BAB 1 PENGENALAN KONSEP
31/01/2023 14:44 OLEH: AJI SAKA
1.1 Kuantitas Digital Dan Analog
Sirkuit elektronik dapat dibagi menjadi 2 kategori yaitu Digital dan Analog. Eelektronik digital
melibatkan kuantitas dengan nilai diskrit yang diwakili oleh 1 atao 0 dan elektronik analog melibatkan nilai kontinu, kebayakan hal yang bisa diukur secara kuantitatif terjadi di alam dalam bentuk analog.
Ex besaran analog: waktu suhu, tekanan, jarak, dan bunyi.
Keunggulan Digital
Keuntungan Representasi Digital dibandingkan Representasi Analog. Data digital dapat diproses dan ditransmisikan lebih efisien dan andal daripada data analog Mereka menguntungkan saat memproses dan mengirimkan data.dalam menyimpan data dapat menyimpan data dalam jumlah besar di ruang yang lebih kecil dan dengan kemungkinan kesalahan paling kecil.Data digital dapat dengan mudah disimpan dan direproduksi dengan akurasi dan kejelasan yang lebih baik.Noise tidak mempengaruhi data digital dibandingkan dengan sinyal analog. Ex: ketika menyimpan music Sistem Analog
Mekatronika
Elektronik digital dan analog digunakan dalam kontrol mekanis. Bidang transdisipliner; komponen mekanik dan elektronik disebut mekatronik
Dapat ditemukan dirumah,industry,transportasi.
1.2 Digit Biner, Level Logika, dan Bentuk Gelombang Digital
Digit Biner
Binary digit adalah unit satuan terkecil dalam komputasi digital Terdapat dua digit dalam sistem biner; 1 atau 0 disebut bit. (1=tinggi 0=rendah disebut logika positif dan sebaliknya). Kumpulam bit (kombinasi 1 dan 0) disebut kode.
High= 1 Low=0
Tingkat Logika
Tegangan yang digunakan untuk mewakili 1 dan 0 disebut level logika. Dlm rangkaian digital praktis HIGH dapat berupa tegangan apapun antara nilai minimum yang ditentukan dan nilai maksimum yang ditentukan. Demikian LOW dapat berupa voltase antara nilai minimum dan maksimum
Bentuk Gelombang
Bentuk gelombang digital terdiri dari level tegnagan yang berubah bolak balik antara level atau status High and Low. Satu pulsa positif= tegangan/arus berubah dari level LOW to HIGH and than back LOW.Dimana bentuk gelombang serangkaian pulsa
Pulsa/Pulse
Pulse memiliki 2 sisi; sisi depan pada waktu t0 and trailing edge pada t1
Pulsa nonideal.dalam realitanya, semua pulsa menunjukkan beberapa atau semua karakteristik ini.
Overshoot dan ringilkan terkadang dihasikn oleh stray inductive dan capacity effec
Waktu yang diperlukan pulse to go from LOW to HIGH= rise time(tr) dan waktu dari HIGH to LOW=
Fall time(tf). Amplitude= tinggi pulsa dari dasar) Lebar pulsa (tW) adalah ukuran durasi pulsa dan sering didefinisikan sebagai interval waktu antara 50% titik pada tepi naik dan turun
.
Karakteristik Bentuk Gelombang
Sebagian gelombang dlm sistem digital bentuknya terdiri dari serangkaian pulsa yang
diklasifikasikan sebagai periodik dan non periodic. bentuk gelombang pulsa periodik yang berulang pada interval tetap, disebut Periode (T). frekuensi ( f ) adalah tingkat di mana ia berulang dan
diukur dalam hertz (Hz). Bentuk gelombang pilsa non periodic tidak berulang pada interval tetap, dapat terdiri lebar pulsa dan interval yang berbeda secara acak.
F=1/T dan T= 1/F
Karakteristik penting dari bentuk gelombang digital periodik adalah Duty Cycle(siklus kerja), yang merupakan rasio lebar pulsa (tW) dengan periode (T). Ini dapat dinyatakan sebagai persentase.
Duty cycle : tW /T x 100%
Bentuk Gelombang Digital Membawa Informasi Biner
Informasi biner yang ditangani oleh sistem digital muncul sebagai bentuk gelombang yang mewakili urutan bit. . Setiap bit dalam urutan menempati interval waktu tertentu yang disebut waktu bit.
The Clock
Dalam sistem Digital semua bentuk gelombang akan disinkronkan dengan bentuk gelombang waktu jang disebut clock (jam). Jam adalah gelombang periodik di mana setiap interval antara pulsa (periode) sama dengan waktu untuk satu bit.
bit seperti yang ditunjukkan. Sekelompok beberapa bit dapat berisi informasi biner, seperti angka atau huruf. Bentuk gelombang jam itu sendiri tidak membawa informasi.
Diagram Waktu(Timing Diagram)
Diagram waktu adalah grafik bentuk gelombang digital yang menunjukkan hubungan waktu sebenarnya dari dua bentuk gelombang atau lebih dan bagaimana setiap bentuk gelombang berubah dalam kaitannya dengan yang lain. Dengan melihat diagram waktu, Anda dapat menentukan keadaan (TINGGI atau RENDAH) dari semua bentuk gelombang pada titik waktu tertentu dan waktu yang tepat ketika bentuk gelombang mengubah keadaan relatif terhadap bentuk gelombang lainnya
Transfer Data
Data mengacu pada kelompok bit yang menyampaikan beberapa jenis informasi. Data biner, yang diwakili oleh bentuk gelombang digital, harus ditransfer dari satu perangkat ke perangkat lainnya dalam sistem digital atau dari satu sistem ke sistem lainnya untuk mencapai tujuan tertentu.
Ketika bit ditransfer dalam bentuk serial dari satu titik ke titik lainnya, bit dikirim satu per satu sepanjang satu baris, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. Selama interval waktu dari t0 ke t1, bit pertama ditransfer. Selama interval waktu dari t1 ke t2, bit kedua ditransfer, dan seterusnya. Untuk mentransfer delapan bit secara seri, diperlukan delapan kali interval.
Ketika bit ditransfer dalam bentuk paralel , semua bit dalam grup dikirim pada jalur terpisah pada waktu yang sama
keuntungan dari transfer serial data biner adalah bahwa minimal hanya satu baris yang diperlukan.
Dalam transfer paralel, diperlukan sejumlah baris yang sama dengan jumlah bit yang akan ditransfer pada satu waktu. Kerugian dari transfer serial adalah membutuhkan waktu lebih lama untuk
mentransfer sejumlah bit dibandingkan dengan transfer paralel pada frekuensi clock yang sama.
Misalnya, jika satu bit dapat ditransfer dalam 1 ms, maka dibutuhkan 8 ms untuk mentransfer delapan bit secara serial, tetapi hanya 1 ms untuk mentransfer delapan bit secara paralel. Kerugian dari transfer paralel adalah membutuhkan lebih banyak jalur daripada transfer serial.
1.3 Fungsi Logika Dasar
Dalam bentuk dasarnya, logika adalah ranah penalaran manusia yang memberi tahu dalam proposisi tertentu (pernyataan deklaratif) benar jika kondisi tertentu benar. Proposisi dapat diklasifikasikan sebagai benar atau salah
Pada tahun 1850-an, ahli logika dan matematika Irlandia George Boole mengembangkan sistem matematika untuk merumuskan pernyataan logika dengan simbol sehingga masalah dapat ditulis dan diselesaikan dengan cara yang mirip dengan aljabar biasa. Aljabar Boolean, diterapkan dalam desain dan analisis sistem digital
Istilah logika diterapkan pada sirkuit digital yang digunakan untuk mengimplementasikan fungsi logika.
Beberapa jenis rangkaian logika digital adalah elemen dasar yang membentuk blok bangunan untuk sistem digital yang rumit seperti computer
Tiga fungsi logika dasar (NOT, AND, dan OR) ditunjukkan dengan simbol bentuk pembeda standart.
Garis yang terhubung ke setiap simbol adalah input dan output. kemudian adalah proposisi dasar, dan dua pernyataan lainnya adalah kondisi di mana proposisi itu bergantung. Inputnya ada di sebelah kiri setiap simbol dan outputnya ada di sebelah kanan. Sebuah sirkuit yang melakukan fungsi logika tertentu (AND, OR) disebut gerbang logika. Gerbang AND dan OR dapat memiliki sejumlah input, seperti yang ditunjukkan oleh tanda hubung pada gambar.
In logic functions, the true/false conditions mentioned earlier are represented by a HIGH (true) and a LOW (false).. Masing-masing dari tiga fungsi logika dasar menghasilkan respons unik terhadap serangkaian kondisi tertentu.
NOT
Fungsi NOT mengubah satu level logika ke level logika yang berlawanan. Ketika inputnya HIGH(1), outputnya LOW (0). Ketika inputnya LOW, outputnya HIGH. Dalam kedua kasus tersebut, keluarannya tidak sama dengan masukannya. Fungsi NOT diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai inverter
AND
Fungsi AND menghasilkan output HIGH hanya jika semua inputnya HIGH. Ketika satu input HIGH dan input lainnya HIGH, outputnya HIGH. Ketika salah satu atau semua input LOW, outputnya LOE. Fungsi AND diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai gerbang AND
OR
Fungsi OR menghasilkan output HIGH ketika satu atau lebih input HIGH.Ketika satu input HIGH atau input lainnya HIGH atau kedua input HIGH, outputnya HIGH. Ketika kedua input LOW, outputnya LOW.
Fungsi OR diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai gerbang OR
*
*
1.4 Fungsi Logika Kombinasi dan Sekuensial
Tiga fungsi logika dasar AND, OR, dan NOT dapat digabungkan untuk membentuk berbagai jenis fungsi logika lain yang lebih kompleks, seperti perbandingan, aritmatika, konversi kode, pengodean, dekode, pemilihan data, penghitungan, dan penyimpanan. Sistem digital adalah pengaturan fungsi logika individu yang terhubung untuk melakukan operasi tertentu atau menghasilkan output yang ditentukan
Fungsi Perbandingan
Perbandingan besaran dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pembanding.Pembanding membandingkan dua besaran dan menunjukkan apakah keduanya sama atau tidak. Misalnya, Anda memiliki dua angka dan ingin tahu apakah keduanya sama atau tidak sama dan, jika tidak sama, mana yang lebih besar.
Satu angka dalam bentuk biner (diwakili oleh level logika) diterapkan ke input A, dan angka lainnya dalam bentuk biner (diwakili oleh level logika) diterapkan ke input B. Output menunjukkan hubungan kedua angka dengan menghasilkan level HIGH pada jalur output yang tepat. Misalkan representasi biner dari angka 2 diterapkan ke input A dan representasi biner dari angka 5 diterapkan ke input B.
(Representasi biner dari angka dan simbol dibahas di Bab 2.) Level HIGH akan muncul di output A 6 B (A kurang dari B), menunjukkan hubungan antara dua angka (2 kurang dari 5). Panah lebar mewakili sekelompok garis paralel tempat bit berada
Fungsi Aritmatika
• Addition/Tambahan
Penjumlahan dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut penambah. Penjumlah menambahkan dua bilangan biner (pada input A dan B dengan input bawaan Cin) dan menghasilkan jumlah () dan output bawaan (Cout)
• Pengurangan/Subtraction
Pengurangan juga dilakukan oleh rangkaian logika. Pengurang membutuhkan tiga input: dua angka yang akan dikurangi dan input pinjaman. Kedua output tersebut adalah selisih dan output pinjaman.
Ketika, misalnya, 5 dikurangi dari 8 tanpa input pinjaman, selisihnya adalah 3 tanpa output pinjaman.
• Perkalian/Multiplication
Perkalian dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pengali. Angka selalu dikalikan dua sekaligus, sehingga diperlukan dua input. Output dari pengganda adalah produk
• Divisi/Division
Pembagian dapat dilakukan dengan serangkaian pengurangan, perbandingan, dan pergeseran, dan dengan demikian juga dapat dilakukan dengan menggunakan penambah dalam kaitannya dengan rangkaian lain. Diperlukan dua input ke pembagi, dan output yang dihasilkan adalah hasil bagi dan sisanya.
Fungsi Konversi Kode
Kode adalah sekumpulan bit yang diatur dalam pola unik dan digunakan untuk mewakili informasi tertentu. Konverter kode mengubah satu bentuk informasi yang dikodekan menjadi bentuk kode lainnya
Fungsi Pengkodean
Fungsi pengkodean dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pengkode. Pengkode mengubah informasi, seperti angka desimal atau karakter abjad, menjadi beberapa bentuk kode. Misalnya, satu jenis enkoder tertentu mengubah setiap angka desimal, 0 hingga 9, menjadi kode biner. Level TINGGI pada input yang sesuai dengan digit desimal tertentu menghasilkan level logika yang mewakili kode biner yang tepat pada jalur output.
Fungsi Dekode
Fungsi dekode dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut dekoder. Decoder mengubah informasi yang dikodekan, seperti bilangan biner, menjadi bentuk yang tidak dikodekan, seperti bentuk desimal.
Misalnya, satu jenis dekoder tertentu mengubah kode biner 4-bit menjadi angka desimal yang sesuai
ilustrasi sederhana salah satu jenis dekoder yang digunakan untuk mengaktifkan tampilan 7-segmen.
Masing-masing dari tujuh segmen layar dihubungkan ke jalur keluaran dari dekoder. Ketika kode biner tertentu muncul pada input dekoder, jalur output yang sesuai diaktifkan dan menyalakan segmen yang tepat untuk menampilkan angka desimal yang sesuai dengan kode biner.
Fungsi Pemilihan Data
Dua jenis sirkuit yang memilih data adalah multiplexer dan demultiplexer. Multiple plexer, atau mux singkatnya, adalah sirkuit logika yang mengalihkan data digital dari beberapa jalur input ke jalur output tunggal dalam urutan waktu tertentu. Secara fungsional, multiplexer dapat diwakili oleh operasi sakelar elektronik yang secara berurutan menghubungkan setiap jalur input ke jalur output. Demultiplexer (demux) adalah rangkaian logika yang mengalihkan data digital dari satu jalur input ke beberapa jalur output dalam urutan waktu tertentu. Pada dasarnya, demux adalah kebalikan dari mux.Multiplexing dan demultiplexing digunakan ketika data dari beberapa sumber akan dikirim melalui satu jalur ke lokasi yang jauh dan didistribusikan kembali ke beberapa tujuan
Gambar diatas mengilustrasikan jenis aplikasi ini di mana data digital dari tiga sumber dikirim sepanjang satu jalur ke tiga terminal di lokasi lain.
Selama interval waktu pertama, data input A masuk ke output D. Selama interval waktu kedua, data input B pergi ke output E. Selama interval waktu ketiga, data input C pergi ke output F. Setelah ini, urutannya berulang. Karena waktu dibagi di antara beberapa sumber dan tujuan yang masing-masing memiliki giliran untuk mengirim dan menerima data, proses ini disebut time division multiplexing (TDM).
Fungsi Penyimpanan
Penyimpanan adalah fungsi yang diperlukan di sebagian besar sistem digital, dan tujuannya adalah untuk mempertahankan biner data untuk jangka waktu tertentu. Beberapa perangkat penyimpanan digunakan untuk penyimpanan jangka pendek dan beberapa digunakan untuk penyimpanan jangka panjang. Perangkat penyimpanan dapat "menghafal" sedikit atau sekelompok bit dan menyimpan informasi selama diperlukan. Jenis perangkat penyimpanan yang umum adalah flip-flop, register, memori semikonduktor, disk magnetik, pita magnetik, dan disk optik (CD)
Flip-flops Flip-flop adalah rangkaian logika bistable (dua keadaan stabil) yang hanya dapat menyimpan satu bit pada satu waktu, baik 1 atau 0. Output dari flip-flop menunjukkan bit mana yang disimpannya. Keluaran HIGH menunjukkan bahwa 1 disimpan dan keluaran LOW
menunjukkan bahwa 0 disimpan. Flip-flop diimplementasikan dengan gerbang logika
Register Register dibentuk dengan menggabungkan beberapa flip-flop sehingga kelompok bit dapat disimpan. Misalnya, register 8-bit dibangun dari delapan flip-flop. Selain menyimpan bit, register dapat digunakan untuk menggeser bit dari satu posisi ke posisi lain di dalam register atau keluar dari register ke sirkuit lain; oleh karena itu, perangkat ini dikenal sebagai register geser. Dua tipe dasar register geser adalah serial dan paralel. Bit disimpan dalam serial shift register satu per satu
Semiconductor Memories Semiconductor memories are devices typically used for storing large numbers of bits. Dalam satu jenis memori, yang disebut memori read-only atau ROM, data biner disimpan secara permanen atau semipermanen dan tidak dapat diubah dengan mudah. Dalam memori akses acak atau RAM, data biner disimpan sementara dan dapat diubah dengan mudah Magnetic Memories Magnetic disk memories are used for mass storage of binary data. Contohnya adalah hard disk internal komputer. Pita magnetik masih digunakan sampai batas tertentu dalam aplikasi memori dan untuk membuat cadangan data dari perangkat penyimpanan lain.
Memori Optik CD, DVD, dan Blu-ray Disc adalah perangkat penyimpanan berbasis teknologi laser.
Data diwakili oleh lubang dan tanah di jalur konsentris. Sinar laser digunakan untuk menyimpan data pada disk dan membaca data dari disk.
Fungsi Menghitung
Fungsi Menghitung ungsi penghitungan penting dalam sistem digital. Ada banyak jenis penghitung digital, tetapi tujuan dasarnya adalah menghitung peristiwa yang diwakili oleh perubahan level atau pulsa. Untuk menghitung, penghitung harus “mengingat” angka saat ini sehingga dapat berpindah ke angka yang tepat berikutnya secara berurutan. Oleh karena itu, kemampuan penyimpanan merupakan karakteristik penting dari semua pencacah, dan flip-flop umumnya digunakan untuk
mengimplementasikannya
.
Sistem Kontrol Proses
A system for bottling vitamin tablets. Contoh sistem ini menunjukkan bagaimana berbagai fungsi logika yang telah diperkenalkan dapat digunakan bersama untuk membentuk sistem total. Untuk memulai, tablet dimasukkan ke dalam hopper tipe corong besar. Leher hopper yang sempit menciptakan aliran serial tablet ke dalam botol di sabuk konveyor di bawah. Hanya satu tablet yang melewati sensor, sehingga tablet dapat dihitung. Sistem mengontrol jumlah tablet ke dalam setiap botol dan
menampilkan pembacaan yang terus diperbarui dari jumlah total tablet yang dikemas.
Operasi UmumJumlah maksimum tablet per botol dimasukkan dari keypad, diubah menjadi kode oleh Encoder, dan disimpan di Register A. Decoder A mengubah kode yang disimpan di register ke bentuk yang sesuai untuk menghidupkan layar. Konverter kode A mengubah kode menjadi
bilangan biner dan menerapkannya ke input A dari Comparator (Comp). Sensor optik di leher hopper mendeteksi setiap tablet yang lewat dan menghasilkan pulse. Pulse ini masuk ke Penghitung dan memajukannya dengan satu hitungan; dengan demikian, setiap saat selama pengisian botol, status biner dari pencacah menunjukkan jumlah tablet di dalam botol. Hitungan biner ditransfer dari penghitung ke input B pembanding (Comp). Input A dari pembanding adalah bilangan biner untuk tablet maksimum per botol. Sekarang, katakanlah jumlah tablet per botol saat ini adalah 50. Ketika angka biner di penghitung mencapai 50, keluaran A = B dari pembanding menjadi TINGGI, yang menunjukkan bahwa botol sudah penuh. Output TINGGI dari komparator menyebabkan katup di leher hopper menutup dan menghentikan aliran tablet. Pada saat yang sama, keluaran TINGGI dari pembanding mengaktifkan konveyor, yang memindahkan botol kosong berikutnya ke tempatnya di bawah hopper. Saat botol berada di tempatnya, kontrol konveyor
mengeluarkan pulse yang menyetel ulang penghitung ke nol. Akibatnya, keluaran komparator kembali RENDAH dan menyebabkan katup hopper memulai kembali aliran tablet. Untuk setiap botol yang diisi, angka biner maksimum di penghitung ditransfer ke input A dari Adder. Input B penambah berasal dari Daftar B yang menyimpan jumlah total tablet yang dikemas hingga botol terakhir yang diisi. Adder menghasilkan jumlah kumulatif baru yang kemudian disimpan dalam register B, menggantikan jumlah sebelumnya. Ini menjaga total tablet yang dibotolkan selama proses tertentu. Jumlah kumulatif yang disimpan dalam register B masuk ke Decoder B, yang mendeteksi ketika Register B telah mencapai kapasitas maksimumnya dan mengaktifkan MUX,
yang mengubah bentuk biner dari paralel ke serial untuk ditransmisikan ke DEMUX jarak jauh.
Konversi DEMUX data kembali ke bentuk paralel untuk penyimpanan.
1.5 PENGANTAR LOGIKA PEMROGRAMAN
Logika yang dapat diprogram membutuhkan perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat logika yang dapat diprogram dapat diprogram untuk melakukan fungsi dan operasi logika tertentu oleh pabrikan atau oleh pengguna
Perangkat Logika yang Dapat Diprogram (PLD)
Banyak jenis logika yang dapat diprogram tersedia, mulai dari perangkat kecil yang dapat
menggantikan beberapa perangkat fungsi tetap hingga perangkat kepadatan tinggi yang kompleks yang dapat menggantikan ribuan perangkat fungsi tetap. Dua kategori utama logika yang dapat diprogram pengguna adalah PLD (perangkat logika yang dapat diprogram) dan FPGA (array gerbang yang dapat diprogram lapangan) berikut contoh SPLD (PLD sederhana) atau CPLD (PLD kompleks).
Perangkat Logika yang Dapat Diprogram Sederhana (SPLD)
SPLD adalah PLD asli dan masih tersedia untuk aplikasi skala kecil. Secara umum, SPLD dapat menggantikan hingga sepuluh IC fungsi tetap dan interkoneksinya, tergantung pada jenis fungsi dan SPLD tertentu. Sebagian besar SPLD termasuk dalam salah satu dari dua kategori: PAL dan GAL. PAL (logika array yang dapat diprogram) adalah perangkat yang dapat diprogram satu kali. Ini terdiri dari larik gerbang AND yang dapat diprogram dan larik tetap gerbang OR, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1–30(a). GAL (generic array logic) adalah perangkat yang pada dasarnya adalah PAL yang dapat diprogram ulang berkali-kali. Ini terdiri dari larik gerbang AND yang dapat diprogram ulang dan larik tetap gerbang OR dengan keluaran yang dapat diprogram, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1–30(b). Paket SPLD tipikal ditunjukkan pada Gambar 1–31
Perangkat Logika yang Dapat Diprogram Kompleks (CPLD)
Seiring kemajuan teknologi dan jumlah sirkuit yang dapat diletakkan pada sebuah chip (densitas chip) meningkat, pabrikan dapat menempatkan lebih dari satu SPLD pada satu chip dan lahirlah CPLD.
Pada dasarnya, CPLD adalah perangkat yang berisi banyak SPLD dan dapat menggantikan banyak IC dengan fungsi tetap. Gambar 1–32 menunjukkan diagram blok CPLD dasar dengan empat blok array logika (LAB) dan array interkoneksi yang dapat diprogram (PIA). Bergantung pada CPLD tertentu, bisa ada dua hingga enam puluh empat LAB. Setiap blok array logika kira-kira setara dengan satu SPLD
Secara umum, CPLD dapat digunakan untuk mengimplementasikan salah satu fungsi logika yang telah dibahas sebelumnya, misalnya decoder, encoder, multiplexer, demultiplexer, dan adder. Mereka
tersedia dalam berbagai konfigurasi, biasanya mulai dari paket 44 hingga 160 pin.
Field-Programmable Gate Array (FPGA)
FPGA umumnya lebih kompleks dan memiliki kepadatan yang jauh lebih tinggi daripada CPLD, meskipun aplikasinya terkadang tumpang tindih. Seperti disebutkan, SPLD dan CPLD sangat erat kaitannya karena CPLD pada dasarnya berisi sejumlah SPLD. Namun, FPGA memiliki struktur internal (arsitektur) yang berbeda.Tiga elemen dasar dalam FPGA adalah blok logika, interkoneksi yang dapat diprogram, dan blok input/output (I/O)
Blok logika dalam FPGA tidak serumit blok array logika (LAB) dalam CPLD, tetapi secara umum masih banyak lagi. Ketika blok logika relatif sederhana, arsitektur FPGA disebut berbutir halus. Ketika blok logika lebih besar dan lebih kompleks, arsitekturnya disebut kasar. Blok I/O berada di tepi luar struktur dan menyediakan input, output, atau akses dua arah yang dapat dipilih secara individual ke dunia luar.
Matriks interkoneksi terprogram terdistribusi menyediakan interkoneksi blok logika dan koneksi ke input
dan output. FPGA besar dapat memiliki puluhan ribu blok logika selain memori dan sumber daya lainnya.
Proses Pemrograman
SPLD, CPLD, atau FPGA dapat dianggap sebagai "batu tulis kosong" tempat Anda menerapkan sirkuit atau desain sistem tertentu menggunakan proses tertentu. Proses ini memerlukan paket
pengembangan perangkat lunak yang diinstal pada komputer untuk mengimplementasikan desain sirkuit dalam program mable chip. Komputer harus dihubungkan dengan papan pengembangan atau perlengkapan pemrograman yang berisi perangkat
Beberapa langkah, yang disebut aliran desain, terlibat dalam proses penerapan desain logika digital dalam perangkat logika yang dapat diprogram alur desain memiliki akses ke perangkat lunak
pengembangan.
Entri Desai
Ini adalah langkah pemrograman pertama. Desain sirkuit atau sistem harus dimasukkan ke dalam perangkat lunak aplikasi desain menggunakan entri berbasis teks, entri grafis (penangkapan skema), atau deskripsi diagram keadaanSetelah desain telah dimasukkan, itu dikompilasi. Kompiler adalah program yang mengontrol proses aliran desain dan menerjemahkan kode sumber menjadi kode objek dalam format yang dapat diuji secara logis atau diunduh ke perangkat target
Simulasi Fungsional
Desain yang dimasukkan dan dikompilasi disimulasikan oleh perangkat lunak untuk memastikan bahwa rangkaian logika berfungsi seperti yang diharapkan. Simulasi akan memverifikasi bahwa output yang benar diproduksi untuk serangkaian input tertentu. Alat perangkat lunak yang tidak bergantung pada perangkat untuk melakukan ini umumnya disebut editor bentuk gelombang. Setiap kekurangan yang ditunjukkan oleh simulasi akan diperbaiki dengan kembali ke entri desain dan membuat
perubahan yang sesuai.
Perpaduan
Sintesis adalah di mana desain diterjemahkan ke dalam netlist, yang memiliki bentuk standar dan tidak bergantung pada perangkat.
Penerapan
Implementasi adalah tempat struktur logika yang dijelaskan oleh netlist dipetakan ke dalam struktur sebenarnya dari perangkat spesifik yang sedang diprogram. Proses implementasi disebut fitting atau tempat dan rute dan menghasilkan keluaran yang disebut bitstream, yang bergantung pada perangkat.
Simulasi Waktu
Langkah ini dilakukan setelah desain dipetakan ke perangkat tertentu. Simulasi waktu pada dasarnya digunakan untuk mengkonfirmasi bahwa tidak ada cacat desain atau masalah waktu karena
penundaan propagasi.
Unduh
Setelah bitstream dihasilkan untuk perangkat tertentu yang dapat diprogram, itu harus diunduh ke perangkat untuk mengimplementasikan desain perangkat lunak di perangkat keras. Beberapa perangkat yang dapat diprogram harus dipasang di peralatan khusus yang disebut pemrogram perangkat atau di papan pengembangan. Jenis perangkat lain dapat diprogram saat berada dalam sistem— disebut pemrograman dalam sistem (ISP)—menggunakan antarmuka JTAG (Joint Test Action Group) standar. Beberapa perangkat mudah menguap, yang berarti kehilangan kontennya saat disetel ulang atau saat daya dimatikan. Dalam hal ini, data bitstream harus disimpan dalam memori dan dimuat ulang ke dalam perangkat setelah setiap reset atau power-off. Selain itu, konten perangkat ISP dapat dimanipulasi atau ditingkatkan saat sedang beroperasi di sistem. Ini disebut konfigurasi ulang
"on-the fly". 3. Sebutkan langkah-langkah dalam proses pemrograman.
Mikrokontroler
Mikrokontroler berbeda dari PLD. Sirkuit internal mikrokontroler adalah tetap, dan program
(serangkaian instruksi) mengarahkan operasi mikrokontroler untuk mencapai hasil tertentu. Sirkuit internal PLD diprogram ke dalamnya, dan setelah diprogram, sirkuit melakukan operasi yang
diperlukan. Dengan demikian, suatu program menentukan operasi mikrokontroler, tetapi dalam PLD suatu program menentukan fungsi logika. Pengontrol mikro umumnya diprogram dengan bahasa C atau bahasa BASIC
Mikrokontroler pada dasarnya adalah komputer kecil dengan tujuan khusus. Mikrokontroler umumnya digunakan untuk aplikasi sistem tertanam. Sistem tertanam adalah sistem yang dirancang untuk melakukan satu atau beberapa fungsi khusus dalam sistem yang lebih besar
Mikrokontroler tertanam digunakan dalam banyak aplikasi umum. Mikrokontroler tertanam adalah bagian dari sistem yang lengkap, yang dapat mencakup komponen elektronik dan mekanik tambahan.
Misalnya, mikrokontroler di televisi menampilkan input dari unit jarak jauh di layar dan mengontrol pemilihan saluran, audio, dan berbagai penyesuaian menu seperti kecerahan dan kontras. Dalam mobil, mikrokontroler mengambil input sensor mesin dan mengontrol waktu percikan dan campuran bahan bakar.
1.6 Perangkat Logika Fungsi Tetap
Semua elemen logika dan fungsi yang telah dibahas umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu (IC). Sistem digital telah memasukkan IC selama bertahun-tahun karena ukurannya yang kecil, keandalan yang tinggi, biaya rendah, dan konsumsi daya yang rendah. Sirkuit terintegrasi monolitik (IC) adalah sirkuit elektronik yang dibangun seluruhnya pada satu chip kecil silikon. Semua komponen yang membentuk rangkaian—transistor, dioda, resistor, dan kapasitor—merupakan bagian integral dari chip tunggal tersebut. Logika fungsi tetap dan logika yang dapat diprogram adalah dua kategori besar IC digital.\
Paket IC
Paket sirkuit terpadu (IC) diklasifikasikan menurut cara pemasangannya pada papan sirkuit tercetak (PCB) sebagai pemasangan melalui lubang atau pemasangan di permukaan. Paket tipe melalui lubang memiliki pin (lead) yang dimasukkan melalui lubang di PCB dan dapat disolder ke konduktor di sisi yang berlawanan. Jenis paket through hole yang paling umum adalah paket dual in-line (DIP) Jenis lain dari paket IC menggunakan teknologi permukaan-mount (SMT). Pemasangan permukaan adalah alternatif hemat-ruang untuk pemasangan melalui lubang. Lubang melalui PCB tidak diperlukan untuk SMT. Pin paket yang dipasang di permukaan disolder langsung ke konduktor di satu sisi papan, membiarkan sisi lain bebas untuk sirkuit tambahan. Juga, untuk sirkuit dengan jumlah pin yang sama, paket yang dipasang di permukaan jauh lebih kecil daripada paket dual in-line karena pin ditempatkan lebih dekat
Berbagai jenis paket SMT tersedia dalam berbagai ukuran, tergantung pada jumlah lead (lebih banyak lead diperlukan untuk sirkuit dan konfigurasi lead yang lebih kompleks) llead dari SSOP (shrink small- outline package) dibentuk menjadi bentuk “sayap camar”. Lead PLCC (pembawa chip bertimbal plastik)
diputar di bawah paket dalam bentuk tipe-J. Alih-alih timah, LCC (keping keramik tanpa timah) memiliki kontak logam yang dibentuk menjadi badan keramiknya. LQFP (paket flat quad profil rendah) juga memiliki lead sayap camar. CSP (paket skala chip) dan FBGA (fine-pitch ball grid array) memiliki kontak yang disematkan di bagian bawah paket.
Penomoran Pin
Semua paket IC memiliki format standar untuk penomoran pin (lead). Paket dual in line (DIP) dan paket shrink small-outline (SSOP) memiliki pengaturan penomoran yang diilustrasikan pada Gambar 1–41(a) untuk paket 16- Paket PLCC dan LCC memiliki petunjuk yang diatur di keempat sisinya. Pin 1 ditandai dengan titik atau tanda indeks lainnya dan terletak di tengah satu set lead. Nomor pin meningkat berlawanan arah jarum jam seperti yang terlihat dari bagian atas paket. Nomor pin tertinggi selalu di sebelah kanan
Paket PLCC dan LCC memiliki petunjuk yang diatur di keempat sisinya. Pin 1 ditandai dengan titik atau tanda indeks lainnya dan terletak di tengah satu set lead. Nomor pin meningkat berlawanan arah jarum jam seperti yang terlihat dari bagian atas paket. Nomor pin tertinggi selalu di sebelah kanan
Klasifikasi Kompleksitas untuk IC Fungsi-Tetap
IC digital fungsi tetap diklasifikasikan menurut kompleksitasnya. Mereka terdaftar di sini dari yang paling kompleks hingga yang paling kompleks. Angka kompleksitas yang disebutkan di sini untuk SSI, MSI, LSI, VLSI, dan ULSI diterima secara umum, tetapi definisi dapat berbeda dari satu sumber ke sumber lainnya. Paket PLCC dan LCC memiliki petunjuk yang diatur di keempat sisinya. Pin 1 ditandai dengan titik atau tanda indeks lainnya dan terletak di tengah satu set lead. Nomor pin meningkat berlawanan arah jarum jam seperti yang terlihat dari bagian atas paket. Nomor pin tertinggi selalu di sebelah kanan pin 1. Gambar 1–41(b) mengilustrasikan format ini untuk paket PLCC 20-pin.
• Integrasi skala kecil (SSI) menjelaskan IC fungsi tetap yang memiliki hingga sepuluh sirkuit gerbang ekuivalen pada satu chip, dan termasuk gerbang dasar dan flip-flop.
• ÿ Integrasi skala menengah (MSI) menggambarkan sirkuit terintegrasi yang memiliki 10 hingga 100 gerbang setara pada sebuah chip. Mereka termasuk fungsi logika seperti encoder, decoder, counter, register, multiplexer, sirkuit aritmatika, memori kecil, dan lain-lain.
• ÿ Integrasi skala besar (LSI) adalah klasifikasi IC dengan kompleksitas lebih dari 100 hingga 10.000 gerbang setara per keping, termasuk memori.
•ÿ Ultra large-scale integration (ULSI) menggambarkan memori yang sangat besar, prosesor mikro yang lebih besar, dan komputer chip tunggal yang lebih besar. Kompleksitas lebih dari 100.000 gerbang setara per chip diklasifikasikan sebagai ULSI.
Teknologi Sirkuit Terpadu
Jenis transistor yang semua sirkuit terpadu diimplementasikan adalah MOSFET (transistor efek medan semikonduktor oksida logam) atau transistor sambungan bipolar. Sirkuit. Teknologi yang menggunakan MOSFET adalah CMOS (MOS komplementer). Salah satu jenis teknologi sirkuit digital fungsi tetap menggunakan transistor sambungan bipolar dan kadang-kadang disebut TTL (logika transistor- transistor). BiCMOS menggunakan kombinasi CMOS dan bipolar
Semua gerbang dan fungsi lainnya dapat diimplementasikan dengan kedua jenis teknologi sirkuit tersebut. Sirkuit SSI dan MSI umumnya tersedia di CMOS dan bipolar. LSI, VLSI, dan ULSI umumnya diimplementasikan dengan CMOS karena membutuhkan lebih sedikit area pada sebuah chip dan mengkonsumsi lebih sedikit daya. Ada lebih banyak tentang teknologi terintegrasi ini di Bab 3. Lihat Bab 15 Teknologi Sirkuit Terpadu di situs web untuk cakupan menyeluruh
