RANGKAIAN INTERFACE SEDERHANA PADA SISTEM INPUT/OUTPUT DIGITAL

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Monday, 27 April 2015 Published Date Written by Sodikin Susaat

RANGKAIAN INTERFACE SEDERHANA PADA SISTEM
INPUT/OUTPUT DIGITAL

 

Oleh: Sodikin Susa’at
Widyaiswara Madya P4TK BOE/VEDC Malang

 

------------------------------------------------------------------------------------------------

 ABSTRAK:

 

Interface dalam bahasa sehari-hari sering disebut sebagai antarmuka atau perantara elektronik adalah suatu  rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain berikutnya. Yang dimaksud sistem digital  atau analog yang lain berikutnya adalah bila sitem tersebut sebagai keluaran dan merupakan beban yang dikendalikan, dan  membutuhkan konsumsi daya atau tegangan dan  arus yang lebih besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka diperlukan rangkaian interface. Fungsi  lain dari rangkaian interface selain sebagai penghubung/perantara, juga sebagai pendorong/penggerak (driver). Namun jika sistem yang lain berikutnya hanya sebagai keluaran dan  tidak merupakan beban yang membutuhkan arus yang lebih besar/daya yang besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface hanya sebagai penghubung/perantara, yaitu menyesuaikan fungsi keluaran sistem rangkaian sebelumnya dengan sistem rangkaian berikutnya, terutama data sinyal yang akurat dan sesuai dengan input dan output peralatan yang disambungkan antara output dengan input alat sebelumnya atau sebaliknya antara output dengan input alat selanjutnya. Dari hasil perencanaan, hitungan dan simulasi pembuatan rangkaian interface digital selalu menggunakan komponen  analog dan digital, sehingga seorang perencana rangkaian interface harus  memahami sifat dan karakteristik komponen-komponen elektronik tersebut.

 

Kata kunci: interface, input, output, driver

 

RANGKAIAN INTERFACE

Rangkaian interface elektronik adalah suatu rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain berikutnya.

Adapun yang dimaksud sistem yang lain berikutnya adalah bila sitem alat tersebut sebagai keluaran dan merupakan beban yang dikendalikan, dan membutuhkan konsumsi daya atau arus yang lebih besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface selain sebagai penghubung/perantara, juga sebagai pendorong/penggerak (driver). Namun jika sistem alat yang lain berikutnya hanya sebagai keluaran dan bukan merupakan beban yang membutuhkan arus yang lebih besar/daya yang besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface hanya sebagai penghubung/perantara, yaitu menyesuaikan fungsi keluaran sistem rangkaian sebelumnya dengan sistem rangkaian berikutnya.

 

Untuk memahami , berikut diberikan gambar blok diagram contoh struktur dari rangkaian interface seperti gambar berikut.



Untuk merealisasikan blok diagram di atas dapat dibuat representasi rangkaian sistem kontrol sederhana misalkan sebagai EX-OR, kemudian dibuat sistem interface, dan sistem beban yang dikontrol secara sederhana seperti gambar perencanaan (seperti gambar 1.2).

Suatu misal, jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana pada output TTL compatible digunakan gerbang pembalik atau NOT sistem open collector “OC” (seperti gambar berikut ), tegangan output waktu “high” maksimum 5V TTL, dengan kemampuan arus dari sistem digital hanya 20 mA, dan tegangan waktu “low” adalah ekstrim 0 V. Bila komponen utama untuk penggerak Motor DC 12V/1A disediakan Relay 12V/ dengan resistansi lilitan 300Ω. Maka rangkaian interface untuk penggerak Motor DC 12V/ 1A, adalah dengan menggunakan komponen tambahan: transistor NPN dengan arus Collector maksimum ( IC maksimum) adalah transistor tersebut pada Collector-nya mampu dibebani liltan Relay hingga dapat bekerja normal, yaitu IC saat kerja sekitar: (12V/300Ω) = 40mA. Berarti IC maksimum dari transistor yang digunakan harus dicari yang lebih besar dari nilai 40mA. Dari pengalaman nilai nominalnya kurang lebih sekitar 2 (dua) kali dari arus saat kerja (yaitu sekitar 100mA). Karena sistem output kontrol digital diberikan gerbang NOT open collector (NOT-gate sistem OC), maka pada gambar blok yang bertanda tanya (question mark) harus diberikan tahanan “pull-up” agar gerbang NOT bekerja sempurna sesuai dengan fungsi gerbang NOT.

 REALISASI DAN SIMULASI  RANGKAIAN INTERFACE

Realisasi rangkaian interface sebenarnya sangat kompleks,  karena harus memahami kedua rangkaian yang akan dihubungkan interface-nya. Berikutnya juga harus memahami sifat dan karakteristik dari berbagai komponen elektronik, baik yang bersifat analog, maupun digital. Komponen analog bisa berupa komponen pasif dan aktif yang berupa komponen semikonduktor (diode, transistor, IC) dan lain-lain. Sedangkan komponen digital bisa berupa IC digital jenis TTL dan jenis CMOS.

 

Interface Digital menggunakan Transistor

Jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana pada output TTL compatible digunakan gerbang pembalik atau NOT sistem open collector “OC” (seperti gambar berikut ), tegangan output waktu “high” maksimum 5V TTL, dengan kemampuan arus dari sistem digital hanya 20 mA, dan tegangan waktu “low” adalah ekstrim 0 V. Bila komponen utama untuk penggerak Motor DC 12V/1A disediakan Relay 12V/ dengan resistansi lilitan 300Ω. Maka rangkaian interface untuk penggerak Motor DC 12V/ 1A, adalah dengan menggunakan komponen tambahan: transistor NPN dengan arus Collector maksimum ( IC maksimum) adalah transistor tersebut pada Collector-nya mampu dibebani liltan Relay hingga dapat bekerja normal, yaitu IC saat kerja sekitar: (12V/300Ω) = 40mA. Berarti IC maksimum dari transistor yang digunakan harus dicari yang lebih besar dari nilai 40mA. Dari pengalaman nilai nominalnya kurang lebih sekitar 2 (dua) kali dari arus saat kerja (yaitu sekitar 100mA). Karena sistem output kontrol digital diberikan gerbang NOT open collector (NOT-gate sistem OC), maka pada gambar blok yang bertanda tanya (question mark) harus diberikan tahanan “pull-up” agar gerbang NOT bekerja sempurna sesuai dengan fungsi gerbang NOT.
Untuk itu, hasil perancangan dapat disimulasikan dan direalisasi-kan, serta dilakukan eksperimen dengan hitungan-hitungan sederhana menggunakan rumus-rumus yang telah dipelajari pada Elektronika Dasar sebelumnya. Sehingga perancangan rangkaian interface elektroniknya dapat digambar dan dihitung dengan persamaan berikut.

 

Karena, tegangan lilitan relay (VRL) =12V, dan resistansi lilitan relay (RRL)= 300Ω, maka arus kerja relay dihitung sama dengan arus collektor saat transistor kerja ( arus collector riil, karena lilitan relay dihubungkan pada kolektor transistor). Secara hitungan sederhana, arus pada lilitan relay agar relay dapat bekerja Jika transistor NPN ditentukan/dipilih hFE=B=50, dengan bahan Silikon (VBE=0,7V), makadapat ditentukan dengan persamaan berikut:

 

 

Dari standar E12 didapat nilai resistor yang ada dipasaran yaitu 5,6 kOhm atau 4,7 kOhm   

 

Setiap beban yang bersifat induktif, bila dihubungkan dengan Transistor sebagai penggerak (driver) dari system  interface, maka harus dipasang dengan diode reverse terhadap tengangan sumber, untuk mengamankan rangkaian driver interface transistor terhadap ggl (gaya gerak listrik) induksi balik yang berupa tegangan “spike” induktip (UL) yang sangat tinggi, yang biasanya melebihi VCE maksimum dari transistor sebagai driver-nya.sebesar:

Dari standar E12 didapat nilai resistor yang ada dipasaran yaitu 5,6 kOhm atau 4,7 kOhm   

 

Setiap beban yang bersifat induktif, bila dihubungkan dengan Transistor sebagai penggerak (driver) dari system  interface, maka harus dipasang dengan diode reverse terhadap tengangan sumber, untuk mengamankan rangkaian driver interface transistor terhadap ggl (gaya gerak listrik) induksi balik yang berupa tegangan “spike” induktip (UL) yang sangat tinggi, yang biasanya melebihi VCE maksimum dari transistor sebagai driver-nya.sebesar:

Dengan diberikan diode reverse, maka tegangan yang terjadi pada induktip VL maksimum sebesar tegangan sumbernya.

Interface Digital menggunakan IC TTL Compatible  

 

Namun saat ini sudah banyak diciptan komponen elektronik sebagai interface driver dari output rangkaian digital yang compatible terhadap tegangan TTL, seperti IC interface dan driver  dengan system TTL compatible input, yaitu  serie ULN 2803, ULN2004, ULN2003 dan lain-lainya. IC ULN2803 ini selain TTL compatible input, output didesain system open collector, sehingga sangat cocok untuk beban dengan tegangan yang lebih besar dari rangkaian kontrol digita-nya. Dalam prakteknya bisa digunakan menggerakkan beban dengan tegangan dan arus  sampai sekitar 24VDC, 0,5 Ampere untuk masing-masing gerbang. Berikut gambar simulasi interface dengan TTL compatible input dari IC Counter 74LS93 sebagai control penggerak Motor DC 24V. Karena IC ULN 2803 ini system output adalah open  collector, maka pemasangan beban ditarik langsung ke tegangan sumber sebagai pengganti resistor pull-up.

 

 

Pengembangan Rangkaian Interface Digital

Rangkaian counter digital  diaplikasikan untuk mengontrol operasi kerjanya Motor DC 12V dengan indicator LED. Misalkan dalam kasus ini Motor DC dan LED sebagai indicator akan ON mulai dari angka 5 sampai dengan angka 7, sedangkan penghitung menghitung sampai dengan 9. Maka berdasarkan table fungsi Reset 74LS90 dan system interface output control counter, maka diperlukan decoder dengan menggunakan gerbang logika dasar. Sehingga gambar rangkaian interface dapat disusun dari gerbang logika dasar sebagai decoder dan transistor sebagai penggerak/driver dari Motor DC 12V sebagai penggerak beban besar, dan LED serta 7-segment sebagai display/ indikator.

 

Dari rangkaian dibawah ini dapat dijelaskan bahwa, blok system control dikerjakan oleh counter 74LS90, interface display 7-segment adalah IC74LS47, sedangkan interface dan decoder dari Motor DC dan indicator LED adalag gerbang dasar NOT, AND dan OR, serta transistor sebagai driver.

KESIMPULAN

1.      Rangkaian interface elektronik adalah suatu rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain.

2.      Jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana dengan output TTL compatible sistem open collector “OC”, maka untuk menyambungkan input rangkaian interface harus diberikan resistan system pull-up pada output rangkaian yang akan disambungkan interface. Contoh IC yang digunakan untuk interface system TTL input compatible adalah IC linear ULN2803.

3.      Dari hasil simulasi rangkaian interface elektronik selalu menggunakan komponen elektronik digital maupun analog, sehingga untuk perancangan rangkaian interface sangat baik diujicobakan secara prinsip kerjanya lebih dahulu menggunakan software elektronik Livewire atau EWB.

 

DAFTAR PUSTAKA

1. Ball, A.M. 1984. Semiconductor Data Book. Characteristics of approx. 10 000 Transistors, FETs, UJTs, Diodes, Rectifiers, Optical Semiconductors, Triacs, and SCRs. London: Butterworth & Co. (Publishers), Ltd.

     2. Leonhardt, Erich. 1984.Grundlagen der Digitaltechnik. Berlin: VEB Verlag Technik,                              Berlin,Deutschland.

    3.     Marston, R.M. 1990. 110 Integrated Circuit Projects for the Home Constructor. USA: A. Newnes          TechnicalBook.

    4.    Texas Instruments. 1973. Das TTL-Kochbuch-herausgegeben von Texas Instruments:
         Aplikationslabor. Deutschland: Texas Instruments Deutschland, GmbH.

 

5. Texas Instruments. 1985. The TTL Data Book  for EngineersVolume 1. Standard TTL, LowPower Schottky, Schottky. USA: Texas Instruments.

 

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG