TUGAS AKHIR
Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama NIM Jurusan Peminatan Pembimbing
: : : : :
Sulistyo 01402-030 Teknik Elektro Elektronika Jaja Kustija, MSc
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA 2008
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama
: Sulistyo
N.I.M
: 01402-030
Jurusan
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknologi Industri
Judul Skripsi : Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan
sekaligus
bersedia
menerima
sanksi
berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana.
Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis,
(Sulistyo)
ii
LEMBAR PENGESAHAN
STOPWATCH DIGITAL DAN PENGAKTIF ALARM
Disusun Oleh : Nama
: Sulistyo
NIM
: 01402-030
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan : Elektronika
Menyetujui,
Pembimbing
Koordinator TA
( Jaja Kustija, MSc )
( Yudhi Gunardi, ST, MT )
Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro
( Ir. Budi Yanto Husodo, MSc )
iii
ABSTRAK STOPWATCH DIGITAL DAN PENGAKTIF ALARM
Stopwatch merupakan salah satu alat penghitung waktu, khususnya untuk menghitung dan mencatat kecepatan suatu kejadian / peristiwa. Pada saat sedang berlatih menguji kecepatan, sering timbul keinginan memiliki stopwatch yang dapat mencatat waktu secara akurat sekaligus memberikan bunyi / tanda ketika waktu yang ditentukan telah lewat. Stopwatch memang telah banyak dan mudah dicari di pasaran, namun stopwatch digital dan pengaktif alarm ini memiliki keunggulan-keunggulan tertentu. Bila dibandingkan dengan stopwatch yang lain, alat ini mempunyai kelebihan mencatat waktu 1 milimenit sehingga lama suatu peristiwa / kejadian dapat dicatat sampai satuan milidetik, serta mempunyai waktu maksimum 999 detik dan 999 milidetik. Selain itu, alat ini mempunyai masukan bit-bit referensi untuk mengaktifkan alarmnya. Stopwatch digital ini menggunakan sebagian besar komponen TTL yang sangat mudah didapat dan timer 555 sebagai pembangkit frekuensi. Dari hasil pengujian di dapat bahwa alat ini dapat bekerja sesuai dengan rancangan. Sedangkan frekuensi output dari astable multivibrator berbentuk persegi yang digunakan sebagai masukan rangkaian counter. Dalam perancangan stopwatch digital dan pengaktif alarm ini, semakin besar variabel resistornya maka penghitungan waktunya akan semakin lambat bila dibandingkan dengan stopwatch lain. Sebaliknya, semakin kecil harga variabel resistornya maka penghitungan waktunya akan semakin cepat bila dibandingkan stopwatch lain.
iv
ABSTRACTION DIGITAL STOPWATCH AND ALARM ACTIVATOR
Stopwatch represent one of time calculator, specially to count and note speed of an occurence / event. At the time of medium exercise to test speed, often arise desire own stopwatch which can note time in accurate figure at one blow give sound / sign when time determined have through. Stopwatch is true have a lot of and easy to searched in marketing, but digital stopwatch and activator of this alarm own certain excellence. If compared by other stopwatch, this appliance have excess note time 1 old milimenit so that an event / occurence can be noted until set of milisecond, and also have maximum time 999 second and 999 milisecond. Others, this appliance have input of beet of reference to activate its alarm. This digital stopwatch use most component of got very easy TTL and timer 555 as frequency generating. From result of examination in earning that this appliance earn to work as according to device. While frequency of output from astable multivibrator is form of rectangular which is used by input of network counter. In scheme of digital stopwatch and activator of this alarm, ever greater of variable of resistor hence enumeration of its time will be tardy progressively when compared by other stopwatch. On the contrary, smaller price of variable of resistor hence enumeration of its time will faster when compared by other stopwatch.
v
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Dan tugas akhir ini penulis beri judul ”Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm”. Shalawat serta salam tidak lupa penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar, baginda Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarganya, sahabatnya dan pengikutnya yang selalu setia terhadap risalahnya. Adapun penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dengan Jenjang Pendidikan Strata Satu Program Studi Teknik Elektro pada Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana, Jakarta. Tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik karena bimbingan, dorongan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis dengan kerendahan dan ketulusan hati, ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Jaja Kustija, MSc. Selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dan pemikirannya agar tugas akhir ini dapat lebih baik. 2. Yudhi Gunardi, ST. MT. Selaku koordinator tugas akhir Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 3. Ir. Budi Yanto Husodo, MSc. Selaku kaprodi jurusan teknik elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu buana. 4. Ir. Eko Ihsanto, MEng. Selaku dosen pembimbing akademik. 5. Seluruh Staff dosen pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 6. Teruntuk ayah handa dan ibunda tercinta yang telah memberikan motivasi dan dorongan mental dan spiritualnya kepada penulis untuk selalu sabar dalam menyelesaikan tugas akhir.
vi
7. Kakak-kakakku yang telah memberikan bantuan materi sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Segenap keluarga besarku yang telah tidak henti-hentinya membantu dalam menyemangati agar cepat menyelesaikan tugas akhir ini. 9. Nur Azizah yang telah tidak henti-hentinya membantu dalam menyemangati agar cepat menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Anja, Syaiful, Nahor, Yudi, Arif dan teman-teman seperjuanganku angkatan 2002 Teknik Elaktro yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.
Dalam penulisan laporan ini penulis merasa masih banyak kekurangan, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna menyempurnakan laporan tugas akhir ini. Semoga penulisan laporan tugas akhir ini berguna bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Jakarta,
Mei 2008
Penulis
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii ABSTRAKSI ................................................................................................... iv KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi DAFTAR ISI.................................................................................................... viii DAFTAR TABEL............................................................................................ x DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Tujuan Penulisan............................................................................ 2 1.3 Pembatasan Masalah ..................................................................... 2 1.4 Metodologi Penelitian .................................................................... 2 1.5 Perancangan dan Pengujian ........................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 3 BAB II TEORI DASAR DAN PENUNJANG ................................................ 5 2.1 IC TTL (Transistor-Transistor Logic)............................................ 5 2.1.1 Comparator IC 74LS85 ......................................................... 6 2.1.2 Decade Counter 74LS90 ....................................................... 7 2.1.3 D Latch 4-bit 74LS75............................................................ 8 2.1.4 BCD to 7-Segment Decoder 74LS47.................................... 9 2.1.5 Gerbang Logika NAND 74LS00 .......................................... 10 2.2 Display Seven Segment.................................................................. 11 2.3 Rangkaian Waktu 555 .................................................................... 12 2.4 Catu Daya....................................................................................... 15 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI RANGKAIAN ..................... 18 3.1 Diagram Blok dan Cara Kerja Rangkaian...................................... 18 3.2 Skema Rangkaian........................................................................... 20
viii
3.2.1 Rangkaian Masukan .............................................................. 22 3.2.2 Rangkaian Switching ............................................................ 22 3.2.3 Rangkaian Multivibrator ....................................................... 24 3.2.4 Rangkaian Internal IC 555 .................................................... 26 3.2.5 Rangkaian Counter................................................................ 26 3.2.6 Rangkaian Latch.................................................................... 30 3.2.7 Rangkaian Decoder ............................................................... 31 3.2.8 Rangkaian Pembanding......................................................... 33 BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA ............................................. 36 4.1 Peralatan yang digunakan .............................................................. 36 4.2 Pengujian........................................................................................ 36 4.2.1 Pengujian Astable Multivibrator ........................................... 36 4.2.2 Pengujian Kerja Alat ............................................................. 38 4.2.3 Pengujian dan Perbandingan Alat ......................................... 39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 42 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 43 LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Tipikal dari Keluarga IC TTL .................................... 5 Tabel 2.2 Tabel Kebenaran dari 74LS85 ......................................................... 6 Tabel 2.3 Tabel Mode Seleksi 74LS90 ............................................................ 7 Tabel 2.4 Tabel Mode Operasi IC 74LS75 ...................................................... 8 Tabel 2.5 Tabel Kebenaran Gerbang NAND 2 Masukan ................................ 10 Tabel 2.6 Tabel Kebenaran Flip-flop/Latch..................................................... 11 Tabel 2.7 Tabel Kebenaran Display Seven Segment ....................................... 12 Tabel 3.1 Tabel Mode Seleksi untuk IC Counter............................................. 27 Tabel 3.2 Tabel Urutan Pencacah BCD Counter ............................................. 28 Tabel 3.3 Tabel Mode Operasi Latch Data ...................................................... 31 Tabel 3.4 Tabel Kebenaran BCD to Seven Segment Decoder......................... 32 Tabel 3.5 Tabel Kebenaran IC Comparator ..................................................... 35 Tabel 4.1 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch lain..................................... 40 Tabel 4.2 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch lain (VR = 300 Ω) ............. 40 Tabel 4.3 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch lain (VR = 170 Ω) ............. 41
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Simbol Comparator IC 74LS85.................................................... 6 Gambar 2.2 Diagram Logika BCD Counter 74LS90....................................... 8 Gambar 2.3 D-Latch 4 bit 74LS75................................................................... 9 Gambar 2.4 Simbol 74LS47............................................................................. 9 Gambar 2.5 R-S flip-flop ................................................................................. 10 Gambar 2.6 Display Seven Segment................................................................ 11 Gambar 2.7 IC 555 dalam kemasan DIL 8 pena.............................................. 12 Gambar 2.8 IC 555 sebagai Astable Multivibrator .......................................... 14 Gambar 2.9 Tegangan pada kapasitor dan terminal keluaran .......................... 14 Gambar 2.10 Diagram Blok Catu Daya ........................................................... 15 Gambar 2.11 Penyearah Setengah Gelombang................................................ 16 Gambar 2.12 Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan Dioda ............. 16 Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian ............................................................. 19 Gambar 3.2 Rangkaian Pembagi 10................................................................. 20 Gambar 3.3 Skema Rangkaian......................................................................... 21 Gambar 3.4 DIP Switch sebagai Masukan Comparator................................... 22 Gambar 3.5 Rangkaian Switching R-S Latch I................................................ 23 Gambar 3.6 Rangkaian Switching R-S Latch II............................................... 24 Gambar 3.7 Astable Multivibrator ................................................................... 25 Gambar 3.8 Rangkaian Internal IC 555 ........................................................... 26 Gambar 3.9 Rangkaian Counter....................................................................... 29 Gambar 3.10 Rangkaian Latch......................................................................... 30 Gambar 3.11 Decoder dengan Display Seven Segment................................... 32 Gambar 3.12 Rangkaian Pembanding.............................................................. 34 Gambar 4.1 Titik Pengujian Astable Multivibrator ......................................... 37 Gambar 4.2 Bentuk Gelombang Output Astable Multivibrator....................... 38
xi
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Di dalam kehidupan manusia yang semakin maju, sangat diperlukan alat-alat
yang serba akurat dan handal guna menunjang pekerjaan maupun kegiatan seharihari. Pemakaian alat-alat yang serba otomatis semakin hari semakin memasyarakat, karena semakin majunya teknologi. Salah satu produk teknologi yang banyak mempengaruhi kehidupan manusia adalah sistem digital. Dari sekian banyaknya produk/hasil dari peralatan elektronik yang memakai sistem digital, salah satunya adalah stopwatch. Alat ini berfungsi sebagai pencatat waktu, yaitu untuk menghitung seberapa cepat suatu peristiwa terjadi. Peristiwaperistiwa yang terjadi biasanya cukup singkat yakni dalam satuan milidetik dan detik. Stopwatch ini banyak dipergunakan pada hampir semua bidang olahraga (misalnya perlombaan lari, balap motor dalam satuan putaran, pertandingan catur yang berfungsi sebagai timer (pewaktu)), selain itu juga tidak terbatas pemakaiannya untuk keperluan lain. Dengan adanya kondisi/keadaan seperti tersebut di atas, maka penulis mencoba untuk merealisasikannya dengan membuat suatu alat ”stopwatch”. Stopwatch ini dikembangkan/dimodifikasi sedemikian rupa sehingga mempunyai kemampuan lebih dari stopwatch yang ada. Kelebihan stopwatch ini yaitu mempunyai bit-bit referensi untuk dapat mengaktifkan alarm. Jika nilai bit-bit referensinya telah terlampaui oleh nilai bit-bit counter stopwatch. Selain itu juga tampilan stopwatch ini dapat dilihat dengan menekan suatu tombol latch selama counternya masih berjalan dan jika dilepas dapat diteruskan. Perancangan stopwatch ini banyak sekali menggunakan komponen utama digital yaitu IC TTL. Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan dan karakteristik alat ini, penulis akhirnya menentukan judul ”Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm”.
1
2
Diharapkan dengan menggunakan stopwatch ini, si pemakai dapat lebih tepat dan akurat serta efiseinsi dalam pencatatan waktu.
1.2
Tujuan Penulisan Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat yang
berfungsi sebagai penghitung waktu, di mana dapat menghitung sampai 999 detik dan 999 milidetik. Sedangkan prinsip kerja alat yang penulis rancang adalah berdasarkan fungsi kerja IC, dimana IC yang digunakan adalah IC jenis TTL.
1.3
Pembatasan Masalah Untuk menyederhanakan masalah dan mempermudah analisa, tanpa
kehilangan fungsi dasar dari alat tersebut, penulis melakukan pembatasan masalah sebagai berikut: 1. Stopwatch ini memakai power supply dengan output 5 V dc teregulasi. 2. Tampilan 6 digit terdiri dari 3 digit awal untuk detik dan 3 digit akhir untuk milidetik, jadi perhitungan maksimal 999 detik dan 999 milidetik. 3. Alat ini memakai buzzer sebagai alarm. 4. Menggunakan 24 bit referensi masukan stopwatch sebagai penggerak alarm (dengan menggunakan komponen DIP Switch).
1.4
Metodologi Penelitian Metode yang dipakai dalam pembuatan tugas akhir ini adalah Sebagai
berikut: 1. Kajian pustaka; yaitu mencari dan mengumpulkan bahan referensi seperti buku atau majalah, mempelajari teori-teori yang berhubungan dengan permasalahan untuk mendapatkan solusi yang terbaik. 2. Eksperimen; yaitu merealisasikan rangkaian dengan membuat diagram blok rangkaian yang sesuai dengan konsep, teori dan data-data yang dapat dijadikan pendukung dalam proses perancangan.
2
3
1.5
Perancangan dan Pengujian Untuk merealisasikan ide di atas maka dilakukan perancangan rangkaian dan
pengujian alat berdasarkan beberapa hal dibawah ini: 1. Penggunaan catu daya 5V teregulasi, bebas dari noise yang berasal dari jala-jala (PLN). 2. Frekuensi output dari astable multivibrator harus benar-benar sebesar 1 KHz. 3. Rangkaian harus ditempatkan dalam suatu kotak yang tertutup namun mempunyai cukup rongga udara. 4. Setelah itu dilakukan pengujian terhadap masing-masing blok rangkaian, apakah tiap-tiap blok itu sudah berfungsi sebagaimana mestinya. Kemudian dilanjutkan dengan pengujian antar blok serta pengujian keluaran dari rangkaian yang dibuat. 5. Selain itu juga dilakukan pengujian time counting (perhitungan waktu) dari alat tersebut. 6. Pada tahap akhir, dilakukan evaluasi apakah ada bagian yang perlu disempurnakan.
1.6
Sistematika Penulisan Sebagai gambaran dari isi buku tugas akhir ini, penulis menyajikan
sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN Dalam bab ini diuraikan latar belakang pemilihan judul, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penelitian, perancangan dan pengujian alat serta sistematika penulisan.
BAB II
TEORI PENUNJANG Bab ini akan menguraikan secara ringkas teori dasar dan penunjang yang mempunyai hubungan langsung dengan alat yang akan dirancang
3
4
beserta komponen dan rangkaian pendukungnya untuk menunjang pemahaman dalam merealisasikannya.
BAB III
REALISASI DAN ANALISA RANGKAIAN Bab ini berisi diagram blok, analisa per blok, pembahasan cara kerja dan realisasi rangkaian.
BAB IV
PENGAMATAN DAN PENGUJIAN ALAT Bab ini berisi langkah-langkah pengujian, pengamatan dan disertai keterangan-keterangan hasil pengujian alat dan gambar bentuk gelombang keluaran.
BAB V
KESIMPULAN Bab ini merupakan bab penutup di mana akan diberikan kesimpulankesimpulan yang didapat penulis selama pembuatan dan pengujian alat ini.
4
5
BAB II TEORI DASAR DAN PENUNJANG
Dalam membuat dan menganalisa suatu alat, sebaiknya dikuasai teori-teori dasar yang menunjang/berhubungan dengan alat yang akan dibuat atau dianalisa tersebut. Berikut ini penulis akan membahas tentang prinsip-prinsip dasar dari beberapa teori maupun komponen yang berkaitan dengan rangkaian.
2.1
IC TTL (Transistor-Transistor Logic) Banyaknya versi dari keluarga IC TTL seperti Standart TTL, Schottky
TTL, dan Low-power Schottky TTL. Versi pertama dari IC keluarga TTL adalah Standart TTL. Kemudian dengan perkembangan kemajuan teknologi elektronika diciptakan schottky TTL yang memiliki keunggulan pada kecepatan, namun sayangnya memerlukan daya yang relatif boros. Low-power Schottky TTL adalah versi selanjutnya yang merupakan jalan tengah yang menjadikannya lebih efisien yaitu dengan mengorbankan sedikit kecepatan dari Schottky TTL untuk menjadikannya lebih hemat dalam pemakaian daya. Berikut ini adalah tabel 2.1 perbandingan karakteristik dari ketiga keluarga TTL tersebut.
Tabel 2.1 Karakteristik Tipikal dari Keluarga IC TTL Keluarga TTL
Daya dissipasi (mW)
Waktu propagasi
Standart
10
10
Schottky
22
3
Low-power Schottky
2
10
Selanjutnya akan dibahas bebarapa jenis IC TTL seri 74 yang dipergunakan dalam pembuatan rangkaian tugas akhir ini.
5
6
2.1.1
Comparator IC 74LS85 Rangkaian ini akan membandingkan data yang ada pada rangkaian counter
dengan masukan bit referensi. Keluaran dari rangkaian ini akan mengaktifkan buzzer jika bit-bit data pada rangkaian counter lebih besar daripada bit referensi.
Tabel 2.2 Tabel Kebenaran dari 74LS85 Masukan yang dibandingkan
Masukan
Keluaran
A3.B3
A2.B2
A1.B1
A0.B0
A>B
A
A=B
A>B
A
A=B
A3>B3
X
X
X
X
X
X
H
L
L
A3
X
X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2>B2
X
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2
X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1>B1
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0>B0
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
L
L
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
H
L
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
X
X
H
L
L
H
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
H
L
L
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
L
L
H
H
L
A0 A1 A2 A3
A
B0 B1 B2 B3
A>B
Gambar 2.1 Simbol Comparator IC 74LS85
6
7
2.1.2
Decade Counter 74LS90 Counter merupakan rangkaian sekuensial yang cukup dikenal karena
banyak di aplikasikan dalam rangkaian digital. Dalam bentuk yang paling sederhana, hal tersebut adalah ekivalen dengan penghitung secara urut dari bilangan biner. Umumnya counter tersusun dari beberapa buah flip-flop. Jumlah flip-flop yang digunakan dan cara bagaimana flip-flop dihubungkan satu sama lainnya menentukan jumlah urutan menghitung dari suatu counter tiap satu siklusnya. Salah satu jenis counter adalah counter 74LS90 yang merupakan counter asinkron, karena adanya delay time pada counter ini. Counter ini memiliki masukan Master Reset dan masukan Master Set. Agar lebih jelasnya dapat dilihat dalam tabel fungsi dan diagram logikanya sebagai berikut:
Tabel 2.3 Tabel Mode Seleksi 74LS90
RESET/SET INPUT
OUTPUT
MR1
MR2
MS1
MS2
Q0
Q1
Q2
Q3
H
H
L
X
L
L
L
L
H
H
X
L
L
L
L
L
X
X
H
H
H
L
L
H
L
X
L
X
COUNT
X
L
X
L
COUNT
L
X
X
L
COUNT
X
L
L
X
COUNT
7
8
Gambar 2.2 Diagram Logika BCD Counter 74LS90
2.1.3
D Latch 4-bit 74LS75 D Latch atau penahan D 4-bit ini adalah berfungsi untuk menyimpan
sementara data binary 4-bit. IC 74LS75 ini keluarannya akan tetap sama seperti semula walaupun masukannya sudah berubah setelah enable E dari IC ini diaktifkan yaitu pada taraf rendah (mode operasi latch). Masing-masing dari 4-bit keluaran dari IC ini juga memiliki komplemennya. Untuk lebih jelasnya kerja IC dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4 Tabel Mode Operasi IC 74LS75 Mode Operasi Enable Data Latch Data
Masukan E H H L
Keluaran D L H X
Q L H Q0
Q H L Q0
Q0 = taraf Q sebelum E tertransisi dari taraf tinggi ke rendah
8
9
Gambar 2.3 D Latch 4-bit 74LS75
2.1.4
BCD to 7-Segment Decoder 74LS47 Decoder adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah bilangan
dengan basis tertentu dengan basis yang lain. BCD to 7-Segment Decoder 74LS47 akan mengubah format BCD ke dalam tampilan 7-Segment. Bilangan BCD (Binary Code Decimal) sangat berguna dalam pemindahan informasi desimal kedalam maupun keluar sistem digital. Sebagai contoh, bilangan desimal 1374 dikonversikan kedalam bilangan BCD menjadi: Desimal BCD
1
5
0001 0101
7
4
0111 0100
Gambar 2.4 Simbol 74LS47
9
10
2.1.5
Gerbang Logika NAND 74LS00 Gerbang logika NAND 2 masukan ini, lebih lanjut akan digunakan sebagai
R-S flip-flop.
Tabel 2.5 Tabel Kebenaran Gerbang NAND 2 Masukan Masukan
Keluaran
A
B
Y = A.B
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
R-S LATCH Flip-flop adalah suatu rangkaian yang memiliki dua keadaan stabil. Rangkaian ini akan bertahan pada suatu keadaan sampai adanya pemicu yang membuatnya berganti keadaan. Flip-flop sering disebut sebagai latch. Perpindahan dari suatu keadaan ke keadaan lainnya dapat dilakukan dengan merubah keadaan pada masukan flip-flop tersebut.
Q
Gambar 2.5 R-S Flip-flop
10
11
Tabel 2.6 Tabel Kebenaran Flip-flop / Latch
2.2
S
R
KELUARAN Q Q
L L H H
L H L H
1 1 0 Q
1 0 1
Q
Keterangan Tak Terdefinisi Set/Start Reset/Stop Memori
Display Seven Segment
a f
g
e
b
c d
Gambar 2.6 Display Seven Segment
Display yang dipakai untuk menyatakan waktu adalah display seven segment. Bentuk rangkaian dari display seven segment dapat dilihat pada gambar 2.6. Display seven segment ialah sebuah display yang terdiri dari 7 buah LED dan disusun sedemikian rupa, sehingga dapat membentuk angka mulai dari 0 sampai dengan 9. Seven segment mempunyai 7 buah input untuk menggerakkan semua LED. Berikut ini diperlihatkan pada tabel 2.7 LED yang menyala sesuai dengan angka yang ditampilkan.
11
12
Tabel 2.7 Tabel Kebenaran Display Seven Segment LED yang menyala
Angka
2.3
a
b
c
d
e
f
g
0
L
L
L
L
L
L
H
1
H
L
L
H
H
H
H
2
L
L
H
L
L
H
L
3
L
L
L
L
H
H
L
4
H
L
L
H
H
L
L
5
L
H
L
L
H
L
L
6
H
H
L
L
L
L
L
7
L
L
L
H
H
H
H
8
L
L
L
L
L
L
L
9
L
L
L
L
H
L
L
Rangkaian Waktu 555
IC 555 adalah serpih atau komponen rangkaian terpadu (integrated circuit) yang dirancang sebagai pembangkit sinyal dan fungsi pewaktu (timing). IC ini biasanya dikemas dalam kemasan DIL (Dual In Line) 8 pena seperti yang di perlihatkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 IC 555 dalam kemasan DIL 8 pena
12
13
Komponen ini dapat beroperasi pada jangkauan catu daya yang luas dari 5 V sampai 18 V, sehingga dapat digunakan untuk menggerakkan TTL atau CMOS dan dapat dibebani atau menyerap arus hingga 200 mA. Bila outputnya tinggi IC 555 sendiri membutuhkan arus catu 10 mA dan bila keadaan reset/output rendah akan dibutuhkan arus catu 1 mA. Arus beban masih harus ditambahkan lagi pada arus tersebut. Dengan menambah sedikit komponen luar dapat dihasilkan interval pewaktuan dari orde mikrodetik hingga beberapa jam atau frekuensi sinyal tertinggi hingga 500 kHz dengan daur aktif (duty cycle) yang dapat diatur. IC 555 dapat beroperasi baik dalam ragam tak stabil (astable) maupun monostable.
IC 555 sebagai Astable Multivibrator
Penggunaan IC 555 sebagai multivibrator tak stabil (astable multivibrator) memiliki rangkaian dasar seperti pada gambar 2.8. Ketika pertama kali catu daya dihubungkan, kapasitor berada dalam keadaan kosong maka tegangan pemicu berada dibawah +
Vcc . Ini akan 3
membuat keluaran komparator kedua dalam keadaan tinggi dan mereset flip-flop sehingga output flip-flop menjadi rendah. Transistor pembuang muatan akan terbuka dan keluaran pena 3 dalam keadaan tinggi. Pada saat ini kapasitor mulai dimuati melalui tahanan RA dan RB hingga tegangan kapasitor mendekati +
2Vcc 2Vcc . Bila tegangan pada terminal ambang sedikit lebih besar dari + 3 3
maka tegangan output pada pena 3 akan menjadi lebih rendah dan transistor menjadi rendah sehingga transistor pembuang muatan (yang terdapat didalam IC) akan terhubung. Muatan kapasitor akan dibuang melalui tahanan RB dan transistor pembuang muatan menuju tanah. Pada saat ini ada juga arus yang mengalir melalui RA menuju transistor pembuang muatan dalam IC. Harga tahanan RA dan RB harus cukup untuk membatasi arus yang mengalir pada transistor pembuang muatan dalam IC 555 agar IC tidak rusak.
13
14
Gambar 2.8 IC 555 sebagai Astable Multivibrator
Selama kapasitor membuang muatannya, tegangan kapasitor bergerak turun. Ketika tegangan pada terminal pemicu jatuh dibawah +
Vcc output akan 3
menjadi lebih tinggi lagi dan transistor pembuang muatan akan terbuka dan kapasitor kembali mulai terisi. Peristiwa ini akan terjadi berulang-ulang selama ada tegangan catu dan menghasilkan keluaran gelombang persegi seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.9. +
2 Vcc 3
1 + Vcc 3
+Vcc
0
Gambar 2.9 Tegangan pada kapasitor dan terminal keluaran
14
15
Tahanan RA dan RB dapat menghasilkan tahanan variabel (potensiometer) sehingga lebar pulsa dan frekuensi sinyal keluaran dapat diubah-ubah. Tahanan ini berfungsi untuk membatasi arus puncak yang mengalir pada transistor pembuang muatan pada saat tahanan variabel berada pada nilai minimum. Astable multivibrator banyak digunakan sebagai pembangkit pulsa, osilator, pembangkit nada, dan penggerak rangkaian digital.
2.4
Catu Daya
Catu daya atau lebih dikenal sebagai power supply, adalah suatu rangkaian yang berfungsi sebagai pusat daya listrik yang dipergunakan oleh rangkaianrangkaian selanjutnya. Rangkaian catu daya mengubah tegangan bolak-balik yang diterima dari jala-jala PLN, menjadi suatu tegangan searah yang besarnya sesuai dengan kebutuhan (+5V). Suatu rangkaian catu daya yang baik terdiri dari transformator (trafo), penyearah, filter dan IC Regulator. Secara diagram blok dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut ini.
Jala-jala PLN 220 Vac
Transformator
Penyearah
Filter
IC Regulator
Beban
Gambar 2.10 Diagram Blok Catu Daya
Transformator atau trafo disini adalah berguna sebagai penurun tegangan
bolak-balik dari jala-jala. Penyearah adalah bertujuan untuk membuat tegangan bolak-balik menjadi tegangan positif dan negatif bergantian seperti fungsi sinusoida yang hanya memiliki tegangan positif atau negatif saja. Rangkaian penyearah dapat dibuat dengan cara setengah gelombang penuh. Penyearah setengah gelombang adalah dengan menggunakan sebuah dioda, cara kerjanya adalah dioda tersebut hanya melewatkan arus listrik pada salah satu fasanya saja, misalnya fasa positifnya saja sedangkan pada fasa negatif
15
16
dioda tidak melewatkan sehingga rangkaian terputus. Penyearah gelombang penuh disini menggunakan empat buah dioda yang dikenal sebagai jembatan dioda.
Keluaran
Gambar 2.11 Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 2.12 Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan Dioda
Nilai tegangan pada kumparan sekunder transformator dapat dinyatakan dengan persamaan (2.1). Vrms = 0,707 Vp dimana :
(2.1)
Vrms = tegangan rata-rata Ac Vp
= tegangan puncak
Hasil keluaran dari rangkaian penyearah adalah gelombang sinusoida yang sudah disearahkan, tetapi hal ini masih belum memenuhi syarat sebagai sumber tegangan yang diperlukan. Agar menjadi rata maka hasil keluaran tadi perlu dilewatkan pada filter yang terdiri dari rangkaian RC dan RL. Rangkaian ini biasa disebut juga peredam riak.
16
17
Bila digunakan sebuah kapasitor filter pada keluaran jembatan penyearah maka besar tegangan riak maksimum dalam keadaan tanpa beban dapat dinyatakan dengan persamaan (2.2) serta tegangan DC yang dihasilkan rangkaian dengan filter kapasitif dalam keadaan tanpa beban dinyatakan dengan persamaan (2.3). Vr (max) =
I T C
Vdc ' = Vp − Dimana:
(2.2)
Vr (max) 2
− 2Vt
(2.3)
Vr(max)
= harga maksimum tegangan riak (V)
Vp
= tegangan puncak (V)
Vdc’
= tegangan keluaran (V)
Vt
= tegangan jatuh pada dioda penyearah (V)
I
= arus beban (A)
C
= besar kapasitansi (F)
T
= perioda (s)
Tegangan jatuh pada dioda akan menjadi dua kali lebih besar karena terdapat dua dioda yang aktif secara seri setiap siklusnya. IC Regulator adalah IC yang berfungsi sebagai pengatur tegangan yang
membuat suatu tegangan masukan padanya menjadi tegangan keluaran yang besarnya tertentu sesuai dengan tipe IC tersebut. Dengan menggunakan IC regulator ini maka tegangan keluaran menjadi lebih stabil dan untuk lebih meratakannya lagi dari gelombang-gelombang riak yang tidak diinginkan akibat tidak stabilnya penarikan arus dari rangkaian. Biasanya ditambahkan kapasitor yang diparalelkan dengan keluaran IC regulator ini.
17
18
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI RANGKAIAN
Sebelum penulis membahas lebih lanjut mengenai rangkaian Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm, terlebih dahulu penulis akan membuat cara kerja rangkaian ini pada sebuah diagram blok yang terlihat pada gambar 3.1. Pada diagram blok ini akan dijelaskan secara singkat tentang rangkaian tersebut beserta fungsinya, kemudian dijelaskan lebih rinci tentang rangkaian-rangkaian yang terdapat dalam alat .
3.1
Diagram Blok dan Cara Kerja Rangkaian
Pertama ditentukan bit referensi sebagai masukan pembanding yang dibentuk oleh rangkaian pembanding, untuk memasukkan bit referensi dipakai saklar preseter. Masukan 4 bit BCD rangkaian akan diset sesuai kebutuhan waktu yang diinginkan. Keadaan rangkaian set tersebut akan membentuk BCD pembanding terhadap keluaran pencacah (counter), jika keadaan BCD masukan lebih besar dari BCD keluaran pencacah (A>B) atau keadaan BCD masukan sama dengan BCD keluaran pencacah (A=B) maka buzzer tidak diaktifkan, tetapi jika keadaan BCD masukan lebih kecil dengan BCD keluaran (A
18
19
BCD TO SEVEN SEGMEN
LATCH
BCD COUNTER
COMPARATOR
R-S LATCH
BIT REFERENSI
STAR STOP
R-S LATCH
ASTABLE MULTIVIBRATOR
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
19
BUZZER
20
Keluaran logika HIGH yang akan mengaktifkan Astable Multvibrator yang dibentuk oleh IC 555 untuk menghasilkan denyut ke pencacah (BCD Counter) yang dibentuk IC 74LS90. Denyut yang dihasilkan Astable Multivibrator diset pada frekuensi 1 KHz, deretan frekuensi 1 KHz tersebut menjadi frekuensi masukan untuk rangkaian BCD counter yang terangkai secara tingkat pembagi 10, yang dipresentasikan sebagai berikut.
1 KHz : 10
: 10
: 10
100 Hz
10 Hz
: 10
1 Hz
: 10
0.1 Hz
: 10
0.01 Hz
0.001 Hz
Gambar 3.2 Rangkaian Pembagi 10
Setiap masukan BCD Counter akan menghasilkan pulsa keluaran BCD untuk menggerakkan masukan Latch BCD Driver dan menentukan pulsa BCD tersebut ke rangkaian BCD to Seven Segment Decoder yang dibentuk oleh IC 74LS47. Fungsi Latch akan menahan masukan sementara agar hasil tampilan terbaca sementara dengan keluaran logika LOW (rendah). Proses perhitungan dapat dihentikan dengan menekan tombol STOP, pada keadaan ini keluaran pulsa clock di astable multivibrator akan terhenti dan keluaran di RS flip-flop rendah, keluaran display Seven Segment akan di latch pada keadaan pembacaan perhitungan terakhir. Setelah hasil perhitungan terbaca maka sistem dapat di RESET, pada kondisi ini pencacah akan diset awal pada keadaan siap menghitung.
3.2
Skema Rangkaian
Berikut ini akan dijelaskan fungsi masing-masing rangkaian yang terdapat dalam skema rangkaian pada gambar 3.3.
20
22 21
3.2.1
Rangkaian Masukan
Rangkaian masukan ini berupa 3 komponen DIP Switch 8 bit sebagai masukan bit-bit referensi yang berfungsi sebagai masukan referensi pembangkit alarm untuk dibandingkan nilai bit-nya dengan rangkaian Counter.
Gambar 3.4 DIP Switch sebagai Masukan Comparator
Rangkaian yang terlihat pada gambar 3.4 merupakan rangkaian open switch, yang berarti pada masukan rangkaian comparator telah mendapatkan logika high, karena IC TTL bila dibiarkan mengambang berarti diberi masukan high dan bila dihubungkan ke ground akan berlogika rendah.
3.2.2
Rangkaian Switching
Rangkaian Switching ini akan dibangun oleh dua buah R-S Latch. 1.
R-S Latch I Rangkaian R-S Latch I ini akan dihubungkan dengan saklar START dan STOP.
21
23 22
+ 5V
1 Kohm
1 Kohm
1 Kohm
3
1 1 nF
Start
4
2
Stop 470 Ohm
Gambar 3.5 Rangkaian Switching R-S Latch I
Rangkaian START dan STOP dibentuk oleh 2 rangkaian yaitu rangkaian START dibangun oleh gerbang 1 dan gerbang 2 (N1.N2) yang membentuk rangkaian Multivibrator Astable yang bekerja jika masukan gerbang tersebut dibuat rendah dengan menekan tombol START maka dikeluaran akan terbentuk pulsa deret dengan frekuensi yang ditentukan oleh besarnya nilai R dan C. Fc =
1 2πRC
Perioda: T = RC
Sedangkan Gerbang 3 dan Gerbang 4 merupakan sebuah R-S flip-flop yang membentuk rangkaian latch, dengan penekanan tombol STOP maka di keluaran Q akan tinggi dan LED START pun akan padam. Sedangkan di keluaran Q akan rendah menyebabkan Astable Multivibrator berhenti bekerja.
22
24 23
2.
R-S Latch II
Gambar 3.6 Rangkaian Switching R-S Latch II
Pada R-S Latch II ini, masukan R dihubungkan pada saklar RESET BCD Counter dan masukan S dihubungkan ke rangkaian pembanding. Cara kerjanya sama dengan R-S Latch I, dimana jika saklar RESET ditekan, maka didapatkan logika high pada masukan R dan BCD Counter, sedangkan pada masukan S low sehingga keluaran latch menjadi low. Pada saat tombol RESET di tekan buzzer akan bunyi, dan rangkaian BCD counter untuk proses mereset aktif. Jika pada rangkaian pembanding membawa masukan high pada masukan S dan low pada masukan R, maka keluaran latch akan high. Hal ini akan mengakibatkan buzzer aktif.
3.2.3
Rangkaian Multivibrator
Rangkaian stopwatch ini memakai timer 555 sebagai multivibrator astable. Frekuensi yang dihasilkan multivibrator yaitu sebesar 1 KHz, merupakan sinyal clock yang diberikan pada rangkaian counter agar dapat bekerja. Tanpa adanya sinyal clock dari Astable Multivibrator ini, proses counting pada BCD counter tidak akan aktif.
23
25 24
+ 5V
8 10 Kohm R1 1 Kohm
Vcc Output 7
3
BCD Counter
Discharge 555 Reset
P1 1 Kohm 6 2
4
Treshold Trigger
1 µF Gnd 1
Control 5 22 nF R-S Flip-Flop
Gambar 3.7 Astable Multivibrator
Sinyal clock yang dihasilkan yaitu berupa gelombang persegi yang tergantung pada lamanya waktu pengisian kapasitor C5 dari +
+
2Vcc melalui P1. 3
24
Vcc hingga 3
26 25
3.2.4
Rangkaian Internal IC 555
R
Q S
Gambar 3.8 Rangkaian Internal IC 555
Kedua pembanding memiliki tegangan ambang pasti setinggi 2) dan
1 Vcc (pena 3
2 Vcc (pena 6). Flip-flop R-S mengemudikan keluaran dan saklar 3
transistor yang membuang muatan kondensator pewaktu ekstern. Pena 4 sebagai reset mengemudikan R-S flip-flop untuk bekerja.
3.2.5
Rangkaian Counter
Rangkaian counter disini berfungsi sebagai decade counter, yaitu untuk mencapai bilangan desimal dari 0 sampai 9 dan setelah mencapai angka 9 akan kembali ke angka 0, dan seterusnya.
25
27 26
Rangkaian counter ini menggunakan IC BCD counter 74LS90, sebanyak 6 buah dan dihubungkan secara seri agar bisa menghasilkan 3 digit untuk satuan detik dan 3 digit untuk satuan milidetik. Suatu ketentuan pada IC 74LS90, untuk BCD decade counter , masukan kaki CP1 harus dihubungkan dengan keluaran Q0. Pada IC counter ini terdapat kaki MS (Master Set) yang berasal dari keluaran gerbang AND 2 masukan, yaitu masukan kaki MS1 dan MS2, dimana pada rangkaian counter, semua kaki MS1 dan MS2 dihubungkan ke ground, yang berarti semua kaki MS1 dan MS2 berlogika low. Selain itu juga terdapat kaki MR (Master Reset) yang juga berasal dari keluaran gerbang AND 2 masukan, yaitu masukan kaki MR1 dan MR2. Kaki MR1 dihubungkan ke saklar RESET yang berfungsi untuk me-RESET counter, sedangkan kaki MR2 dihubungkan ke Vcc, yang berarti logika bagi kaki MR2 adalah high. Masukan CP0 menerima sinyal clock dari Astable Multivibrator untuk memulai proses pencacahan. Pada saat masukan CP0 pada IC 18 mendapatkan sinyal clock dari Astable Multivibrator, maka proses untuk memulai pencacahan sudah dimulai. Kaki MS1 dan MS2 berlogika low sedangkan kaki MR1 low (karena langsung terhubung ground) dan MR2 high (karena diberi Vcc). Hal ini berarti (lihat tabel Mode Selection) akan berlangsung proses pencacahan. Proses urutan pencacahan dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.1 Tabel Mode Seleksi untuk IC Counter RESET/SET INPUT
OUTPUT
MR1
MR2
MS1
MS2
Q0
Q1
Q2
Q3
H
H
L
X
L
L
L
L
H
H
X
L
L
L
L
L
X
X
H
H
H
L
L
H
L
X
L
X
COUNT
X
L
X
L
COUNT
L
X
X
L
COUNT
X
L
L
X
COUNT
26
28 27
Tabel 3.2 Tabel Urutan Pencacah BCD Counter OUTPUT
COUNT Q3
Q2
Q1
Q0
0
L
L
L
L
1
L
L
L
H
2
L
L
H
L
3
L
L
H
H
4
L
H
L
L
5
L
H
L
H
6
L
H
H
L
7
L
H
H
H
8
H
L
L
L
9
H
L
L
H
Setelah proses pencacahan yang ke-9 dari IC Counter diberikan, dimana terjadi suatu transisi sinyal timing dari HIGH ke LOW yang merupakan trigger masukan sinyal bagi CP0 IC berikutnya. Proses tersebut juga terjadi pada IC counter yang lain dimana masukan trigger sinyal clock untuk counter berikutnya ( CP0 ) berasal dari counter sebelumnya (Q3).
27
29 28
Gnd Reset Switch
Vcc
Latch
Latch
Latch
Latch
Latch
Latch
CP1
CP0
MR1 MR2
Comparator
MS1 MS2
Q3 Q2 Q1 Q0 CP1 CP0 MR1 MR2
Comparator
MS1 MS2
Q3 Q2 Q1 Q0 CP1 CP0 MR1 MR2
Comparator
MS1 MS2
Q3 Q2 Q1 Q0 CP1 CP0
MR1 MR2
Comparator
MS1 MS2
Q3 Q2 Q1 Q0 CP1 CP0
MR1 MR2
Comparator
MS1 MS2
Q3 Q2 Q1 Q0 CP1
MR1 MR2
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
MS1 MS2
Comparator
Gambar 3.9 Rangkaian Counter
Astable Multivibrator
28
30 29
3.2.6
Rangkaian Latch
Bagian ini berfungsi untuk menahan/meng-hold tampilan seven segment agar untuk sementara kita dapat melihatnya selama proses menghitung terus berjalan, yaitu dengan cara menekan saklar latch selama kita menginginkannya. Rangkaian ini dipakai sebagai penyimpanan informasi biner untuk sementara. Rangkaian ini terletak diantara rangkaian counter dan rangkaian decoder.
Vcc
180 ohm
a bc d e f g D C B A
Latch S1
Q1 Q3 Q2 Q0 E2,E3 E0,E1 D1 D3 D2 D0
Astable Multivibrator
Q3 Q2 Q1 Q0 CP0 MS1 MS2 MR1MR2
Gnd R-S Flip-flop II
Gambar 3.10 Rangkaian Latch
29
31 30
Tabel 3.3 Tabel Mode Operasi Latch data Mode Operasi
Enable Data
Latch Data
Masukan
Keluaran
E
D
Q
Q
H
L
L
H
H
H
H
L
L
X
Q0
Q0
Pada saat BCD counter (IC 18) memulai proses menghitung, bit-bit keluaran dari IC 18 ditransfer ke IC 12 (74LS75; 4 bit D latch) sebagai masukan datanya. Masukan data (D0, D1, D2 dan D3) pada IC 12 akan diteruskan pada keluaran Q (Q0, Q1, Q2 dan Q3) dengan informasi yang tetap sama, jika masukan Enablenya diberi logika tinggi (posisi saklar Latch terbuka). Jadi jika masukan D0 high maka keluaran Q0 juga high, demikian juga sebaliknya, jika masukan D0 low maka keluaran Q0 juga low. Bila saklar Latch ditekan maka masukan Enablenya diberi logika rendah (mode operasinya Latch Data), sehingga masukan data D pada IC 12 tidak akan lagi dapat mempengaruhi harga keluaran Q. Harga keluarannya akan menunjukkan informasi biner keluaran Q sebelum masukan Enable tertransisi dari tahap HIGH ke LOW. Semua keluaran dari IC 74LS75 ini akan ditransfer ke rangkaian decoder, untuk diubah/didecode dari bilangan ke tampilan seven segment.
3.2.7
Rangkaian Decoder
Rangkaian ini akan mengubah masukan biner menjadi keluaran yang akan ditampilkan pada display seven segment. Setelah melakukan proses pencacahan, semua informasi biner yang ada pada keenam IC counter akan didecode oleh rangkaian decoder. Masukan biner yang masuk ke IC 1 sampai IC 16 (IC 74LS47) diubah menjadi keluaran yang sesuai untuk ditampilkan pada display seven segment. IC ini mempunyai kaki A, B, C dan D yang berfungsi sebagai masukan untuk bilangan biner, sedangkan kaki a, b, c, d, e, f dan g merupakan aktif LOW
30
32 31
adalah kaki keluaran yang dihubungkan ke display seven segment seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut.
Gambar 3.11 Decoder dengan Display Seven Segment
Karena kaki LT, BI/RBO, dan RBI tidak diperlukan maka harus dihubungkan ke catu daya atau dibiarkan mengambang (IC TTL bila dibiarkan mengambang berarti diberi masukan high). Untuk lebih jelasnya cara pengkodean dari bilangan biner menjadi tampilan pada display dapat dilihat pade tabel berikut.
Tabel 3.4 Tabel Kebenaran BCD to Seven Segment Decoder Desimal
Input LT’
RBI’
D C
B
A
0
H
H
L
L
L
L
1
H
X
L
L
L
2
H
X
L
L
3
H
X
L
4 5
H H
X X
BI/RBO’
Output a’
b’
c’
d’
e’
f’
g’
H
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
H
H
H
H
H
L
H
L
L
H
L
L
H
L
L
H
H
H
L
L
L
L
H
H
L
L H L H
L L
L H
H H
H L
L H
L L
H L
H H
L L
L L
31
33 32
6 7 8 9 BI RBI LT
3.2.8
H H H H X H L
X X X X X L X
L L H H X L X
H H L L X L X
H H L L X L X
L H L H X L X
H H H H L L H
H L L L H H L
H L L L H H L
L L L L H H L
L H L H H H L
L H L H H H L
L H L L H H L
L H L L H H L
Rangkaian Pembanding
Rangkaian ini akan membandingkan data yang ada pada rangkaian counter dengan masukan bit referensi. Keluaran dari rangkaian ini akan mengaktifkan buzzer jika bit-bit data pada rangkaian counter lebih besar daripada bit referensi. Rangkaian yang terlihat seperti pada gambar 3.15 berfungsi sebagai pembanding (comparator) dari masukan DIP Switch 6 digit bilangan desimal (24 bit bilangan biner) dengan bilangan-bilangan biner BCD hasil pencacahan 6 digit counter. Rangkaian ini menggunakan IC TTL 74LS85 4-bit comparator magnitude sebanyak 6 buah, karena jumlah data yang dibandingkan adalah 24 bit atau 6 buah digit desimal yang masing-masing 4-bit. Rangkaian pembanding ini digunakan sebagai pengaktif alarm, jika nilai dari hasil pencacahan decade counter lebih besar daripada masukan referensi DIP Switch.
32
34 33
33
35 34
Keenam rangkaian IC comparator dihubungkan secara kaskade yaitu dengan menghubungkan keluaran A=B, A
B dari IC yang melayani bitbit yang lebih rendah (LSB) dengan masukan A=B, AB dari IC yang melayani bit-bit selanjutnya. Untuk selanjutnya kita dapat melihat prosesnya pada tabel 3.5.
Tabel 3.5 Tabel Kebenaran IC Comparator Masukan yang dibandingkan
Masukan
Keluaran
A3.B3
A2.B2
A1.B1
A0.B0
A>B
A
A=B
A>B
A
A=B
A3>B3
X
X
X
X
X
X
H
L
L
A3
X
X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2>B2
X
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2
X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1>B1
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0>B0
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
L
L
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
H
L
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
X
X
H
L
L
H
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
H
L
L
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
L
L
H
H
L
Keluaran dari IC 24 diumpamakan ke IC 23 sebagai masukan A>B, AB, AB berlogika high, maka keluaran ini akan memberikan sinyal untuk mengaktifkan buzzer melalui R-S latch II.
34
35
BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA
Setelah semua komponen dan syarat-syarat yang berhubungan dengan pembuatan alat Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm ini telah direalisasikan maka dilakukan beberapa pengamatan dan pengujian. Tujuan dari pengamatan dan pengujian alat adalah untuk mengetahui apakah alat yang dibuat dapat bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapkan. Sebelum melakukan pengukuran, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi dengan jalan penyetelan serta pengamatan terhadap alat yang digunakan.
4.1
Peralatan yang digunakan
Peralatan yang digunakan dalam pengamatan dan pengujian alat adalah: 1. Oscilloscope 2. Stopwatch Digital 3. Multimeter
4.2
Pengujian
4.2.1
Pengujian Astable Multivibrator Tujuan:
Mengamati
frekuensi
keluaran
yang
dihasilkan
astable
multivibrator, agar di dapat frekuensi sebesar 1 KHz.
Alat yang digunakan:
Oscilloscope
Langkah Pengujian: ¾ Menghubungkan titik A dengan chanel 1 oscilloscope untuk melihat
frekuensi sinyal keluaran dari astable multivibrator.
36 35
37 36
Gambar 4.1 Titik Pengujian Astable Multivibrator
Analisa Hasil Pengujian:
Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.2, dimana sinyal output astable multivibrator berbentuk persegi. Hasil pengujian juga memperlihatkan sinyal keluaran sesuai dengan analisa teori.
36
38 37
VOLT/DIV 2 mV TIME/DIV 2 mS
Gambar 4.2 Bentuk Gelombang Output Astable Multivibrator
4.2.2
Pengujian Kerja Alat Tujuan:
Melihat dan mengamati kerja alat.
Langkah Pengujian:
Mengoperasikan stopwatch digital dan pengaktif alarm-nya: Pertama kali menentukan bit-bit referensi-nya untuk pengaktif alarm
dengan mengatur sakelar DIP Switch. Setelah itu menekan tombol START untuk memulai kerja stopwatch. Mencoba menekan tombol LATCH selama stopwatch bekerja. Kemudian stopwatch dibiarkan menghitung waktu sampai waktu yang
ditentukan oleh bit-bit referensi telah lewat sehingga alarm berbunyi.
37
39 38
Pada saat alarm berbunyi, kerja stopwatch dapat dihentikan dengan
menekan tombol STOP, untuk me-reset tampilan stopwatch tekan tombol RESET. Mengulangi langkah-langkah diatas untuk masukan bit-bit referensi
yang berbeda.
Analisa Hasil Pengujian:
Kerja stopwatch dalam menghitung waktu dapat bekerja dengan baik dengan melihat pada tampilannya.
4.2.3 Pengujian dan Perbandingan Alat Tujuan:
Untuk membandingkan hitungan waktu Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm dengan Stopwatch lain.
Alat yang digunakan:
Stopwatch Digital
Langkah Pengujian: •
Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm dalam keadaan siap, demikian juga dengan Stopwatch Digital yang lain.
•
Tombol START kedua stopwatch ditekan secara bersamaan.
•
Periode waktu untuk Stopwatch Digital yang lain sebagai stopwatch 1 (T1) akan dibandingkan dengan Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm sebagai stopwatch 2 (T2).
•
Mengulangi langkah-langkah diatas untuk periode waktu yang berbeda.
Analisa Hasil Pengujian: •
Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut:
38
40 39
Tabel 4.1 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch Lain Periode Waktu
Pembacaan Stopwatch 1 (T1)
Pembacaan Stopwatch 2 (T2)
(detik)
(detik)
(detik)
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
60,110 120,050 180,240 240,070 300,100 360,020 420,010 480,020 540,170 600,040
60,324 120,142 180,472 240,150 300,178 360,133 420,051 480,124 540,216 600,138
•
% Perbedaan
T1 − T2 T1
x100%
0,356 0,077 0,129 0,033 0,026 0,031 0,01 0,022 0,008 0,016
Perbedaan hasil pada penghitungan waktu dapat disebabkan oleh ketidak tepatan dalam menekan tombol START maupun STOP secara bersamaan yang dilakukan secara manual.
Hasil penghitungan waktu pada tabel di atas di dapat pada saat harga variabel resistornya 220 Ω, sehingga perbedaan waktunya tidak terlalu besar bila dibandingkan dengan Stopwatch Digital yang lain. Apabila variabel resistornya lebih besar atau lebih kecil dari 220 Ω, di mana penulis mengambil contoh 300 Ω dan 170 Ω maka akan didapatkan hasil seperti yang diperlihatkan pada tabel berikut ini. Tabel 4.2 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch Lain (VR = 300 Ω) Periode Waktu
Stopwatch 1 (T1)
Stopwatch 2 (T2)
(detik)
(detik)
(detik)
120 180 300
120,260 180,050 300,100
101,922 153,321 273,133
39
% Perbedaan T1 − T2 T1
x100%
15,249 14,845 8,986
41 40
Tabel 4.3 Hasil Perbandingan dengan Stopwatch Lain (VR = 170 Ω) Periode Waktu
Stopwatch 1 (T1)
Stopwatch 2 (T2)
(detik)
(detik)
(detik)
120 180 300
120,080 180,090 300,020
123,341 185,705 307,645
% Perbedaan T1 − T2 T1
x100%
2,716 3,118 2,542
Dari kedua tabel di atas, dapat di lihat bahwa apabila harga variabel resistornya lebih besar dari 220 Ω maka penghitungan waktunya akan semakin lambat bila dibandingkan dengan stopwatch yang lain. Sebaliknya, apabila harga variabel resistornya lebih kecil dari 220 Ω maka penghitungan waktunya akan semakin cepat bila dibandingkan dengan stopwatch yang lain.
40
41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Dari hasil pengujian alat yang dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut: •
Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat dapat bekerja sesuai dengan rancangan.
•
Frekuensi output astable multivibrator merupakan gelombang persegi yang digunakan sebagai masukan rangkaian counter.
•
Persentase perbedaan waktu dengan stopwatch lain antara 0,008 – 0,356 pada saat harga variabel resistornya 220 Ω.
•
Semakin besar harga variabel resistornya maka penghitungan waktunya akan semakin lambat bila dibandingkan dengan stopwatch lain. Sebaliknya, semakin kecil harga variabel resistornya maka penghitungan waktunya akan semakin cepat bila dibandingkan stopwatch lain.
5.2 Saran Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan alat Stopwatch Digital dan Pengaktif Alarm ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pembuatan alat ini. Bagi pembaca yang ingin mengembangkan alat ini disarankan untuk menggunakan mikrokontroller agar lebih simpel dan tidak membutuhkan banyak komponen IC, selain itu juga supaya hasilnya lebih maksimal.
42 41
42
DAFTAR PUSTAKA
1. Kathiresan. 1986. Digital Stopwatch & Electronics Projects. EFY Enterprises PVT LTD 2. Malvino, Albert Paul. 1993. Electronic Principles. New York: McGraw-Hill 3. Morris L, Robert. Designing with TTL Integrated Circuit. Internasional Student Edition. McGraw-Hill 4. Tirtamihardja. 1996. Elektronika Digital. Yogyakarta: Andi
43 42
