103
BAB VI. APLIKASI GERBANG LOGIKA
Aplikasi gerbang logika yang dibahas pada buku ini adalah : 1. Dekoder dan Enkoder 2. Multiplekser dan
Demultiplekser 3. Half dan Full Adder 4. Seven Segment dan Driver
5. Flip-flop Gambar 6.1. AND, OR, XOR
VI.1. Dekoder dan Enkoder
Dekoder adalah alat yang digunakan untuk dapat mengembalikan proses encoding sehingga kita dapat melihat atau menerima informasi aslinya.
Dekoder juga dapat diartikan sebagai rangkaian logika yang ditugaskan untuk menerima input biner dan mengaktifkan salah satu outputnya sesuai dengan urutan biner tersebut. Output dari dekoder maksimum adalah 2n.
Gambar 6.2. Contoh dekoder
Fungsi dekoder adalah untuk memudahkan kita dalam menyalakan seven segment.
104
Beberapa rangkaian dekoder yang sering kita jumpai saat ini adalah dekoder jenis 3 x 8 (3 bit input dan 8 output line), dekoder jenis 4 x 16, dekoder jenis BCD to Decimal (4 bit input dan 10 output line) dan dekoder jenis BCD to seven segment. Khusus untuk pengertian dekoder jenis BCD to seven segment mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan dekoder lainnya, dimana kombinasi setiap inputnya dapat mengaktifkan beberapa output linenya.
Salah satu jenis IC dekoder yang umum di pakai adalah 74138, karena IC ini mempunyai 3 input biner dan 8 output line, di mana nilai output adalah 1 untuk salah satu dari ke 8 jenis kombinasi inputnya.
Pengertian dekoder dapat di bentuk dari susunan gerbang logika dasar atau menggunakan IC yang banyak jual di pasaran, seperti dekoder 74LS48, 74LS154, 74LS138, 74LS155 dan sebagainya. Dengan menggunakan IC, kita dapat merancang sebuah dekoder dengan jumlah bit dan keluaran yang di inginkan. Contohnya adalah dengan merancang sebuah dekoder 32 saluran keluar dengan IC dekoder 8 saluran keluaran.
105
Gambar 6.3. Skema rangkaian dekoder
Enkoder adalah rangkaian yang memiliki fungsi berkebalikan dengan dekoder.
Enkoder berfungsi sebagai rangakain untuk mengkodekan data input mejadi data bilangan dengan format tertentu.
Gambar 6.4. Enkoder
Enkoder dalam rangkaian digital adalah rangkaian kombinasi gerbang digital yang memiliki input banyak dalam bentuk line input dan memiliki output sedikit dalam format bilangan biner.
106 menjadi kode bilangan biner.
Dalam teori digital banyak ditemukan istilah encoder seperti “Desimal to BCD Encoder” yang berarti rangkaian
digital yang berfungsi untuk mengkodekan line input dengan jumlah line input desimal (0-9) menjadi kode bilangan biner 4 bit BCD (Binary Coded Decimal). Atau “8 line to 3 line
encoder” yang berarti rangkaian encoder dengan input 8 line dan output 3 line (3 bit BCD).
Gambar 6.5. Skema rangkaian enkoder
Rangkaian encoder diatas merupakan implementasi dari tabel kebenaran diatas dan persamaan logika encoder Desimal ke BCD. jalur input X0 tidak dihubung ke rangkaian karena alasan efisiensi komponen, hal ini karena apabil input X0 ditekan maka tidak akan mengubah nilai output yaitu output tetap bernilai BCD 0 (0000). Rangkaian encoder diatas hanya
107
akan bekerja dengan baik apabila hanya 1 jalur input saja yang mendapat input, hal ini karena rangkaian encoder diatas bukan didesain sebagai priority encoder. IC Encoder salah satunya adalah RF803E .
VI.2. Multiplekser dan Demultiplekser
Multiplekser adalah suatu peranti yang mampu menyalurkan beberapa jalur data ke satu jalur luaran. Multiplekser mempunyai satu atau lebih sinyal masukan yang terhubung pada masukannya. Pemilihan saluran masukan dilakukan oleh sinyal kontrol. Suatu multiplekser dengan 2n saluran masukan memerlukan n sinyal kontrol.
Multiplexer (MUX) atau selector data adalah suatu rangkaian logika yang menerima beberapa input data, dan untuk suatu saat tertentu hanya mengizinkan satu data input masuk ke output, yang diatur oleh input selektor. Oleh karena itu, MUX memiliki fungsi sebagai pengontrol digital.
Gambar 6.6. Multiplekser
MUX memiliki kanal input lebih besar dari 1 (minimal 2 atau kelipatan 2), dan hanya memiliki 1 kanal output. Jumlah selektor dilihat dari banyaknya kanal input (n).
108
IC 74LS151 merupakan data selector/multiplekser yang memilih satu dari 8 saluran masukan dengan menggunakan 3 sinyal kontrol.
Penggunaan Multiplekser
Multiplekser dapat digunakan pada : akuisi data suhu, kecepatan, kelembaban, dan lain-lain :
a. Seleksi data
b. Data routing (perjalanan data)
c. Multiplekser biasanya menentukan perjalanan data dari satu sumber data diantara beberapa sumber ke satu tujuan. d. Operation sequencing (pengurutan operasi)
e. Konversi parallel ke seri
f. Kebanyakan system digital memproses data biner secara parallel (seluruh bit secara serentak), karena teknik ini lebih cepat. Tetapi apabila data ini harus disalurkan ke tempat-tempat yang relative jauh, susunan parallel ini menjadi tidak efektif, karena memerlukan banyak saluran transmisi.Oleh karena itu, data biner berbentuk parallel sering diubah menjadi bentuk seri sebelum disalurkan ke tujuan yang jauh.
g. Menghasilkan bentuk gelombang h. Menghasilkan fungsi logika
Demultiplekser adalah suatu rangkaian yang mendistribusikan satu masukan ke lebih dari satu luaran. Demultiplekser disebut juga data distributor. Pemilihan
109
saluran luaran dilakukan oleh sinyal kontrol. Sinyal kontrol merupakan masukan yang berfingsi untuk mengarahkan setiap sinyal masukan pada saluran luaran yang dipilih. Suatu demultiplekser dengan n sinyal kontrol akan memiliki 2n saluran luaran.
Demultiplekser (De-Mux) atau disebut juga distributor data. De-Mux memiliki satu kanal input yang didistribusikan ke beberapa kanal output. Selektor input menentukan ke output mana input data akan didistribusikan.
Gambar 6.7. Demultiplekser
Jumlah selektor dilihat dari banyaknya kanal output. IC 74LS138 merupakan demultiplekser yang digunakan untuk menyalurkan satu data ke 8 jalur luaran.
VI.3. Half dan Full Adder
Penjumlah atau Adder adalah komponen elektronika digital yang dipakai untuk menjumlahkan dua buah angka dalam sistem bilangan biner. Dalam komputer dan mikroprosesor, Adder biasanya berada di bagian ALU (Arithmetic Logic Unit).
110 Pada Half-Adder, berdasarkan dua input A dan B, maka output Sum, S dari Adder ini akan dihitung berdasarkan operasi XOR dari A dan B. Selain output S, ada satu output yang lain yang dikenal sebagai C atau
Gambar 6.8. Half Adder
Carry, dan C ini dihitung berdasarkan operasi AND dari A dan B. Pada prinsipnya output S menyatakan penjumlahan bilangan pada input A dan B, sedangkan output C menyatakan MSB (most significant bit atau carry bit) dari hasil jumlah itu.
𝑺 = (𝑨 ⊕ 𝑩) 𝑪 = (𝑨. 𝑩)
Tabel 6.1 Tabel Kebenaran Half Adder adalah :
Input Output A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0
Ketika salah satu atau lebih input bernilai nol maka keluaran pada gerbang NAND pertama akan bernilai satu. Karenanya kemudian input di gerbang kedua dan ketiga akan bernilai satu dan mendapat input lain yang salah satunya bernilai nol sehingga PASTI gerbang NAND yang masukannya nol tadi menghasilkan nilai satu. Sedangkan
111
gerbang lain akan benilai nol karena mendapat input satu dan satu maka keluaran di gerbang NAND terakhir akan bernilai satu, karena salah satu inputnya bernilai nol.
Untuk menghitung carry digunakan sebuah gerbang AND yang karakter utamanya adalah bahwa iahanya akan menghasilkan nilai satu ketika kedua masukannya bernilai satu. Jadi carry satu hanya akan dihasilkan dari penjumlahan dua digit bilangan biner sama-sama bernilai satu, yang dalam penjumlahan utamanya akan menghasilkan nilai nol.
Full adder merupakan rangkaian elektronika yang menjumlahkan 2 bilangan yang telah dikonversikan kedalam bilangan biner dengan menjumlahkan 2 bit input ditambah dengan nilai carry-out dari penjumlahan bit sebelumnya. outputnya adalah hasil dari penjumlahan (sum) dan bit kelebihannya (carry-out). 𝑺 = (𝑨 ⊕ 𝑩) ⊕ 𝑪 𝑪 = 𝑨. 𝑩 + 𝑪𝒊. (𝑨 ⊕ 𝑩) = 𝑨. 𝑩 + (𝑩. 𝑪𝒊) + (𝑪𝒊. 𝑨)
112
Tabel 6.2 tabel kebenaran full adder adalah :
Input Output A B 𝑪𝒊 𝑪𝒐 S 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
Full Adder adalah sebuah rangkaian digital yang melaksanakan operasi penjumlahan aritmetika dari 3 bit input.
Full adder terdiri dari 3 buah input dan 2 buah output. Variabel input dari Full adder dinyatakan oleh variabel A, B dan C in. Dua dari variabel input ( A dan B ) mewakili 2 bit signifikan yang akan ditambahkan, input ketiga, yaitu C mewakili Carry dari posisi yang lebih rendah. Kedua output dinyatakan dengan simbol S (Sum) dan Cn (Carry). Rangkaian Full-Adder mampu menampung bilangan Carry dari hasil penjumlahan sebelumnya. Jadi jumlah inputnya ada 3 : A, B dan Ci, sementara bagian output ada 2 : S dan Co. Ci ini dipakaiuntuk menampung bit Carry dari penjumlahan sebelumnya.Full adder biasanya dapat menjumlahkan banyak bilangan biner dimana 8, 16, 32, dan jumlah bit biner lainnya. Pada Sum digunakan gerbang logika Ex-OR dan pada carry
113
digunakan gerbang logika AND dan menggunakan gerbang logika OR untuk menjumlahkan tiap-tiap.
VI.4. Seven Segment dan Driver
Pengertian Seven Segment Display – Seven Segment Display (7 Segment Display) dalam bahasa Indonesia disebut dengan Layar Tujuh Segmen adalah komponen Elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui kombinasi-kombinasi segmennya. Seven Segment Display pada umumnya dipakai pada Jam Digital, Kalkulator, Penghitung atau Counter Digital, Multimeter Digital dan juga Panel Display Digital seperti pada Microwave Oven ataupun Pengatur Suhu Digital.
Seven Segment Display pertama diperkenalkan dan dipatenkan pada tahun 1908 oleh Frank. W. Wood dan mulai dikenal luas pada tahun 1970-an setelah aplikasinya pada LED (Light Emitting Diode).
Gambar 6.10. Seven Segment Gambar 6.11. Skema Seven Segment
114 Tipe seben segment ada 2 yaitu :
Gambar 6.12. common cathode Gambar 6.13. common anode Dekoder BCD ke seven segment digunakan untuk menerima masukan BCD 4-bit dan memberikan keluaran yang melewatkan arus melalui segmen untuk menampilkan angka desimal. Jenis dekoder BCD ke seven segment ada dua macam yaitu dekoderyang berfungsi untuk menyalakan seven segment mode common anoda dan dekoder yang berfungsi untuk menyalakan seven segment mode common katoda. IC 74LS47 merupakan dekoder BCD ke seven segment yang berfungsi untuk menyalakan sevent segment mode common anode. Gambar IC 74LS47 dan konfigurasi pena-pena ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 6.14. IC 7447
Gambar 6.15. Konfigurasi pena-pena IC 7447
115
Dekoder BCD ke seven segment mempunyai masukan berupa bilangan BCD 4-bit (masukan A, B, C dan D). Bilanga BCD ini dikodekan sehingga membentuk kode tujuh segmen yang akan menyalakan ruas-ruas yang sesuai pada seven segment. Masukan BCD diaktifkan oleh logika „1‟, dan keluaran dari dekoder 7447 adalah aktif low. Tiga masukan ekstra juga ditunjukkan pada konfigurasi pin IC 7447 yaitu masukan (lamp test), masukan (blanking input/ripple blanking output), dan (ripple blanking input).
Gambar 6.16. Rangkaian Seven Segment Common Anode
116
Berikut adalah Tabel 6.3 tabel kebenaran dari IC 74LS47 :
Berikut adalah tampilan seven segment :
VI.5. Flip Flop
Flip flop dalah suatu rangkaian yang dapat menyimpan
state biner (sepanjang masih terdapat power pada rangkaian) sampai terjadi perubahan pada sinyal inputnya.
117
Berbeda dengan uraian materi sebelumnya yang bekerja atas dasar gerbang logika dan logika kombinasi, keluarannya pada saat tertentu hanya tergantung pada harga-harga masukan pada saat yang sama. Sistem seperti ini dinamakan tidak memiliki memori. Disamping itu bahwa sistem tersebut menghafal hubungan fungsional antara variabel keluaran dan variabel masukan.
Sedangkan fungsi rangkaian flip-flop yang utama adalah sebagai memori (menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit.
Macam-macam Flip-flop : 1. RS Flip-Flop
RS Flip-Flop yaitu rangkaian Flip-Flop yang mempunyai 2 jalan keluar Q dan Q (atasnya digaris). Simbol-simbol yang ada pada jalan keluar selalu berlawanan satu dengan yang lain.
Gambar 6.17. RS Filp flop
RS-FF adalah flip-flop dasar yang memiliki dua masukan yaitu R (Reset) dan S (Set). Bila S diberi logika 1 dan R diberi logika 0, maka output Q akan berada pada logika 0 dan Q not pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika 0 maka keadaan output akan berubah menjadi Q
118
berada pada logik 1 dan Q not pada logika 0. Sifat paling penting dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah satu dari dua keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II diperoleh saat Q = 0 dan Q not = 1 yang diperlihatkan pada gambar berikut :
Tabel 6.4 Tabel Kebenaran RS Flip flop: S B Q Q Keterangan 0 0 1 1 Terlarang 0 1 1 0 Set (memasang) 1 1 1 0 Stabil I 1 0 0 1 Reset (melepas) 1 1 0 1 Stabil II 0 0 1 1 Terlarang 1 1 𝑄𝑛 𝑸𝒏 Kondisi memori (mengingat)
Yang dimaksud kondisi terlarang yaitu keadaaan yang tidak diperbolehkan kondisi output Q sama dengan Q not yaitu pada saat S = 0 dan R = 0. Yang dimaksud dengan kondisi memori yaitu saat S=1 dan R = 1, output Q dan Qnot akan menghasilkan perbedaan yaitu jika Q=0 maka Qnot = 1 atau sebaliknya jika Q = 1 maka Q not = 0.
119 2. CRS Flip-Flop
CRS Flip-flop adalah clocked RS-FF yang dilengkapi dengan sebuah terminal pulsa clock. Pulsa clock ini berfungsi mengatur keadaan Set dan Reset.
Bila pulsa clock berlogik 0, maka perubahan logik pada input R dan S tidak akan mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot. Akan tetapi apabila pulsa clock berlogik 1, maka perubahan pada input R dan S dapat mengakibatkan perubahan pada output Q dan Q not.
Gambar 6.18. CRS Flip flop
Tabel 6.5 Tabel Kebenaran CRS Flip flop
S R 𝑄𝑛+ 1 0 0 𝑄𝑛 0 1 0 1 0 1 1 1 Terlarang Keterangan : 𝑄𝑛 = sebelum CK 𝑄𝑛+ 1 = sesudah CK
120 3. D Flip Flop
D flip-flop adalah RS flip-flop yang ditambah dengan suatu inventer pada reset inputnya. Sifat dari D flip-flop adalah bila input D (Data) dan pulsa clock berlogik 1, maka output Q akan berlogik 1 dan bilamana input D berlogik 0, maka D flip-flop akan berada pada keadaan reset atau output Q berlogik 0.
Gambar 6.19. D Flip flop
Tabel 6.6 tabel kebenarannya D Flip flop adalah :
D 𝑄𝑛+ 1
0 0
1 1
4. T Flip Flop
Rangkaian T flip-flop atau Togle flip-flop dapat dibentuk dari modifikasi clocked RSFF, DFF maupun JKFF. TFF mempunyai sebuah terminal input T dan dua buah
121
terminal output Q dan Qnot. TFF banyak digunakan pada rangkaian Counter, frekuensi deviden dan sebagainya.
Gambar 6.20. T Flip flop
Tabel 6.7 tabel kebenarannya T Flip flop adalah :
D Q 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 5. JK Flip Flop
JK flip-flop sering disebut dengan JK FF induk hamba atau Master Slave JK FF karena terdiri dari dua buah flip-flop, yaitu Master FF dan Slave FF. Master Slave JK FF ini memiliki 3 buah terminal input yaitu J, K dan Clock.
122
Sedangkan IC yang dipakai untuk menyusun JK FF adalah tipe 7473 yang mempunyai 2 buah JK flip-flop dimana lay outnya dapat dilihat pada Vodemaccum IC (Data bookc IC). Kelebihan JK FF terhadap FF sebelumnya yaitu JK FF tidak mempunyai kondisi terlarang artinya berapapun input yang diberikan asal ada clock maka akan terjadi perubahan pada output.
Gambar 6.21. JK Flip flop
Tabel 6.8 tabel kebenarannya JK Flip flop adalah :
J K 𝑄𝑛+ 1 Keterangan 0 0 𝑄𝑛 Mengingat 0 1 0 Reset 1 0 0 Set 1 1 𝑄𝑛 (strep) Togle Latihan :
1. Apa yang kamu ketahui tentang enkoder dan sebutkan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari? 2. Apa yang kamu ketahui tentang demultiplekser dan
123 Rangkuman :
Aplikasi gerbang logika yang dibahas pada buku ini adalah : 1. Dekoder : alat yang digunakan untuk dapat
mengembalikan proses encoding sehingga kita dapat melihat atau menerima informasi aslinya.
Enkoder : rangkaian kombinasi gerbang digital yang memiliki input banyak dalam bentuk line input dan memiliki output sedikit dalam format bilangan biner. 2. Multiplekser : rangkaian kombinasi gerbang digital yang
memiliki input banyak dalam bentuk line input dan memiliki output sedikit dalam format bilangan biner. Demultiplekser : suatu rangkaian yang mendistribusikan satu masukan ke lebih dari satu luaran.
3. Half Adder : berdasarkan dua input A dan B, maka output Sum, S dari Adder ini akan dihitung berdasarkan operasi XOR dari A dan B. Selain output S, ada satu output yang lain yang dikenal sebagai C atau Carry, dan C ini dihitung berdasarkan operasi AND dari A dan B. Full Adder : sebuah rangkaian digital yang melaksanakan operasi penjumlahan aritmetika dari 3 bit input. Full adder
terdiri dari 3 buah input dan 2 buah output. Variabel input dari Full adder dinyatakan oleh variabel A, B dan C in. Dua dari variabel input ( A dan B ) mewakili 2 bit signifikan yang akan ditambahkan, input ketiga, yaitu C mewakili Carry dari posisi yang lebih rendah. Kedua output dinyatakan dengan simbol S (Sum) dan Cn (Carry).
124
4. Seven Segment dan Driver : Seven Segment Display (7 Segment Display) dalam bahasa Indonesia disebut dengan Layar Tujuh Segmen adalah komponen Elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui kombinasi-kombinasi segmennya.
5. Flip-flop : suatu rangkaian yang dapat menyimpan state biner (sepanjang masih terdapat power pada rangkaian) sampai terjadi perubahan pada sinyal inputnya.
