Percobaan 9 MULTIPLEKSER Oleh : Sumarna, Jurdik Fisika, FMIPA, UNY E-mail :
[email protected] Tujuan : 1. Mempelajari fungsi multiplekser, 2. Mempelajari cara kerja suatu multiplekser, 3. Membuktikan tabel kebenaran suatu multiplekser, 4. Menyusun suatu multiplekser. Alat-alat : Catu daya dc +5 volt, breadboard, IC-74150, IC-74151, IC-74153, IC-74157, resistor, LED, multimeter, dan kabel penghubung. Dasar Teori : Multiplekser Kebalikan fungsi dari demultiplekser adalah multiplekser.
Multiplekser
merupakan suatu piranti untuk memilih salah satu masukan dari beberapa masukan yang tersedia untuk disalurkan ke satu keluaran. Multiplekser identik dengan saklar putar (rotary) satu kutub banyak posisi. Multiplekser juga disebut sebagai pemilih data (data selector). Ide dasar multiplekser ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Multiplekser Kendali (alamat) A. L Data Masukan (paralel)
L L H H L
LHHLLL Data keluaran (serial)
Gambar : Multiplekser identik dengan saklar putar
122
Salah satu masukan dipilih memalui kendali (alamat) dengan cara memutar saklar pada sudut tertentu. Data pada masukan yang dipilih akan muncul pada keluarannya.
Multiplekser seperti pada gambar di atas merupakan multiplekser
analog yang terdiri dari saklar 6 posisi. Sedangkan multiplekser yang akan kita bahas adalah multiplekser digital yang dapat disusun dari gerbang-gerbang logika. Agar dapat memilih salah satu masukan di antara beberapa masukan yang tersedia diperlukan jalur pengendali. Banyaknya jalur pengendali ditentukan oleh banyaknya jalur masukan. Misalkan ada 4 jalur masukan yang masing-masing X0, X1, X2, dan X3 maka diperlukan 2 jalur pengendali yaitu S0, dan S1. Karena nilai logika 2 jalur pengendali itu dapat menghasilkan 4 kombinasi keadaan yang berbeda yaitu 00, 01, 10, dan 11. Model aturan yang biasa digunakan untuk pemilihan jalur masukan yang dipilih seperti terlihat pada tabel berikut.
Nilai pada dua jalur pengendali 00
Jalur masukan yang dipilih (disalurkan ke keluaran) X0
01
X1
10
X2
11
X3
Diagram blok dari multiplekser 4 masukan 1 keluaran (dan tentunya dengan 2 jalur pengendali) terlihat pada Gambar berikut.
4 jalur masukan
X0 X1 X2 X3
Y (1 jalur keluaran)
S0
S1
Gambar : Diagram blok multiplekser 4 masukan
Dengan cara yang sama, untuk multiplekser 8 masukan diperlukan
3 jalur
pengendali, dan seterusnya. Dengan demikian secara umum dapat dikatakan
123
bahwa n jalur pengendali dapat memilih satu masukan secara tegas di antara 2n masukan. Tentu saja 2n tersebut merupakan jumlah maksimum yang dipilih.
Sebagaimana demultiplekser,
pada
umumnya
dilengkapi dengan jalur strobe atau enable.
Jalur
dapat
multiplekser
juga
ini merupakan jalur
perintah yang memungkinkan multiplekser bekerja atau tidak bekerja.
Untuk membuat multiplekser digital, terlebih dahulu perlu mengingat
kembali
sifat-sifat dari gerbang logika dasar, terutama gerbang-gerbang NOT, AND, dan OR. Karena gerbang- gerbang tersebut yang akan kita gunakan untuk menyusun suatu multiplekser.
NOT : Jika masukan rendah maka keluarannya tinggi, dan sebaliknya jika masukan tinggi maka keluarannya rendah. AND: Keluaran tinggi, bila dan hanya bila semua masukannya tinggi. OR : Keluaran rendah, bila dan hanya bila semua masukannya rendah. Atau keluaran tinggi jika satu atau lebih masukannya tinggi.
Selanjutnya, marilah menyusun multiplekser digital 4 masukan ke 1 keluaran yang dilengkapi dengan jalur enable
dan pengendali (control). Karena setiap
jalur
masukan berkaitan dengan jalur data, jalur enable, dan tentunya 2
jalur
pengendali, maka masing-masing jalur
masukan
merupakan gerbang AND 4
masukan. Agar diperoleh 1 keluaran, maka perlu gerbang OR 4 masukan untuk menampung 4
keluaran dari setiap
gerbang AND.
perhatikan Gambar di bawah ini.
124
Untuk
lebih
jelasnya
Pengendali
S1 S0
0
Enable X0 1 X1
X2
Y Keluaran
2 3
X3
Gambar :
Rangkaian multiplekser digital 4 masukan Ke 1 keluaran dengan gerbang NOT, AND, dan OR.
Multiplekser pada gambar tersebut, bila enable = 1
maka pemilihan masukan
dilaksanakan, dan sebaliknya bila enable = 0 maka pemilihan masukan tidak dilaksanakan. Tentu saja dapat dibuat keadaan enable = 0 agar pemilihan masukan dilaksanakan dan enable = 1 agar pemilihan masukan tidak dilaksanakan.
Setelah memahami cara kerja multiplekser, kita dapat memanfaatkannya untuk berbagai keperluan sebatas kemampuan multiplekser tersebut. Multiplekser sering dimanfaatkan sebagai rangkaian pengubah data paralel ke serial (paralel to serial converter). Misalkan tersedia data 4 bit dalam bentuk paralel, lihat kembali gambar di atas. Data 4 bit tersebut dikenakan pada masukan multiplekser 4 masukan ke 1 keluaran. Bit ke 0 dikenakan pada X0, bit ke 1 dikenakan pada X1, bit ke 2 dikenakan pada X2, dan bit ke 3 dikenakan pada X3. Melalui jalur pengendali (2 jalur) maka data 4 bit tadi disalurkan
ke
keluarannya secara
berurutan. Pada periode pertama, ketika jalur pengendali bernilai 00, maka X 0 disalurkan ke keluaran. Pada periode ke dua, jalur pengendali bernilai 01, maka X1 disalurkan ke keluaran. Demikian seterusnya sehingga pada keluarannya
125
terjadi gelombang sebagai data serial yang semula dimasukkan secara paralel. Untuk menyalurkan data paralel 4 bit ke keluaran secara utuh memerlukan selang waktu 4 periode. Secara umum data paralel N bit (X(n-1), X(n-2), ... , X2, X1, X0) dapat dikeluarkan secara serial dari X0, X1, X2, ... , X(n-2), X(n-1) diperlukan selang waktu N periode.
Manfaat lain multiplekser adalah dapat digunakan untuk merealisasikan suatu rangkaian logika. Multiplekser dengan N jalur pengendali dapat digunakan untuk membentuk rangkaian logika dengan N variabel masukan. Sebagai contoh, dengan menggunakan multiplekser 3 bit (8 masukan) kita hendak membuat suatu rangkaian logika yang memiliki persamaan logika sebagai berikut :
Y = f (A, B, C, D) = Sm (0,1,3,5,7,8,11,13,14).
Terlebih dahulu kita pilih 3 di antara 4 variabel masukan (A,B,C,D) untuk kita hubungkan dengan 3 jalur pengendali (S0, S1, S2) pada multiplekser, misalkan kita pilih D, C, dan B. Selanjutnya hubungkan D, C, B tersebut berturut-turut dengan S2, S1, S0 seperti yang terlihat pada Gambar di bawah ini. Untuk menentukan nilai masukan Xi (i = 0,1,2,3,4,5,6,7) agar keluaran Y sesuai dengan fungsi logika yang diinginkan, buatlah peta Karnough dari Y, perhatikan gambar (b) berikut. Pada peta tersebut tampak ada 8 bagian (dibatasi oleh kotak) yang masing masing berkaitan dengan DCB (variabel yang kita pilih).
126
1 A
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
A
B A
B. Y B A BA
DC
DC
DC
DC
1 X0 1
X2 1
X8 1
1 X4 1
1 X1
1 X3
X7 1
1 X5 1
BA S2 S1 S0 (b) (a)
D C B
Gambar :
Multiplekser 3 bit untuk membuat fungsi logika Y = m (0,1,3,5,7,8,11,13,14) (a) Realisasi rangkaian, (b) Peta Karnough.
Untuk nilai DCB = S3S2S1 = 000, oleh karena Y = X0, maka bagian kotak yang berkaiatan dengan nilai tersebut diberi tanda X0. Demikian juga untuk nilai DCB = S3S2S1 = 001, karena Y = X1, maka kotak yang berkaiatan dengan harga tersebut diberi tanda X1, dan seterusnya. Pada kotak X0 oleh karena Y pada kedua kotak tersebut bernilai 1, maka masukan X0 dihubungkan dengan nilai 1. Untuk kotak X1, oleh karena Y = X1 = 1 jika A = 1, dan Y = X1 = 0 jika A = 0, yang berarti X1 = A, maka masukan X1 dari multiplekser dihubungkan dengan A. Hasil yang sama akan diperoleh untuk kotak-kotak X2, X3, X5, dan X6. Sedangkan untuk kotak X4 dan X7, oleh karena Y bernilai
1 berkaitan dengan A = 0, maka X4 dan X7
dihubungkan dengan komplemen A, yaitu A. Sekali lagi, yang dihubungkan dengan masukan pengendali tidak harus DCB, tetapi dapat memilih 3 di antara 4 variabel A, B, C, dan D. Sebenarnya, untuk rangkaian logika dengan N variabel masukan dapat digunakan multiplekser yang memiliki jumlah jalur pengendali kurang dari N, tetapi perlu tambahan gerbang pada bagian masukannya. Untuk keperluan pengendalian yang lebih besar kadang diperlukan multiplekser dengan jalur masukan yang besar juga. Multiplekser yang demikian
127
itu selanjutnya dikenal sebagai multiplekser orde tinggi. Multiplekser orde tinggi sangat sulit ditemukan di pasaran, atau bahkan tidak tersedia dalam satu kemasan. Tetapi kita dapat menyusun multiplekser orde tinggi dari multipleksermultiplekser orde yang lebih rendah.
Sebagai contoh marilah kita merancang
multiplekser 16 saluran masukan dan 1 keluaran dari beberapa multiplekser 4 saluran masukan dan 1 keluaran. Kita perlu 5 buah multiplekser orde yang lebih rendah tersebut. Perhatikan baik-baik Gambar berikut.
X0 X1 X2 X3 S1 S0 X0 X1 X2 X3 S1 S0 X0 X1 X2 X3
Keluaran S1 S0
S1 S0 X0 X1 X2 X3 S1 S0
Gambar :
Multiplekser 16 masukan 1 keluaran yang tersusun dari multiplekser-multiplekser 4 masukan 1 keluaran.
128
Rangkaian Terpadu (IC) Dekoder/demultiplekser dan multiplekser Selain untuk memenuhi keperluan khusus dan dalam keadaan terpaksa, untuk keperluan praktis kita tidak perlu membuat dekoder/demultiplekser dan multiplekser dari gerbang gerbang logika, karena di pasaran telah tersedia piranti tersebut
dalam kemasan standar, yaitu dalam bentuk IC. Selanjutnya akan
dikemukakan beberapa dekoder/demultiplekser dan multiplekser bentuk IC yang mudah diperoleh di toko-toko elektronika. Perhatikan Tabel berikut.
No.
Kode IC
1
3 4 5
7442 7443, 7444, 7445 7446, 7447, 7448 7449 74137, 74138 74139 74150
6 7 8
74151, 74152 74153 74154
9
74155, 74156
10 11 12 13
74157, 74158 74251 74253 74257, 74257
2
Deskripsi Decoder BCD ke desimal atau dekoder 1 ke 10 Dekoder 1 ke 10 Dekode/driver BCD ke 7-segment Dekoder/demultiplekser 1 ke 8 Dekoder 1 ke 4, di dalam 1 IC tersedia 2 dekoder Multiplekser 16 masukan (16 saluran ke 1 saluran) Multiplekser 8 masukan (8 saluran) Multiplekser 4 masukan, di dalam 1 IC ada 2 Dekoder/demultiplekser 1 ke 16 (4 saluran ke 16 saluran) Dekoder/demultiplekser 1 ke 4, di dalam 1 IC ada 2 Multiplekser 2 masukan, di dalam 1 IC ada 4 Multiplekser 8 masukan Multiplekser 4 masukan, di dalam 1 IC ada 4 Multiplekser 2 masukan, di dalam 1 IC ada 4
Tidak semua IC dekoder/demultiplekser dan multiplekser terdaftar pada tabel di atas. Masih banyak IC sejenis yang belum tercantum dalan tabel tersebut. Bahkan
karena
pesatnya perkembangan teknologi IC dimungkinkan lahir IC
sejenis yang baru. Tetapi dengan menguasai prinsip-prinsip dasarnya, dan dengan usaha yang cukup, Anda dapat memahami IC lain yang sejenis. Oleh karena banyaknya jenis IC dekoder/demultiplekser dan multiplekser, sebagai gambaran
129
dipilih dua di antaranya. IC 74138 untuk mewakili dekoder/demultiplekser, dan IC 74151 yang mewakili multiplekser.
IC 74138 merupakan dekoder/demultiplekser dari 1 ke 8 saluran. Karena kecepatannya yang tinggi IC tersebut sangat baik untuk keperluan pengkode alamat. Tiga masukan Enable-nya memungkinkan IC itu disusun menjadi dekoder 1 ke 24 saluran. Bahkan 4 buah IC 74138 dapat membentuk dekoder 1 ke 32 saluran dengan tambahan satu gerbang NOT. IC 74138 memiliki 16 kaki. Dua kaki untuk V dan GND, 3 kaki untuk saluran pengendali (A2 A1 A0 ), 3 kaki untuk masukan Enable
(E3 E 2 E 1 ),
dan
8 kaki
sisanya untuk saluaran keluaran
( O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O 1 O 0). Diagram IC 74138 tampak pada Gambar berikut. E 1 E 2 E3
A2
A1 A0
3
2
1
7
9
10
+Vcc E 11
12
13 14 15
16 8
O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0
Gambar : Diagram dekoder/demultiplekser 74138.
Dekoder/demultiplekser 74138 menerima tiga masukan biner berbobot (A2 A1 A0
)
untuk
memilih
(mengaktifkan)
1
di
antara
8
keluarannya
( O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O 1 O 0). Keluaran 74138 adalah aktif rendah (active low). Jika A2 A1 A0 = 000 = 0, maka yang aktif keluaran O0. Jika A2 A1 A0 = 001 = 1, maka yang aktif keluaran O1. Jika A2 A1 A0 = 010 = 2, maka yang aktif keluaran O2, dan seterusnya. Untuk lebih jelasnya, perhatikan tabel kebenaran dari IC 74138 yang tertera pada Tabel di bawah ini.
130
Masukan
Keluaran
E1
E2
E
A0
A1
A2
O0
1 1 X
X 1 X
X X 0
X X X
X X X
X X X
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
0 1 0 1
0 0 1 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
0 1 0 1
0 0 1 1
1 0 X
O1 O2
O3
O4 O5
O6
O7
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
: tingkat tegangan tinggi : tingkat tegangan rendah : tidak peduli.
Selanjutnya, sebagai contoh multiplekser dipilih IC 74151 yang merupakan multiplekser digital 8 masukan dengan kecepatan
tinggi. dengan IC 74151
memungkinkan untuk memilih satu jalur data dari 8 sumber yang tersedia. IC 74151 memiliki 16 kaki. Seperti pada umumnya IC, 2 kaki untuk V
dan GND, 3 kaki
untuk masukan pemilih (S2S1S0), 1 kaki enable aktif rendah ( E ), 2 kaki untuk jalur keluaran yang saling komplemen ( Z , Z), dan 8 kaki sisanya untuk jalur masukan (I7I6I5I4I3I2I1I0). Pemilihan jalur data masukan yang disalurkan ke keluaran dilakukan melalui masukan pemilih (S2S1S0). Jika S2S1S0 = 000 = 0, maka masukan I0 yang disalurkan. Jika S2S1S0 = 001 = 1, maka masukan I1 yang disalurkan. Jika S2S1S0 = 010 = 2, maka masukan I2 yang Demikian
seterusnya.
Diagram IC 74151 tampak
pada
disalurkan.
Gambar
Sedangkan tabel kebenarannya dapat diperhatikan pada Tabel di bawah ini.
131
berikut.
I7 I6
12
S0 S1 S2
13
I5
I4
I3
I2
I1
I0
+Vcc
1
2
3
4
16
14 15
11 10 9 7
6
5
C. E Z
8 D. Z
Gambar : Diagram multiplekser 74151.
Masukan
E 1 0 0 0 0 0 0 0 0
S0 x 0 0 0 0 1 1 1 1
S1 x 0 0 1 1 0 0 1 1
Keluaran S2 X 0 1 0 1 0 1 0 1
Z 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
Z 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
1 : tingkat tegangan tinggi 0 : tingkat tegangan rendah
Demikianlah gambaran singkat tentang rangkaia
terpadu
(IC) dari
dekoder/demultiplekser dan multiplekser. Informasi yang lebih lengkap tentang ICIC tersebut sebaiknya dilihat pada buku data (data book) atau lembaran data (data sheet) tetang IC tadi.
132
Langkah-langkah Percobaan : A. IC-74150 1. Pasanglah IC-74150 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 12 dengan gnd dan hubungkan pin 24 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-74150 adalah sebagai berikut :
8
9
E
11
S3
13
S2
14
S1
15
S0
7
6
5
4
I0 I1
I2
I3 I4
3
2
1
23 22 21 20 19 18 17 16
I5
I6 I7 I8 I9
I10 I11 I12 I13 I14 I15
74150
O
10
2. Saluran select pada pin-pin 15 (S0), 14 (S1), 13 (S2), dan 11 (S3). Pin 9 ( E ) sebagai enable atau strobe. Saluran sebagai masukan data adalah pinpin 8 (I0), 7 (I1), 6 (I2), 5 (I3), 4 (I4), 3 (I5), 2 (I6), 1 (I7), 23 (I8), 22 (I9), 21 (I10), 20 (I11), 19 (I12), 18 (I13), 17 (I14), dan 16 (I15). Pin 10 (O) sebagai keluaran. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut :
133
E
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Masukan Select S3 S2 S1 x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
Keluaran O
S0 x 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Pin masukan yang diteruskan
B. IC-74151 1. Pasanglah IC-74151 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 16 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-74151 adalah sebagai berikut : 4
3
I0 I1 7
E
9
S2
10
S1
11
S0
2
I2
1
15 14 13 12
I3 I4
I5
I6 I7
74151
134
O
O
6
5
2. Saluran select pada pin-pin 11 (S0), 10 (S1), dan 9 (S2). Pin 7 ( E ) sebagai enable atau strobe. Sebagai saluran masukan data adalah pin-pin 4 (I0), 3 (I1), 2 (I2), 1 (I3), 15 (I4), 14 (I5), 13 (I6), dan 12 (I7). Pin 5 (O) dan 6 ( O ) sebagai keluaran. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut :
E
1 0 0 0 0 0 0 0 0
Masukan Select S2 S1 x x 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
Keluaran O
S0 x 0 1 0 1 0 1 0 1
O
Pin masukan yang diteruskan
C. IC-74153 1. Pasanglah IC-74153 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 16 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-74153 adalah sebagai berikut : 6
5
I0a I1a 1
Ea
15
Eb
2
S1
14
S0
4
3
I2a I3a
10 11 12
I0b I1b I2b I3b
74153
135
13
Oa
Ob
7
9
2. Saluran select pada pin-pin 14 (S0), dan 2 (S1). Pin 1 ( E a) dan pin 15 ( E b) masing-masing sebagai
enable atau strobe untuk multiplekser a dan
multiplekser b. Sebagai saluran masukan data multiplekser a adalah pin-pin 6 (I0a), 5 (I1a), 4 (I2a), 3 (I3a), dan sebagai saluran masukan data multiplekser b adalah pin-pin 10 (I0b), 11 (I1b), 12 (I2b), 13 (I3b). Pin 7 (Oa) sebagai keluaran multiplekser a dan pin 9 (Ob) sebagai keluaran multiplekser b. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan untuk masing-masing multiplekser dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut :
Select S1 S0 x x 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
Masukan Multiplekser Enable I3 I2 1 x x 0 x x 0 x x 0 x x 0 x x 0 x 0 0 x 1 0 0 x 0 1 x
Keluaran a atau b I1 I0 x x x 0 x 1 0 x 1 x x x x x x x x x
O
D. IC-74157 1. Pasanglah IC-74157 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 16 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-74157 adalah sebagai berikut : 2
3
I0a I1a 15
E
1
S
5
6
I0b I1b
14 13 11
I0c I1c I0d I1d
74157
Oa
Ob
4
7
136
10
Oc
12
Od
9
2. Saluran select pada pin 1 (S). Pin 15 ( E ) sebagai enable atau strobe untuk semua multiplekser. Sebagai saluran masukan data multiplekser a adalah pin-pin 2 (I0a), 3 (I1a), multiplekser b adalah pin-pin 5 (I0b), 6 (I1b), masukan data multiplekser c adalah pin-pin 14 (I0c), 13 (I1c), dan multiplekser d adalah pin-pin 11 (I0d), 10 (I1d). Pin 4 (Oa) sebagai keluaran multiplekser a, pin 7 (Ob) sebagai keluaran multiplekser b, pin 12 (Oc) sebagai keluaran multiplekser c, dan pin 9 (Od) sebagai keluaran multiplekser d. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan untuk masing-masing multiplekser dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut :
Enable
Select
1 0 0 0 0
x 1 1 0 0
Masukan Multiplekser a, b, c, atau d I1 I0 x x 0 x 1 x x 0 x 1
Keluaran O
Perhatian : Untuk setiap tabel kebenaran tersebut di atas, berdasarkan hasil percobaan dan pengamatan yang telah dilakukan kemudian buatlah kesimpulannya.
137
