Implementasi algoritma Goertzel dalam field programmable gate arrays :: Studi kasus untuk pengukuran daya listrik

WIBHOWO, Ferry Wahyu, Drs. Jazi Eko Istiyanto, M.Sc., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Ilmu Komputer

Telah dilakukan perancangan dan pembuatan implementasi algoritma Göertzel dalam Field programmable gate arrays (FPGAs) Spartan-3E XC3S500E untuk studi kasus pengukuran daya listrik. Daya listrik yang dihasilkan adalah daya instan dan daya aktif. Nilai daya instan dihasilkan dari perkalian antara sampling tegangan (VINA) dan arus (VINB) pada ADC, sedangkan nilai daya aktif dihasilkan dari implementasi algoritma Göertzel. Algoritma Göertzel menggunakan cara pemrosesan intermediate dalam setiap sample, dimana deteksi sinyal terjadi setiap N-sampel. Proses numerik dilakukan cukup singkat dalam Interrupt Service Routine (ISR), dengan mengumpulkan sample (jika ada interrupt per sample; jumlah sample yang diambil yaitu 1000) dan jika mendapatkan buffer sample maka dapat melanjutkan dan memproses datanya. Sistem pengukuran daya listrik mempunyai 3 tahap, yaitu: 1) Analog Digital Converter (ADC) sebagai masukan sinyal analog, 2) Digital Signal Processing (DSP): blok perkalian digunakan untuk menghasilkan data digital daya instan dan blok berbasis algoritma Göertzel digunakan untuk menghasilkan data digital daya aktif, dan 3) Digital Analog Converter (DAC) sebagai keluaran berbentuk sinyal analog dari daya instan dan daya aktif. Disain sistem ini menggunakan bahasa deskripsi perangkat keras (VHDL) dengan mengaplikasikan model Finite State Machine Moore. Pengamatan dan pengujian sistem pengukuran daya listrik dalam FPGA Spartan-3E XC3S500E mempunyai waktu tunda sebesar 7,693ns (frekuensi maksimum : 129,988MHz) dengan pilihan optimisasi speed.

A Göertzel algorithm on XC3S500E Spartan-3E Field programmable gate arrays has been implemented and applicated to a case-study of measuring electrical power. An electrical power used is an instant power and an active power. An instant power is yielded by multiplication of current (VINB) and voltage (VINA) samplings of ADC, and an active power is yielded by using a Göertzel algorithm. A Göertzel algorithm uses intermediate processing in every sample which detecting signal done in every N-sample. A numeric process is short time done in an Interrupt Service Routine (ISR) by collecting samples (if got an interrupt per sample; picked samples is 1000) and if meet buffer sample then it can be processed. An electrical power measurement has 3 steps, i.e.: 1) An analog-to-Digital Converter (ADC) as an analog signal input; 2) A Digital Signal Processing (DSP): a multiplication block to get an instant power digital data and a Göertzel algorithm-based block to get an active power digital data; and 3) A Digital-to-Analog Converter (DAC) as an analog signal output of instant power and active power. The design used VHDL as a hardware description language by implementing model of Moore Finite State Machine. Analyzing and testing of the electrical power measurement system on a Spartan-3E XC3S500E FPGA has delay time about 7.693ns (or a maximum frequency : 129.988MHz) by choosing optimization of speed.

Kata Kunci : FPGA,Algoritma Geortzel,ADC,DSP,DAC,FPGA