5. 1 Karakteristik Dan Jenis jenis Counter

BAB

5

PENCACAH/ COUNTER

PENDAHULUAN

Banyak aplikasi yang membutuhkan perhitungan suatu kejadian/ event ataupun membangkitkan waktu tunda, sehingga untuk keperluan tersebut maka diperlukanlan suatu register counter. Register sendiri merupakan suatu kumpulan dari elemen – elemen memory yang bekerja bersama sebagai satu unit. Sedangkan counter (pencacah) merupakan jenis khusus dari register.

Penerapan rangkaian counter secara sederhana dapat dibangun dengan menggunakan Flip – Flop dan gerbang logika dasar. Flip – Flop merupakan suatu piranti yang memiliki dua keadaan stabil, piranti tersebut akan tetap bertahan pada salah satu dari dua keadaan itu sampai adanya pemicu yang membuatnya berganti keadaan. Selain dengan menggunakan Flip – Flop penerapan counter dapat juga dibangun dengan menggunakan IC dan mikrokontroler.

Suatu rangkaian counter mempunyai kemampuan untuk membangkitkan dan mencacah kejadian (event) sinyal periodik dengan frekuensi khusus. Berdasarkan itulah suatu counter berhubungan erat dengan frekuensi, perioda dan duty cycle. Frekuensi adalah jumlah pulsa yang terjadi dalam satu satuan waktu. Perioda merupakan waktu yang diperlukan atau kebalikan dari frekuensi, sedangkan duty cycle merupakan siklus kerja (perbandingan lebar sinyal (pulsa) pada keadaan tinggi terhadap periode siklus).

MATERI :

- Karakteristik Dan Jenis – Jenis Counter - Proses dan Modulus (MOD) Counter - Penerapan Counter dalam Rangkaian - Pemograman Counter

5. 1 Karakteristik Dan Jenis – jenis Counter

Pencacah (counter) adalah merupakan jenis khusus dari register, yang dirancang guna mencacah/menghitung jumlah pulsa-pulsa detak yang tiba pada masukan-masukannya.

Secara sederhana counter/ mencacah dibangun dengan flip – flop dan gerbang logika dasar, dalam mengcounter/ mencacah flip – flop jenis JK merupakan elemen yang ideal untuk digunakan.

Counter banyak digunakan pada peralatan yang berhubungan dengan teknologi digital, biasanya untuk menghitung jumlah kemunculan sebuah kejadian/event atau untuk menghitung pembangkit waktu (sinyal detak).

Gambar. Flip – Flop JK dan tabel logika

 Pada Flip – Flop JK masukan – masukan J dan K merupakan sinyal – sinyal kendali, yang mengatur apa yang dilakukan rangkaian dari sinyal detak, bila J dan K rendah, maka kedua gerbang masukan menjadi tak aktif dan rangkaian tidak berfungsi sepanjang waktu itu. Sedangkan bila kedua masukan J dan K dalam tingkat logika tinggi, maka flip – flop dapat diset atau direset.

a) Karakteristik counter

- Sampai berapa banyak ia dapat mencacah (modulo pencacah)

=> Misalnya : counter modul 10, berarti counter tersebut dapat mencacah sebanyak 10 kondisi (contoh dalam desimal dengan rentang nilai 0 – 9 )

- Mencacah maju atau mencacah mundur - Kerjanya sinkron atau tidak sinkron b) Jenis – jenis counter

Berdasarkan proses perhitungan yang dilakukan counter secara sequential, maka dapat dibedakan atas yaitu : menghitung naik (Up Counter), menghitung turun (Down Counter) dan menghitung naik turun (Up Down Counter). Sedangkan berdasarkan sumber clock (pembangkit sinyal detak) maka counter dapat dibedakan atas , yaitu Asinkronous Counter dan Sinkronous Counter.

Asinkronous Counter disebut juga Ripple Through Counter atau Counter Serial (Serial Counter), karena output masing-masing flip-flop yang digunakan akan berubah kondisi dari “0” ke “1” dan sebaliknya secara berurutan, hal ini disebabkan karena flip-flop yang paling ujung dikendalikan oleh sinyal clock, sedangkan sinyal clock untuk flip-flop lainnya berasal dari masing-masing flip-flop sebelumnya.

Gambar rangkaian asinkronous counter adalah sebagi berikut.

Gambar. Rangkaian Asinkronous 4 bit

Sedangkan pada counter sinkron, output flip-flop yang digunakan bergantian secara serempak. Hal ini disebabkan karena masing-masing flip-flop tersebut dikendalikan secara serempak oleh sinyal clock. Oleh karena itu Counter Sinkron dapat pula disebut sebagai Counter paralel (Parallel Counter).

Gambar. Rangkaian sinkronous 4 bit

5. 2 Proses Dan Modulus (MOD) Counter

Rangkaian penghitung atau pencacah digital (Counter) merupakan rangkaian “clock”sekuensial yang hampir sama, yaitu terdiri dari gerbang flip-flop dan gerbang kombinasi dengan sistem sambungan umpan balik (feedback) yang mana digunakan pada elektronika digital dalam menghitung bilangan logika.

Rangkaian counter juga merupakan suatu rangkaian yang komprehensif, yaitu perpaduan dari IC counter digital yang tersedia untuk dikombinasikan dengan komponen

digital dasar sebagai dekoder (seperti gerbang AND, OR, NOT, NAND, NOR, ataupun EXOR), dan komponen analog (seperti, dioda, transistor) yang dibentuk dalam satu unit kesatuan rangkaian kontrol digital sederhana. Contoh alur dari proses rangkaian counter dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar. Blok Diagram Proses Rangkaian Counter Digital

Proses perancangan suatu counter dapat dilakukan dengan pendekatan State machine.

State machine merupakan konstruksi logika yang digunakan untuk mendefinisikan sifat sistem yang sederhana, contoh dalam hal ini perancangan suatu rangkaian digital maka dapat dimulai dari mendefinisikan permasalahan yang seharusnya telah diketahui dan bagaimana cara pemecahannya.

State machine digambarkan dengan state diagram, didalam state diagram terdapat 4 komponen yaitu : state, input, output dan transisi. Berikut merupakan bagan state machine yang sederhana.

State machine outputnya tergantung pada present state, proses transisi dinyatakan dengan tanda panah, hal – hal yang terkait dari state diagram :

- Present state (status sekarang) => tidak hanya ditentukan oleh masukan (input) sekarang, tetapi juga oleh semua masukan sebelumnya (history)

- Next state (status yang akan datang) => bergantung pada masukan (input) dan status sekarang.

 Urutan keadaan/ state

- Urutan naik (Up) sederhana

 Model Rangkaian :

- Urutan naik/ turun (Up/ Down) 2 arah

 Model Rangkaian

Contoh 1 :

- Misalkan A, B, dan C adalah suatu output yang dipresentasikan dengan 6 state yaitu : 000, 001, 010, 011, 100, 101 dan diulang kembali dari keadaan yang pertama yaitu di 000. Buatlah state diagram dan tabel logika dari kondisi tersebut.

 Pembahasan :

 Definisi state dan transisi dari state

State => 000, 001, 010, 011, 100, 101 => terdiri dari 6 transisi

 Ubah dalam bentuk state diagram

 Dari gambaran diatas dapat dinyatakan bahwa state tersebut mod – 6

 Timing diagram

 Tabel . State diagram

Present State Next State Input Forming Logic ABC ABC J_A K_A J_B K_B J_C K_C

000 001 0 X 0 X 1 X 001 010 0 X 0 X X 1 010 011 0 X X 0 1 X 011 100 1 X X 1 X 1 100 101 X 0 0 X 1 X 101 000 X 1 0 X X 1

Kondisi X : Menyatakan kondisi tak peduli (bisa dalam logika 0 dan 1), tergantung dari input dan menyatakan komplemennya

5. 2 . 1 Modulus (MOD) Counter

Modulus (mod) counter merupakan istilah dalam menentukan bilangan counter paling tinggi yang bisa dihasilkan oleh sebuah counter, ditentukan oleh banyak jumlah kombinasi ouputnya. Secara sederhana Modulus Counter dapat ditentukan dengan rumus 2ⁿ-1, dengan n adalah jumlah flip-flop yang digunakan, contoh Modulus 8 berarti rangkaian yang dapat menghitung hingga 2³-1 = 7(10) .

Penghitung modulus, atau hanya penghitung MOD, ditentukan berdasarkan jumlah bagian yang akan diurutkan oleh penhitung sebelum kembali ke nilai semula.

Sebagai contoh, penghitung 2-bit yang dihitung dari 002 sampai 112 dalam biner, yaitu 0 sampai 3 dalam desimal, memiliki nilai modulus 4 (00 → 01 → 10 → 11, kembali kembali ke 00 sehingga oleh karena itu disebut modulus-4, atau mod-4 penghitung.

A) Up Counter Sinkron Dengan Flip – Flop

 Contoh 2: Penerapan counter 2 bit dengan Flip – flop mod – 4

Jadi dapat diketahui bahwa nilai bit tertinggi adalah 11 (dalam desimal = 3) dan pada kondisi desimal = 4 kembali ke 00.

Untuk flip – flop yang digunakan : 4 = 2ⁿ => n = 2

 N = jumlah flip – flop = 2

Dalam rangkaiannya dapat digambarkan sebagai berikut :

 Tabel logika State diagram

Present State Next State Desimal

00 01 1

01 10 2

10 11 3

11 00 0

 Timing State diagram

 Contoh 3: Penerapan counter 2 bit dengan Flip – flop mod – 8

 8 = 2ⁿ = 2³ => n = 3 Jumlah flip – flop = 3

 Tabel logika State diagram

Present State Next State Desimal

000 001 1

001 010 2

010 011 3

011 100 4

100 101 5

101 110 6

110 111 7

111 000 0

B) Down Counter Sinkron Dengan Flip – Flop

Contoh 4: Penerapan down counter 2 bit dengan Flip – flop mod – 4

 Dalam rangkaian

 Tabel logika State diagram Down Counter Mod – 4 Present State Next State Desimal

00 11 3

11 10 2

10 01 1

01 00 0

Contoh 5 : Penerapan down counter 2 bit dengan Flip – flop mod – 8

 Dalam rangkaian

 Tabel logika State diagram Down Counter Mod – 8 Present State Next State Desimal

000 111 7

111 110 6

110 101 5

101 100 4

100 011 3

011 010 2

010 001 1

001 000 0

 Latihan 1:

Berdasarkan contoh diatas, buatlah :

a) Rangkaian counter Up Counter Sinkron Mod – 16 dan tabel logika statenya b) Rangkaian counter Down Counter Sinkron Mod – 16 dan tabel logika statenya 5. 3 Penerapan Rangkaian Counter dengan IC (Integrated Circuit)

Integrated Circuit (IC) merupakan Komponen Elektronika Aktif yang terdiri dari gabungan ratusan, ribuan bahkan jutaan Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang diintegrasikan menjadi suatu Rangkaian Elektronika dalam sebuah kemasan kecil.

Didalam perancangan rangkaian counter yang lebih komplek disamping/ selain dengan menggunakan mikrokontroler, penggunaan IC sangatlah penting.

5.3.1 Rangkaian Counter dengan BCD (Dekade counter)

 BCD merupakan bilangan kode biner 4 bit yang dikonversi dari bilangan desimal dasar (0 sampai 9). Berikut merupakan tabel kode BCD :

Desimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Biner 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 Diantara IC BCD yang sering digunakan yaitu : IC 74160 (Sinkron BCD Counter Decade & Asinkron reset, IC 74190 (Sinkron BCD Counter Decade Up/ Down), IC 74192 (Sinkron BCD Counter Decade Up /Down) dan lainnya. Bagan alur rangkaian counter BCD (Decade Counter) adalah seperti berikut :

BCD counter (0 sampai 9) mempunyai 4 masukan yang digunakan untuk mengeset mulainya hitungan dengan operasi Parallel Load (PL). Counter ini juga menghitung up/down dengan menentukan masukan U/D. Kaki Count Enable (CE) adalah masukan aktif-LOW yang digunakan untuk meng-enable/inhibit counter. Kaki keluaran yang ada pada IC BCD adalah Q0, Q1, Q2, dan Q3 serta TC (Terminal Count) dan RC (Ripple Clock). TC maupun RC dapat digunakan sebagai masukan clock untuk counter yang lebih tinggi.

Output dari BCD decade merupakan input dari BCD 7 segment yang mana keluarannya adalah penghubung ke peraga 7 segment. Seven segmen dibedakan atas Common anoda dan Common katoda.

- Common anoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki anoda LED dalam seven segment. Common anoda diberi tegangan VCC dan seven segmen dengan common anoda akan aktif pada saat diberi logika rendah (0) atau sering disebut aktiflow. Kaki katoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED.

- Common katoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki katoda LED dalam seven segmen dengan common katoda akan aktif apabila diberi logika tinggi (1) atau disebut aktif high. Kaki anoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED. Gambar dari jenis 7 segment tersebut adalah seperti berikut :

Tabel. Logika dari fungsi BCD 7 segment

Tabel. Pengkodean Karakter LED 7 Segment Common Anoda

Tampilan Karakter dp g f e d c b a heksa

0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0

1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9

2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4

3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0

4 1 0 0 1 1 0 0 1 99

5 1 0 0 1 0 0 1 0 92

6 1 0 0 0 0 0 1 0 82

7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8

8 1 0 0 0 0 0 0 0 80

9 1 0 0 1 0 0 0 0 90

A 1 0 0 0 1 0 0 0 88

b 1 0 0 0 0 0 1 1 83

C 1 1 0 0 0 1 1 0 C6

d 1 0 1 0 0 0 0 1 A1

E 1 0 0 0 0 1 1 0 86

F 1 0 0 0 1 1 1 0 8E

 Kode – kode tersebut untuk pemasangan ke PORTB dalam mikrokontroler

Tabel. Pengkodean Karakter LED 7 Segment Common Cathoda

Tampilan Karakter dp g f e d c b a heksa

0 0 0 1 1 1 1 1 1 3F

1 0 0 0 0 0 1 1 0 06

2 0 1 0 1 1 0 1 1 5B

3 0 1 0 1 1 1 1 1 5F

4 0 1 1 0 0 1 1 0 66

5 0 1 1 0 1 1 0 1 6D

6 0 1 1 1 1 1 0 1 7D

7 0 0 0 0 0 1 1 1 07

8 0 1 1 1 1 1 1 1 7F

9 0 1 1 0 1 1 1 1 6F

Contoh 6: Rangkaian counter BCD (Dekade) ke 7 Segment Dekoder

Cara kerja rangkain :

Rangkaian diatas merupakan rangkaian Up Counter Mod – 10, rangkaian tersebut mencacah/ mengkonter naik (Up Counter) 0 – 9 empat masukan (D0,D1,D2,D3).

Operasi Parallel Load (PL) untuk mengeset mulainya hitungan, pulsa detak (clock) mengumpankan ke PIN Up dalam hal ini menyatakan pencacah naik.

Untuk menginstruksi perhitungan turun (Down counter) kita Cuma mengganti Pin Up dengan Down yang dihubungkan ke clock.

Contoh 7 : berikut merupakan BCD 7 segment decoder common cathode yang diterapkan pada rangkaian counter JK-Flip – Flop

 Cara kerja rangkaian :

Rangkaian diatas merupakan rangkaian Up Counter Sikron Mod 16. FF A mendapat arus tegangan, kondisi clock dalam keadaan aktif memberikan keadaan pacu (set dan reset), FF A memberikan detak ke Flip – flop selanjutnya (FF B), ke Output A (OA) dan gerbang AND 1, mengakibatkan FF B dalam keadaan pacu memberikan pulsa detak ke kaki AND1 dan ke Output B (OB), OA dan gerbang AND1 aktif dan memberikan tegangan ke AND2, FF C sehingga memberikan keadaan pacu sehingga memberikan tegangan ke Output C (OC), AND 2 kondisi aktif memberikan tegangan ke FF D dan memberikan keadaan pacu ke Output D (OD). BCD Decoder sebagai input ke peraga display 7 segment menerima tegangan dari OA, OB, OC dan OD berdasarkan pin dari kakinya (PIN A ke jalur OA) dan seterusnya.

Penerapan rangkaian counter dengan cara – cara Flip – flop dan penerapan IC sangat bergantung terhadap banyaknya kebutuhan komponen, hal tersebut untuk mengcounter/

mencacah rangkaian sederhana sangat mungkin dilakukan, tetapi untuk rangkaian counter yang lebih komplek sangat tidak efektif karena sangat sukar dimodifikasi. Misalnya contoh berikut untuk mengkonter 2 digit 7 segment seidaknya kita membutuhkan beberapa IC, belum lagi ditambah dengan kebutuhan – kebutuhan lainnya.

Contoh 8 : Rangkaian Up Counter Mod 100 2 Digit 7 Segment

 Cara kerja :

Kondisi clock memberikan pulsa detak ke BCD Decade A1 dan mengaktifkan tegangan keluaran pada Q0,Q1,Q2 dan Q3 serta mengaktifkan kondisi BCD Decoder 7 Segment A2 untuk mengaktifkan display 7 segment DISPLAY1 Up counter, pada counter ke 9 kondisi tringger Up aktif dalam hal ini PIN 12 yang memberikan tegangan pada B1 untuk meng – Up Counter DISPLAY2, dan pada kondisi counter ke 99 kembali ke 0 sampai melakukan perulangan terus menerus.

Pada kasus diatas untuk melakukan down counter dari 99 sampai 0, kita memposisikan posisi clock pada B1 yaitu pada pin 4 (down) dan posisi parallel load pada pin 5 (Up), serta pada tringger B1 (PIN 13) ke PIN 4 (down) pada A1.

5. 3 Penerapan Rangkaian Counter dengan Mikrokontroler

Untuk mengkonter yang lebih komplek sangat baik menggunakan mikrokontroler, hal tersebut sangat mudah dimodifikasi, pengaturan waktu detakpun lebih leluasa. Pada penerapan counter dengan mikrokontroler kita harus menanamkan program dalam mikrokontroler tersebut, dalam hal ini bisa dengan mengunakan AVR Studio, Code Vision AVR (umum digunakan) ataupun yang lainnya.

Materi tentang counter dengan mikrokontroler hanya bersifat pembekalan dan menambah pengetahuan serta pemahaman terhadap mikrokontroler.

Berikut merupakan contoh kasus dalam penerapan rangkaian counter dengan mikrokontroler menggunakan aplikasi AVR Studo Versi 5 dan Proteus 7.

Contoh A1 :

Misalkan kita menyalakan/ mengcounter angka 5 pada tampilan LED 7 Segment common anoda (kode karakter LED 7 Segment common anoda dan common cathoda berbeda seperti pada tabel diatas) pada PORT B yang ada di mikrokontroler, maka penyelesaiannya seperti berikut :

Kode untuk rangkaian tersebut :

#include <avr/io.h>

int main(void) {

DDRA = 0xFF ; DDRB = 0xFF ; while(1)

{

PORTA = 0x7F;

PORTB = 0x92;

}

return ; }

Keterangan :

- Perintah DDRA dan DDRB merupakan inisialisasi PORT sebagai output

- Perintah PORTA = 0x7F menyatakan perintah untuk menyalakan 7 segment dalam hal ini sinyal power

- Perintah PORTB=0x92 menyatakan perintah untuk mengirimlan angka 5 (lihat di tabel kode karakter 7 segment common anoda)

 Berdasarkan contoh A1 dengan rangkaian yang sama kita bisa menghasilkan output yang berbeda. Misalkan, Contoh A2 : Rangkaian Up Counter Mod 10 untuk menampilkan angka 0 – 9 secara terus menerus dengan waktu detak (delay) selama 0,5 detik.

Kode programnya :

Keterangan :

- Perintah DDRA dan DDRB merupakan inisialisasi PORT sebagai output - PORTA = 0b01111111 menyatakan perintah penyalaan 7 segment

- PORTB =0XC0 menyatakan perintah kirim angka 0 ke PORTB (untuk instruksi lainnya menyatakan perintah mengirim angka seperti pada tabel kode karakter common anoda)

- _delay_ms(500) menyatakan perintah delay setengah detik (untuk mengganti perintah delak 1 detik tinggal diganti ke 1000)

 Berikut merupakan contoh kasus dalam penerapan rangkaian counter dengan mikrokontroler menggunakan aplikasi CodeVision AVR dan Proteus 7.

Contoh A3 :

Misalkan kita menyalakan/ mengcounter UP/ Down Counter MOD 10000 pada tampilan 4 digit LED 7 Segment common cathoda (kode karakter LED 7 Segment common cathoda dapat dilihat pada tabel diatas) pada PORT C dan D sebagai output dengan waktu delay 1 ms (1 mili detik).

Catatan : 1000 ms (1000 mili detik) = 1 detik

Kode Program :