Bab II Landasaran Teori
2.4 Seven Segment
Seven Segment merupakan device yang berfungsi untuk menampilkan bilangan decimal dimana bilangan tersebut dinyatakan oleh segment (LED) yang akan menyala untuk menampilkan bilangan decimal tersebut.
Seven Segment dibedakan menjadi dua yaitu :
a) Common Anode
Common Anode adalah jenis seven segment yang menggabungkan seluruh kaki anode dari LED dan menghubungkannya ke satu pin yang akan diberi dengan Vcc. Sehingga untuk menyalakan satubuah segment, kaki cathode dari setiap LED perlu dihubungkan dengan Ground.
Dapat kita lihat dari gambar di atas bahwa untuk menyalakan setiap segment dari LED tersebut pin2 cathode tersebut yang telah diberi nama huruf,harus diberikan logic 0 (ground) sehingga segment tersebut dapat menyala karena terjadi perbedaan tegangan di kaki cathode dan anode, kaki anode mempunyai tegangan lebih tinggi dari cathode.
b) Common Cathode
Common Cathode adalah jenis seven segment yang menggabungkan seluruh kaki Cathode dari LED dan menghubungkannya ke satu pin yang akan diberi dengan Ground. Sehingga untuk menyalakan satu buah segment kaki Anode dari setiap LED perlu dihubungkan dengan Vcc (5V).
Dapat kita lihat dari gambar di atas bahwa untuk menyalakan setiap segment dari LED tersebut pin2 Anode tersebut yang telah diberi nama huruf, harus diberikan logic 1 (Vcc) sehingga segment tersebut dapat menyala karena terjadi perbedaan tegangan di kaki cathode dan anode, kaki anode mempunyai tegangan lebih tinggi dari cathoode.
2.5 Timer dan Multivibrator
Pada saat ini sudah banyak rangkaian digital yang menggunakan clock. Terutama dalam penggunaan rangakaian synchronous. Pada rangkaian ini pengunaan clock amatlah penting.
Clock biasanya terdiri dari logic-logic high dan low. Yang biasanya diberikan kepada suatu rangkaian. Agar rangkaian tersebut dapat bekerja. Clock dapat dihasilkan dari berbagai cara mulai dari penggunaan gerbang-gerbang logika sampai dengan penggunaan IC contohnya LM555.
IC LM 555
Rangkaian timer (pewaktu) adalah rangkaian yang menghasilkan perubahan keadaan
output sesudah selang waktu yang ditentukan. Salah satu rangkaian terpadu (IC) yang
paling banyak digunakan sebagai timer adalah IC tipe 555. IC ini digunakan untuk membuat tundaan waktu atau osilasi (Osilator) yang cukup akurat dari mikro detik sampai beberapa menit. Pada IC Timer 555, didalamnya digabungkan sebuah osilator relaksasi, dua pembanding (comparator), flip-flop RS dan transistor
Konfigurasi Pin dari LM 555 :
Pin 1 Pin Ground
Pin 2 Pin untuk eksternal trigger, diperlukan untuk rangkaian monostable dan bistable pada LM 555.
Pin 3 Pin Output
Pin 4 Pin Reset yang berfungsi untuk mereset rangkaian Flip-Flop yang terdapat di dalam LM 555.
Pin 5 Pin Control Voltage, biasanya digunakan untuk mengontrol tegangan agar lebih stabil dengan dihubungkan ke kapasitor.
Pin 6 Pin Threshold merupakan pin tempat masuknya tegangan kapasitor yang digunakan untuk konfigurasi rangkaian astbale , monosatble dan bistable. Pin 7 Pin Discharge merupakan pin tempat masuknya arus discharging dari
kapasitor ke ground yang melalui transistor yang terdapat di dalam LM 555. Pin 8 Pin Vcc merupakan pin input daya untuk LM554 agar bekerja.
Berikut adalah contoh gambar output dari sebuah clock :
Penggunaan clock tidak lepas juga dari hal-hal yang perlu kita ketahui yaitu : a) Periode
Periode adalah waktu yang diperlukan suatu signal untuk mendapatkan 1 cycle signalnya. Biasanya dilambangkan dengan huruf T dan dalam satuan second (detik).
b) Frekuensi
Frekuensi adalah banyaknya cycle yang dapat dibentuk oleh suatu signal dalam 1 detik. Biasanya dilambangkan dengan huruf f dan dalam satuan Hertz (Hz).
c) Duty Cycle
Duty Cycle adalah perbandingan lama waktu suatu signal berada dalam kondisi high dengan lama waktu suatu signal tersebut dalam kondisi (high+low), duty cycle sangat berguna dalam merancang alat-alat yang menggunakan konsep PWM (Pulse Width Modulation).
Contoh alat-alat yang menggunakan konsep PWM adalah penggunaan lampu yang dapat diatur terangnya, tidak seperti lampu yang biasa dimana hanya dapat menyala dan mati, namun lampu yang mengunakan konsep PWM dapat membuat derajat terangnya diantara terang total dan mati.
Rumus Duty Cycle
Duty Cycle =
Rangkaian pembangkit signal clock sering disebut multivibrator.
dengan keluaran yang saling berhubungan dengan masukan yang lain. Umpan balik positif yang dihasilkan menyebabkan piranti yang satu harus di cut off, sedangkan piranti yang lain dipaksa melakukan penghantaran. Multivibrator dikelompokkan kedalam bistable, monostable dan astable.
Berikut adalah contoh-contoh rangkaian multivibrator : a) Astable
Astable adalah rangkaian pembangkit signal yang outputnya tidak stabil di dua state (high dan lownya) dan terus beroscilasi dari satu state ke state lainnya. Dalam hal ini tidak diperlukan sinyal trigger luar untuk menghasilkan perubahan keadaan. Karena sifat osilasi diantara dua keadaan ini, rangkaian astabil digunakan untuk menghasilkan gelombang segi empat.
Cara kerja dari konfigurasi Astable pada LM 555
Tegangan kapasitor pada awalnya masih berlogic 0 . Sehingga Op-Amp atas kaki input – mendapatkan tegangan 2/3 Vcc sedangkan kaki + mendapatkan tegangan 0V, karena tegangan kaki – lebih besar dari kaki + maka op-amp atas akan mengeluarkan logic 0. Kemudian Op-Amp bawah kaki input – mendapatkan tegangan 0 V, dan kaki + mendapatkan tegangan 1/3 Vcc, karena tegangan kaki + lebih besar dari kaki – maka Op-Amp mengeluarkan logic 1. Kedua hal tersebut diatas membuat pin S mendapatkan logic 0 dan pin R mendapatkan logic 1 sehingga RS Flip-Flop akan membuat Q berlogic 0 (membuat transistor tidak aktif dan kapasitor tidak bisa discharging) dan Q’ (Output) berlogic 1.
Kemudian karena kapasitor yang terus charging, dan ketika tegangan kapasitor mencapai titik tegangan sedikit diatas 1/3 Vcc. Ini membuat Op-Amp atas kaki input
– mendapatkan tegangan 2/3 Vcc sedangkan kaki + mendapatkan tegangan sedikit diatas 1/3Vcc, karena tegangan kaki – lebih besar dari kaki + maka op-amp atas akan mengeluarkan logic 0. Kemudian Op-Amp bawah kaki input – mendapatkan tegangan sedikit diatas 1/3Vcc, dan kaki + mendapatkan tegangan 1/3 Vcc, karena tegangan kaki + lebih kecil dari kaki – maka Op-Amp mengeluarkan logic 0. Kedua hal tersebut diatas membuat pin S mendapatkan logic 0 dan pin R mendapatkan logic 0 sehingga RS Flip-Flop akan membuat kondisi hold dan output sebelumnya yaitu Q berlogic 0 (membuat transistor tidak aktif dan kapasitor tidak bisa discharging) dan Q’ (Output) berlogic 1 akan dipertahankan.
Kemudian kapasitor akan terus charging sampai tegangan kapasitor mencapai titik tegangan sedikit di atas 2/3 Vcc. Ini membuat Op-Amp atas kaki input – mendapatkan tegangan 2/3 Vcc sedangkan kaki + mendapatkan tegangan sedikit diatas 2/3Vcc, karena tegangan kaki – lebih kecil dari kaki + maka op-amp atas akan mengeluarkan logic 1. Kemudian Op-Amp bawah kaki input – mendapatkan tegangan sedikit diatas 2/3Vcc, dan kaki + mendapatkan tegangan 1/3 Vcc, karena tegangan kaki + lebih kecil dari kaki – maka Op-Amp mengeluarkan logic 0. Kedua hal tersebut diatas membuat pin S mendapatkan logic 1 dan pin R mendapatkan logic 0 sehingga RS Flip-Flop akan membuat kondisi Q berlogic 1 (membuat transistor aktif dan kapasitor bisa discharging) dan Q’ (Output) berlogic 0.
Kemudian karena kapasitor terus dapat discharging maka tegangan kapasitor akan turun ketika tegangan kapasitor sedikit dibawa 2/3 Vcc. Ini membuat Op-Amp atas kaki input – mendapatkan tegangan 2/3 Vcc sedangkan kaki + mendapatkan tegangan sedikit dibawah 2/3Vcc, karena tegangan kaki – lebih besar dari kaki + maka op-amp atas akan mengeluarkan logic 0. Kemudian Op-Amp bawah kaki input – mendapatkan tegangan sedikit dibawah 2/3Vcc, dan kaki + mendapatkan tegangan 1/3 Vcc, karena tegangan kaki + lebih kecil dari kaki – maka Op-Amp mengeluarkan logic 0. Kedua hal tersebut diatas membuat pin S mendapatkan logic 0 dan pin R mendapatkan logic 0 sehingga RS Flip-Flop akan membuat kondisi hold dimana output sebelumnya Q berlogic 1 (membuat transistor aktif dan kapasitor bisa discharging) dan Q’ (Output) berlogic 0 akan terus dipertahankan.
Kemudian karena kapasitor terus dapat discharging maka tegangan kapasitor akan turun ketika tegangan kapasitor sedikit dibawah 1/3 Vcc. Ini membuat Op-Amp atas kaki input – mendapatkan tegangan 2/3 Vcc sedangkan kaki + mendapatkan tegangan sedikit dibawah 1/3Vcc, karena tegangan kaki – lebih besar dari kaki + maka op-amp atas akan mengeluarkan logic 0. Kemudian Op-Amp bawah kaki input – mendapatkan tegangan sedikit dibawah 1/3Vcc, dan kaki + mendapatkan tegangan 1/3 Vcc, karena tegangan kaki + lebih besar dari kaki – maka Op-Amp mengeluarkan logic 1. Kedua hal tersebut diatas membuat pin S mendapatkan logic 0 dan pin R mendapatkan logic 1 sehingga RS Flip-Flop akan membuat kondisi Q berlogic 0 (membuat transistor tidak aktif dan kapasitor tidak bisa discharging) dan Q’ (Output)
berlogic 1. Kondisi tersebut diatas akan membuat kapasitor charging kembali dan mengulang kondisi dimana tegangan kapsitor sedikit diatas 1/3 Vcc dan seterusnya.
Hal penting yang perlu diketahui dalam konfigurasi Astable LM 555 adalah
A) Resistor A dan B akan mempengaruhi kecepatan charging dari kapsitor.
B) Resistor B akan mempengaruhi kecepatan discharging dari kapasitor.
C) Besarnya Capasitor ( C ) juga akan mempengaruhi cepat atau lambatnya proses charging dan discharging.
Dan dapat dihitung melalui rumus-rumus berikut ini :
tH = 0,693 (RA+RB).C tL = 0,693 (RB).C
Periode dan frekuensi
T = tH+tL = 0,693 ( RA + 2RB ) C f =
Dengan demikian,duty cycle dari operasi astable ini dapat dihitung dengan rumus :
D =
Siklus periode dari gelombang keluaran (pin 3) dapat digambarkan sebagai berikut:
Keterangan :
t : berlangsungnya periode
tL : berlangsungnya periode saat sinyal “0” (low) tH : berlangsungnya periode saat sinyal “1” (high)
b) Monostable
Monostable adalah rangkaian pembagkit signal yang outputnya stabil di satu state saja dengan kata lain menghasilkan satu pulsa dengan selang waktu tertentu dalam menanggapi suatu sinyal trigger dari luar. Ini berarti bahwa hanya satu saja keadaan stabil. Sedangkan state yang lainnya tidak stabil. Rangkaian monostable output statenya akan tidak stabil di suatu periode waktu tertentu (yang dapat ditentukan lewat rumus monostable) ketika mendapatkan trigger external, namun setelah itu akan langsung berpindah state ke posisi stabil lagi. Karena itu rangkaian monostable banyak sekali dikenal dengan nama one shot circuit. Aplikasi yang banyak
digunakan pada rangkaian monostable adalah penggunaan untuk mencegah bouncing pada saklar.
Step 0 : Pada awalnya tegangan kapasitor 0V sehingga membuat op-amp atas
mempunyai kaki – bertegangan 2/3 Vcc dan kaki + bertegangan 0 V karena kaki – mempunyai tegangan lebih tinggi dari kaki + maka Op-Amp atas akan mengeluarkan logic 0. Untuk Op-Amp bawah ketika trigger dibiarkan dalam posisi high maka kaki – mempunyai tegangan sebesar Vcc, sedangkan kaki + mempunyai tegangan 1/3 Vcc karena kaki – mempunyai tegangan lebih besar dari kaki + maka Op-Amp bawah mengeluarkan logic 0. Sehingga RS Flip-Flop mempunyai input S berlogic 0 dan R berlogic 0. Ini akan membuat kondisi hold sehingga membuat output sebelumnya tertahan (jika dimisalkan output sebelumnya Q bernilai 1 dan Q’ bernilai 0) maka output sekarang Q berlogic 1 (membuat transistor aktif dan kapasitor dapat discharging) dan Q’ berlogic 0. Hal ini akan terus berulang sampai mendapatkan trigger.
Step 1: Lalu ketika trigger diberikan artinya terhubung ke ground sesaat. Maka kaki -
dari Op-Amp bawah akan berlogic 0 sesaat sehingga membuat kaki – mendapatkan tegangan yang lebih rendah dari kaki + yaitu 1/3 Vcc sehingga ini membuat Op-Amp bawah mengeluarkan logic 1. Karena kondisi Op-AMP atas output tidak berubah artinya mengeluarkan logic 0, maka Rs Flip-Flop akan mendapat kondisi logic S bernilai 0 dan R berlogic 1, sehingga output nya berubah menjadi Q berlogic 0 (membuat transistor tidak aktif dan kapasitor tidak dapat discharging melainkan kapasitor akan charging) dan Q’ berlogic 1. Inilah yang dinamakan one shot. Setelah periode waktu tertentu karena trigger telah kembali ke posisi Vcc maka ini membuat kondiosi kaki – op-amp bawah lebih besar dari kaki + nya membuat op-amp bawah
mengeluarkan logic 0 sehingga ini dapat membuat RS Flip-Flop mengeluarkan kondisi hold (menahan output sebelumnya )karena input S berlogic 0 dan R berlogic 0. Pada saat kondisi inilah bouncing dapat dihilangkan (salah satu keunggulan dari Monostable)
Step 2: Ketika kapasitor charging terus dan mencapai tegangan sedikit diatas 2/3 Vcc
(lamanya tergantung dari resistor Ra dan Kapasitor) sehingga membuat op-amp atas mempunyai kaki – bertegangan 2/3 Vcc dan kaki + bertegangan sedikit diatas 2/3 Vcc karena kaki – mempunyai tegangan lebih rendah dari kaki + maka Op-Amp atas akan mengeluarkan logic 1. Untuk Op-Amp bawah ketika trigger dibiarkan dalam posisi high maka kaki – mempunyai tegangan sebesar Vcc, sedangkan kaki + mempunyai tegangan 1/3 Vcc karena kaki – mempunyai tegangan lebih besar dari kaki + maka Op-Amp bawah mengeluarkan logic 0. Sehingga RS Flip-Flop mempunyai input S berlogic 1 dan R berlogic 0. Ini akan membuat output sekarang Q berlogic 1 (membuat transistor aktif dan kapasitor discharging) dan Q’ berlogic 0 (kondisi ini akan stabil).
Step 3 : Hal tersebut diatas akan membuat kapasitor discharging terus sehingga
tegangan kapasitor 0 V dan membuat amp atas mengeluarkan logic 0. Dan op-amp bawah juga mengeluarkan logic 0, karena kaki – mempunyai tegangan Vcc dan kaki + hanya mempunyai 1/3 Vcc. Sehingga ini Output dari RS FF akan hold dan mengeluarkan output sebelumnya yaitu akan tetap yaitu Q berlogic 1 dan Q’ berlogic 0. Hal ini akan tetap sampai trigger kemabali diberikan.
Untuk step selanjutnya, cara kerja akan terus berulang dimulai dari urutan step 1 (ketika trigger diberikan akan lanjut ke step 1 jika tidak diberikan akan terus berulang di step 3) 2 3 lalu kembali lagi ke step 1.
Hal yang perlu diketahui dalam konfigurasi monostable. Logic perubahan (One Shot) akan ditahan berdasarkan waktu yang tergantung oleh konfigurasi Ra dan C. Dan dapat dihitung melaui rumus berikut :
tH = 1.1 RA.C
Bistable adalah rangkaian pembangkit signal yang outputnya stabil di kedua statenya (high maupun low). Rangkaian multivibrator bistable memiliki ciri-ciri, bahwa rangkaian ini tetap berada pada tingkatan (level) keluaran yang diberikan apabila tidak dikenakan sinyal (trigger) dari luar. Penerapan sinyal dari luar akan menyebabkan perubahan keadaan, dan tingkat keluaran ini akan tetap sampai ada sinyal dari luar berikutnya. Jadi rangkaian bistable memerlukan dua sinyal sebelum kembali kekeadaan awal.