1
DIGITAL
1. TUJUAN Setelah melakukan praktikum ini, praktikan diharapkan telah memiliki kemampuan sebagai berikut : 1.1. Mengerti dan memahami gerbang-gerbang logika (lambang, bentuk, tabel kebenaran, sifat/karakteristik). 1.2. Mampu menganalisis rangkaian logika 1.3. Memahami prinsip kerja flip-flop 1.4. Memahami prinsip kerja pencacah(counter) dan pemanfaatannya sebagai pembagi (divider) 2. ALAT DAN KOMPONEN 2.1. Osiloskop 2.2. Logic Probe 2.3. Satu set catu daya 2.4. Kabel-kabel penghubung (jumper) 2.5. Gerbang-gerbang logika TTL(Transistor-Transistor Logic) : SN 7400 (Quadruple 2 input NAND gates) SN 7402 (Quadruple 2 input NOR gates) SN 7404 (Hex inverters/NOT gates) SN 7408 (Quadruple 2 input AND gates) SN 7432 (Quadruple 2 input OR gates) SN 7476 (Dual JK master slave FLIP FLOP with {PRESET and CLEAR) SN 7486 (Quadruple 2 input EXclusive OR gates) 3.TEORI SINGKAT 3.1. BILANGAN BINER Sistem bilangan biner adalah suatu sandi yang hanya menggunakan 2 lambang dasar, yang dapat berupa Adan B; • dan -; tegangan 5 V dan tegangan 0 V; ataupun 1 dan 0. Dalam bahasan selanjutnya digunakan lambang 1 dan 0. Tinjau sistem bilangan desimal, 0 sampai 9. Setelah mencapai 9, hitungan selanjutnya dibentuk dari kombinasi angka-angka desimal untuk memperoleh 10,11,12, dan seterusnya (baca : sepuluh, sebelas, dua belas, dst). Singkatnya, bilangan desimal setelah 9 diperoleh dengan menggunaan angka kedua diikuti oleh angka pertama untuk memperoleh 10 (sepuluh). Bilangan desimal sesudah 10 diperoleh dengan menggunakan angka kedua diikuti oleh angka kedua untuk mendapatkan 11 (seblas), dan seterusnya. Untuk mempermudah pemahaman, kita gunakan perumpamaan, yaitu sebagai berikut:
2
Kerikil Tak ada
•
Lambang 0 1
Dalam bilangan biner, digunakan pendekatan yang sama. Setelah mencapai 1, untuk menyatakan • • , gunakan angka biner kedua diikuti oleh angka biner pertama untuk mendapatkan 10 (baca : satu nol, melambangkan • • ). Untuk menyatakan • • • , gunakan 11 (satu satu). Setelah 11, bukan 12 sebab 2 bukan bilangan biner, melainkan 100, 101, 110, 111,dan seterusnya. PENAMBAHAN BINER Tinjau kembali sistem bilangan desimal. Sebagai contoh, 3 + 4 = 7 melambangkan penggabungan • • • dan • • • • untuk mendapatkan hasil • • • • • • • . Perhatikan ke empat hal sederhana tentang penambahan biner di bawah ini : PERTAMA Bila tak ada digabungkan dengan tak ada, diperoleh tak ada. Pernyataan binernya adalah 0 + 0 = 0. KE DUA 0 + 1 = 1.
Bila tak ada digabungkan dengan
KE TIGA Menggabungkan adalah 1 + 0 = 1
•
• , diperoleh • . Pernyataan binernya :
dengan tak ada menghasilkan
• . Ekivallen biner bagi hal ini
KEEMPAT Bila kita menggabungkan • dengan • , hasilnya adalah • • . Dengan menggunakan bilangan biner, kita lambangkan hal ini sebagai 1 + 1 = 10 (satu nol). Hasil terakhir di atas kadang-kadang membingungkan karena asosiasi kita yang telah terbiasa dengan bilangan desimal. Namun hal ini adalah benar dan masuk akal karena kita sedang menggunakan bilangan biner. Bilangan biner 10 menyatakan • • dan bukan • • • • • • • • • • (sepuluh). 3.2. GERBANG (GATE) Gerbang (gates) adalah suatu rangkaian logika dengan satu keluaran dan satu atau beberapa masukan, taraf tegangan keluaran tertentu; hanya terjadi untuk suatu kombinasi taraf tegangan dari masukan-masukannya yang sudah tertentu pula. Gerbang logika dasar terdiri dari tiga jenis, yaitu AND, OR, dan NOT. Sedangkan gerbang logika yang lain merupakan pengembangan dari ke tiga gerbang logika dasar tersebut, antara lain gerbang : NAND, NOR, dan XOR. Gerbang AND
3
adalah gerbang yang memberikan keluaran hanya bila semua masukan ada. Dengan kata lain gerbang AND merupakan gerbang semua atau tidak ada ; keluaran hanya terjadi bila semua masukan ada. Gerbang OR adalah gerbang salah satu atau semua; keluaran terjadi bila salah satu atau semua masukan ada. Gerbang OR memberikan keluaran 1 bila salah satu masukan atau ke dua masukan adalah 1. Gerbang NOT adalah gerbang logika yang memberikan keluaran tidak sama dengan masukannya. Gerbang NOT disebut juga inverter. Gerbang ini mempunyai sebuah masukan dan sebuah keluaran, yang dilakukannya hanyalah membalik sinyal masukan; jika masukan tinggi, keluaran adalah rendah, dan sebaliknya. Gerbang NAND (NOT-AND) adalah gerbang AND yang diikuti gerbang NOT. Gerbang NOR (NOT-OR) adalah gerbang OR yang diikuti gerbang NOT. Gerbang XOR Gerbang ini mempunyai dua masukan dan satu keluaran. XOR adalah nama lain dari OReksklusif. Disebut semikian sebab gerbang XOR memberikan keluaran 1 bila masukan pertama atau masukan kedua adalah 1, namun tidak kedua-duanya. Dengan kata lain, gerbang XOR mempunyai keluaran 1 hanya bila ke dua masukannya berbeda dan keluarannya 0 apabila ke dua masukannya sama.
A A
B
AB
y = AB + AB A
B B Gambar 1. Gerbang XOR
AB
4
3.3. FLIP-FLOP Multivibrator adalah suatu rangkaian regeneratif dengan dua buah piranti aktif, yang dirancang sedemikian sehingga salah satu piranti bersifat menghantar pada saat piranti lain terpancung. Multivibrator dapat menyimpan bilangan biner, mencacah pulsa, menyerempakkan operasi-operasi aritmatika, serta melaksanakan fungsi-fungsi pokok lainnya dalam sistem digital. Ada tiga jenis multivibrator,yaitu : astabil, monostabil, dan bistabil. Dalam percobaan ini hanya membahas multivibrator bistabil. Nama lain dari multivibrator bistabil adalah flip-flop, yaitu multivibrator yang keluarannya adalah suatu tegangan rendah atau tinggi, 0 atau 1. Keluaran ini tetap rendah atau tinggi; untuk mengubahnya, harus didrive oleh suatu masukan yang disebut pemicu (triger). Sampai datangnya pemicu, tegangan keluaran tetap rendah atau tinggi untuk selang waktu yang tak terbatas. Salah satu jenis flip-flop adalah flip-flop RS. Flip-flop ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran, di mana salah satu keluarannya (y ) berfungsi sebagai komplemen. Sehingga flipflop ini disebut juga rangkaian dasar untuk membangkitkan sebuah variabel beserta komplemennya. Flip-flop RS dapat dibentuk dari kombinasi dua gerbang NAND atau kombinasi dua gerbang NOR.
S y
y R Gambar 2. Flip-flop RS
Analisis kondisi masukan dan keluaran flip-flop RS : PERTAMA R S = 0 0 Ini berarti tidak diterapkan pemicu. Dalam hal ini keluaran y mempertahankan nilai terakhir yang dimilikinya. KEDUA R S = 0 1 Ini berarti bahwa suatu pemicu diterapkan pada masukan S. Hal ini mengeset flip-flop dan menghasilkan keluaran y bernilai 1.
5
KETIGA R S = 1 0 Ini menyatakan bahwa suatu pemicu diterapkan pada masukan R. Hal ini mereset flip-flop dan menghasilkan keluaran y bernilai 0. KEEMPAT R S = 1 1 merupakan kondisi masukan terlarang. Kondisi ini berarti menerapkan suatu pemicu pada ke dua masukan S dan R pada saat yang sama. Hal ini merupakan suatu pertentangan karena mengandung pengertian bahwa kita berupaya untuk memperoleh keluaran y yang secara serentak sama dengan 1 dan sama dengan 0. Hal ini tidak masuk akal dan oleh sebab itu masukan ini dinyatakan terlarang. Flip-flop RS dapat dimodifikasi menjadi flip-flop yang dapat dapat diatur 'irama' nya oleh clock sperti terlihat pada gambar di bawah.
S
S
y CLOCK
R
y (a)
S
y
R
y
(b) R Gambar 3. Diagram logika : (a) flip-flop RS (b) flip-flop RS ber 'clock'
Bila clock rendah (0), ke dua gerbang AND tertutup (disabled). Hal ini menjamin bahwa : R S = 0 0 yang berarti keluaran y tetap pada keadaan terakhir yang dimilikinya. Tetapi bila clock menjadi tinggi (1), ke dua gerbang AND terbuka (enabled). Hal ini memungkinkan sinyal-sinyal S dan R mencapai flip-flop RS. Dengan cara ini, flip-flop akan set atau reset, bergantung pada nilai RS. Oleh sebab itu, flip-flop RS ber 'clock' tidak dapat berubah keadaan sampai berlangsungnya sinyal clock. Penerapan clock pada sebuah flip-flop seperti di atas sangat penting dalam sistem digital berskala besar dengan beratus-ratus flip-flop yang dihubungkan satu sama lain. Clock diterapkan pada semua flip-flop secara serentak; hal ini menjamin bahwa semua flip-flop berubah keadaan pada saat yang sama. Penyerempakan ini sangat penting dalam berbagai istem digital. 3.4. PENCACAH Pencacah atau Counter adalah piranti untuk mencacah atau menghitung jumlah pulsa yang masuk melalui inputnya. Peranti ini terdiri dari satu atau lebih flip-flop yang dirangkai sedemikian rupa sehingga setiap pulsa masukan akan menambah cacahan. Cara paling sederhana untuk
6
mencacah pulsa adalah dengan menggunakan flip-flop T(Toggle). Flip-flop ini dapat dibuat dengan menggunakan flip-flop JK atau flip-flop D.
Pr
Pr Q
Pr
J
Ck
Q Ck
Q Clr (a)
D
Q Ck
K
Q Clr (b)
Q Clr (c)
Gambar 4. Flip-flop
Gambar.4. (a) Flip-flop T (b) Flip-flop T dirangkai dari flip-flop JK (c) Flip-flop T dirangkai dari flip-flop D Keluaran akan berubah keadaan bila flip-flop mendapat picu tepi negatip.
Ck
Q Gambar 5. Diagram Pewaktuan Flip-Flop T
Keluaran pada gambar 5 adalah pencacah biner 1 bit, sedangkan untuk 4 bit diperlukan 4 buah flipflop yang dapat mencacah dengan 16 kondisi.
7
+5V
Q 0
Q 1
Pr J Pulsa
Pr Q
J
Ck K
Q
Q Clr
Pr Q
J
Ck K
Q
2
Q Clr
Pr Q
J
Ck K
3
Q Clr
Q Ck
K
Q Clr
Gambar 6. Pencacah asinkron 4 bit
4. TUGAS PENDAHULUAN 4.1. Gambarkan blok diagram dari IC di bawah ini berdasarkan referensi yang ada : a. SN 7400 e. SN 7432 b. SN 7402 f. SN 7476 c. SN 7404 g. SN 7486 d. SN 7408 Buatlah salinan tugas ini untuk Anda sendiri, karena data IC ini sangat dibutuhkan pada waktu Anda melakukan praktikum. 4.2. Jelaskan cara mengkonversikan : a. bilangan desimal ke bilangan biner b. bilangan biner ke bilangan desimal 4.3. Apakah yang dimaksud dengan carry ? Jelaskan dan berikan contoh ! 4.4. Apakah yang dimaksud dengan: a. pemicuan tepi positif (positive-edge triggering) b. pemicuan tepi negatif (negative-edge triggering) 4.5. Bagaimanakah cara memperoleh kedua hal tersebut di atas? (Bila perlu, gambarkanlah rangkaiannya). 4.6. Gambarkan skema rangkaian dari flip-flop di bawah ini: a. RS flip-flop b.D flip-flop c. JK flip-flop d. T flip-flop Jelaskan karakteristik/ciri khas masing-masing flip-flop di atas yang membedakan satu dengan yang lainnya. 4.7. Apakah yang dimaksud dengan CLOCK ? Bagaimana cara mendapatkannya ? Jelaskan! 4.8. Jelaskan karakteristik multivibrator astabil dan monostabil ! Sebutkan kegunaan kedua multivibrator tersebut (minimal masing-masing satu kegunaan).
8
5. PERCOBAAN 5.1. Pengenalan Gerbang-gerbang Logika - Pasanglah sebuah IC LOGIC pada socket IC di pcb yang telah disediakan. - Catat kode IC yang dipakai dan perhatikan blok diagramnya pada data IC yang Anda punyai. Gunakanlah sebuah gerbang pada IC dan catatlah nomor pin-pinnya. - Hubungkan input dengan 'female' di sebelah kiri (logic source) dan output dengan 'female' di bagian atas (test point). - Ubah masing-masing input dengan cara mengubah posisi saklar logik dan catat outputnya untuk tiap satu keadaan input. - Untuk kondisi 2 (dua) input : A 0 0 1 1 -
B 0 1 0 1
Ulangi langkah-langkah di atas untuk semua gerbang logika yang tersedia (AND, OR, NOT, NOR, NAND dan XOR).
5.2. Half Adder - Susunlah rangkaian half-adder seperti pada gambar 7
A B
A.B ( Carry )
A+ B ( Sum ) Gambar 7. Half Adder
-
Ubah masing-masing input dan catat ke dua outputnya.
5.3. JK Flip-flop - Pasang IC 7476 pada PCB yang tersedia.
9
-
Hubungkan input dengan 'female' di sebelah kiri (logic source) dan output dengan 'female' di bagian atas (test point), kemudian lakukan langkah-langkah sebagai-berikut : • Berikan input : J = 0 ; K = 0 , catat outputnya, Q dan Q • Berikan input : J = 0 ; K = 1 , catat ke 2 outputnya • Berikan input : J = 0 ; K = 0 , catat ke 2 outputnya • Berikan input : J = 1 ; K = 0 , catat ke 2 outputnya • Berikan input : J = 0 ; K = 0 , catat ke 2 outputnya
-
Hubungkan input gerbang NOT dengan pembangkit pulsa dan output gerbang NOT dengan input CLR pada JK flip-flop. Lakukan CLEAR/RESET dengan cara menekan knop pada pembangkit pulsa. Catat kondisi input dan output JK flip-flop sebelum dan sesudah RESET dilakukan. Amati dengan seksama perubahan output yang terjadi.
-
5.4. DIVIDER dan COUNTER 5.4.1. Susun rangkaian seperti pada gambar 6. 5.4.2. Hubungkan ke 4 output FF(Flip-flop) masing-masing dengan sebuah led. 5.4.3. Hubungkan input clock FF1 dengan output pembangkit pulsa. 5.4.4. Tekan knop pembangkit pulsa sekali, catat dan amati nyala ke 4 led. Tentukan kondisi output Q1, Q2, Q3 dan Q4. 5.4.5. Ulangi langkah 5.4.4 hingga hitungan ke 17. 6. TUGAS LAPORAN 6.1. Lengkapilah tabel kebenaran dari ke enam IC yang digunakan berdasarkan data yang Anda peroleh. 6.2. Buatlah tabel kebenaran untuk rangkaian half adder. Jelaskan prinsip kerjanya. 6.3. Buat tabel kebenaran untuk JK flip-flop ! 6.4. Apakah yang dimaksud dengan: • memory state. • toggle. 6.5. Apakah fungsi dari multivibrator astabil dan monostabil pada percobaan ini ? 6.6. Buatlah : • tabel kebenaran untuk hasil percobaan 5.4 (FF1; FF2; FF3; FF4). • diagram pewaktuan (timing diagram) dari:clock; Q1; Q2; Q3 dan Q4 pada kertas grafik. 6.7. Tentukan nilai pembagi untuk setiap output flip-flop (Q1; Q2; Q3 dan Q4). 6.8. Jelaskan cara kerja COUNTER di atas berdasarkan timing diagram yang anda buat pada tugas 6.7.
