PROYEK PERANCANGAN RANGKAIAN DIGITAL / MODUL VI

Praktikan: Nicholas Melky S Sianipar (13206010) Asisten: Tommy (13205014)

Waktu Percobaan: 3 Desembar 2008EL2195 – Sistem Digital

Laboratorium Dasar Teknik ElektroSekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB

Abstrak

Pada praktikum ini praktikan mencoba mempresentasikan hasil perancangan rangakaian digital / system yang telah dibuat dalam satu tim. Tahapan mendesain, mengintegrasi, simulasi, verifikasi, mengimplementasi, dan pengujian system telah dilakukan praktikan sebelum praktikum. Namun, praktikan dapat memilih desain apa yang akan dibuat. Sewaktu mempresentasikan rangkaian, praktikan akan mengimplementasikan sistem digital menggunakan FPGA dan komponen tambahan yang diperlukan. Dan, praktikan bersama asisten akan menguji dan menganalisa sistem yang sudah dibangun.

1 Pendahuluan

Pada praktikum ini praktikan akan mencoba merancang rangkaian digital pada software Altera Quartus II 6.0. Untuk mendesain rangkaian dan mencobanya pada FPGA praktikan harus mengetahui prosedur percobaan yang mana prosedurnya hampir sama dengan prosedur pada percobaan sebelumnya. Urutan prosedur percobaan adalah : Pembuatan project LED PINGPONG, Memasukan desain skematik atau VHDL rangkaian, Kompilasi, Mengintegrasi Desain, Pembuatan Netlist dan simulasi fungsional, Memasukan posisi pin, Memprogram ke dalam FPGA, dan Mengimplementasikan Rangkaian LED PINGPONG. FPGA yang digunakan pada praktikum ini adalah FPGA seri UP2 Device EPF10K70RC240-4.

2 Dasar Teori

Dalam percobaan ini praktikan akan membangun sebuah Rangkaian LED Ping‐Pong yang mana bola pingpong akan dimodelkan oleh sebuah LED yang menyala dan dia akan bergerak dari ujung‐ke ujung. Pada saat disalah satu ujung satu push button harus ditekan untuk memukul bola sehingga bola pingpong akan bergerak ke ujung yang lainnya. Proyek ini memiliki tingkat kesulitan cukup tinggi sehingga akan mendapat nilai maksimal lebih tinggi. Namun dalam pengimplementasian menggunakan FPGA sangat mudah karena hanya menggunakan 4 LED dengan 1 input push button.

START (PB=1) WAIT

START (PB=1) WAIT

Gambar 2-1. Alur Perpindahan Nyala LED PingPong

Rangkaian Bola pingpong dapat direpresentasikan sebagai rangkaian sekuensial dengan FSM dari State Diagram berikut dan State Assigned Table berikut :

Input : P Output : W,X,Y,Z

Gambar 2-2. State Diagram LED PingPong

Tabel 2-3 State Assigned Table LED PingPong

Present State

Next State OuputW

OutputX

OutputY

OutputZP = 0 P = 1

A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0B 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0C 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0D 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1E 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1F 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0G 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0H 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

S2S1S0 N2N1N0 N2N1N0

Untuk optimasi gate kita gunakan metode Karnaugh Map supaya optimal. Tidak digunakan One-Hot Encoding karena rangkaian memiliki 8 state yang mana akan menggunakan 8 Flip-flop yang banyak.

Tabel 2-4 Karnaugh Map untuk Next State dari Rangkaian LED PingPong

0 0 1 10 0 1 1

0 1 0 00 1 0 0

N2=S2S1’+S2S0’+S2’S1S00 1 1 0

P

PAW=1

BX=1

CY=1

DZ=1

HW=1

GX=1

FY=1

EZ=1

0 1 1 01 0 0 11 0 0 1

N1=S1S0’+S1’S0

0 1 1 01 1 1 10 0 0 00 0 0 0

N0=S0’P+S1S0’

Keluaran OutputW =S2’S1’S0’+S2S1S0X=S2’S1’S0+S2S1S0’Y=S2’S1S0’+S2S1’S0Z=S2’S1S0+S2S1’S0’

3 MetodologiSecara umum alur perancangan rangkaian digital dengan menggunakan FPGA dari ALTERA dapat digambarkan seperti flowchart pada gambar dibawah ini:

Gambar 3-1 Flowchart umum proses perancangan digital

Gambar 3-2 Rangkaian LED PingPong dalam Skematik

Gambar 3-3 Rangkaian Gabungan (Integrasi) LED PingPong dalam Skematik

Gambar 3-4 Isi dari Rangkaian Pembagi Frekuensi dalam VHDL

4 Hasil dan Analisis

Data hasil percobaan didapatkan sebagai berikut :

Gambar 4-1. Hasil Simulasi Fungsional Rangkaian LED PingPong

Clock Time = 10.0 ns

Dari data diatas dapat disimpulkan hasil output rangkaian sesuai dengan desain Finite State Machine yang diberikan. Yaitu, pada ketika input I = 1, nyala output akan berpindah-pindah setelah clock naik berikutnya. Nyalanya seperti pada hasil simulasi diatas yaitu output W =1, lalu X = 1, lalu Y = 1, lalu Z = 1 sampai input I = 1 lagi.

Tabel 4-2. Hasil Pengimplementasian pada FPGA

Input Button A

DISPLAY Input Button

B1 1

0 0

0 0

0 0

1 1

0 0

0 0

0 0

1Button ditekan

Dari data diatas hasil pengimplementasian LED PingPong sesuai dengan yang diharapkan. Nyala LED berpindah ke ujung yang satu ketika push button ditekan. Waktu perpindahan yang terjadi sebesar = 0,4 sekon. Yang besarnya dari input clock sebesar 25MHz dibagi oleh pembagi frekuensi dengan N = 5000000. Namun pada LED PingPong yang kedua (atas) kecepatan perpindahan sebesar = 0,25 sekon karena pembagi frekuensinya sebesar N = 3000000.

5 Kesimpulan

Peracangan rangakaian pengendali dapat dilakukan pada software Quartus II dengan memberikan rangkaian skematiknya. Hasil perancangan pengendali dapat disimulasikan sehingga dapat diketahui kebenaran hasil keluarannya apakah sesuai dengan yang diinginkan. Rangkaian pengendali dapat diintegrasikan dan diimplementasikan dengan menggunakan FPGA sehingga rangkaian utuh tersebut dapat dilakukan pengujian.

6 Daftar Pustaka

[1] Frank Vahid, Digital Design, Hal. 165-170, John Wiley & Sons Inc., California, 2007

[2] Z. Vranesic, Fundamentals of Digital Logic, Hal. 271-278, McGraw-Hill, New York, 2005