Tutorial Teknik Digital dengan Xilinx : Mengenal Xilinx

Xilinx ( Xilinx Foundation Series) adalah suatu perangkat lunak yang berguna untuk merancang dan mensimulasikan suatu rangkaian digital. Dengan menggunakan Xilinx 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.

Sebenarnya tahapan atau proses perancangan alat atau rangkaian digital menggunakan Xilinx sama seperti merancang suatu rangkaian logika secara manual akan tetapi kelebihan menggunakan simulator Xilinx dapat diminimalisasi kesalahan pada proses perancangan. Sebelum mulai merancang rangkaian pada Xilinx minimal sudah dilakukan rancangan state diagram atau tabel kebenaran (truth tables) dari spesifikasi rangkaian atau alat yang ingin dibuat. Kalau tidak mempunyai rancangan tersebut, Xilinx tidak dapat membantu dalam merancang alat tersebut.

Untuk perancangan rangkaian digital, Xilinx 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, Xilinx dapat menggunakan dua bahasa pemrograman yaitu ABEL dan VHDL.

Proses perancangan menggunakan simulator Xilinx secara umum dapat dilihat pada Gambar 1 di bawah ini, dimana proses perancangan dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu pertama perancangan rangkaian, kemudian verifikasi hasil rancangan dan proses yang ketiga implementasi rancangan.

Proses perancangan secara umum

Berikut ini merupakan langkah-langkah untuk membuat suatu project menggunakan perangkat lunak Xilinx Foundation Series 2.1i yang terbagi atas beberapa tahap sebagai berikut :

1. Persiapan Awal

• Jalankan program Xilinx Foundation Series 2.1 dengan klik Start à Program à Xilinx Foundation Series 2.1i à Project Manager, atau klik ikon pada desktop window sehingga akan muncul Getting Started Window.
• Lalu klik pada Create A New Project à klik OK sehingga akan ditampilkan New Project Window. Nama project tidak case sensitive dan jangan lebih dari 8 karakter.
• Kemudian arahkan file project dan simpan dalam harddisk  pada folder yang sudah ditentukan, dengan klik Browse.
• Lalu akan ditampilkan kembali New Project Window, dan lakukan pilihan sesuai dengan ketentuan, lalu klik OK.
• Selanjutnya akan ditampilkan jendela Project Manager. Klik Schematic editor untuk bisa memulai menggambar rangkaian sehingga akan terbuka window

2. Membuat Rancangan dengan Design Entry – Schematic

• Simbol logika dapat diletakkan dalam editor dengan memilih Symbol Toolbox, dengan klik ikon  pada toolbar kiri.
• Beberapa ikon dalam window Schematic Editor :
  • = ikon Select and Drag untuk mengatur letak rangkaian
  • = ikon Hierarchy Push / Pop utk mengetahui rangkaian sebenarnya dari sebuah IC, mux, dll
  • = ikon Draw Wires utk menggambar kabel penghubung
  • = ikon Hierarchy Connector utk menggambar input/ output rangkaian
  • = ikon Graphics Toolbox utk membuat berbagai bentuk gambar

3. Melakukan Uji Simulasi

• Uji simulasi dilakukan dengan cara klik ikon   pada Schematic Editor, dan akan ditampilkan jendela Logic Simulator - Waveform Viewer.
• Memanggil kaki-kaki/pin/input/output simulasi dengan cara klik ikon  (ikon Select Component), dan akan ditampilkan jendela Component Selection for Waveform Viewer.
• Setelah memilih input / output simulasi lalu klik tombol Close, dan tampilan akan kembali ke jendela Logic Simulator Waveform Viewer, dengan beberapa pin yang dipilih untuk simulasi.
• Klik ikon  (ikon Select Stimulator) sehingga akan ditampilkan jendela Stimulator Selection sebagai berikut:

• Membuat Formula
  • klik ikon   sehingga akan ditampilkan jendela Set Formulas.
  • klik mouse 2x pada F0 dalam kotak Formula Stimulators sehingga kotak Edit Formula akan aktif (dapat diedit)
  • Pada kotak Edit Formula ketikkan kode yang sudah ditentukan (misal :: [8]100ns[a]100ns), lalu klik Accept
  • Terakhir klik Close sehingga tampilan kembali ke jendela Stimulator Selection.
  • Membuat stimlulus untuk pin C (Clock)
    • Terlebih dahulu buat stimulus untuk C1 pada kotak Clocks dengan cara klik ikon sehingga akan ditampilkan jendela Set Formulas
    • Klik mouse 2x pada C1 dalam kotak Formula Stimulators sehingga kotak Edit Formula akan aktif (dapat diedit)
    • Pada kotak Edit Formula ketikkan kode yang sudah ditentukan (misal : H10nsL10ns), dan klik Accept
    • Klik Close sehingga tampilan kembali ke Stimulator Selection
    • Kemudian sorot pin input C pada jendela Waveform Viewer, dan klik tombol C1 pada kotak Clocks dalam jendela Stimulator Selection untuk mengaktifkan clock di atas.

4. Menjalankan Simulasi

• Atur Waveform Scale (skala bentuk gelombang) dengan klik ikon Zoom In atau Zoom Out

• Atur Simulation Step Value, misal : 50 ns
• Jalankan simulasi dengan klik ikon  (ikon Simulation Step) beberapa kali.
• Beberapa ikon dalam menjalankan simulasi :
  • Ikon  (ikon Delete Waveform) untuk menghapus layar simulasi
  • Ikon  (ikon Power On) untuk memulai awal simulasi
  • Ikon  (ikon Ruler) untuk menampilkan tool penggaris

Tutorial Teknik Digital dengan Xilinx : Fungsi dan Simbol Logika Dasar

Aljabar Boolean secara umum berbeda dengan aljabar biasa bahwa konstanta dan aljabar Boolean diijinkan untuk memiliki hanya dua kemungkinan nilai, yaitu 0 atau 1. Variabel Boolean (0 atau 1) tidak merepresentasikan angka yang sebenarnya, tetapi merepresentasikan suatu variabel tegangan, atau apa yang disebut sebagai level logika.
Beberapa representasi variabel Boolean diberikan pada table di bawah ini :

Logika 0	Logika 1
False	True
Off	On
Low	High
No	Yes
Open Switch	Close Switch

Pada aljabar Boolean terdapat tiga operasi logika dasar yaitu AND, OR, dan NOT (inverter). Gerbang-gerbang logika tersebut merupakan sirkuit-sirkuit digital yang tersusun atas kombinasi diode, transistor, dan resistor yang terhubung sedemikian rupa sebagai output dari hasil operasi input logika dasar (AND, OR, NOT).
Suatu tabel kebenaran digunakan untuk menggambarkan bagaimana logika output dihasilkan berdasarkan pada logika-logika input yang dimasukkan.
Beberapa fungsi, simbol, dan tabel kebenaran logika gerbang dasar :

Timing diagram untuk logika AND, OR, dan NOT :

Beberapa simbol, fungsi, dan tabel kebenaran logika yang lain

Keterangan :
1). Logika pada tabel di atas merupakan hasil penurunan dari logika gerbang dasar
2). Logika NAND merupakan kebalikan (inverter) dari logika AND (not AND)
3). Logika NOR merupakan kebalikan (inverter) dari logika OR (not OR)

Tutorial Teknik Digital : Decoder 7 Segmen

Pada umumnya orang menggunakan kode desimal untuk menyatakan angka. Rangkaian sistem digital dalam kalkulator atau komputer kebanyakan menggunakan kode biner untuk menyatakan angka. Banyak kode lain yang digunakan dalam suatu sistem digital untuk menyatakan angka, bahkan huruf dari alfabet. Penerjemahan rangkaian digital, yang mengubah kode satu ke kode yang lain, digunakan suatu dekoder dan enkoder dalam sistem digital.

Sebuah Decoder adalah rangkaian logika yang menerima input-input biner dan mengaktifkan salah satu output-nya sesuai dengan urutan biner input-nya. Rangkaian dekoder mempunyai sifat yang berkebalikan dengan enkoder yaitu merubah kode biner menjadi sinyal diskrit. Syarat perancangan sebuah dekoder adalah m <= 2ⁿ dimana m adalah kombinasi keluaran dan n adalah jumlah bit masukan. Satu kombinasi masukan hanya dapat mewakili satu kombinasi keluaran.Sehingga dapat disimpulkan bahwa variabel keluaran bebas tapi harus tetap memperhatikan unsur efisiensi rangkaian. Misal dekoder 3 bit memiliki 8 atau kurang kombinasi keluaran tetapi bisa memiliki jumlah saluran keluaran lebih dari 8 (10 atau 55 atau 100 dan sebagainya). Contoh rangkaian dekoder adalah rangkaian dekoder dot matrik, dan dekoder seven segmen.

Penampilan bilangan-bilangan biner dari sandi BCD menjadi bilangan decimal selain dalam tabung angka (nixie tube) yang sudah berbentuk angka – angka decimal dari 0 sampai 9 juga dapat diwujudkan oleh lampu – lampu penunjuk kecil (LED : light emitting diodes). Dalam hal ini lampu – lampu penunjuk kecil/LED tersebut disusun menjadi tujuh segmen, dan angka decimal dari 0 sampai 9 dapat ditampilkan dengan cara mengatur cara penyalaan dari tujuh segmen tersebut.

Perlu diketahui, bahwa LED adalah suatu dioda yang bersifat mengemisi atau menyala bila mendapat suatu arus maju (forward Biased). Dengan sifatnya yang demikian, LED banyak dipakai sebagai lampu – lampu penunjuk kecil yang serba guna, misalnya saja untuk menunjukkan keadaan “ON” dari suatu peralatan atau untuk lampu – lampu test.

Bila semua segmen menyala, maka dapat dibaca sebagai angka decimal 8. Angka decimal 0 dan 3 terlihat pada menyalanya segmen – segmen sesuai gambar. Untuk penampilan huruf, hanya beberapa huruf saja yang dapat dibaca dari tujuh segmen.

Jika  kita  perhatikan  decoder  ini  sebenarnya  mirip  dengan  demultiplexer,  dengan  satu  pengecualian  yaitu  pada  decoder  ini  tidak  mempunyai  data  input.  Input  hanya  digunakan sebagai data control.

Beberapa rangkaian Decoder yang sering dijumpai adalah decoder 3x8 ( 3 bit input dan 8 output line), decoder 4x16, decoder BCD to Decimal (4 bit input dan 10 output line), decoder BCD to 7 segment (4 bit input dan 8 output line).

Khusus untuk BCD to 7 segment mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan decoder-decoder yang lain, di mana kombinasi dari setiap inputnya dapat mengaktifkan beberapa output line-nya (bukan salah satu line).

Contoh Gambar Rangkaian 3 to 8 decoder.

Operasi   pada   decoder   dapat   dijelaskan   lebih   lanjut   dari   hubungan   input-output,  seperti pada tabel. Amatilah pada variabel output yang mana, satu sama lainnya  saling  eksklusif,  karena  ha nya  ada  satu  output  yang  bernilai  1  pada  satu  waktu.  Jalur output ditunjukkan dengan minterm yang ekivalen dengan angka biner.

Tabel kebenaran 3 to 8 decoder.

Input			Output
A   B  C			D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Dekoder dapat dibentuk dari susunan gerbang logika dasar atau menggunakan IC dekoder yang telah ada dipasaran seperti 74LS48, 74LS154, 74LS138, 74LS155 dan sebagainya. Dengan menggunakan IC dekoder yang telah ada dipasaran, perancang dapat merancang dekoder dengan jumlah bit dan keluaran yang diinginkan. Contoh merancang sebuah dekoder 32 saluran keluaran dengan IC dekoder 8 saluran keluaran. Dalam sistem digital, dekoder sangat sering digunakan yaitu sebagai contoh: untuk dekoder matrik, seven segmen, pengontrol trafic light, pengalamatan memori I/O dan sebagainya.

Sistem Kerja TV Digital I - Sejarah

Televisi atau yang biasa TV merupakan salah satu media komunikasi yang menggabungkan dua pencitraan yaitu audio dan visual. Hampir setiap orang mengenal televisi karena perkembangannya yang begitu cepat. Jika kita amati perkembangan televisi sejak pertama dibuat sampai sekarang memiliki perkembangan yang signifikan, berikut adalah sejarah perkembangan televisi:

• 1872 - Joseph May menemukan bahwa konduktivitas selenium diperkuat oleh cahaya
• 1878 - Senleq mengusulkan pengiriman FAX menggunakan scanner selenium dan telegraph
• 1884 - Paul Nipkow mematenkan disk pen-scan televisi
• 1890 - Victorian Trade Card memprediksi alat yang dapat mentransmisikan gambar dan suara
• 1895 - Pertunjukan gambar bergerak pertama yang ditayangkan di Prancis
• 1897 - Pengembangan dari Cathode Ray Tube oleh Ferdinand Braun
• 1907 - Penggunaan Cathode Ray Tube untuk menghasilkan gambar televisi
• 1927 - Alexanderson mempertunjukan TV otomatis kepada insinyur pembuat radio
• 1930 - RCA mengatur percobaan siaran hitam dan putih
• 1936 - Penyiaran televisi pertama yang hanya tersedia di London
• 1938 - Pengusulan pertama untuk TV berwarna  dibuat oleh George Valensi
• 1945 - Kurang dari 7000 TV yang beoperasi dan hanya 9 stasiun yang melakukan siaran
• 1950 - CBS mempertunjukan sistem TV berwarna dengan menggunakan roda berwarna yang berputar secara otomatis.
• 1953 - Nama baru dari sistem warna RCA yaitu NTSC
• 1965 - TV berwarna mulai booming dan menggunakan kata The Full Color Network
• 1975 - Time Inc. Memulai konsep program terhubung satelit dengan sistem kabel
• 1993 - Time Warner mengumumkan rencana untuk mengeluarkan Full-Service Interactive Network.
• 1996 - Piringan satelit digital yang berdiameter 18 inch menembus pasaran
• 1997 - Mini DV diperkenalkan sebagai produk terbaru, batasan yang lebih tinggi, dan digital recording format
• 1999 - Sony merilis Digital 8 video format dan dunia mempersiapkan untuk Y2K
• 2000 - Sony memperkenalkan CDCam video format. Kita dapat langsung merekam CD dari camcorder
• 2001 - DVD menjadi mayoritas player dalam bidang hiburan
• 2002 - Sony memperkenalkan kaset MicroMV Digital MPEG-2 berdasarkan digital recorder
• 2003 - DVD camcorder pertama kali dibuat, merekam langsung ke disk dengan format MPEG2
• 2005 - TV layar datar dan HDTV , hampir semua  TV yang dijual LCD dan Plasma
• 2006 - Blue-Ray dirilis pada pertengahan tahun. Single-layer Blue-ray memiliki ukuran fisik yang sama dengan DVD, tapi memiliki kapasitas menyimpan yang lebih tinggi yaitu 27 GB atau 13 jam dari standar video. Double-layer Blue-ray dapat menyimpan sampai 54 GB atau sama dengan 20 jam dari standar video
• 2007 - Organic LCD TV’s (OLCD) diperkenalkan dan  memnjanjikan merubah layar datar dengan ukuran yang tipis
• 2008 - Pemerintah mengeluarkan inverter (set top box) yang dapat merubah signal digital ke analog sehingga dapat dilihat dengan menggunakan TV receiver bias

Dari sejarah perkembangan televisi yang telah kita bahas, kita tahu bahwa televisi berkembang dari sistem yang berbasis analog menjadi sistem yang berbasis digital. Kedua sistem ini memiliki beberapa perbedaan serta kelebihan dan kekurangan , antara lain:

1. Secara teknik pita spektrum frekuensi radio yang digunakan untuk televisi analog dapat digunakan untuk penyiaran televisi digital. Lebar pita frekuensi yang digunakan untuk analog dan digital berbanding 1 : 6 artinya bila pada teknologi analog memerlukan pita selebar 8 MHz untuk satu kanal transmisi, maka pada teknologi digital dengan lebar pita frekuensi yang sama dengan teknik multiplek dapat digunakan untuk memancarkan sebanyak 6 hingga 8 kanal transmisi sekaligus dengan program yang berbeda.
2. Selain ditunjang oleh teknologi penerima yang mampu beradaptasi dengan lingkungan yang berubah, TV digital perlu ditunjang oleh sejumlah pemancar yang membentuk jaringan berfrekuensi sama atau SFN (single frequency network) sehingga daerah cakupan dapat diperluas.
3. Teknologi digital efisien dalam pemanfaatan spektrum. Satu penyelenggara televisi digital meminta spektrum dalam jumlah yang cukup besar. Artinya tidak hanya 1 (satu) kanal pembawa melainkan lebih. Penyelenggara berfungsi sebagai operator penyelenggara jaringan yaitu untuk mentransfer program dari stasiun televisi lain yang ada di dunia menjadi satu paket layanan sebagaimana penyelenggaraan televisi kabel berlangganan yang ada saat ini.
4. Sistem TV digital mampu menghasilkan penerimaan gambar yang jernih, stabil, dan tanpa efek bayangan atau gambar ganda, walaupun pesawat penerima berada dalam keadaan bergerak dengan kecepatan tinggi.
5. Aplikasi teknologi siaran digital menawarkan integrasi dengan layanan interaktif seperti layanan komunikasi dua arah. Televisi digital dapat digunakan seperti internet.
6. Infrastruktur TV digital terrestrial relatif jauh lebih mahal dibandingkan dengan infrastruktur TV analog

Jenis-jenis TV Digital

Televisi digital  dibagi menjadi dua yaitu SDTV(Standard Definition TV) dan HDTV (High Definition TV). SDTV dan HDTV memiliki beberapa perbedaan dalam kualitas penyajian gambar, antara lain:

1. Aspect ratio

SDTV memiliki aspect ratio 4:3, dengan perbandingan 4 satuan untuk lebar dan 3 satuan untuk tingginya, sedangkan HDTV memiliki aspect ratio 16:9, dengan perbandingan 16 satuan untuk lebar dan 9 satuan untuk tingginya

2. Resolusi

Resolusi yang dihasilkan SDTV sama dengan resolusi yang dihasilkan TV analog yaitu 704 x 480 piksel . Resolusi HDTV  yaitu sebesar 1920 x 1080 piksel.

3. Frame rate

Frame rate adalah parameter untuk mengetahui berapa kali TV memunculkan gambar dengan lengkap pada layar dalam satu detik, berikut adalah frame rate untuk SDTV dan HDTV:

- SDTV : 24p, 30p, 60i, 60p

- HDTV: 24p, 30p, 60i

(i=interlanced, p=progressive)