ISSN: 1693-6 930                                                       143       Prototipe Mo dule Peng am atan Siny al … ………..(T r i Budi Santoso)  PROTOTIPE  MODUL PENGAMATAN SINYAL DOMAI N   WAKTU DAN FREKUENSI SECARA  REAL TIME  UNTUK  PRAKTIKUM PENGOLAHAN SINYAL DIGITAL      Tri Budi San t oso, Har y  O c tav i anto, Titon Du ton o   Labo rato rium  Pengolah an  Sinyal  Politekni k Ele k troni ka  Neg e ri Sura baya   email: tribudi @ee p is-its.e d u       A b st r a k  Sebuah p r ot otipe sistem  peng olaha n sin y al  digital  m engguna ka n TMS32C54 02 yan g   didu kun g  ba hasa C di saj i kan p ada p aper ini. Pr ot otipe ini se b agai sebu ah  educational  tool  dalam  pro s e s  pem belaja r an ko nsep p engol ahan  si nyal di gital d an m e reali s a s ikann ya  se cara  real tim e . Pe m bentukan  m odul peran gkat luna k b e rba s i s  bah a s a C suda h terinteg ra si d a lam  paket DSP  st arter kit  (DS K ). Pro s e s   com p iling, assem b ling da n  downloadi ng  dilakukan  se cara  otom atis ke b oard T M S32 C 54 02.     Kat a  Ku nci:   sistem  real ti m e , dom ain  wa ktu, dom ain freku e n s i       1. PENGANTAR  Pengetah uan  tentang p e n golah an  siny al digita l (PS D ) tel ah b e rkemban g seca ra  cepat  dalam 30 ta hun tera khi r  ini. PSD telah menjadi   su atu yang pe nting dalam  area m u ltime d ia,  komu nikasi  d i gital, dan  p e ran g kat ele k troni k[1]. Sa tu pe rma s ala han  bagi  se oran g p eng aj ar  materi PSD d i  kelas a dala h  bagaim ana  menca pai ko ndisi seimb a ng antara pe nyampaia n  teori  dan pe nyajia n seb uah m odul pe ran g kat keras ya ng mamp u bekerja  se ca ra re al time[2].  Spania s  pa d a  [3] menyaji k an  se bua h tawa ran  peny ampaia n  teo r i PSD den ga n mema nfaat kan   teknol ogi mul t imedia, sem entara p ada [ 4 ] materi PSD disampai ka n se cara cu kup mend etail.   Satu perm a salaha n kel a s adalah  ke m a mpua n si swa u n tuk m enyera p  mat e ri a k an   san gat di ban tu apa bila  ad a alat  pe rag a . Untu k mat e ri PS D,  pad a  contoh  ka sus  pen gam atan  sinyal dal am  domain  wa kt u dan frekue nsi a k an  me merlu k a n  pe rang kat kera s sep e rti fun c tion   gene rato r,  di gital  sto r ag e oscillo scope dan spe c tr um  analyzer.  Un tuk me menu h i  persyaratan  ini   meru pa kan m a sal ah kl asi k   dalam du nia  pendi dika n tinggi.    Dalam  pa per ini di coba  sebua h alte rn atif  untuk m e meca hkan m a sal ah p e ral a tan ukur  yang  sulit u n tuk  diad aka n . De nga n  sebua h mo dul  TMS32 C 54 02 yan g   su dah te rinteg rasi  deng an ba ha sa C  se bag a i  pendu ku ng nya dico ba u n tuk me nyusun mod u l un tuk mela ku ka n  peng amatan  sinyal dal am domain  wa ktu dan fre k ue n s i se ca ra real  time. Bahasa  C dalam hal  ini  bekerja  seba gai p e ra ng ka t luna k u n tuk memu dah ka n si swa  dala m  pem buata n  prog ram  u n tuk  menghi nda ri  ke sulitanya n g  biasa ditem u  apa bila m e nggu na kan  b aha sa a s sem b ly. Paket DSK  aka n  ma mba n tu dal am p r ose s   com p ile,  assem b le  da n do wnlo ad  ke bo ard  TMS 32C540 2. Un tuk  peng amatan  bentu k  sinyal  dalam do mai n  wa ktu dan  f r ekuen si da p a t disaji kan p ada monito r  PC.      2.  GA MB ARA N SISTEM PE N DUK UN G  2.1. Arsite ktur TMS320 C54x     DSP C54x m e rup a kan mo difika si lanjut   dari arsitekt ur Ha rvard d enga n penin g kat k an  ke kuata n  p r o s e s  8 b u s (4  Prog ram/Data dan  4 Ad d r ess), yan g  te rdiri  dari: PB  (program b u s),    tig a  d a t a bu s :  C B   (c o e ffic i en t b u s ) ,  D B   (d a t a  bu s) , dan  EB (wr i te  bu s ) , e m pa t add r e s s  bu s :  PAB ,   CAB, DAB, E AB.     Arsite ktur  se cara  se derhan a ditunju k kan  pada  Gam b a r  1. Jalu r unt uk p r o g ra m d an data   terpisah me mbuat akse s sere ntak d a r i pro g ra m in stru ksi dan d a ta, menyedi aka n  mekani sme  paral el yang tinggi.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
144                                                                                           ISSN: 1693 -69 3 0   TELKOM NIKA   Vol. 3, No. 3, Dese mbe r  2005 :  143 - 150                                           Meka nisme p a ralel  sep e rti  ini mendu ku ng ke mamp u an untu k  arit matik, logi ka,  operasi  manipul asi  bi t yang se mua n ya dap at dil a ku ka n pa da  satu m e sin  cycle saja. Ko mpone n did a l a m  Central Pro c e ssi ng Unit (CPU) did u kung  oleh:   40-bit  AL U    dua 40 -bit accumul a tors   40-bit  Barrel  Shifter    17 x 17 multiplier   40-bit  ad de r    comp are, sel e ct, and sto r e  unit (CSSU)    Data ad dre ss generation u n it    Program ad dress gen eratio n unit    2.2. Perangk at Ke ras  DSK  DSP Starter Kit (DSK) TMS320C540 2 terdi r i  dari C5 402 DSK boa rd, kab e l ko n e ktor P C   ke DSK b oard melalui p o rt  paral el (LPT 1), dan p o wer suplai  5V da n kab e l po we r su pply. Bagi an  dari  DSP bo ard ditu nju k kan pad a Ga mbar  2. Para llel port me n anga ni ko mu nika si anta r a  DSK  board den ga n PC Ho st. Cod e c me ru p a ka n ko nv ert e r ADC dan  DAC. Pr a k tikan harap be rhati- hati dala m   mengh ubu ng kan  line i n p u t dan li ne  output  karen a  code c ini   memiliki  bat asa n   tegang an. DSP board be rkomu n ikasi  d enga n PC  Host mel a lui  kabel p a ralel  port (LPT1 )  p ada  mode ECP/E PP.    2.3 Pembentukan Pera ng kat Lun ak    Pembuata n  p r og ram (pera ngkat luna k)  unt uk siste m   DSP  dapat digolo ngkan menjadi  dua jeni s be rdasarkan ta rget dari p r og ram, yait u pro g ram u n tuk  DSK board, da n prog ram u n t u k   PC Ho st. Program u n tuk  DSK dapat berj a lan ha nya pada DSK, bia s anya b e ri si prog ram  kont rol   DSP da n p r o g ram  apli k a s i  pem ro se san  sinyal  digita l  se perti filter,  FFT, konvol usi  dan l a in-l ain.  Program untu k  PC Host dit u tujukan untu k   pen gen dali an proses di  DSP, sepe rti me- reset  DS P,  me- run  p r o g ram di DSP,  menga mbil  data da ri m e mori  DSP, menam pilkan  data di  CRT,  menan gani  komuni ka si da ta antara DS P dengan P C  dan lain-l ain.    Program  untu k  PC Host  be rsifat o p tional   tidak ha ru s d i buat, seba b  prog ram  DSP  dap at  berjal an  sen d iri tan pa b a n tuan p r o g ra m PC, prog ram PC  hany a be rfung si  sebag ai p r og ram  pemba ntu te rhad ap p r o g ram DSP. Alur  De sain  P r ogra m  DSP  Program p e m ro se san  si nyal  untuk dijal a n k an di DSK d apat ditulis m engg una kan  baha sa a s se mbler atau pu n baha sa C.  Alur   pembu atan  p r og ram  untu k  DSP ditunj u k kan ol eh  G a mba r  3. Pro g ram ya ng  di tuliskan d a lam  baha sa  C  da n a s sembly,  bersam a  d e n gan li bra r y ya ng di guna ka n  di-b uild  se hi ngga  be rbetn t uk   file obyek  (COFF) ya ng  siap dilo ad  ke DSP. Co d e  Co mpo s e r  Studio suda h menye d iakan   Prog/ Dat a   RAM   Program   ROM   Data RAM   ( 1 k x 16)   Pro g ram Address Bus   Program Dat a  Bus  Dat a  Address Bus   Da ta  Da ta  Bu s   CPU Gamba r  1. Arsitektu r  Sede rhan a TMS32 C 54 x Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA  ISSN:  1693-6 930                       Prototipe Mo dule Peng am atan Siny al … ………..(T r i Budi Santoso)  145 Gamba r  3.   Alur Pera ncang an Prog ram  DSP  Integrated  Devel opm ent Environm ent  yang  memu dah kan  kita   untuk mem b uat da n m e n c ari  ke sala han p r ogra m                                                                                                   2.4. Pembuatan Progr am DSP     Beberapa tip e  file yang diguna ka n pad a target DSP  adala h  se bag ai beri k ut:    *.c yaitu sou r ce code yan g  dituliskan dal am baha sa  C    *.asm yaitu source code y ang di tuli skan  dalam bah asa assembly     *.h yaitu file h eade r yang di serta k a n   (in c l uded ) pad a source code d a lam bah asa C    *.cmd yaitu linke r co mman d  file, yang memetakan se ction dal am memory     vectors.a s m yaitu interru pt vector tabl e,  digun akan un tuk menu nju k kan p ada p r o g ram  Gamba r  2. Board  DSP  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
146                                                                                           ISSN: 1693 -69 3 0   TELKOM NIKA   Vol. 3, No. 3, Dese mbe r  2005 :  143 - 150   cou n ter untu k  menge kseku s i fung si man a  ketika terja d i interrupt.    *.lib merup a kan runtim e su pport lib rary, haru s  dig una kan  ketika memprogram d a lam   baha sa C      Cod e   comp o s er Studio  su dah m enyedi aka n  ling k u n gan  pemo g ra man, dim ana  sem u a   file diata s  ini  digu na kan   untuk mem b angu n p r og ram se cara kesel u ru han   (i nisiali s a s i  m a ster  clo ck,  ini s iali s a si s e rial d a n  inisiali sa si co dec  se car a  ot omat is ).       3.   KON F IGU R A SI MOD U L  PENGA MAT AN SINY AL   3.1.  Gambara n  Sistem Penga matan Sin y a l       Untu k pen ga matan sinyal  dalam dom a i n wa ktu dip e rlu k an  seb u ah functio n  g enerator  seb agai  sum ber  sinyal d an o scill osco pe unt u k  me ngamati b ent uk  sinyal. Sedan gkan un tu k  peng amatan  sinyal dal am  domain freku ensi di pe rl ukan se bua h sp ectru m  analy z er  untu k  mel i hat  bentu k  sinyal  seb agi fung si  frekue nsi.                                      Sebagai  su mber si nyal bisa jug a   diganti k an  d enga n sebu ah mi cropho ne yang   dileng kapi  de ngan p r e - am p. Model ini  diperl u k an u n tuk pe nga m a tan sinyal  wicara. Penata a n   peral atan  se perti Gam b a r  4 tidak  selalu bi sa di penu hi oleh  semu a lab o rato rium  se bab  memerl ukan i n vesta s i yang  relatif mahal.      3.2.  Gambara n  Sistem Yang  Diguna kan     Satu mod e l u n tuk m e mp eroleh  ha sil ya ng  cu kup  me nde kati  kondi si  sep e rti G a mbar 4,  bisa di buat sebua h su su n an se perti Ga mbar 5.                            Dalam  hal ini  fungsi o s cill oscop e  dan  spec trum an al yzer di ganti k an den gan  DSP Card   dan PC.  Den gan  cara sep e rti ini a k an  lebih efisi en,  seb ab PC b i sa be rfun gsi  untuk a k tifitas  pra k tiku m  yang lain.     3.3.  Pembuata n Program Uta m a  Program uta m a disu su n d enga n bah asa  C se ca ra sederhan a se p e rti beri k ut:     DSP Card   Function  Generato r   Mic   Gamba r  5. Penataa n  p eral atan DSP Ca rd Pre A m p   Mic   Oscilloscope  Spectru m  Analyse r   Function  Generato r   Gamba r  4. Penataa n peral atan untu k  pe ngamata n  sin y al  domain  wa ktu dan dom ain  frekue nsi Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA  ISSN:  1693-6 930                       Prototipe Mo dule Peng am atan Siny al … ………..(T r i Budi Santoso)  147 #incl ude <type.h>  #incl ude <bo a rd.h >  #incl ude <co dec.h >  #incl ude <mcbsp 54.h >     void delay(s1 6  perio d);   HANDLE h H and set;  s 16 data;  int buffer[5000],buffer0[5000];  int i=0;    void main(){      s 16 c n t= 2;       if (brd_init ( 100))           return;  hHa n d s et=co dec_op en(HA NDSET_ C O D EC);                     cod e c_ad c_ mode (h Hand set, CO DEC_ ADC_ 15BIT);                c o dec_ain_gain(hHands e t ,  CODE C_AIN_6dB);                 c o de c_ sa mp le _ r a t e( hH an ds e t,SR _ 16 0 0 0);                       w h ile (1)  {      while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC))  {};       data = *(volatileu16* ) DRR1_ADDR(HANDSET_ C ODEC);      /*tempat sisipan untu k  int e rrupt*/        *(volatile u16*)DXR1_A DDR(HA NDS ET_CO D EC)  = data;       }    return;   }    void delay(s1 6  perio d)  {      int i, j;       for(i=0; i< period; i++)      {             for(j=0; j< period>> 1; j+ +);       }   }        Dalam  DSP Starter Kit (DSK), prog ram  ini se cara ot omatis a k a n   melakukan lin k den gan   file-file pend u ng yang  sud ah ada. Sete lah proses  kompila si a k a n  terbe n tuk b aha sa a s sem b ly  dan code bi n e r yang suda h siap u n tuk  dido wnloa d  ke DSP Board.      3.4.  Pembuata n Tampilan Gr afik   Agar p r og ra m bisa  men a m pilka n  g r afi k , pe rlu pe ng ambilan  data  untuk  melalui  interrupt.  Lang ka h yan g  haru s  dila kuka n adal ah  deng an cara  menyisip ka n prog ram b e ri kut ini.               buffer[i]=  data;        buffer0[i]= buffer[i]-data;        if(i>100 0)        i= 0;         els e         i+ + ;       Untu k m ena mpilka n   grafi k  p a sang   se buah  toolb a r  toggle break point  di  de pa n syntax  (i=0; ) . Dan u n t uk meng atur  tampilan pilih  domain  wa ktu pada vie w  grap h.                                                                        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
148                                                                                           ISSN: 1693 -69 3 0   TELKOM NIKA   Vol. 3, No. 3, Dese mbe r  2005 :  143 - 150   Gamba r  7. T a mpilan  sinya l  sinu s domai n freku e n s i     Gamba r  8. T a mpilan  sinya l  wica ra   4.  HASIL PENG A MA TA N D A N  A NALIS A   4.1.  Tampilan Sin y al Sinus   Input dih a sil k an  da ri  se buah  fun c tio n  ge ne rator yang  di set  se be sa r 2 0  mVpp.   Penguata n  tegan gan inp u t 6 dB ditujuka n unt u k  mempe r mu d ah pen gamat an bentu k  si nyal.  Seca ra p e rhit unga n a k an  d i perol eh nil a i  seb e sar 2 000 0. Da ri grafik  (Gam bar 6) y ang di ha silka n   menunj ukka n  nilai 2e+4, dan ini su dah  se suai d eng a n  perhitu nga n .                                       Sementara b entuk  sp ect r um si nyal si nus diamati deng an  me m ilih  tampilan  domain  freku e n s i pa da view grap h. Fung si Wi ndo w yang d i guna ka n ad alah Hammin g , dan ha siln ya   sep e rti pad a Gamba r  7.                                         4.2.  Tampilan Sin y al Wicara     Untu k  le bih mende kat k an   pad a dunia  nyata,  dipilih  sinyal wi cara.   De nga n  p e n gucapa n  vokal “i ” dipe roleh tampila n  sepe rti pada  Gamba r  8.                              Gamba r  6. T a mpilan  sinya l  sinu s dalam  domain  wa ktu  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA  ISSN:  1693-6 930                       Prototipe Mo dule Peng am atan Siny al … ………..(T r i Budi Santoso)  149     Bentuk d o ma in frekuen si d i guna ka n fun g si  wind ow h a mming  dan  hasil nya sep e rti pad a   Gamba r  9. S a tu catata n yang pe rlu  dicermati di sini adala h   pen g u ku ran sp ect r um  u n tuk si nyal  wicara  den ga n men ggun a k an  pen ataa n se pe rti pa da Ga mba r   8 akan m e m e rlu k an   spect r um  anal yzer  khu s u s  untu k  da erah frekuen si DC ~ 2 0 kHz.                                   4.3.  Pengaruh Interrupt p a da  Outpu t  Au dio    Pada ko ndi si penata an da n tampilan se perti  diata s , apabila pa da saat yang bersamaan   diingin k an  u n tuk m eng etahui b entu k   output  sua r a n ya dap at di laku ka n de n gan m e ma sa ng  seb uah  sp ea ker a k tif pad a line  out a u d io yang  terdapat  pada   DSP Card.  T e tapi di sini  a k an  terjadi  sebua h pe nun daa n .  Sinyal wi ca ra yang  te rde ngar d a ri  sp e a ke r te rsend at-se ndat.  Ha l ini  dise bab kan  a danya proses interru pt untuk men a mpil kan g a mba r  sinyal wicara t e rsebut.        5. KESIMPULAN    Dari p e mb a hasan di at as dip e rol e h  sebu ah g a mba r an  se derh ana b a gaiman a   memba ngu n  sebu ah mo dul pra k tiku m pengol ah an sinyal di gital. Modul  yang ditawarkan  meru pa kan   sebua h solu si yang san gat memba n tu si swa  d a lam   m e maha mi  p r o s e s   p eng olah an   sinyal.   Den gan TM S32C5 4  yan g  suda h did u ku ng den g an  DSP Starter Kit  akan  terbuka   pelua ng untu k  men gemb a ngkan mo dul  pengol aha n sinyal digital  pada d a e r ah  freku e n s i au d i o,  sehi ngg a di hara p kan  p e rma s al ahan  perang kat  pra k tikum  dap at diat asi ta npa   haru s   mening gal ka n kualita s  pro s e s  pemb e laj a ran.       DAF TA R PU STAK A   [  1]  Won - Sen g  G an, et all. , “ Rapid Pro t o t ype Sy stem for Tea c hin g  Real Time  Digital  Signal Processing”   IEEE Trans a c t ion  Educ ations ,  Vol 43, No:1, February 2000  [  2]  Micha e l W  T homp s on,   “ M a tlab/DSK GUI for  FI R Filter Desig n   Using  a   T M S32C3X   DSK ”   www. baylor.edu/~Mic hael _W_Thomps on/my _s tuff.html   [  3]  Andre a s Sp ania s , “ Usin g J-DSP to  Introduce  Communica tions and Multimedia  Technolo g ie s to  High S c hool ”  33 rd  ASEE/IE EE  Frontiers  in Educ ation Conference,   Nop e mbe r  5-8, 2003.   [  4]  Titon Duto no,  Mohamm ad  Nuh,  “ Da sar -Das ar Peng olahan Siny al Digital ”, PENS -ITS ,   2000.   [ 5]  ___, “ TM S32 C 54 02 Star te r Kit ”  Texa s Instrum e n s , USA, 2000.     Gamba r  9. T a mpilan  sinya l  wica ra do m a in frekuen si   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.