MODUL I
GERBANG TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC (TTL)
1. Tujuan
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa dapat :
a. Mengidentifikasi kemasan DIL IC dan konvensi penomeran pin yang digunakan b. Mengidentifikasi rentang tegangan yang diijinkan untuk input dan output TTL
c. Memahami istilah dari “noise margin” dan fan-out” sebagaimana yang diterapkan untuk gerbang TTL
d. Mengukur level tegangan input dan output TTL e. Mengenali simbol gerbang logika
f. Mengenali tabel kebenaran EXOR/EXNOR g. Mendiagnosa kesalahan dalam gerbang TTL
2. Peralatan yang digunakan
a. CIRCUIT #1 & #5 dan Logic Monitor of D3000 – 4.1 Fundamental of Digital Logic-1 Module.
b. Dua buah Multimeter.
c. Shorting links dan connecting leads.
3. Dasar Teori
Gerbang digit dikenal pula sebagai perangkat digit atau sebagai perangkat logika (logic device). Perangkat ini memiliki satu atau lebih masukan dan satu keluaran. Masing-masing masukan (input) atau keluaran (output) hanya mengenal dua keadaan logika, yaitu logika '0' (nol, rendah) atau logika '1' (satu, tinggi) yang oleh perangkat logika, '0' direpresentasikan dengan tegangan 0 sampai 0,7 Volt DC (Direct Current, arus searah), sedangkan logika '1' diwakili oleh tegangan DC setinggi 3,5 sampai 5 Volt untuk jenis perangkat logika IC TTL (Integrated Circuit Transistor-Transistor Logic) dan 3,5 sampai 15 Volt untuk jenis perangkat IC CMOS (Integrated Circuit Complementary Metal Oxyde Semiconductor).
dalam berbagai aplikasi seperti komputer, kontrol industri, peralatan dan instrumentasi tes, synthesizers, dll.
Jenis-jenis Transistor Logik (TTL):
Bipolar
o 74 - the "standard TTL" logic family (long obsolete) had no letters between the "74" and the specific part number.
o 74L - Low power (compared to the original TTL logic family), very slow (rendered obsolete by the LS-series)
o H - High speed (rendered obsolete by the S-series, used in 1970s era computers)
o S - Schottky (obsolete)
o LS - Low Power Schottky
o AS - Advanced Schottky
o ALS - Advanced Low Power Schottky
o F - Fast (faster than normal Schottky, similar to AS)
CMOS
o C - CMOS 4-15V operation similar to 4000 series
o HC - High speed CMOS, similar performance to LS, 12nS
o HCT - High speed, compatible logic levels to bipolar parts
o AC - Advanced CMOS, performance generally between S and F
o AHC - Advanced High-Speed CMOS, three times as fast as HC
o ALVC - Low voltage - 1.65 to 3.3V, tpd 2nS
o FC - Fast CMOS, performance similar to F
o LCX - CMOS with 3V supply and 5V tolerant inputs
o LVC - Low voltage - 1.65 to 3.3V and 5V tolerant inputs, tpd<5.5ns@3.3v,>
o LVQ - Low voltage - 3.3V
o LVX - Low voltage - 3.3V with 5V tolerant inputs
o VHC - Very High Speed CMOS - 'S' performance in CMOS technology and power
o G - Super high speeds at more than 1 GHz, 1.65V to 3.3V and 5V tolerant inputs, tpd 1nS (Produced by Potato Semiconductor)
BiCMOS
o BCT - BiCMOS, TTL compatible input thresholds, used for buffers
o ABT - Advanced BiCMOS, TTL compatible input thresholds, faster than ACT and BCT
GERBANG AND
Gambar 1.1 Gerbang AND
Gerbang AND seperti pada gambar 1.1 dapat memiliki dua masukan atau lebih. Gerbang ini akan menghasilkan keluaran 1 hanya apabila semua masukannya sebesar 1. Dengan kata lain apabila salah satu masukannya 0 maka keluarannya pasti 0. Contoh IC TTL gerbang AND adalah IC 7408.
Sebagai contoh, perhatikanlah kasus berikut:
Sutoyo ada yang absen atau tidak hadir, maka regu tersebut tidak absah untuk Mewakili Fakultas Sains dan Teknologi dalam turnamen tennis meja tersebut.
Dalam dunia logika digital, semua aspek positif dari suatu kasus diinterpretasikan sebagai true (baca: tru) suatu kata bahasa Inggris yang berarti 'benar'. Pada komputer (sebagai perangkat), 'true' diwujudkan sebagai logika '1' atau 'high' (baca: hay') = tinggi. Pada tingkat perangkat keras, 'true' mempunyai acuan tegangan listrik mendekati 5 Volt DC (dalam TTL Level).}
Pada kasus di atas, yang termasuk aspek positif adalah 'absah' dan 'hadir'. Sebaliknya, logika digital menentukan bahwa semua aspek negatif dalam suatu kasus harus dianggap sebagai false (baca: fals) yang berarti 'salah'. Ini dimanifestasikan sebagai logika '0' atau low = rendah oleh komputer (sebagai perangkat). Perangkat keras melaksanakan hal ini dengan memberikan tegangan DC mendekati atau sama dengan nol Volt, TTL level.
Yang termasuk aspek negatif dalam hal ini adalah 'tidak absah' dan 'absen'.
Dengan demikian, kita sudah dapat menjabarkan kasus tersebut secara logika seperti ini:
a. Penyelesaian (output) kasus disandikan dengan 'Q'.
b. Peserta (input), dalam hal ini Harris dan Sutoyo, disandikan sebagai A dan B.
c. Sinopsis yang dihasilkan menyatakan bahwa:
- Q akan true apabila A dan B true
- Q akan false bila salah satu di antara A dan B ada yang false
Bentuk logika kasus diatas disebut logika 'AND', yang dalam bahasa Indonesia berarti 'DAN'. Tampaknya, nama logika ini diperoleh dengan mengambil patokan pada sinopsis bagian pertama, yang menyatakan bahwa output akan true bila A dan B true.
Penjabaran dapat lebih disederhanakan lagi dengan mempergunakan tabel yang bernama 'Tabel Kebenaran' (truth table).
Gambar 1.2 Gerbang NAND (NOT AND)
Berlawanan dengan gerbang AND, pada gerbang NAND keluaran akan selalu 1 apabila salah satu masukannya 0. Dan keluaran akan sebesar 0 hanya apabila semua masukannya 1. Gerbang NAND ekuivalen dengan NOT AND. Contoh IC TTL gerbang NAND adalah IC 7400.
GERBANG OR
Gambar 1.3 Gerbang OR
Keluaran gerbang OR akan sebesar 0 hanya apabila semua masukannya 0. Dan keluarannya akan sebesar 1 apabila saling tidak ada salah satu masukannya yang bernilai 1. Contoh IC TTL gerbang OR adalah IC 7432.
Sebagai contoh, perhatikanlah kasus berikut:
Dalam suatu rapat yang diadakan oleh Fakultas Sains dan Teknologi, Pak Kunaifi dan Ibu Eva bertindak sebagai wakil resmi dari Jurusan Teknik Elektro. Sidang rapat menyatakan bahwa apabila salah seorang dari Pak Kunaifi atau Ibu Eva hadir, maka hal itu sudah dianggap absah untuk mewakili Jurusan Teknik Elektro.
Untuk kasus ini, penjabaran masalah tidak banyak berbeda dengan yang sebelumnya yaitu:
a. Penyelesaian (output) kasus disandikan dengan 'Q'.
b. Peserta (input), dalam hal ini Pak Kunaifi dan Ibu Eva, disandikan sebagai A dan B.
c. Sinopsis yang dihasilkan menyatakan bahwa:
- Q akan true apabila salah satu dari A dan B ada dalam kondisi true.
GERBANG NOT
Gambar 1.4 Gerbang NOT
Pada gerbang ini nilai keluarannya selalu berlawanan dengan nilai masukannya. Apabila masukannya sebesar 0 maka keluarannya akan sebesar 1 dan sebaliknya apabila masukannya sebesar 1 maka keluarannya akan sebesar 0. Pada tabel kebenaran gerbang NOT berikut, yaitu tabel yang menggambarkan hubungan antara masukan (A) dan keluaran (B) perangkat digit gerbang NOT. Contoh IC TTL gerbang NOT adalah IC 7404.
GERBANG XOR (Exclusive OR)
Gambar 1.5 Gerbang XOR
Apabila input A dan B ada dalam keadaan logika yang sama, maka output Q akan menghasilkan logika 0, sedangkan bila input A dan B ada dalam keadaan logika yang berbeda, maka output akan menjadi logika 1. XOR sebetulnya merupakan variasi dari cara kerja logika OR. Contoh IC TTL gerbang XOR adalah IC 7486.
Aplikasi dari proses logika XOR ini dapat dimanfaatkan untuk membandingkan dua buah data, yaitu apabila data-data tersebut mengandung informasi yang persis sama, maka XOR akan memberikan output logika 0.
GERBANG XNOR (Exclusive NOR)
Gambar 1.6 Gerbang XNOR (Exclusive NOR)
maka output akan menjadi logika 0. XNOR bisa juga dikatakan memiliki sifat dari kebalikan XOR. XNOR dan NOR hanyalah berbeda pada langkah ke-empat yaitu apabila A dan B pada logika 1 maka output Q juga 1, bukan 0 seperti pada logika NOR. Contoh IC TTL gerbang XNOR adalah IC 74266.
4. Prosedur Percobaan
Karakteristik Input dan Output Gerbang Logika TTL
Gambar 1.7 Karakteristik Input dan Output Gerbang Logika TTL
Masukkan link antara socket 1.1 & 1.4 dan antara 1.3 & 1.6 dan koneksikan rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 1.7 untuk percobaan pada G9 gerbang NAND.
Koneksikan multimeter 1 pada tegangan DC antara socket 1.2 (positif) dan 1.19 (negatif) dan multimeter 2 selalu pada tegangan DC antara socket X pada logic monitors panel (positif) dan socket lainnya ke ground, lalu 4.10 (negatif)
Putar searah jarum jam VR1 untuk mengurangi tegangan masukan pada rangkaian dan perhatikan tegangan input dimana nyala LED mulai terang, yang menunjukkan bahwa rangkaian state berubah. Tegangan akan berkisar 1V dan VR1 harus disesuaikan dengan perlahan untuk pembacaan yang akurat seperti yang ditunjukkan pada multimeter 2. Rangkaian tidak mengubah state secara tiba-tiba ketegangan tertentu namun akan ada banyak perubahan kecil selama terjadinya pegeseran dari logika 0 ke logika 1. Perhatikan nilai input pada tabel 1.1, ini merupakan tegangan input threshold.
Set VR1 ke minimum dan perhatikan nilai pada tegangan input dan output dari rangkaian, ini sesuai dengan pengaturan input yang berlogika 0.
Putar VR1 searah jarum jam untuk meningkatkan tegangan input dan perhatikan tegangan input threshold dari peningkatan tegangan. Ini harus sama persis nilainya dengan drop tegangan yang diperoleh sebelumnya.
Tabel 1.1 percobaan. Catat hasilnya kedalam tabel 1.1.
...
...
Tabel Kebenaran Gerbang TTL
Gambar 1.8 Tabel Kebenaran Gerbang TTL
Koneksikan switch S4 & S5 ke input gerbang AND G1 dan logic monitor ke output G1 seperti ditunjukkan pada gambar 1.8, untuk melakukan percobaan pada TTL gerbang AND. Logic monitor LED menunjukkan level logika 1 ketika ON dan level logika 0 ketika OFF.
Switch modul power supply pada posisi ON. Set logika input keempat state yang mungkin dan perhatikan logika state pada output untuk setiap pengaturan pada tabel 1.2.
Ulangi satu percobaan untuk setiap jenis gerbang dan catat hasilnya kedalam tabel 1.2
dibawah ini.
Tabel 1.2 Input
Output Input Output Input Output
B A B A
0 0 0 0 0
1 0 1 0 Gerbang NOT
Switch modul power supply pada posisi ON dan input pada gerbang dalam kondisi tidak terhubung, perhatikan output logic state untuk setiap jenis gerbang (seperti yang ditunjukkan oleh logic monitor) dan mengukur nilai tegangan input dan output untuk setiap gerbang (menggunakan multimeter). Catat hasil pengukuran kedalam tabel 1.3.
Catatan :
...
...
...
...
...
...
...
