=== PENCACAH dan REGISTER ===
Pencacah
Pencacah adalah sebuah register yang mampu menghitung jumlah pulsa detak yang masuk melalui masukan detaknya, karena itu pencacah membutuhkan karakteristik memori dan pewaktu.
Pencacah digital mempunyai karakteristik penting yaitu: 1) Jumlah hitung maksimal (Modus Cacahan).
2) Menghitung ke atas atau ke bawah. 3) Operasi Asinkron atau Sinkron. 4) Bergerak bebas atau berhenti sendiri.
Manfaat pencacah antara lain adalah sebagai : 1) Pengukur frekuensi.
2) Pembagi frekuensi. 3) Penyimpan data.
4) Pengurutan alamat, dan lain-lain.
a) Pencacah Gelombang
Pencacah digital hanya akan menghitung dalam biner atau dalam kode biner. Tabel di bawah ini menunjukkan urutan hitungan dalam biner dari 0000 sampai 1111 (0 sampai 15 dalam desimal). Suatu pencacah digital yang menghitung biner dari 0000 sampai 1111, dapat disebut sebagai pencacah modulo-16. Modulus dari suatu pencacah adalah jumlah hitungan yang dilaluinya. Istilah “modulo” kadang-kadang disingkat dengan “mod”. Dengan demikian maka pencacah ini dapat disebut
Diagram logika pencacah mod-16 dan diagram pewaktunya ditunjukan pada Gambar di bawah ini.
Gambar: (a) Pencacah Mod 16; (b) Diagram Pewaktu Pencacah Mod 16 Cara kerja rangkaian
Flip-flop JK tersebut dipacu ujung negatif.
Semula Clear (Clr) dibuat 0 untuk mereset semua keluaran, sehingga keadaan awal keluaran Q3 Q2 Q1 Q0 = 0 0 0 0
Kemudian Clear (Clr) dibuat 1 untuk mengoperasikan semua flip-flop.
Clk mentogel Q0 saat pulsa Clock dari 1 ke 0.
Q0 mentogel Q1 saat pulsa Q0 dari 1 ke 0.
Q1 mentogel Q2 saat pulsa Q1 dari 1 ke 0.
Q2 mentogel Q3 saat pulsa Q2 dari 1 ke 0.
Perhatikan pulsa 16, semula keluaran cacahan adalah : Q3 Q2 Q1 Q0 = 1111
Saat pulsa 16 mencapai tepi negatif, nilai cacahan kembali pada: Q3 Q2 Q1 Q0 = 0 0 0 0
Pencacah ini tidak berhenti pada hitungan maksimumnya, melainkan melanjutkan penghitungan selama pulsa Clock dimasukan pada masukan clk pada FF0. Jenis
Pencacah seperti ini disebut “Pencacah Gelombang” yang mempunyai karakteristik sebagai berikut :
Jumlah Cacahan maksimal 16 (mod-16).
Menghitung ke atas (mulai 0000 s/d 1111).
Operasi Asinkron, karena tidak semua Flip-flop mentogel tepat serempak dengan detak (clock).
Bergerak bebas,karena cacahan tidak berhenti pada hitungan maksimumnya.
Pencacah ini juga disebut sebagai pembagi frekuensi.
Frekuensi Q0 = 1/2 frekuensi Clock.
Frekuensi Q2 = 1/8 frekuensi Clock.
Frekuensi Q3 = 1/16 frekuensi Clock.
Flip-Flop ke 1 membagi 2 frekuensi Clock.
Flip-Flop ke 2 membagi 4 frekuensi Clock.
Flip-Flop ke 3 membagi 8 frekuensi Clock.
.
.
.
Flip-Flop ke n membagi 2n frekuensi Clock
b) Pencacah-Pencacah yang Lain
1. Pencacah Mod-6
Untuk membuat pencacahmod-6 diperlukan tabel berikut :
Penjelasan:
Cacahan maksimal mod – 6 adalah 101, berikutnya harus kembali ke cacahan awal 000. Akan tetapi cacahan setelah 101 adalah 110. Ini berarti Q2 Q1 Q0 = 1 1 0. Agar
menjadi cacahan 0 0 0, maka Q2 dan Q1 harus dijadikan 0 dengan cara memberikan
gerbang NAND dan outputnya diumpankan pada masukan Clear. Akibatnya nilai CLR = 0, ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q2 Q1 Q0 = 0 0 0. Selanjutnya
pencacah akan mencacah mulai awal lagi
Gambar Diagram Pewaktu Pencacah gelombang Mod 6
Pada gambar di atas tampak bahwa setelah pulsa clock ke-6, Q1 dan Q2 berharga 1.
Dengan adanya gerbang NAND, menyebabkan nilai 1 pada Q1 dan Q2 dalam waktu
yang sangat singkat berubah menjadi 0.
2. Pencacah Mod-10 (Pencacah Dekade)
Untuk merancang Mod-10, diperlukan tabel berikut.
Gambar Pencacah Decade (Mod 10)
Penjelasan :
Cacahan maksimal mod-10 adalah 1001, berikutnya harus kembali kecacahan awal 0000. Akan tetapi cacahan setelah 1001 adalah 1010, ini berarti Q3 Q2 Q1 Q0 = 1 0 1
0. Agar menjadi cacahan 0000, maka Q3 dan Q1 harus dijadikan 0 dengan cara
memberikan gerbang Nand dan outputnya diumpan kepada masukan clear. Akibatnya nilai Clr = 0, ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q3 Q2 Q1 Q1 = 0
0 0 0. Selanjutnya pencacah akan mulai melakukan pencacahan dari awal lagi.
3. Pencacah gelombang berhenti sendiri
Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah cacahan gelombang yang bisa berhenti sendiri pada cacahan yang di inginkan. Cacahan berakhir pada kondisi cacahan yang terakhir (Tidak kembali ke 000), meskipun pulsa-pulsa detak terus memasuki pencacah.
Gambar Pencacah yang bisa berhenti sendiri Cara kerja:
Count bekerja sebagai pengendali:
Bila count = 1, maka J = K = 1, sehingga pencacah bekerja seperti biasanya.
Bila count = 0, maka J = K = 1, sehingga semua flip-flop berada pada mode tetap, artinya pencacah tetap mempertahankan pada pencacah terakhirnya.
Contoh:
Misalnya inginkan pencacah berhenti sendiri dari 0000 s/d 1010. Disini cacahan terakhir adalah Q3 Q2 Q1 Q0 = 1 0 1 0, nampak bahwa Q3 = 1 dan Q1 = 1, dua
Untuk Q3 = Q1 = 1 nilai count = 0, sehingga pencacah akan berhenti sendiri pada
cacahan ini. Gambar di baawah ini menunjukan rangkaian pencacah berhenti sendiri dimana cacahan dimulai dari 0000 s/d 1010.
Gambar Rangakaian pencacah berhenti sendiri yang mencacah dari 0000 s/d 1010
4. Pencacah Paralel
Kelemahan pencacah gelombang Asinkron ialah kelambatan waktu dalam pemacuan semua flop. Bila bit pindahan merambat melalui deretan n-buah flip-flop, maka waktu tunda propagasi total yang dialaminya adalah ntp. (tp = waktu tunda untuk propagasi untuk satu flip-flop). Untuk mengatasi hal ini dapat digunakan pencacah parallel(Parallel Counter). Disebut pencacah parallel karena semua masukan clk dari setiapflip-flop digabungkan kemasukan detak (clock).
Gambar Pencacah Paralel Mod 16
Gambar di atas adalah pencacahan parallel mod 16 dengan menggunakan flip-flop pemicuan tepi positif. Dalam rangkaian ini semua flip=flop secara parallel dikendalikan oleh pulsa-pulsa detak.
FF0 mengalami togel jika clock = 1
FF2 mengalami togel jika Q0 = Q1 = 1
FF3 mengalami togel jika Q0 = Q1 = Q2 = 1
FF ke-n mengalami togel jika Q0 = Q1 = Q2 =... = Q n-1 = 1
5. Pencacah Paralelyang bisa berhenti sendiri
Gambar Pencacah Paralel Mod 16 yang berhenti sendiri
Gambar di atas menyajikan cara menyusun sebuah pencacah parallel terkendali (bisa berhenti sendiri). Bila count = 0, semua flip-flop mempunyai nilai J = k = 0, sehingga semua flip-flop berada pada mode tetap. Bila count = 1, semua flip-flop mempunyai nilai J = k = 1, sehingga semua flip-flop berada pada mode togel dan pencacah berfungsi sebagai pencacah parallel.
6. Pencacah Turun
Gambar Pencacah Gelombang ke bawah 3-bit
Gambar di atas adalah rangkaian gelombang pencacah kebawah 3-bit. Berbeda dengan pencacah keatas, pencacah ini dimulai dari cacahan 111 s/d 000. Perbedaan rangkaian pencacah keatas adalah pada masukan clk tiap-tiap flip-flop. Pada rangkaian ini.
0 dimasukan ke clk 1 1 dimasukan ke clk
Contoh:
1. Sebuah pencacah gelombang mod-16 diberi sinyal detak dengan frekwensi 48 MHz pada masukan clk-nya. Bila bit-bit keluaran dinotasikan dengan Q3 Q2 Q1 Q0.
2. Sinyal detak yang menggerakan pencacah 3-bit memiliki frekuensi 5 Mhz.
a) Berapa lamakah setiap bit pewaktu akan bertahan pada tingkat logika tinggi ?
b) Berapakah waktu yang diperlukan (cacahan awal dimulai dari 000) agar sampai pada cacahan 100 ?
Jawab :
a)
b) Jumlah cacahan dari 000 s/d 100 = 5 cacahan
t = 5.T = 5.0,2 µs = 1 µs ( 5 buah cacahan ditempuh dalam waktu 1 µs )
3. Bila diberikan pencacah presetabel 6-bit, beberapa bilangan yang harus dipreset untuk memperoleh rangkaian pembagi 25 ?
Jawab :
Bilangan yang dipreset = 26– 25 = 39
4. Perhatikan gambar berikut :
Register
Register adalah kumpulan dari elemen-elemen memori (flip-flop) yang bekerja bersama sebagai satu unit. Register yang paling sederhana hanya dipakai untuk penyampaian data biner. Jenis register lain mempunyai karakteristik menggeser data ke kanan atau ke kiri disamping mempunyai karakteristik memori.
Register geser di susun dari flip-flop, yang bisa digunakan sebagai memori untuk mengubah data seri ke pararel atau data pararel ke seri. Jenis-jenis register geser diidentifikasi berdasarkan bagaimana cara data dimuat dan dibaca dari unit penyimpanan.
Berdasarkan identitas ini, register dikelompokkan sebagai berikut: 1) Serial Input, Serial Output (SISO). Lihat gambar 10-1-a 2) Serial Input, Pararel Output (SIPO). Lihat gambar 10-1-b 3) Pararel Input, Serial Output (PISO). Lihat gambar 10-1-c 4) Pararel Input, Pararel Output (PIPO). Lihat gambar 10-1-d
1. Register Geser Kiri
Gambar (10-2) Register geser kiri 4 bit dengan clear aktif rendah.
2. Pengisian Seri (Serial Loading)
Misalkan data X3 X2 X1 X0 = 1 0 1 1 akan diisikan (disimpan) dalam register
tersebut secara seri. Caranya adalah:
1) Clr = 0 ; ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q3 Q2 Q1 Q0 = 0 0 0 0
2) Clr = 1 ; (Register siap beroperasi) 3) Data dimasukkan secara seri dari D in
Pulsa Clk ke-1, Q3 = 0 ; Q2 = 0 ; Q1 = 0 ; Q0 = X3 [1]
Pulsa Clk ke-2, Q3 = 0 ; Q2 = 0 ; Q1 = X3 [1] ;[pQ0 = X2 [0]
Pulsa Clk ke-3, Q3 = 0 ; Q2 = X3 [1] ; Q1 = X2 [0] ; Q0 = X1 [1]
Pulsa Clk ke-4, Q3 = X3 [1] ; Q2 = X2 [0] ; Q1 = X1 [1] ; Q0 = X0 [1]
Pada pulsa clock ke-4, register sudah terisi penuh dengan data, sehingga isi register sekarang adalah:
Q3 Q2 Q1 Q0 = 1 0 1 1
Dari sini tampak bahwa untuk memasukkan data sebanyak 4-bit dibutuhkan 4-buah pulsa detak (clock).
Maka untuk menampung data sebanyak n-bit dibutuhkan n-buah pulsa detak (clock), tentu saja pulsa detak harus berhenti bilamana seluruh data sudah dimasukkan dalam register.
Pembacaaan data secara seri
Q3 , merupakan keluaran data secara serial
Beri pulsa clock (ingat data di geser ke kiri) Pulsa ke:
Pembacaan data secara pararel
Pembacaaan data secara pararel dapat dilakukan secara lengsung (bersama-sama) melalui keluaran Q3 Q2 Q1 Q0. Perhatikan gambar (10-3):
Gambar (10-3) : Register geser kiri SIPO
Mengingat data dimasukkan secara seri dan dibaca secara parallel maka register ini disebut sebagai register series in-parallel out atau disingkat menjadi SIPO.
3. Register Geser Parallel Input – Pararell Output (PIPO)
Perhatikan gambar (10-6). Semua data dimasukkan secara bersama-sama lewat D0
D1 D2 D3 dengan datangnya 1 pulsa clock data langsung dikirim ke output Q0 Q1
Q2 Q3. Pembacaan data dilakukan langsung pada Q0 Q1 Q2 Q3.
Gambar (10-6) : Register geser PIPO
4. Register geser parallel input – serial output (PISO)
Register 4 bit parallel input – serial output (PISO) ditunjukkan pada gambar (10-7). Rangkaian ini menggunakan D flip-flop dan gerbang NAND untuk memasukkan (menulis) data ke dalam register. D0 D1 D2 D3 adalah input parallel. Untuk
Gambar (10-7) : Register geser PISO
5. Bidirectional Shift Registers
Bidirectional Shift Registers adalah register geser yang bisa menggeser data ke kiri atau ke kanan. Bidirectional Shift Registers 4 bit menggunakan flip-flop D di tunjukkan pada gambar (10-8).
Gambar 10-8: Bidirectional Shift Registers 4 bit menggunakan flip-flop D
Disini, sejumlah gerbang NAND disusun untuk memilih data input yang terpilih oaleh garis control LEFT / RIGHT.
6. Register Yang bisa dibebani secara parallel atau secara seri.
Mata kuliah TEKNIK DIGITAL
Gambar 10-9 : Register yang bisa dibebani secara parallel atau secara seri
Cara kerja rangkaian ini ditunjukkan oleh tabel kebenaran berikut:
Clr A Q Mode
2) Clear = 1 ; A = 1 (register siap beroperasi secara parallel)
3) Memasukkan data secara parallel melalui kaki X3 X2 X1 X0 = 1 0 1 1 dengan
3. Data dimasukkan secara seri dari D in
Pulsa Clk ke-1, Q3 = X0 [1] ; Q2 = 0 ; Q1 = 0 ; Q0 = 0
Pulsa Clk ke-2, Q3 = X1 [1] ; Q2 = X0 [1] ; Q1 = 0 ; Q0 = 0
Pulsa Clk ke-3, Q3 = X2 [0] ; Q2 = X1 [1]; Q1 = X0 [1]; Q0 = 0
Pulsa Clk ke-4, Q3 = X3 [1] ; Q2 = X2 [0] ; Q1 = X1 [1] ; Q0 = X0 [1]
