BAB 1 PENGENALAN KONSEP
31/01/2023 14:44 OLEH: AJI SAKA
1.1 Kuantitas Digital Dan Analog
Sirkuit elektronik dapat dibagi menjadi 2 kategori yaitu Digital dan Analog. Eelektronik digital
melibatkan kuantitas dengan nilai diskrit yang diwakili oleh 1 atao 0 dan elektronik analog melibatkan nilai kontinu, kebayakan hal yang bisa diukur secara kuantitatif terjadi di alam dalam bentuk analog.
Ex besaran analog: waktu suhu, tekanan, jarak, dan bunyi.
Keunggulan Digital
Keuntungan Representasi Digital dibandingkan Representasi Analog. Data digital dapat diproses dan ditransmisikan lebih efisien dan andal daripada data analog Mereka menguntungkan saat memproses dan mengirimkan data.dalam menyimpan data dapat menyimpan data dalam jumlah besar di ruang yang lebih kecil dan dengan kemungkinan kesalahan paling kecil.Data digital dapat dengan mudah disimpan dan direproduksi dengan akurasi dan kejelasan yang lebih baik.Noise tidak mempengaruhi data digital dibandingkan dengan sinyal analog. Ex: ketika menyimpan music Sistem Analog
Mekatronika
Elektronik digital dan analog digunakan dalam kontrol mekanis. Bidang transdisipliner; komponen mekanik dan elektronik disebut mekatronik
Dapat ditemukan dirumah,industry,transportasi.
1.2 Digit Biner, Level Logika, dan Bentuk Gelombang Digital
Digit Biner
Binary digit adalah unit satuan terkecil dalam komputasi digital Terdapat dua digit dalam sistem biner; 1 atau 0 disebut bit. (1=tinggi 0=rendah disebut logika positif dan sebaliknya). Kumpulam bit (kombinasi 1 dan 0) disebut kode.
High= 1 Low=0
Tingkat Logika
Tegangan yang digunakan untuk mewakili 1 dan 0 disebut level logika. Dlm rangkaian digital praktis HIGH dapat berupa tegangan apapun antara nilai minimum yang ditentukan dan nilai maksimum yang ditentukan. Demikian LOW dapat berupa voltase antara nilai minimum dan maksimum
Bentuk Gelombang
Bentuk gelombang digital terdiri dari level tegnagan yang berubah bolak balik antara level atau status High and Low. Satu pulsa positif= tegangan/arus berubah dari level LOW to HIGH and than back LOW.Dimana bentuk gelombang serangkaian pulsa
Pulsa/Pulse
Pulse memiliki 2 sisi; sisi depan pada waktu t0 and trailing edge pada t1
Pulsa nonideal.dalam realitanya, semua pulsa menunjukkan beberapa atau semua karakteristik ini.
Overshoot dan ringilkan terkadang dihasikn oleh stray inductive dan capacity effec
Waktu yang diperlukan pulse to go from LOW to HIGH= rise time(tr) dan waktu dari HIGH to LOW=
Fall time(tf). Amplitude= tinggi pulsa dari dasar) Lebar pulsa (tW) adalah ukuran durasi pulsa dan sering didefinisikan sebagai interval waktu antara 50% titik pada tepi naik dan turun
.
Karakteristik Bentuk Gelombang
Sebagian gelombang dlm sistem digital bentuknya terdiri dari serangkaian pulsa yang
diklasifikasikan sebagai periodik dan non periodic. bentuk gelombang pulsa periodik yang berulang pada interval tetap, disebut Periode (T). frekuensi ( f ) adalah tingkat di mana ia berulang dan
diukur dalam hertz (Hz). Bentuk gelombang pilsa non periodic tidak berulang pada interval tetap, dapat terdiri lebar pulsa dan interval yang berbeda secara acak.
F=1/T dan T= 1/F
Karakteristik penting dari bentuk gelombang digital periodik adalah Duty Cycle(siklus kerja), yang merupakan rasio lebar pulsa (tW) dengan periode (T). Ini dapat dinyatakan sebagai persentase.
Duty cycle : tW /T x 100%
Bentuk Gelombang Digital Membawa Informasi Biner
Informasi biner yang ditangani oleh sistem digital muncul sebagai bentuk gelombang yang mewakili urutan bit. . Setiap bit dalam urutan menempati interval waktu tertentu yang disebut waktu bit.
The Clock
Dalam sistem Digital semua bentuk gelombang akan disinkronkan dengan bentuk gelombang waktu jang disebut clock (jam). Jam adalah gelombang periodik di mana setiap interval antara pulsa (periode) sama dengan waktu untuk satu bit.
bit seperti yang ditunjukkan. Sekelompok beberapa bit dapat berisi informasi biner, seperti angka atau huruf. Bentuk gelombang jam itu sendiri tidak membawa informasi.
Diagram Waktu(Timing Diagram)
Diagram waktu adalah grafik bentuk gelombang digital yang menunjukkan hubungan waktu sebenarnya dari dua bentuk gelombang atau lebih dan bagaimana setiap bentuk gelombang berubah dalam kaitannya dengan yang lain. Dengan melihat diagram waktu, Anda dapat menentukan keadaan (TINGGI atau RENDAH) dari semua bentuk gelombang pada titik waktu tertentu dan waktu yang tepat ketika bentuk gelombang mengubah keadaan relatif terhadap bentuk gelombang lainnya
Transfer Data
Data mengacu pada kelompok bit yang menyampaikan beberapa jenis informasi. Data biner, yang diwakili oleh bentuk gelombang digital, harus ditransfer dari satu perangkat ke perangkat lainnya dalam sistem digital atau dari satu sistem ke sistem lainnya untuk mencapai tujuan tertentu.
Ketika bit ditransfer dalam bentuk serial dari satu titik ke titik lainnya, bit dikirim satu per satu sepanjang satu baris, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. Selama interval waktu dari t0 ke t1, bit pertama ditransfer. Selama interval waktu dari t1 ke t2, bit kedua ditransfer, dan seterusnya. Untuk mentransfer delapan bit secara seri, diperlukan delapan kali interval.
Ketika bit ditransfer dalam bentuk paralel , semua bit dalam grup dikirim pada jalur terpisah pada waktu yang sama
keuntungan dari transfer serial data biner adalah bahwa minimal hanya satu baris yang diperlukan.
Dalam transfer paralel, diperlukan sejumlah baris yang sama dengan jumlah bit yang akan ditransfer pada satu waktu. Kerugian dari transfer serial adalah membutuhkan waktu lebih lama untuk
mentransfer sejumlah bit dibandingkan dengan transfer paralel pada frekuensi clock yang sama.
Misalnya, jika satu bit dapat ditransfer dalam 1 ms, maka dibutuhkan 8 ms untuk mentransfer delapan bit secara serial, tetapi hanya 1 ms untuk mentransfer delapan bit secara paralel. Kerugian dari transfer paralel adalah membutuhkan lebih banyak jalur daripada transfer serial.
1.3 Fungsi Logika Dasar
Dalam bentuk dasarnya, logika adalah ranah penalaran manusia yang memberi tahu dalam proposisi tertentu (pernyataan deklaratif) benar jika kondisi tertentu benar. Proposisi dapat diklasifikasikan sebagai benar atau salah
Pada tahun 1850-an, ahli logika dan matematika Irlandia George Boole mengembangkan sistem matematika untuk merumuskan pernyataan logika dengan simbol sehingga masalah dapat ditulis dan diselesaikan dengan cara yang mirip dengan aljabar biasa. Aljabar Boolean, diterapkan dalam desain dan analisis sistem digital
Istilah logika diterapkan pada sirkuit digital yang digunakan untuk mengimplementasikan fungsi logika.
Beberapa jenis rangkaian logika digital adalah elemen dasar yang membentuk blok bangunan untuk sistem digital yang rumit seperti computer
Tiga fungsi logika dasar (NOT, AND, dan OR) ditunjukkan dengan simbol bentuk pembeda standart.
Garis yang terhubung ke setiap simbol adalah input dan output. kemudian adalah proposisi dasar, dan dua pernyataan lainnya adalah kondisi di mana proposisi itu bergantung. Inputnya ada di sebelah kiri setiap simbol dan outputnya ada di sebelah kanan. Sebuah sirkuit yang melakukan fungsi logika tertentu (AND, OR) disebut gerbang logika. Gerbang AND dan OR dapat memiliki sejumlah input, seperti yang ditunjukkan oleh tanda hubung pada gambar.
In logic functions, the true/false conditions mentioned earlier are represented by a HIGH (true) and a LOW (false).. Masing-masing dari tiga fungsi logika dasar menghasilkan respons unik terhadap serangkaian kondisi tertentu.
NOT
Fungsi NOT mengubah satu level logika ke level logika yang berlawanan. Ketika inputnya HIGH(1), outputnya LOW (0). Ketika inputnya LOW, outputnya HIGH. Dalam kedua kasus tersebut, keluarannya tidak sama dengan masukannya. Fungsi NOT diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai inverter
AND
Fungsi AND menghasilkan output HIGH hanya jika semua inputnya HIGH. Ketika satu input HIGH dan input lainnya HIGH, outputnya HIGH. Ketika salah satu atau semua input LOW, outputnya LOE. Fungsi AND diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai gerbang AND
OR
Fungsi OR menghasilkan output HIGH ketika satu atau lebih input HIGH.Ketika satu input HIGH atau input lainnya HIGH atau kedua input HIGH, outputnya HIGH. Ketika kedua input LOW, outputnya LOW.
Fungsi OR diimplementasikan oleh rangkaian logika yang dikenal sebagai gerbang OR
*
*
1.4 Fungsi Logika Kombinasi dan Sekuensial
Tiga fungsi logika dasar AND, OR, dan NOT dapat digabungkan untuk membentuk berbagai jenis fungsi logika lain yang lebih kompleks, seperti perbandingan, aritmatika, konversi kode, pengodean, dekode, pemilihan data, penghitungan, dan penyimpanan. Sistem digital adalah pengaturan fungsi logika individu yang terhubung untuk melakukan operasi tertentu atau menghasilkan output yang ditentukan
Fungsi Perbandingan
Perbandingan besaran dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pembanding.Pembanding membandingkan dua besaran dan menunjukkan apakah keduanya sama atau tidak. Misalnya, Anda memiliki dua angka dan ingin tahu apakah keduanya sama atau tidak sama dan, jika tidak sama, mana yang lebih besar.
Satu angka dalam bentuk biner (diwakili oleh level logika) diterapkan ke input A, dan angka lainnya dalam bentuk biner (diwakili oleh level logika) diterapkan ke input B. Output menunjukkan hubungan kedua angka dengan menghasilkan level HIGH pada jalur output yang tepat. Misalkan representasi biner dari angka 2 diterapkan ke input A dan representasi biner dari angka 5 diterapkan ke input B.
(Representasi biner dari angka dan simbol dibahas di Bab 2.) Level HIGH akan muncul di output A 6 B (A kurang dari B), menunjukkan hubungan antara dua angka (2 kurang dari 5). Panah lebar mewakili sekelompok garis paralel tempat bit berada
Fungsi Aritmatika
• Addition/Tambahan
Penjumlahan dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut penambah. Penjumlah menambahkan dua bilangan biner (pada input A dan B dengan input bawaan Cin) dan menghasilkan jumlah () dan output bawaan (Cout)
• Pengurangan/Subtraction
Pengurangan juga dilakukan oleh rangkaian logika. Pengurang membutuhkan tiga input: dua angka yang akan dikurangi dan input pinjaman. Kedua output tersebut adalah selisih dan output pinjaman.
Ketika, misalnya, 5 dikurangi dari 8 tanpa input pinjaman, selisihnya adalah 3 tanpa output pinjaman.
• Perkalian/Multiplication
Perkalian dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pengali. Angka selalu dikalikan dua sekaligus, sehingga diperlukan dua input. Output dari pengganda adalah produk
• Divisi/Division
Pembagian dapat dilakukan dengan serangkaian pengurangan, perbandingan, dan pergeseran, dan dengan demikian juga dapat dilakukan dengan menggunakan penambah dalam kaitannya dengan rangkaian lain. Diperlukan dua input ke pembagi, dan output yang dihasilkan adalah hasil bagi dan sisanya.
Fungsi Konversi Kode
Kode adalah sekumpulan bit yang diatur dalam pola unik dan digunakan untuk mewakili informasi tertentu. Konverter kode mengubah satu bentuk informasi yang dikodekan menjadi bentuk kode lainnya
Fungsi Pengkodean
Fungsi pengkodean dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut pengkode. Pengkode mengubah informasi, seperti angka desimal atau karakter abjad, menjadi beberapa bentuk kode. Misalnya, satu jenis enkoder tertentu mengubah setiap angka desimal, 0 hingga 9, menjadi kode biner. Level TINGGI pada input yang sesuai dengan digit desimal tertentu menghasilkan level logika yang mewakili kode biner yang tepat pada jalur output.
Fungsi Dekode
Fungsi dekode dilakukan oleh rangkaian logika yang disebut dekoder. Decoder mengubah informasi yang dikodekan, seperti bilangan biner, menjadi bentuk yang tidak dikodekan, seperti bentuk desimal.
Misalnya, satu jenis dekoder tertentu mengubah kode biner 4-bit menjadi angka desimal yang sesuai
ilustrasi sederhana salah satu jenis dekoder yang digunakan untuk mengaktifkan tampilan 7-segmen.
Masing-masing dari tujuh segmen layar dihubungkan ke jalur keluaran dari dekoder. Ketika kode biner tertentu muncul pada input dekoder, jalur output yang sesuai diaktifkan dan menyalakan segmen yang tepat untuk menampilkan angka desimal yang sesuai dengan kode biner.
Fungsi Pemilihan Data
Dua jenis sirkuit yang memilih data adalah multiplexer dan demultiplexer. Multiple plexer, atau mux singkatnya, adalah sirkuit logika yang mengalihkan data digital dari beberapa jalur input ke jalur output tunggal dalam urutan waktu tertentu. Secara fungsional, multiplexer dapat diwakili oleh operasi sakelar elektronik yang secara berurutan menghubungkan setiap jalur input ke jalur output. Demultiplexer (demux) adalah rangkaian logika yang mengalihkan data digital dari satu jalur input ke beberapa jalur output dalam urutan waktu tertentu. Pada dasarnya, demux adalah kebalikan dari mux.Multiplexing dan demultiplexing digunakan ketika data dari beberapa sumber akan dikirim melalui satu jalur ke lokasi yang jauh dan didistribusikan kembali ke beberapa tujuan
Gambar diatas mengilustrasikan jenis aplikasi ini di mana data digital dari tiga sumber dikirim sepanjang satu jalur ke tiga terminal di lokasi lain.
Selama interval waktu pertama, data input A masuk ke output D. Selama interval waktu kedua, data input B pergi ke output E. Selama interval waktu ketiga, data input C pergi ke output F. Setelah ini, urutannya berulang. Karena waktu dibagi di antara beberapa sumber dan tujuan yang masing-masing memiliki giliran untuk mengirim dan menerima data, proses ini disebut time division multiplexing (TDM).
Fungsi Penyimpanan
Penyimpanan adalah fungsi yang diperlukan di sebagian besar sistem digital, dan tujuannya adalah untuk mempertahankan biner data untuk jangka waktu tertentu. Beberapa perangkat penyimpanan digunakan untuk penyimpanan jangka pendek dan beberapa digunakan untuk penyimpanan jangka panjang. Perangkat penyimpanan dapat "menghafal" sedikit atau sekelompok bit dan menyimpan informasi selama diperlukan. Jenis perangkat penyimpanan yang umum adalah flip-flop, register, memori semikonduktor, disk magnetik, pita magnetik, dan disk optik (CD)
Flip-flops Flip-flop adalah rangkaian logika bistable (dua keadaan stabil) yang hanya dapat menyimpan satu bit pada satu waktu, baik 1 atau 0. Output dari flip-flop menunjukkan bit mana yang disimpannya. Keluaran HIGH menunjukkan bahwa 1 disimpan dan keluaran LOW
menunjukkan bahwa 0 disimpan. Flip-flop diimplementasikan dengan gerbang logika
Register Register dibentuk dengan menggabungkan beberapa flip-flop sehingga kelompok bit dapat disimpan. Misalnya, register 8-bit dibangun dari delapan flip-flop. Selain menyimpan bit, register dapat digunakan untuk menggeser bit dari satu posisi ke posisi lain di dalam register atau keluar dari register ke sirkuit lain; oleh karena itu, perangkat ini dikenal sebagai register geser. Dua tipe dasar register geser adalah serial dan paralel. Bit disimpan dalam serial shift register satu per satu
Semiconductor Memories Semiconductor memories are devices typically used for storing large numbers of bits. Dalam satu jenis memori, yang disebut memori read-only atau ROM, data biner disimpan secara permanen atau semipermanen dan tidak dapat diubah dengan mudah. Dalam memori akses acak atau RAM, data biner disimpan sementara dan dapat diubah dengan mudah Magnetic Memories Magnetic disk memories are used for mass storage of binary data. Contohnya adalah hard disk internal komputer. Pita magnetik masih digunakan sampai batas tertentu dalam aplikasi memori dan untuk membuat cadangan data dari perangkat penyimpanan lain.
Memori Optik CD, DVD, dan Blu-ray Disc adalah perangkat penyimpanan berbasis teknologi laser.
Data diwakili oleh lubang dan tanah di jalur konsentris. Sinar laser digunakan untuk menyimpan data pada disk dan membaca data dari disk.
Fungsi Menghitung
Fungsi Menghitung ungsi penghitungan penting dalam sistem digital. Ada banyak jenis penghitung digital, tetapi tujuan dasarnya adalah menghitung peristiwa yang diwakili oleh perubahan level atau pulsa. Untuk menghitung, penghitung harus “mengingat” angka saat ini sehingga dapat berpindah ke angka yang tepat berikutnya secara berurutan. Oleh karena itu, kemampuan penyimpanan merupakan karakteristik penting dari semua pencacah, dan flip-flop umumnya digunakan untuk
mengimplementasikannya
.
Sistem Kontrol Proses
A system for bottling vitamin tablets. Contoh sistem ini menunjukkan bagaimana berbagai fungsi logika yang telah diperkenalkan dapat digunakan bersama untuk membentuk sistem total. Untuk memulai, tablet dimasukkan ke dalam hopper tipe corong besar. Leher hopper yang sempit menciptakan aliran serial tablet ke dalam botol di sabuk konveyor di bawah. Hanya satu tablet yang melewati sensor, sehingga tablet dapat dihitung. Sistem mengontrol jumlah tablet ke dalam setiap botol dan
menampilkan pembacaan yang terus diperbarui dari jumlah total tablet yang dikemas.
Operasi UmumJumlah maksimum tablet per botol dimasukkan dari keypad, diubah menjadi kode oleh Encoder, dan disimpan di Register A. Decoder A mengubah kode yang disimpan di register ke bentuk yang sesuai untuk menghidupkan layar. Konverter kode A mengubah kode menjadi
bilangan biner dan menerapkannya ke input A dari Comparator (Comp). Sensor optik di leher hopper mendeteksi setiap tablet yang lewat dan menghasilkan pulse. Pulse ini masuk ke Penghitung dan memajukannya dengan satu hitungan; dengan demikian, setiap saat selama pengisian botol, status biner dari pencacah menunjukkan jumlah tablet di dalam botol. Hitungan biner ditransfer dari penghitung ke input B pembanding (Comp). Input A dari pembanding adalah bilangan biner untuk tablet maksimum per botol. Sekarang, katakanlah jumlah tablet per botol saat ini adalah 50. Ketika angka biner di penghitung mencapai 50, keluaran A = B dari pembanding menjadi TINGGI, yang menunjukkan bahwa botol sudah penuh. Output TINGGI dari komparator menyebabkan katup di leher hopper menutup dan menghentikan aliran tablet. Pada saat yang sama, keluaran TINGGI dari pembanding mengaktifkan konveyor, yang memindahkan botol kosong berikutnya ke tempatnya di bawah hopper. Saat botol berada di tempatnya, kontrol konveyor
mengeluarkan pulse yang menyetel ulang penghitung ke nol. Akibatnya, keluaran komparator kembali RENDAH dan menyebabkan katup hopper memulai kembali aliran tablet. Untuk setiap botol yang diisi, angka biner maksimum di penghitung ditransfer ke input A dari Adder. Input B penambah berasal dari Daftar B yang menyimpan jumlah total tablet yang dikemas hingga botol terakhir yang diisi. Adder menghasilkan jumlah kumulatif baru yang kemudian disimpan dalam register B, menggantikan jumlah sebelumnya. Ini menjaga total tablet yang dibotolkan selama proses tertentu. Jumlah kumulatif yang disimpan dalam register B masuk ke Decoder B, yang mendeteksi ketika Register B telah mencapai kapasitas maksimumnya dan mengaktifkan MUX,
yang mengubah bentuk biner dari paralel ke serial untuk ditransmisikan ke DEMUX jarak jauh.
Konversi DEMUX data kembali ke bentuk paralel untuk penyimpanan.
