ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581 ABSRACT ABSTRAK PENDAHULUAN DASAR TEORI. 1. Slot ekspansi. Setyadi WS, dkk.

Transkripsi

1 Setyadi WS, dkk. ISSN ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581 Setyadi WS, Waris Santoso P3TM-BATAN ABSTRAK ADD ON C4RD MULTICHANNEL ANALYZER MENGGUNAKAN ADC CANBERRA ND 581. Te/ah dikonstruksi Add On Card MCA dengan ADC Canberra ND 58/ buatan Canberra. Antarmuko yang menjembatani antara komputer pribadi dengan ADC Canberra ND 581, sehingga membentuk suatu Add On Card MCA menggunakonlsa bus dengan sistim transfer data 16 bit. Hasi/ pengujian statis MCA dengan menggunakon pu/ser didapatkon waktu mati 7% pada frekuensi pu/ser 7 KHz. Pengujian dinamis MCA ini di/akukan dengan mencacah sumber standard Co-60. Na-22 dan Cs-137 serta membandingkannya dengan MCA sejenis yaitu PCA-II buatan Nuc/ear Data m~nunjukkan waktu mati yang /ebih keci/. ABSRACT ADD ON CARD MULTICHANNEL ANALYZER (MCA) USING ADC ND 581. Add On Card MCA using ADC ND 581 made by Canberra Corp has been constructed. The interface designed for 16 bit data transfer using ISA bus. Static test by using pulser with 7 KHz frequency showed 7% of dead time. Dynamic test with Co-60, Na-]] and Cs-137 radio active standard source and compared to the same type of MCA. PCA II made by Nuclear Data showed smaller dead-time PENDAHULUAN S pektroskopi radiasi merupakan suatu analisis sumber radiasi dengan mengukur distribusi tenaga radiasi dari sumber radiasi tersebut. Spektroskopi merupakan suatu piranti yang dapat memisahkan pulsa-pulsa keluaran dari suatu detektor sesuai dengan ukuran tinggi pulsa. Karena ukuran tinggi pulsa sebanding dengan tenaga radiasi yang terdeteksi, maka keluaran spektrometer memberikan informasi rinci yang berguna dalam mengidentifikasi sumber radiasi serta dalam penentuan intensitasnya. Untuk melakukan spektroskopi nuklir tersebut diperlukan perangkat spektroskopi berupa penganalisis tinggi pulsa. Penganalisis tinggi pulsa dapat berupa multi channel analyzer (MCA)(I). Perkembangan komputer yang pesat memberikan kemudahan clan semakin luas pemanfaatannya serta hasil yang diberikan semakin memuaskan. Perkembangan ini perlu diantisipasi sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengatasi keterbatasan dan kekurangan yang terdapat rancang bangun MCA sebelumnya (2.3.4) Pada makalah ini dibahas konstruksi antarmuka yang menjembatani antara komputer dengan Analog to Digital Converter (AD~) tipe ND 581 buatan Canberra clan dengan menggunakan perangkat lunak membentuk suatu Add On Card MCA. Penelitian ini merupakan pengembangan rancang bangun MCA yang telah dilakukan pada tahun 1992 dengan memanfaatkan p~rkemuang,,:-, clan kemudahan yang diberikan oleh Komputer terutama pemanfaatan slot ekspansi ISA ataupun EISA. Hal ini akan berpengaruh terhadap kinerja MCA yang dirancang bangun terutama dalam transfer data clan akuisisi data.salah satu tuntutan yang ditujukan pada rancang bangun ~v1ca adalah kecilnya waktu mati sehingga keinginan untuk mewujudkan suatu MCA yang real time semakin mendekati kenyataan. DASAR TEORI 1. Slot ekspansi Arsitektur slot ekspansi terus berkembang sesuai dengan perkembangan teknologi komputer khususnya perkembangan sistim bus. Dalam perkembangannya tersebut telah melahirkan jenis standard sistim bus dari slot ekspansi dan yang dipakai sampai saat ini adalah ISA (Industry Standard Architecture), VL bus (VESA Local Bus- Vidio Electric Standard Association Local Bus) dan PCI (Periperal Component lnterconect). Sejak tahun 1984 ISA yang populer dengan sebutan AT bus dipakai hampir diseluruh produk kompatibel, \\'alaup-un standard yang lebih baru seperti EISA sudah hadir cukup lama tetapi AT bus tetap ada di komputer-komputer mutakhir. Hal ini disebabkan Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001

2 "-~~ ~]1 :> 194 ISSN Setyadi WS, dkk. oleh tetap dipertahankannya kompatibilitas standard arsitektur produk baru dengan produk lama (5). EISA adalah perkembangan sistim bus clan slot ekspansi melanjutkan ISA, selain lebar bit yang - -~-.~.M _..- '- -- " ,~- - "-..- '. " -= disediakan dapat melayani 32 bit penuh, keunikan EISA yang lain adalah kemampuannya untuk melayani semua jenis kartu pengendali dalam jajaran produk PC kompatibel. =:, -., -, =. ~ :. -- ~ - ~ :\.: j.- c. ::- /~ ~ =,:~u / ~, ~.'"-~' ~&A ~,.,., 'SA Gambar Slot ekspansi ISA don EISA 2. Gambaran singkat ADC ND 581 ADC ND 581 dirancang khusus untuk pemrosesan amplituda sinyal random dan cepat dengan resolusi tinggi, dikemas dalam modul single wide NIM.Secara ringkas spesifikasi penting adalah sebagai berikut(6). I. Waktu konversi (convertion time) tetap dan cepat (5 ~s) untuk segala amplituda masukan dan pemilihan konversi. 2. Penguatan konversi (convertion gain) 256, 524, 1024,2K, 4K. 8K dan 16K. 3. Tersedia rangkaian sample & hold yang cepat untuk menangkap nilai puncak pulsa masukan, sebelum mencapai ADCo 4. Tersedianya penggerbangan koinsiden dalam berbagai mode operasi (6 mode) 50 Unjuk kerja yang baik antara lain: -Intergral NO!'.l.inierity < 0.02 % fullscale -Differential Non Linierity < 0,5 % -Gain drift < 0.01 % -Channel profile 95% TATAKERJA Antar muka MC4 Antar muka dirancang untuk melakukan pemindahan 16 bit data serempak dad menyediakan pewaktu real serta pewaktu live dipasang pada slot ekspansi komputer, Blok diagram antar muka ini seperti pada Gambar 2. Rangkaian ini terdiri dari 5 bagian utama yaitu decoder alamat, osilator, buffer kendali, rangkaian hand-shaking, dad rangkaian pewaktu. Dekoder Alamat Agar upaya komputer dapat berkomunikasi dengan antar muka, maka masing-masing port antar muka harus diberi alamat tertentu. Pada pengalamatan 16 bit lebih rum it dibandingkan dengan antar muka 8 bit. Untuk pengalamatan ini selain digunakan address AO sf A9 dan AEN digunakan pula sinyal BHE (byte high enable). Agar decoder alamat ini fleksibel, maka dipasang dip swit, sedang posisi swit dipasang pada alamat 31 x dan tabel kebenaran seperti pada Gambar 3, sedang diskr:psi alamat fungsi I/O antarmuka dan kondisi AO & BHE seperti pada Table. I dan Table 2. Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM.BATAN Yogyakarta, 7-8 Agustus2001

3 Setyadi WS, dkk. ISSN Ga-mbar 2. Blok Diagram an/ar muka Add On Card MCA Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NUKllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001

4 Po- I 196 ISSN Setyadi WS, dkk. A D C -'., t,. J 5.! -*' READ;- -,.-Am*' I.I--"~ CUDC" 1~.~=1::::7 J1-+ DAm -t IB'F -- owb -+!j\"j1f.-ij; DATA wo"'.)oiu':5i~t -'~.T--:!..l.".- --l """"'---..I II Gambar 3. Diagram waktu prosedur jabal tangan antara ADC dengan rangkaian antar muka. Tabell. Diskripsi Alamat Funfsi Input/Output antar muka MCA. READY (ready, output) sinyal ini pada kondisi high, ketika konversi selcsai maka sinyal ready menjadi low, menandakan bahwa data siap dipindahkan. A TR (ADC transfer, inut) sinyal ini pada kondisi high, pemindahan data terjadi pada saat A TR berubah dari high ke low. CLADC (clear ADC, input) sinyal ini pada kondisi high, antar muka akan mereset dengan perubahan sinyal high ke low. Diagram waktu prosedur jabat tangan antara ADC dengan antar muka seperti pada gambar 3. Tabel 2. Kondisi AD don BHE pada pemindahan data /6 bit. AO \ BHE" 0 0 Q 1 PPI AKTIF 8255 # # #1 8255#2 Rangkaian Jabat Tangan DATA DO -D7I D8-DIS ADC Canberra menyediakan prosedur jabal tangan dengan sinyal-sinyal berikut: PERANGKAT LUNAK Perangkat lunak ditulis dalam sistim operasi DOS menggunakan TURBO PASCAL Versi 7.0 dan bahasa assembler untuk prosedur pemindahan data. Algoritma antar muka sebagai berikut. 1. Inisialisasi PIC 8259, PPI 8255 # 1, PPI 8255 ff2, PIT 8253 #1, PIT 8253 #2, tentukan lama one-shot counter #1 dan counter #2. 2. Menentukan lama pencacahan, waktu cacah dan mode pencacahan. 3. Mencek mode pencacahan Pemuatan nilai waktu real dan waktu live ke PIT Start pencacahan dengan membuka gerbang osilator. 6. Pembacaan waktu live, waktu mati serta menggambar grafik data pencacahan. Prosldlng Pelrtemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001

5 Setyadi WS, dkk. ISSN Ulangi langkah 6 sampai acta sinyal interupsi pewaktu IRQ atau dihentikan. 8. Bila acta sinyal IRQ pewaktu atau pencacahan dihentikan, non- aktitkan interupsi total atau interupsi baca data. 9. Akhiri pencacahan, nonaktitkan interupsi pewaktu. 10. Bila hendak dianalisis, panggil prosedurprosedur penganalisis. II. Bila ingin mencacah lagi, ulangi langkah no Bila ingin disimpan, panggil prosedur simpan. Bila ingin dicetak panggil prosdur cetak. 13. Selesai. BASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan secara statis dan dinamis. Secara statis dilakukan dengan menggunakan pulser untuk mencari unjuk kerja secaia elektonik. Dalam pengujian ini dilakukan pengujian INL (integral non linierity), DNL (differential non linierity) dan tanggap waktu. Pengujian statis ini lebih banyak menekankan unjuk kerja ADC ND 581. Hasil pengujian telah disajikan pacta acuan 2,3 dan 4. Serlangkan pengujian dinamis dilakukan dengan menggunakan detektor, penguat awal, penguat linier dan MCA yang diuji. Untuk pengujian dinamis ini digunakan PCA II 8K add on card MCA buatan Nucleus sebagai pembanding. Pengujian tanggap waktu Tanggap waktu MCA merupakan salah satu unjuk kerja yang signifikan dari suatu MCA. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan sumber radiasi Cs-137. Setup peralatan yang digunakan dalam pengujian ini seperti pada gambar 4. Hasil pengujian seperti pada tabel3. Table 3. Hasil Pengujian tanggap Waktu MCA Frequens i Counter (CPS) 7K i 18,7K 24,2K 26,5K Linieritas sistim Waktu Mati PCA II 9-8% % % % Waktu mati MCA yang dikonstruksi 7-8%: %I % % Untuk menguji linieritas sistim digunakan beberapa sumber radiasi yaitu Cs-137, Co-60 dan Na-22. Dari hasil pengujian didapatkan penyimpangan terbesar sebesar 2,6 kanal untuk konversion gain 4 K. Gambar 5 menunjukkan linieritas sistim. -L,swllt"" &.mad Gambar 4. Setup pengujian tanggap waktu MCA. Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN "ogyakarta, 7-8 Agustus 2001

6 198 ISSN Setyadi WS, dkk. --- "1toIIb...1..~ a 'r ".4-.,1..cPI:. Gambar 5. (a) Pengujian Tanggap Waktu MCA H. IC...I Gambar 5 (b) Hasil pengujian Linierita Spektrum basil pencacahan Spektrum basil pencacahan dengan sumber radiasi Co-60 untuk berbagai convertion gain seperti pada gambar dibawah Gambar Rangkaian Lengkap Antarmuka Add On Card MCA seperti pada gambar 7 dibawah. Pembahasan Oari basil pengujian peralatan ini didapatkan beberapa hal yang signifikan sebagai berikut: I. Antar muka Add on Card yang dibuat dengan menggunakan AOC NO 581 telah bekerja dengan baik dad mampu mendigitalkan lebih cepat dari pada MCA pembanding yaitu PCA II buatan the Nucleus. Terbukti dari waktu mati yang lebih kecil seperti pada table 3. Pada pengujian tersebut digunakan Sliding and Precision Pulse Generator Model GL-3 Merk BNC dimana pulser tersebut bisa diatur parameter pulsanya antara lain frekuensi. Parameter pulsa yang lazim digunakan dalam pengujian adalah rise time, decay time dan lebar pulsa. Pengujian dengan memberikan masukan pulsa dengan frekuensi 7K berarti 7 ribu pulsa per detik cukup memberikan gambaran yang baik tentang unjuk kerja Add On Card MCA, walaupun dalam sistim pencacahan sebenarnya hal ini jarang terkadi karena adanya respon detector, respon preamplifier dan Amplifier yang melebihi 7 KHz. Prosldlng Pertemuan dan Preaentaal IImlah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta. 7-8 Aguatua 2001

7 Setyadi WS, dkk. ISSN Gambar 6. Spektrum Co-60 hasil pencacahan untuk berbagai Conversion gain Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM.BATAN Yogyakarta, 7.8 Agustus 2001

8

9 Setyadi WS, dkk.. ISSN Penggunaan transfer data 16 bit atau digunakannya ISA bus dalam Add On Card MCA ini merupakan langkah antara untuk mengimbangi perkembangan teknologi komputer yang saat ini banyak menggunakan EISA bus clan prosesor kecepatan tinggi serta fasilitas interupsi yang lebih baik. Dari basil rancaii-g bangun Add On Card MCA ini telah bekerja dengan baik terbukti tidak adanya konflik baik dalam perangkat keras maupun perangkat lunak. Hal ini terbukti dengan andalnya alat ini yaitu tidak terjadinya penghentian operasi komputer selama pencacahan maupun operasi lainnya. Hasil akuisisi data dengan menggunakan detektor NaI(TI) berbentuk selinder diameter 2 inchi, memberikan spektrum yang baik, dimana tidak terdapat kanal kosong dari seluruh jangkau kanal pada conversion gain tertentu. KESIMPULAN 2. Antarmuka yang dibuat dengan menggunakan ISA bus telah bekerja dengan baik merupakan pengembangan penelitian sebelumnya dan merupakan tanggapan dari perkembangan Komputer Pribadi. Komparasi dengan model sejenis, yaitu PCA II buatan Nucleus menunjukkan waktu mati yang lebih kecil. Perangkat lunak yang dibuat ditekankan pada data akuisisi sedang perangkat lunak untuk analisis dibuat secara terpisah. DAFfAR PUSTAKA I. Glenn F. Knoll., Radiation Detection and Measurement, John Wiley and Son, New York, Brisbane, Toronto Singapore (1979). 2. Widyosusanto Setyadi dkk., "Konstruksi PC Based 16 Kilo Kanal Pulse Hight Analyzer dengan ADC ND Canberra 581 "Prosiding Pertemuan clan Presentasi Ilmiah Kalibrasi Instrumentasi dan Metrologi (PPI-KIM), Jakarta Widyosusanto Setyadi, "Pembuatan Perangkat Keras Multi Channel Analyzer 16 K Kanal Menggunakan ADC ND 581" Prosiding Pertemuan Ilmiah XV Himpunan Fisika Indonesia Jateng & DIY, Semarang Widyosusanto Setyadi dkko,"penggunaan Metoda Pencocokan Kurva Gauss Pacta Multi Channel Analyzer 16 K Kanal"Risalah Lokakarya Komputasi Dalam Sain & Teknologi Nuklir III, Jakarta Anonim, IBM Technical Reference Personal Computer AT, International Busines Machines Corporation, Anonim, BNC Instruction manual, Berkeley Nucleonics Corporation Anonim, ADC 580 Series, Operator's Manual, Nuclear Data TANYAJAWAB Suwoto -Apa keuntungan / kelebihan penggunaan IESA- BUS dibanding sistem lama -Bagaimana datanya Setyadi WS perbandingan kecepatan transfer -Tekno/igi /ebih baru, kecepatan /ebih tinggi transfer data 16 bit. -MCA lama menggunakan transfer data 8 bit sedang yang dibuat menggunakan 16 bit. Perbandingan kecepatan transfer be/urn / tidak terukur karena proses akuisisi tidak hanya pada transfer data saja. Subari Santoso -Ditinjau dari kemajuan teknologi PC anda menggunakan ISA bus apakah hal tersebut telah memenuhi tuntutan teknologi? bagaimana komentar anda, mohon dijelaskan. Setyadi WS -Be/um. tekn%gi lsa bus merupakan target _antara sebe/um menuju ke IESA Bus dan akan terus berkembang sesuai perkembangan PC. Prosldlng Pertemuan din Presentasilimiah Penelltlan CIsar IImu Pengetahuan din Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001