judul percobaanlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/el2102 - sistem digital/2012... · web viewpada percobaan...

MODUL 6 PROYEK PERANCANGAN RANGKAIAN DIGITAL

Azalea Fisitania (13511028) dan Cindy Agustina (13211033)Asisten: Rizka Widyarini (13209096)

Tanggal Percobaan: 04/12/2012EL2195-Praktikum Sistem Digital

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

AbstrakPada percobaan kali ini, praktikan diharapkan dapat membuat suatu perancangan rangkaian digital yang diimplementasikan pada FPGA. Tahapan-tahapan yang dilakukan yaitu membuat desain rangkaian digital, mengimplementasikan pada FPGA, kemudian melakukan pengujian sistem. Proyek yang dibuat adalah permainan pingpong yang dimodelkan dalam FSM (Finite State Machine). FSM tersebut di dengan bahasa VHDL yang memanfaatkan input dari FPGA dan menghasilkan output pada LED 7-Segment serta monitor LCD memanfaatkan modul VGA.Kata kunci: pingpong, FPGA, 7-segment, VGA

1. PENDAHULUAN Permainan tenis meja (pingpong) merupakan permainan yang telah mendunia. Sebagai salah satu negara, Indonesia memiliki jumlah peminat olahraga ini cukup banyak dari berbagai kalangan masyarakat termasuk mahasiswa Institut Teknologi Bandung (ITB). Hampir setiap himpunan memiliki minimal satu meja pingpong dan setiap hari selalu ada anak himpunan yang bermain pingpong di dekat sekretariat himpunan masing-masing. Selain untuk melepas penat, pingpong memberikan kesempatan untuk mahasiswa berolahraga di tengah padatnya jadwal perkuliahan.Oleh karena itu, sebagai proyek Praktikum Sistem Digital EL2195, praktikan tertarik untuk membuat simulasi permainan pingpong berbasis bahasa VHDL yang akan diimplementasikan pada FPGA.

2. STUDI PUSTAKA

2.1 PINGPONG

Proyek Pingpong yang akan dibuat adalah pingpong yang dimainkan oleh 2 pemain tunggal. Hal-hal yang dibutuhkan dalam permainan pingong adalah pemain tunggal (A dan B), bola pingpong, raket/bat untuk masing-masing pemain, meja pingpong, dan net.

Gambar 2-1 Peralatan pingpong: (atas) meja pingpong, (bawah) bat dan bola

Secara default, bola pertama dimiliki oleh pemain A. Kemudian, pemain A akan masuk dalam tahap akan memukul. Ada dua kemungkinan:

(1) A berhasil memukul bola ke area B, maka B masuk ke dalam tahap akan memukul. Di mana akan ada dua kemungkinan:

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB1

(a) B berhasil memukul, maka A masuk ke tahap akan memukul, dan seterusnya.

(b) B gagal memukul, maka bola menjadi milik A, dan seterusnya.

(2) A gagal memukul, maka sekarang bola menjadi milik B. Lalu, B masuk ke tahap akan memukul, dan seterusnya.

Bila demikian, permainan akan berlangsung terus-menerus. Oleh karena itu, diberikan batas baik waktu maupun score. Pemain yang mendapat score lebih banyak adalah pemenangnya. Sistem scoring yang digunakan untuk proyek ini sederhana. Bila pemain berhasil memukul, dia mendapat 1 score. Bila gagal, lawannya lah yang mendapat 1 score. [1]

2.2 DESKRIPSI UMUM PROYEK

Permainan pingpong ini menggunakan 1 input Clock, 4 input Push Button, 8 output LED hijau, dan 4 LED 7-Segment dari board FPGA. Perancangan rangkaian menggunakan bahsa VHDL.

Input Nomor Pin Tipe PinClock PIN_AD15 CLOCKHitA PIN_U29

Push ButtonHitB PIN_T29ResetA PIN_U30ResetB PIN_T28

Tabel 2-1 Alokasi pin input

Output Nomor Pin Tipe PinLED[7] PIN_W27

Lampu LED berwarna hijau

LED[6] PIN_W25LED[5] PIN_W23LED[4] PIN_Y27LED[3] PIN_Y24LED[2] PIN_Y23LED[1] PIN_AA27LED[0] PIN_AA24

Tabel 2-2 Alokasi pin output Score

Gambar 2-2 Bagian dari board FPGA yang dipakai

Kedelapan LED pada FPGA merepresentasikan pergerakan bola

pingpong dari A ke B, sementara 7-segment menampilkan skor dari masing-masing pemain. Berikut potongan skenario permainan:

Keterangan:1. HitA: tombol untuk A “memukul” bola.2. HitB: tombol untuk B “memukul” bola.3. ResetA: tombol untuk A mereset

permainan. Bola menjadi milik A dan harus menekan HitA untuk menyerang B.

4. ResetB: tombol untuk B mereset permainan. Bola menjadi milik B dan harus menekan HitB untuk menyerang A.

Bila ResetA yang ditekan, bola menjadi miliki A, LED yang menyala adalah LED[0]. Saat HitA ditekan, berarti bola “dipukul”. Secara bergantian, lampu LED[0] menyala sampai ke LED[7]. Saat di LED[7], HitB harus ditekan untuk “memukul” bola. Bila berhasil, lampu LED menyala bergantian dari LED[7] sampai ke LED[0] dan HitA harus ditekan. Bila gagal, bola akan lolos, direset secara otomatis ke ResetA, dan pemain A mendapat score 1 yang ditampilkan ke LED 7-Segment.


0 7

Hit A Hit Breset A

reset B

LED 0-7

Move_LeftDir = 0

Move_RightDir = 101

10

Lolos KiriLED = 00000000

Count = 10Edge = 0

S1LED = 10000000

Count = 00Edge = 1

0

S2LED = 01000000

Count = 00Edge = 1

0 1

S3LED = 00100000

Count = 00Edge = 0

0 1

S4LED = 00010000

Count = 00Edge = 0

0 1

Lolos KananLED = 00000000

Count = 10Edge = 0

S8LED = 00000001

Count = 00Edge = 1

1

S7LED = 00000010

Count = 00Edge = 1

1 0

S6LED = 00000100

Count = 00Edge = 0

1 0

S5LED = 00001000

Count = 00Edge = 0

1 0

1

0

2.3 STATE DIAGRAM, STATE TABLE, DAN TRUTH TABLE

State-state yang ada dalam permainan pingpong ini adalah:Start.Start_A terjadi ketika dalam keadaan menunggu A memukul bola. Bola berada dalam keadaan diam (bola mati) akibat reset oleh A ataupun mendapat giliran memukul setelah penambahan poin.Start_B terjadi ketika dalam keadaan menunggu B memukul bola. Bola berada dalam keadaan diam (bola mati) akibat reset oleh B ataupun mendapat giliran memukul setelah penambahan poin.Move.Move_right terjadi ketika bola sudah dipukul oleh A dan menuju kea rah B.Move_left terjadi ketika bola sdah dipukul oleh B dan menuju kea rah A.Wait.Wait_A adalah fase ketika bola hasil pukulan B sudah berada di A, dan menunggu A untuk memukul dalam batas waktu tertentu (500ms).Wait_B adalah fase ketika bola hasil pukulan A sudah berada di B, dan menunggu B untuk memukul dalam batas waktu tertentu (500ms).

2.1.1 BLOK CONTROLLER

Keterangan:Dalam diagram ini menganggap ENA = 1. Jika ENA = 0, maka next state = present state.Input = HitA, HitB

Gambar 2-3 State diagram blok komponen controller

Present State

Next State. (input = HitAHitB) Output Dir00 01 10 11

0 0 0 1 0 1

1 1 0 1 1 0

Tabel 2-3 State table blok komponen controller

2.1.2 BLOK MOVE

Keterangan:Dalam diagram ini menganggap ENA = 1. Jika ENA = 0, maka next state = present state.Input = Dir.Menggunakan metode single state.

Gambar 2-4 State diagram blok komponen move

Tabel 2-4 State table blok komponen move

2.1.3 BCD COUNTER

Present State Input Next State Out

Q8 Q4 Q2 Q1 CE Clr Q8 Q4 Q2 Q1 TC

0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0

0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0

0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0

0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0


Present StateNext State. (input = Dir) Out-put

0 1 LED Count Edge

1000000000 0100000000 0100000000 000000001 10 0

0100000000 1000000000 0010000000 100000000 00 1

0010000000 0100000000 0001000000 010000000 00 1

0001000000 0010000000 0000100000 001000000 00 0

0000100000 0001000000 0000010000 000100000 00 0

0000010000 0000100000 0000001000 000010000 00 0

0000001000 0000010000 0000000100 000001000 00 0

0000000100 0000001000 0000000010 0000001000 00 0

0000000010 0000000100 0000000001 0000000100 00 0

0000000001 0000000010 1000000000 0000000010 00 0

1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0

1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1

X X X X 0 0 X X X X 0

X X X X X 1 0 0 0 0 0

Tabel 2-5 State table blok komponen controller BCD Counter

Input flip-flop:D8=Q8 Q1+Q4Q2Q1D4=Q4 Q1Q2+Q4 Q2+Q4 Q1=Q4 ⊕ Q1Q2D2=Q8 Q2Q1+Q2Q1D1=Q1TC=Q8Q1

2.1.4 BCD TO 7 SEGMENT CODE CONVERTER

LED 7 Segment adalah perangkat yang terdapat pada FPGA untuk menampilkan bilangan desimal 0-9. [2]

Gambar 2-5 Bilangan desimal dalam LED 7-Segment

3. INPUTSSegment Outputs Desi

mal

X3 X2 X1 X0 a b c d e f G

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0

0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1

0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2

0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3

0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4

0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5

0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 6

0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7

1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8

1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9

Tabel 2-6 Tabel Kebenaran BCD-to-7-Segment

Permainan ini menggunakan batas score untuk mengakhiri permainan. Jika score salah satu pemain mencapai 21, maka pemain tersebut menang dan permainan direset ke awal sehingga score kedua pemain menjadi 0 kembali. Berikut Pin Assignment untuk LED 7-Segment:

Output Nomor Pin Tipe Pin


DISA0_A PIN_AE8

LED 7-Segment ke-1

DISA0_B PIN_AF9DISA0_C PIN_AH9DISA0_D PIN_AD10DISA0_E PIN_AF10DISA0_F PIN_AD11DISA0_G PIN_AD12DISA1_A PIN_AG13

LED 7-Segment ke-2

DISA1_B PIN_AE16DISA1_C PIN_AF16DISA1_D PIN_AG16DISA1_E PIN_AE17DISA1_F PIN_AF17DISA1_G PIN_AD17DISB0_A PIN_AE7

LED 7-Segment ke-3

DISB0_B PIN_AF7DISB0_C PIN_AH5DISB0_D PIN_AG4DISB0_E PIN_AB18DISB0_F PIN_AB19DISB0_G PIN_AE19DISB1_A PIN_P6

LED 7-Segment ke-4

DISB1_B PIN_P4DISB1_C PIN_N10DISB1_D PIN_N7DISB1_E PIN_M8DISB1_F PIN_M7DISB1_G PIN_M6Tabel 2-7 Alokasi pin untuk LED 7-Segment

2.1.1 DISPLAY LCD DENGAN VGAVGA (Video Graphics Array) digunakan agar desain yang kita rancang dapat ditampilkan menjadi lebih menarik di monitor LCD, tidak terbatas pada lampu LED atau 7-Segment.Sistem kerja VGA dalam menampilkan gambar ke layar LCD adalah dengan scanning yang disebut razor-scan. Resolusi layar yang digunakan 640x480 pixel dan refresh rate lebih dari 60 Hz. Ada dua jenis sinyal yang digunakan VGA, yaitu sinyal sinyal sinkron (horizontal dan vertikal) dan warna RGB (Red, Green, Blue). Sinyal RGB ini merepresentasikan intensitas untuk masing-masing komponen warna merah, hijau, dan biru untuk setiap pixel yang saat itu aktif. [3]

Tabel 2-1 Representasi Warna RGB

Gambar 2-5 Ilustrasi Tampilan LCD Permainan Pingpong

Gambar di atas adalah ilustrasi permainan pingpong yang ingin ditampilkan ke layar monitor LCD melalui FPGA menggunakan modul VGA. Tampilan berupa bed (meja pingpong berwarna hijau dengan garis putih), bat A di sebelah kiri berwarwa magenta, bat B di sebelah kanan berwarna cyan, dan bola (direpresentasikan dalam bentuk kotak nantinya) berwarna kuning.

3. METODOLOGI

3.1 PERALATAN YANG DIGUNAKAN Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini:

Board FPGA Altera Family Cyclone II tipe DE1 EP2C2OF484C7N

LED 7-Segment Power supply, kabel dan connector

tambahan PC yang telah terinstall program

Altera Quartus® II 9.0 Kabel downloader ‘USB-Blaster’ Monitor LCD


3.2 LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

Gambar 3-2 Langkah percobaan pembuatan Pingpong

4. HASIL DAN ANALISIS

4.1 HASIL SIMULASI

Berikut hasil simulasi fungsional. Fungsi komponen timer (atau dikenal sebagai divide_by_N pada praktikum sebelumnya) belum dipakai dengan cara mengeset nilai N menjadi 1 agar masih bisa terbaca pada waveform.

Gambar 4-1 Simulasi Fungsional permainan Pingpong

Simulasi dimulai dengan tombol reset ditekan oleh A, kemudian A menekan HIT_A. setelah itu bola bergerak dari A ke B (move_right). Setelah sampai di B (LED 7), dengan batas waktu 0,5 detik, maka B menekan HIT_B dan bola memantul kembali ke arah A (lingkaran merah).

Setelah sampai di A, bila A tidak memukul maka skor B akan bertambah satu. Setelah B memukul lagi dan tidak ditangkap oleh A, maka skor B bertambah satu lagi. (lingkaran abu-abu).

Skor dalam simulasi ini sudah ditranslasikan ke LED 7-segment menggunakan BCD-to-7-segments dengan board yang ACTIVE LOW.

4.2 PENGUJIAN

4.2.1. Display LED dan 7-Segment

Karena praktikan tidak sempat merekam satu-satu demo permainan pingpong, maka berikut ilustrasi salah satu potongan rangkaian demo permainan pingpong yang diperlihatkan:


Membuat folder untuk menyimpan file project:"D:\PraktikumSisdig\Pingpong"

Membuat project baru di Quartus dengan nama Pingpong

Membuat Top Level Entity bernama top_level_vhd.vhd

Membuat code dalam bahasa VHDL untuk masing-masing modul. Simpan di folder project

Include modul-modul dalam file top_level_vhd.vhd.

Compile, bila error, lakukan debug pada code VHDL dan ulangi dari tahapan compile

Simulasi Fungsional, periksa apakah output yang diinginkan sesuati dengan yang ada di waveform.

Bila lakukan debug dan ulangi dari tahapan compile

Set Device: Altera DE1 Tipe EP2C20F484C7N Family Cyclone II. Hardware USB Blaster

Assign pin sesuai input dan output yang digunakan

Download ke FPGA

Pengujian, lihat apakah output sesuai dengan yang diharapkan.


LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

Gambar 4-2 Demo permainan Pingpong

Gambar 4-3 Permainan pingpong dimulai dari ResetA

Gambar 4-3 Pemain A mendapat score 1 karena HitB tidak ditekan sehingga bole

pingpong lolos

Hasil yang didapatkan sesuai dengan keinginan, begitu pula untuk scoring pada LED 7-Segment. Permainan diulang dari awal secara otomatis setelah salah satu pemain mencapai score 21.

4.2.2. Display Monitor LCD

Gambar 4-4 Tampilan diam permainan pingpong pada layar LCD

Untuk display monitor, praktikan berhasil menampilkan tampilan diam dalam permainan pingpong, namun belum dapat membuat objek bola (kotak berwarna kuning) bergerak. Dalam lampiran, bagian display VGA dipisah menjadi project terpisah karena belum dapat digabung dengan project pingpong.

5. KESIMPULAN

Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa praktikum 6 sudah berhasil sampai tahap simulasi dan implementasi rancangan permainan pingpong pada board FPGA. Sayangnya, tampilan VGA belum dapat berjalan dengan baik .

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://id.wikipedia.org/wiki/ Tenis_meja. Diakses 30 November 2012 pukul 11.07

[2] http://id.wikipedia.org/wiki/ Layar_tujuh_segmen. Diakses 30 November 2012 pukul 11.29

[3] Mervin T. Hutabarat, dkk, Buku Petunjuk Praktikum Sistem Digital, Laboratorium Dasar Teknik Elektro, Bandung, 2012

EMAIL PRAKTIKAN

Azalea fisitania:Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

8

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

LED 0-7

reset B

reset A Hit BHit A

70

http://id.wikipedia.org/wiki/Layar_tujuh_segmen

http://id.wikipedia.org/wiki/Layar_tujuh_segmen

http://id.wikipedia.org/wiki/Tenis_meja

http://id.wikipedia.org/wiki/Tenis_meja

[email protected] Agustina:

[email protected]

LAMPIRAN

Berikut kode VHDL yang dibuat sebagai desain rangkaian Pingpong:

Gambar 6.1 Kode VHDL untuk BCD-to-7-Segment


mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Gambar 6.2 Kode VHDL untuk Counter


Gambar 6.3 Kode VHDL untuk Control


Gambar 6.4 Kode VHDL untuk Control


Gambar 6.5 Kode VHDL untuk Decoder


Gambar 6.6 Kode VHDL untuk Pingpong

Gambar 6.7 Kode VHDL untuk Score


Gambar 6.8 Kode VHDL untuk Timer


Gambar 6.9 Kode VHDL untuk color_rom_vhd


judul percobaanlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/el2102 - sistem digital/2012... · web viewpada percobaan...

Documents