BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2 2.1 Tinjauan Pustaka Adapun pembuatan modem akustik untuk komunikasi bawah air memang sudah banyak dikembangkan di universitas-universitas di Indonesia dan Dunia. Studi di ITS Surabaya telah diperkenalkan penggunaan protokol komunikasi bawah laut di Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi (Sukirman, Agoes, Arifianto, 2010) [3]. Studi tersebut fokus pada teknik transmisi multicarrier OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Namun, penelitian tersebut akan memakan waktu melebihi tenggang waktu pendek yang diberikan jika dilakukan untuk tugas akhir kali ini. Studi di universitas luar negeri juga pernah dilakukan di Cornell University USA dalam studinya digunakan tiga buah kanal untuk mentrasmisikan data dengan kecepatan 625bps untuk setiap kanalnya (Greg, Arseney,2010) [2]. Berbeda dengan beberapa penelitian sebelumnya, pada tugas akhir kali dibuat sebuah modulator dan demodulator mengunakan sebuah single carrier untuk mengtransmisikan data berkecepatan 4800 bps (bitrate standard). Band audio yang dipilih yaitu 15-20KHz. Dengan modulasi ASK akan didapat upper band dan lower band. Jika menggunakan carrier 15KHz, maka lower band akan menabrak band audio musik. Sedangkan jika menggunakan carrier dengan frekuensi 20KHz, band yang dapat digunakan adalah lower band-nya. Karena upper band-nya akan teredam pada sistem penguat mengingat rata-rata frekuensi cutoff penguat yang digunakan berada pada 20KHz. Frekuensi pembawa 20KHz memang memiliki lower band yang bagus. Namun, mengingat rata-rata frekuensi cutoff penguat yang digunakan berada pada 20KHz. Maka dipilih frekuensi pembawa 19KHz agar tidak terlalu berada di ujung frekuensi cutoff sistem penguat. Dengan menggunakan frekuensi pembawa tunggal 19KHz, maka data dengan kecepatan 4800bps dapat dibawa. Sehingga lebar band frekuensi yang digunakan adalah 14.2KHz sampai 19KHz. Band sinyal 14.2-19KHz masih menyinggung band audio musik. Namun, karena tempat penelitian dan pengukuran yang digunakan jauh dari keramaian (labolatorium), maka interferensi pada band audio musikpun dapat diminimalisir. Sehingga band frekuensi ini masih dapat digunakan untuk penelitian. 4
2.2 Landasan Teori 2.2.1 Komunikasi Serial Ada beberapa jenis/mode pada komunikasi serial. Namun, komunikasi serial yang paling sederhana adalah dengan mengirimkan data 8-bit dengan clock data tersebut. Ada dua metode pengiriman data yaitu secara sinkron dan asinkron. Metode sinkron membutuhkan lebih dari satu line data. Satu line digunakan sebagai pengirim data sedangkan line lainnya digunakan sebagai pengirim clock. Sedangkan metode asinkron hanya membutuhkan satu line saja. Pengiriman clock digabung dengan data yang akan dikirim. Clock pada data asinkron dikirim melalui frame yaitu pada start bit dan stop bit. Sehingga keseluruhan bit yang dikirim untuk mengirimkan satu byte data adalah 10bit. Metode komunikasi serial asinkron memang hanya membutuhkan satu jalur dalam pengiriman datanya. Namun, sebagai gantinya 2-bit framing yang harus digunakan akan menambah lebar pulsa untuk satu byte-nya. Sehingga total untuk mengirimkan satu byte adalah 10bit yaitu satu start bit, 8-bit data dan satu stop bit. Dengan demikian jika kita mengirimkan data dengan kecepatan 4800bps data yang dikirim adalah 480Byte per second bukan 600Byte per second. Gambar 1 Contoh Bentuk Frame Data Serial Seperti pada Gambar 1 untuk memulai data kita tampilkan start bit sebagai acuan. Kemudian diikuti 8-bit data di belakangnya dan diakhiri dengan stop bit. Dengan melihat pada awal start bit kita bisa menentukan lebar frame data di belakangnya. 5
2.2.2 DAC DAC (Digital to Analog Converter) merupakan perangkat yang mengkonversikan data digital ke bentuk sinyal level (analog) secara rail to rail atau step to step. Gambar 2 Fungsi Pin IC AD7302 DAC tipe AD7302 mengubah data digital paralel 8-bit ke dalam level sinyal dengan referensi internal 2.5 Volt. Data digital 8-bit memungkinkan variasi level sinyal sebanyak 256. Untuk mempermudah akses, maka DAC diset pada mode otomatis yaitu dengan cara memberi logic 0 pada pin LDAC atau memberikan ground pada pin 13. Adapun setingan pada DAC adalah seperti di bawah ini dengan referensi pada Gambar 2. Pin 1-8 merupakan input data digital paralel 8-bit yang terhubung ke output mikrokontroler. Pin 11 logic 0 untuk menggunakan DAC kanal A. Pin 19 digunakan sebagai output analog DAC. Pin 16 tidak terhubung karena sudah digunakan referensi internal 2.5 V. Pin 14 berlogik 1 agar tidak clear. Pin 13 berlogik 0 untuk mengaktifkan automatic mode. Pin 12 berlogik 0 agar DAC selalu siap menerima input. Pin 10 merupakan perintah write agar nilai DAC mengikuti perubahan nilai sampling. Pin 9 berlogik 0 agar chip DAC selalu aktif (selalu terpilih). 6
2.2.3 Band Suara Untuk mengtransmisikan data di dalam air, dibutuhkan sinyal dengan band frekuensi suara. Sinyal yang bisa ditransmisikan di dalam air yaitu 10Hz sampai 1MHz (Wikipedia, 2012) [4]. Sinyal dengan frekuensi di bawah 10 Hz hanya dapat ditransmisikan di perairan yang benar-benar tenang seperti laut dalam. Sedangkan sinyal dengan frekuensi di atas 1MHz akan terserap dengan cepat oleh air. Selain frekuensi penyerapan gelombang juga diakibatkan oleh kadar garam dan ph air. Semakin tinggi kadar garam dan ph perairan, maka penyerapan terhadap gelombangnya juga meningkat. Kemampuan sebuah speaker yang biasa digunakan pada amplifier berkisar antara 20-20000Hz. Untuk itu band frekuensi umum yang digunakan untuk komunikasi bawah air menggunakan band suara. Walaupun demikian pada beberapa penguat suara memiliki frekuensi cutoff pada frekuensi 20KHz. Dengan demikian pemilihan frekuensi pembawa lebih baik jika lebih kecil dari 20KHz agar penguatan yang didapat maksimal. 2.2.4 Fitur ATMEGA164A ATMEGA16 memiliki sejumlah fitur yang dapat membantu dalam pengolahan modulasi dan demodulasi data secara digital. Diantaranya adalah fungsi USART (Universal Serials Asynchronous Receiver and Transmitter) yang sudah ter-buildin dan siap digunakan. Dengan keberadaan USART selain mempermudah pembuatan program komunikasi serial mikrokontroler dengan sumber juga dapat mengurangi cycle per instruction yang dibutuhkan. Sehingga program yang dibuat dapat berjalan dengan cepat. Adapun letak dari USART itu sendiri berada di portd seperti pada Gambar 3. Sehingga jika kita menggunakan USART, portd tidak bisa digunakan sebagai I/O data yang lain karena telah teralih fungsikan sebagai port komunikasi serial. Selain USART yang ter-buildin, mikrokontroler ATMEGA juga memiliki fitur ADC (Analog to Digital Converter) yang ter-buildin. ADC ini bisa digunakan sebagai penerima modulasi analog untuk kemudian diproses secara digital. Adapun letak ADC tergabung dengan porta. Dengan demikian ketika kita menggunakan ADC, maka porta tidak bisa digunakan lagi sebagai port I/O data yang lain. 7
Gambar 3 Arsitektur ATMEGA164 Series Pemrosesan sinyal secara digital pada mikrokontroler membutuhkan proses data yang cepat. Oleh karena itu dengan menggunakan ATMEGA164A dan clock 20MHz dapat membantu menangani proses panjang filter. Selain itu, 32 register yang dimiliki sangat membantu jika digunakan sebagai variabel agar pemrosesan lebih cepat. Hal ini dikarenakan proses pada register lebih cepat dari pada proses pada SRAM. 2.2.5 OP-AMP (Operational Amplifier) Opamp merupakan rangkaian penguat yang dikemas menjadi IC (Integrated Circuit). Secara umum perangkat IC OP-Amp terdiri dari lima kaki utama yaitu pin tegangan positif, pin tegangan negatif, pin inverter, pin non-inverter dan pin output. Lebih jelasnya terlihat pada Gambar 4. Gambar 4 Simbol Sebuah OP-AMP 8
Untuk membuat sebuah penguat dengan opamp, maka kita membutuhkan paling tidak dua buah resistor sebagai komponen pasifnya. Ada dua jenis penguat dengan menggunakan opamp yaitu penguat inverting dan non-inverting. Penguat inverting inputnya dimasukan ke pin inverting. Sedangkan penguat non-inverting inputnya dimasukan ke pin non-inverting. Gambar 5 Konfigurasi Penguat Opamp Inverting Gambar 6 Konfigurasi Penguat Opamp Non-Inverting 9
Adapun untuk menghitung penguatan tegangan opamp inverting yang merujuk pada Gambar 5 dapat kita tulis sebagai berikut. (1) A = Hasil penguatan Tegangan (hasilnya negatif kerena menunjukan fasa outputnya terbalik) R1 = Nilai resistor 1 R2 = Nilai resistor 2 Sedangkan untuk menghitung penguatan tegangan opamp non-inverting yang merujuk pada Gambar 6 dapat kita tulis sebagai berikut. A = Hasil penguatan Tegangan R1 = Nilai resistor 1 R2 = Nilai resistor 2 (2) 10