...

prototipe modul pengamatan sinyal domain waktu

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

prototipe modul pengamatan sinyal domain waktu

ISSN: 1693-6930
143
PROTOTIPE MODUL PENGAMATAN SINYAL DOMAIN
WAKTU DAN FREKUENSI SECARA REAL TIME UNTUK
PRAKTIKUM PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL
Tri Budi Santoso, Hary Octavianto, Titon Dutono
Laboratorium Pengolahan Sinyal
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
email: [email protected]
Abstrak
Sebuah prototipe sistem pengolahan sinyal digital menggunakan TMS32C5402 yang
didukung bahasa C disajikan pada paper ini. Prototipe ini sebagai sebuah educational tool
dalam proses pembelajaran konsep pengolahan sinyal digital dan merealisasikannya secara
real time. Pembentukan modul perangkat lunak berbasis bahasa C sudah terintegrasi dalam
paket DSP starter kit (DSK). Proses compiling, assembling dan downloading dilakukan secara
otomatis ke board TMS32C5402.
Kata Kunci: sistem real time, domain waktu, domain frekuensi
1. PENGANTAR
Pengetahuan tentang pengolahan sinyal digital (PSD) telah berkembang secara cepat
dalam 30 tahun terakhir ini. PSD telah menjadi suatu yang penting dalam area multimedia,
komunikasi digital, dan perangkat elektronik[1]. Satu permasalahan bagi seorang pengajar
materi PSD di kelas adalah bagaimana mencapai kondisi seimbang antara penyampaian teori
dan penyajian sebuah modul perangkat keras yang mampu bekerja secara real time[2].
Spanias pada [3] menyajikan sebuah tawaran penyampaian teori PSD dengan memanfaatkan
teknologi multimedia, sementara pada [4] materi PSD disampaikan secara cukup mendetail.
Satu permasalahan kelas adalah kemampuan siswa untuk menyerap materi akan
sangat dibantu apabila ada alat peraga. Untuk materi PSD, pada contoh kasus pengamatan
sinyal dalam domain waktu dan frekuensi akan memerlukan perangkat keras seperti function
generator, digital storage oscilloscope dan spectrum analyzer. Untuk memenuhi persyaratan ini
merupakan masalah klasik dalam dunia pendidikan tinggi.
Dalam paper ini dicoba sebuah alternatif untuk memecahkan masalah peralatan ukur
yang sulit untuk diadakan. Dengan sebuah modul TMS32C5402 yang sudah terintegrasi
dengan bahasa C sebagai pendukungnya dicoba untuk menyusun modul untuk melakukan
pengamatan sinyal dalam domain waktu dan frekuensi secara real time. Bahasa C dalam hal ini
bekerja sebagai perangkat lunak untuk memudahkan siswa dalam pembuatan program untuk
menghindari kesulitanyang biasa ditemu apabila menggunakan bahasa assembly. Paket DSK
akan mambantu dalam proses compile, assemble dan download ke board TMS32C5402. Untuk
pengamatan bentuk sinyal dalam domain waktu dan frekuensi dapat disajikan pada monitor PC.
2. GAMBARAN SISTEM PENDUKUNG
2.1. Arsitektur TMS320C54x
DSP C54x merupakan modifikasi lanjut dari arsitektur Harvard dengan peningkatkan
kekuatan proses 8 bus (4 Program/Data dan 4 Address), yang terdiri dari: PB (program bus),
tiga data bus: CB (coefficient bus), DB (data bus), dan EB (write bus), empat address bus: PAB,
CAB, DAB, EAB.
Arsitektur secara sederhana ditunjukkan pada Gambar 1. Jalur untuk program dan data
terpisah membuat akses serentak dari program instruksi dan data, menyediakan mekanisme
paralel yang tinggi.
Prototipe Module Pengamatan Sinyal…………..(Tri Budi Santoso)
144 
ISSN: 1693-6930
Prog/Data
RAM
Program
ROM
Data RAM
(1k x 16)
Program Address Bus
Program Data Bus
Data Address Bus
Data Data Bus
CPU
Gambar 1. Arsitektur Sederhana TMS32C54x
Mekanisme paralel seperti ini mendukung kemampuan untuk aritmatik, logika, operasi
manipulasi bit yang semuanya dapat dilakukan pada satu mesin cycle saja. Komponen didalam
Central Processing Unit (CPU) didukung oleh:








40-bit ALU
dua 40-bit accumulators
40-bit Barrel Shifter
17 x 17 multiplier
40-bit adder
compare, select, and store unit (CSSU)
Data address generation unit
Program address generation unit
2.2. Perangkat Keras DSK
DSP Starter Kit (DSK) TMS320C5402 terdiri dari C5402 DSK board, kabel konektor PC
ke DSK board melalui port paralel (LPT1), dan power suplai 5V dan kabel power supply. Bagian
dari DSP board ditunjukkan pada Gambar 2. Parallel port menangani komunikasi antara DSK
board dengan PC Host. Codec merupakan konverter ADC dan DAC. Praktikan harap berhatihati dalam menghubungkan line input dan line output karena codec ini memiliki batasan
tegangan. DSP board berkomunikasi dengan PC Host melalui kabel paralel port (LPT1) pada
mode ECP/EPP.
2.3 Pembentukan Perangkat Lunak
Pembuatan program (perangkat lunak) untuk sistem DSP dapat digolongkan menjadi
dua jenis berdasarkan target dari program, yaitu program untuk DSK board, dan program untuk
PC Host. Program untuk DSK dapat berjalan hanya pada DSK, biasanya berisi program kontrol
DSP dan program aplikasi pemrosesan sinyal digital seperti filter, FFT, konvolusi dan lain-lain.
Program untuk PC Host ditutujukan untuk pengendalian proses di DSP, seperti me-reset DSP,
me-run program di DSP, mengambil data dari memori DSP, menampilkan data di CRT,
menangani komunikasi data antara DSP dengan PC dan lain-lain.
Program untuk PC Host bersifat optional tidak harus dibuat, sebab program DSP dapat
berjalan sendiri tanpa bantuan program PC, program PC hanya berfungsi sebagai program
pembantu terhadap program DSP. Alur Desain Program DSP Program pemrosesan sinyal
untuk dijalankan di DSK dapat ditulis menggunakan bahasa assembler ataupun bahasa C. Alur
pembuatan program untuk DSP ditunjukkan oleh Gambar 3. Program yang dituliskan dalam
bahasa C dan assembly, bersama dengan library yang digunakan di-build sehingga berbetntuk
file obyek (COFF) yang siap diload ke DSP. Code Composer Studio sudah menyediakan
TELKOMNIKA Vol. 3, No. 3, Desember 2005 : 143 - 150
TELKOMNIKA
ISSN: 1693-6930
 145
Integrated Development Environment yang memudahkan kita untuk membuat dan mencari
kesalahan program
Gambar 2. Board DSP
Gambar 3. Alur Perancangan Program DSP
2.4. Pembuatan Program DSP
Beberapa tipe file yang digunakan pada target DSP adalah sebagai berikut:

*.c yaitu source code yang dituliskan dalam bahasa C

*.asm yaitu source code yang dituliskan dalam bahasa assembly

*.h yaitu file header yang disertakan (included) pada source code dalam bahasa C

*.cmd yaitu linker command file, yang memetakan section dalam memory

vectors.asm yaitu interrupt vector table, digunakan untuk menunjukkan pada program
Prototipe Module Pengamatan Sinyal…………..(Tri Budi Santoso)
146 
ISSN: 1693-6930
counter untuk mengeksekusi fungsi mana ketika terjadi interrupt.
*.lib merupakan runtime support library, harus digunakan ketika memprogram dalam
bahasa C
Code composer Studio sudah menyediakan lingkungan pemograman, dimana semua
file diatas ini digunakan untuk membangun program secara keseluruhan (inisialisasi master
clock, inisialisasi serial dan inisialisasi codec secara otomatis).

3. KONFIGURASI MODUL PENGAMATAN SINYAL
3.1. Gambaran Sistem Pengamatan Sinyal
Untuk pengamatan sinyal dalam domain waktu diperlukan sebuah function generator
sebagai sumber sinyal dan oscilloscope untuk mengamati bentuk sinyal. Sedangkan untuk
pengamatan sinyal dalam domain frekuensi diperlukan sebuah spectrum analyzer untuk melihat
bentuk sinyal sebagi fungsi frekuensi.
Function
Generator
Oscilloscope
Mic
Pre Amp
Spectrum Analyser
Gambar 4. Penataan peralatan untuk pengamatan sinyal
domain waktu dan domain frekuensi
Sebagai sumber sinyal bisa juga digantikan dengan sebuah microphone yang
dilengkapi dengan pre-amp. Model ini diperlukan untuk pengamatan sinyal wicara. Penataan
peralatan seperti Gambar 4 tidak selalu bisa dipenuhi oleh semua laboratorium sebab
memerlukan investasi yang relatif mahal.
3.2. Gambaran Sistem Yang Digunakan
Satu model untuk memperoleh hasil yang cukup mendekati kondisi seperti Gambar 4,
bisa dibuat sebuah susunan seperti Gambar 5.
Function
Generator
DSP Card
Mic
Gambar 5. Penataan peralatan DSP Card
Dalam hal ini fungsi oscilloscope dan spectrum analyzer digantikan dengan DSP Card
dan PC. Dengan cara seperti ini akan lebih efisien, sebab PC bisa berfungsi untuk aktifitas
praktikum yang lain.
3.3. Pembuatan Program Utama
Program utama disusun dengan bahasa C secara sederhana seperti berikut:
TELKOMNIKA Vol. 3, No. 3, Desember 2005 : 143 - 150
TELKOMNIKA
ISSN: 1693-6930
 147
#include <type.h>
#include <board.h>
#include <codec.h>
#include <mcbsp54.h>
void delay(s16 period);
HANDLE hHandset;
s16 data;
int buffer[5000],buffer0[5000];
int i=0;
void main(){
s16 cnt=2;
if (brd_init(100))
return;
hHandset=codec_open(HANDSET_CODEC);
codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT);
codec_ain_gain(hHandset, CODEC_AIN_6dB);
codec_sample_rate(hHandset,SR_16000);
while (1)
{
while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC)) {};
data = *(volatileu16*) DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC);
/*tempat sisipan untuk interrupt*/
*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data;
}
return;
}
void delay(s16 period)
{
int i, j;
for(i=0; i<period; i++)
{
for(j=0; j<period>>1; j++);
}
}
Dalam DSP Starter Kit (DSK), program ini secara otomatis akan melakukan link dengan
file-file pendung yang sudah ada. Setelah proses kompilasi akan terbentuk bahasa assembly
dan code biner yang sudah siap untuk didownload ke DSP Board.
3.4. Pembuatan Tampilan Grafik
Agar program bisa menampilkan grafik, perlu pengambilan data untuk melalui interrupt.
Langkah yang harus dilakukan adalah dengan cara menyisipkan program berikut ini.
buffer[i]= data;
buffer0[i]= buffer[i]-data;
if(i>1000)
i=0;
else
i++;
Untuk menampilkan grafik pasang sebuah toolbar toggle break point di depan syntax
(i=0;). Dan untuk mengatur tampilan pilih domain waktu pada view graph.
Prototipe Module Pengamatan Sinyal…………..(Tri Budi Santoso)
148 
ISSN: 1693-6930
4. HASIL PENGAMATAN DAN ANALISA
4.1. Tampilan Sinyal Sinus
Input dihasilkan dari sebuah function generator yang diset sebesar 20 mVpp.
Penguatan tegangan input 6 dB ditujukan untuk mempermudah pengamatan bentuk sinyal.
Secara perhitungan akan diperoleh nilai sebesar 20000. Dari grafik (Gambar 6) yang dihasilkan
menunjukkan nilai 2e+4, dan ini sudah sesuai dengan perhitungan.
Gambar 6. Tampilan sinyal sinus dalam domain waktu
Sementara bentuk spectrum sinyal sinus diamati dengan memilih tampilan domain
frekuensi pada view graph. Fungsi Window yang digunakan adalah Hamming, dan hasilnya
seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Tampilan sinyal sinus domain frekuensi
4.2. Tampilan Sinyal Wicara
Untuk lebih mendekatkan pada dunia nyata, dipilih sinyal wicara. Dengan pengucapan
vokal “i” diperoleh tampilan seperti pada Gambar 8.
Gambar 8. Tampilan sinyal wicara
TELKOMNIKA Vol. 3, No. 3, Desember 2005 : 143 - 150
TELKOMNIKA
ISSN: 1693-6930
 149
Bentuk domain frekuensi digunakan fungsi window hamming dan hasilnya seperti pada
Gambar 9. Satu catatan yang perlu dicermati disini adalah pengukuran spectrum untuk sinyal
wicara dengan menggunakan penataan seperti pada Gambar 8 akan memerlukan spectrum
analyzer khusus untuk daerah frekuensi DC ~ 20kHz.
Gambar 9. Tampilan sinyal wicara domain frekuensi
4.3. Pengaruh Interrupt pada Output Audio
Pada kondisi penataan dan tampilan seperti diatas, apabila pada saat yang bersamaan
diinginkan untuk mengetahui bentuk output suaranya dapat dilakukan dengan memasang
sebuah speaker aktif pada line out audio yang terdapat pada DSP Card. Tetapi disini akan
terjadi sebuah penundaan. Sinyal wicara yang terdengar dari speaker tersendat-sendat. Hal ini
disebabkan adanya proses interrupt untuk menampilkan gambar sinyal wicara tersebut.
5. KESIMPULAN
Dari pembahasan di atas diperoleh sebuah gambaran sederhana bagaimana
membangun sebuah modul praktikum pengolahan sinyal digital. Modul yang ditawarkan
merupakan sebuah solusi yang sangat membantu siswa dalam memahami proses pengolahan
sinyal.
Dengan TMS32C54 yang sudah didukung dengan DSP Starter Kit akan terbuka
peluang untuk mengembangkan modul pengolahan sinyal digital pada daerah frekuensi audio,
sehingga diharapkan permasalahan perangkat praktikum dapat diatasi tanpa harus
meninggalkan kualitas proses pembelajaran.
DAFTAR PUSTAKA
[ 1] Won-Seng Gan, et all. , “Rapid Prototype System for Teaching Real Time Digital
Signal Processing” IEEE Transaction Educations, Vol 43, No:1, February 2000
[ 2] Michael W Thompson, “Matlab/DSK GUI for FIR Filter Design Using a TMS32C3X
DSK” www.baylor.edu/~Michael_W_Thompson/my_stuff.html
[ 3] Andreas Spanias, “Using J-DSP to Introduce Communications and Multimedia
Technologies to High School” 33rd ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference,
Nopember 5-8, 2003.
[ 4] Titon Dutono, Mohammad Nuh, “Dasar-Dasar Pengolahan Sinyal Digital”, PENS -ITS,
2000.
[ 5] ___, “TMS32C5402 Starter Kit” Texas Instrumens, USA, 2000.
Prototipe Module Pengamatan Sinyal…………..(Tri Budi Santoso)
Fly UP