proyek perancangan rangkaian digital
Post on 06-Aug-2015
428 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1
MODUL 6 PROYEK PERANCANGAN RANGKAIAN DIGITAL
Iskandar Setiadi (13511073) Asisten: Rizka Widyarini / 13209096
Tanggal Percobaan: 30/11/2012 EL2195-Praktikum Sistem Digital
Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB
Abstrak
Pada praktikum Sistem Digital, kita telah mempelajari berbagai macam aplikasi rangkaian logika, seperti salah satunya rangkaian sekuensial. Selain itu, kita telah mempelajari integrasi dan implementasi bahasa VHDL dengan FPGA maupun simulasi-simulasi yang menggunakan display LCD. Pada praktikum ini, praktikan merancang sebuah proyek perancangan berupa permainan BricksBreaker sederhana. Simulasi ini terintegrasi dengan modul VGA, sehingga BricksBreaker dapat dimainkan pada display LCD. Kompilasi dilakukan menggunakan ALTERA QUARTUS serta board FPGA DE-1.
Kata kunci: Perancangan Rangkaian Digital, BricksBreaker, VHDL.
1. PENDAHULUAN
Setelah melakukan serangkaian percobaan praktikum Sistem Digital, pada kesempatan ini setiap kelompok praktikan diminta untuk merancang sebuah proyek rangkaian digital. Proyek ini bertujuan untuk mempelajari cara mengimplementasikan serta mendesain jalur data dan kendali untuk sistem. Seluruh jalur data tersebut akan dihubungkan menggunakan pemodelan FSM (Finite State Machine) dan menampilkan hasil keluaran pada layar LCD. Selain itu, percobaan ini akan mengintegrasikan berbagai komponen dan interface seperti VGA, koneksi serial, display LCD, dll. Proyek ini bersifat interaktif, artinya pengguna dapat memberikan masukkan kedalam sistem untuk mempengaruhi jalannya sistem yang didesain, dalam hal ini adalah permainan BricksBreaker. Setelah sistem berhasil diimplementasikan, maka kita akan menguji serta menganalisis sistem yang sudah selesai dibangun tersebut.
2. STUDI PUSTAKA
Dalam perancangan sebuah proyek rangkaian digital, desain dapat dibuat menggunakan berbagai macam struktur formal seperti tabel kebenaran diagram keadaan, FSM, dan metode-metode pemodelan lainnya. Selain itu, desain strategi pengujian yang baik juga perlu dilakukan
untuk menganalisis sistem yang telah dibuat tersebut.
Proyek perancangan ini menggunakan berbagai macam komponen yang telah dirancang pada praktikum sebelumnya, seperti Clock untuk mengatur framerate pada display LCD, Counter yang diimplementasikan dalam BCD-to-7-Segment yang berfungsi untuk menampilkan angka pad layar, maupun modul VGA yang berfungsi untuk mengubah sinyal-sinyal menjadi tampilan layar.
2.1 BCD-TO-7-SEGMENT
BCD-to-7-Segment menerima masukkan sebuah bilangan integer yang telah dikonversikan menjadi bilangan biner 4-bit. Komponen ini akan mencetak tampilan angka pada keluaran sinyal 7-bit.. Gambar 2-1 berikut menunjukkan tabel kebenaran dan tampilan yang dihasilkan oleh BCD-to-7-Segment, [4]:
Gambar 2-1 BCD-to-7-Segment
2.2 MODUL VGA DRIVER
Modul VGA (Video Graphics Array) yang digunakan kali ini adalah salah satu modul VGA yang pernah diimplementasikan pada percobaan yang lalu. Driver ini berfungsi untuk merepresentasikan masukkan logika FPGA menjadi tampilan warna pada layar display LCD.
Modul ini menerima masukkan port yang ingin dinyalakan, dan mengkonversikan masukkan menjadi warna pada layar (RGB).
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 2
3. METODOLOGI
3.1 ALAT PERCOBAAN
Board FPGA tipe DE1
Catu daya + kabel dan konektor tambahan serta kabel downloader
Monitor LCD
3.2 PROSEDUR PERCOBAAN
Percobaan ini mengintegrasikan berbagai macam modul yang telah kita pelajari pada praktikum-praktikum sebelumnya. Secara garis besar, proyek ini menggunakan 5 files VHDL, yaitu bricksbreaker.vhd, Bricks_MainGame.vhd, clockdiv.vhd, vga.vhd, dan Bcd_7seg.vhd.
Gambar 3-1 Mock-Up Permainan BricksBreaker
Gambar 3-1 diatas menunjukkan skema kasar dari proyek yang akan dibuat. Proyek ini memiliki 4 buah masukkan, yaitu 3 push_button (arah kiri, arah kanan, reset) serta 1 buah switch (mode mudah / sulit). Secara singkat, pemain dinyatakan menang apabila semua bricks berhasil dihancurkan, sedangkan pemain dinyatakan kalah jika bola (kotak) telah melewati batas atas pantulan papan.
3.3 SCRIPT VHDL YANG DIGUNAKAN
1. BricksBreaker.vhd
Kode ini merupakan top_level_entity dari proyek yang dirancang. Secara garis besar, kode ini bertujuan untuk menghubungkan antar komponen yang digunakan dalam proyek ini dengan input/output yang digunakan (melalui PORT MAP).
-- Created by Iskandar Setiadi -
freedomofkeima and Yusuf Fajar
Ardiana
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USE IEEE.MATH_REAL.ALL;
--Komponen utama bricksbreaker,
menerima 4 masukkan dari pengguna, 1
clock, serta mengeluarkan sinyal
untuk display LCD
ENTITY bricksbreaker IS
PORT(
PushKanan : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol arah kanan (RIGHT)
PushKiri : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol arah kiri (LEFT)
Reset : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol untuk mengulang
permainan
LevelMode : IN STD_LOGIC; --
Untuk mengatur kecepatan bujursangkar
ClockSystem : IN STD_LOGIC; --
CLOCK AUTOMATIC dari sistem
VGA_R : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 5 DOWNTO 0 );
VGA_G : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 5 DOWNTO 0 );
VGA_B : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 5 DOWNTO 0 );
VGA_HS : OUT STD_LOGIC;
VGA_VS : OUT STD_LOGIC;
VGA_CLK : OUT STD_LOGIC;
VGA_BLANK : OUT STD_LOGIC);
END bricksbreaker;
ARCHITECTURE behavioral OF
bricksbreaker IS
--Sinyal sinyal untuk proses scanning
pixel pada layar
SIGNAL red :
STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);
SIGNAL green :
STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);
SIGNAL blue :
STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);
SIGNAL red_color :
STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);
SIGNAL green_color :
STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);
SIGNAL blue_color :
STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);
SIGNAL pixel_row :
STD_LOGIC_VECTOR (9 DOWNTO 0);
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 3
SIGNAL pixel_column :
STD_LOGIC_VECTOR (9 DOWNTO 0);
SIGNAL red_on :
STD_LOGIC;
SIGNAL green_on :
STD_LOGIC;
SIGNAL blue_on :
STD_LOGIC;
--Mengintegrasikan modul vga
COMPONENT vga IS
PORT(
i_clk : IN STD_LOGIC;
i_red : IN STD_LOGIC;
i_green : IN STD_LOGIC;
i_blue : IN STD_LOGIC;
--Untuk menentukan warna keluaran
o_red : OUT STD_LOGIC;
o_green : OUT STD_LOGIC;
o_blue : OUT STD_LOGIC;
--Untuk sinkronisasi sinyal sync
o_horiz_sync : OUT STD_LOGIC;
o_vert_sync : OUT STD_LOGIC;
--Untuk menentukan koordinat pixel
pada layar LCD
o_pixel_row : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
o_pixel_column : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 ));
END COMPONENT;
COMPONENT Bricks_MainGame IS
PORT(
PushKanan : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol arah kanan (RIGHT)
PushKiri : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol arah kiri (LEFT)
Reset : IN STD_LOGIC; --
Sebagai tombol untuk mengulang
permainan
LevelMode : IN STD_LOGIC; --
Untuk mengatur kecepatan bujursangkar
ClockSystem : IN STD_LOGIC; --
CLOCK AUTOMATIC dari sistem
i_pixel_column : IN
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
i_pixel_row : IN
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
o_red : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
o_green : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
o_blue : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 ));
--Keluaran sebagai sinyal warna RGB
END COMPONENT;
BEGIN
--Melakukan PORT MAP modul vga
vga_driver0 : vga
PORT MAP (
i_clk => ClockSystem,
i_red => '1',
i_green => '1',
i_blue => '1',
o_red => red_on,
o_green => green_on,
o_blue => blue_on,
o_horiz_sync => VGA_HS,
o_vert_sync => VGA_VS,
o_pixel_row => pixel_row,
o_pixel_column => pixel_column);
--Melakukan PORT MAP main game
maingame : Bricks_MainGame
PORT MAP (
PushKanan => PushKanan,
PushKiri => PushKiri,
Reset => Reset,
LevelMode => LevelMode,
ClockSystem => ClockSystem,
i_pixel_column => pixel_column,
i_pixel_row => pixel_row,
o_red => red_color,
o_green => green_color,
o_blue => blue_color);
red <= red_color (7 DOWNTO 2) ;
green <= green_color(7 DOWNTO 2) ;
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 4
blue <= blue_color (7 DOWNTO 2) ;
--Melakukan pemrosesan, menerima
masukkan logika sinyal warna dan
mengirimkannya ke VGA
PROCESS(red_on,green_on,blue_on,red,g
reen,blue)
BEGIN
IF (red_on = '1' ) THEN VGA_R <=
red; -- Jika merah aktif
ELSE VGA_R <= "000000";
END IF;
IF (green_on = '1' ) THEN VGA_G <=
green; -- Jika hijau aktif
ELSE VGA_G <= "000000";
END IF;
IF (blue_on = '1' ) THEN VGA_B <=
blue; -- Jika biru aktif
ELSE VGA_B <= "000000";
END IF;
END PROCESS;
END behavioral;
-- All Rights Reserved 2012
2. Bricks_MainGame.vhd
Kode ini merupakan bagian utama dari permainan. Proses dalam kode ini dihubungkan dengan clockdiv, yang berfungsi untuk mengatur waktu / framerate dari layar. State utama serta pergerakan-pergerakan setiap obyek pada layar (pantulan, bola, skor, lampu state, bricks) didefinisikan dalam kode ini.
-- Created by Iskandar Setiadi -
freedomofkeima and Yusuf Fajar
Ardiana
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USE IEEE.MATH_REAL.ALL;
ENTITY Bricks_MainGame IS
PORT(
PushKanan : IN STD_LOGIC; -
-Sebagai tombol arah kanan (RIGHT),
Tombol ke-1
PushKiri : IN STD_LOGIC; -
-Sebagai tombol arah kiri (LEFT),
Tombol ke-2
Reset : IN STD_LOGIC;
--Sebagai tombol untuk mengulang
permainan, Tombol ke-3
LevelMode : IN STD_LOGIC; -
-Untuk mengatur kecepatan
bujursangkar
ClockSystem : IN STD_LOGIC; -
-CLOCK AUTOMATIC dari sistem
i_pixel_column : IN
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
i_pixel_row : IN
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
o_red : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
o_green : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );
o_blue : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 ));
--Keluaran sebagai sinyal warna RGB
END Bricks_MainGame;
ARCHITECTURE behavioral OF
Bricks_MainGame IS
--Tipe eksekusi FSM
TYPE executionStage IS (s1,s2,s3,s4);
SIGNAL currentstate, nextstate :
executionStage;
--Untuk mengatur arah pantulan
SHARED VARIABLE ROTASIX : INTEGER :=
1;
SHARED VARIABLE ROTASIY : INTEGER :=
-1;
CONSTANT TVD : INTEGER := 479; --
THD, batas horizontal layar
CONSTANT THD : INTEGER := 639; --
TVD, batas vertikal layar
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 5
--Batas arah bujur sangkar yang akan
digerakkan
--Ubah bentuknya menjadi bola //
menggunakan persamaan kuadrat x^2 +
y^2
SHARED VARIABLE BOLAATAS :
INTEGER := 340;
SHARED VARIABLE BOLAKIRI :
INTEGER := 295;
SHARED VARIABLE BOLAKANAN :
INTEGER := 344;
SHARED VARIABLE BOLABAWAH :
INTEGER := 389;
--Mengatur posisi papan pemantul
SHARED VARIABLE PAPANKIRI :
INTEGER := 260;
SHARED VARIABLE PAPANKANAN :
INTEGER := 380;
SHARED VARIABLE PAPANATAS :
INTEGER := 390;
SHARED VARIABLE PAPANBAWAH :
INTEGER := 400;
--Mengatur posisi bricks (TestBeta)
SHARED VARIABLE BRICKONEATAS :
INTEGER := 150;
SHARED VARIABLE BRICKONEKIRI :
INTEGER := 260;
SHARED VARIABLE BRICKONEKANAN :
INTEGER := 340;
SHARED VARIABLE BRICKONEBAWAH :
INTEGER := 180;
--Mengatur posisi Counter dari BCD-
to-7-Segment, Koordinat X
SHARED VARIABLE X1 : INTEGER := 20;
SHARED VARIABLE X2 : INTEGER := 25;
SHARED VARIABLE X3 : INTEGER := 40;
SHARED VARIABLE X4 : INTEGER := 45;
--Mengatur posisi Counter dari BCD-
to-7-Segment, Koordinat Y
SHARED VARIABLE Y1 : INTEGER := 410;
SHARED VARIABLE Y2 : INTEGER := 415;
SHARED VARIABLE Y3 : INTEGER := 430;
SHARED VARIABLE Y4 : INTEGER := 435;
SHARED VARIABLE Y5 : INTEGER := 450;
SHARED VARIABLE Y6 : INTEGER := 455;
--Mengatur lampu state menang dan
kalah
SHARED VARIABLE X5 : INTEGER := 400;
SHARED VARIABLE X6 : INTEGER := 500;
SHARED VARIABLE X7 : INTEGER := 600;
--Variabel state permainan
SHARED VARIABLE IsKalah : BOOLEAN :=
FALSE;
SHARED VARIABLE IsMenang: BOOLEAN :=
FALSE;
--Mengatur kondisi lampu untuk
counter
SIGNAL IsCounter : STD_LOGIC_VECTOR
(6 downto 0) := "0000000";
--Mengatur skor dari permainan
SHARED VARIABLE SCORE : INTEGER := 0;
SIGNAL BCDPortInput :
STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0) :=
"0000";
--Mengatur kecepatan dari bujur
sangkar
SHARED VARIABLE SPEED :
INTEGER := 0;
--Clock sebagai buffer CLOCKDIV
SIGNAL clock40hz : STD_LOGIC;
--Komponen Clockdiv digunakan agar
pergerakan bujur sangkar dapat
terlihat oleh pengguna
COMPONENT CLOCKDIV IS
port( CLK: IN std_logic;
DIVOUT: buffer std_logic);
end component;
--Komponen BCD to 7 Segment untuk
mengkonversikan skor menjadi tampilan
COMPONENT Bcd_7seg
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 6
PORT ( D0, D1, D2, D3 : IN
STD_LOGIC ;
A, B, C, D, E, F, G : OUT
STD_LOGIC );
END COMPONENT;
BEGIN
PROCESS
BEGIN
WAIT UNTIL (clock40hz'EVENT) AND
(clock40hz = '1');
--Melakukan konversi skor menjadi
binary 4 bit
BCDPortInput <=
STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(SCORE,
4));
--Jika tombol Reset ditekan
IF (Reset = '0') THEN
currentstate <= s1;
ELSE
currentstate <= nextstate;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS(currentstate,
i_pixel_row,i_pixel_column,
PushKanan, PushKiri, LevelMode)
BEGIN
IF (clock40hz'EVENT) AND (clock40hz =
'1') THEN
--Mengatur kecepatan bujursangkar
sesuai dengan state SW[0]
CASE currentstate IS
WHEN s1 =>
--Inisialisasi Variabel
IsKalah := FALSE;
BOLAATAS := 340;
BOLABAWAH := 389;
BOLAKIRI := 295;
BOLAKANAN := 344;
PAPANKIRI := 260;
PAPANKANAN := 380;
PAPANATAS := 390;
PAPANBAWAH := 400;
nextstate <= s2;
WHEN s2 =>
IF LevelMode = '1' THEN
SPEED := 1; --saat SW[0] = '1' maka
mode lambat
ELSE
SPEED := 2; --saat SW[0] = '0' maka
mode cepat
END IF;
IF BOLAATAS <= 0 THEN ROTASIY := 1;
ELSIF BOLABAWAH >= TVD THEN
ROTASIY := -1;
ELSE ROTASIY := ROTASIY; --Delete
this later
END IF;
IF BOLAKIRI <= 0 THEN ROTASIX := 1;
ELSIF BOLAKANAN >= THD THEN
ROTASIX := -1;
ELSE ROTASIX := ROTASIX;
END IF;
--Kondisi Papan, PAPANATAS = 390
IF (BOLABAWAH >= PAPANATAS) AND
(BOLABAWAH <= PAPANBAWAH) THEN
--Jika sumbu x bola Valid
IF ((BOLAKANAN >= PAPANKIRI) AND
(BOLAKANAN <= PAPANKANAN)) OR
((BOLAKIRI >= PAPANKIRI) AND
(BOLAKIRI <= PAPANKANAN)) THEN
--Inversi arah Y
IF ROTASIY = 1 THEN ROTASIY := -1;
ELSE ROTASIY := 1;
END IF;
END IF;
END IF;
--Kondisi masih hijau (lampu merah
belum menyala)
IF BOLABAWAH <= 395 THEN
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 7
BOLAATAS := BOLAATAS + ROTASIY *
SPEED;
BOLABAWAH := BOLABAWAH + ROTASIY *
SPEED;
BOLAKIRI := BOLAKIRI + ROTASIX *
SPEED;
BOLAKANAN := BOLAKANAN + ROTASIX *
SPEED;
END IF;
--Mengecek apakah Bola mengenai
Bricks
--Bagian Atas
--Bagian Kiri
--Bagian Kanan
--Bagian Bawah
--Jika Bola mengenai Bricks,
hancurkan Bricks, Tambahkan Skor
--Testing Skor
SCORE := SCORE + 1;
IF ISCOUNTER = 10 THEN
SCORE := 0;
END IF;
--Mengatur pergerakan papan
IF (PushKanan = '0') AND (PushKiri =
'1') THEN -- Arah Kanan
PAPANKIRI := PAPANKIRI + 5;
PAPANKANAN := PAPANKANAN + 5;
IF PAPANKIRI >= THD - (380 - 260)
THEN --Jika Papan mencapai batas
kanan
PAPANKIRI := THD - (380 - 260);
PAPANKANAN := THD;
END IF;
ELSIF (PushKanan = '1') AND (PushKiri
= '0') THEN -- Arah Kiri
PAPANKIRI := PAPANKIRI - 5;
PAPANKANAN := PAPANKANAN - 5;
IF PAPANKANAN <= (380 - 260) THEN --
Jika Papan mencapai batas kiri
PAPANKIRI := 0;
PAPANKANAN := 380 - 260;
END IF;
ELSE
PAPANKIRI := PAPANKIRI;
PAPANKANAN := PAPANKANAN;
END IF;
--Jika bola melewati batas atas papan
IF BOLABAWAH > 395 THEN
nextstate <= s3;
ELSE nextstate <= currentstate;
END IF;
WHEN s3 =>
IsKalah := TRUE;
nextstate <= currentstate;
WHEN s4 =>
IsMenang := TRUE;
nextstate <= currentstate;
END CASE;
END IF;
--Untuk mengatur posisi bola
IF ((i_pixel_row > BOLAATAS) AND
(i_pixel_row < BOLABAWAH) AND
(i_pixel_column > BOLAKIRI) AND
(i_pixel_column < BOLAKANAN)) AND
(NOT IsKalah) THEN o_red <= X"FF";
o_green <= X"00"; o_blue <= X"00";
--Untuk mengatur posisi papan
ELSIF ((i_pixel_row > PAPANATAS) AND
(i_pixel_row < PAPANBAWAH) AND
(i_pixel_column > PAPANKIRI) AND
(i_pixel_column < PAPANKANAN)) THEN
o_red <= X"00"; o_green <= X"00";
o_blue <= X"FF";
ELSIF ((i_pixel_row >= Y1) AND
(i_pixel_row <= Y2) AND
( i_pixel_column >= X2) AND
(i_pixel_column <= X3) AND
(IsCounter(0) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu A
ELSIF ((i_pixel_row >= Y2) AND
(i_pixel_row <= Y3) AND
( i_pixel_column >= X3) AND
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 8
(i_pixel_column <= X4) AND
(IsCounter(1) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu B
ELSIF ((i_pixel_row >= Y4) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X3) AND
(i_pixel_column <= X4) AND
(IsCounter(2) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu C
ELSIF ((i_pixel_row >= Y5) AND
(i_pixel_row <= Y6) AND
( i_pixel_column >= X2) AND
(i_pixel_column <= X3) AND
(IsCounter(3) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu D
ELSIF ((i_pixel_row >= Y4) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X1) AND
(i_pixel_column <= X2) AND
(IsCounter(4) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu E
ELSIF ((i_pixel_row >= Y2) AND
(i_pixel_row <= Y3) AND
( i_pixel_column >= X1) AND
(i_pixel_column <= X2) AND
(IsCounter(5) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu F
ELSIF ((i_pixel_row >= Y3) AND
(i_pixel_row <= Y4) AND
( i_pixel_column >= X2) AND
(i_pixel_column <= X3) AND
(IsCounter(6) = '1')) THEN o_red <=
X"FF"; o_green <= X"FF"; o_blue <=
X"00"; --Lampu G
ELSIF ((i_pixel_row >= Y3) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X5) AND
(i_pixel_column < X6)) AND (IsMenang)
THEN o_red <= X"00"; o_green <=
X"FF"; o_blue <= X"00"; --Lampu
Menang
ELSIF ((i_pixel_row >= Y3) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X5) AND
(i_pixel_column < X6)) AND (NOT
IsMenang) THEN o_red <= X"EE";
o_green <= X"EE"; o_blue <= X"EE"; --
Lampu Menang Mati
--Keterangan Programmer : Ganti
warnanya
ELSIF ((i_pixel_row >= Y3) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X6) AND
(i_pixel_column < X7)) AND (IsKalah)
THEN o_red <= X"FF"; o_green <=
X"00"; o_blue <= X"00"; --Lampu Kalah
ELSIF ((i_pixel_row >= Y3) AND
(i_pixel_row <= Y5) AND
( i_pixel_column >= X6) AND
(i_pixel_column < X7)) AND (NOT
IsKalah) THEN o_red <= X"EE"; o_green
<= X"EE"; o_blue <= X"EE"; --Lampu
Kalah Mati
ELSE o_red <= X"00"; o_green <=
X"00"; o_blue <= X"00";
END IF;
--END IF;
END PROCESS;
--Melakukan PORT MAP terhadap
clockdiv
load_clockdiv : clockdiv
PORT MAP (
CLK=> ClockSystem,
DIVOUT=> clock40hz
);
--Melakukan PORT MAP / load BCD to 7
Segment
load_bcdtest : Bcd_7Seg
PORT MAP(
D0 => BCDPortInput(0),
D1 => BCDPortInput(1),
D2 => BCDPortInput(2),
D3 => BCDPortInput(3),
A => IsCounter(0),
B => IsCounter(1),
C => IsCounter(2),
D => IsCounter(3),
E => IsCounter(4),
F => IsCounter(5),
G => IsCounter(6));
END behavioral;
-- All Rights Reserved 2012
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 9
3. clockdiv.vhd
Komponen Clock yang digunakan didefinisikan dalam kode ini. Seperti percobaan-percobaan sebelumnya, kita dapat mengatur lamanya clock dengan memodifikasi parameter konstanta div. Semakin kecil nilai div, maka tampilan pergerakan bola (kotak) pada layar akan semakin halus dan cepat.
-- Created by Iskandar Setiadi -
freedomofkeima and Yusuf Fajar
Ardiana
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
USE IEEE.MATH_REAL.ALL;
--Mendefinisikan entitas Clock
entity CLOCKDIV is port(
CLK: IN std_logic;
DIVOUT: buffer std_logic);
end CLOCKDIV;
architecture behavioral of CLOCKDIV
is
begin
PROCESS(CLK)
variable count: integer:=0;
--Konstanta untuk mengatur framerate
constant div: integer:=900000;
begin
if CLK'event and CLK='1' then
--Counter
if(count<div) then
count:=count+1;
if(DIVOUT='0') then
DIVOUT<='0';
elsif(DIVOUT='1') then
DIVOUT<='1';
end if;
else
if(DIVOUT='0') then
DIVOUT<='1';
elsif(DIVOUT='1') then
DIVOUT<='0';
end if;
count:=0;
end if;
end if;
end process;
end behavioral;
-- All Rights Reserved 2012
4. vga.vhd
Seperti yang digunakan dalam percobaan sebelumnya, modul VGA direalisasikan dalam script vga.vhd ini. Kode ini berfungsi untuk menghubungkan dan mengirimkan sinyal-sinyal sehingga terbentuk display pada layar LCD.
-- Created by Iskandar Setiadi -
freedomofkeima and Yusuf Fajar
Ardiana
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
--Mendefinisikan entitas modul VGA
ENTITY vga IS
PORT(
i_clk : IN STD_LOGIC;
i_red : IN STD_LOGIC;
i_green : IN STD_LOGIC;
i_blue : IN STD_LOGIC;
--Untuk menentukan warna keluaran
o_red : OUT STD_LOGIC;
o_green : OUT STD_LOGIC;
o_blue : OUT STD_LOGIC;
--Untuk sinkronisasi sinyal sync
o_horiz_sync : OUT STD_LOGIC;
o_vert_sync : OUT STD_LOGIC;
--Untuk menentukan koordinat pixel
pada layar LCD
o_pixel_row : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
o_pixel_column : OUT
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 ));
END vga;
ARCHITECTURE behavioral OF vga IS
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 10
--Konstanta pengatur scanning
horizontal
CONSTANT TH : INTEGER := 800;
CONSTANT THB1 : INTEGER := 660;
CONSTANT THB2 : INTEGER := 756;
CONSTANT THD : INTEGER := 640;
--Konstanta pengatur scanning
vertical
--Scanning vertical dilakukan satu
kali setelah satu proses scanning
horizontal selesai dieksekusi
CONSTANT TV : INTEGER := 525;
CONSTANT TVB1 : INTEGER := 494;
CONSTANT TVB2 : INTEGER := 495;
CONSTANT TVD : INTEGER := 480;
SIGNAL clock_25MHz : STD_LOGIC;
SIGNAL horiz_sync : STD_LOGIC;
SIGNAL vert_sync : STD_LOGIC;
SIGNAL video_on : STD_LOGIC;
SIGNAL video_on_v : STD_LOGIC;
SIGNAL video_on_h : STD_LOGIC;
SIGNAL h_count :
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
SIGNAL v_count :
STD_LOGIC_VECTOR( 9 DOWNTO 0 );
BEGIN
video_on <= video_on_h AND
video_on_v;
o_red <= i_red AND video_on;
o_green <= i_green AND video_on;
o_blue <= i_blue AND video_on;
o_horiz_sync <= horiz_sync;
o_vert_sync <= vert_sync;
PROCESS (i_clk)
BEGIN
IF i_clk'EVENT AND i_clk='1' THEN
IF (clock_25MHz = '0') THEN
clock_25MHz <= '1';
ELSE
clock_25MHz <= '0';
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS
BEGIN
WAIT UNTIL( clock_25MHz'EVENT ) AND
( clock_25MHz = '1' );
IF ( h_count = TH-1 ) THEN
h_count <= (others=>'0');
ELSE
h_count <= h_count + 1;
END IF;
IF ( h_count <= THB2-1 ) AND
(h_count >= THB1-1 ) THEN
horiz_sync <= '0';
ELSE
horiz_sync <= '1';
END IF;
IF ( v_count >= TV-1 ) AND ( h_count
>= 699 ) THEN
v_count <= (others=>'0');
ELSE IF ( h_count = 699 ) THEN
v_count <= v_count + 1;
END IF;
END IF;
IF ( v_count <= TVB2-1 ) AND
( v_count >= TVB1-1 ) THEN
vert_sync <= '0';
ELSE
vert_sync <= '1';
END IF;
IF ( h_count <= THD-1 ) THEN
video_on_h <= '1';
o_pixel_column <= h_count;
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 11
ELSE
video_on_h <= '0';
END IF;
IF ( v_count <= TVD-1 ) THEN
video_on_v <= '1';
o_pixel_row <= v_count;
ELSE
video_on_v <= '0';
END IF;
END PROCESS;
END behavioral;
-- All Rights Reserved 2012
5. Bcd_7Seg.vhd
Komponen BCD yang digunakan dalam proyek ini direalisikan pada script BCD_7Seg.vhd ini. Perhitungan skor dilakukan dengan mengkonversikan jumlah bricks yang berhasil dihancurkan menjadi bilangan binary 4-bit. Selain itu, hasil konversi akan memberikan keluaran 7-bit, yang berfungsi untuk mencetak display skor pada layar.
-- Created by Iskandar Setiadi -
freedomofkeima and Yusuf Fajar
Ardiana
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
--Mendefinisikan entitas BCD-to-7-
segment
ENTITY Bcd_7seg IS
PORT ( D0, D1, D2, D3 : IN
STD_LOGIC ;
A, B, C, D, E, F, G : OUT
STD_LOGIC );
end Bcd_7seg;
--Convert to STD LOGIC VECTOR, untuk
INTEGER --> BINARY 4 BIT
ARCHITECTURE behavioural OF Bcd_7seg
IS
BEGIN
--Logika masing-masing blok penunjuk
angka yang telah disederhanakan
A <= (D1 OR D3 OR ((NOT D0) AND (NOT
D2)) OR (D0 AND D2));
B <= ((NOT D2) OR (D0 AND D1) OR
((NOT D0) AND (NOT D1)));
C <= (D0 OR (NOT D1) OR D2);
D <= (D3 OR (D1 AND (NOT D2)) OR
((NOT D0) AND (NOT D2)) OR (D0 AND
(NOT D1) AND D2) OR (D1 AND (NOT
D0)));
E <= (((NOT D0) AND (NOT D2)) OR
((NOT D0) AND D1));
F <= (D3 OR ((NOT D0) AND (NOT D1))
OR ((NOT D0) AND D2) OR ((NOT D1) AND
D2));
G <= (D3 OR (D1 AND (NOT D2)) OR
((NOT D1) AND D2) OR ((NOT D0) AND
D2));
END behavioural;
-- All Rights Reserved 2012
4. HASIL DAN ANALISIS
Tahap awal yang diekseksusi dalam pengerjaan proyek sistem digital adalah menentukan desain sistem yang ingin diimplementasikan. Bricksbreaker, seperti yang telah dituliskan pada bagian prosedur percobaan, menerima 4 masukkan dari pengguna.
Gambar 4-1 Pin Planner yang digunakan
Pada gambar 4-1 diatas, dapat terlihat bahwa 4 masukkan pengguna yang digunakan adalah:
- Level Mode yang di-assign PIN_L22 atau SW[0], berfungsi untuk mengatur kecepatan dari pergerakan balok
- PushKanan yang di-assign PIN_T22 atau Push_Button[2], berfungsi untuk menggerakkan papan kearah kanan
- PushKiri yang di-assign PIN_T21 atau Push_Button[3], berfungsi untuk menggerakan papan kearah kiri
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 12
- Reset yang di-assign PIN_R21 atau Push_Button[1], berfungsi untuk mengulang dan memulai permainan kembali dari awal.
Selama percobaan di laboratorium, berikut ini adalah hasil implementasi sementara yang telah berhasil dilakukan:
Perhatikan gambar 4-2 dibawah ini:
Gambar 4-2 BricksBreaker State Menang
Permainan dimulai dengan bola (kotak merah) dipantulkan dari papan (biru). Setiap kali bola mengenai daerah atas, kiri, kanan, maupun bagian atas papan, maka arah gerak bola akan dipantulkan. Warna kuning (angka 8) pada pojok kiri bawah akan berfungsi sebagai counter penghitung skor yang diintegrasikan dengan BCD-to-7-Segment. Sedangkan warna hijau (lampu Menang) menyala apabila permainan telah berakhir dan pemain telah memenangkan permainan.
Gambar 4-3 BricksBreaker State Kalah
Selain itu terdapat pula kondisi ketika pemain kalah dari permainan (Gambar 4-3). Pemain dinyatakan kalah apabila bola telah melewati papan pemantul. State kalah dinyatakan dengan
menyalanya lampu merah dan hilangnya bola (kotak merah) dari layar display LCD.
5. KESIMPULAN
Perancangan proyek sistem digital yang bertemakan permainan BricksBreaker ini telah diimplementasikan sekitar 50% dari rancangan awal yang telah didesain sebelumnya. Beberapa komponen yang telah berhasil diimplementasikan adalah BCD-to-7-Segment, pin planner untuk input/output, pendeteksi pantulan serta kotak yang dipantulkan, maupun state seperti kondisi menang maupun kalah. Selain itu, tedapat switch pada SW[0] yang berfungsi untuk mengatur kecepatan bricks (mode mudah / sulit), serta tombol reset pada push_button.
Beberapa hal yang akan diimplementasikan selanjutnya adalah penambahan bricks serta collision detection antara bricks dengan kotak yang dipantulkan. Perancangan ini akan dibuat menggunakan struktur data array dari tipe bentukan bricks. Selain itu, akan dilakukan perbaikan terhadap skematik dari FSM yang digunakan maupun optimasi pada script diatas.
Pengujian sistem yang telah didesain menggunakan FPGA bertipe DE-1, yang diintegrasikan dengan display LCD.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Brian Holdsworth and Clive Woods, Digital Logic Design Fourth Edition, N.wnes, 2002
[2] R.H. Katz, Contemporary Logic Design Second Edition, Pearson Prentince-Hall, NJ, 2005
[3] Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design Third Edition, McGraw-Hill, San Francisco, 2009
[4] http://www.thelearningpit.com/lp/doc/7seg/7truth.gif, 3 Desember 2012, pukul 23:15:20
[5] http://labdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL2195/pendukung%20praktikum/de1_usermanual_v1017.pdf, 4 Desember 2012, pukul 02:21:10
top related