TUGAS AKHIR ELEKTRONIKATELEKOMUNIKASI DTMF (DUAL TONE MULTIPLE FREQUENCY)
Disusun untuk Memenuhi Nilai Tugas Akhir Mata Kuliah Elektronika Telekomunikasi.
Qusyairi Ridho Saeful F NPM.0807100775 Tingkat III Rancang Bangun Peralatan Sandi
SEKOLAH TINGGI SANDI NEGARA BOGOR 2011
Abstraksi: Perkembangan teknologi komunikasi dan komputer yang semakin pesat mendorong manusia untuk melakukan aktifitasnya dengan lebih mudah dan praktis. Salah satunya adalah teknologi telepon yang memberikan kemudahan bagi manusia dalam berkomunikasi. Telepon memberikan fasilitas pertukaran informasi berbentuk suara dari masing-masing entitas, sehingga menghasilkan data yang real-time. Dalam telepon terdapat suatu bagian yang berfungsi sebagai sistem dial atau penandaan tombol atau nomor yang nantinya dapat diartikan sebagai suatu fungsi tertentu untuk merepresentasikan nomor telepon. Dalam perkembangannya terdapat berbagai macam cara dalam proses pendialan dalam telepon salah satunya adalah DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) yang aka dibahas dalam makalah ini. DTMF adalah suatu teknik pendialan pada telepon yang memanfaatkan penjumlahan frekuensi sebagai salah satu cara pengkodean untuk menghubungi nomor tujuan. Dalam perkembangannya teknologi DTMF banyak diaplikasikan dalam sistem kontrol dengan bantuan mikrokontroler.
1. Pendahuluan 1.1
Latar Belakang Kemajuan di bidang teknologi pada era millenium dapat dirasakan masyarakat saat ini terutama dibidang elektronika yang mendorong manusia untuk mengerjakan sesuatu dengan cara yang cepat dan praktis. Dengan tingkat kecerdasaan manusia yang semakin tinggi dan rasa ketidakpuasan manusia akan sesuatu yang telah dicapai mendorong majunya teknologi pada zaman ini. Tidak terkecuali teknologi dibidang komunikasi, komunikasi yang dapat
diartikan
sebagai
suatu
cara
untuk
menyampaikan
atau
menyebarluaskan suatu informasi atau data dalam berbagai bentuk. Komunikasi data pada zaman modern saat ini berhubungan erat dengan teknik pengiriman dan penerimaan data secara elektronik. Dimana setidaknya diperlukan 3 (tiga) elemen utama sistem komunikasi yaitu sumber data, media transmisi,dan penerima. Dan
jika salah satu elemen tidak tersedia maka
proses telekomunikasi data tidak dapat dilakukan. Komunikasi modern saat ini dapat berupa berbagai bentuk seperti voice, teks, file, gambar,
video dan
berbagai data yang bersifat real time. Sehingga dibutuhkan teknik-teknik tertentu dalam pengolahannya. Untuk itu dibutuhkan peralatan penghubung sebagai penunjang agar pertukaran informasi antar kedua entitas tercapai. Khusus untuk data yang berupa suara terdapat suatu alat yang lazim digunakan oleh masyarakat untuk berkomunikasi data suara yaitu telepon. Telepon dipilih sebagai sarana penghubung yang cepat dan relatif aman untuk menyampaikan informasi dari satu tempat ke tempat lain. Telepon adalah suatu teknologi komunikasi yang dapat mengkonversikan sinyal suara menjadi sinyal-sinyal listrik pada frekuensi tertentu (frekuensi audio) yang kemudian dipancarkan melaui suatu sistem transmisi listrik dan akhirnya dikonversikan kembali menjadi
sinyal-sinyal tekanan suara pada
ujung penerima. Untuk membangun hubungan dengan pihak lain, maka entitas yang ingin melakukan komunikasi harus mengetahui alamat (dalam hal ini nomor telepon) entitas lain yang ingin diajak berkomunikasi. Pada teknologi telepon terdapat
beberapa teknik dalam proses pensinyalan untuk menentukan nomor telepon tujuan. Yang pada makalah ini dibahas mengenai DTMF(Dual Tone Multi Frequency). Yaitu suatu metode pesinyalan dengan cara penjumlahan dari du buah frekuensi yang merepresentasikan suatu tombol atau karakter.
1.2 Tujuan Pembuatan makalah tentang DTMF ini bertujuan sebagai pemenuhan untuk nilai tugas akhir mata kuliah Elektronika Telekomunikasi. Selain itu diperuntukan agar pembaca mengetahui tentang mekanisme atau prinsip kerja dari DTMF (dual tone multiple frequency) dan berbagai aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu diharapkan pembaca juga dapat mengembangkan kerja DTMF untuk aplikasi lainnya.
2.
Pembahasan 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Dasar Sistem Telekomunikasi Sistem telekomunikasi berasal dari dua kata yaitu Sistem dan Telekomunikasi. Sistem adalah sebuah kesatuan yang terdiri dari atas input, output, dan proses. Sedangkan telekomunikasi adalah komunikasi yang dilakukan oleh beberapa pihak yang berbeda tempat.
Tujuan
dari
sistem
telekomunikasi
adalah
menyampaikan informasi dari suatu lokasi ke lokasi lainnya.
2.1.2 Tipe Komunikasi Bila dilihat dari cara dan banyaknya entitas yang saling berkomunikasi maka telekomunikasi dapat dikategorikan menjadi beberapa tipe seperti :
Point to Point Merupakan proses komunikasi yang melibatkan dua obyek yang saling terhubung satu dan yang lain. (Contoh : dua orang yang saling terlibat pembicaran telepon).
Point to Multipoint Merupakan proses komunikasi antara satu obyek yang megirimkan informasi kemudian dapat diterima oleh orang banyak. Diamana antara Tx dan Rx dapat saling berkomunikasi satu dan yang lain. (Contoh : Komunikasi menggunakan teleconference).
Broadcasting Merupakan proses komunikasi yang melibatkan sebuah pusat pengiriman informasi yang dapat mengirim informasi ke semua penerima dengan teknik broadcasting. Pada sistem broadcast, penerima bersifat pasif atau tidak dapat berinteraksi
dengan
pusat
pengiriman
informasinya.
(contoh : Pemancar Stasiun Radio dan Televisi).
Simplex Communication Adalah proses komunikasi yang hubungannya berupa dua buah entitas yang saling berkomunikasi namun hanya satu entitas saja yang dapat mengirim informasi. (contoh : pemancar radio atau televisi).
Half-Duplex Merupakan jenis komunikasi yang memungkinkan pada satu waktu komunikasi bersamaan, masing-masing entitas saling bertukar informasi secara bergantian. (contoh: Komunikasi dengan Handy-Talkie).
Full-Duplex Merupakan jenis komunikasi yang menmungkinkan kedua entitas untuk saling berhubungan dan berbagi informasi secara bersamaan. ( Contoh : Komunikasi dengan Telepon).
2.1.3 Dasar Sistem Telepon Sistem telepon modern saat ini adalah pengembangan dari rangkaian analog yang ditemukan oleh Alexander Graham Bell padatahun 1876. Dimana memiliki fungsi untuk mengkonversikan sinyal-sinyal suara menjadi sinyal listrik frekuensi audio yang kemudian dapat dipancarkan melalui suatu sistem listrik,dan akhirnya dikonversikan kemabli menjadi sinyal-sinyal tekanan suara pada pihak penerima. Sinyal-sinyal listrik tersebut dipancarkan melalui radio atau kawat. Untuk melaksanakan tuganya dengan baik, maka pesawat telepon harus mampu mengubah suara menjadi sinyal-sinyal listrik dan pada tempat penerima sinyal listrik tersebut diubah kembali menjadi getaran suara, sehingga dapat didengar. Sistem dasar operasi dari pesawat telepon adalah sebagai berikut : 1.
Saat handset diangkat, pesawat telepon memberitahu sentral bahwa seseorang atau pelanggan ingin mengadakan hubungan telepon (ingin berbicara dengan pelanggan lain melalui telepon).
2. Menerima dial tone, yang menadakan bahwa sentral siap melayani pelanggan yang mengangkat handset tadi. 3. Mengirim nomor telepon yang dituju ke sentral. Nomor ini dipilih oleh pelanggan dengan menekan atau memutar nomor dial. 4. Memberitahu tahap proses pemanggilan dengan menerima nada-nada pensinyalan (signaling), misal nada sibuk, nada panggil, dan lain-lain. 5. Memberitahu bahwa ada telepon yang masuk dengan menerima nada alerting dan membunyikan bel dering yang bervariasi. 6. Disisi pemanggil, pesawat akan mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik, dan sebaliknya pada sisi penerima berfungsi mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara. 7.
Memberitahu sentral bahwa pembicaraan telah selesai dengan meletakkan handset.
Komponen dasar yang terdapat pada pesawat telepon yaitu : Ringer electronic,switch hook, and pulse dialer.
Ringer Electronic (Bel Elektronik) Untuk memberitahu adanya suatu panggilan telepon maka sentral telepon
mengirimkan
suatu
sinyal
sebagai
tanda.
Sinyal
pemberitahuan ini disebut dengan Bel (ringing). Ringing atau alerting haruslah sinyal yang khusus dan harus cukup keras agar dapat didengar oleh pesawat telepon di ujung penerima. Pada sentral telepon sinyal alerting dibangkitkan oleh sebuah motor yang membangkitkan sebuah pembangkit AC, atau sebuah inverter solid state. Pembangkit tersebut disebut sebagai Ring Generator dan mendapatkan daya sebesar –48 VDC dari baterai sentral. Pada saat sinyal alerting masuk, suatu arus AC mengalir di dalam loop, tetapi tidak ada arus DC. Jika suatu panggilan telepon dijawab saat bel sedang berdering, sentral telepon perlu mendeteksi bahwa arus DC sudah mulai mengalir sehingga sinyal alerting bisa diputus. Pada pesawat telepon ada switch (saklar) untuk meletakkan gagang telepon yang sekaligus untuk dapat mengaktifkan atau menonaktifkan bel listrik, saklar ini disebut sebagai switch hook.
Switch Hook Pada switch hook ada dua hubungan yaitu hubungan tertutup (on hook) dan hubungan terbuka (off hook) yang akan dijelaskan sebagai berikut : a. On hook Saat handset (gagang telepon) berada pada tempatnya, berat gagang tersebut menekan saklar atau tombol yang ada dibawahnya sehingga saklar tesebut open (terbuka). Ini disebut dengan kondisi On hook. Rangkaian BEL selalu terhubung ke saluran telepon sehingga bisa berbunyi saat ada panggilan telepon datang. Sedangkan rangkaian yang lain dalam pesawat telepon tersebut terisolasi dari saluran karena saklar hook terbuka saat handset pada kondisi On hook.
b. Off hook Pada saat handset diangkat maka kontak saklar akan tertutup (sambung). Arus loop mengalir dari batery disentral telepon melalui pesawat telepon dan melalui kumparan relay pada sentral telepon. Bila arus yang mengalir pada relay ini cukup, maka relay akan menghubungkan telepon yang off hook tersebut ke peralatan sentral yang lain. Sebuah “line finder“ (pencari saluran) akan memeriksa keadaan sehingga dijumpai saluran yang sedang off hook kemudiaan
menyiapkan
peralatan
switching
untuk
memulai
menerima nomor yang hendak dipilih oleh si penelpon. Pada kondisi ini pembangkit dial tone yang telah terhubung dengan saluran pelanggan memberitahu si penelpon bahwa sentral siap menerima nomor yang akan dipilih.
Pulse dialer Dialer adalah bagian yang menterjemahkan angka-angka nomor telepon tujuan ke dalam bentuk elektris agar dimengerti oleh peralatan di sentral telepon. Bentuk fisik dari dialer adalah seperti cakram putar dan push button. Dalam keadaan gagang pesawat terangkat maka arus listrik akan mengalir dari sentral ke pesawat telepon. Ada dua jenis dialler yang berkembang sekarang ini yaitu menggunakan model pemutusan arus (sistem pulsa) dan dual tone multi frequency (DTMF). Dialer cakram putar selalu menggunakan sistem pulsa dan dialer sistem push button umumnya beroperasi dengan sistem DTMF, meskipun banyak juga yang disiapkan untuk dapat dioperasikan dalam sistem pulsa.
1. Dialing Pulsa (Pulse Dialing) Dalam keadaan gagang telepon terangkat maka arus DC akan mengalir masuk ke telepon. Jika dialer diputar (ditekan) angka N, arus DC akan mengalir dengan terputus-putus sebanyak N kali dengan aturan angka 0 akan diputus sebanyak 10 kali. Satu pulsa arus ( sekali mengalir – putus ) kira-kira adalah 100 milidetik. Jarak
antar angka satu dan yang lain yang akan ditekan tidak boleh kurang dari 400 milidetik. Setiap nomor pada telepon diwakili oleh pulsa yang jumlahnya sama dengan nomor yang di dial. Pulsa tersebut dibangkitkan dengan cara memutuskan(break) dan menyambungkan (make) saluran pelanggan. Dimana antar nomor yang di-dial terdapat jeda yang disebut interdigit-interval.
Gambar representasi sinyal dengan Pulse Dial.
2. DTMF (Dual Tone Multi Frekuency) adalah teknik mengirimkan angka-angka nomor telephon yang dikodekan dengan 2 nada yang dipilih dari 8 buah frekuensi yang telah ditentukan. Delapan frekuensi tersebut adalah 697Hz, 770 Hz, 852 Hz, 941 Hz, 1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz dan 1633 Hz. Sebagai contoh jika tombol 1 maka angka 1 dikodekan dengan 697 Hz dan 1209 Hz, dan angka 9 dikodekan dengan 852 Hz dan 1477 Hz. Teknik DTMF mungkin memliki banyak keunggulan dibanding dengan cara memutar piringan angka,tapi secara teknis lebih sulit diselesaikan decoding sinyalnya. Dimana alat pengirim kode DTMF merupakan 8 rangkaian oscilator masing-masing membangkitkan frekuensi unik.
yang
Multiple Frequency adalah suatu teknik dari proses signaling dimana menggunakan campuran dari dua buah sinyal (sine wave sound). Pada awalnya metode ini dikembangkan oleh Bell System and CCITT. Dimana penggunaannya diperuntukan sebagai penentu tujuan antar publik switching pada sistem telepon jarak jauh. Ternyata dengan metode ini dapat menambah kecepatan dan efisiensi layanan telepon saat itu. Teknologi DTMF atau yang dikenal dengan Touch-Tone pertama kali dipergunakan secara komersil oleh AT&T sebuah perusahan telekomunikasi di Amerika pada
5 juli 1960. Yang
dituangkan dalam publikasinya pada Buletin No.105 AT&T berjudul “a method for pushbutton signaling from customerstation using the voice transmission path”. Kemudian perkembangan selanjutnya banyak vendor lain menggunakan teknologi ini dalam aplikasi telepon mereka. Dikarenakan kekhawatiran akan adanyan interferensi sinyal antar pengguna telepon yang menggunakan konsep Multiple Frequency, maka di buatlah berbagai aturan dan protokol untuk itu seperti : MF/R1,R2,CCS4,CCS5,SS7, hinnga terakhir disepakati ITU-T Q.23
2.2
DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) Signal 2.2.1 Cara Kerja Setelah beralih ke teknologi digital , proses dialing nomor telepon tidak lagi dengan memutar piringan angka, namun dengan cara menekan tombol-tombol angka. Diilustrasikan sebagai berikut, ketika kita menekan tombol pada keypad telepon, sebuah hubungan terjadi karena gabungan atau penjumlahan dua buah sinyal suara pada saat bersamaan. Penjumlahan sinyal frekuensi tersebut disebut Dual Tone Multiple Frequency. Dimana sinyal ini identik dan unik. DTMF sinyal adalah penjumlahan dua buah sinyal audio frekwensi yang berbeda, dimana dapat direpresentasikan sebagai persamaan aljabar :
𝒇 𝒕 = 𝑨𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝟐𝝅. 𝒇𝒂 . 𝒕 + 𝑩𝟎 𝐬𝐢𝐧(𝟐𝝅. 𝒇𝒃 . 𝒕)
Dimana 𝑓𝑎 dan 𝑓𝑏 adalah dua buah sinyal audio yang berbeda
dengan 𝑓𝑎 merepresentasikan
low
frequency
𝑓𝑏
dan
merepresentasikan High Frequency. Dimana setiap grup frekuensi terdiri dari empat frekuensi
, empat frekuensi tinggi dan empat
frekuensi rendah. Sedangkan A dan B merepresentasikan nilai Amplitudo dari masing-masing frekuensi. Dimana
setiap
tombol
yang
ditekan
merupakan
hasil
dari
penjumlahan satu frekuensi tinggi dan satu frekuensi rendah yang menghasilkan sebuah sinyal DTMF yang merupakan representasi dari tombol tersebut.
Gambar representasi frekuensi DTMF.
Sebagai ilustrasi ketika user menekan tombol nomor telepon pada keypad
pesawat
telepon¸maka
setiap
tombol
tersebut
akan
menghasilkan sinyal DTMF dari penjumlahan dua buah frekwensi yang merepresentasikan masing-masing tombol. Misalnya user menekan tombol 5 pada keypad, maka terjadi penjumlahan sinyal suara dari frekuensi tinggi (1336Hz) dan frekuensi rendah (770Hz).
Maka akan terjadi penjumlahan sinyal frekuwnsi dengan peramaan :
𝒇 𝒕 = 𝑨𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝟐𝝅. 𝟕𝟕𝟎. 𝒕 + 𝑩𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝟐𝝅. 𝟏𝟑𝟑𝟔. 𝒕 Kemudian sinyal DTMF tersebut mengalir melewati kabel dan menuju kepada server telepon, kemudian server mengidentifikasi sinyal tersebut dan melihat nomor tujuan lalu membangun hubungan komunikasi dengan user penerima.Kemudian masing-masing dapat saling berkomunikasi. Sedangkan besarnya amplitudo pada sinyal DTMF yang merupakan hasil penjumlahan dua buah frekwensi tersebut berkisar antara :
(0,7 < (A/B) < 0,9 ) v Dimana biasanya pada suatu grafik frekwensi, garis y disebut amplitudo dengan besaran V (voltase) dan garis y merepresentasikan waktu (t). Teknik DTMF mempunyai banyak keuntungan dibanding dengan memutar piringan angka, tetapi secara teknis lebih sulit. Alat pengirim kode DTMF merupakan 8 rangkaian oscilator yang masingmasing membangkitkan frekuensi diatas, ditambah dengan rangkaian pencampur frekuensi untuk mengirimkan 2 nada yang terpilih. Sedangkan penerima kode lebih rumit lagi, dibentuk dari 8 filter yang tidak sederhana dan rangkaian tambahan lainnya.
2.3 Rangkaian pembuat DTMF 2.3.1 DTMF Signal Generation Untuk membuat sistem kerja DTMF untuk kontrol sistem pada telepon biasanya digunakan IC (UM-91214,UM-91214B,dll). Dimana IC ini dapat merepresentasikan setiap frekuensi pada tombol, dikarenakan IC tersebut mampu memuat representasi array empat baris dan tiga kolom, sama seperti keypad telepon.
Gambar DTMF Encoder. Dapat dilihat pada gambar rangkaian tersebut, sisi inputan pada IC UM-91214 ada pada pin 12-14 menghasilkan frekuensi tinggi pada grup kolom, sedangkan pin 15-18 menghasilkan frekuensi rendah pada grup baris. Sedangkan untuk Output ada pada pin 7, sebagai tempat keluar sinyal DTMF hasil penjumlahan frekuensi, yang nantinya akan dikirim kepada sistem kontrol server melalui kabel. Untuk menghasilkan sinyal yang hasilnya tepat, maka diperlukan beberapa komponen dan properti tambahan pada rangkaian,
yaitu
berupa
crystal
oscillator
3,58
Mhz
yang
dihubungkan pada pin 3 dan 4 sehingga dapat menjadi bagian dari oscillator
internal.
Sedangkan
untuk
sumber
daya
IC
ini
membutuhkan tegangan sebesar 3 v. Dimana biasanya disupply dari sebuah zener diode berkapasitas 3,2 v. Diode ini berfungi sebagai penstabil tegangan pada rangkaian. 2.3.2
DTMF Decoder Pada sisi penerima telepon, sistem rangkaian DTMF akan menganalisa nilai dari sinyal DTMF yang masuk. Rangkaian decoder ini intinya ada pada IC MT-8870/ IC KT-3170 / IC MT-8888, dengan cara kerja sebagai penerjemah sinyal yang datang dari kabel telepon menjadi sebuah nilai BCD (Binary-Code-Decimal). Prinsip kerjanya adalah memisahkan sinyal DTMF atas frekuensi rendah dan
frekuensi tinggi, kemudian masing-masing sinyal tersebut diproses secara terpisah dengan membandingkan frekuensi masukan dengan clock referensi yang ada pada Rangkaian IC. Pokok permasalahan yang perlu diperhatikan adalah toleransi kecacatan sinyal karena noise
atau
gangguan
lain
yang
mengakibatkan
kesalahan
pembacaan sinyal. Pada IC MT-8870 menggunakan crystal oscillator dengan frkwensi 3,85 Mhz. IC ini menggunakan prinsip kerja BandPass Filter. Hal ini dikarenakan fungsinya yang dapat melewatkan sinyal yang frekwensinya berada pada batas yang ditentukan. Sehingga dapat dipisahkan mana sinyal dengan frekwensi rendah, dan mana sinyal dengan frekwensi tinggi. Sedangkan pada
bagian decodernya
mampu mendeteksi dan merubah semua pasangan frekwensi sinyal DTMF menjadi 4-bit code. Kemudian dapat menentukan frekuensi dari batas suara yang ada dan memeriksa dengan frekwensi DTMF standar.Untuk komponen eksternal yang dibutuhkan diantaranya adalah Crystal Oscillator 3,58 MHz, Timing Resistor, dan Timing Capasitor.
Gambar Bandpass Filter Kelompok frekwensi rendah dan tinggi dipisahkan dengan memasukan sinyal DTMF kedalam input dari dua 6th orders switched capacitor bandpass filter dengan batasan nilai yang sesuai dengan nilai grup sinyal frekwensi. Filter ini juga menyertakan bentuk
frekuensi 350 Hz dan 440 Hz untuk penolakan call tone bila terjadi kesalahan. Kemudian masing-masing keluaran dari filter dimasukan kepada switch order tunggal pada bagian kapasitor filter, untuk memperlancar sinyal masukan sebelum dipartisi. Caranya dengan membandingkan sinyal dengan High-gain Comparator dengan Hysteresis
untuk
mencegah
adanya
sinyal-sinyal
yang
tidak
diinginkan atau noise. Kemudian ketika detector mengenali adanya sinyal yang sesuai dengan standar,maka detector akan menaikan Early Steering Flag (ESt). Namun jika detector tidak megenali adanya sinyal yang sesuai maka ESt akan turun. Proses mengenali sinyal yang sesuai yaitu dengan memeriksa delay dari sinyal yang masuk ke decoder pada eksernal RC time (Resistor and Capacitor time). Jika delaynya sebentar atau sedikit, maka akan menaikan Est dan berlaku sebaliknya jika delaynya lama maka akan menurunkan Est. Hal ini berdampak pada proses pengkodean pada rangkaian. Jika Est naik maka control output akan merepresentasikan sebagai nilai logika tinngi (1) dan sebaliknya jika Est turun maka control output akan merepresentasikan nilai logika (0). Kemudian rangkaian 4-bit tersebut direpresentasikan sebagai nilai pada tombol keypad.
Gambar DTMF decoder
Berikut adalah salah satu contoh rangkaian DTMF decoder yang biasa digunakan.
Gambar rangkaian DTMF Decoder dengan IC MT8870
Pada rangkaian penerima DTMF yang dibangun dengan AT89C2051 dan MT8870 ini terlihat bahwa
AT89C2051 dilengkapi Xtal Y2 (12 MHz)
ditambah kapasitor C3 dan C4 membentuk rangkaian oscilator, dilengkapi pula dengan rangkaian reset yang dibentuk dengan C5 dan R4, kedua rangkaian ini merupakan rangkaian baku AT89C2051. MT8870 dilengkapi dengan Xtal Y1 (3.579545 MHz), C2 dan R3 dipakai untuk menentukan waktu minimal untuk mengenali nada DTMF yang diterima, rangkaian penguat sinyal DTMF dibentuk dengan R1, C1 dan R2. Nilai-nilai komponen ini langsung diambil dari lembaran data (data sheet) MT8870 yang sudah disesuaikan dengan karakteristik sinyal DTMF pada umumnya.
StD (Delayed Steering - kaki 15 MT8870) merupakan output yang menandakan MT8870 mempunyai data DTMF baru yang bisa diambil. Saat tidak ada nada DTMF kaki StD=‟0‟, jika sinyal yang masuk MT8870 mengandung nada DTMF dan nada itu lamanya melebihi konstanta waktu yang ditentukan oleh C2 dan R3, StD akan menjadi „1‟ memberitahu AT89C2051 bahwa ada data di D0..D3 (kaki 11 sampai dengan 14 MT8870) yang bisa di ambil. Sinyal StD akan tetap bertahan =‟1‟ manakala nada DTMF masih ada. Dalam Gambar, StD dipantau lewat kaki P1.7 AT89C2051. TOE (Tristate Ouput Enable - kaki 10 MT8870) merupakan input untuk mengatur data di D0..D3, jika TOE=0 rangkaian output D0..D3D0..D3 tidak digabungkan dengan jalur data peralatan lainnya, kaki TOE bisa saja dihubungkan ke „1‟. akan mengambang (high impedance state) sehingga data tidak bisa diambil. Jika Dalam Gambar, TOE di kendalikan dengan kaki P1.6 AT89C2051.
Gambar tabel representasi sinyal DTMF ke biner 4-bit
2.4
Aplikasi DTMF
2.4.1 DTMF pada Pesawat Telepon Pada
tahun
1940-1n
Bell
Laboratories
berhasil
mengembangkan sistem pensinyalan touch tone dialing dengan membangkitkan nada sebagai pengganti sistem pendialan pulsa pada pesawat telepon model lama yang menggunakan cakram. Teknik dan prinsip kerja sama seperti penjelasan diatas. Dimana masing-masing tombol pada keypad di representasikan sebagai penjumlahan dua buah sinyal frekuensi.
2.4.2
Pengolahan Data Keluaran DTMF Decoder untuk mengendalikan Peralatan Listrik Memanfaatkan prinsip kerja dari DTMF untuk mengendalikan peralatan listrik yang ada di rumah. Dengan tambahan aplikasi SMS, maka Handphone yang ditambahi dengan IC DTMF decoder mampu mengendalikan
sistem
perangkat
listrik
di
rumah.
Sehingga
memungkinkan pengguna mengendalikan alat listrik dimana saja dan kapan saja.
Proses kerja secara garis besar adalah ketika program dijalankan user, maka program mulai melakukan proses pembacaan nilai DTMF. Selanjutnya nilai DTMF tersebut dibandinkan dengan nilai referensi yang ada pada sistem. Setelah nilainya sesuai maka dimulai proses pengendalian peralatan listrik sesuai dengan nilai DTMF yang direpresentasikan oleh peralatan tersebut. Misalnya nilai 1 untuk mematikan lampu dan sebagainya. Pegembangan teknologi DTMF sangat luas, dan banyak digunakan sebagai bagian dari fungsi kontrol suatu sistem dalam kehidupan sehari-hari
2.5
Regulasi tentang DTMF
Pengaturan mengenai sistem dan spesifikasi dari DTMF sudah dibuat dalam ITU-Telecommunication Recomendation series Q-23, yang kemudian di ratifikasi oleh Depkominfo melalui Dirjen Postel dalam suatu peraturan sebagai berikut.
Pengkodean sinyal register DTMF untuk pelanggan analog : Pemakaian DTMF sebagai sinyal register untuk pelanggan analog diatur dalam ITU-Telecomunication Recommendation series Q-23. Dengan spesifikasi sebagi berikut : o
Frekuensi : ± 2% dari frekuensi minimal (lihat Tabel 1).
o
Beda Level high group harus lebih tinggi dibanding low group : 0,5 dB < beda level < 3,5 dB
o
Level DTMF : ≤ -27 dBm
o
Panjang sinyal : ≤ 40 ms
o
Selang antar sinyal : ≤ 40 ms
Sedangkan standar dial DTMF adalah saat dimana nada selama tombol telepon ditekan, tak perduli berapa lamanya, nada dikodekan sebagai satu digit. Pengiriman digit dalam durasi yang pendek ± 100 ms dapat juga dilakukan, tapi tidak oleh tangan manusia karena hal tersbut tidak mungkin, dan hanya dilakukan dengan cara otomatis. Sumber : Peraturan No.19 / DIRJENPosTel / 2006 TENTANG
PERSYARATAN
TELEKOMUNIKASI
TEKNIS
INTERACTIVE
ALAT VOICE
DAN
PERANGKAT
RESPONSE
(IVR)
PENDUKUNG PENYELENGGARAAN NILAI TAMBAH TELEPON KEMENTERIAN KOMUNIKASI DAN INFORMASI : DIRJEN POSTEL
2.6
DTMF in LabView Pada LabView aplikasi DTMF masuk kedalam pokok bahasan dari DSP(Digital Signal Processing). Pada Labview, DTMF di representasikan dengan algoritma Goertzel. Dimana algoritma ini diasumsikan lebih efisien dari FFT (Fast Fouier Transform) Algorithm dalam implementasi DTMF berdasarkan jumlah opersai pembentuknya, kecepatan eksekusi dan alokasi memori. Namun tidak seperti FFT algorithm, Goertzel tidak mengijinkan adanya inputan dari seluruh data. Jadi hanya mengeksekusi data-data yang ditentukan saja. Oleh karenanya algoritma Goertzel digunakan pada aplikasi DTMF yang mana memiliki nilai frekuensi yang tetap. Algoritma goertzel pertama kali dipublikasikan oleh Dr.Gerald Goertzel pada tahun 1985. Perasamaan dari algoritma Goertzel filter adalah sebagai berikut : 𝑣𝑘 𝑛 = 𝑥 𝑛 + 2 cos
2𝜋𝑓𝑘 𝑣𝑘 𝑛 − 1 − 𝑣𝑘 𝑛 − 2 , 𝑓𝑠
𝑛 = 0,1, . . 𝑁
𝑦𝑘 𝑛 = 𝑣𝑘 𝑛 − 𝑊𝑁𝑘 𝑣𝑘 (𝑛 − 1) Dimana x(n) adalah input, 𝑦𝑘 (𝑛) adalah outputnya. 𝑣𝑘 (𝑛) merupakan output pertengahan. Dimana k menrupakan frekuensinya, 𝑘=
𝑓𝑘 𝑓𝑠
× 𝑁 . dengan N adalah nilai DFTnya. Dan 𝑊𝑁𝑘 = exp(−𝑗
2𝜋𝑘 ). 𝑁
𝐹𝑘 adalah nilai frekuensi yang diambil, sedangkan 𝑓𝑠 adalah frekuensi sampling
Pada algoritma goertzel yang digunakan sebagai filter pada DTMF detection adalah magnitude square output : 𝑦𝑘 (𝑁)
2
= 𝑣𝑘2 𝑁 + 𝑣𝑘2 𝑁 − 1 − 2 cos
Dimana nilai koefisien dari 2 cos
2𝜋𝑘 𝑁
2𝜋𝑘 𝑣𝑘 𝑁 𝑣𝑘 (𝑁 − 1) 𝑁
dipilih dari nilai sinyal frekuensi
DTMF sebagai berikut :
Alur kerja dari implementasi goertzel filter algoritma adalah sebagai berikut : Pilih N input sampel x(n)
Hitung bagian rekrusifnya : 𝑊𝑘 (𝑛), dengan n=0 to N-1
Hitung nilai dari X2(k)
Test nilainya denbesaran Harmonic dan Total Energy
Output Digit
Penjelasan dari Flowchart : Ketika sinyal suara DTMF diterima oleh device, maka terdapat dua buah nilai frekuensi komponen yaitu 679, 770, 852, 941, 1209, 1336, 1447 hz. Gunakan algoritma goertzel untuk mencari nilai rkrusif dari sunyal tersebut. Yang mana berkorespodensi dengan nilai frekuensi standar. Kemudian
hitung
nilai
dari
frekuensi
index-nya
(k)
yang
berdasarkan kepada nilai dari frekuensi sampling(Fs) dan ukuran data (N). dimana nilai dari Fs= 8000Hz dan N=205. Kemudian nilai yang didapat dibandingkan dengan nilai treshold yang ada pada decoder. Dimana nilai treshold merupakan penjumlahan dari seluruh spectral frequency dari tujuh frekwensi DTMF dibagi 4. Dimana nilai treshold yang ideal adalah ½ dari nilai individual spectral. Jika nilai spectral frequeny lebih besar dari nilai tresholdnya maka pada output operation akan bernilai logic 1 dan selain itu bernilai logic 0.
Kemudian untuk membuat simulasi DTMF pada Labview penulis mengacu pada contoh yang ada pada buku referensi dari Nasser Kehtarnavaz, yaitu sebagai berikut :
Goertzel Algor dalam MathScript
Gambar DTMF pada Front Panel LabView
Gambar Rangakaian Sistem DTMF Lingkaran merah merupakan rangkaian dari DTMF encoder, dan lingkaran Biru adalah rangkaian dari DTMF decoder. Cara kerja keseluruhan dari Rangkaian DTMF labview ini adalah :
Bila Keypad pada Front panel di tekan, maka akan menghasilkan nilai 1 pada rangkaian, hal ini disebabkan fungsi search 1D array, dimana fungsinya adalah untuk meneruskan nilai true.
Ketika nilainya 1, maka sinyal DTMF akan masuk pada True Case rangkaian (rangkaian yang hanya menerima nilai true). Kemudian sinyal dihubungkan dengan Quotient & Remainder function (nilai konstan 3, karena keypadnya terdiri dari 3 kolom). Dimana remainder pada operasi ini bertindak sebagai kolom dan quotient sebagai baris. Kemudian dihubungkan dengan penghasil sinyal sinus.
Pada penghasil sinyal sinus, frekuensinya diatur dengan array sesuai ketentuan standar DTMF. Kemudian kedua sinyal dijumlahkan
Agar dapat menghasilkan suara maka sinyal harus berada pada representasi nilai 8-bit integer. Oleh karenanya digunakan expression Node yang berupa persamaan sederhana dengan variabel tungal. Pada aplikasi ini diberikan persamaan (127x+128) pada expression node.
Pada rangkaian decodernya menggunakan algoritma filter goertzel. Dimana outputnya merupakan nilai boolean, yang memberikan informasi bahwa sinyal yang masuk pada decoder merupakan sinyal yang ada pada DTMF.
Bila nilai sinyal yang masuk sesuai dengan nilai frekuensi DTMF, maka nilai DTMF tersebut di decoding sesuai dengan representasi nilainya. Kemudian nilai tersebut ditampilkan pada LCD sebagai representasi tombol keypad.
Hasil Percobaan : Representasi Tombol 1
Representasi Tombol 2
Representasi tombol 3:
Representasi tombol 4 :
Representasi Tombol 5:
Representasi Tombol 6:
Representasi Tombol 7:
Representasi Tombol 8 :
Representasi Tombol 9:
Representasi Tombol 0:
Representasi Tombol (*) :
Representasi Tombol #:
3 Penutup 3.1 Kesimpulan Teknologi
DTMF
merupakan
aplikasi
yang
memanfaatkan
penjumlahan frekuensi untuk dapat merepresentasikan suatu tombol (pada keypad). Dengan adanya DTMF proses signaling pada telepon switching menjadi lebih cepat dan efisien daripada dengan metode rotary dial. Selain itu DTMF ternyata dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi yang melibatkan sistem kontrol dengan bantuan alat lain misalnya mikrokontroler. 3.2 Referensi
Kaur, Jasleen M.eng. “Design And Development of a Voice Based Machine Control at Remote Location” . Departement of Electrical &Instrumentation Engineering. Thapar Institute of Engineering. India.2006
Loker,R. David and Erie,State Penn. “DTMF Encoder and Decoder using Labview”. The Behrend College.2002
Tim Teknik Elektro. “Rancang Bangun Sistem Pengendali Peralatan
Listrik
Melalui
Media
Telepon
berbasis
Mekrkontroler AT89C51”. Universitas Nasional. Jakarta.
Kehtarnavaz,Nasser.
”Digital
Signal
Processing
System
Design : LabView-Based Hybrid Programing”. Unversity of Texas, USA.2008
http://wikipedia.com/Dual-tone-multi-frequency : Diakses pada Hari Minggu 2 Januari 2011.
http://Tutorialelektonika.com/Dual-tone-multiple-frequency
:
Diakses pada hari Minggu, 2 Januari 2011.
PERATURAN
DIREKTUR
JENDERAL
POS
DAN
TELEKOMUNIKASI. Nomor : 19/ DIRJEN/ 2006 Tentang : PERSYARATAN TEKNIS ALAT DAN PERANGKAT TELEKOMUNIKASI INTERACTIVE VOICE RESPONE (IVR) PENDUKUNG PENYELENGGARAAN JASA NILAI TAMBAH TELEPONI
