Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – Universitas Surabaya MA Modul Durasi
: Teknologi Digital (61B023) : I / Karakteristik IC TTL dan Penyederhanaan Logika : 165 menit (1 sesi)
PENDAHULUAN Teknologi elektronika telah berkembang sangat cepat sehingga hampir semua peralatan manusia sudah menggunakan piranti elektronik. Di bidang elektronika digital dikenal bermacam-macam keluarga (family)/jenis IC digital ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Yang paling terkenal dan banyak dipakai saat ini adalah dari keluarga CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Jenis IC digital yang kita pakai/pelajari adalah dari keluarga TTL (Transistor Transistor Logic). Jenis IC ini pertama kali diperkenalkan oleh perusahaan elektronika Texas Instrument pada tahun 1964. Secara teori, keluaran dari suatu gerbang logika dapat dihubungkan kepada gerbang logika berikutnya dalam jumlah yang tak terbatas. Tetapi pada prakteknya, banyaknya gerbang yang dapat dihubungkan dengan keluaran suatu gerbang logika adalah terbatas jumlahnya karena setiap keluaran gerbang logika mempunyai batasan kemampuan menyuplai arus listrik. Pada abad ke-19, seorang ahli Matematika dari Cambridge bernama George Boole menciptakan sebuah aljabar untuk merepresentasikan dan memanipulasi ekspresi yang hanya mempunyai 2 (dua) keadaan, yaitu benar (true) atau salah (false). Aljabar inilah yang dikenal sebagai aljabar Boolean yang dipakai sampai saat ini. TUJUAN Setelah melakukan kerja labotaorium ini, mahasiswa diharapkan mampu: 1. Mengetahui/mengidentifikasi karakteristik/fungsi dari berbagai IC TTL gerbang logika. 2. Mengidentifikasi dan mengukur beberapa parameter penting IC TTL. 3. Mengaplikasikan metode penyederhanaan logika. 4. Mengimplementasikan metode penyederhanaan menggunakan IC TTL (hardware). PERALATAN Peralatan pendukung dan komponen yang dipergunakan untuk melakukan kerja laboratorium modul ini adalah: 1. Digital Trainer. 2. Digital Multimeter. Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded
Halaman 1 dari 5
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – Universitas Surabaya 3. 4. 5. 6. 7.
DC Power Supply. Project Board. IC TTL gerbang logika: 7400, 7402, 7404, 7408, 7432, dan 7486. Kawat penghubung (jumper). IC remover.
TUGAS PENDAHULUAN 1. Apakah yang disebut dengan Fan-in dan Fan-out itu? 2. Apakah yang disebut dengan efek pembebanan itu? Dan apa pengaruhnya pada suatu rangkaian? 3. Fungsi logika apa yang diimplementasikan (Gerbang logika) pada IC TTL 7400, 7402, 7404, 7408, 7432, 7486. 4. Buatlah rangkaian yang mengimplementasikan fungsi Boolean POS (Product of Sum) F(P,Q,R) = ΠM(0,4,6) dengan menggunakan gerbang-gerbang logika dasar dan kemudian buatlah tabel kebenarannya. KERJA LABORATORIUM 1. Mengidentifikasi karakteristik IC TTL gerbang logika: 7400, 7402, 7404, 7408, 7432, 7486. (perkiraan waktu 35 menit) Prosedur percobaan: a. Pasang IC gerbang logika pada project board. b. Hubungkanlah kaki supply IC gerbang logika ke supply di digital trainer (Perhatikan kaki Vcc dan GND IC, Jangan terbalik!). c. Pilihlah salah satu gerbang untuk setiap IC, hubungkanlah masukan gerbang tersebut ke bagian switch (masukan) digital trainer dan hubungkanlah keluaran gerbang tersebut ke salah satu LED di digital trainer. d. Atur switch di digital trainer untuk memberikan semua kemungkinan masukan bagi gerbang logika. Amati keadaan LED untuk setiap kombinasi masukan yang diberikan. e. Catatlah hasil percobaan pada tabel di bawah ini, kemudian tentukanlah fungsi/operator logika apa yang diimplementasikan oleh masing-masing IC tersebut.
A 0 0 1 1 Gerbang:
7400 B 0 1 0 1
Y
A 0 0 1 1 Gerbang:
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded
7402 B 0 1 0 1
7404 B 0 1
Y
Y
Gerbang:
Halaman 2 dari 5
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – Universitas Surabaya
A 0 0 1 1 Gerbang:
7408 B 0 1 0 1
Y
A 0 0 1 1 Gerbang:
7432 B 0 1 0 1
Y
A 0 0 1 1 Gerbang:
7486 B 0 1 0 1
Y
2. Mengamati logika keluaran gerbang logika IC TTL saat masukannya diambangkan (floating). (perkiraan waktu 10 menit) Prosedur percobaan: a. Pasang IC gerbang logika pada project board. b. Hubungkanlah kaki supply IC gerbang logika ke supply di digital trainer (Perhatikan kaki Vcc dan GND IC, Jangan terbalik!). c. Hubungkanlah keluaran gerbang tersebut ke salah satu LED di digital trainer. Masukan gerbang logika tidak dihubungkan/mengambang (floating). d. Catatlah hasil percobaan pada tabel di bawah ini. IC TTL 7400 7402 7404 7408 7432 7486
Logika Keluaran
3. Menggambarkan hubungan antara masukan dan keluaran suatu gerbang logika. (perkiraan waktu 50 menit)
Gambar 1. Rangkaian penguji masukan dan keluaran gerbang TTL. Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded
Halaman 3 dari 5
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – Universitas Surabaya Prosedur percobaan: a. Rangkailah sebuah gerbang NAND seperti pada gambar di atas. b. Hubungkanlah kaki supply IC gerbang NAND ke supply di digital trainer (Perhatikan kaki Vcc dan GND IC, Jangan terbalik!). c. Hubungkanlah kedua masukan gerbang NAND menjadi satu dan hubungkan masukan gerbang itu ke DC power supply. d. Aturlah tegangan keluaran DC power supply seperti pada tabel di bawah ini. Ukurlah tegangan masukan gerbang NAND ini dengan menggunakan multimeter (voltmeter). e. Ukurlah tegangan pada keluaran gerbang NAND dengan menggunakan multimeter (voltmeter). f. Catatlah hasil percobaan pada tabel di bawah ini. Vin (V) 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 1.1
Vout (V)
Vin (V) 1.2 1.3 1.4 1.6 1.8 2.0
Vout (V)
Vin (V) 2.2 2.4 2.6 3.0 4.0 5.0
Vout (V)
4. Mengimplementasikan penyederhanaan fungsi logika SOP (Sum of Product). (perkiraan waktu 35 menit) Fungsi Logika: F(P,Q,R) = Σm(1,2,3,5,7). Prosedur percobaan: a. Sederhanakan fungsi logika tersebut menggunakan Karnaugh map. b. Gambarlah rangkaian hasil penyederhanaan dari Karnaugh map tersebut. c. Implementasikan rangkaian tersebut menggunakan IC gerbang logika. d. Hubungkanlah kaki supply IC gerbang logika ke supply di digital trainer (Perhatikan kaki Vcc dan GND IC, Jangan terbalik!). e. Hubungkanlah masukan rangkaian tersebut ke bagian switch (masukan) digital trainer dan hubungkanlah keluaran rangkaian tersebut ke salah satu LED di digital trainer. f. Atur switch di digital trainer untuk memberikan semua kemungkinan masukan. Amati keadaan LED untuk setiap kombinasi masukan yang diberikan. g. Buatlah tabel untuk mencatat hasil percobaan ini. 5. Mengimplementasikan rangkaian menggunakan gerbang universal NAND atau NOR. (perkiraan waktu 35 menit) Prosedur percobaan: a. Implementasikan hasil penyederhanaan fungsi logika di percobaan nomor 4 di atas dengan hanya menggunakan gerbang NAND. (sertakan gambar rangkaian di dalam laporan sementara anda) Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded
Halaman 4 dari 5
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – Universitas Surabaya b. Hubungkanlah kaki supply IC gerbang logika ke supply di digital trainer (Perhatikan kaki Vcc dan GND IC, Jangan terbalik!). c. Hubungkanlah masukan rangkaian tersebut ke bagian switch (masukan) digital trainer dan hubungkanlah keluaran rangkaian tersebut ke salah satu LED di digital trainer. d. Atur switch di digital trainer untuk memberikan semua kemungkinan masukan. Amati keadaan LED untuk setiap kombinasi masukan yang diberikan. e. Buatlah tabel untuk mencatat hasil percobaan ini. TUGAS DAN PERTANYAAN 1. Sifat / karakteristik gerbang logika apa yang didapatkan apabila kedua masukan dari 2-masukan gerbang NAND dihubungkan menjadi satu? 2. Gambarlah grafik hubungan tegangan masukan-keluaran dari percobaan nomor 3 (tiga). Berdasarkan grafik tersebut, berapakah tegangan masukan LOW (Vin LOW) maksimum dan tegangan masukan HIGH (Vin HIGH) minimum. Hitunglah Noise margin LOW dan noise margin HIGH yang anda dapatkan dari percobaan ini. 3. Diperlakukan sebagai logika apa kondisi mengambang (floating) pada masukan IC TTL? 4. Bandingkan hasil kerja laboratorium nomor 4 (empat) dan tugas pendahuluan nomor 4 (empat), apa yang anda dapatkan? Buktikan hasil kesimpulan anda dengan menggunakan Aljabar Boolean.
Laboratorium Otomasi Industri dan Sistem Embedded
Halaman 5 dari 5
