Makalah ini menjelaskan pengenalan desain logika digital kepada mahasiswa menggunakan FPGA (Field-Programmable Gate Array) dengan pendekatan bertahap mulai dari simulasi hingga implementasi di papan FPGA. Metode ini diajarkan dengan membuat dua contoh sirkuit logika dasar yaitu XOR gate menggunakan 4 NAND gate dan sirkuit lampu lalu lintas menggunakan D flip-flop. Pengenalan desain FPGA dari tahun pertama diharapkan

1. TELKOMNIKA, Vol.13, No.2, June 2015, pp. 125~132
ISSN: 1693-6930, accredited A by DIKTI, Decree No: 58/DIKTI/Kep/2013
DOI: 10.12928/TELKOMNIKA.v13i2.xxxx  281
Received February 23, 2014; Revised May 29, 2014; Accepted June 12, 2014
Ringkasan Artikel Digital Logic Introduction Using FPGAs
Eka Budi S1, Frans Bayu P2, Aditya Apriyanto P3
Fakultas Teknologi Industri, Universitas Ahmad Dahlan
S.H. Janturan, Warungboto, Umbulharjo, Kota Yogyakarta, Daerah Istimewa Yogyakarta 5516
Eka1500022082@webmail.uad.ac.id, frans1500022083@webmail.uad.ac.id,
aditya1500022084@webmail.uad.ac.id
Abstract
Makalah ini menjelaskan adaptasi dari karya-karya laboratorium Arsitektur Komputer
yang diberikan di Fakultas Teknik dalam bahasa asing dari Universitas POLITEHNICA
Bucharest untuk tren baru dalam desain logika digital. Laboratorium diberikan dalam
pendekatan bertahap, dimulai dengan simulasi, dilanjutkan dengan desain breadboard dan
selesaikan dengan sirkuit yang dibuat pada perf-board. Sekarang kami sedang mempersiapkan
untuk melengkapi sisi praktis laboratorium dengan desain Field-Programmable Gate Array
(FPGA), sehingga para siswa akan memahami, mensimulasikan, mempersatukan dan
melaksanakan sirkuit yang sudah dipelajari dalam pendekatan awal yang digunakan simulasi
diikuti oleh desain praktis terintegrasi sirkuit.
Keywords: logika digital, FPGA
1. Introduction
1.1. Mengajar desain logika digital
Desain Logika digital diberikan kepada siswa di tahun pertama studi, banyak dari
mereka berasal dari luar negeri. Mereka memiliki berbagai macam latar belakang dan
mengajarkan langsung kepada mereka FPGA (Field-Programmable Gate Array) dan EDA
(Electronic Design Automation) dengan pekerjaan rumah Multisim, desain komputer Xilinx ISE
dan simulasi dan verifikasi papan FPGA, seperti yang disarankan dalam (Noga, 2010) dan
(Wang, 2011) terlalu sulit. Sekarang mereka mempersiapkan dalam pengantar Arsitektur
Komputer dengan karya-karya laboratorium yang mengikuti pendekatan bertahap belajar
melalui eksperimen (Pavaloiu, Stoica, Nedelcu, Dragoi & Petrescu, 2014).
1.2. Belajar melalui eksperimen
Salah satu masalah pendidikan adalah gagalnya teori untuk pengaplikasian dan ini
bisa menjadi ancaman yang mengerikan untuk instruksi teknik. Kami percaya bahwa siswa
belajar perangkat keras komputer dengan baik jika mereka diberikan latihan pembelajaran
praktis yang menggambarkan konsep teoritis. Mengintensifkan kombinasi buku teks dan
rekayasa penggunaan praktis, sehingga dapat meningkatkan efektivitas mengajar,
mengembangkan minat siswa dan meningkatkan kemampuan mereka praktis yang
komprehensif (Zhao & He, 2012)
1.3. Tahapan-tahapan untuk Desain Sirkuit
Desain breadboard yang sebenarnya sedikit lebih rumit daripada yang dibuat
menggunakan JBB, karena mereka menyingkirkan lapisan terakhir abstraksi dan
penyederhanaan. Rangkaian ini dibuat oleh sirkuit terpadu standar, yang didukung oleh sebuah
baterai melalui penstabil tegangan dan menunjukkan status menggunakan LED asli. Pada
Gambar. 1 ditunjukkan papan tempat memotong roti implementasi rangkaian lampu lalu lintas.
Gbr. 1. Lampu lalu lintas reusable circuit diimplementasikan pada breadboard

2.  ISSN: 1693-6930
TELKOMNIKA Vol. 13, No. 2, June 2015 : 125 – 132
282
2. FPGA Circuits
2.1. Digilent BASYS2
Kami akan menggunakan papan Digilent Basys2 sebagai alat demonstrasi untuk
pekerjaan laboratorium. Pada Gambar. 2 ditunjukkan Papan BASYS2, desain sirkuit dan
platform implementasi yang dapat digunakan siapa pun untuk mendapatkan pengalaman
membangun sirkuit digital nyata. Dibangun di sekitar Xilinx Spartan-3E Field Programmable
Gate Array dan Atmel AT90USB2 USB controller, Basys2 board sangat lengkap, siap
digunakan perangkat keras yang cocok untuk rangkaian hosting mulai dari perangkat logika
dasar untuk pengendali kompleks. Kumpulan besar perangkat I / O on-board dan semua FPGA
yang diperlukan Sirkuit pendukung disertakan, sehingga sejumlah besar desain sirkuit dapat
dibuat tanpa perlu komponen yang lain (Digilent inc., 2007).
Gbr 2. BASYS2 FPGA board
3. Digital Logic Introduction menggunakan FPGA Circuits
3.1. XOR dengan 4 gerbang NAND
Sirkuit pertama adalah fungsi XOR yang dibuat dengan 4 gerbang NAND (Even &
Medina, 2012), seperti pada Gambar. 3. Port A dan B untuk sinyal IN dan port Y untuk sinyal
OUT. Sirkuit digambar dalam ISE WebPack Schematics.
Gambar 3: Bentuk gelombang untuk sirkuit XOR
3.2. Sirkuit lampu lalu lintas pada FPGA
Sirkuit kedua adalah simulasi lampu lalu lintas sederhana yang dibuat dengan D jenis
flip-flop (Wang & all, 2013) dan itu ditunjukkan pada Gambar. 4. Sirkuit memiliki 2 input, SW dan
CLK, dan 3 output sesuai dengan 3 LED, bernama LED1, LED2 dan LED3. Masukan CLK
mengatur waktu pencahayaan untuk setiap LED. Waktu pencahayaan sama untuk semua LED.
Masukan SW memulai rangkaian. Konfigurasi menggunakan fungsi CMOS D flip-flop, 4013
series.
Gambar. 4. Skematik sirkuit lampu lalu lintas menggunakan ISE WebPack Schematics
4. Kesimpulan
Dalam makalah ini kami sajikan beberapa masalah utama dari proses pembelajaran FPGA
secara umum dan beberapa masalah khusus dari lingkungan pengajaran kita pada khususnya.
Melanjutkan metode pengajaran bertahap yang diterapkan sekarang dengan
pengenalan sirkuit FPGA dari tahun pertama studi. Kami mengusulkan membawa metodologi
desain modern dalam pengajaran kursus, berdasarkan pengalaman praktis, dari tahun pertama
studi, membuka cakrawala masa depan yang luas pengembangan kepada siswa. Sebagai
strategi aktual untuk menangani masalah saat ini tentu saja FPGA pendidikan lebih tinggi,
metode ini telah membuat pencapaian tertentu baik dalam pengajaran maupun eksperimen.