TKC305 - Sistem Digital Lanjut. Eko Didik Widianto. Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register

Register, Pencacah dan SRAM

Counter/Pencacah Lisensi

TKC305 - Sistem Digital Lanjut Eko Didik Widianto Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

Bahasan Kuliah


�

�

Sebelumnya dibahas elemen rangkaian sekuensial berupa flip-flop dan latch yang mampu menyimpan informasi 1 bit Berikutnya akan dibahas tentang elemen penyimpan n-bit berupa register dan pencacah (counter) � � �

register n-bit, meliputi register data dan register geser pencacah n-bit, meliputi pencacah maju dan/atau mundur, sinkron atau asinkron blok penyimpan informasi yang lebih besar, yaitu SRAM (Static Random Access Memory)



Referensi:

@2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah

1. Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of

Lisensi

Digital Logic with Verilog/VHDL, 2nd Edition, McGraw-Hill, 2005 � �

Bab 7.8 tentang Register Bab 7.9, 7.10 tentang Counter

2. Lee Chin Wei and Andrew Long, “synchronous counter -

final report” http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_96/journal/vol4/cwl3/report.html

Kompentensi Dasar Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa akan mampu: 1. [C2] menjelaskan struktur dan fungsi register dan shift register 2. [C3] memprogram modul Verilog untuk register dan register geser 3. [C3] memprogram modul Verilog untuk pencacah up/down asinkron/sinkron 4. [C2] menjelaskan tentang SRAM dan prinsip kerjanya dengan tepat 5. [C4] mensimulasikan modul-modul tersebut 6. [C5] membuat modul-modul HDL tersintesis untuk register dan counter dengan fungsi serupa dengan IC seri 74xx

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Lisensi

Bahasan


Register Register Register Geser


Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron Lisensi

Register

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto

�

Sebuah flip-flop dapat menyimpan 1 bit data

�

Register n-bit tersusun atas n buah flip-flip untuk menyimpan n-bit data

�

Contoh penggunaan register: � �

�

Menahan (hold) sebuah keluaran nilai data dari suatu rangkaian aritmatika Menahan (hold) nilai pencacah dalam rangkaian counter/pencacah

Sinyal clock digunakan secara bersama oleh tiap flip-flop dalam sebuah register



Register Geser


�

Merupakan sebuah register yang dapat menggeser isinya sejauh 1 bit perclock �

Register Register Geser


Bisa geser ke kanan atau ke kiri atau kedua arah

Register Geser Kanan

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Register

�

�

Data digeser ke kanan secara serial menggunakan masukan In Isi dari tiap flip-flop ditransfer ke flip-flop berikutnya di tiap transisi naik sinyal clock

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

In 1 0 1 1 1 0 0 0

Q1 0 1 0 1 1 1 0 0

Q2 0 0 1 0 1 1 1 0

Q3 0 0 0 1 0 1 1 1

Q4 0 0 0 0 1 0 1 1

Register Geser


Register Geser dengan Akses Paralel


�

Tipe transfer data di sistem komputer � �

�

Untuk mentransfer data secara serial, data diletakkan dalam suatu register secara paralel (dalam waktu 1 siklus clock) dan digeser keluar satu bit dalam satu waktu �

�

transfer paralel: trasfer n-bit data sekaligus transfer serial: transfer 1-bit bit dalam satu waktu



Disebut sebagai konversi data parallel-ke-serial

Jika bit-bit diterima secara serial, setelah n siklus clock, isid ari register dapat diakses secara paralel sebagai sebuah data n-bit �

Disebut sebagai konversi data serial-ke-paralel

Register Geser dengan Akses Paralel Rangkaian / Struktur

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Register Register Geser


Pencacah �

Pencacah digunakan di rangkaian aritmatika untuk pencacahan �

�

Rangkaian dapat berupa pencacah naik +1 (incremental) maupun turun -1 (decremental)

Rangkaian counter ini dapat digunakan melakukan beberapa fungsi, misalnya � � �

�


Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron

Lisensi

Menghitung kejadian dari suatu kejadian (event) Membangkitkan interval waktu untuk mengontrol pekerjaan-pekerjaan (task) di sistem digital Menghitung waktu mundur antar event

flip-flop T secara natural cocok untuk diimplementasikan di operasi pencacahan


Tipe Pencacah Pencacah asinkron � � �

Dibentuk dengan memberikan sinyal clock ke satu flip-flop Clock untuk flip-flop berikutnya diperloleh dari keluaran flip-flop sebelumnya Respon lambat karena sumber clock ripple dari satu tahap ke tahap berikutnya �

�

Register

Rangkaian counter yang paling sederhana dapat dibuat dengan menggunakan flip-flop T �

�

@2012,Eko Didik Widianto

Efek ripple serupa dengan rangkaian penjumlah ripple-carry (RCA)

Pencacah sinkron � � �

Dibentuk dengan memberikan sinyal clock ke semua flip-flop di waktu yang sama Menggunakan sebuah sumber clock tunggal Mempunyai respon yang lebih cepat daripada pencacah asinkron

@2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron

Lisensi

Pencacah Naik dengan Flip-flop T � Pencacah 3-bit yang dapat mencacah 0 sampai 7 atau

pencacah module-8 �

Masukan clock untuk ketiga flip-flop dikoneksikan secara kaskade � � �

�

Flip-flop pertama terkoneksi ke Clock Flip-flop berikutnya, sinyal clocknya didrive dari keluaran Q flip-flop sebelumnya Rangkaian seperti ini disebut sebagai pencacah asinkron atau pencacah ripple

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron

Lisensi

Masukan T tiap flip-flop dikoneksikan ke konstan 1 �

State tiap flip-flop akan dibalik (toggle) setiap transisi naik clocknya

Diagram Pewaktuan Pencacah Naik


Lisensi

� Nilai Q0 akan toggle setiap clock cycle �

Perubahan terjadi setelah transisi naik sinyal clock

� Nilai Q1 akan toggle setelah transisi turun dari Q0 , demikian juga

Q2

� Nilai Q2 Q1 Q0 menunjukkan nilai pencacahnya

Pencacah Turun dengan Flip-flop T


Lisensi

�

Mirip dengan rangkaian pencacah naik, kecuali masukan clock flip-flop kedua dan seterusnya berasal dari keluaran Q flip-flop sebelumnya

Diagram Pewaktuan Pencacah Turun


Lisensi

� Nilai Q0 akan toggle setiap clock cycle �

Perubahan terjadi setelah transisi naik sinyal clock

� Nilai Q1 akan toggle setelah transisi naik dari Q0 , demikian juga

Q2

� Nilai Q2 Q1 Q0 menunjukkan nilai pencacahnya

Latihan

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah

�

Desain pencacah naik/turun 3-bit menggunakan flip-flop T. Sebuah masukan kontrol Up/Down harus disertakan. Jika Up/Down = 0 rangkaian berfungsi sebagai pencacah naik. Jika Up/Down = 1 rangkaian berfungsi sebagai pencacah turun �

memberikan sinyal clock ke semua flip-flop di waktu yang sama

Menggunakan sebuah sumber clock tunggal Mempunyai respon yang lebih cepat daripada pencacah asinkron

� Pencacah sinkron dengan flip-flop T � � � �

Lisensi


� Pencacah sinkron dibentuk dengan

�

Pencacah Sinkron

Petunjuk: gunakan gerbang XOR di tiap masukan clock flip-flop, kecuali yang pertama

Pencacah Sinkron

�

Pencacah Asinkron

Least significant bit, Q0 , berubah setiap siklus clock Bit pertama Q1 , hanya berubah saat Q0 = 1 Bit kedua Q2 , hanya berubah saat Q0 = Q1 = 1 Atau setiap flip-flop akan berubah statenya hanya jika semua flip-flop sebelumnya berada di state Q = 1

T0

=

1

T1

=

Q0

T2

=

Q 0 Q1

T3

=

Q0 Q1 Q2

. Tn

=

Q0 Q1 · · · Qn-1

Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron

Lisensi

Pencacah Sinkron Naik dengan TFF �

Pencacah sinkron naik 4-bit


Lisensi

Mempercepat Pencacah


Lisensi

�

Mempunyai (n-2) delay gerbang AND

�

Bagaimana mempercepat pencacah? �

Gerbang AND kedua langsung mengambil input dari Q0 dan Q1 serta Q2 (total 3 input), bukan keluaran dari AND pertama

Pencacah Sinkron Turun?


Lisensi

�

Masukan T dan gerbang AND berasal dari Q �

Rangkaian?

Sinyal Enable dan Clear Dalam rangkaian sebelumnya, keluaran pencacah berubah sebagai response terhadap pulsa Clock � Kadang diinginkan untuk menon-aktifkan pencacahan atau mereset pencacah (clear) � Memerlukan sinyal kontrol Enable � Menggunakan flip-flop dengan kemampuan Clear asinkron � Pencacah direset ke 0 jika Clear=0 (aktive-low) �

�

Sinyal kontrol Enable dihubungkan langsung ke masukan flip-flop pertama � Jika Enable=0, maka semua masukan T flip-flop akan 0


Lisensi

Pencacah Sinkron dengan Flip-Flop Data (DFF) � Secara natural, TFF digunakan sebagai pencacah. Namun,

terdapat beberapa alternatif implementasi: � �

Flip-flop JK dengan masukan J dan K saling dihubungkan, sehingga membentuk flip-flop T Flip-flop D (DFF)


Lisensi

� Metode formal untuk membuat pencacah dengan DFF: � � �

Sebuah pencacah naik 4-bit akan mencacah urutan 0, 1, 2, 3, · · · , 15, 0, 1, · · · Pencacahan ini diberikan oleh keluaran flip-flop Q3 Q2 Q1 Q0 Nilai masukan D diberikan sebagai berikut: � � � �

�

D0 D1 D2 D3

= Q0 ⊕ Enable = Q1 ⊕ Q0 · Enable = Q2 ⊕ Q1 · Q0 · Enable = Q3 ⊕ Q2 · Q1 · Q0 · Enable

Untuk sistem yang lebih besar: Di = Qi ⊕ Qi−1 · Qi−2 · · · Q1 · Q0 · Enable

Pencacah Naik Sinkron 4-bit dengan DFF


Lisensi

Pencacah dengan Load Paralel


�

Pencacah biasanya memulai penghitungan dengan nilai 0 �

�

Sebuah masukan asinkron dapat digunakan untuk keperluan ini

Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron

Lisensi

Mungkin diinginkan juga, pencacah memulai dengan nilai selain 0 (non-zero) � �

Perlu menambah rangkaian untuk menyediakan kemampuan load paralel Masukan kontrol, load, digunakan untuk memilih mode operasi � �

Load=0, mode pencacahan Load=1, mode load nilai baru ke pencacah

Pencacah dengan Load Paralel


Lisensi

Lisensi

Creative Common Attribution-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0) � Anda bebas: � �

�

Di bawah persyaratan berikut: �

�

�

untuk Membagikan — untuk menyalin, mendistribusikan, dan menyebarkan karya, dan untuk Remix — untuk mengadaptasikan karya Atribusi — Anda harus memberikan atribusi karya sesuai dengan cara-cara yang diminta oleh pembuat karya tersebut atau pihak yang mengeluarkan lisensi. Berikan atribusi secukupnya jika Anda menggunakan karya ini. Pembagian Serupa — Jika Anda mengubah, menambah, atau membuat karya lain menggunakan karya ini, Anda hanya boleh menyebarkan karya tersebut hanya dengan lisensi yang sama, serupa, atau kompatibel.

Lihat: Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Lisensi

TKC305 - Sistem Digital Lanjut. Eko Didik Widianto. Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

Recommend Documents