Termometer Digital tanpa Mikrokontroler ini merupakan tugas besar mata kuliah Elektronika Digital yang dibimbing oleh Bapak Mochammad Rif an, ST., MT. Pada perancangan ini hanya dibatasi pengukuran suhu dari 30 sampai 35 derajat celcius.

Spesifikasi Rancangan

Spesifikasi rancangan yang digunakan , input berupa sensor tipe LM 35, rangkaian pengondisi sinyal berupa penguat non inverting dengan IC LM 324, IC ADC tipe 0804, IC gerbang NOT 74LS04, IC gerbang AND 74LS11, IC dekoder BCD ke Seven Segment 74LS47, dan Seven Segment.

Blok Diagram Sistem

Untuk melakukan pengukuran terhadap suhu yang terpenting adalah keberadaan sensor yang sensitif terhadap perubahan suhu. Keluaran dari sensor tersebut nantinya akan diolah oleh ADC (Analog to Digital Converter) dan setelah itu diproses dekoder. Untuk dapat diolah oleh ADC, diperlukan adanya rangkaian pengkondisi sinyal yang fungsinya untuk menyesuaikan sinyal output sensor dengan input ADC. Keseluruhan sistem tersebut diatas secara jelas dapat dilihat pada blok diagram dibawah ini :

Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Dari datasheet diketahui bahwa output sensor LM 35 memiliki sensitivitas 10 mV / ⁰C. Dengan range pengukuran antara 30 – 35 ⁰C , sehingga range output sensor adalah 0,3 mV – 0,35 mV. Pada ADC dengan Vref  = 5 volt,  diperlukan tegangan input optimal sebesar :

Bila diinginkan suhu yang dibaca adalah 35 ⁰C maka masukan rangkaian pengondisi sinyal adalah 0,35 V. Sehingga gain yang diinginkan sebesar 1,98047 ((10000:10199,19)+1= 1,98047 )

Dikarenakan Rangkaian penguat non-inverting salah satu masukannya adalah ground di kutub inverting, maka cocok pula untuk keluaran sensor yang satu pula keluarannya.

Berikut merupakan perhitungan untuk mendapatkan gain dari penyusunan resistornya yaitu R2 dan R1, Vin merupakan Vout dari Lm 35

Op-amp yang digunakan sebagai rangkaian pengondisi sinyal adalah IC LM 324.

Analog to Digital Converting

Analog to Digital Converter adalah sebuah piranti elektronika yang dirancang untuk dapat mengubah sinyal analog manjadi sinyal digital. Pada perancangan ini menggunakan IC ADC 0804 yang dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan dibuat.

Decoder Biner to BCD

Dekoder yang digunakan berupa gerbang NOT dan AND. Analisis mengenai gerbang NOT dan AND yang sama – sama merupakan Keluarga TTL dapat dilihat pada Gambar

Saat masukan gerbang NOT berlogika LOW maka kelurannya berlogika HIGH, sehingga VOH (min) = 2,7 V dan VIH (min) = 2,0 V pada gerbang AND, jadi tidak masalah antara bila masukan NOT berlogika LOW untuk level tegangannya. Saat logika HIGH terjadi pada keluaran NOT maka timbul arus yang mengalir dari Vcc gerbang NOT menuju GND pada gerbang AND. Besarnya IOH (max) = – 0,4 mA besarnya IIH (max) = 20 uA, jadi tidak ada masalah untuk level arusnya. Fan-out saat logika HIGH untuk hubungan antara keduanya dari perhitungan adalah 20 ( 0,4 mA : 20 uA = 20).

Saat masukan gerbang NOT berlogika HIGH maka keluarannya berlogika LOW, sehingga VOL (max) = 0,4 V dan VIL (max) = 0,8 V pada gerbang AND, jadi tidak ada masalah pada level tegangannya. Saat logika LOW terjadi pada keluaran NOT maka timbul arus yang mengalir dari Vcc gerbang AND menuju GND pada gerbang NOT. Besarnya IOL (max) = 0,8 mA besarnya IIL (max) = -400 uA, jadi tidak ada masalah untuk level arusnya. Fan-out saat logika LOW untuk hubungan antara keduanya dari perhitungan adalah 20 ( 8 mA : 400 uA = 20).

Fan-out untuk logika HIGH dan LOW dari 74LS04 adalah 20, maksudnya dari IC ini dapat terhubung dengan 20 gerbang dengan tipe 74LSXXTTL. Bila terdapat dua perbedaan Fan-out saat logika HIGH dan LOW maka dipilih yang paling sedikit.

Decoder BCD to Seven Segment

Dekoder BCD ke 7 segment jenis TTL adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah kode bilangan biner BCD (Binary Coded Decimal) menjadi data tampilan untuk penampil/display 7 segment yang bekerja pada tegangan TTL (+5 volt DC). Adapun konfigurasi Pin IC 7447 Dekoder BCD Ke 7 Segmen :

Jalur input data BCD

Pin input ini terdiri dari 4 line input yang mewakili 4 bit data BCD dengan sebutan jalur input A, B, C  dan D.

Jalur ouput 7 segmen

Pin output ini berfungsi untuk mendistribusikan data pengkodean ke penampil 7 segmen. Pin output dekoder BCD ke 7 segmen ini ada 7 pin yang masing-masing diberi nama a, b, c, d, e, f dan g.

Jalur LT (Lamp Test)

Berfungsi untuk menyalakan semua led pada penampil 7 segmen, jalur LT akan aktif pad saat diberikan logika LOW pad jalut LT tersebut.

Jalur RBI (Riple Blanking Input)

Berfungsi untuk menahan sinyal input (disable input), jalur RBI akan aktif bila diberikan logika LOW. Jalur RBO (Riple blanking Output) yang berfungsi untuk menahan data output ke penampil 7 segmen (disable output), jalur RBO ini akan aktif pada sat diberikan logika LOW.

Pada perancangan ini digunakan dua IC 7447, yang pertama untuk menampilkan puluhan pada seven segment dan yang kedua untuk menampilkan satuan pada seven segment.Berdasarkan penyederhanaan yang dilakukan menggunakan peta karnaugh, maka didapatkan fungsi masukan :

Puluhan

A=0 ; B=0 ; C=1 ; D=1

Satuan

E=0 ; F=X6’X7 ; G=X7’ ; H=X8

Seven Segment

Seven Segment tersusun atas tujuh LED yang tersusun membentuk angka delapan yang masukannya diberi nama a, b, c, d, e, f, g dan satu lagi untuk dot atau titik. Satiap segmen terdiri dari satu atau dua LED, salah satu terminal LED dihubungkan menjadi satu sebagai kaki common.

Terdapat dua jenis seven segment, yang pertama adalah common anoda yaitu semua anoda LED di dalam seven segment dihubungkan ke Vcc, maka common anoda ini akan aktif jika diberi logika LOW. Yang kedua dalah common katoda, yaitu semua katoda LED di dalam seven segment dihubungkan ke Ground, maka common katoda ini akan aktif jika diberi logika HIGH.

Di dalam perancangan ini digunakan seven segment jenis common anoda karena disesuaikan dengan decoder yang digunakan yaitu 7447. Jika menggunakan decoder 7448 sebaiknya menggunakan seven segment common katoda.

Setiap LED pada segmen membutuhkan arus 20 mA (IF) dan tegangan 2 volt (VF), sehingga :

2 = 5 – (0,002R)

3 = 0,002R

R = 150 Ω

Berdasarkan penjelasan di atas maka rangkaian lengkap dari decoder biner ke BCD, Dekoder BCD ke Seven Segment, dan Seven Segment adalah sebagai berikut: