KATA PENGANTAR
Modul Perancangan Sistem Digital menggunakan Simulator Xilinx Foundation F2.1i ini ditujukan bagi peserta kursus satu minggu dengan judul yang sama yang diselenggarakan oleh Universitas Gunadarma. Tujuan dari modul ini adalah agar mahasiswa dapat memahami dan mampu merancang rangkaian digital. Modul Perancangan Sistem Digital Menggunakan Simulator Xilinx terdiri dari 5 pokok bahasan. Dimulai dari pokok bahasan pertama yang membahas tentang simulator Xilinx secara umum, kedua membahas schematic editor dan functional simulation untuk rangkaian digital yang sederhana, dan ketiga mengenai counter, ke-empat bagaimana menentukan suatu keputusan dengan binary counter, dan yang terakhir mengenai outputforming logic design. Kami selaku tim penyusun modul ini menyadari masih terdapat banyak kekurangan dan dengan segala kerendahan hati kami menerima masukan serta kritikan yang bersifat membangun dengan hati yang lapang.
Depok, Oktober 2004 Penyusun
61
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ..................................................................................................................i Daftar Isi ..........................................................................................................................ii
BAB I
Pendahuluan ..................................................................................................1
1.1
Perangkat Lunak Xilinx .......................................................................................1
1.2
Proses Perancangan secara umum .......................................................................2
1.3
Tipe Peralatan : FPGA dan CPLD .......................................................................3
1.4
Xilinx Project Manager ……................................................................................4
BAB II
Simulator Xilinx pada Rangkaian Digital Sederhana ..............................7
2.1
Disain Rangkaian Digital dengan Xilinx .............................................................7
2.2
Schematic Editor ………………………………………………………………..8
2.3
Functional Simulation …………………………………………………………11
2.4
Simulasi Gerbang Dasar ………………………………………………………13
2.5
Penyederhanaan Rangkaian ……………………………………………………17
BAB III
COUNTER .................................................................................................25
3.1
Counter secara umum ………………………………………………………….25
3.2
Flip-flop ……………………………………………………………………….26
3.3
State Machine ………………………………………………………………….28
3.4
Perancangan Counter ………………………………………………………….32
BAB IV
MENENTUKAN KEPUTUSAN DENGAN BINARY COUNTER ......51
4.1
Menentukan keputusan dengan binary counter ……………………………….51
4.2
Perancangan Rangkaian dengan State Editor …………………………………52
62
BAB V
OUTPUT FORMING LOGIC .................................................................61
5.1
Output Forming Logic …………………………………………………………61
5.2
Komponen-komponen Output Forming Logic ………………………………..62
5.3
Perancangan rangkaian digital mesin jamu pilih ...............................................67
Daftar Pustaka
63
BAB I PENDAHULUAN OBYEKTIF : - Memahami perangkat lunak Xilinx secara umum - Memahami komponen-komponen simulator Xilinx
1.1 Perangkat Lunak Xilinx Xilink ( Xilink Foundation Series) adalah suatu perangkat lunak yang berguna untuk merancang dan mensimulasikan suatu rangkaian digital. Dengan menggunakan Xilink proses perancangan suatu alat atau rangkaian digital melalui proses simulasi rangkaian yang telah dirancang untuk melihat apakah rancangan yang telah dibuat sudah benar atau masih mengandung kesalahan.
Gambar 1.1 : Xilinx Foundation Series Sebenarnya tahapan atau proses perancangan alat atau rangkaian digital menggunakan Xilinx sama seperti merancang suatu rangkaian logika secara manual akan tetepi kelebihan menggunakan simulator Xilinx dapat diminimalisasi kesalahan pada proses perancangan. Sebelum mulai merancang rangkaian pada Xilink minimal sudah dilakukan rancangan state diagram atau tabel kebenaran (truth tables) dari spesifikasi rangkaian atau alat yang ingin dibuat. Kalau tidak mempunyai rancangan tersebut, Xilink tidak dapat membantu dalam merancang alat tersebut.
64
Untuk perancangan rangkaian digital, Xilink mempunyai tiga cara, yaitu dengan menggunakan State Diagram, HDL (Hardware Description Language) dan Schematic. Dalam perancangan bisa menggunakan salah satu cara saja atau menggabungkan ketiga cara tersebut. Untuk HDL, Xilink dapat menggunakan dua bahasa pemrograman yaitu ABEL dan VHDL.
1.2 Proses Perancangan Secara Umum Proses perancangan menggunakan simulator Xilinx secara umum dapat dilihat pada gambar 1.2 dimana proses perancangan dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu pertama perancangan rangkaian, kemudian verifikasi hasil rancangan dan proses yang ketiga implementasi rancangan[1].
Gambar 1.2 : Proses perancangan secara umum Perancangan rangkaian pada dasarnya terdiri dari 2 mode yaitu schematic dan Hardware Description Language (HDL). HDL merupakan bahasa pemrograman seperti VHDL, Verilog dan ABEL. Pada Schematic flow mode dimungkinkan untuk merancang rangkaian yang terdiri dari top-level schematic atau file top-level ABEL, yang terdiri dari schematic diagram, state machine macro, macro HDL (ABEL, VHDL atau Verilog), LogiBLOX, Modul generator CORE. Implementasi rancangan pada xilinx dengan meng-compile file rancangan menjadi file konfigurasi yang telah dioptimalisasi dari penggunaan gerbang logika dan interkoneksi (wiring) antar komponen. Download bitstream dapat dilakukan dengan mudah dari PC ke FPGA (menggunakan demoboard Xilinx, XS40 atau XSV) atau pada CPLD (board
65
XS95). Kedua peralatan tersebut juga dapat diprogram dalam sistem dengan menghubungkan JTAG atau kabel Xchecker ke peralatan pin yang telah di program. Verifikasi rancangan termasuk didalamnya functional simulation, testing rangkaian, dan
timing simulation. Functional simulation dapat dilakukan setelah
menggambar rancangan pada schematic editor untuk memverifikasi kebenaran rangkaian. Akan tetapi functional simulation tidak menyediakan timing information seperti delay, race condition, set-up dan hold-time violations. Informasi ini diperoleh dari static timing simulator dan dilakukan setelah rancangan di-compile. Gambar 1.3 menunjukkan proses yang dilakukan pada schematic flow projct.
Gambar 1.3 : Schematic flow project [2] 1.3 Tipe Peralatan : FPGA dan CPLD Tipe Programmable logic devices ada dua yaitu field programmable gate array (FPGA) dan complex logic device (CPLD). Peralatan CPLD XC9500 berasitektur PALdan merupakan non-volatile yang mempunyai kinerja yang baik (diatas 250 MHz) dan sangat sesuai untuk rangkaian logika kombinasional dan logika kontrol dengan kompleksitas medium (diatas sekitar 10.000 gerbang logika). Peralatan FPGA (contoh 66
XC4000 series) berasitektur array dan volatile (SRAM) yang digunakan untuk lookup tables (disimpan pada memori SRAM) untuk mengimplementasikan fungsi logika. Perlu dipahami mengenai fungsi logika yang kompleks yang terdiri dari rangkaian kombinasional dan sekuensial, dimana kapasitasnya terbatas oleh jumlah pin input/output dan bukan dari segi kompleksitasnya. FPGA dapat di implementasikan pada gerbang logika diatas sekitar 1 juta gerbang dan beroperasi diatas 150 MHz. XC4000XL dan XC9500XL adalah peralatan 3,3V dengan 3,3V Vcc tetapi mempunyai toleransi I/O sekitar 5V. Peralatan terbentuk dari paket yang bervariasi. Demoboard FPGA atau board XS40 dan XS95 merupakan suatu paket dengan 84 pin PLCC dan terdiri dari : XC4010EPC84, XC4005XLPC84 dan XC95108PC84. Untuk menentukan peralatan mane yang akan digunakan, telitilah board yang tersedia. Informasi lebih detil dari peralatan ini dapat dilihat pada Xilinx Programmable Logic Data book. Pin out dari peralatan XC400 dan XC9500 84-pin dapat dilihat pada website Xilinx. 1.4 Xilinx Project Manager Program
Xilinx
dapat
dijalankan
dengan
START/PROGRAM/XILINX
FOUNDATION SERIES/XILINX FOUNDATION PROJECT MANAGER atau dengan klik ikon seperti yang terlihat pada gambar 1.4.
Gambar 1.4 : Ikon project manager Pada saat mulai menjalankan Xilinx, window Project Manager akan terbuka seperti yang dapat dilihat pada gambar 1.5. Project Manager adalah aplikasi utama yang berfungsi untuk mengatur dan mengintegrasikan semua aplikasi-aplikasi yang terdapat dalam Xilink Foundation Series. Aplikasi - aplikasi tersebut adalah Schematic Editor, HDL Entry, State Editor, Logic simulator dan external third-party programs.
67
Gambar 1.5 : Project manager Project manager memberikan akses ke semua tools yang dibutuhkan pada proses perancangan, simulasi dan implementasi projek. Dari project manager window juga dapat membuat project baru, membuka project yang telah dibuat serta menghapus project. Memulai project baru (pada contoh PERC1AND), foundation tool membentuk beberapa file, yaitu ; file konfigurasi project (PDF) yang disebut dengan Project Description File (perc1and.pdf) dan 3 file library Project manager window diatas dibagi menjadi tiga bagian utama : -
hierarcy browser
-
project flowchart
-
message window
Hierarchy Browser Hierarchy Browser menampilkan struktur diagram pohon dari project document ( Project document adalah file utama dari setiap project yang berisi mengenai deskripsi rancangan yang sedang dibuat, yang dapat berupa schematic, state diagram, atau HDL editor.
68
Project Flowchart Project Flowchart adalah representasi grafik dari proses rancangan yang berguna untuk menunjukkan langkah-langkah yang terjadi dalam suatu operasi. Walaupun kita hanya menjalankan salah satu aplikasi, misalnya State Editor, secara otomatis Project Manager ikut aktif pula. Bila kita sudah berada didalam Project Manager kita bisa mulai merancang rangkaian digital kita. Alur kerja Project Manager adalah sebagai berikut : 1. Rancangan digital dapat menggunakan salah satu dari HDL Entry, Schematic Editor atau State Editor atau menggunakan ketiga - tiganya. 2. Functional Simulator akan memerikasa apakah rancangan yang dibuat sudah benar atau belum. Bila masih salah kita dapat untuk mengedit kembali rancangan yang telah dibuat sampai kesalahan yang ada diperbaiki semuanya. 3. Setelah itu timing simulation dapat kita jalankan untuk melihat hasil rancangan rangkaian digital kita. 4. Foundation Implementation tools akan meng-compile rancangan yang telah dibuat menjadi bitstream yang sesuai dengan target device yang dipilih (XC9500 atau XC4005 ). 5. Setelah itu dapat dilihat jalannya program yang telah dibuat pada pada papan simulator XS95 atau XS40 yang dihubungkan melalui kabel pararel ke komputer. Untuk langkah 5 dan 6 tidak akan dibahas, karena untuk melakukan langkah-langkah tersebut diperlukan alat tambahan ( XS95 atau XS40 ).
Message Window Message Window menampilkan isi dari project log (semua perintah dan berita yang dikirim dan diterima oleh project manager).
69
BAB II SIMULATOR XILINX PADA RANGKAIAN DIGITAL SEDERHANA
OBYEKTIF : - Memahami perangkat lunak Xilinx - Mampu menggambarkan gerbang digital dasar pada schematic editor - Mampu mensimulasikan gerbang dasar digital - Mampu menyederhanakan rangkaian digital dan mensimulasikannya
2.1
Disain Rangkaian Digital dengan Xilinx Projek baru dapat dimulai klik File Æ New project. Setelah itu akan muncul
window New Project. Kemudian tuliskan nama project dan direktori tempat file project akan disimpan, tipe, chip famili dan chip part number serta device speed. Seperti yang terlihat pada gambar 2.1 dengan nama projek baru PERC1AND dengan direktori C:\active\projects.
Gambar 2.1 : New Project Membuka window New Project juga dapat dilakukan dengan klik ikon new project seperti yang terlihat pada gambar 2.1. Setelah klik OK, tampilan Project Manager akan terlihat seperti pada gambar 2.2. 70
Gambar 2.2 : Projek PERC1AND Pada bagian selanjutnya akan dibahas mengenai schematic editor dan simulasi. 2.2
Schematic Editor Klik Schematic editor untuk bisa memulai menggambar rangkaian sehingga akan
terbuka window seperti gambar 2.3, atau dengan klik ToolsÆ Schematic editor.
Gambar 2.3 : Schematic editor Pada gambar 2.3 dapat dilihat beberapa ikon disamping sebelah kiri gambar. Untuk mulai menyusun rangkaian kita pilih Mode Æ Symbols atau dengan klik ikon symbol toolbox, sehingga akan muncul SC Symbols window seperti yang terlihat pada gambar 2.4. Di dalam SC Symbol window ini kita memilih komponen yang akan kita rangkai. 71
Gambar 2.4 : SC Symbols Pada percobaan pertama ini gambar gerbang and dengan dua masukan ( A dan B ) dan satu keluaran (Y) seperti yang terlihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 : Gambar Schematic Editor Gerbang AND Input dan output (A, B dan Y) digambar dengan klik hierarchy connector atau I/O Terminal kemudian ketik terminal name dan type terminal, seperti yang terlihat pada gambar 2.6. Setelah itu gambar wire dengan klik draw wire. Hubungkan input A dan B serta keluaran Y dengan gerbang AND seperti yang terlihat pada gambar 2.5.
72
Gambar 2.6 : I/O terminal Setelah selesai membuat rangkaian periksa apakah rangkaian sudah benar atau belum, caranya dengan memilih Options Æ Create Netlist setelah itu pilih Options Æ Integrity Test. Jika rangkaian masih ada yang salah maka Xilinx akan menampilkan kesalahan tersebut, sehingga rangkaian dapat diperbaiki sampai benar. Setelah memeriksa kebenaran rangkaian lanjutkan dengan mengirim netlist yang sudah dibuat tadi. Maksud dari pengiriman netlist ini supaya rancangan rangkaian dapat dibaca oleh aplikasi Xilinx yang lain (seperti Simulator). Caranya pilih Options Æ Export Netlist. Export Netlist window akan muncul. Pilih Edit 200 [*.EDN] pada Netlist Format. Setelah itu tekan OK. Dari gambar rangkaian yang telah digambar dapat diperoleh HDL Program (hanya tersedia VHDL). Caranya adalah pilih Options Æ Export Netlist. Kemudian pilih Vhdl [ *.VHD ] pada Netlist Format setelah itu tekan OK. Sekarang dapat dilihat HDL program dari Gambar rangkaian yang telah digambar. Berikut ini adalah listing programnya (dalam VHDL) : -- ACTIVE-CAD-2-VHDL, 2.5.4.34, Fri Nov 26 02:34:02 2004
LIBRARY IEEE; USE IEEE.std_logic_1164.all; library x1; use x1.GLOBAL_SIGNALS.all; entity X1 is port ( A : in std_logic; B : in std_logic;
73
Y : out std_logic ); end X1; architecture STRUCTURE of X1 is --COMPONENTS component AND2 port ( I0 : in std_logic; I1 : in std_logic; O : out std_logic ); end component; --SIGNALS begin --SIGNAL ASSIGNMENTS --COMPONENT INSTANCES X36_I1 : AND2 port map( I0 => B, I1 => A, O => Y ); end STRUCTURE;
2.3
Functional Simulation Setelah selesai membuat rancangan Schematic sekarang dapat dilihat simulasi
Timing Diagram yang dihasilkan oleh rangkaian yang telah dibuat. Caranya adalah meng-klik simulator pada Project Window. Kemudian akan tampak Logic-Simulator Foundation window dan Waveform Viewer Window yang masih kosong. Seperti yang terlihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 : Simulator
74
Yang pertama harus lakukan adalah menambahkan input dan output pada Waveform Viewer supaya dapat melakukan simulasi. Caranya adalah pilih Signal Æ Add Signals. Component Selection for Waveform Viewer window akan muncul seperti yang terlihat pada gambar 2.8. Kemudian pilihlah Input dan Output yang akan disimulasikan. Setelah selesai pilih Close.
Gambar 2.8 : Component selection for waveform viewer Setelah semua Input dan Output dipilih, tambahkan Stimulator supaya rangkaian dapat disimulasikan. Caranya pilih Signal Æ Add Stimulators. Stimulator Selection window akan muncul seperti yang terlihat gambar 2.9.
Gambar 2.9 : Stimulator selection Sekarang rangkaian siap untuk disimulasikan. Untuk itu pilih View Æ Main Toolbox untuk menampilkan Simulator window. Klik step atau long maka Timing Digram akan muncul, seperti yang terlihat pada gambar 2.10.
75
Gambar 2.10 : Hasil simulasi gerbang And Dari Timing Diagram terlihat hasil simulasi gerbang And yaitu 000, 100, 010, 111 dan seterusnya. Dari timing diagram dapat dilihat bahwa herbang And adalah gerbang yang memberikan keluaran hanya bila semua masukan ada. Dengan kata lain gerbang AND merupakan gerbang semua atau tidak ada ; keluaran hanya terjadi bila semua masukan ada. 2.4
Simulasi Gerbang Dasar Pada bagian ini menggambar semua gerbang logika dasar dan mensimulasikan
masing-masing gambar tersebut. 2.4.1
Gerbang OR Gerbang OR adalah gerbang dimana salah satu atau semua masukan; keluaran
terjadi bila salah satu atau semua masukan ada. Gerbang OR memberikan keluaran 1 bila salah satu masukan atau ke dua masukan adalah 1. Lihat gambar 2.11 dan gambar 2.12.
Gambar 2.11 : Schematic editor gerbang OR
76
Gambar 2.12 : Simulasi gerbang OR 2.4.2
Gerbang NOT Gerbang NOT adalah gerbang logika yang memberikan keluaran tidak sama
dengan masukannya. Gerbang NOT disebut juga inverter. Gerbang ini mempunyai sebuah masukan dan sebuah keluaran, yang dilakukannya hanyalah membalik sinyal masukan; jika masukan tinggi, keluaran adalah rendah, dan sebaliknya. Lihat gambar 2.13 dan 2.14.
Gambar 2.13 : Schematic editor gerbang NOT
Gambar 2.14 : Simulasi gerbang NOT 2.4.3
Gerbang NAND (NOT-AND)
Gerbang NAND adalah gerbang AND yang diikuti gerbang NOT dengan simbol seperti pada gambar 2.15 dan simulasi gerbang NAND dapat dilihat pada gambar 2.16.
77
Gambar 2.15 : Schematic editor gerbang NAND
Gambar 2.16 : Simulasi gerbang NAND 2.4.4
Gerbang NOR Gerbang NOR adalah gerbang OR yang diikuti gerbang NOT. Lihat gambar 2.17
dan 2.18.
Gambar 2.17 : Schematic editor gerbang NOR
Gambar 2.18 : Simulasi gerbang NOR
78
2.4.5
Gerbang XOR Gerbang ini mempunyai dua masukan dan satu keluaran. XOR adalah nama lain
dari Oreksklusif, disebut demikian karena gerbang XOR memberikan keluaran 1 bila masukan pertama atau masukan kedua adalah 1, namun tidak kedua-duanya. Dengan kata lain, gerbang XOR mempunyai keluaran 1 hanya bila ke dua masukannya berbeda dan keluarannya 0 apabila ke dua masukannya sama. Lihat gambar 2.19 dan 2.20.
Gambar 2.19 : Schematic editor gerbang XOR
Gambar 2.20 : Simulasi gerbang XOR 2.4.6
Gerbang XNOR
Gambar 2.21 : Schematic editor gerbang XNOR
Gambar 2.22 : Simulasi gerbang XNOR
79
2.5
Penyederhanaan Rangkaian Penyederhanaan rangkaian logika dapat dilakukan dengan beberapa metode
seperti metode Peta Karnaugh, metode Maksterm/Minterm, metode Aljabar Boolean dan lain sebagainya. Pada sub bagian ini dengan menggunakan simulator Xilinx dapat di ketahui kebenaren hasil penyederhanaan rangkaian dengan mensimulasikan rangkaian sebelum
disederhanakan
dan
yang
setelah
disederhanakan,
dan
kemudian
membandingkan apakah timing diagram kedua rangkaian tersebut sama atau tidak. 2.5.1
Menyederhanakan rangkaian Y = A BC + A BC + A BC + A BC : Untuk
menyederhanakan
rangkaian
Y = A BC + A BC + A BC + A BC dapat
dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : Langkah -1 : gambar rangkaian Y = A BC + A BC + A BC + A BC pada schematic editor, seperti yang terlihat pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 : schematic editor Y = A BC + A BC + A BC + A BC Langkah -2 : simulasikan rangkaian Y = A BC + A BC + A BC + A BC , seperti yang terlihat pada gambar 2.24.
80
Gambar 2.24 : hasil simulasi Y = A BC + A BC + A BC + A BC Langkah -3 : sederhanakan rangkaian Y = A BC + A BC + A BC + A BC , pada gambar 2.25 penyederhanaan rangkaian menggunakan peta karnaugh.
AB
00
01
11
10
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
C
Y= B
Gambar 2.25 : Peta Karnaugh rangkaian Y = A BC + A BC + A BC + A BC Langkah -4 : gambar rangkaian yang telah disederhanakan, seperti yang terlihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26 : Schematic editor Y = B Langkah -5 : simulasikan rangkaian yang telah disederhanakan, seperti yang terlihat pada gambar 2.27.
81
Gambar 2.27 : simulasi Langkah -6 : bandingkan hasil simulasi rangkaian sebelum disederhanakan (langkah-2) dengan hasil simulasi rangkaian yang telah disederhanakan (langkah-5). Dari timing diagram gambar 2.27 sama dengan timing diagram gambar 2.24
sehingga dapat disimpulkan bahwa penyederhanaan rangkaian yang dilakukan benar. 2.5.2 Simulasikan
X = A BCD + ABCD + ABCD + ABCD + A BCD + ABCD + A BCD
dan sederhanakan persamaan serta buktikan hasil penyederhanaan yang dilakukan benar dengan mensimulasikan hasil penyederhanaan persamaan yang diperoleh! Langkah 1 : gambar
rangkaian
X = A BCD + ABCD + ABCD + ABCD + A BCD + ABCD + A BCD
pada schematic editor, seperti yang terlihat pada gambar 2.28. Langkah -2 : simulasikan rangkaian X = ABCD+ ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD+ ABCD, seperti yang terlihat pada gambar 2.29. Langkah -3 : sederhanakan
rangkaian X = ABCD+ ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD+ ABCD
,
pada
gambar 2.30 penyederhanaan rangkaian menggunakan peta karnaugh.
82
Gambar 2.28 : schematic editor X = ABCD+ ABCD + ABCD + ABCD + ABCD+ ABCD + ABCD
Gambar 2.29 : hasil simulasi X = ABCD+ ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD+ ABCD
AB CD 00 01 11 10
00
01
11
10
0 0 1 0
1 1 1 1
0 0 0 0
0 0 1 1
X= A B + A B C + A C D
Gambar 2.30 : Peta Karnaugh Langkah -4 : gambar rangkaian yang telah disederhanakan, seperti yang terlihat pada gambar 2.31.
83
Gambar 2.31 : Schematic editor X= A B + A B C + A C D Langkah -5 : simulasikan rangkaian yang telah disederhanakan, seperti yang terlihat pada gambar 2.32.
Gambar 2.32 : simulasi X= A B + A B C + A C D Langkah -6 : bandingkan hasil simulasi rangkaian sebelum disederhanakan (langkah-2) dengan hasil simulasi rangkaian yang telah disederhanakan (langkah-5). Dari timing diagram gambar 2.32 sama dengan timing diagram gambar 2.29 sehingga dapat disimpulkan bahwa penyederhanaan rangkaian yang dilakukan benar.
84
2.5.3 Simulasikan persamaan berikut ini dan sederhanakanlah persamaan tersebut, buktikanlah bahwa hasil penyederhanaan yang dilakukan benar! Y = A BCD + A BCD + A BCD + A BCD + ABCD + A BCD + A BCD + A BCD + ABCD + ABCD
Lakukan seperti pada bagian 2.51 dan 2.5.2. Langkah 1 : buat Schematic editor rangkaian Y = ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD :
Gambar 2.33 : Schematic editor Langkah 2 : simulasikan sehingga diperoleh timing diagramnya (gambar 2.34)
Gambar 2.34 : Hasil simulasi Langkah 3 : Sederhanakan rangkaian tersebut (gambar 2.35 menggunakan peta karnaugh)
85
AB CD 00 01 11 10
00 1 1 1 1
01
11
0 0 1 0
0 0 1 1
10 1 1 1 0
Y = A B + CD + B C + ABC
Gambar 2.35 : peta karnaugh Langkah 4 : gambar hasil rangkaian yang telah disederhanakan (Y = AB+CD+BC+ABC)
Gambar 2.36 : peta karnaugh Langkah 5 : simulasikan rangkaian yang telah disederhanakan sehingga diperoleh timing diagramnya
Gambar 2.37 : Hasil simulasi
86
Langkah 6 : bandingkan timing diagram sebelum disederhanakan dengan yang setelah disederhanakan. Dari kedua hasil simulasi rangkaian sebelum disederhanakan (gambar 2.34) dan yang setelah disederhanakan (gambar 2.37) sama, sehingga proses penyederhanaan yang dilakukan benar.
2.5.4 Simulasikan persamaan berikut ini dan sederhanakanlah persamaan tersebut, buktikanlah bahwa hasil penyederhanaan yang dilakukan benar! X = A BCD + A BCD + ABCD + ABCD + ABCD + A BCD + A BCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD
Langkah 1 : gambar rangkaian diatas pada schematic editor! Langkah 2 : simulasikan sehingga diperoleh timing diagramnya! Langkah 3 : Sederhanakan rangkaian tersebut! Langkah 4 : gambar hasil rangkaian yang telah disederhanakan ! Langkah 5 : simulasikan rangkaian yang telah disederhanakan sehingga diperoleh timing diagramnya !
Langkah 6 : bandingkan timing diagram sebelum disederhanakan dengan yang setelah disederhanakan! 2.5.5 Simulasikan persamaan berikut ini dan sederhanakanlah persamaan tersebut, buktikanlah bahwa hasil penyederhanaan yang dilakukan benar! Y = A BCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD
+ ABC D + ABCD
Langkah 1 : gambar rangkaian di atas pada schematic editor! Langkah 2 : simulasikan sehingga diperoleh timing diagramnya! Langkah 3 : Sederhanakan rangkaian tersebut ! Langkah 4 : gambar hasil rangkaian yang telah disederhanakan ! Langkah 5 : simulasikan rangkaian yang telah disederhanakan sehingga diperoleh timing diagramnya!
Langkah 6 : bandingkan timing diagram sebelum disederhanakan dengan yang setelah disederhanakan!
87
BAB III COUNTER
OBYEKTIF :
- Memahami jenis-jenis counter - Mampu merancang rangkaian suatu counter 3.1 Counter secara umum Counter merupakan rangkaian logika pengurut, karena counter membutuhkan
karakteristik memori, dan pewaktu memegang peranan yang penting. Counter digital mempunyai karakteristik penting yaitu sebagai berikut : 1. Jumlah hitungan maksimum (modulus N-counter) 2. Menghitung ke-atas atau ke-bawah (up atau down - counter) 3. Operasi asinkron atau sinkron 4. Bergerak bebas atau berhenti sendiri Sebagaimana dengan rangkaian sekuensial yang lain, untuk menyusun counter digunakan flip-flop. Counter dapat digunakan untuk menghitung banyaknya clock-pulsa dalam
waktu yang tersedia (pengukuran frekuensi), Counter dapat juga digunakan untuk membagi frekuensi dan menyimpan data. Ada dua macam counter, yaitu Asinkronous Counter dan Sinkronous Counter. Asinkronous Counter disebut juga Ripple Through Counter atau Counter Serial (Serial Counter), karena output masing-masing flip-flop yang digunakan akan berubah kondisi
dari “0” ke “1” dan sebaliknya secara berurutan, hal ini disebabkan karena flip-flop yang paling ujung dikendalikan oleh sinyal clock, sedangkan sinyal clock untuk flip-flop lainnya berasal dari masing-masing flip-flop sebelumnya. Sedangkan pada counter sinkron, output flip-flop yang digunakan bergantian secara serempak. Hal ini disebabkan karena masing-masing flip-flop tersebut dikendalikan secara serempak oleh sinyal clock. Oleh karena itu Counter Sinkron dapat pula disebut sebagai Counter paralel (Parallel Counter). Gambar 3.1 menunjukan
88
Counter Asinkron (Serial Counter) dan gambar 3.2 menunjukkan Counter Sinkron
(Parallel Counter). QA(LSB) J Q
QB
J Q A
QC
J Q B
J Q C
D
Gambar 3.1 : Counter Asinkron QA(LSB) J Q
J Q A
QB
QC
J Q B
J Q C
D
Gambar 3.2 : Counter Sinkron 3.2 Flip-flop
flip-flop (multivibrator bistabil) mempunyai keluaran tegangan rendah (0) atau tinggi (1). Keluaran ini tetap rendah atau tinggi selama belum ada masukkan yang merubah keadaan tersebut. Rangkaian yang bersangkutan harus di-drive (dikendalikan) oleh satu masukkan yang disebut pemicu (trigger). Keadaan tersebut akan berubah kembali bila ada masukkan pemicu lagi. Pada gambar 3.3 dapat dilihat rangkaian dasar memori satu bit yang terdiri dari dua buah gerbang NOT (gerbang NAND masukan tunggal) Nand1 dan Nand2, keluaran dari suatu gerbang diumpan balikkan ke masukan pada gerbang yang lain. Kombinasi umpan balik ini disebut dengan flip-flop.
89
Gambar 3.3 : flip-flop dasar Salah satu jenis flip-flop adalah flip-flop RS. Flip-flop ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran, di mana salah satu keluarannya (y) berfungsi sebagai komplemen. Sehingga flipflop ini disebut juga rangkaian dasar untuk membangkitkan sebuah variabel beserta komplemennya. Flip-flop RS dapat dibentuk dari kombinasi dua gerbang NAND atau kombinasi dua gerbang NOR. PERTAMA R S = 0 0
Ini berarti tidak diterapkan pemicu. Dalam hal ini keluaran y mempertahankan nilai terakhir yang dimilikinya. KEDUA
RS=01
Ini berarti bahwa suatu pemicu diterapkan pada masukan S. Hal ini mengeset flip-flop dan menghasilkan keluaran y bernilai 1. KETIGA
RS=10
Ini menyatakan bahwa suatu pemicu diterapkan pada masukan R. Hal ini mereset flipflop dan menghasilkan keluaran y bernilai 0. KEEMPAT R S = 1 1
merupakan kondisi masukan terlarang. Kondisi ini berarti menerapkan suatu pemicu ada ke dua masukan S dan R pada saat yang sama. Hal ini merupakan suatu pertentangan
karena mengandung pengertian bahwa kita berupaya untuk memperoleh keluaran y yang secara serentak sama dengan 1 dan sama dengan 0. Hal ini tidak masuk akal dan oleh sebab itu masukan ini dinyatakan terlarang. Flip-flop RS dapat dimodifikasi menjadi flip-flop yang dapat dapat diatur 'irama' nya oleh
90
clock sperti terlihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 : Diagram logika : (a) flip-flop RS (b) flip-flop RS ber 'clock' Bila clock rendah (0), ke dua gerbang AND tertutup (disabled). Hal ini menjamin bahwa: RS=00 yang berarti keluaran y tetap pada keadaan terakhir yang dimilikinya. Tetapi bila clock menjadi tinggi (1), ke dua gerbang AND terbuka (enabled). Hal ini memungkinkan
sinyal-sinyal S dan R mencapai flip-flop RS. Dengan cara ini, flip-flop akan set atau reset, bergantung pada nilai RS. Oleh sebab itu, flip-flop RS ber-'clock' tidak dapat berubah keadaan sampai berlangsungnya sinyal clock. Penerapan clock pada sebuah flip-flop seperti di atas sangat penting dalam sistem digital berskala besar dengan beratus-ratus flip-flop yang dihubungkan satu sama lain. Clock diterapkan pada semua flip-flop secara serentak; hal ini menjamin bahwa semua flip-flop berubah keadaan pada saat yang sama. Penyerempakan ini sangat penting dalam berbagai sistem digital. 3.3 State Machine
State
machine
merupakan
konstruksi
logika
yang
digunakan
untuk
mendefinisikan sifat sistem yang sederhana. State machine menggunakan kombinasi latch dan gerbang logika untuk sistem yang mempunyai memori. State machine di
gambarkan dengan state diagram yang didefinisikan dari state transition table. Contoh state machine yang sederhana dapat dilihat pada gambar 3.5.
91
Gambar 3.5 : state machine State machine dapat diklasifikasikan menjadi 2 tipe :
a. output nya tergantung pada present state yang dikenal dengan Moore machine seperti yang terlihat pada gambar 3.6. b. output yang merupakan kombinasi present state dan input yang lebih dikenal dengan Mealy machine, seperti yang terlihat dari 3.7.
Gambar 3.6 : Moore machine
Gambar 3.7 : Mealy machine Present state di definisikan pada output memori. Beberapa contoh aplikasi state
machine dapat dilihat pada embedded computing system, dimana komputer dirancang untuk menunjukkan beberapa tugas tertentu, seperti lampu merah atau elevator yang bisa dirancang dengan menggunakan pendekatan state machine. Perancangan suatu rangkaian digital akan terasa lebih mudah menggunakan state machine yang dimulai dari mendefinisikan permasalahan yang seharusnya telah diketahui
bagaimana cara pemecahannya, contohnya adalah seperti counter sebagai sequential machine. Sebagaimana diketahui jika dihubungkan beberapa flip-flop dengan beberapa
cara sehingga membentuk berbagai macam counter, ring counter, Johnson counter dan lain sebagainya.
92
Untuk lebih jelasnya lihat contoh berikut display bilangan prima atau penjumlahan naik atau turun. Pertama yang perlu diperhatikan adalah memahami definisi state. Diagram dibawah menunjukkan counter mod-6, yang berguna untuk mengitung
detik dan menit.
Gambar 3.8 : timing diagram counter mod-6 Misalkan A, B dan C adalah output dari suatu mesin, kemudian masing-masing transisi dari ”clock” di representasikan oleh garis putus-putus yang merupakan transisi dari satu state ke state berikutnya. Contoh diatas merupakan sequential finite state machine yang mempunyai 6 state : (000, 001, 010, 011, 100, 101) dan diulang kembali
dari keadaan yang pertama yaitu 000. Langkah pertama yang dilakukan adalah mendefisinikan state dan transisis yang diinginkan seperti pada gambar 3.9.
Gambar 3.9 : State diagram Dari gambar 3.9 dan contoh soal yang merupakan sederetan angka (atau biner 000, 001, 010, 011, 100, 101) yang terdiri dari 6 transisi, sehingga gambar 3.9 dirubah menjadi seperti gambar 3.10.
Gambar 3.10 : state diagram 000, 001, 010, 011, 100, 101 State diagram mempunyai 4 komponen yaitu : state, input, output dan transisi. Representasi state diagram dapat dilakukan dengan beberapa cara akan tetapi komponen diagram dapat dilihat seperti pada gambar 3.11.
93
Gambar 3.11 : komponen diagram Transisi diagram di representasikan dengan garis panah dari satu state ke state berikutnya. Langkah selanjutnya menentukan state table untuk state diagram seperti yang terlihat pada tabel 3.1. Tabel 3.1 : state table
Langkah selanjutnya menentukan implementasi atau rancangan dimana keputusan ini tergantung dari masing-masing individu, dan juga terantung pada biaya atau komponen yang tersedia. Pada contoh perancangan ini menggunakan JK flip-flop sehingga sebelumnya dilihat terlebih dahulu tabel kebenaran JK flip-flop seperti yang terlihat pada tabel 3.2. Tabel 3.2 : tabel kebenaran JK FF
Langkah selanjutnya kembali pada state table atau tabel 3.1 untuk menentukan input forming logic seperti yang terlihat pada tabel 3.3.
94
Tabel 3.3 : tabel kebenaran
Langkah selanjutnya dari tabel kebenaran diatas diperoleh semua komponen dan untut next step pada proses perancangan untuk menentukan input forming logic untuk masing-
masing flip flop. Langkah selanjutnya dalam proses perancangan menentukan persamaan rangkaian digital dengan bantuan Peta-K, seperti yang terlihat pada gambar 3.12.
Gambar 3.12 : Peta-K Dari peta-K dapat diperoleh persamaan rangkaian digital sehingga dapat digambar schematic editor dan diperoleh simulasi dari rangkaian yang telah dirancang untuk
dianalisa apakah hasil rangkaian seperti yang diharapkan. Untuk lebih jelasnya akan dibahas lebih detil pada bagian 3.4. 3.4 Perancangan Counter
Pada bagian ini akan dibahas langkah-langkah perancangan counter yang mengulang sederetan angka. 1. Rancang counter yang mengulang sekuens : 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0 . . . . . . Menggunakan :
95
a. D Flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram :
..............
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Gambar 3.13 : State diagram Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas Present
next
DA
DB
DC
DD
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh DA : AB CD
96
DB : AB CD
DC : AB CD
DD : AB CD
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital DA = ........................................ DB = ........................................ DC = ........................................ DD = ........................................ Langkah 5 : menggambarkan persamaan rangkaian digital pada schematic editor
97
Gambar 3.14 : Contoh Schematic editor counter dengan D-FF Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian
Gambar 3.15 : hasil simulasi counter dengan D-FF Langkah 7 : analisa hasil rangkaian Dari gambar 3.15 dapat dilihat bahwa counter yang telah dirancang dengan benar karena outputnya berupa sekuens : 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0 b. JK Flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram.
..............
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Gambar 3.16 : State diagram Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas
98
Present
next
JA
KB
JB
KB
JC
KC
JD
KD
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh JA : AB CD
KA : AB CD
99
JB : AB CD
KB : AB CD
JC : AB CD
KC : AB CD
100
JD : AB CD
KD : AB CD
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital JA
= ..............................................
KA
= ..............................................
JB
= ..............................................
KB
= ..............................................
JC
= ..............................................
KC
= ..............................................
JD
= ..............................................
KD
= ..............................................
Langkah 5 : gambar persamaan rangkaian digital pada schematic editor
Gambar 3.17 : Contoh Schematic editor counter dengan JK-FF 101
Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian
Gambar 3.18 : hasil simulasi counter dengan JK-FF Langkah 7 : analisa hasil rangkaian Dari gambar 3.18 dapat dilihat bahwa counter yang telah dirancang dengan benar karena outputnya berupa sekuens : 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0, 4, 12, 13, 6, 7, 2, 0 2. Rancang counter yang mengulang sekuens : 0, 1, 2, 3, 7, 4, 0, 1, 2, 3, 7, 4, 0 . . . . . . dengan menggunakan : a. D-flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram :
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Gambar 3.19 : State diagram Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas
102
Present
next
DA
DB
DC
000 001 010 011 100 101 110 111 Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh DA : AB CD
DB : AB CD
DC : AB CD
103
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital DA = ........................................ DB = ........................................ DC = ........................................ Langkah 5 : menggambarkan persamaan rangkaian digital pada schematic editor
Gambar 3.20 : Contoh Schematic editor counter dengan D-FF Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian
Gambar 3.21 : hasil simulasi counter dengan D-FF Langkah 7 : analisa hasil rangkaian Dari gambar 3.21 dapat dilihat bahwa counter yang telah dirancang dengan benar karena outputnya berupa sekuens : 0, 1, 2, 3, 7, 4, 0, 1, 2, 3, 7, 4 b. JK-flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram.
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Gambar 3.22 : State diagram
104
Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas Present
next
JA
KB
JB
KB
JC
KC
000 001 010 011 100 101 110 111 Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh JA : AB CD
KA : AB CD
JB : AB CD
105
KB : AB CD
JC : AB CD
KC : AB CD
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital JA
= ..............................................
KA
= ..............................................
JB
= ..............................................
KB
= ..............................................
JC
= ..............................................
KC
= ..............................................
Langkah 5 : gambar persamaan rangkaian digital pada schematic editor
106
Gambar 3.23 : Contoh Schematic editor counter dengan JK-FF Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian
Gambar 3.24 : hasil simulasi counter dengan JK-FF Langkah 7 : analisa hasil rangkaian Dari gambar 3.24 dapat dilihat bahwa counter yang telah dirancang dengan benar karena outputnya berupa sekuens : 0, 1, 2, 3, 7, 4, 0, 1, 2, 3, 7, 4 3. Rancang counter yang mengulang sekuens : 0, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 0, 2, 3, 5, 7, 11, 13 . . . . . . dengan menggunakan : a. D-flip-flop b. JK-flip-flop Ikuti langkah-langkah yang telah dijelaskan pada contoh 1 dan 2 diatas!
107
a. D Flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram :
..............
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas Present
next
DA
DB
DC
DD
Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh DA : AB CD
108
DB : AB CD
DC : AB CD
DD : AB CD
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital DA = ........................................ DB = ........................................ DC = ........................................ DD = ........................................ Langkah 5 : menggambarkan persamaan rangkaian digital pada schematic editor Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian Langkah 7 : analisa hasil rangkaian
109
b. JK Flip-flop Langkah 1 : Membuat state diagram.
..............
..............
..............
..............
..............
..............
..............
Langkah 2 : menentukan tabel kebenaran berdasarkan state diagram diatas Present
next
JA
KB
JB
KB
JC
KC
JD
KD
Langkah 3 : memetakan tabel kebenaran ke dalam peta karnaugh JA : AB CD
110
KA : AB CD
JB : AB CD
KB : AB CD
JC : AB CD
111
KC : AB CD
JD : AB CD
KD : AB CD
Langkah 4 : menentukan persamaan rangkaian digital JA
= ..............................................
KA
= ..............................................
JB
= ..............................................
KB
= ..............................................
JC
= ..............................................
KC
= ..............................................
JD
= ..............................................
KD
= ..............................................
112
Langkah 5 : gambar persamaan rangkaian digital pada schematic editor Langkah 6 : simulasi hasil rangkaian Langkah 7 : analisa hasil rangkaian
113
BAB IV MENENTUKAN KEPUTUSAN DENGAN BINARY COUNTER
OBYEKTIF :
- memahami bagaimana menentukan keputusan dengan binary counter - mampu menggunakan state diagram untuk merancang rangkaian yang lebih kompleks 4.1 Menentukan keputusan dengan binary counter
Menentukan keputusan dengan Binary counter (Decision Making with Binary Counters) merupakan komponen state machine yang menggambarkan sifat finite state machine. Tidak semua state machine (state editor) diikuti oleh jalur (path) yang sama
dari satu state ke state berikutnya seperti yang telah dibahas pada Bab IV. Keadaan state memungkinkan untuk berinteraksi dengan mesin seperti vending machine yang mempunyai output yang berbeda-beda atau mempunyai dua kemungkinan berdasarkan tipe koin yang dimasukkan atau lampu merah yang mempunyai kemungkinan keadaan yang lebih dari satu ketika walk button ditekan/dijalankan. Sebagai contoh dapat dilihat gambar 4.1 menggunakan counter mod 6 tetapi dengan fitur tambahan dengan satu input.
Gambar 4.1 : state editor
114
Gambar 4.1 menunjukkan suatu mesin yang digambarkan dengan flowchart simbol state machine dan beberapa variabel, sehingga akan lebih mempermudah perancang untuk
mendefinisikan pemecahan permasalahannya dan menuangkannya pada state table. 4.2 Perancangan Rangkaian dengan State Editor
Pada bagian ini akan membahas perancangan rangkaian digital dengan state editor dengan merancang 2 rangkaian yang memenuhi state diagram. 1. Merancang rangkaian digital yang memenuhi state diagram gambar 4.2, dimana rangkaian pertama menggunakan D flip-flop dan rangkaian kedua menggunakan JK flip-flop.
A 000
D 011 B 001
P
C 010
Gambar 4.2 : state diagram a. perancangan menggunakan D flip-flop langkah 1 : menentukan state table Present 000 001 010 011 100 101 110 111
P
Next
DA
DB
DC
langkah 2 : memetakan state table pada karnaugh map
115
DA : AB CD
DB : AB CD
DC : AB CD
langkah 3 : menentukan persamaan rangkaian digital berdasarkan K-map DA = ........................................ DB = ........................................ DC = ........................................ langkah 4 : gambar rangkaian digital pada schematic editor langkah 5 : simulasi rangkaian langkah 6 : analisa hasil rangkaian
116
b. perancangan menggunakan JK flip-flop langkah 1 : menentukan state table Present
P
next
JA
KB
JB
KB
JC
KC
000 001 010 011 100 101 110 111 langkah 2 : memetakan state table pada karnaugh map JA : AB CD
KA : AB CD
117
JB : AB CD
KB : AB CD
JC : AB CD
KC : AB CD
langkah 3 : menentukan persamaan rangkaian digital berdasarkan K-map
118
JA
= ..............................................
KA
= ..............................................
JB
= ..............................................
KB
= ..............................................
JC
= ..............................................
KC
= ..............................................
langkah 4 : gambar rangkaian digital pada schematic editor langkah 5 : simulasi rangkaian langkah 6 : analisa hasil rangkaian 2. Merancang rangkaian digital yang memenuhi state diagram gambar 4.3, dimana rangkaian pertama menggunakan D flip-flop dan rangkaian kedua menggunakan JK flip-flop. a 000 10 RS b 001 0
T
1
c 010
00 11
00 01 11
ST 10 a 100
Gambar 4.3 : state diagram c. perancangan menggunakan D flip-flop langkah 1 : menentukan state table
119
Present 000 001 010 011 100 101 110 111
R
S
T
Next
DA
DB
DC
langkah 2 : memetakan state table pada karnaugh map DA : AB CD
DB : AB CD
DC : AB CD
120
langkah 3 : menentukan persamaan rangkaian digital berdasarkan K-map DA = ........................................ DB = ........................................ DC = ........................................ langkah 4 : gambar rangkaian digital pada schematic editor langkah 5 : simulasi rangkaian langkah 6 : analisa hasil rangkaian d. perancangan menggunakan JK flip-flop langkah 1 : menentukan state table Present
R
S
T
next
JA
KB
JB
KB
JC
KC
000 001 010 011 100 101 110 111 langkah 2 : memetakan state table pada karnaugh map JA : AB CD
KA : AB CD
121
JB : AB CD
KB : AB CD
JC : AB CD
KC : AB CD
122
langkah 3 : menentukan persamaan rangkaian digital berdasarkan K-map JA
= ..............................................
KA
= ..............................................
JB
= ..............................................
KB
= ..............................................
JC
= ..............................................
KC
= ..............................................
langkah 4 : gambar rangkaian digital pada schematic editor langkah 5 : simulasi rangkaian langkah 6 : analisa hasil rangkaian
123
BAB V OUTPUT FORMING LOGIC
OBYEKTIF :
- memahami fungsi output forming logic - mampu menggunakan fungsi output forming logic untuk merancang rangkaian digital yang lebih kompleks 5.1 Output Forming Logic Output forming logic hampir sama dengan translasi pada counter akan tetapi Output forming logic mempunyai fungsi lebih untuk perancangan yang glitch-free dan di
gunakan untuk masukan yang lebih kompleks ke suatu dekoder yang merupakan basis rangkaian digital berdasarkan output. Sebagai contoh penggunaan 3 bit sebagai kombinasi output dimana 3 bit membangkitkan (generate) single output atau multiple output. Counter mod 6 glitch free dengan keluaran sederetan angka 0, 1, 2, 3, 4 dan 5 dapat dibuat dengan menentukan output forming logic dengan menggunakan karnaugh map. Akan tetapi sebelumnya tentukan terlebih dahulu tabel translasi seperti yang terlihat pada tabel 5.1. Tabel 5.1 : tabel kebenaran
Langkah selanjutnya baru membuat karnaugh map untuk X, Y dan Z seperti yang terlihat pada gambar 5.1.
124
Gambar 5.1 : peta karnaugh
5.2 Komponen-komponen Output Forming Logic
Pada bagian ini akan dijelaskan beberapa rangkaian-rangkaian pembangkit pulsa pada output forming logic. Perhatikan gambar 5.2 dan gambar 5.3. a 00
d 10
X SB SC
b 01
c 11 Y SB SC
Gambar 5.2 : state diagram Clock A B COUNT
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
00
X Y
Gambar 5.3 : timing diagram
125
Beberapa rangkaian untuk membangkitkan pulsa untuk output forming logic dapat dilihat pada gambar 5.4.
126
Gambar 5.4 : Rangkaian pembangkit pulsa output forming logic
127
Definisi-definisi transisi state : SB
: State beginning
SE
: State End
DSB
: Delayed State Beginning
DSE
: Delayd State End
DDSE : Double Delayed State End Sebagai contoh dapat dilihat perancangan state diagram pada gambar 5.5 yang kemudian di translasi ke state translasi. a 000 0
c 001
1
b 100
R
W SB SC
Y DSB DSE
d 010
e 101
X DSB SE
Z DSB SE
Gambar 5.5 : state diagram Tabel 5.2 : State Translasi Present
R
Next
DA
DB
DC
W
X
Y
Z
000 001 010 011 100 101 110 111
128
Dari tabel translasi dibuat K-map untuk menentukan persamaan rangkaian logikanya. AB CD
DA = ..........................................................
AB CD
DB = ..........................................................
AB CD
DC = .......................................................... Persamaan-persamaan yang diperoleh dari K-map digambar pada Schematic editor dan disimulasikan sehingga dapat diketahui kebenaran perancangan rangkaian digital yang telah dilakukan.
129
W
D
Q
D
Q
D
Q
C
Q
C
Q
C
Q
Clock
R
Gambar 5.6 : Rangkaian digital
5.3 Perancangan Rangkaian Digital mesin jamu pilih
Pada bagian ini akan dibahas suatu projek kecil yaitu membuat rangkaian digital suatu mesin jamu pilih, dengan permasalahan sebagai berikut : Perancangan mesin jamu pilih atau mesin penjual jamu, dimana pembeli dapat memilih 4 jenis jamu, yaitu jamu ”gadis remaja”, ”srikaton”. ”awet ayu”, dan ”galian rapet” yang merupakan jamu-jamu perusahaan Nyonya Meneer. Jamu-jamu ini masing-masing berharga Rp. 1.000,- dan mesin ini dapat menerima uang logam Rp. 500,- ataupun uang logam Rp. 1.000,-. Dan jika pembeli ingin membatalkan transaksi meskipun telah memasukkan uang logamnya masih dapat dilakukan dan pembeli mendapatkan uang logamnya kembali. Dari permasalahan diatas ada beberapa tahap atau proses perancangan yang harus dilakukan, pertama-tama dilakukan pengidentidikasian masalah. Dimana ditentukan input dan output dari rangkaian. Kemudian dilakukan pengidentifikasian state atau keadaan dilanjutkan dengan penggambaran state diagram. Dari state diagram dapat ditentukan tabel kebenaran. Dengan bantuan K-map dapatlah dibentuk persamaan aljabar Boolean tersederhana untuk sebagai masukan pada D-flip-flop atau disebut sebagai Input forming Logic (IFL), setelah menentukan jenis gelombang outputnya dapat ditentukan output
130
forming logic (OFL). Proses selanjutnya menggambarkan hasil persamaan rangkaian
digital yang diperoleh dan mensimulasikan rangkaian tersebut. Hasil simulasi dianalisa apakah rangkaian yang telah dibuat sesuai dengan yang diharapkan. 5.3.1 Identifikasi masalah Permasalahan pada mesin jamu pilih dapat di nyatakan sebagai berikut: Sebagai input dinyatakan dengan : - tidak ada kegiatan
TA
- untuk pengembalian
D
- memasukkan uang logam Rp. 500,-
E
- memasukkan uang logam Rp. 1.000,-
F
- memilih jamu gadis remaja
G
- memilih jamu srikaton
H
- memilih jamu awet ayu
I
- memilih jamu galian rapet
J
Sebagai output dinyatakan dengan :
- mengeluarkan uang kembali
V
- mengeluarkan jamu gadis remaja
W
- mengeluarkan jamu srikaton
X
- mengeluarkan jamu awet ayu
Y
- mengeluarkan jamu galian rapet
Z
5.3.2 Identifikasi State Keadaan-keadaan dengan kemungkinan-kemungkian : State a : 1. tidak ada kegiatan, menuju kembali ke state a 2. memasukkan uang Rp. 500,- menuju ke state b
3. memasukkan uang Rp. 1.000,- menuju ke state c State b : 1. tidak ada kegiatan, menuju kembali ke state a 2. menekan tomobol input uang kembali, menuju ke state d
3. memasukkan uang Rp. 500,-menuju ke state c
131
State c : 1. tidak ada kegiatan, menuju kembali ke state c
2. menekan tombol input uang kembali, menuju ke state b 3.menekan tombol pilihan bahan I, mesin mengeluarkan bahan I, kemudian kembali ke state a 4.menekan tombol pilihan bahan II, mesin mengeluarkan bahan II, kemudian kembali ke state a 5.menekan tombol pilihan bahan III, mesin mengeluarkan bahan III, kemudian kembali ke state a 6.menekan tombol pilihan bahan IV, mesin mengeluarkan bahan IV, kemudian kembali ke state a State d : 1. uang keluar, dan kembali ke state a
5.3.3 State diagram Dari keadaan ini, maka dapat digambarkan state diagram di bawah ini :
132
5.3.4 tabel kebenaran Dan tabel kebenarannya adalah sebagai berikut : PRESENT A B C
INPUT
NEXT DA
DB
DC
V
W
X
Y
Z
5570
5.3.5 Pembentukan Input Forming Logic (Ifl) DA AB C 0
00
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
1
DB AB C 0 1
DC AB C 0 1
Dengan melakukan penyederhanaan yang dilakukan dengan mempergunakan K-map akan diperoleh persamaan Input Forming Logic,yaitu input pada D-flip-flop. Selain Dflip-flop. Selain D-flip-flop dapat juga dipergunakan JK-flip-flop.
Sehingga di peroleh : DA = ............................................ DB = ............................................ DC = ............................................ 5.3.6 Output Forming Logic Sebagai Output Forming logic (OFL) dipilih gelombang ↑DSB ↓ SE karena rangkaian untuk menghasilkan gelombang output forming logic ini sederhana, yaitu hanya mempergunakan gerbang AND. 71 56
Langkah selanjutnya menentukan persamaan rangkaian dari output forming logic. 5.3.7 Schematic Editor mesin jamu pilih Persamaan yang diperoleh dari output forming logic di gambar pada schematic editor.
5.3.8 Simulasi rangkaian mesin jamu pilih Gambar schematic editor di simulasikan. 5.3.9 Analisa hasil rangkaian Analisa hasil simulasi apakah telah sesuai dengan permasalahan yang telah ditentukan.
72 57
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, Xilinx Programmable Logic Data book, Xilinx, Inc, San Jose, CA.
Anonim, Foundation Series 2.1i User Guide, http://toolbox.xilinx.com/docsan/2_1i/ 25 January 2004.
Brian Warneke, The CUPL Environment, http://www.rexfisher.com/Downloads/CUPL%20Tutorial.htm , 9 Januari 2004.
D. Van den Bout, "The Practical Xilinx Designers Lab Book 1.5", Prentice Hall, Upper Saddle River, 1999.
John W. Carter, “Digital Designing with Programmable Logic Devices”, Prentice Hall, 1997
58
