8.2 encoder

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prinsip Kerja

5. Pilihan Ganda

6. Problem

7. Download File

1. Tujuan[Kembali]

1. Mengetahui dan memahami penggunaan Encoders
2. Mampu membuat rangkaian dari materi yang diberikan

2. Alat dan Bahan[Kembali]

Alat

1. Power Supply DC

 

Generator DC atau generator arus searah (DC) adalah salah satu jenis mesin listrik, dan fungsi utama mesin generator DC adalah mengubah energi mekanik menjadi listrik DC (arus searah). Proses perubahan energi menggunakan prinsip gaya gerak listrik yang diinduksi secara energi. tegangan yang digunakan adalah  0-5v

2. Voltmeter

 

Bahan

1. Resistor

    Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. 

resistor yang digunakan

1. 2 buah resistor 1 kohm
2. 1 buah resistor 2 kohm
3. 1 buah resistor 50 ohm
4. 1 buah resistor 8 kohm
5. 1 buah resistor 10 Kohm

2.Lampu Led

sebagai indikator

 

3. Gerbang OR

4. Gerbang NOT

5. IC 74LS147 dan IC 74151

3. Dasar Teori[Kembali]

Encoder adalah rangkaian yang memiliki fungsi berkebalikan dengan dekoder. Encoder berfungsi sebagai rangakain untuk mengkodekan data input mejadi data bilangan dengan format tertentu. Encoder dalam rangkaian digital adalah rangkaian kombinasi gerbang digital yang memiliki input banyak dalam bentuk line input dan memiliki output sedikit dalam format bilangan biner. Encoder akan mengkodekan setiap jalur input yang aktif menjadi kode bilangan biner. Dalam teori digital banyak ditemukan istilah encoder seperti “Desimal to BCD Encoder” yang berarti rangkaian digital yang berfungsi untuk mengkodekan line input dengan jumlah line input desimal (0-9) menjadi kode bilangan biner 4 bit BCD (Binary Coded Decimal). Atau “8 line to 3 line encoder” yang berarti rangkaian encoder dengan input 8 line dan output 3 line (3 bit BCD).

            

            Encoder dalam contoh ini adalah encoder desimal ke BCD (Binary Coded Decimal) yaitu rangkaian encoder dengan input 9 line dan output 4 bit data BCD. Dalam mendesain suatu encoder kita harus mengetahui tujuan atau spesifikasi encoder yang diinginkan yaitu dengan : 

1. Membuat tabel kenenaran dari encoder yang ingin dibuat 

2. Membuat persamaan logika encoder yang diinginkan pada tabel kebenaran menggunakan K-Map 

3. Mengimplemenstasikan persamaan logika encoder dalam bentuk rangkaian gerbang logika digital Rangkaian 

Encoder Desimal (10 line) ke BCD 

Dalam mendesain rangkaian encoder desimal ke BCD langkah pertama adalah menentukan tabel kebenaran encoder kemudian membuat persamaan logika kemudian mengimplementasikan dalam gerbang logika digital seperti berikut.

Persamaan logika output encoder Desimal (10 Line) ke BCD

1. Y3 = X8 + X9 

2. Y2 = X4 + X5 + X6 + X7 

3. Y1 = X2 + X3 + X6 + X7 

4. Y0 = X1 + X3 + X5 + X7 + X9

Rangkaian encoder diatas merupakan implementasi dari tabel kebenaran diatas dan persamaan logika encoder Desimal ke BCD. jalur input X0 tidak dihubung ke rangkaian karena alasan efisiensi komponen, hal ini karena apabil input X0 ditekan maka tidak akan mengubah nilai output yaitu output tetap bernilai BCD 0 (0000). Rangkaian encoder diatas hanya akan bekerja dengan baik apabila hanya 1 jalur input saja yang mendapat input, hal ini karena rangkaian encoder diatas bukan didesain sebagai priority encoder.

4. Prinsip Kerja[Kembali]

 A. Prosedur percobaan:

• persiapkan alat dan bahan
• perhatikan datasheet pada setiap komponen rangkaian
• rangkailah komponen-komponen yang ada sesuai dengan datasheet
• pastikan rangkaian berjalan dengan kondisi yang diinginkan

B. Rangkaian Simulasi 

       Gambar Rangkaian

a. Rangkaian 8.14

    Saat X0 berlogika 1 maka output Y U1 berlogika 1 kemudian masuk ke OR dimana kaki 1 berlogika 1 dan kaki 2 berlogika 0 menghasilkan output berlogika 1 sesuai dengan prinsip kerja gerbang OR. sebaliknya jika X0 berlogika 0 maka output Y U1 akan berlogika 0 (kaki 1) dan kaki 2 dalam keadaan berlogika 0 sehingga 0,0 akan mengasilkan output berlogika 0 sesuai dengan prinsip kerja gerbang OR.

    Saat X1 berlogika 1 maka output Y U1 akan berlogika 0, untuk menghasilkan output dengan logika 1 maka kaki ABC bertindak sebagai input selektor, dimana input ABC akan dipilih mana bilangan binernya yang sesuai dengan angka pada kaki X1, disini yg diminta adalah X1 maka biner nya adalah 1 yaitu kaki A. untuk itu A berlogika 1 dan X1 berlogika 1 sehingga outputnya akan berlogika 1 kemudian masuk ke gerbang OR dimana kaki 2 berlogika 0 sehingga (1,0) akan menghasilkan output dengan logika 1

    Saat X2 berlogika 1 maka outputnya akan berlogika 0, untuk membuat outputnya  aktif(berlogika 1) maka diperlukan input selector pada ABC yang binernya sama, dima X2 binnernya 2, yg binnernya 2 adalah B, Maka kaki B inputnya berlogika 1 dan kaki X2 berlogika 1 menghasilkan output berlogika 1, kemudian masuk ke gerbang OR dimana kaki 2 dari gerbang OR berlogika 0 maka outputnya akan  berlogika 1

    Untuk X3-X7 prinsipnya sama dengan X0-X2, dimana untuk membuat outputnya berlogika 1 maka diperlukan kaki ABC yang binernya sama dengan nilai kaki pada IC 74HC151 Sebagai kombinasi untuk mengaktifkan Kaki IC 74HC151 sehingga menghasilkan output dengan logika 1

    Kemudian untuk U2 (Multiplexser) prinsipnya sama dengan U1, bedanya pada U2 terdapat inverter yang membuat logika pada kaki E aktif renda menjadi berlawanan dengan yg seharusnya karena inverter disini bertindak sebagai pembalik NOT sehingga output yang dihasilkan akan berkebalikan 

dengan prinsip aktif rendah yaitu ketika di U1 E akan aktif jika berlogika 0 sedangkan pada u2 E akan aktif jika berlogika 1

b. Rangkaian 8.15

    Rangkaian 8.15 menunjukkan  implementasi perangkat keras dari encoder oktal-ke-biner yang dijelaskan oleh tabel kebenaran dibawah ini.

Sirkuit ini memiliki kekurangan bahwa ia menghasilkan semua urutan output 0s ketika semua baris input dalam keadaan logika '0'. Ini dapat diatasi dengan memiliki baris tambahan untuk menunjukkan urutan input semua 0s.

- Ketika D0 logika 0 tidak U1 U2 dan U3 OFF, karena tidak terhubung dengan salah satu gerbang logika OR. Ini menandakan bahwa addres dari D0 adalah 0 0 0.

- Ketika D1 logika 1 maka OR 3 akan aktif karena D1 terhubung dengan salah satu kaki input OR 3. Karena salah satu kaki input OR 3 berlogika 1 maka output dari OR 3 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D1 adalah 1 0 0.

- ketika D2 logika 1 maka OR 2 akan aktif karena D2 terhubung dengan salah satu kaki input OR 2. Karena salah satu kaki input OR 2 berlogika 1 maka output dari OR 2 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D2 adalah 0 1 0.

- Ketika D3 logika 1 maka OR 2 dan OR 3 akan aktif karena D3 terhubung dengan salah satu kaki input OR 2 dan OR 3. Karena salah satu kaki input OR 2 dan OR 3 berlogika 1 maka output 

dari OR 2 dan OR 3 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D3 adalah 1 1 0.

- Ketika D4 logika 1 maka OR 1 akan aktif karena D4 terhubung dengan salah satu kaki input OR 1. Karena salah satu kaki input OR 1 berlogika 1 maka output dari OR 1 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D4 adalah 0 0 1.

- Ketika D5 logika 1 maka OR 1 dan OR 3 akan aktif karena D5 terhubung dengan salah satu kaki input OR 1 dan OR 3. Karena salah satu kaki input OR 1 dan OR 3 berlogika 1 maka output dari OR 1 dan OR 3 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D5 adalah 1 0 1.

- Ketika D6 logika 1 maka OR 1 dan OR 2 akan aktif karena D6 terhubung dengan salah satu  kaki input OR 1 dan OR 2. Karena salah satu kaki input OR 1 dan OR 2 berlogika 1 maka output dari OR 1 dan OR 2 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D5 adalah 0 1 1.

- Ketika D7 logika 1 maka OR 1, OR 2 dan OR 3 akan aktif karena D7 terhubung dengan salah satu kaki input OR 1, OR 2 dan OR 3. Karena salah satu kaki input OR 1, OR 2 dan OR 3 berlogika 1 maka output dari OR 1, OR 2 dan OR 3 akan menjadi 1. Ini menandakan bahwa addres dari D5 adalah 1 1 1.

c. Rangkaian 8.16

16 menunjukkan simbol logika dan tabel kebenaran dari desimal 10 baris ke encoder BCD empat baris yang menyediakan pengkodean prioritas untuk digit urutan lebih tinggi, dengan digit 9 memiliki prioritas tertinggi. Dalam tabel fungsional yang ditampilkan, baris input dengan prioritas tertinggi memiliki LOW di atasnya dikodekan terlepas dari status logika baris input lainnya.

 Pada rangkaian, jika tidak ada input yang diberikan, maka lampu LED tidak akan menyala. Namun, jika gerbang logika yang terhubung pada pin 1 dari gerbang OR mendapatkan input logika 1, maka kedua lampu LED akan menyala. Jika input hanya berupa logika 1 pada gerbang kedua, maka hanya lampu LED biru yang akan menyala. Sebaliknya, jika hanya gerbang ketiga yang menerima input logika 1, maka hanya lampu LED merah yang akan menyala. Namun, jika kedua gerbang kedua dan ketiga menerima input logika 1, maka kedua lampu LED akan menyala bersamaan. Hal ini sesuai dengan tabel kebenaran yang tertera.

Bilangan biner dari : Q0 = 1

                                 Q1 = 2

                                 Q2 = 3

                                 Q3 = 4

Output dari encoder adalah penjumlahan angka biner sesuai dengan angka input .

- jika input 1 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q0 akan berlogika 0 [1+0+0+0=1]

- jika input 2 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q1 akan berlogika 0 [0+2+0+0=2]

- jika input 3 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q0 dan Q1 akan berlogika 0 [1+2+0+0=3]

- jika input 4 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q2 akan berlogika 0 [0+0+4+0=4]

- jika input 5 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q0 dan Q2 akan berlogika 0 [1+0+4+0=5]

- jika input 6 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q1 dan Q2 akan berlogika 0 [0+2+4+0=6]

- jika input 7 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q0, Q1 dan Q2 akan berlogika 0 [1+2+4+0=7]

- jika input 8 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q3 akan berlogika 0 [0+0+0+8=8]

- jika input 9 diaktifkan (logika 0) maka output dari Q0 dan Q3 akan berlogika 0 [1+0+0+8=9]

d. Rangkaian 8.17

 Pada rangkaian ini, apabila semua input berlogika 0, maka akan lampu led akan mati, dan apabila gerbang logika yang dihubungkan pada pin 1 gerbang or berlogika 1, akan menghidupkan ke dua lampu led, saat hanya logicstate ke dua berlogika 1 maka lampu yang hidup hanya lampu led biru, sedangkan pada saat hanya logicstate ketiga yang berlogika 1 maka lampu yang akan menyala adalah lampu led merah, namun ketika logicstate kedua dan ketika dihidupkan akan mengaktifkan ke dua lampu tersebut. sesuai dengan teable kebenaran dibawah ini

 Jika D2 diaktifkan (logika 1) maka salah satu kaki input OR 1 berlogika 1, sehingga output dari OR 1 adalah logika 1 pada X.

Jika D1 dan D2 diaktifkan (logika 1) maka salah satu kaki input OR 1 berlogika 1, sehingga output dari OR 1 adalah logika 1 pada X. Karena D2 logika 1 terus di inverter menjadi berlogika 0 pada gerbang AND, maka gerbang AND tidak aktif atau berlogika 0. Karena pada kaki input OR 2 semuanya logika 0 maka output dari gerbang OR 2 adalah berlogika 0 pada Y.

Jika D3 diaktifkan (logika 1) maka salah satu kaki input dari OR 1 dan OR 2 akan berlogika 1, sehingga gerbang OR 1 dan OR 2 outputnya menjadi logika 1 pada X dan Y

                                                              Video SImulasi:

5. Pilihan Ganda[Kembali]

1. Enkorder akan mengodekan setiap jalur input yang aktif menjadi kode bilangan …
a. Oktal
b. Heksadesimal
c. Desimal
d. Biner 
e. Oktaldesimal

2. Sebuah encoder menerima input analog berupa rentang tegangan antara 0 hingga 5 volt. Jika encoder ini menggunakan skala 10-bit, berapa jumlah total kemungkinan nilai digital yang dapat direpresentasikan oleh encoder tersebut?
 A. 256
 B. 512 
C. 1024
D. 2048
Jawaban: C. 1024
Pembahasan: Encoder 10-bit dapat merepresentasikan
$2^{}$${10}^{}$$=$$1024$210=1024 nilai digital yang berbeda, mengingat setiap bit menggandakan jumlah kemungkinan nilai yang dapat direpresentasikan.

3. Sebuah encoder memiliki 4 bit input dan 2 bit output. Berapakah jumlah kemungkinan output yang dapat dihasilkan oleh encoder tersebut? 

A. 4 

B. 8 

C. 16 

D. 32 

Jawaban: B. 8

Pembahasan: Jumlah kemungkinan output pada encoder dapat dihitung dengan $2^n$, di mana $n$ adalah jumlah bit output. Jadi, $2^2 = 4$. Sehingga, encoder ini dapat menghasilkan $2^4 = 8$ kombinasi output.

6. Problem[Kembali]

1. Jelaskan dengan detail tentang perbedaan antara encoder inkremental dan encoder absolut. Berikan contoh aplikasi nyata di mana masing-masing jenis encoder ini lebih cocok digunakan. Diskusikan juga kelebihan dan kekurangan dari masing-masing jenis encoder ini dalam konteks aplikasi industri.

Jawaban:

Encoder inkremental dan encoder absolut merupakan dua jenis encoder yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri untuk mengonversi gerakan fisik atau posisi menjadi sinyal digital. Perbedaan utama antara keduanya terletak pada cara mereka memberikan informasi posisi atau pergerakan.

1. Encoder Inkremental:

   - Encoder inkremental memberikan informasi mengenai perubahan posisi atau gerakan dengan memberikan pulsa atau sinyal inkremental yang tergantung pada arah pergerakan.

   - Contoh aplikasi: Mesin CNC (Computer Numerical Control) menggunakan encoder inkremental untuk menentukan pergerakan sumbu dan kecepatan alat pemotong.

   - Kelebihan: Lebih sederhana dan biaya yang lebih rendah, cocok untuk aplikasi di mana hanya perubahan relatif yang penting.

   - Kekurangan: Tidak memberikan informasi absolut tentang posisi akhir, memerlukan referensi awal untuk menghitung posisi absolut.

2. Encoder Absolut:

   - Encoder absolut memberikan informasi langsung tentang posisi absolut dari poros atau objek yang dipantau tanpa memerlukan referensi awal.

   - Contoh aplikasi: Pengendalian robot industri yang memerlukan presisi tinggi dalam penentuan posisi.

   - Kelebihan: Memberikan posisi absolut secara langsung, tidak memerlukan proses inisialisasi, cocok untuk aplikasi yang memerlukan presisi tinggi.

   - Kekurangan: Lebih kompleks dan biasanya lebih mahal dibandingkan dengan encoder inkremental.

Dalam memilih jenis encoder untuk aplikasi tertentu, faktor seperti presisi yang dibutuhkan, kompleksitas sistem, biaya, dan kehandalan harus dipertimbangkan dengan cermat.

2. Diskusikan secara mendalam tentang prinsip kerja encoder optik dan encoder magnetik. Jelaskan bagaimana masing-masing jenis ini menghasilkan sinyal digital dari gerakan mekanis atau posisi. Berikan contoh aplikasi di mana masing-masing jenis encoder ini digunakan dengan efektif dalam berbagai industri.

Jawaban:

1. Encoder Optik:

   - Encoder optik menggunakan cahaya dan detektor untuk menghasilkan sinyal digital dari gerakan atau posisi mekanis.

   - Prinsip kerja: Cahaya dari sumber diarahkan melalui cakram yang memiliki pola atau garis-garis yang terinterupsi oleh celah atau cahaya pantulan. Detektor kemudian mengubah pola cahaya yang terinterupsi menjadi sinyal elektrik digital.

   - Contoh aplikasi: Posisi linear dalam sistem penyortiran otomatis di pabrik, di mana presisi dan kecepatan pengukuran sangat penting.

2. Encoder Magnetik:

   - Encoder magnetik menggunakan medan magnet untuk menghasilkan sinyal digital dari pergerakan atau posisi mekanis.

   - Prinsip kerja: Medan magnet dari magnet permanen yang terpasang pada poros atau objek dipantau oleh sensor magnetik. Perubahan dalam medan magnet menghasilkan sinyal digital yang merepresentasikan pergerakan atau posisi.

   - Contoh aplikasi: Pengendalian posisi dan kecepatan pada mesin CNC, di mana keandalan dan presisi tinggi diperlukan.

Kedua jenis encoder ini memiliki kelebihan dan kekurangan tergantung pada aplikasi spesifik, seperti lingkungan operasional, kecepatan gerakan, dan kondisi lingkungan.

3. Sebuah sistem kendali otomatis menggunakan encoder untuk memonitor posisi sebuah robot yang bergerak secara linier. Jelaskan secara rinci proses konversi sinyal analog (posisi linier) menjadi data digital menggunakan encoder. Diskusikan faktor-faktor teknis yang mempengaruhi akurasi dan resolusi pengukuran posisi dalam konteks penggunaan encoder ini.

Jawaban:

Proses konversi sinyal analog menjadi data digital menggunakan encoder melibatkan beberapa tahapan penting:

1. Sensor dan Pencacah (Counter):

   - Encoder dilengkapi dengan sensor yang terhubung dengan objek yang dipantau (misalnya, roda gigi pada robot atau poros linier).

   - Sensor menghasilkan sinyal analog berdasarkan posisi atau gerakan objek.

2. Konversi Analog ke Digital:

   - Sinyal analog dari sensor kemudian dikonversi menjadi sinyal digital menggunakan teknik seperti teknik ADC (Analog-to-Digital Converter).

   - ADC mengukur tegangan analog yang sesuai dengan posisi atau gerakan dan mengubahnya menjadi kode digital yang merepresentasikan nilai posisi.

3. Pemrosesan dan Output:

   - Data digital yang dihasilkan dari encoder kemudian dapat diproses oleh sistem kendali untuk mengatur pergerakan atau posisi robot secara akurat.

   - Resolusi pengukuran posisi bergantung pada jumlah bit dalam data digital yang dihasilkan oleh encoder (misalnya, encoder 12-bit memiliki resolusi lebih tinggi daripada encoder 8-bit).

Faktor-faktor teknis yang mempengaruhi akurasi dan resolusi pengukuran posisi termasuk kecepatan bacaan (sampel per detik), noise sensor, dan presisi mekanis dari encoder itu sendiri. Pemilihan encoder yang sesuai dengan resolusi yang tepat sangat penting untuk memastikan sistem kendali otomatis dapat beroperasi dengan akurat dan efisien.

Video Simulasi:

7. Download File[Kembali]

[menuju awal]