FPGA Dan VHDL-Teori, Antarmuka Dan Aplikasi

(1)

(2)

FPGA DAN VHDL

Teori, Antarmuka dan Aplikasi

(3)

UU No 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Fungsi dan Sifat hak Cipta Pasal 2

1. Hak Cipta merupakan hak eksklusif bagi pencipta atau pemegang Hak Cipta untuk mengumumkan atau memperbanyak ciptaannya, yang timbul secara otomatis setelah suatu ciptaan dilahirkan tanpa mengurangi pembatasan menurut peraturan perundang-undangan yang berlaku.

Hak Terkait Pasal 49

1. Pelaku memiliki hak eksklusif untuk memberikan izin atau melarang pihak lain yang tanpa persetujuannya membuat, memperbanyak, atau menyiarkan rekaman suara dan/atau gambar pertunjukannya.

Sanksi Pelanggaran Pasal 72

1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam pasal 2 ayat (1) atau pasal 49 ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).

2. Barangsiapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah)

(4)

iii

FPGA DAN VHDL

Teori, Antarmuka dan Aplikasi

(5)

Katalog Dalam Terbitan (KDT) WIBOWO, Ferry W

FPGA DAN VHDL: Teori, Antarmuka dan Aplikasi/ oleh Ferry Wahyu Wibowo.--Ed.1, Cet. 1--Yogyakarta: Deepublish, Januari 2014.

xxii, 414 hlm.; 25 cm ISBN 978-Nomor ISBN

1. Program I. Judul

005.3

Desain cover : Herlambang Rahmadhani Penata letak : Ika Fatria Iriyanti

Jl. Elang 3, No 3, Drono, Sardonoharjo, Ngaglik, Sleman Jl.Kaliurang Km.9,3 – Yogyakarta 55581 Telp/Faks: (0274) 4533427 Hotline: 0838-2316-8088 Website: www.deepublish.co.id E-mail: [email protected] PENERBIT DEEPUBLISH (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA)

Anggota IKAPI (076/DIY/2012)

Isi diluar tanggungjawab percetakan Hak cipta dilindungi undang-undang

Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini

tanpa izin tertulis dari Penerbit.

(6)

v

KATA PENGANTAR

Buku ini hadir bertujuan untuk memperkenalkan field

programmable gate array (FPGA) dan very high speed integrated circuit hardware description language (VHDL) sebagai salah satu

bidang hardware dan software, sekaligus untuk menunjukkan penggunaan VHDL dalam suatu aplikasi perancangan sistem elektronik. Buku ini banyak mengambil dari prosiding dan jurnal yang telah dipublikasikan oleh penulis dan terdiri dari beberapa contoh implementasi FPGA yang memungkinkan untuk digunakan sebagai buku teks berbagai level dan sebagai buku referensi. Walaupun demikian, perkembangan tool, metodologi pengembang-an, dan metodologi pengujian dalam rancang bangun perangkat keras berkembang sangat cepat dan perlu diikuti.

Sintaks VHDL mirip dengan bahasa pemrograman seperti C dan Pascal, tetapi sifatnya berbeda. Bahasa C dan Pascal diadaptasi untuk central processing unit (CPU), yaitu mesin serial yang menampilkan satu instruksi pada suatu waktu, sedangkan VHDL diadaptasi untuk struktur paralel dalam perangkat keras. Pada dasarnya, kinerjanya selalu lebih baik menggunakan VHDL daripada menggunakan bahasa pemrograman konvensional untuk CPU. Hal ini berarti VHDL akan jauh lebih baik digunakan sebagai bahasa implementasi dalam bentuk bahasa software. Bahkan, penggunaan mikrokontroler dapat dirancang menggunakan VHDL daripada menggunakan CPU dan kode mesin.

(7)

Simulator telah dikembangkan lebih jauh di pasaran agar dapat mengeksekusi kode VHDL sebagai watak pengujian perancangan. Kode VHDL dapat dikirimkan ke Field Programmable Gate Array (FPGA) atau gate matrix. Transformasi

dari kode ke teknologi perangkat keras disebut sintesis. Tool sintesis secara fungsional harus membuat perangkat keras yang mempunyai watak sesuai dengan simulasi kode VHDL. Kesulitan penulisan kode VHDL untuk sintesis memungkinkan menggunakan tool sintesis yang berbeda dalam mengubah bentuk bagian yang berbeda dari bahasa VHDL.

Beberapa perancang perangkat keras mendeskripsikan watak (behavior) dalam VHDL dibandingkan merancang menggunakan gerbang-gerbang logik yang memerlukan pengaturan komponen dan

wiring untuk membuatnya. Pengaturan ini harus ada untuk

produktivitas dan kualitas desain yang hendak dicapai dengan mengimplementasikan teori sistem digital. Berbeda pendeskripsian perancangan menggunakan bahasa tingkat tinggi berbasis teknologi lepas, dalam hal ini VHDL, perancang dapat berkonsentrasi pada pembuatan desain secara fungsional. VHDL menyediakan lebih banyak efisiensi desain dan berdayaguna daripada menggunakan desain tingkat gerbang. Penggunaan VHDL dalam kaitan tool sintesis menunjukkan bahwa teknologi dapat diubah secara cepat dan mudah. Fasilitas tersebut dapat dieksploitasi lebih lanjut yang dikenal sebagai purwarupa dari ASIC (Aplication Spesific Integrated

Circuit) yang menggunakan FPGA. Metode, struktur yang baik,

pengujian dan perancangan teknologi lepas membutuhkan pengetahuan VHDL yang baik dan tepat. Keuntungan

(8)

vii

pendeskripsian rancangan dalam bahasa tingkat tinggi dan metode pengujian mempunyai porsi dalam buku ini.

Semoga buku ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya, khususnya yang akan memulai bidang reconfigurable

computing. Buku ini masih kurang dari sempurna dan masih

memerlukan pengembangan lagi, saran dan kritik senantiasa penulis terima dengan tangan terbuka. Terima kasih.

Yogyakarta, Januari 2014

(9)

SINGKATAN-SINGKATAN

AC : Alternating current

ADI : Automated Design Implementation AFG : Attenuator frequency generator ALU : Arithmetic logic unit

ASCII : American Standard Code for Information Interchange ASIC : Application specific integrated circuit

ASM : Algorithmic state machine

ASSP : Application specific standard product AVT : Architecture verification test

BCD : Binary coded decimal BER : Bit error rate

BIST : Built in self test

BJT : Bipolar junction transistor CAD : Computer aided design CAE : Computer added engineering CDMA : Coded division multiple access CLB : Configurable logic block

CMOS : Complementary metal oxide semiconductor CPC : Convolutional product code

CPLD : Complex programmable logic device CPU : Central processing unit

DC : Direct current DFT : Design for test

DRAM : Dynamic random access memory DSP : Digital signal processing

DUT : Design under test

EBCDIC : Extended binary codec decimal interchange code ECC : Error correction code

EDA : Electronic design automation

EEPROM : Electrically erasable and programmable read only memory

EGCS : Elevator group control system

EPROM : Erasable and programmable read only memory FAMOS : Floating gate ovalanche metal oxide semiconductor

(10)

ix

FF : Flip-flop

FFT : Fast fourier transform

FPGA : Field programmable gate array FPLA : Field programmable logic array FSM : Finite state machine

GAL : Generic array logic GCLK : Global clock

GPI : General purpose interconect GUI : Graphical user interface

HDL : Hardware description language HL : High level

I/O : Input / output IC : Integrated circuit

IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers IOB : Input output block

IP : Intellectual property

IVT : Implementation verification test

JEDEC : Joint electron device engineering council JTAG : Joint test action group

LCA : Logic cell array LCD : Liquid crystal display LCS : Local control system LE : Logic element LED : Light emitting diode LSB : Least significant bit LSI : Large scale integration LUT : Look up table

MCM : Multiple chip module MGT : Multi Gigabit Transceiver MOS : Metal oxide semiconductor

MOSFET : Metal oxide semiconductor field effect transistor MSB : Most significant bit

MSI : Medium scale integration MUX : Multiplekser

Opcode : Operation code

PACE : Pinout and area constraints editor PAL : Programmable logic array

(11)

PC : Personal computer PCB : Printed circuit board

PIP : Programmable interconnect point PLA : Programmable logic array

PLC : Programmable logic control PLD : Programmable logic device PMUX : Programmable Multiplexer PROM : Programmable read only memory R/C : Resistance / capacitive

R&D : Research and Development RAM : Random access memory RCA : Radio corporation of America ROM : Read only memory

RTL : Register transistor logic (level) SDF : Standard delay format

SerDes : Serializer / deserializer SNR : Signal to noise ratio SoC : System on Chip SOP : Sum of product

SPI : Serial peripheral interface SRAM : Static random access memory SSI : Small scale integration

TTL : Transistor transistor logic

VHDL : Very high speed integrated circuit hardware description language

VHSIC : Very high speed integrated circuit VLSI : Very large scale integration VTP : Verification test plan

U-IOB : Unbonded input output block UV : Ultra violet

(12)

xi

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... v

SINGKATAN-SINGKATAN ... viii

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xix

BAB I Prinsip–prinsip Sistem Digital ... 1

1.1. Pendahuluan ... 1

1.2. Perbandingan Elektronika Analog dan Digital ... 2

1.3. Level logika digital ... 5

1.4. Sistem Bilangan Desimal ... 5

1.4.1. Notasi Posisional ... 6

1.5. Sistem Bilangan Biner ... 7

1.6. Sistem Bilangan Oktal ... 8

1.7. Sistem Bilangan Heksadesimal ... 10

1.8. Komplemen bilangan ... 12

1.8.1. Komplemen-R ... 12

1.8.2. Komplemen-(R-1) ... 13

1.9. Sandi Biner ... 13

1.9.1. Sandi Binary Coded Decimal (BCD) ... 14

1.9.2. Sandi Excess 3 (XS-3) ... 14 1.9.3. Sandi 8, 4, -2, -1 ... 15 1.9.4. Sandi Gray ... 15 1.9.5. Sandi Alfanumerik ... 17 1.10. Bit Paritas ... 19 1.11. Logika Gerbang ... 20

1.11.1. Operator Logika Dasar ... 21

1.11.2. Tabel kebenaran untuk operator logika ... 21

(13)

1.11.4. Rangkaian logika kombinasional dari

fungsi logika ... 22

1.12. Referensi ... 24

1.13. Pertanyaan ... 24

BAB II Programmable Logic Device ... 25

2.2. Metode Pemrograman Perangkat Keras ... 26

2.2.1. Teknologi Fusible Link ... 28

2.2.2. Teknologi Antifuse ... 29

2.3. Piranti Mask-Programmed ... 31

2.3.1. PROM ... 32

2.3.2. Teknologi berbasis EPROM ... 33

2.3.3. Teknologi berbasis EEPROM ... 35

2.3.4. Teknologi berbasis RAM–DRAM dan SRAM ... 36

2.4. PLD, ASIC dan FPGA ... 43

2.4.1. Programmable Logic Device (PLD) ... 43

2.4.1.1 PROM ... 45

2.4.1.2 Programmable Logic Array (PLA) ... 47

2.4.1.3 Programmable Array Logic (PAL) ... 49

2.4.1.4 Complex Programmable Logic Device (CPLD) ... 50

2.4.2. Application Spesific Integrated Circuit (ASIC) ... 53

2.4.3. Field Programmable Gate Array (FPGA) ... 57

BAB III Field Programmable Gate Array ... 67

3.2. Reconfigurable Device ... 70

(14)

xiii

3.4. Configurable Logic Block (CLB) ... 78

3.5. Blok Interkoneksi yang Dapat Diprogram ... 81

3.6. Optimasi Perancangan untuk FPGA ... 82

3.7. Aliran Perancangan FPGA Xilinx ... 86

BAB IV Model Masukan Rancangan ... 89

4.2. Metode Masukan Rancangan ... 91

BAB V Metodologi Top-Down vs Bottom-Up... 101

5.2. Metodologi Perancangan terhadap EDA ... 105

5.3. Implementasi Metodologi Perancangan ... 109

BAB VI Metode Perancangan ... 117

6.2. Perancangan IC ... 119

6.3. Metodologi Perancangan Pewaktuan ... 122

6.3.1. Floorplanning dan Placement ... 122

6.3.2. Floorplan Tingkat Tinggi ... 123

6.3.3. Floorplanning Terperinci ... 124

6.3.4. Sintesis Kendali Pewaktuan ... 126

6.3.5. Model Penyambungan ... 128

6.3.6. Placement and Route ... 130

6.3.7. Synthesis Back-Annotation ... 134

6.3.8. Verifikasi Pewaktuan ... 135

(15)

BAB VII Verifikasi Rancangan ... 139

7.2. Verifikasi Perancangan ... 140

7.3. Pembuktian Implementasi ... 143

7.4. Jenis Verifikasi Uji ... 149

7.5. Metode Verifikasi Uji ... 150

7.6. Konfigurasi Pengujian ... 151

7.7. Struktur Testbench ... 152

7.8. Prosedur Verifikasi Pengaturan ... 154

7.9. Referensi ... 156 7.10. Pertanyaan ... 156 BAB VIII VHDL ... 157 8.1. Pendahuluan ... 157 8.2. VHDL ... 159 8.3. Tahap Perancangan ... 163 8.4. Struktur Kode VHDL ... 165 8.5. Entity ... 169 8.6. Architecture ... 170 8.7. Referensi ... 172 8.8. Pertanyaan ... 172

BAB IX Mode Penyambungan ... 173

9.2. Signal ... 174

9.3. Variable ... 177

9.4. Perbandingan Signal dan Variable ... 178

9.5. Generic ... 179

9.6. Constant ... 180

BAB X Tipe Data, Obyek dan Konversi ... 183

10.2. Tipe Data yang Belum Terdefinisi ... 183

10.3. Tipe Data yang Dapat Didefinisikan Pengguna ... 189

(16)

xv

10.5. Larik (Array) ... 191

10.6. Larik dalam Port ... 193

10.7. Record ... 194

10.8. Konversi Data ... 194

10.9. Referensi ... 197

BAB XI Operator dan Atribut ... 199

11.1. Operator ... 199 11.1.1. Operator Keluaran ... 199 11.1.2. Operator Logika ... 200 11.1.3. Operator Aritmatika ... 201 11.1.4. Operator Pembanding ... 202 11.1.5. Operator Geser ... 202 11.1.6. Operator Overloading ... 203 11.1.7. Penggunaan Operator ... 204 11.2. Atribut Data ... 204

11.2.1. Atribut Signal Enumerasi ... 205

11.2.2. Atribut Signal ... 206

11.2.3. Atribut yang Didefinisikan Pengguna ... 207

11.3. Referensi ... 208

BAB XII Konkuren dan Sekuensial ... 209

12.1. Kode Konkuren ... 209

12.2. Logik Kombinasional Versus Sekuensial ... 209

12.3. Kode konkuren Versus Sekuensial ... 210

12.4. Deklarasi When ... 211 12.5. Generate ... 213 12.6. Block ... 214 12.6.1. Simple Block ... 214 12.6.2. Guarded Block ... 215 12.7. Kode Sekuensial ... 216 12.7.1. Process ... 217 12.7.2. If ... 217 12.7.3. Wait ... 218

(17)

12.7.4. Case ... 220

12.7.5. Case Versus if ... 220

12.7.6. Case Versus When ... 221

12.8. Referensi ... 221

BAB XIII ROM dan RAM ... 223

13.2. Read-Only Memory (ROM) ... 224

13.3. Perancangan ROM ... 226

13.4. Random Access Memory (RAM) ... 231

13.5. Referensi ... 233

BAB XIV Finite State Machine ... 235

14.2. Finite State Machine ... 237

14.3. Prinsip Kerja Finite State Machine ... 238

14.4. Referensi ... 251

BAB XV Implementasi FPGA untuk Sorting ... 253

15.2. Rekonfigurasi Field Programmable Gate Array (FPGA) ... 254

15.2.1. Arsitektur FPGA ... 256

15.2.2. Proses Implementasi FPGA ... 257

15.2.3. Optimasi Logik ... 257

15.2.4. Pemetaan Teknologi ... 257

15.2.5. Penempatan ... 258

15.2.6. Piranti Lunak Penjalaran ... 258

15.2.7. Bagian Pemrograman ... 258

15.3. VHDL Bahasa Pendukung FPGA ... 259

15.4. Mergesort ... 261

15.5. Rancangan Global ... 262

15.5.1. Rangkaian Shift-Register ... 264

(18)

xvii

15.5.3. Rangkaian Pembanding (Comparator) ... 265

15.5.4. Rangkaian Keluaran ... 265

15.6. Mergesort Berbasis FPGA ... 266

15.7. Referensi ... 268

BAB XVI Implementasi FPGA untuk Arithmetic Logic Unit ... 271

16.2. Arithmetic Logic Unit (ALU) ... 274

16.2.1. Unit Logik ... 277 16.2.2. Unit Aritmetik ... 278 16.3. Unit Shifter ... 279 16.4. Unit Multiplekser ... 281 16.5. Implementasi FPGA ... 284 16.6. Referensi ... 286 16.7. Pertanyaan ... 288

BAB XVII Implementasi FPGA untuk Convolutional Encoder ... 289

17.2. Convolutional Code ... 292

17.3. Field Programmable Gate Array (FPGA) ... 294

17.4. Implementasi Convolutional Encoder dalam FPGA ... 296

17.5. Referensi ... 302

BAB XVIII Interoperabilitas VHDL antara FPGA Xilinx dan Altera ... 305

18.2. Selayang Pandang VHDL ... 307

18.2.1. Xilinx ISE ... 311

18.2.2. Altera Max+Plus II ... 313

18.3. Interoperabilitas Xilinx ISE dan Max + Plus II 10.2 ... 315

18.4. Referensi ... 321

(19)

BAB XIX Antarmuka pada FPGA Xilinx Spartan-3E ... 323

19.2. Analog Capture Circuit ... 324

19.2.1. Programmable Pre-Amplifier ... 329

19.2.2. Analog-to-Digital Converter (ADC) ... 336

19.3. Pemrosesan Sinyal Digital ... 342

19.4. Digital-to-Analog Converter (DAC) ... 347

19.5. Referensi ... 357

BAB XX Implementasi FPGA untuk Pengukuran Daya Listrik ... 359

20.2. FPGA Spartan-3E Starter Kit ... 360

20.3. Teori Daya Listrik ... 363

20.4. Metodologi ... 366

20.4.1. Spesifikasi ... 366

20.4.2. Verifikasi ... 366

20.4.3. Implementasi ... 367

20.4.4. Debug dan Pengujian ... 367

20.4.5. Hasil ... 367 20.5. Referensi ... 372 20.6. Pertanyaan ... 373 DAFTAR PUSTAKA ... 375 LAMPIRAN ... 383 GLOSARIUM ... 385 INDEKS ... 387

(20)

xix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Perbandingan Analog dan Digital Secara

Grafik ... 4

Gambar 1.2 Gerbang Logika ... 22

Gambar 1.3 Gerbang Kombinasional ... 23

Gambar 2.1 Metode Pemrograman Piranti ... 27

Gambar 2.2 Prinsip Teknologi Fusible Link ... 28

Gambar 2.3 Teknologi Antifuse ... 30

Gambar 2.4 Prinsip Teknologi Antifuse ... 31

Gambar 2.5 Prinsip Teknologi Prom ... 33

Gambar 2.6 Teknologi Berbasis MOS Vs EPROM ... 34

Gambar 2.7 Prinsip Teknologi EPROM ... 35

Gambar 2.8 Teknologi EEPROM ... 36

Gambar 2.9 DRAM ... 37

Gambar 2.10 Konfigurasi SRAM ... 38

Gambar 2.11 Blok SRAM 2 MXN ... 39

Gambar 2.12 Pemrograman FPGA pada SRAM ... 41

Gambar 2.13 Konfigurasi SRAM pada FPGA ... 42

Gambar 2.14 Pembagian Jenis-jenis PLD ... 44

Gambar 2.15 Blok Diagram PLD ... 45

Gambar 2.16 PROM ... 46

Gambar 2.17 Contoh Implementasi PROM pada Full Adder ... 47

Gambar 2.18 PLA ... 48

Gambar 2.19 PAL ... 49

Gambar 2.20 Struktur CPLD ... 51

Gambar 2.21 Blok PAL yang terdapat pada CPLD ... 52

Gambar 2.22 Gate Array ... 54

Gambar 2.23 Arsitektur FPGA ... 62

Gambar 3.1 Skematik FPGA ... 71

(21)

Gambar 3.3 Grafik Throughput vs Kinerja Aritmetik

dari Jenis Virtex-4 ... 74

Gambar 3.4 Struktur Blok I/O Dasar ... 77

Gambar 3.5 CLB XC4000... 79

Gambar 3.6 Interkoneksi yang dapat Diprogram ... 82

Gambar 3.7 Contoh Optimisasi Low Level Logic: 8-To-1 MUX... 84

Gambar 4.1 Tingkat Deskripsi Perancangan ... 91

Gambar 4.2 Alur Computer Aided Design (CAD) ... 94

Gambar 5.1 Trend Kapasitas Teknologi FPGA Xilinx ... 103

Gambar 5.2 Alur Perancangan Sederhana ... 114

Gambar 6.1 Hubungan Antara Kerapatan IC Dan Prosentase Placement & Routing ... 118

Gambar 6.2 Floorplan Tingkat Tinggi... 124

Gambar 6.3 Floorplan dari Chip FPGA ... 125

Gambar 6.4 Pengecekan Pewaktuan ... 127

Gambar 6.5 Placement and Routing... 131

Gambar 7.1 Struktur Testbench... 152

Gambar 8.1 Relasi Perancangan antara Kode VHDL Dan FPGA ... 165

Gambar 8.2 Bagian Pokok Kode VHDL... 166

Gambar 8.3 Bagian Pokok Library ... 168

Gambar 8.4 Mode Sinyal ... 170

Gambar 9.1 Penyambungan Menggunakan Signal ... 175

Gambar 9.2 Perpaduan dan Pemisahan Sambungan ... 175

Gambar 13.1 Arsitektur ROM... 225

Gambar 13.2 Diagram Bentuk Gelombang Desain ROM ... 230

Gambar 14.1 Struktur Finite State Machine ... 237

Gambar 14.2. State Diagram Pengendali Elevator ... 241

Gambar 14.3 State Diagram FSM untuk Lampu Lalu Lintas ... 243

Gambar 14.4 Register Transfer Logic dari Gambar 14.3... 250

Gambar 14.5 Diagram Bentuk Gelombang Dari Gambar 14.3 ... 251

(22)

xxi

Gambar 15.2 Pemrograman FPGA Melalui PC ... 259

Gambar 15.3 Ringkasan Aliran VHDL ... 260

Gambar 15.4 Ilustrasi Mergesort ... 261

Gambar 15.5 Rancangan Modul Mergesort ... 263

Gambar 15.6 Bagan Shift-Register ... 264

Gambar 15.7 Bagan Multiplekser ... 264

Gambar 15.8 Bagan Rangkaian Pembanding ... 265

Gambar 15.9 Bagan Rangkaian Keluaran ... 265

Gambar 15.10 Diagram Bentuk Gelombang Dari Mergesort 4x8-Bit ... 266

Gambar 15.11 Floorplan dari Rangkaian Mergesort ... 267

Gambar 16.1 Bagan Desain ALU ... 282

Gambar 16.2 Bagan RTL Rancangan ALU ... 285

Gambar 17.1 Bagan Convolutional Encoder ... 293

Gambar 17.2 Floorplan dari Convolutional Encoder ... 300

Gambar 17.3 Diagram Bentuk Gelombang dari Convolutional Encoder ... 301

Gambar 18.1 Alur Compiler VHDL ... 310

Gambar 19.1 Bagan Sistem Perancangan ... 323

Gambar 19.2 Dua Saluran Analog Capture Circuit ... 324

Gambar 19.3 Skematik Amplifier dan ADC dari Linear Technology ... 325

Gambar 19.4 Contoh Pengolahan Sinyal Analog pada ADC ... 326

Gambar 19.5 Range Nilai Sinyal Terbaca pada ADC ... 326

Gambar 19.6 Blok FPGA untuk Mengendalikan Amplifier dan ADC ... 327

Gambar 19.7 Sinyal Digital yang Digunakan untuk Mengatur Gain ... 331

Gambar 19.8 Pewaktuan SPI ketika Berkomunikasi dengan Amplifier ... 332

Gambar 19.9 Antarmuka ADC ... 337

Gambar 19.10 Pewaktuan SPI ke ADC ... 338

(23)

Gambar 19.12 Rangkaian Turunan dari Top Level

Pengolah Sinyal ... 344 Gambar 19.13 Digital-To-Analog Converter dan Header

yang Digunakan... 347 Gambar 19.14 Skematik Digital-To-Analog ... 348 Gambar 19.15 Protokol Komunikasi SPI ke LTC2624

DAC ... 350 Gambar 19.16 Top Level Rangkaian Pengendali DAC ... 353 Gambar 20.1 Fpga Xilinx Spartan-3E Starter Kit Board ... 361 Gambar 20.2 Bagan Pengukuran Daya Listrik Berbasis

FPGA ... 365 Gambar 20.3. Rangkaian Pemrosesan Sinyal Digital

Untuk Daya Sesaat dan Daya Aktif... 366 Gambar 20.4 Sinyal Sck (Atas) Dan Mosi (Bawah) ... 368 Gambar 20.5 Floorplan Desain pada FPGA Spartan-3E ... 370