Analog I/O dan Digital I/O – Teknologi automasi di sekitar kita berkaitan baik dengan digital I/O dan analog I/O. Keduanya umum digunakan untuk mikrokontroler dan pembelajaran mesin seperti PLC (Programmable Logic Controller) dan DCS (Distributed Control System). PLC menerima dan memproses data masukan (input) dan menghasilkan keluaran (output) bergantung pada baris program yang sudah ada.
Baik digital dan analog I/O adalah hal mendasar untuk rangkaian dan aplikasi pemrosesan sinyal. Baik keduanya memiliki karakteristik, kelebihan, dan kekurangan masing-masing. Sekarang kita akan mempelajari tentang digital I/O dan analog I/O, semuanya tentang perbedaan dan menjawab beberapa pertanyaan umum.
Baik analog I/O dan digital I/O digunakan khususnya pada sektor industri, industri daya, dan tentu saja, teknologi robotika. Sebuah PLC adalah contoh sederhana dari I/O ini.
Apa itu I/O
Kita tidak dapat memulai pembelajaran mengenai digital I/O dan analog I/O jika kita belum tahu tentang apa itu I/O. Mungkin beberapa dari kalian sudah tahu bahwa I/O adalah Input/Output. Input (masukan) ini menentukan bagaimana mesin harus bekerja sesuai dengan baris program yang sudah ada dalam kontroler. Program akan menentukan output (keluaran) apa yang harus diberikan oleh mesin.
Input (masukan) adalah energi atau informasi yang masuk ke sistem sedangkan output (keluaran) adalah energi atau informasi yang meninggalkan sistem. Input dan output ini adalah metode agar kita dapat berinteraksi dengan mesin dan kebalikannya. Input biasanya berhubungan dengan saklar, potensiometer, sensor, kamera, dan banyak lagi. Output biasanya berhubungan dengan motor listrik, perangkat pencahayaan, alarm, dan banyak lagi.
Perbedaan Analog I/O dan Digital I/O
Kita dapat membedakan antara analog I/O dan digital I/O melalui sensor dan pemrosesan sinyal keduanya. Sebagai ilustrasi kita dapat menggunakan kontrol ketinggian air. Kontrol ketinggian air ini akan memberi tahu kita apakah air di dalam tangki air sudah penuh atau belum. Tentu saja, menggunakan digital I/O atau analog I/O akan memberikan hasil yang berbeda. Perlu diingat bahwa data digital hanya memiliki nilai “0” dan “1”. Di sisi lain, data analog dapat bervariasi dalam range data antara 0 dan 1.
Sensor Input Analog vs Input Digital
Ilustrasikan kita ingin menciptakan kontrol ketinggian air untuk keperluan sendiri. Kalian dapat memilih antara input analog atau input digital. Input analog berarti kalian ingin mengetahui ketinggian air pada saat itu. Sebaliknya, input digital berarti kalian hanya ingin mengetahui apakah tangki air penuh atau tidak.
1. Sensor input digital: saklar sederhana yang terhubung ke pelampung dapat mendeteksi apakah tangki air penuh atau tidak. Pelampung diletakkan pada titik tertentu di bawah mulut tangki air. Ketika air mendorong pelampung, hal itu kana mengubah posisi saklar dari 0 ke 1 atau sebaliknya. Kita dapat mengatur 0 untuk indikator kosong dan mengatur 1 untuk indikator penuh atau sebaliknya.
2. Sensor input analog: potensiometer geser (slider potentiometer) terhubung ke pelampung dapat memberikan kita ketinggian air dalam tangki air. Pelampung akan menggerakkan slider ke atas dan ke bawah sesuai ketinggian air. Potensiometer geser ini terhubung ke sumber tegangan dan menghasilkan tegangan keluaran dengan nilai variabel antara 0-100%. Dengan nilai variabel, kita dapat tahu ketinggian air dengan akurat. Kita dapat memperoleh ini dengan mengkonversi data ke tampilan LCD dengan mikrokontroler. Hal ini dikenal dengan Analog to Digital Converter.
Nantinya, kita dapat menghubungkan ini lebih jauh dengan indikator lampu darurat, LCD, speaker, dan bahkan motor pompa air. Contoh-contoh ini adalah keluaran analog yang dapat kita pasang dengan mudah.
- Lampu darurat. Ketika tangki air penuh, lampu berwarna merah dapat menyala. Jika tangki air tidak penuh, lampu berwarna hijau dapat menyala.
- Speaker atau sirine. Ketika tangki air penuh, kontroler dapat menyalakan sirine. Jika tangki air tidak penuh, kontroler dapat mematikan sirine.
- Motor pompa air. Ketika tangki air penuh, kontroler dapat mematikan motor. Ketika tangki air tidak penuh, kontroler dapat menyalakan motor. Kita juga dapat mengatur kecepatan motor sesuai dengan ketinggian air. Kita dapat mempercepat atau memperlambat kecepatan motor.
- LCD. Kita dapat menggunakan tampilan LCD untuk menunjukkan kondisi tangki air atau bahkan menunjukkan nilai yang bervariasi jika menggunakan input analog.
Analog I/O vs Digital I/O : Proses Data
Setelah membandingkan input analog dan input digital, kita akan berdiskusi waktu pemrosesan data analog dan digital.
- Data analog diproses secara berkelanjutan. Setiap saat input berubah, output juga akan berubah. Delay waktu bergantung pada kecepatan elektron yang mana kita sudah tahu hampir tidak mungkin tahu delay waktunya.
- Data digital diproses dalam waktu diskrit (discrete time). Delay waktu bergantung pada datasheet perangkat yang digunakan. Delay waktu dihitung dari frekuensi sampling, yang bergantung pada crystal atau komponen clock dalam perangkat tersebut.
Melihat kembali pada kontrol ketinggian air, aplikasi dari potensiometer geser dapat ditemukan pada pemrosesan analog dan digital:
- Potensiometer geser dengan pemrosesan data analog: karena pemrosesan analog adalah berkelanjutan, setiap perubahan pada ketinggian air dapat terdeteksi oleh pelampung dan hasil dari potensiometer dapat ditampilkan pada tampilan LCD. Tampilan LCD dapat menunjukkan hasil antara 0-100% dari tingkat kepenuhan tangki air.
- Potensiometer geser dengan pemrosesan data digital: karena pemrosesan digital adalah diskrit dan menghasilkan data biner “0” dan “1”, kita tidak dapat menampilkan ketinggian air dengan nilai 0-100%. Kita dapat membagi nilai potensiometer menjadi 4 bagian dengan membagi nilai tegangan menjadi 0, 25%, 50%, 75%, dan 100%. Nilai persentase ini diwakilkan dengan bilangan biner 0, 1, 2, dan 3. Kita dapat menampilkan 4 nilai persentase ini menggunakan LCD.
Kenapa Digital I/O Lebih Baik
Ketika kita berbicara mengenai teknologi maju seperti robotika, input digital, output digital, dan pemrosesan digital lebih unggul daripada analog. Kenapa demikian? Simak di bawah:
- Karena kita harus membuat program untuk robot, kita memerlukan komputer. Dan seperti yang telah kalian ketahui, komputer menggunakan pemrosesan data digital.
- Data digital memiliki gangguan elektrik (noise) lebih sedikit ketika proses transmisi data.
- Pemrosesan data digital memiliki biaya operasi lebih murah daripada pemrosesan data analog dan memiliki aplikasi yang lebih luas.
Selain keunggulan digital I/O pada teknologi maju, dunia kita secara mayoritas memiliki analog I/O dan akan selalu seperti itu. Tetapi ada trik rahasia untuk mengurangi gangguan elektrik pada data analog, kita perlu mengubahnya ke data digital segera. Metode ini dapat diperoleh dengan Analog to Digital Converter (ADC).
Apa itu Input Digital
Input digital menggunakan data digital yang merupakan bilangan biner “0” dan “1”. Bilangan “0” dan “1” ini pada dasarnya adalah nilai tegangan. Bilangan “0” mewakili nol volt atau tidak ada input tegangan. Bilangan “1” mewakili 5 volt hingga 220 volt atau ada input tegangan. Untuk memperoleh ini, kita dapat menggunakan sensor, saklar, atau push-button untuk menghubungkan atau memutus jalur sumber tegangan. Karena kita hanya memiliki “0” dan “1”, ini berarti keduanya hanya dapat digunakan untuk “ON” dan “OFF”.
Baca juga : Osilator jembatan Wien
Apa itu Output Digital
Seperti input digital, kita hanya menggunakan data biner (0 dan 1) untuk menghasilkan output. Contoh paling sederhana dari output digital adalah bola lampu. Output akan menyalakan bola lampu atau mematikan bola lampu. Contoh lain dapat ditemukan pada kontak dalam relay, solenoid valve, lampu, atau contoh lain yang dapat beroperasi dengan kondisi ON atau OFF.
Apa itu Input Analog
Tidak seperti input digital, input analog dapat menerima perubahan berkelanjutan bergantung pada kecepatan elektron (hampir secara instan). Tentu saja, tidak seperti input digital yang menggunakan tegangan konstan sebagai data, input analog menggunakan tegangan yang bervariasi antara 0-100% bergantung pada tegangan maksimum.
Andaikan kita memiliki tegangan masukan DC 10V maka input analog dapat bervariasi antara 0-10 VDC atau 0-100% dari 10 VDC. Sebagai contohnya, kita dapat menggunakan range tegangan ini dengan potensiometer. Ketika potensiometer memiliki 50% resistansi maka akan menghasilkan 5 VDC (50% dari tegangan maksimum VDC). Jika resistansi mencapai 90% maka tegangan akan menjadi 9 VDC (90% dari tegangan maksimum VDC). Skala pembagian ini dapat kita atur sesuai keinginan kita.
Apa itu Output Analog
Sama seperti input analog, output analog juga menghasilkan hasil berkelanjutan. Jika input berubah, maka output juga berubah hampir secara instan. Implementasi output analog dapat dilihat pada meteran seperti voltmeter, ammeter, ohmmeter, meteran tekanan, meteran ketinggian air, dan lain-lain.
