Thoriq Aziz Muslim - 201110130311071

MAKALAH TUGAS AKHIR

MEMBUAT FREKUENSI-METER SEDERHANA

 

Disusun Oleh:

Thoriq Aziz Muslim     201110130311071

TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2013

I.                   FREKUENSI METER

        Frekuensi meter adalah meter yang digunakan untuk mengukur banyaknya pengulangan gerakan periodik perdetik. Gerakan periodik seperti detak jantung, ayunan bandul jam. Ada dua jenis frekuensi meter analog dan digital. Frekuensi meter analog merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran frekuensi dan yang berkaitan dengan frekuensi. Terdapat beberapa jenis frekuensi meter analog diantaranya jenis batang atau lidah getar, alat ukur ratio dan besi putar. Dalam mengukur frekuensi atau waktu perioda secara elektronik dapat dilakukan dengan banyak cara.

        Frekuensi meter digital sederhana memiliki banyak aplikasi . Hal ini sudah biasa menjadi percobaan pada Laboratorium digital. Adapun kegunaannya untuk mengukur dan menampilkan frekuensi secara digital.

Gambar Blok Diagram Frekuensi meter

II.                PRINSIP KERJA

        Sinyal yang akan diukur frekuensinya diubah menjadi barisan pulsa, satu pulsa untuk setiap siklus sinyal. Kemudian jumlah pulsa yang terdapat pada interval waktu tertenu dihitung dengan counter elektronik. Karena pulsa ini dari siklus sinyal yang tidak diketahui, jumlah pulsa pada counter merupakan frekuensi sinyal yang diukur. Karena counter elektronik ini sangat cepat, maka sinyal dari frekuensi tinggi dapat diketahui. Sinyal frekuensi yang tidak diketahui dimasukkan pada schmitt trigger.

        Sinyal diperkuat sebelum masuk Schmitt Trigger. Dalam Schmitt Trigger sinyal diubah menjadi gelombang kotak (kotak) dengan pulsa, satu pulsa untuk setiap siklus sinyal. Pulsa keluaran Schmitt Trigger masuk ke gerbang start-stop. Bila gerbang terbuka (start), pulsa input melalui gerbang ini dan mulai dihitung oleh counter elektronik. Bila pintu tertutup (stop), pulsa input pada counter berhenti dan counter berhenti menghitung. Counter memperagakan (display) jumlah pulsa yang telah masuk melaluinya antara interval waktu.

        Untuk mengetahui frekuensi sinyal input, interval waktu gerbang antara start dan stop harus diketahui dengan teliti. Time base terdiri dari osilator kristal dengan frekuensi tetap, schmit trigger, dan pembagi frekuens. Osilator diketahui sebagai osilator clock harus sangat teliti, supaya ketepatannya baik, kristal ini dimasukkan ke dalam oven bertemperatur konstan.

        Output dari osilator frekuensi konstan masuk ke Schmitt Trigger start dan stop. Bila interval waktu ini diketahui, kecepatan dan frekuensi pulsa sinyal input dapat diketahui. Misalnya f adalah frekuensi dari sinyal input, N jumlah pulsa yang ditunjukkan counter dan t adalah interval waktu antara start dan stop dari gerbang.

III.             SINYAL GENERATOR

        Merupakan sebuah alat untuk menghasilkan sinyal berupa sinusoida, pulsa, segitiga, dan bentuk lain.

IV.              7 SEGMENT

Seven Segment adalah suatu segmen- segmen yang digunakan menampilkan angka.  Seven segment merupakan display visual yang umum digunakan dalam dunia digital. Seven segment sering dijumpai pada jam digital, penujuk antrian, diplay angka digital dan termometer digital. Penggunaan secara umum adalah untuk menampilkan informasi secara visual mengenai data-data yang sedang diolah oleh suatu rangkaian digital.

Seven segmen ini tersusun atas 7 batang  LED yang disusun membentuk angka 8 yang penyusunnya menggunakan diberikan lebel dari ‘a’ sampai ‘g’  dan satu lagi untuk dot point (DP). Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Diode ( LED ). salah satu terminal LED dihubungkan menjadi satu sebagai kaki common.

Jenis-jenis Seven Segment :

1. Common Anoda

Semua anoda dari LED dalam seven segmen disatukan secara parallel dan semua itu dihubungkan ke VCC, dan kemudian LED dihubungkan melalui tahanan pembatas arus keluar dari penggerak LED. Karena dihubungkan ke VCC, maka COMMON ANODA ini berada pada kondisi AKTIF LOW (led akan menyala/aktif bila diberi logika 0).

2. Common Katoda

Merupakan kebalikan dari Common Anoda.  Disini semua katoda disatukan secara parallel dan dihubungkan ke GROUND. Karena seluruh katoda dihubungkan ke GROUND, maka COMMON KATODA ini berada pada kondisi AKTIF HIGH (led akan menyala/aktif bila diberi logika 1).

Prinsip Kerja :

Prinsip Kerja Seven Segmen ialah input biner pada switch dikonversikan masuk ke dalam decoder, baru kemudian decoder mengkonversi bilangan biner tersebut menjadi decimal, yang nantinya akan ditampilkan pada seven segment.

Seven segment dapat menampilkan angka-angka desimal dan beberapa karakter tertentu melalui kombinasi aktif atau tidaknya LED penyusunan dalam seven segment. Untuk memudahkan penggunaan seven segment, umumnya digunakan sebuah decoder( mengubah/ mengkoversi input bilangan biner menjadi decimal) atau seven segment driver yang akan mengatur aktif tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan nilai biner yang diberikan.

Dekoder BCD ke seven segment digunakan untuk menerima masukan BCD 4-bit dan memberikan keluaran yang melewatkan arus melalui segmen untuk menampilkan angka desimal. Jenis dekoder BCD ke seven segment ada dua macam yaitu dekoder yang berfungsi untuk menyalakan seven segment mode common anoda dan dekoder yang berfungsi untuk menyalakan seven segment mode common katoda. Contoh IC converter BCD to Seven Segment untuk 7-segment Common Anoda pake decoder IC TTL 7447 untuk Common Katoda pake IC TTL 7448.

Salah satu contoh saja, IC 74LS47 merupakan dekoder BCD ke seven segment yang berfungsi untuk menyalakan seven segmen mode common anode. Gambar dan konfigurasi pin IC 74LS47 ditunjukkan pada gambar berikut :

Dekoder BCD ke seven segment mempunyai masukan berupa bilangan BCD 4-bit (masukan A, B, C dan D). Bilangan BCD ini dikodekan sehingga membentuk kode tujuh segmen yang akan menyalakan ruas-ruas yang sesuai pada seven segment. Masukan BCD diaktifkan oleh logika ‘1’, dan keluaran dari dekoder 7447 adalah aktif low. Tiga masukan ekstra juga ditunjukkan pada konfigurasi pin IC 7447 yaitu masukan (lamp test), masukan (blanking input/ripple blanking output), dan (ripple blanking input).

Berikut adalah Tabel kebenaran dari IC 74LS47 :

Pada

Konfigurasi pin IC 7447 yaitu masukan (lamp test), masukan (blanking input/ripple blanking output), dan (ripple blanking input).

LT' , Lamp Test, berfungsi untuk mengeset display, bila diberi logika ‘0’ maka semua keluaran dari IC ini akan berlogika 0. Sehingga seven segment akan menunjukkan angka delapan (8). BI'/RBO' , Blanking Input/Row Blanking Output, berfungsi untuk mematikan keluaran dari IC. Bila diberi logika “0” maka semua keluaran IC akan berlogika “1” dan seven segment akan mati.

RBI' , Row Blanking Input, berfungsi untuk mematikan keluaran dari IC jika semua input berlogika “0”. Bila diberi logika “0”, diberi logika “1” dan diberi logika “0” maka semua keluaran IC akan berlogika “1” dan seven segment akan mati.

V.                 CARA KERJA

        Frekuensi meter dibuat hanya dari komponen umum ( logika ), tanpa mikroprosesor ( mikrokontroler ) yang harus diprogram .

Dasarnya adalah 74390 penghitung double desimal ( 74HC390 - CMOS , 74LS390 - bipolar ) . Oscillator dengan IC 555 menentukan waktu penghitungan. Dengan nilai-nilai komponen yang tercantum dalam diagram skematik di bawah ini , waktu penghitungan adalah 1s . Oleh karena itu, frekuensi meter mengukur dengan resolusi 1Hz.

        Adapun komponen Display adalah DIS1417 atau TIL311. Komponen tersebut telah membangun sirkuit Latch dan decoder dari BCD ke 7 segmen. Ini menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan yang eksternal . Jika kita ingin menggunakan standar layar 7 - segmen , itu akan diperlukan untuk menggunakan Latch eksternal (misalnya 4 - bit 7475 / 74HC75 / 74LS75 8 - bit atau 74.373 ) dan decoder ( misalnya 7447 atau 4543 ).

        Circuit 555 ( IC1 ) menghasilkan sinyal persegi panjang pada output ( pin 3 ) tinggal di log 1 selama 1 detik , diikuti dengan gelombang pendek log 0 . Selama log 1 counter menghitung , selama pulsa negatif data pada layar segar dan counter di-reset .

        Hal ini dilakukan dalam dua langkah :

1. Pada bagian Lembah gelombang (falling edge) fitur LATCH dimatikan dan nilai-nilai di counter transmitter untuk menampilkan , dan

2. Pada bagian bukit gelombang (rise edge), kemudian me-reset counter untuk siklus penghitungan berikutnya .

        Frekuensi meter pada kebijakan skematis dalam kisaran 0-9999 Hz dengan resolusi 1 Hz . Namun, sejumlah digit dapat dipilih dan juga kita dapat memilih periode pengukuran yang berbeda. Jika kita memilih 0,1 s , itu akan mengukur sampai 99,99 kHz dengan resolusi 10 Hz . Jika kita memilih 0,01 s , frekuensi meter akan mengukur frekuensi sampai 999,9 kHz dengan resolusi 100Hz . Ketika kita memilih interval penghitungan pendek adalah tepat untuk memperpanjang log 0 untuk mengurangi refresh rate . Jika tampilan refresh 10x atau bahkan 100x per detik, nilai bisa terbaca selama pengukuran frekuensi yang bervariasi . Keuntungan mengendalikan waktu pengukuran dengan osilator RC dengan 555 rangkaian adalah kesederhanaannya . Kelemahannya adalah akurasi sedikit lebih buruk . Untuk pengukuran yang lebih akurat, dapat menggunakan osilator kristal.

VI.             LAMPIRAN

Gambar Skema Rangkaian Frekuensi meter Sederhana dengan IC 74390

CHOYIN SETYO BAGUS(201110130311069)

Frekeunsi adalah jumlah getaran atau gelombang dalam jangka waktu 1 detik. Frekuensi meter yaitu suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur frekuensi sinyal/gelombang listrik.. Prinsip kerja Frekuensi meter adalah Sinyal yang akan diukur frekuensinya diubah menjadi barisan pulsa, satu pulsa untuk setiap siklus sinyal. Kemudian jumlah pulsa yang terdapat pada interval waktu tertenu dihitung dengan counter elektronik. Karena pulsa ini dari siklus sinyal yang tidak diketahui, jumlah pulsa pada counter merupakan frekuensi sinyal yang diukur. Karena counter elektronik ini sangat cepat, maka sinyal dari frekuensi tinggi dapat diketahui.

BLOK DIAGRAM FREQUENCY METER

Fungsi setiap bagian

@Input = masukan sinyal yang diberikan kepada rangkain.

@Amplifier = rangkaian komponen elektronika yang dipakai untuk menguatkan daya (atau tenaga secara umum). Dalam hal ini yang dikuatkan adalah sinyal dari input.

Gambar Op-Amp

@Schmitt Trigger = Schmitt trigger merupakan salah satu multivibrator astable. Multivibrator astabil adalahsuatu rangkaian yang mempunyai dua state dan yang berosilasi secara kontinu guna menghasilkan bentuk gelombang persegi atau pulsa di outputnya. Pada multivibrator astabil, outputnya tidak stabil pada setiap state, tapi akan berubah secara kontinu dari 0 ke 1 dan dari 1 ke 0

            Gambar simulasi Schmitt Trigger

Gambar Rangkaian Schmitt Trigger

Gambar IC 74HC14 Schmitt Trigger

@Timer =Merupakan input (masukan) yang yang berupa clock.

·         Flip- Flop (Multivibrator Bistabil) yaitu mltivibrator yang memiliki output dengan dua keadaan stabil.Output rangkaian akan lompat ke satu kondisi (Flip) saat dipicu dan bergeser kembali ke kondisi lain(Flop) jika dipicu dengan pulsa Trigger berikutnya.Pada rangkaian ini Flip-Flop yang digunakan adalah JK Flip-Flop.  J dan K berkondisi 1, sehingga keluarannya akan berupa toogel atau berubah ubah kondisi dari 0 ke 1 dan sebaliknya saat kondisi clock berubah kondisi dari 0 ke 1. Keluaran Q dari JK flip flop di hubungkan ke masukan AND yang kedua.

·         And Gate adalah Gerbang logika yang akan menghasilkan output berlogika high(1) jika semua input  berlogika high(1),dan akan menghasilkan output berlogika low(0) jika salah satu input berlogika low(0).Dilambangkan dengan logika dot(.)atau perkalian

A	B	F=AB
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Tabel Kebenaran Gerbang And

·         Decade Counter

Decade Counter 2 akan ditrigger oleh Decade counter 1 pada saat kondisi output decade counter 1 berubah dari 1001 ke 0000

Decade Counter 3 akan ditrigger oleh Decade counter 2 pada saat kondisi output decade counter 2 berubah dari 1001 ke 0000

Untuk frequensi pada setiap decade counter terdapat selisih 1/10 Hz. Pada input Frequensi didapat 1kHz, kemudian setelah masuk pada Decade counter1 frequensi menjadi 100Hz. Setelah itu, Frequensi berkurang hingga didapat pada decade counter 3 menjdi 1HZ.

.

@Gerbang D-Latch adalah D flip-flop merupakan modifikasi dari RS flip-flop memakai clock. Input D disalurkan secara langsung ke S.

@Decoder adalah alat yang di gunakan untuk dapat mengembalikan proses encoding sehingga kita dapat melihat atau menerima informasi aslinya. Pengertian Decoder juga dapat di artikan sebagai rangkaian logika yang di tugaskan untuk menerima input input biner dan mengaktifkan salah satu outputnya sesuai dengan urutan biner tersebut. Kebalikan dari decoder adalah encoder.

Fungsi Decoder adalah untuk memudahkan kita dalam menyalakan seven segmen. Itu lah sebabnya kita menggunakan decoder agar dapat dengan cepat menyalakan seven segmen. Output dari decoder maksimum adalah 2n. Jadi dapat kita bentuk n-to-2n decoder. Jika kita ingin merangkaian decoder dapat kita buat dengan 3-to-8 decoder menggunakan 2-to-4 decoder. Sehingga kita dapat membuat 4-to-16 decoder dengan menggunakan dua buah 3-to-8 decoder.

Binary to 7 segment decoder  merupakan pengubah keluaran decoder yang berupa decimal menjadi Biner yang akan dilanjutkan pada sebuah 7-segmen.

@7segmen = Seven Segment adalah suatu segmen-segmen yang digunakan menampilkan angka. Seven segment ini tersusun atas 7 batang led yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a s/d g yang disebut dot matrix. Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Diode ( LED ). Seven Segment merupakan gabungan dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) yang dirangkaikan membentuk suatu tampilan angka.

Dalam kasus ini rangkaian diaplikasikan dalam program Proteus

Rangkaian ini menggunakan beberapa komponen yaitu :

ü  IC 74LS 90 yang berfungsi sebagai counter atau penghitung dalam rangkaian, IC ini hanya dapat menghitung dari 0 sampai dengan 9.

ü  IC 74LS 47 merupakan dekoder BCD ke seven segment yang berfungsi untuk menyalakan sevent segment mode common anode

ü  IC 74LS171 merupakan IC yang didalamnya terdapat D-Latch

ü  IC 74LS107  merupakan ic yang didalamnya terdapat JK Flip-Flop

ü  IC 74HC14 merupakan IC yang terdapat rangkaian D-Ltch

ü  Oscillator adalah alat yang digunakan untuk mengetahui hasil outputan dalam suatu rangkaian frekuensi meter berupa inyal pulsa.

ü  Seven Segment merupakan salah satu perangkat layar untuk menampilkan sistem angka decimal.

ü  Gerbang And adalah Gerbang logika yang akan menghasilkan output berlogika high(1) jika semua input  berlogika high(1),dan akan menghasilkan output berlogika low(0) jika salah satu input berlogika low(0).

Prinsip Kerja

·         Sinyal yang akan diukur frekuensinya diubah menjadi barisan pulsa,satu pulsa untuk setiap siklus sinyal.kemudian jumlah pulsa yang terdapat pada interval waktu tertentu dihitung dengan counter elektronik.Karena pulsa ini dari siklus sinyal yang tidak diketahui,jumlah pulsa pada counter merupakan frekuensi sinyal yang diukur.Karena counter elektronik ini sangat cepat,maka sinyal dari frekuensi tinggi dapat diketahui.Sinyal diperkuat sebelum masuk Schmitt Trigger lalu diubah menjadi gelombang kotak dengan pulsa,satu pulsa untuk setiap siklus sinyal. Pulsa keluaran Schmitt Trigger masuk ke gerbang start-stop. Bila gerbang terbuka (start), pulsa input melalui gerbang ini dan mulai dihitung oleh counter elektronik.Begitupun sebaliknya bila gerbang tertutup. Time base terdiri dari osilator kristal dengan frekuensi tetap, schmit trigger, dan pembagi frekuensi. Output dari osilator frekuensi konstan masuk ke Schmitt Trigger start dan stop. Bila interval waktu ini diketahui, kecepatan dan frekuensi pulsa sinyal input dapat diketahui. Interval waktu antara pulsa-pulsa ini adalah time base dan dapat dipilih dengan switch selektor (switch pemilih). Pernyataan simbolik dari rangkaian flip-flop (FF),  Flip-flop berfungsi sebagai gerbang start dan stop dan ini adalah rangkaian multivibrator bistable dan mempunyai dua keadaan seimbang. J dan K berkondisi 1, sehingga keluarannya akan berupa toogel atau berubah ubah kondisi dari 0 ke 1 dan sebaliknya saat kondisi clock berubah kondisi dari 0 ke 1. Keluaran Q dari JK flip flop di hubungkan ke masukan AND yang kedua. tegangan positif diberikan pada salah satu terminal input, gerbang terbuka dan tetap terbuka selama tegangan positif tetap pada input tersebut. Outputan dari gerbang AND digunakan untuk input dari decade counter yang pertama output dari decade pertama sebagai inputan dari decade ke dua dan output ke dua sebagai input dari decade counter ke tiga. masukan dari decade counter yang pertama yang memiliki frekuensi 1 khz, akan berubah menjadi 1/10 nya pada rangkaian decade, kemudian output dari Decade counter di paralel dengan D Latch sehingga sinyal dari Dlatch akan di kombinasikan dengan klock dari  inputan flip flop Q not counter yang kedua, dan seterusnya apabila terdapat rangkaian decade counter lagi lalu dari Outputan kombinasi antara Klock dari JK flip Flop dan Dlatch digunakan sebagai inputan dari driver BCD untuk menampilkan ke seven segment agar mempermudah untuk melihat berapa frekuensi yang dihasilkan dari rangkaian. Digital Frequency Meter. Dalam rangkaian ini frekuensi yang terhitung adalah 69Hz.