuensi Tinggi

Generator Sinyal

Osiloskop Generator Sinyal

Osiloskop

1. Sine

2. ECG

17

No.


Generator Sinyal


Osiloskop

3. RevSawToot

h

4. Noise

18

No.


Generator Sinyal


Osiloskop

5. SawTooth

6. Triangle

19

7. Square

20

4.4.2.2. Amplitudo Sinyal

No. Generator Sinyal

Osiloskop Voltmeter

DC AC DC AC

1. Sine 2.52VDC 5VAC

2.8 DIV x 2 Volt/DIV = 5.6 Vpp

2. ECG - -


21


Osiloskop Voltmeter

DC AC DC AC

3. RevSawTooth

- -


4. SawTooth - -


22


Osiloskop Voltmeter

DC AC DC AC

5. Triangle - -


6. Square - -


23

4.5. Amplifier A4.5.1. Desain Pengujian

4.5.2. Hasil Pengujian4.5.2.1. Jangkauan VoltaseBerdasarkan hasil pengamatan menggunakan osiloskop analog, maka jangkauan voltase generator sinyal (DDS) adalah sebagai berikut: Amplitudo AC: (-2.8V)-(+2.8V) Amplitudo DC: (+0V)-(+5.6V)

24

4.5.2.2. Respon terhadap DC

AA panjar maju : Kutub (-) baterai AA dihubungkan dengan GND amplifier AA panjar mundur : Kutub (+) baterai AA dihubungkan dengan GND amplifier

Hasil pengujian menunjukkan bahwa voltase yang masuk ke amplifier akan dibalik polaritasnya. Penguatan voltase dikendalikan oleh potensiometer VR1. Semakin besar resistansi VR1, maka semakin besar penguatan yang dihasilkan.

4.5.2.3. Respon terhadap AC/Sinyal/Isyarat2

4.6. Amplifier B4.7. Amplifier AB

5. BIAYA PEMBUATAN

SUMBER ACUAN http://www.scienceprog.com/avr-dds-signal-generator-v20

2 Sinyal diukur pada frekuensi 1 Hz

http://www.scienceprog.com/avr-dds-signal-generator-v20

Generator Sinyal ATMega16

Documents

Transcript of Generator Sinyal ATMega16