BAB I
DASAR-DASAR ELEKTRONIKA DIGITAL
Pada bab-bab Elektronika Analog telah dibahas saklar transistor dan
multivibrator. Kedua pembahasan itu kini telah berkembang lebih jauh sebagai
Elektronika Digital, dimana saklar transistor berkembang menjadi yang dikenal sebagai
pintu logika, yaitu saklar elektronik yang memiliki kemampuan untuk mengambil
keputusan berdasar pada keadaan beberapa masukannya. Dengan kombinasi antara
pintu logika dan flip-flop dibuat bermacam-macam alat yang menggunakan elektronika
digital. Lebih jauh lagi Elektronika Digital telah banyak beralih ke dalam IC
membentuk mikroprosesor dan berbagai komponen bantuannya.
Pada bahan ajar ini dan berikutnya kita akan mempelajari Elektronika Digital.
Bahan ajar ini membahas dasar-dasar elektronika digital, yaitu pengertian tentang
logika biner dan bilangan biner, beberapa pengertian dan penerapan pintu logika,
rangkaian elektronika dibalik pintu-pintu logika, dan terakhir tentang flip-flop. Pada
bab-bab terakhir pembahasan kita lanjutkan hingga mencakup komponen-komponen
digital yang lebih canggih. Sudah barang tentu kita tak akan membahas segala sesuatu
tentang elektronika digital hanya dengan dua bab saja.
1.1 SISTEM BILANGAN
Desimal : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (bilangan dasar 10)
Biner : 0 dan 1 (bilangan dasar 2)
Heksadesimal : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F (bilangan dasar 16)
Oktaf : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (bilangan dasar 8)
Tabel 1-1. Bilangan biner, desimal, hexadesimal
Biner Desimal Heksadesimal 1
Konversi Desimal ke Biner
Ada beberapa cara konversi desimal ke biner, antara lain adalah dengan menggunakan
cara pembagian:
Contoh: ubah 5310 menjadi bilangan biner.
Solusi:
Contoh konversi lain:
Biner ke Desimal:
110012 = 11001B = 1 x 24 + 1 x 23 + 0 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20
= 16D + 8D + 0D + 0D +1D
Hexadesimal ke Desimal:
152B16 = (1 x 163) + (5 x 162) + (2 x 161) + (11 x 160)
= (1 x 4096) + (5 x 256) + (2 x 16) + (11 x 1)
= 4096 + 1280 + 32 + 11
= 541910 = 5419D
Desimal ke Hexadesimal:
5419/16 = 338 sisa 1110 B16 LSB
338/16 = 21 sisa 210 216
21/16 = 1 sisa 510 516
1/16 = 0 sisa 110 116 MSB
Sehingga 541910 = 152B16
Hexadesimal ke Biner:
Ubah 2A5C16 ke BilanganBiner
216 = 00102 MSB
A16 = 10102
516 = 01012
C16 = 11002 LSB
Sehingga 2A5C16 = 0010 1010 0101 11002
Biner ke Hexadesimal:
Ubah 0010 1010 0101 11002 ke Bilangan Hexadesimal.
00102 = 216 MSB
10102 = A16
01012 = 516
11002 = C16 LSB
Sehingga 0010 1010 0101 11002 = 2A5C16
Desimal ke BCD
Pada beberapa aplikasi sering kali lebih sesuai apabila setiap digit bilangan desimal
diubah menjadi 4 digit bilangan biner. Hasilnya sering disebut Binary Code Decimal
Contoh:
17510 = 1 7 5
0001 0111 0101
Sehingga: 17510 = 0001 0111 0101 BCD
1.2 GERBANG LOGIKA 1.2.1 Gerbang AND
Simbol:
Gambar 1-1. Simbul dan persamaan gerbang AND
Tabel 1-2. Tabel kebenaran gerbang AND
A B F AB
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
Keluaran yang dihasilkan pada gerbang AND dalam
keadaan tinggi (high) jika semua masukan dalam
keadaan tinggi. Sebaliknya jika keadaan masukan
berbeda atau semua masukan dalam keadaan rendah
(low) maka keluaran yang dihasilkan dalam keadaan
rendah (low).
1.2.2 Gerbang OR
Simbul:
Gambar 1-2. Simbul dan persamaan gerbang OR
Tabel 1-3. Tabel kebenaran gerbang OR
A B F AB
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0
Keluaran yang dihasilkan oeh gerbang OR dalam
kea- daan tinggi jika masukan memiliki keadaan
berbeda atau semua masukan mempunyai keadaan
tinggi. Sebaliknya, jika semua masukan dalam
mempunyai ke adaan logika rendah.
1.2.3 Gerbang NOT
Simbul:
Gambar 1-3. Simbul dan persamaan gerbang NOT
Tabel 1-4. Tabel Kebenaran gerbang NOT
A F A
1 0
0 1
Keluaran yang dihasilkan oleh gerbang NOT
mempunyai keadaan yang berkebalikan dengan
keadaan masukannya. Jika masukan dalam keadaan
tinggi maka keluaran yang dihasilkan dalam keadaan
rendah, sebaliknya jika masukan dalam keadaan
rendah maka keluaran yang dihasilkan dalam keadaan
tinggi.
1.2.4 Gerbang NAND (NOT dan AND)
Simbol:
Gambar 1-4. Simbul gerbang AND dan NOT
Biasa disimbulkan dengan:
Gambar 1-5. Simbul gerbang AND
Tabel 1-5. Tabel Kebenaran gerbang NAND
Masukan Keluaran
A B AB F=AB
1 1 1 0
1 0 0 1
0 1 0 1
0 0 0 1
Gerbang NAND adalah gerbang gerbang
AND yang diNOTkan. Keluaran yang
dihasilkan pada gerbang NAND ini dalam
keadaan tinggi jika masukan dalam
keadaan logika berbeda atau semua
masukannya memiliki keadaan logika
1.2.5 Gerbang NOR (NOT dan OR)
Simbol:
Gambar 1-6. Gerbang NOT – OR
Biasanya dinyatakan dengan simbul
Gambar 1-7. Gerbang NOR
Tabel 1-6. Tabel Kebenaran NOR
Masukan Keluaran
A B AB F AB
1 1 1 0
1 0 1 0
0 1 1 0
0 0 0 1
Gerbang NOR adalah gerbang OR yang
diNOTkan. Keluaran yang dihasilkan dalam
keadaan tinggi jika semua masukan dalam
keadaan rendah. Sebaliknya keluaran dalam
keadaan rendah jika masukan dalam keadaan
berbeda atau semua masukan dalam keadaan
tinggi.
1.2.6 Gerbang EXOR Simbol:
Gambar 1-8. Simbul dan persamaan gerbang EXOR
Tabe 1-7. Tabel Kebenaran Gerbang EXOR
A B F AB
1 1 0
1 0 1
0 1 1
0 0 0
Gerbang EXOR mempunyai keluaran yang unik.
Keluaran dalam keadaan logika tinggi jika
masukannya mempunyai keadaan yang berbeda.
Sebaliknya jika semua masukan dalam keadaan
logika sama maka keluaran yang dihasilkan dalam
keadaan rendah.
Gambar 1-9. Gerbang EXNOR
Tabel 1-8. Tabel Kebenaran gerbang EXNOR
diNOTkan. Sehingga keluaran yang dihasilkan
merupakan kebalikan dari keluaran yang
dihasulkan oleh gerbang EXOR. Keluaran dalam
keadaan tinggi jika semua masukan mempunyai
keadaan sama, sebaliknya keluaran yang
dihasilkan dalm keadaan rendah jika masukan
dalam keadaan berbeda.
1.3 ALJABAR BOOLE 1.3.1 Teorema Aljabar Boole
0
1.3.2 Teorema D’Morgan
B
B
Gambar 1.10. Membangun OR dari NAND
b. Membangun gerbang OR dari NOR
B
Gambar 1-11. Membangun OR dari NOR
c. Membangun gerbang AND dari NOR
B
Gambar 1-12. Membangun AND dari NOR
d. Menbangun gerbang AND dari NAND
B
Gambar 1-13. Membangun AND dari NAND
e. Membangun gerbang EXOR dari NAND
AB ABGambar 1-14. Membangun EXOR dari NAND
f. Membangun gerbang EXNOR dari NAND
A
AB
ABGambar 1-15. Membangun EXNOR dari NAND
1.3.3 Gerbang logika 3 masukan Tabel 1-9. Gerbang
AND 3 masukan
Bentuk rangkaian dari persamaan:
F = ABC
F = (AB) C dengan gerbang AND
Gambar 1-16. Gerbang AND 3 masukan dari AND 2 masukan.
Bentuk rangkaian dari persamaan F ABCdengan gerbang NAND
Gambar 1-17. Gerbang AND 3 masukan dari NAND 2 masukan.
Rangkaian berikut hasilnya sama, tapi rangkaiannya berbeda:
C
1.3.4
Sum of Product
Tabel 1-10. Tabel kebenaran EXOR
Persamaan EXOR menjadi: F AB AB
b. Rangkaian Half Adder (HA):
Keterangan: A, B = input C, S = output S = Sum C = Carry Gambar 1-18. Rangkaian Half Ader
Tabel 1-11. Tabel kebenaran rangkaian Half Adder
Persamaan HA menjadi:
C = AB adalah pers. AND gate
a. Bangun rangkaian HA tersebut menggunakan NAND gate (gunakan persamaan
aljabar Boole dan d’Morgan).
b. Bangun rangkaian HA tersebut menggunakan NOR gate.
Persamaan tiga masukan:
Tabel 1-12. Cara menentukan persamaan tiga masukan
Persamaan menjadi: F ABC ABC ABC ABC
Tugas: dengan menggunakan persamaan aljabar Boole dan d’Morgan, bangun rangkaian tersebut menggunakan NAND gate dua masukan.
1.4 RANGKAIAN DIGITAL 1.4.1 Aplikasi pada gerbang NOT Saklar transistor
VCC = VRC + VCE
VCC = IC.RC + VCE
iC= β iB
Ganbar 1-19. Rangkaian saklar elektronik
1.4.2 Aplikasi pada gerbang OR
Gambar 1-20. Rangkaian gerbang OR
Jika salah satu masukan 1 akan menghasilkan
F = 1.
Jika dioda diberi panjar maju, maka
hambatannya kecil. Sebaliknya jika dioda
diberi panjar mundur, maka hambatannya
besar.
1.4.3 Aplikasi pada gerbang AND
Gambar 1-21. Rangkaian
Jika kedua masukan A dan B adalah 1,
maka keluaran F = 1.
Jika salah satu masukan adalah 1, maka
gerbang AND
1.5 FLIP-FLOP
Flip-flop atau bistabil atau mempunyai dua keadaan stabil. Satu ciri dari flip-flop adalah
keluaran tetap berada pada keadaan stabilnya walaupun isyarat masukan yang
menyebabkan keadaan itu telah berubah. Perubahan berikutnya pada masukan akan
mengubah keadaan ke luaran flip-flop. Jadi flip-flop ini mempunyai kemampuan
mengingat keadaan logika. Dengan flip-flop ini dapat dibuat pencacah, pembagi
frekuensi, memori komputer dan lainnya. Flip-flop ang akan dibahas dalam topik ini
adalah berbagai macam flip-flop, seperti S-R latch, flip-flop JK, flip-flop D, dan flip-flop
T.
1.5.1 LATCH
Suatu flip-flop sederhana dapat dibuat dengan pintu NAND seperti pada Gambar 1-22
Tabel 1-13: Tabel kebenaran latch SR
S R Q Qn Keterangan
L L H H Terlarang
L H L H
H L H L
H H Tetap Tetap Ingat
A b
Gambar 1-22. (a) Rangkaian Latch RS, (b) Simbul Latch RS.
Bila masukan R pada keadaan HIGH dan S pada keadaan LOW, maka keluaran Q akan
LOW dan Q akan HIGH. Dari tabel kebenaran terlihat bahra selama masukan R dan S
berbeda, maka keluaran pada Q ikut S dan keluaran Q nengikuti R.
Jika kedua masukan HIGH maka keadaan keluaran akan tetap pada keadaan sebelum
keadaan masukan menjadi HIGH, keadaan ini disebut keadaan INGAT. Jika kedua
masukan LOW maka keadaan keluaran adalah HIGH, selajutnya jika kedua masukan
Keadaan ini haruslah dihindari, sehingga keadaan ini disebut keadaan terlarang. Sebagai
contoh penggunaan LATCH RS pada Gambar 1-23.
Mula-mula saklar reset ditekan sebentar akan membuat Q nenjadi H sehingga lanpu LED
padam dan Q nenjadi L seperti pada diagram timing pada Gambar 1-23(b). Bila pada
suatu saat saklar T terhubung dengan tanah walau hanya sekejap, keluaran Q akan
menjadi L sehingga lanpu LED akan nenyala, dan Q menjadi H. Dalam keadaan ini bila
saklar T terhubungkan ke tanah keadaan flip-flop tidak berubah, oleh karena flip-flop
dalam keadaan ingat. Baru setelah saklar reset dihubungkan dengan tanah walau hanya
sebentar Q nenjadi H sehingga lampu LED padam, dan Q menjadi L. Bila setelah ini
saklar T berhubungan dengan tanah, maka lanpu LED akan menyala lagi.
(a) (b)
Gambar 1-23. (a) rangkaian Latch RS (b) diagram timing
Kata LATCH dapat diterjemahkan dengan kata mengait. Perubahan keadaan sekejap (S
→ L, R → H) pada masukan menyebabkan keadaan keluaran mengait pada suatu
keadaan. Walaupun masukan sudah berubah kena lagi (S → H, R → H) keadaan
keluaran tetap pada keadaannya. Sifat int dimanfaatkan pada penggunaan flip-flop
sebagai komponen memori semikonduktor. LATCH RS juga dapat dibuat dengan pintu
NOR seperti dditunjukkan pada Gambar 1-24.
Tabel 1-14. Tabel kebenaran RS Latch dengan pintu NOR
S R Q Q
L L Tetap Tetap
L H L H
H L H L
Gambar 1-24. Latch RS dengan pintu NOR
LATCH RS juga dapat dibuat dengan pintu NAND seperti dditunjukkan pada Gambar
1-25 dan tabel kebenrannya ditunjukkan seperti pada Tabel 1-15.
(a) (b)
Gambar 1-25. (a) Gated RS Latch (b) Simbul RS Latch
Tabel 2-3: Tabel kebenaran RS Latch
dengan: X = DON'T CARE
Bila G pada keadaan L, maka flip-flop pada keadaan ingat, tak perduli keadaan S atau R.
Fip-flop akan bekerja bila G pada keadaan H. Dengan memasang suatu inverter antara S
dan R kedua masukan ini akan merupakan komplemen satu dengan lainnya dan
komplemen yang dihasilkan disebut D-LATC. D berarti data (Gambar 1-26 a)
G S R Qn+1 Qn1
L X X Qn Qn
H L L Qn Qn
H L H L H
H H L H L
(a) (b)
Gambar 1-26. (a) Rangkaian D-Latch, (b) Simbul D-Latch
Tabel 1-16. Tabel kebenaran D-Latch
G D Qn1 Qn1
L X Qn Qn
H L L H
H H H L
dari tabel kebenaran tampak bahwa keluaran akan nengikuti saklar G ada pada keadaan
H. Agar lebih jelas kerja D-LATCH ini ditunjukkan dengan diagram timing pada Gambar
1-27.
Tanpak bahwa masukan D baru diteruskan ke keluaran Q setelah G dibuat H, walaupun
hanya sebentar.
Gambar 1-27. Diagram timing D-Latch
FLIP-FLOP J K
Masalah keadaan tertentu pada RS LATCH diatasi dengan menggunakan flip-flop JK
(a) (b)
Gambar 1.28. (a) Flip-flop JK (level triggered), (b) Simbul flip-flop JK
Tabel 1-17. Tabel kebenaran JK FF
Ck J K Qn+1 Qn1
L X X Qn Qn
H L L Qn Qn
H L H L H
H H L H L
H H H Qn Qn
Dari tabel kebenaran tampak bahwa bila kedua maskan ada pada keadaan L maka
keluaran akan berubah keadaan setiap kali CK menjadi H. Agar jelas ini dilukiskan
dengan diagram timing (Gambar 1-29).
(a) (b)
Gambar 1-29. (a) Flip-flop JK dipasang sebagai flip-flop toggle (b) Diagram timing untuk flip-flop toggle.
Pada flip-flop JK kadang-kadang diberi masukan kontrol yaitu preset (PR) dan clear
(CLR), seperti pada Gambar 1-30. Kedua masukan ini disebut masukan langsung (direct
Gambar 1-30. (a) Flip-flop JK dengan preset dan clear (b) Simbul flip-flop JK
Tabel 1-18. Tabel kebenaran Flip-flop JK dengan preset dan clear
PR CLR J K G Qn+1 Qn1
L X X X X Tak tentu Tak tentu
L H X X X L H
H L X X X H L
H H X X X Qn Qn
Masukan CK disebut masukan clock. Tampak bahwa masukan PR dan CLR berlaku
seperti masukan RS pada RS LATCH. Flip-flop JK masih mempunyai masalah yaitu
isyarat pada CK harus amat sempit, yaitu harus lebih sempit dari waktu propagasi pintu
togika dan latch. Agar bekerja baik, pulsa CK tak boleh lebih lebar dari 30 nS. Pulsa
sempit seperti ini dapat dibuat suatu monostabil. Masalah pulsa trigger sempit ini dapat
diatasi dengan menggunakan flip-flop dengan trigger tepi (edge-triggered flip-flop) atau
dengan flip-flop master slave.
Cara kerja edge-triggered flip-flop dapat diterangkan dengan diagram timing seperti pada
Gambar 31 untuk pentriggeran tepi negatif (negativ edge triggering). Pada Gambar
1-31 (a) tanda pada masukan CK menyatakan bahwa keadaan masukan akan ditransfer
kepada keluaran pada transisi negatif. Contoh flip-flop JK dengan trigger adalah 74H101,
74H102, 74H103, 74H105, 74H108 dari Texas Instruments.
Flip-flop masterslave terdiri dari dua flip-flop yang dihubungkan seri, flip-flop pertama
disebut master dan flip-flop kedua disebut slave. Transver keadaan masukan ke keadaan
Gambar 1-31. (a) Flip-flop JK master slave sebagai flip-flop (b) diagram timing
Gambar 1-32. Keadaan masukan-keluaran
Tahapan-tahapan tersebut adalah:
1 - 2 isolasi slave dari master
2 - 3 transfer data dari masukan kepada master
3 - 4 non aktifkan masukan data
4 transfer data dari master ke slave .
Diagram timing untuk flip-flop masterslave JK pada Gambar 1-33 (b)
Gambar 1-33. (a) Flip-flop master slave 7473 (b) Diagram timing
Pada diagram timing tanpak bahwa flip-flop masterslave dapat meneruskan pulsa data
pada pulsa clock no 4. Ini berlaku asalkan pulsa data lebih lebar dari 20 ns. Untuk edge
triggered flip-flop pulsa sata ini tidak diterima oleh karena saat transisi negatif pulsa data
sudah berakhir. Flip-f lop masterslave dengan data lock-ouc memungkinkan menerima
