DESAIN DAN IMPLEMENTASI TESTER FIBER OPTIC AUDIO MENGGUNAKAN BIT ERROR RATE (BER) BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 BAGIAN PENGIRIM Design and Implementation of Audio Fiber Optic Tester Transmitter End with Bit Error Rate (BER) Using Microcontroller ATMega 16
TUGAS AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma IV
Program Diploma IV Teknik Telekomunikasi Wireless Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh: R. AHMAD KRISNA B NIM 08334021
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : R. AHMAD KRISNA B
NIM
: 08334021
Tempat/Tanggal lahir : Bandung, 23Desember 1989
SD lulus tahun
: 2001/2002
di SD Kartika III-3, Cimahi
SLTP lulus tahun
: 2004/2005
di SMPN 1 Cimahi
SLTA lulus tahun
: 2007/2008
di SMAN 5 Bandung
iv
“…Maka bertanyalah kepada orang yang mempunyai pengetahuan jika kamu tidak mengetahui” (QS. 16:43)
“…. Katakanlah: “Adakah sama orang-orang yang mengetahui dengan orang
orang yang tidak mengetahui ?”Sebenarnya hanya orang yang berakal sehat yang dapat menerima pelajaran.” (QS. 39:9)
Karya ini kupersembahkan untuk Allah SWT.Karena-Nya saya melakukan segala sesuatu.Karenakasih sayang-Nya saya dapat menyelesaikan segala sesuatu. Terima kasih kepada Papah dan Mamahku yang tiada lelah mendidikku, menyayangiku dan mendo’akanku. Terima kasih kepada adikku yang selalu memberikan semangat dan juga teman-teman Nirkabel ’08 yang selalu semangat, motivasi dan do’anya.
v
memberikan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah s.w.t. atas nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan Laporan
Tugas Akhir ini. Salawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah,
Nabi Muhammad s.a.w., beserta para sahabat dan keluarga beliau, dan semoga sampai kepada kita selaku umatnya.
Laporan Tugas Akhir ini penulis susun berdasarkan pelaksanaan Tugas Akhir yang berjudul “Desain Dan Implementasi Tester Fiber Optic Audio
Menggunakan Bit Error Rate (Ber) Berbasis Mikrokontroler ATMega 16 Bagian
Pengirim”. Selama proses penyusunan laporan ini, penulis mendapat banyak bantuan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Allah s.w.t. atas kesehatan dan keselamatan-Nya dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan pengerjaan Laporan Tugas Akhir ini,
2.
Kedua orangtua yang telah mendukung saya dalam lancarnya pelaksanaan Tugas Akhir ini.
3.
Teman-teman Nirkabel 2008 yang selalu mendukung saya.
4.
Bapak Moh. Farid Susanto ,ST.,M.Eng selaku pembimbing saya.
5.
Rezza Pramona selaku partner pengerjaan proyek akhir.
6.
Pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Semoga laporan ini bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi
kita. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi penyempurnaan laporan di masa yang akan datang.
Bandung, Juli 2011
Penulis
R. Ahmad Krisna B
vi
ABSTRAK
Dalam tugas akhir ini, didesain sebuah perangkat transmitter Optic pada BitError Rate (BER) TesterFiber Optic Audio yang mampu menghasilkan random sinyal agar pengujian BER mendekati kondisi sebenarnya. Random sinyal yang dihasilkan dibangkitkan melalui generator Pseudo Random Binary Sequence (PRBS) yang mengadopsi metode 8-bitFibonacci Linear Feedback Shift Register (LFSR). Metode ini menggunakan suatu register yang berisi 8 bit yang kemudian bit-bit ini dimasukkan ke dalam operasi lagika Xor lalu digeser sehingga menghasilkan bit baru yang random. Sinyal random ini dibangkitkan oleh mikrokontroler ATMega 16 yang kemudian disalurkan ke bagian TX Optic. Perangkat transmitter Optic didesain untuk menguji sebuah kabel OpticToslink yang biasa digunakan sebagai interface stream audio digital. Generator PRBS dapat menghasilkan random sinyal dengan kecepatan atau bitrate 250 kbps yang masuk ke dalam kategori bitrateaudio bentuk mp3. Kata kunci : transmitter Optic, pseudo random binary sequence, mikrokontroler, Toslink, bitrate. ABSTRACT In this final task, an Optic transmitter device is designed on Audio Fiber Optic Bit Error Rate (BER) Tester which generates a random signal so the BER testing can be close as the original. The random signal generated from Pseudo Random Binary Sequence (PRBS) generator that adopt 8-bit Fibonacci Linear Feedback Shift Register (LFSR) method. This method use an 8-bit register where the bits will be put in an XOr logical expression and then shifting it to produce a new random bit. This random signal is produced by the ATMega 16 microcontroller which will be transmitted to the TX Optic. The Optic transmitter device is designed to test a Toslink Optic cable where commonly used as digital audio stream interface. The PRBS generator can produce random signal with 250 kbps bitrate speed which is categorized in mp3 audio format. Keywords: transmitter Optic, pseudo random binary sequence, microcontroller, Toslink, bitrate.
vii
DAFTAR ISI DAFTAR RIWAYAT HIDUP ...........................................................................iv
KATA PENGANTAR ........................................................................................v ABSTRAK .........................................................................................................vii DAFTAR ISI ......................................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................x DAFTAR TABEL ...............................................................................................xii
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xiii BAB I ..................................................................................................................1 PENDAHULUAN ..............................................................................................1 1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.2
Pemecahan Masalah ................................................................................2
1.3
Perumusan Masalah ................................................................................3
1.4
Tujuan Tugas Akhir ................................................................................4
1.5
Batasan Masalah......................................................................................4
1.6
Manfaat yang diharapkan ........................................................................5
BAB II .................................................................................................................6 TINJAU PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ..............................................6 2.1
Tinjauan Pustaka .....................................................................................6
2.2
Landasan Teori ........................................................................................8 2.2.1 Bit Error Rate (BER) ............................................................................8 2.2.2 FiberOptic ............................................................................................8 2.2.3 Pseudo Random Binary Sequence (PRBS) ..........................................12 2.2.4 Mikrokontroler .....................................................................................14 2.2.5 BASCOM AVR ...................................................................................18
BAB III ...............................................................................................................20 DESAIN DAN IMPLEMENTASI......................................................................20 3.1
Perancangan ...............................................................................................20 3.1.1 Spesifikasi teknis...................................................................................20
viii
3.1.2 Diagram Blok Sistem BER Tester bagian Transmitter .......................20
3.1.3 Perancangan Teknis ............................................................................22
3.2 Implementasi ...............................................................................................24 3.2.1 Pembangkit sinyal Pseudo Random Binary Sequence ........................24
3.2.2 Rangkaian TX Optic pada BER Tester ...............................................30
BAB IV ...............................................................................................................34 HASIL DAN PEMBAHASAN ...........................................................................34 4.1 Hasil Pengukuran ..........................................................................................34 4.1.1 Generator PRBS ...................................................................................34 4.1.2 Rangkaian TX Optic ............................................................................40
4.2 Analisa dan Pembahasan ...............................................................................43 4.2.1 Generator PRBS ...................................................................................43 4.2.2 Rangkaian TX Optic ............................................................................44 BAB V.................................................................................................................45 PENUTUP ...........................................................................................................45 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................45 5.2 Saran ..............................................................................................................45 DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................46
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Skema BER Testerlow data rate [1] .............................................. 6
Gambar 2. 2PRBS dengan menggunakan LFSR [1] .......................................... 7 Gambar 2. 3Penampang FiberOptic ................................................................... 8
Gambar 2. 4 Kabel Fiber Optic .......................................................................... 9 Gambar 2. 5Perambatan cahaya pada Kabel Single-mode ................................. 10 Gambar 2. 6Perambatan cahaya pada Kabel Multi-mode .................................. 10
Gambar 2. 7Perbandingan rambatan fiber optic ................................................. 11 Gambar 2. 8Kabel Toslink.................................................................................. 12
Gambar 2. 9Contoh Shift Register 16-bitFibonacci LFSR................................. 13 Gambar 2. 10Chip Mikrokontroler ATMega16 ................................................. 18 Gambar 2. 11Tampilan jendela utama BASCOM AVR .................................... 18
Gambar 3. 1Diagram Sistem BER TesterOptic bagian Transmitter .................. 20 Gambar 3. 2Skema Shift Register 8-bitFibonacci .............................................. 22 Gambar 3. 3Diagram Alir Skema PRBS ............................................................ 24 Gambar 3. 4List Program PRBS......................................................................... 25 Gambar 3. 5GUI AVRdude ke Mikrokontroler.................................................. 26 Gambar 3. 6Prototipe Generator PRBS 1 ........................................................... 27 Gambar 3. 7 Prototipe Generator PRBS 2 .......................................................... 27 Gambar 3. 8 Prototipe Generator PRBS 3 .......................................................... 27 Gambar 3. 9 List Program PRBS-2 .................................................................... 28 Gambar 3. 10 Prototipe Generator PRBS 4 ........................................................ 29 Gambar 3. 11 Rangkaian Pembangkit Sinyal PRBS .......................................... 29 Gambar 3. 12 Skema Receiver for Fiber-Optic IR Extender ............................. 30 Gambar 3. 13 Skema rangkaian pemancar optic ................................................ 31 Gambar 3. 14 Gambar rangkaian pemancar Optic 1 .......................................... 32 Gambar 3. 15 Gambar rangkaian pemancar Optic 2 .......................................... 32 Gambar 3. 16 Kabel Toslink............................................................................... 33
x
Gambar 4. 1 PRBS BASCOM 1 ......................................................................... 34
Gambar 4. 2 PRBS BASCOM 2 ......................................................................... 35
Gambar 4. 3 PRBS BASCOM 3 ......................................................................... 35 Gambar 4. 4 PRBS BASCOM 4 ......................................................................... 35 Gambar 4. 5 PRBS BASCOM 5 ......................................................................... 35
Gambar 4. 6 PRBS Gabungan delay 1ms ........................................................... 36 Gambar 4. 7 PRBS Gabungan delay 100µs ........................................................ 36 Gambar 4. 8 PRBS Gabungan delay 10µs .......................................................... 36 Gambar 4. 9 PRBS Gabungan delay 1µs ............................................................ 37
Gambar 4. 10 PRBS Gabungan tanpa delay ....................................................... 37
Gambar 4. 11List Program Gabungan ................................................................ 39 Gambar 4. 12 Sinyal PRBS dari mikrokontroler ................................................ 40 Gambar 4. 13 Sinyal Return to Zero 1100.......................................................... 40 Gambar 4. 14 Sinyal Return to Zero tipe PRBS 9 .............................................. 41 Gambar 4. 15 Sinyal Non-Return to Zero 1000 ................................................. 41 Gambar 4. 16 Sinyal Non-Return to Zero 1010 ................................................. 42 Gambar 4. 17 Sinyal AMI dari Pattern Generator .............................................. 42 Gambar 4. 18 Sinyal AMI keluaran dari sisi penerima ...................................... 42
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1Polinomial Primitif dari LFSR ........................................................... 14
Tabel 3. 1 Tabel Kebenaran Logika XOR .......................................................... 23 Tabel 3. 2Daftar Komponen Rangkaian Pemancar Optic .................................. 31
Tabel 4. 1 Tabel Hasil Pengukuran Sinyal PRBS .............................................. 34
Tabel 4. 2 Hasil Pengukuran Rangkaian TX Optic ............................................ 40 Tabel 4. 3Hasil Pengukuran Frekuensi dan Kecepatan Data .............................. 43
xii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A Layout Rangkaian TX Optic..……………………..……...…...A LAMPIRAN B Layout Sistem Minimun..............……………………..…….....B
LAMPIRAN C Datasheet ATMega 16.....…………...……...…….....….……..C
LAMPIRAN D DatasheetTOTX177..………………………………….…........D
xiii
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR PUSTAKA
Cedric Melange and friends, “Low-cost BER Tester measures errors in
[1]
[2]
low-data-rate application”, Design Ideas, 2005. T. Giesberts, “Receiver for Fiber-Optic IR Extender”, Summer Circuits Collection, 2000.
“Mengenal Komunikasi Serat Optik”, Jay adalah Julian [Online].
[3]
Available: http://yulian.firdaus.or.id/2006/11/21/fiber-optic/
[4]
[10 April
2012]. ISO/IEC
11801,
Wikipedia
[Online].
Available:
http://en.wikipedia.org/wiki/ISO/IEC_11801 [10 April 2012].
[5]
TOSLINK,
Wikipedia
[Online].
Available:
http://en.wikipedia.org/wiki/TOSLINK [20 Juni 2012]. [6]
“Linear Feedback Shift Register”, Wikipedia [Online]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_feedback_shift_register [15 Februari 2012].
[7]
“Apa
itu
Mikrokontroler?”,
Elektron
Online.
Available:
http://hme.ee.itb.ac.id/elektron/?p=32 [30 April 2012]. [8]
ATMEL, 8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable
Flash
[Online].
Available:
http://html.alldatasheet.com/htmlpdf/78532/ATMEL/ATMEGA16/127/1/ATMEGA16.html
[5
Maret
2012].
R. Ahmad Krisna B. 08334021 Laporan Tugas Akhir 2012
46
