1. Tujuan Percobaan : PERCOBAAN I ENCODER DAN DECODER PCM (Pulse Code Modulation) Setelah melakukan percobaan ini, diharapkan mahasiswa dapat menjelaskan secara praktis proses konversi sinyal DC menjadi data PCM melalui proses PCM encoding dan kembali menjadi sinyal DC melalui proses PCM decoding. 2. Persiapan : PCM : Pulse Code Modulation, percobaan ini akan memperkenalkan tentang PCM encoder. Percobaan ini akan menghasilkan sinyal output berupa sinyal PCM dari input berupa sinyal analaog. Format sinyal PCM yang dihasilkan akan ditampilkan dalam domain waktu. PCM Encoding : input PCM encoder adalah sinyal analog, sedangkan output encoding berupa sinyal sample and hold. Sinyal input harus dibatasi untuk bandwidth dan range amplitude tertentu. Bandwidth maximum yang diijinkan tergantung dari kecepatan sampling yang digunakan berdasarkan criteria Nyquis. Sedangkan range amplitude dibatasi sebesar 2 Volt. PCM Decoding : input PCM decoding berupa sinyal PCM, sedangkan outputnya akan serupa dengan sinyal input dari sumber. Kalau toh terjadi distorsi, hal ini disebabkan karena proses quantisasi dari encodernya. 3. Pengoperasian Modul Praktikum : 1. Modul digerakkan oleh external TTL clock. 2. Sinyal input analog disampling secara periodik. Kecepatan sampling ditentukan oleh external clock. 3. Penyamplingan dilakukan berdasarkan operasi sampling and hold (sudah terdapat di dalam modul dan tidak dapat ditunjukkan kepada user). 4. Masing-masing amplitude sample dibandingkan dengan level amplitude yang sudah ditentukan. Hal ini disebut sebagai level kwantisasi. 1
5. Masing-masing level kuantisasi diberi nomer, dimulai dari yang terendah sampai yang tertinggi (L-1), dimana L adalah jumlah level yang tersedia. 6. Masing-masing sample ditunjukkan sebagai digital code word (kode biner) yang di tentukan berdasarkan level kuantisasi. Sehingga jumlah bit n tergantung juga pada jumlah level kuantisasi. Pada umumnya n=log 2 (L). 7. Code word digabungkan kedalam time framebersama-sama dengan bit lain yang mungkin diperlukan. Sebagai contoh didalam modul TIMS PCM ENCODER ini, ditambahkan satu bit extra pada posisi LSB. Bit tersebut bisa 0 atau 1, dan akan oleh subsequent decoder untuk sinkronisasi frame. Seperti terlihat pada gambar 2. 8. Frame dikirim secara serial dan ditransmisikan dengan kecepatan bit yang sama dengan sample yang di ambil. 9. Pada modul ini juga tersedia frame sinkronisasi FS ( Frame synch ) Modul PCM ENCODER : Keterangan gambar 1 : Gambar 1. Lay Out Panel PCM Encoder SLAVE : tidak digunakan selama percobaan. Jangan dihubungkan kepada apapun. MASTER : tidak digunakan selama percobaan. Jangan dihubungkan kepada apapun. 2
SYNC. MESSAGE : periodic, synchronized, message. Pemilihan sinkronisasi menggunakan saklar SW2 dengan kombinasi seperti table A-1. Tabel A-1 SELECT CODING SCHEME : ada 3 posisi toggle switch yaitu untuk memilih 4-bit, 7-bit encoding dan companding scheme. FS : frame synchronization, bit indikasi yang terletak pada akhir frame, bernilai 0 atau 1, seperti terlihat pada gambar 2. V in : sinyal analog yang akan dicodekan PCM DATA : output data stream CLK : pada percobaan ini akan digunakan clock 8,333 khz dari MASTER SIGNAL module. Gambar 2. Posisi Bit FS 3
Modul PCM DECODER : Gambar 3. Lay Out Panel PCM Decoder Keterangan Gambar 3 : SLAVE : tidak digunakan selama percobaan. Jangan dihubungkan kepada apapun. MASTER : tidak digunakan selama percobaan. Jangan dihubungkan kepada apapun. SELECT CODING SCHEME : ada 3 posisi toggle switch yaitu untuk memilih 4-bit, 7-bit coding scheme, digunakan untuk sinyal yang dikodekan. FS SELECT : saklar untuk memilih dua posisi toggle untuk menentukan sinkronisasi sinyal (FS), saklar tersebut adalah : EXT. FS dan EMBED FS. EXT. FS : dihubungkan pada synch signal jika yang digunakan adalah metode ini. EMBED FS :Jika FS dihasilkan secara internal dari embedded informasi, ini dapat dilahat pada output. PCM DATA : dihubungkan dengan sinyal yang akan dikodekan kembali (decode). V out : output sinyal PCM 4
CLK : TTL (red) input, disediakan oleh MASTER CLOCK pada modul, dapat digunakan clok 8,333 khz. 4. Peralatan Yang Digunakan : 1. Modul TIMS : Master Signal, Line-Code Encoder, Variable DC dan PCM Encoder, PCM Decoder. 2. Voltmeter digital / analog 3. Osciloscope dual trace 4. Kabel-kabel / konektor penghubung modul 5. Rangkaian Percobaan : A. PCM Encoder Gambar 4. Rangkaian Percobaan PCM Encoder 6. Prosedur Percobaan : A. PCM Encoder 1. Rangkailah modul percobaan seperti gambar 4. 2. Lakukan pengecekan terhadap sinyal input DC ( 2V) menggunakan voltmeter digital dengan cara memutar saklar dari posisi minimum sampai maksimum pada modul Variabel DC. 5
B. PCM Decoder Gambar 5. Rangkaian Percobaan PCM Decoder 3. Mulailah melakukan percobaan dengan mengamati clock dari TTL master signal (CH1) dan pada output line-code encoder (CH2) menggunakan osciloscope. Gambarkan kedua clock tersebut pada kertas grafik, kemudian amati dan berikan analisa dari perbedaan kedua clock tersebut. TTL Master Signal gambar clock input dari CH1 Output Line-Code Encoder gambar clock output dari CH2 4. Coding 4-bit :Amati bentuk sinyal, FS (CH1) dan data PCM (CH2) menggunakan oscilloscope, dengan cara merubah Switch pada SELECT CODING SCHEME untuk pilihan 4-bit untuk variasi sinyal input DC : -2V, - 1V, 0V, 1V dan 2V. Gambarkan bentuk sinyal yang anda amati tersebut pada kertas grafik. SinyalDC FS (CH1) Data PCM (CH2) Binary Code Word -2V -1V 0V 1V 2V 5. Ulangi pengamatan bentuk sinyal, FS (CH1) dan data PCM (CH2) menggunakan oscilloscope, dengan cara merubah Switch pada SELECT CODING SCHEME untuk pilihan 7-bit dengan variasi sinyal input DC : -2V, 6
-1V, 0V, 1V dan 2V. Gambarkan bentuk sinyal yang anda amati tersebut pada kertas grafik. Coding 7-bit : SinyalDC FS (CH1) Data PCM (CH2) Binary Code Word -2V -1V 0V 1V 2V Catatan : Untuk menentukan binary code word, perlu diadakan kesepakatan level kuantisasi terlebih dahulu. Tegangan lebih kecil dari separuh tegangan maksimumnya dianggap 0 dan jika lebih besar dianggap 1. Tugas : 1. Apa yang dimaksud dengan kecepatan sampling (sampling rate)? Kecepatan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu 2. Apakah lebar bit data (data bit) itu? Perbedaan antara frekuensi terendah dan frekuensi tertinggi dalam rentang bit tertentu. 3. Apakah yang dimaksud dengan lebar codeword itu? Jarak antara frekuensi rendah dan tinggi untuk membangun area data Tugas : Listing Program Kuantisai x=randn(1,10); xmin=min(x); xmax=max(x); N=4; P=length(x); L=2^N; step=(xmax-xmin)/l; 7
for i=1:p, k=0; for j=1:l, if ((xmin+j*step)>=x(i)), k=j-1; y(i)=k; break end end end y Dekuantisasi x=randn(1,10); xmin=min(x); xmax=max(x); N=4; P=length(x); L=2^N; step=(xmax-xmin)/l; for i=1:p, y(i)=x(i)*step+xmin; end y Hasil Output Kuantisasi Dekuantisasi 8