FPGA DAN VHDL TEORI, ANTARMUKA DAN APLIKASI

FPGA DAN VHDL TEORI, ANTARMUKA DAN APLIKASI

Chapter 1 Prinsip-Prinsip Sistem Digital Ferry Wahyu Wibowo

© Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Outlines • Sistem digital • Persamaan dan perbedaan elektronika analog dan elektronika digital

• Sistem bilangan • Gerbang logik


2

Sistem Digital Cabang elektronika yang mengulas mengenai kombinasi gerbang-gerbang dasar yang diwujudkan sebagai suatu saklar tegangan yang berada dalam ranah tingkat logik


3

I/O Rangkaian Digital • Bentuk gelombang periodik • Bentuk gelombang aperiodik • Bentuk gelombang pulsa


4

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital Elektronika Analog

Klasik

Elektronika Digital

Era Komputer

PC

Chip Mikrokomputer Mobil © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Vending machine 5

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital Suhu

Kuantitas Fisik

Kecepatan

Elektronika Analog Tegangan/arus kontinu yang proporsional Tegangan/arus analog berjangkah nilai © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

6

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital

Kuantitas Fisik

Deret bilangan biner

Elektronika Digital Penunjukan digital bernilai diskret


7

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital Definisi

Analog

Digital

Sinyal

Variabel kontinu

Langkah diskret

Sifat

Amplifikasi

Pensaklaran

Bentuk

Tegangan

Bilangan


8

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital • Ilustrasi perbedaan antara perangkat analog dan digital adalah cara kerja dimmer lampu dan saklar lampu. • Dimmer lampu merupakan perangkat analog

• Saklar lampu merupakan perangkat digital


9

Perbandingan Elektronika Analog dan Digital • Contoh sinyal analog adalah sinyal audio digital Pemutar Compact Disc

Suara kualitas tinggi

Menyimpan data suara

Magnetik vibrasi (analog)

Bebas derau

Representasi bilangan (digital)


10


Proses analog

Proses Digital

•membandingkan tahap suatu besaran standar dan berlangsung secara kontinu

•perhitungan secara diskret dan hanya berlangsung dalam interval-interval tertentu


11


Penghitungan sinyal analog dilakukan secara diskret © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

12

Level Logika Digital • Digital direpresentasikan secara biner, atau bilangan basis-2. • Deskripsi kuantitas digital secara elektronika memerlukan sistem yang menggunakan tegangan atau arus untuk menggambarkan bilangan biner.


13

Level Logika Digital • Sistem bilangan biner hanya mempunyai dua digit, 0 dan 1. Masing-masing digit didenotasikan oleh perbedaan tegangan yang disebut level logika. • Tegangan terendah (biasanya 0 volt) disebut logika low atau logika 0 dan direpresentasikan digit 0. Tegangan tertinggi (biasanya 5 V, namun beberapa sistem mempunyai nilai tertentu seperti 1,8V, 2,5V, 3,3V, atau 3,7V) disebut logika high atau logika 1 yang direpresentasikan digit 1. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

14

Level Logika Digital • Bilangan Desimal • Sistem bilangan desimal berbasis angka 10 • Posisi paling tidak berarti (paling kanan) memiliki sebuah bobot faktor berbasis 10-n, dan posisi paling berarti (paling kiri) memiliki bobot faktor 10n • Penulisan notasinya : 10n, ..., 103, 102, 101, 100, 10-1, 10-2, 10-3, ..., 10-n


15

Level Logika Digital • Bilangan Desimal direpresentasikan sebagai berikut:

581 = 5 x 100 + 8 x 10 + 1 x 1 atau dituliskan dalam ranah bilangan 10 sebagai, 581 = 5x102 + 8x101 + 1x100 = 500 + 80 +1 Bilangan desimal dan biner menggunakan sistem pembobotan posisional, yaitu: 10102 = 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 = 1x8 + 0x4 + 1x2 + 0x1 = 1010 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

16

Level Logika Digital • Nilai biner disusun dari most significant bit (MSB) menuju least significant bit (LSB) Bilangan

dibagi 2

sisa

155

77

1

Least Significant Bit

77

38

1

^

38

19

0

|

19

9

1

|

9

4

1

|

4

2

0

|

2

1

0

|

1

0

1

Most Significant Bit ==> 15510 = 10011011 2


17

Level Logika Digital • Bilangan Biner • Sistem bilangan biner berbasis-2, menggunakan digit biner (bit) yaitu 0 dan 1. • Istilah bit dipakai dalam sistem bilangan biner singkatan dari binary digit. • Byte adalah string yang terdiri dari 8 bit. • Bilangan biner 101 mempunyai persamaan desimal: 22x1 + 21x0 + 20x1 = 4 + 0 + 1 = 5.


18

Level Logika Digital • Bilangan Oktal • Sistem bilangan oktal jarang digunakan dalam representasi sinyal digital, namun beberapa referensi ada yang menuliskannya. • Bilangan oktal tidak begitu familiar, namun bisa digunakan dalam bentuk konversinya.


19

Level Logika Digital • Bilangan Oktal • Sistem bilangan oktal berbasis-8. • Penulisan notasi ini dituliskan misal sebagai 7348 atau 734oktal. • Konversi nilai oktal ke dalam bentuk biner lebih mudah karena hanya mengambil tiga digit saja dari bilangan biner kemudian mengkonversinya menjadi desimal.


20

Level Logika Digital • Bilangan Oktal Contoh : 7348 konversi binernya menjadi 1110111002 hasil konversinya

1112 = 7 0112 = 3

1002 = 4 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

21

Level Logika Digital • Bilangan Oktal Nilai konversi desimal ke oktal dilakukan dengan cara membagi nilai desimal dengan 8 Bilangan

dibagi 8

sisa

476

59

4


59

7

3

|

7

0

7


Most Significant Bit ==> 476 = 7348

22

Level Logika Digital • Bilangan Heksadesimal • Bilangan yang sering digunakan dalam representasi bilangan dalam aplikasi sistem digital dan penulisan kode program. • Sistem bilangan heksadesimal berbasis-16 • Notasinya 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E dan F.


23

Level Logika Digital • Bilangan Heksadesimal • Konversi nilai heksadesimal ke dalam bentuk biner lebih mudah karena hanya mengambil 4 digit saja dari bilangan biner kemudian mengkonversinya menjadi desimal. Contoh : 73416 konversi binernya menjadi 111001101002 hasil konversinya 01112 = 7 00112 = 3 01002 = 4 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

24

Level Logika Digital • Bilangan Heksadesimal • Nilai konversi desimal ke heksadesimal dilakukan dengan cara membagi nilai desimal dengan angka 16 Bilangan

dibagi 16

sisa

476

29

12 = C


29

1

13 = D

|

1

0

1


Most Significant Bit ==> 476 = 1DC16

25

Level Logika Digital • Nilai heksadesimal dikonversi menjadi nilai biner untuk mendapatkan nilai desimal, contoh 100112 maka nilai heksadesimalnya adalah 1316, nilai desimalnya : 1x24 + 0x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 1x16 + 0x8 + 0x4 + 1x2 + 1x1 16 + 0 + 0 + 2 + 1 = 19 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

26

Level Logika Digital • Konversi nilai heksadesimal menjadi nilai desimal •

1DC16

= 1x162 + Dx161 + Cx160 = 1x162 + 13x161 + 12x160 = 256 + 208 + 12 = 476


27

Level Logika Digital • Komplemen Bilangan • Komplemen memudahkan operasi pengurangan dan memanipulasi logika. • Dua macam komplemen untuk setiap sistem bilangan dengan radiks R, yaitu komplemen-R dan komplemen-(R-1). • Contoh komplemen 10 dan 9 untuk bilangan desimal dan komplemen 1 dan 2 untuk bilangan biner. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

28

Level Logika Digital • Komplemen-R • Komplemen-R digunakan untuk suatu bilangan nyata positif N dengan radiks R dan bagian bulatnya terdiri dari n angka yang didefinisikan sebagai: Rn – N untuk N≠0 dan 0 untuk N=0.


29

Level Logika Digital • Komplemen-R

Contoh : 1. K-10 untuk 4321010 adalah 105 - 43210 = 56790 2. K-10 untuk 0,09810 adalah 100 - 0,098 = 0,902. 3. K-10 untuk 765,4310 adalah 103 - 765,43 = 234,43 4. K-2 untuk 11001102 adalah 2107 - 11001102 = 100000002-11001102 = 00110102

5. K-2 untuk 0,10102 adalah 20-0,10102 = 0,01102 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

30

Level Logika Digital Komplemen-10 diperoleh dengan cara : 1. Membiarkan semua 0 pada kedudukan yang terendah tidak berubah. 2. Mengurangi semua angka pada kedudukan yang lebih tinggi dengan 9. Komplemen-2 diperoleh dengan cara : 1. Membiarkan semua 0 pada LSB dan 1 yang pertama dari kanan tidak berubah. 2. Mengubah semua 1 yang lain menjadi 0 dan 0 menjadi 1.


31

Level Logika Digital • Komplemen-(R-1) • Komplemen-(R-1) untuk N bilangan positif yang bagian bulatnya terdiri dari n angka serta bagian pecahannya m angka, didefinisikan sebagai : Rn-R-m N. • Contoh : 1. K-9 untuk 4321010 adalah 105-100-43210 = 9999943210 = 56789 2. K-9 untuk 0,987610 adalah 100-10-4-0,9876 = 0,99990,9876 = 0,0123 3. K-1 untuk 0,01102 adalah 2100-210-4-0,01102 = 0,111120,01102 = 0,10012 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

32

Level Logika Digital • Sandi biner • Sandi biner dibentuk dari n bit dengan 2n kemungkinan cara menyusun bit yang berlainan (2n kombinasi) • • • • •

Sandi binary code decimal (BCD) Sandi Excess (XS-3) Sandi 8, 4, -2, -1 Sandi Gray Sandi alfanumerik.


33

Level Logika Digital • Sandi Binary Coded Decimal (BCD) • Sandi binary coded decimal (BCD) menggunakan prinsip 4 bit biner untuk merepresentasikan satu digit desimal. • Kelebihan : konversinya lebih mudah dan sering digunakan pada aplikasi antarmuka. • Kekurangannya : penggunaan bit yang boros karena hanya 4 bit saja yang digunakan untuk menunjukkan 16 nilai yang berbeda, tapi hanya 10 nilai saja yang digunakan. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

34

Level Logika Digital • Sandi Binary Coded Decimal (BCD) • Jenis-jenis sandi BCD • 8421 BCD • 4221 BCD • 5421 BCD

• Misalkan menggunakan 4221 BCD jika ingin menampilkan angka 7 maka nilai binernya adalah 11012 atau 10112, namun jika menggunakan 8421 BCD maka nilai binernya 01112. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

35

Level Logika Digital • Sandi Binary Coded Decimal (BCD) • Konversi nilai desimal ke BCD untuk 171,625

1

7

1

,

0001 0111 0001 ,

6

2

5

0110 0010 0101

• Konversi BCD ke desimal untuk 00101001,01001000

0010 1001 ,

0100 1000

2

4

9

,


8 36

Level Logika Digital • Sandi Excess 3 (XS-3) • Sandi Excess 3 (XS-3) adalah kelebihan tiga diperoleh dari nilai binernya ditambah tiga.

Nilai yang dicari excess-3 : Nilai yang ditambahkan Hasil dari excess-3 Nilai biner yang dibentuk

2

3

+3

+3

5

6

=0101 =0110

Nilai dari sandi excess-3 untuk nilai desimal 23 adalah 010101102. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

37

Level Logika Digital • Sandi 8, 4, -2, -1 Sandi 8, 4, -2, -1 mirip dengan sandi BCD, hanya nilai yang digunakan terdapat bobot negatifnya.

Nilai 01102 untuk sandi 8, 4, -2, -1 01102

= 0x8 + 1x4 + 1x (-2) + 0x(-1)

=4–2=2 © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

38

Level Logika Digital • Sandi Gray • Sandi Gray hanya 1 bit saja yang berubah dalam dua kode yang berurutan, setengah bagian atas (kode desimal 5 - 9) merupakan bayangan cermin dari setengah bagian bawah (kode desimal 0 - 4) kecuali untuk bit ke-4 dari kanan (bersifat reflektif). • Sandi ini sering diaplikasikan dalam industri kendali dan implementasi urutan pada finite state machine (FSM).


39

Level Logika Digital • Tahapan konversi biner ke sandi Gray

1. Mulai dengan bit MSB biner. MSB sandi Gray sama dengan MSB biner, 2. Bit kedua yang terdekat ke MSB pada sandi Gray diperoleh dengan menambahkan MSB dan MSB kedua dari biner dengan mengabaikan bawaannya,

3. Bit ketiga MSB pada sandi Gray dengan menambahkan MSB kedua dan ketiga pada biner dengan mengabaikan bawaannya, 4. Proses ini berlanjut hingga didapatkan LSB untuk sandi Gray. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

40

Level Logika Digital • Tahapan konversi sandi Gray ke biner

1. Mulai dengan bit MSB. MSB biner sama dengan MSB untuk sandi Gray, 2. Bit kedua yang dekat ke MSB pada biner didapat dengan menambahkan MSB biner dan MSB kedua dari sandi Gray dengan mengabaikan bawaannya, 3. Bit ketiga MSB pada biner dengan menambahkan MSB kedua biner dan ketiga pada sandi Gray dengan mengabaikan bawaannya.

4. Proses ini berlanjut sampai didapatkan LSB biner. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

41

Level Logika Digital • Tahapan konversi Desimal – Biner sandi Gray


Desimal

Biner

Sandi Gray

0

0000

0000

1

0001

0001

2

0010

0011

3

0011

0010

4

0100

0110

5

0101

0111

6

0110

0101

7

0111

0100

8

1000

1100

9

1001

1101

10

1010

1111

11

1011

1110

12

1100

1010

13

1101

1011

14

1110

1001

15

1111

1000

dan seterusnya

dan seterusnya

dan seterusnya

42

Level Logika Digital • Sandi Alfanumerik • Sandi alfanumerik digunakan untuk mengolah data yang berupa huruf, tanda baca, dan karakter lain. • American Standard Code for Informat Interchange (ASCII) • Extended Binary Codec Decimal Interchange Code (EBCDIC).


43

Level Logika Digital • Sandi ASCII (American Standard Code for Informat Interchange) merupakan sandi 7 bit • Jumlah sandi ASCII sebanyak 27 = 128 sandi • Sandi ini sering diaplikasikan dalam dekoder untuk membuat tampilan pada liquid crystal display (LCD) atau tampilan yang lainnya.


44

Level Logika Digital HEX

• Sandi ASCII

0

1

2

3

4

5

6

7

7

0

0

0

0

1

1

1

1

H

Posisi

6

0

0

1

1

0

0

1

1

E

Bit

5

0

1

0

1

0

1

0

1

X

4

3

2

1

0

0

0

0

0

NUL

DLE

SP

0

@

P

1

0

0

0

1

SOH

DC1

!

1

A

Q

a

q

2

0

0

1

0

STX

DC2

“

2

B

R

b

r

3

0

0

1

1

ETX

DC3

#

3

C

S

c

s

4

0

1

0

0

EOT

DC4

$

4

D

T

d

t

5

0

1

0

1

ENQ

NAK

%

5

E

U

e

u

6

0

1

1

0

SVK

SYN

&

6

F

V

f

v

7

0

1

1

1

BEL

ETB

‘

7

G

W

g

w

8

1

0

0

0

BS

CAN

(

8

H

X

h

x

9

1

0

0

1

HT

EM

)

9

I

Y

i

y

A

1

0

1

0

LF

SUB

*

:

J

Z

j

z

B

1

0

1

1

VT

ESC

+

;

K

[

k

{

C

1

1

0

0

FF

FS

,

<

L

l

|

D

1

1

0

1

CR

GS

-

=

M

]

m

}

E

1

1

1

0

SO

RS

.

>

N

.

n

~

F

1

1

1

1

SI

US

/

?

O

_

o

DEL


45

p

Level Logika Digital • Sandi EBCDIC (Extended Binary Codec Decimal Interchange Code) merupakan sandi 8 bit yang diaplikasikan pada sistem komputer untuk saling bertukar informasi.


46

Level Logika Digital • Sandi EBCDIC


47

Level Logika Digital • Bit Paritas • Word merupakan sekelompok bit yang diperlukan, disimpan dan dipindahkan sebagai suatu unit. • Kemunculan bit paritas : • Terjadi error / ralat • Penyidikan ralat yang terjadi melalui bit paritas pada Word. • Bit paritas adalah bit tambahan yang dicantumkan pada suatu word sehinggga banyaknya angka 1 dalam word menjadi genap / ganjil. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

48

Level Logika Digital • Logika Gerbang • Tiga operasi logika dasar yaitu AND, OR dan NOT. • Variabel logika/biner direpresentasikan A, B, C, ..., X, Y, Z. F(var) = ekspresi Var merupakan himpunan dari variabel biner Ekspresi terdiri dari operator (+, -, *), variabel, konstanta (0,1). F(a,b) = a’+ b * b G(x,y,z) = x * (y+z’) © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

49

Level Logika Digital • Logika Gerbang Logika AND 1 bit mirip perkalian biner 0.0=0 0.1=0 1.0=0 1.1=1

A

B

X=A . B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1


50

Level Logika Digital • Logika Gerbang Logika OR 1 bit mirip penjumlahan biner 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1 + 1 = 1 (carry 1 (MSB), seharusnya 102)

A

B

X=A + B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1


51

Level Logika Digital • Logika Gerbang Logika NOT 1 bit merupakan negasi NOT 1 = 0 NOT 0 = 1

A

B

X=A . B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1


52

Level Logika Digital • Logika Gerbang • F = A’ + B.C’ + A’.B’ C F A B


A

B

C

F

G

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

53

TERIMA KASIH


FPGA DAN VHDL TEORI, ANTARMUKA DAN APLIKASI

Recommend Documents