## GERBANG LOGIKA BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC DEVICE (PLD)

## Oleh: Muhammad Irmansyah
Staf Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang

## ABSTRACT
In middle 1990, electronics industry had evolution in personal Computer, telephone cellular  and  high  speed  data  communication  equipment.  To  follow  this  development, electronics companies have designed and produce new product. One of these innovations is Programmable Logic Devices (PLD) technology. It is a technology to change function of IC digital logic using programming. Many of Programmable Logic Device (PLD) can be used to programming logic using single chip of integrated circuit (IC). Programmable Logic Devices (PLD) technology is applied using IC PAL 22V10 to design basic logic gate AND, OR, NOT and combinational logic gate NAND and NOR.
Keyword: Programmable Logic Devices (PLD), logic gate, IC PAL 22V10
PENDAHULUAN Pada pertengahan 1990, industri  elektronika  sangat  mengalami perkembangan dalam personal computer, telepon seluler dan peralatan komunikasi  data  dengan  kecepatan tinggi.  Untuk  persaingan  pasar, produsen  membuat  produk  dengan meningkatkan  fungsi,  penampilan, biaya  rendah,  konsumsi  daya  yang rendah  dan  ukuran  yang  kecil.  Untuk memenuhi  kebutuhan  ini,  produsen menciptakan  sistem  yang komplek dengan pemakain IC yang lebih sedikit dan  ukuran  PCB  yang  lebih  kecil. Berbagai  teknologi  terpadu  digunakan seperti proses submikron
semikonduktor,  teknologi  PCB,  dan pemaksimalan  penggunaan  permukaan PCB. Penunjang design digunakan oleh para designer berupa Electronic Design Automation (EDA) tools. Kondisi pasar
ini  membuat  metodologi  modern  dalam design  dan  tes  digunakan,  antara  lain Programmable Logic Device (PLD). Untuk  mengikuti  perkembangan ini, perusahaan elektronika telah mendesain  dan  membuat  produk  baru. Untuk  memenuhi  tuntutan  ini,  engineers dan  teknisi  berusaha  untuk  membuat penemuan  yang  membantu  mereka membuat  prototype  rangkaian  digital  dan mengevaluasi  kemajuannya  dalam  waktu yang lama. Salah satunya adalah teknologi Programmable Logic Devices (PLD) yang merupakan  IC  digital  logic  yang  bisa dirubah  fungsinya  melalui  pemrograman dan  seperti  diindustri,  akan  dapat  dilihat bagaimana mudahnya membuat rangkaian digital menggunakan PLD. Berbagai  Programmable  Logic Device  (PLD)  dapat  digunakan  untuk logika pemrograman  yang banyak dengan hanya menggunakan satu IC.
Keuntungannya
adalah
kefleksibelannya  dalam  penggunaan dengan  skedul  yang  lebih  ketat,  untuk penggunaan  pada  produk  dengan volume  yang  kecil  dan  untuk pengaktifan  awal  sebuah  produk meskipun digunakan pada high volume.

## Perumusan Masalah
Bagaimana  merancang  dan membuat  gerbang  logika  berbasis Programmable  Logic  Device  (PLD) menggunakan IC PAL 22V10.

## Tujuan
Merancang dan membuat gerbang  logika  berbasis  Programmable
Logic  Device  (PLD)  menggunakan  IC
PAL 22V10.
Batasan Masalah 1. Mengaplikasikan teknologi
Programmable Logic Device (PLD) untuk  gerbang  logika  gerbang AND, OR, NAND, NOR dan NOT.
2. Bahasa pemograman
yang digunakan adalah Warp 4.2.

## Programmable Logic Device (PLD)
Membuat  rangkaian  menggunakan PLD Single PLD terdiri dari gerbang logika  dalam  jumlah  yang  banyak, termasuk  device  penghubung  dimana semua device ini berada dalam satu IC. Dengan  menggunakan  PC,  logika program  dapat  dibuat  dengan  HDL menggunakan  text  editor  atau  gambar sederhana dari logika rangkaian dengan menggunakan  schematic  editor.  HDL atau  schematic  selanjutnya  decompile dengan  program  untuk  membuat  detail dari  rangkaian  logika  yang  akan menghasilkan  output  dari  rancangan yang yang telah dibuat pada HDL atau skematik.  Operasi  dari  rangkaian  ini selanjutnya  dapat  disimulasikan  untuk meyakinkan  bahwa  output  sesuai
dengan  yang  diinginkan.  Jika  simulasi rangkaian  telah  sesuai,  maka  desain selanjutnya  didownload  melalui  parallel port ke PLD. Switch dihubungkan ke input dan  LED  ke  output  untuk  mencoba  test akhir pada prototype. 5  langkah  yang  dibutuhkan  untuk membuat  prototype  menggunakan  PLD: Step 1 :Buat rangkaian baru menggunakan schematic editor pada software Step  2  :  Compile  rangkaian  menjadi bitstream  file,  ketika  file  ini diload  ke  CPLD      akan menghasilkan output yang sesuai dengan skematik yang diberikan Step 3: Buktikan  operasi  dari  rangkaian dengan  menggunakan  software fungtional dan timing simulator Step 4 :  Download file rangkaian daei PC
ke PLD Step 5 : Test  PLD  secara  pisik  dengan mengaktifkan  input  dan  melihat output yang dihasilkan
Gambar  1. Konstruksi rangkaian PLD
Salah  satu  contoh  IC  yang menggunakan  teknologi  PLD  adalah IC22V10.  IC  22V10 terdiri  dari  24  pin dengan  pin  12  berfungsi  sebagai  ground dan  pin  24  berfungsi  sebagai  catu  daya  5 volt.  Pin  1  berfungsi  sebagai  clock  atau input dan pin 2 sampai 13 (kecuali pin 12) berfungsi sebagai input saja. Pin 14 sampai pin 23 berfungsi sebagai input atau output.

## Gambar 2 Konfigurasi IC PAL 22V10
Gerbang Logika
Gerbang
logika
adalah rangkaian  dasar  yang  mebentuk computer.  Jutaan  transistor  di  dalam mikroprosesor  membentuk  ribuan gerbang logika. Sebuah gerbang logika sederhana  mempunyai  satu  terminal input.  Keluarannya  dapat  tinggi/high (1)  atau  rendah/low  (0),  tergantung level  digital  yang  diberikan  pada terminal  input.  Di  sini  kita  akan membahas 5 gerbang logika dasar saja, diantaranya:  AND,  OR,  NAND,  NOR, Inverter (NOT).
Gerbang logika yang kini sering dipakai  berasal  dari  IC  logika  seperti 74xx atau 40xx. Satu IC yang berisi 4-8 gerbang  loika  kini  hanya  berharga beberapa  ribu  rupiah,  namun  IC  yang dibuat  dengan  teknologi  tinggi  seperti prosesor  Intel  Pentium,  memiliki berjuta-juta  gegrbang  logika,  yang harga  tiap  gerbang  logika  menjadi hanya  beberapa  rupiah.  Semua  chip kompleks yang melakukan pemrosessan sinyal  secara  digital  dapat  dipastikan mengguanakan  gerbang-gerbang  logika pada detail desain rangkaiannya.
Gerbang AND Gerbang  AND  memiliki  dua masukan input yaitu input A dan input B.  Operasi  dari  gerbang  ini  sederhana, yaitu  output  Y  atau  keluaran  Y  akan mejadi  1  jika  kedua  syarat  inputnya
dalam  keadaan  1. Jika  salah  satu  dari isyarat  masukannya  1,  maka  sinyal keluarannya  tetap  0.  Dan  bila  kedua inputnya  0  maka  outputnya  akan  0. Symbol  dari  gerbang  AND  dinyatakan pada gambar dibawah ini:
Gerbang OR Gerbang  OR  memiliki  dua masukan  input  dan    satu  isyarat  keluaran output. Jika salah satu  atau kedua isyarat masukannya  1,  maka  sinyal  keluarannya adalah  1.  Jika  kedua  masukannya  yaitu masukan A dan masukan B adalah 0 maka keluarannya  0.  Simbol  atau  lambang  dari gerbang  logika  OR  dinyatakan  pada gambar di bawah ini:
Gerbang NAND Gerbang NAND merupakan gerbang  logika  kombinasi  yang  sama operasinya  dengan  gerbang  dasar  AND, tetapi  pada  bagian  keluarannya  dibalik dengan gerbang logika inverter (NOT).

## Gerbang NOR
Gerbang  logika  NOR  adalah sebuah  gerbang  logika  kombinasional yang  sama  operasinya  dengan  gerbang logika dasar  OR,  tetapi  bagian  outputnya dibalik dengan gerbang inverter (NOT).

## Gerbang NOT
Gerbang  logika  inverter  yang sering disebut gerbang logika NOT adalah sebuah  gerbang  logika  yang  memiliki hanya  satu  input  dan  hanya  satu  output, fungsinya  sebagai  pembalik.  Prinsip  kerja dari  gerbang  logika  inverter  sangat sederhana,  yaitu  apapun  keadaan  isyarat yang  diberikan  pada  bagian  input  akan dibalik  oleh  gerbang  logika  ini  sehingga
pada  bagian  outputnya  akan  menjadi berlawanan,  atau  keadannya  terbalik. Contohnya, jika  pada  inputnya keadaanya 1 maka keadaan keluarannya akan  menjadi  0.  Demikan  juga  jika pada  bagian  inputnya  bernilai  0  maka keluarannya  akan  bernilai  1.  Dengan kata  lain,  isyarat  outputnya  adalah komplemen dari isyarat outputnya.

## Perancangan Perangkat Keras
Diagram Blok Sistem
Gambar 3. Diagram blok hardware
1. Personal  Computer  (PC),  berfungsi sebagai tempat pembuatan program dengan menggunakan bahasa pemograman Warp 4.2 dan simulasi hasil pemograman. 2. Downloader,    berfungsi  untuk memindahkan data hasil pemograman dari personal computer (PC) ke IC PAL 22V10.
3. Input switchberfungsi sebagai input logic.
4. PAL  22V10,  merupakan  salah  satu jenis  Programable  Logic  Device (PLD)
5. Output  led  berfungsi  sebagai indikator output.

## Gerbang logika
1. IC 7400 gerbang NAND 2  input 2. IC 7402 gerbang NOR 2 input
3. IC 7404 gerbang NOT
4. IC 7411 gerbang AND 2 input
5. IC 7421 gerbang OR 2 input
Gambar 4. Rangkaian IC PAL22V10 yang difungsikan sebagai gerbang logika

## Perancangan dan pembuatan software
Perangkat software yang dirancang untuk  sistim  ini  adalah  perangkat  lunak untuk  menjalankan  sistim  trainer  secara keseluruhan, software ini  dirancang dengan menggunakan bahasa Warp 4.2 .
Gerbang Logika library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity gate is port( a0,a1,a2,a3,a4 :  in std_logic;
b0,b1,b2,b3 :  in
std_logic;
q0,q1,q3,q4
:  out std_logic ); attribute  part_name  of  gate  :entity  is “22V10”;
attribute  pin_numbers of gate :entity is “a0:2 b0:3 a1:4 b1:5 a2:6 b2:7 a3:8 b3:9 a4:1 ”q0:23 q1:22 q2:21 q3:20 q4:19”; end gate; architecture behave of gate is begin q0 <= a0 and b0; q1 <= a1 or b1; q2 <= a2 nand b2; q3 <= a3 nor b3; q4 <= not a4; end behave;
Hasil Simulasi Gerbang Logika
Dasar Gerbang AND Tabel 1 Hasil pengujian gerbang AND B0 A0 Q0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Gambar 5. Hasil simulasi gerbang AND
Gerbang OR
Tabel 2 Hasil pengujian gerbang OR
B1 A1 Q1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Gambar 6. Hasil simulasi gerbang OR
Gerbang NOT Tabel 3 Hasil pengujian gerbang NOT A4 Q4 0 1 1 0
Gambar 7. Hasil simulasi gerbang NOT

## HASIL SIMULASI GERBANG LOGIKA KOMBINASIONAL
Gerbang NAND Tabel 4 Hasil pengujian gerbang NAND B2 A2 Q2 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
Gerbang NOR Tabel 5 Hasil pengujian gerbang NOR B3 A3 Q3
0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Gambar 8. Hasil simulasi gerbang NOR
ANALISA GERBANG LOGIKA DASAR Untuk  percobaan  test  fisiknya, dipermudah  dengan  melihat  konfigurasi pin sebagai berikut :
Dari  konfigurasi  di  atas  dapat  terlihat bahwa untuk masing-masing gerbang:
S S S S S S S S S AND OR NOR NAND INVERTER AND OR NAND NOR B0 B1 B2 B3 A0 A2 A3 A1 q1 q2 q3 q4

## Gerbang AND
Switch  yang  dipakai  sebagai input  adalah  S6(A0)  dan  S2(B0),  dan outputnya adalah Q1. Berdasarkan teori gerbang  AND,  pada  saat  kedua  input atau  salah  satunya  yang  diberikan bernilai rendah, maka keluarannya akan bernilai  rendah.  Dan  hanya  akan bernilai  tinggi  jika  kedua  inputnya bernilai tinggi. Hal ini telah dibuktikan pada  simulasi  dan  test  fisiknya.  Untuk logikanya  dapat  dilihat  pada  table kebenaran dan penjelasan berikut: Q = A . B (dinotasikan dengan “dan”)
 I(A0) = 0
I(B0) = 0 Maka O(Q1) = 0
 I(A0) = 0
I(B0) = 1 Maka O(Q1) = 0
 I(A0) = 1 I(B0) = 0 Maka O(Q1) = 0
 I(A0) = 1 I(B0) = 1 Maka O(Q1) = 1
Gerbang OR Untuk gerbang OR, switch yang digunakan  sebagai  inputannya  adalah S7(A1)  dan  S3(B1).  Sedangkan  untuk keluarannya adalah Q2. Terlihat bahwa teori
yang digunakan sangat mendukung  percobaan  yang  dilakukan pada  test  fisiknya.  Bahwa  pada  teori untuk  gerbang  OR  dapat  dijelaskan, keluarannya akan bernilai 0  (low) jika kedua  input  yang  diberikan  bernilai  0 (low),  dan  berbeda  dengan  gerbang AND,  gerbang  OR  akan  bernilai  1 (high)  jika  salah  satu  atau  kedua inputannya bernilai 1 (high). Q = A + B (dinotasikan dengan “atau”)
 I(A1) = 0 I(B1) = 0 Maka O(Q2) = 0
 I(A1) = 0 I(B1) = 1 Maka O(Q2) = 1
 I(A1) = 1 I(B1) = 0 Maka O(Q2) = 1
 I(A1) = 1 I(B1) = 1
Maka O(Q2) = 1
Gerbang NOT Gerbang  NOT  merupakan  negasi atau  kebalikan  dari  inputnya.  Jika  input yang  diberikan  bernilai  1  (high)  maka keluarannya akan bernilai 0 (low). Logikanya  dapat  dinyatakan  sebagai berikut:
 I(S) = 0
Maka O(Q) = 1 atau sebaliknya

## ANALISA GERBANG LOGIKA
KOMBINASIONAL Gerbang NAND Gerbang
NAND merupakan gerbang  AND  yang  diinverterkan  atau kebalikan  dari  gerbang  AND,  maksudnya pada  saat  kedua  input  atau  salah  satunya bernilai  0  (low)  maka  keluarannya  akan bernilai  1  (high).  Artinya  keluarannya bernilai  0  (low)  jika  kedua  inputannya bernilai  1  (high).  Terlihat  pada konfigurasi, switch  yang digunakan untuk inputannya  adalah  S8(A2)  dan  S4(B2), sedangkan untuk keluarannya adalah Q3.
Q = A . B
 I(A2) = 0 I(B2) = 0 Maka O(Q3) = 1
 I(A2) = 0 I(B2) = 1 Maka O(Q3) = 1
 I(A2) = 1 I(B2) = 0 Maka O(Q3) = 1
 I(A2) = 1 I(B2) = 1
Maka O(Q3) = 0

## Gerbang NOR
Gerbang  NOR  merupakan kebalikan dari gerbang NAND, dimana keluarannya  akan bernilai  0  (low)  jika salah  satu  atau  kedua  input  yang diberikan bernilai 1 (high). Switch yang digunakan sebagai Input adalah S9(A3) dan S5(B3) dan outputnya adalah Q4.
Q = A + B
 I(A2) = 0 I(B2) = 0 Maka O(Q3) = 1
 I(A2) = 0 I(B2) = 1 Maka O(Q3) = 0
 I(A2) = 1 I(B2) = 0 Maka O(Q3) = 0
 I(A2) = 1 I(B2) = 1
Maka O(Q3) = 0

## KESIMPULAN
Dengan  menggunakan  IC  PAL 22V10  kita  dapat  mengaplikasikan teknologi  Programmable  Logic  Device (PLD)  untuk  gerbang  logika  dasar AND,  OR,  NOT  dan  gerbang  logika kombinasional NAND, NOR.

## DAFTAR PUSTAKA
Brown, Stephen., 2000. D igital Logic of Fundamentals with VHDL Design , Singapore:MC.Graw-Hill Cook, Nigel P., 2004 Practical Digital Electronics , Prentice Hall
Skahill, Kevin., 1997, VHDL for
Programmable Logic, USA:
Addison Wesley Weste, Neil H.E., 2005. CMOS VLSI Design , USA: Addison Wesley