Sistem Komputer - Gerbang Logika (BAB 2) (Kelas X)
Gerbang Logika
Kompetensi Dasar
3.2 Menganalisis relasi logika dasar, kombinasi, dan sekuensial (NOT, AND, OR); (NOR, NAND, EXOR, EXNOR); dan (Flip Flop, Counter).
4.2 Merangkai fungsi gerbang logika dasar, kombinasi, dan sekuensial (NOT, AND, OR); (NOR, NAND, EXOR, EXNOR); dan (Flip-Flop, Counter).
Pendahuluan
Sebuah komputer merupakan rangkaian dari ribuan atau bahkan jutaan transistor. Rangkaian transistor tersebut masing-masing dihubungkan oleh gerbang logika yang memiliki fungsi untuk melakukan operasi dasar terhadap input biner yang diberikan. Beberapa bentuk gerbang logika adalah AND, OR, NOR, dan NAND. Output yang dihasilkan kemudian akan di-decode agar menjadi data yang mudah dimengerti oleh manusia. Setelah itu, data akan ditampilkan melalui output device seperti monitor dan printer.
(A) Pengertian Gerbang Logika
Computer merupakan sebuah kalkulator modern yang K dapat diprogram untuk melakukan operasi logika dan aritmetika otomatis. Sebelum diolah CPU, setiap data yang masuk akan dikonversi ke dalam bentuk biner. Selanjutnya, akan dilakukan proses komputasi pada data tersebut, seperti penambahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Hasilnya akan dikirimkan ke peralatan output, seperti monitor, printer, dan lainnya. Prinsip dasar CPU sebenarnya adalah rangkaian gerbang logika yang bertugas memanipulasi masukan data (input) menjadi sebuah bentuk keluaran data (output) tertentu. Hasil input dan output data berupa true (1) dan false (0).
Gerbang logika adalah sebuah blok, sirkuit, atau rangkaian dasar digital yang berfungsi mengolah setiap masukan (input) dan keluaran (output) data digital yang berupa 0 dan 1. Dalam perancangan dan pembahasannya, gerbang logika menggunakan simbol-simbol tertentu. Sebuah gerbang logika dapat menerima satu atau lebih masukan, tetapi hanya memiliki satu keluaran. Output data yang dihasilkan hanya memiliki dua kemungkinan, yaitu true (1) atau false (O), Keluaran (output) tersebut bergantung pada operasi yang dilakukan terhadap masukan (input). Dengan membangun rangkaian digital yang terdiri atas gerbang-gerbang logika, kita dapat menentukan proses pengendalian suatu sistem digital, baik terhadap masukan data, maupun keluaran data yang dihasilkan. Jenis output data yang dihasilkan sangat bergantung pada jenis input data dan gerbang logika itu sendiri, yang dapat digambarkan dengan tabel yang disebut “tabel kebenaran" (truth table).
Gerbang logika dalam pengoperasiannya memenuhi aturan main sesuai dengan aljabar Boolean dalam sistem biner. Pada dasarnya, gerbang logika hanya mengenal tiga operasi dasar, yaitu NOT (Inverter), AND, dan OR. Operasi dasar tersebut dapat diimplementasikan dalam beberapa bentuk gerbang logika menjadi sebuah rangkaian elektronik. Ketiga operasi dasar gerbang logika tersebut dapat dikembangkan lagi menjadi beberapa operasi, seperti NOT AND (NAND), NOT OR (NOR), Exclusive OR (XOR), dan Exclusive NOT OR (XNOR).
(B) Gerbang Logika OR
Gerbang logika OR dalam pengoperasiannya dapat menerima dua atau lebih masukan data dan menghasilkan sebuah keluaran. Sebuah operasi logika OR akan menghasilkan potensial keluaran tinggi (high) yang bernilai 1. Nilai tersebut muncul jika ada salah satu dari masukan data yang berpotensial tinggi (high) atau bernilai 1. Sebagai contoh jika terdapat dua masukan data A, B, dan X adalah nilai keluarannya, rumus pengoperasiannya dapat digambarkan sebagai berikut.
X=A OR B atau X=A+B
Persamaan aljabar Boolean gerbang logika OR terhadap dua masukan data dapat dilihat pada tabel kebenaran dengan dua masukan berikut.
Dari tabel kebenaran tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa pengoperasian gerbang logika OR akan menghasilkan nilai keluaran true, jika ada salah satu input data bernilai true. Simbol gerbang OR ditunjukkan pada Gambar 2.2 berikut.
Analogi gerbang logika OR dengan dua masukan data dapat dilihat pada rangkaian elektronika berikut. 1. Rangkaian elektronika yang terdiri atas dua sakelar yang tersusun paralel dengan output berupa lampu.
2. Sakelar A (mewakili input data A). Ketika dinyalakan (bernilai true), lampu akan menyala.
3. Sakelar A dan B (mewakili input data A dan B). Ketika dinyalakan (keduanya bernilai true), lampu akan tetap menyala.
Jika pada gerbang logika OR terdapat tiga masukan (input) data A, B, dan C, nilai keluaran (output) X pada tabel kebenarannya adalah sebagai berikut.
Mendesain rangkaian gerbang logika dengan tiga input data menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Koneksikan komputer Anda dengan internet, kemudian download aplikasi Logic Circuit Designer pada link berikut: http://www.softpedia.com/dyn-postdownload.php?p=140764&t=4&i=1.
2. Setelah itu, pasang aplikasi tersebut.
3. Jika komputer Anda belum terdapat aplikasi Microsoft Framework 3.5, sistem akan secara otomatis men-download aplikasi dan memasangnya.
4. Selanjutnya, tentukan directory kerja penempatan file hasil instalasi yang secara default berada di C:\. Anda dapat mengubah sesuai lokasi sistem operasi. Setelah selesai, aplikasi dapat digunakan.
5. Setelah instalasi aplikasi Logic Circuit Designer sukses, jalankan aplikasi tersebut hingga tampil layar kerja berikut. Untuk melihat bantuan penggunaan aplikasi, dapat dilihat dengan membuka Menu Help - Contents.
6. Atur jumlah input menjadi 3, kemudian klik tool Basic Gates - OR, lalu letakkan pada circuit area.
7. Tambahkan 3 Button pada tool Extended, kemudian hubungkan titik output komponen Button dengan titik input gerbang OR.
8. Tambahkan komponen LED (lampu) pada output point gerbang logika OR. Selanjutnya, hubungkan titik output gerbang OR dengan titik input LED.
9. Lakukan pengujian sesuai tabel kebenaran (Tabel 2.2). Input A adalah tombol paling atas, input B adalah tombol tengah, dan input C adalah tombol paling bawah. Jika A bernilai 0, B = 1, dan C = 1, lampu akan menyala (warnanya berubah kuning) yang mengisyaratkan bahwa output bernilai 1. Untuk menjalankan simulasi tersebut, tekan menu Simulate. Setelah itu, tekan tombol tengah (warnanya berubah hijau) dan tombol paling bawah (warnanya berubah hijau).
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan I)
1. Jelaskan tentang gerbang logika.
2. Apa yang dimaksud dengan rangkaian logika?
3. Jelaskan pengertian gerbang logika OR.
4. Gambarkan simbol gerbang logika OR.
5. Jelaskan cara kerja gerbang logika OR dengan dua nilai masukan (input) menggunakan tabel kebenaran dan simulasi elektronika.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik 1)
1. Buat rangkaian logika menggunakan simulasi elektronika yang menggunakan gerbang logika OR dengan lima input data.
2. Buat tabel kebenaran dari rangkaian tersebut.
C. Tugas Eksperimen (Nilai Proyek I)
1. Buatlah rangkaian logika seperti gambar berikut.
2. Buat pula tabel kebenaran sesuai dengan output data yang terjadi.
(C) Gerbang Logika AND
Gerbang logika AND dapat memiliki dua atau lebih nilai Umasukan (input) dengan sebuah nilai keluaran (output). Gerbang AND akan menghasilkan nilai keluaran true hanya jika semua nilai masukannya bernilai true. Sebagai contoh, jika nilai masukan (input) adalah A dan B, nilai keluaran (output) X dapat digambarkan dengan rumus sebagai berikut.
X = A AND B atau X= A.B atau X = AB
Hasil keluaran operasi dasar dua nilai masukan menggunakan gerbang AND dapat dilihat pada tabel kebenaran berikut.
Simbol gerbang AND dengan dua nilai masukan (input) adalah sebagai berikut.
Analogi gerbang logika AND dapat dilihat pada rangkaian elektronika berikut.
1. Rangkaian elektronika dengan dua switch yang tersusun seri.
Lampu ON adalah tanda keluaran berpotensial tinggi (high voltage) atau bernilai true. Pada gerbang logika AND, jika kedua switch yang mewakili input data A dan B dalam kondisi tertutup atau tersambung, output yang dihasilkan bernilai true, Namun, jika hanya satu switch yang tersambung, lampu atau output dalam kondisi OFF atau false.
2. Rangkaian elektronika dengan dua transistor yang terpasang secara seri.
Lampu menyala merupakan tanda keluaran (output) berpotensial tinggi (high voltage) atau bernilai true. Output true terjadi jika kedua transistor dalam kondisi terhubung. Perhatikan, jika switch yang mewakili input data A dan B dalam kondisi tertutup atau tersambung, output yang dihasilkan bernilai true. Namun, jika hanya satu switch yang tersambung, salah satu transistor tidak dialiri tegangan, akibatnya lampu atau output dalam kondisi mati atau false.
Prinsip kerja gerbang logika AND dapat dikembangkan menjadi beberapa masukan (input) yang lebih dari dua, misalnya 3 atau 4 atau lebih nilai masukan (input).
Berikut rangkaian gerbang logika AND dengan dua nilai masukan (input).
Contoh
Mendesain rangkaian gerbang logika AND menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer dengan dua nilai masukan (input).
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika AND seperti gambar berikut.
3. Lakukan pengujian tabel kebenaran gerbang logika AND dengan dua nilai masukan (input) data (lihat Tabel 2.3).
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan II)
1. Jelaskan konsep kerja gerbang logika AND.
2. Gambarkan simbol gerbang logika AND.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik II)
Gambarkan rangkaian logika AND menggunakan simulasi elektronika dengan tiga masukan (input) dan jelaskan tabel kebenarannya.
C. Tugas Eksperimen (Nilai Proyek II)
Berapa kali kemungkinan output bernilai 1 pada gerbang logika AND dengan input data sebanyak enam? Jelaskan.
(D) Gerbang Logika NOT (Inverter)
Gerbang logika NOT atau inverter merupakan gerbang logika Uyang hanya dapat menerima sebuah nilai masukan (input) dan menghasilkan sebuah keluaran (output). Prinsip kerja dari gerbang logika NOT atau inverter sangat sederhana. Semua nilai input data yang diterima akan dibalik oleh gerbang logika menjadi berlawanan. Contohnya, jika nilai masukannya (input) bernilai 0, akan dibalik menjadi 1 dan sebaliknya. Dengan kata lain, gerbang ini mengubah nilai sebuah sinyal biner menjadi nilai sebaliknya.
Jika terdapat sebuah nilai masukan (input) data A memasuki gerbang NOT, akan menghasilkan nilai keluaran (output) X yang merupakan kebalikan dari A. Persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
X = NOT A atau X=Ā
Tabel kebenaran untuk menguji nilai input data menggunakan gerbang logika NOT adalah sebagai berikut.
Contoh
Mendesain rangkaian gerbang logika NOT menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika NOT seperti berikut.
3. Lakukan pengujian tabel kebenaran gerbang logika NOT (lihat Tabel 2.4).
(E) Gerbang Logika NOR (NOT OR)
Kombinasi gerbang logika OR dan NOT menghasilkan sebuah sistem gerbang logika baru, yaitu gerbang logika NOT OR atau NOR. Setiap keluaran (output) hasil proses pada gerbang logika OR akan dibalikkan nilainya menjadi berlawanan. Jika terdapat dua nilai input data A dan B dan nilai output X, keluaran (output) yang dihasilkan adalah X. Persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.
jika nilai keluaran (output) gerbang logika OR bernilai 0 atau potensial rendah (low), akan dibalik nilainya menjadi 1 Stau berpotensial tinggi (high). Begitu pula sebaliknya. Kondisi demikian dapat dilihat pada tabel kebenaran berikut.
Jika diperhatikan secara saksama pada tabel kebenaran di atas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.
1. Output bernilai 1 jika semua nilai input bernilai 0.
2. Output bernilai 0 jika salah satu nilai input bernilai 1.
Dalam mendesain atau menggambar gerbang logika NOR, Anda dapat menggunakan dua simbol berikut.
1. Gabungan simbol gerbang logika OR dengan gerbang logika NOT.
2. Simbol gerbang logika NOR.
Contoh
• Mendesain rangkaian gerbang logika NOR (NOT OR) menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer,
2. Desain rangkaian gerbang logika NOR seperti berikut.
3. Ketika kedua komponen Button bernilai false atau 0, lampu sebagai keluaran (output) gerbang menunjukkan kebalikan nilai tersebut dengan berwarna kuning. Artinya, lampu memiliki tegangan tinggi (bernilai 1).
4. Lakukan pengujian tabel kebenaran gerbang logika NOR (lihat Tabel 2.5).
• Mendesain gerbang logika NOT (inverter) dengan gerbang logika NOR menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika NOT seperti berikut.
Gambar 2.23 Rangkaian gerbang logika NOT dari gerbang logika NOR.
3. Ketika komponen Button dalam kondisi ON (1), lampu bernilai 0 (OFF). Sebaliknya, jika Button bernilai OFF (0), lampu akan menyala (bernilai 1). Dengan demikian, rangkaian gerbang logika NOR dengan sebuah masukan (input) dapat berfungsi seperti gerbang logika NOT.
• Mendesain gerbang logika OR dengan gerbang logika NOR menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika OR menggunakan dua buah gerbang NOR seperti berikut.
Gambar 2.24 Rangkaian gerbang logika OR menggunakan dua gerbang logika NOR.
3. Jika salah satu komponen Button (input) dalam kondisi ON (1), lampu bernilai 1 (ON). Sebaliknya, jika kedua Button bernilai OFF (O), lampu akan mati (bernilai 0). Dengan demikian, rangkaian dua gerbang logika NOR dengan dua input dapat berfungsi seperti gerbang logika OR.
• Mendesain gerbang logika AND dengan 3 gerbang logika NOR menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika AND menggunakan tiga buah gerbang NOR seperti berikut.
3. Pada saat rangkaian tersebut dijalankan, lampu akan menyala (bernilai 1) jika kedua komponen Button (input) dalam kondisi ON (1). Namun, lampu tidak akan menyala jika salah satu komponen Button bernilai O. Hal ini merupakan karakteristik gerbang logika AND. Dengan demikian, rangkaian tiga gerbang logika NOR dengan dua input dapat berfungsi seperti gerbang logika AND.
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan III)
1. Jelaskan pengertian gerbang logika NOT (inverter).
2. Tuliskan persamaan gerbang logika NOT.
3. Jelaskan rangkaian gerbang logika NOT OR menggunakan kombinasi gerbang logika
NOT dan gerbang logika OR.
4. Tuliskan tabel kebenaran gerbang logika NOR dengan dua nilai input.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik III)
Gambarkan rangkaian logika AND menggunakan 4 input. Setelah itu, buat tabel kebenaran dari rangkaian tersebut. Tugas Eksperimen (Nilai Proyek III) Buktikan persamaan berikut ini dengan membuat rangkaian logika simulasi menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
(F) Gerbang Logika NAND (NOT AND)
Gerbang logika yang mengombinasikan fungsi NOT dan AND akan membentuk karakteristik baru yang disebut gerbang logika NAND atau NOT AND. Setiap keluaran (output) gerbang logika AND akan dibalikkan nilainya menjadi berlawanan. Jika terdapat dua (2) buah nilai input data A dan B dan nilai output x, keluaran (output) yang dihasilkan adalah X. Persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.
Nilai output gerbang logika AND akan di-invert atau dibalikkan nilainya menjadi berlawanan. Kondisi demikian dapat dilihat pada tabel kebenaran berikut.
Jika Tabel 2.6 diperhatikan secara saksama, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.
1. Output bernilai O jika semua nilai input bernilai 1.
2. Output bernilai 1 jika salah satu nilai input bernilai 0.
Dalam mendesain atau menggambarkan gerbang logika NAND, kita dapat menggunakan dua jenis simbol berikut.
1. Gabungan simbol gerbang logika AND dengan gerbang NOT.
2. Simbol gerbang logika NAND pada ujung keluaran (output) terdapat titik tebal yang menunjukan nilai invert.
Contoh
• Mendesain rangkaian gerbang logika NAND (NOT AND) menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika NAND seperti berikut.
3. Ketika salah satu atau bahkan kedua komponen Button bernilai false (O), lampu sebagai keluaran (output) gerbang logika menunjukkan kebalikan nilai tersebut. Hal tersebut ditunjukkan dengan warna kuning yang berarti lampu memiliki tegangan tinggi (bernilai 1). Namun, kondisi akan terbalik jika kedua komponen Button bernilai 1 (true). Pada kondisi tersebut, lampu justru mati (O).
4. Lakukan pengujian tabel kebenaran gerbang logika NAND (lihat Tabel 2.6).
• Mendesain gerbang logika NOT (inverter) dengan sebuah input pada gerbang logika NAND menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika NOT seperti berikut.
3. Ketika komponen Button dalam kondisi ON (1), lampu bernilai 0 (OFF). Namun, jika Button bernilai OFF (O), lampu akan menyala (1). Dengan demikian rangkaian gerbang logika NAND dengan sebuah masukan (input) dapat berfungsi seperti gerbang logika NOT.
• Mendesain gerbang logika OR dengan gerbang logika NAND menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika OR menggunakan tiga buah gerbang NAND seperti berikut.
3.Jika salah satu komponen Button (input) dalam kondisi ON (1), lampu bernilai 1 (ON). Namun, jika kedua button bernilai OFF (O), lampu akan mati (bernilai 0). Dengan demikian, rangkaian tiga gerbang logika NAND dengan dua input dapat berfungsi seperti gerbang logika OR.
• Mendesain gerbang logika AND dengan dua gerbang logika NAND menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika AND menggunakan dua buah gerbang NOR seperti berikut.
3. Pada saat rangkaian tersebut dijalankan, lampu akan menyala (bernilai 1) jika kedua komponen Button (input) dalam kondisi ON (1). Namun, lampu tidak akan menyala jika salah satu komponen Button bernilai 0. Hal ini merupakan karakteristik gerbang logika AND. Dengan demikian rangkaian dua gerbang logika NAND dengan dua input bisa berfungsi seperti gerbang logika AND.
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan IV)
1. Jelaskan pengertian gerbang logika NAND.
2. Tuliskan persamaan gerbang logika NAND.
3. Jelaskan rangkaian gerbang logika NOT AND menggunakan kombinasi gerbang logika NOT dan gerbang logika AND.
4. Tuliskan tabel kebenaran gerbang logika NOR dengan dua nilai input.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik IV)
Gambarkan rangkaian logika OR dengan tiga input menggunakan kombinasi gerbang logika NAND. Selanjutnya, buat tabel kebenaran dari rangkaian tersebut.
C. Tugas Eksperimen (Nilai Proyek IV)
Gambarkan persamaan berikut ini dengan rangkaian logika simulasi yang terdiri atas gerbang logika NAND menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. ABC = X
2. ABCD = X
(G) Gerbang Logika XOR (Exclusive OR)
XOR (Exclusive OR) merupakan sebuah gerbang logika yang akan menghasilkan nilai keluaran (output) berpotensial tinggi (1) jika nilai masukannya (input) berbeda nilainya. Namun, jika kedua nilai masukan (input) bernilai sama, misalnya bernilai O semua atau bernilai 1 semua, keluaran (output) yang dihasilkan bernilai 0 (false). Jika terdapat dua input A dan B, nilai keluaran (output) X dapat dirumuskan sebagai berikut.
Tabel kebenaran dari dua input pada gerbang logika XOR adalah sebagai berikut.
Untuk mendesain gerbang logika XOR pada rangkaian, Anda dapat menggunakan simbol berikut.
Contoh
• Mendesain gerbang logika XOR menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika XOR dengan dua input data.
3. Pada saat rangkaian tersebut dijalankan, lampu akan menyala (bernilai 1) jika nilai kedua masukan (input) berbeda nilainya (1 dan 0). Namun, jika kedua nilai masukan (input) bernilai sama, baik 0 atau 1, lampu akan mati (bernilai 0).
4. Lakukan pengujian Tabel 2.7 terhadap rangkaian tersebut.
(H) Gerbang Logika XNOR (Exclusive NOT OR)
XNOR (Exclusive NOT OR) merupakan gerbang logika yang menghasilkan nilai keluaran (output) dengan potensial tinggi (1) jika kedua masukan (input) bernilai sama. Sementara, output yang dihasilkan akan bernilai 0 jika kedua masukan (input) berbeda nilainya. Jika terdapat dua masukan (input) A dan B, nilai keluaran (output) X pada gerbang logika XNOR dapat dituliskan sebagai berikut.
Tabel kebenaran dari dua input pada gerbang logika XNOR adalah sebagai berikut.
Simbol gerbang logika XNOR pada rangkaian logika adalah sebagai berikut.
Contoh
• Mendesain gerbang logika XNOR menggunakan aplikasi Logic Circuit Designer.
1. Jalankan aplikasi Logic Circuit Designer.
2. Desain rangkaian gerbang logika XOR dengan dua input data.
3. Lakukan pengujian Tabel 28 terhadap rangkaian tersebut.
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan V)
1. Jelaskan pengertian gerbang logika XOR.
2. Tuliskan persamaan gerbang logika XNOR.
3. Tuliskan tabel kebenaran gerbang logika XOR dengan dua nilai input.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik V)
Gambarkan rangkaian logika OR dengan tiga input menggunakan kombinasi gerbang logika NAND. Setelah itu, buat tabel kebenaran dari rangkaian tersebut.
Tugas Eksperimen (Nilai Proyek V)
Gambarkan rangkaian logika dengan gerbang logika NAND untuk menghasilkan:
1. XOR dengan tiga input,
2. XNOR dengan empat input
Pengayaan
1. Transistor
Transistor merupakan komponen dasar dalam rangkaian elektronika multitermal dengan tiga buah terminal. Ketiga terminal tersebut terbagi menjadi dua terminal input dan sebuah terminal output. Transistor dapat diartikan sebagai gabungan kata transfer resistor yang memiliki pengertian sebagai komponen elektronika yang nilai resistansinya dapat diatur melalui terminal-terminalnya. Secara umum, transistor terbagi dalam tiga jenis, yaitu transistor bipolar, transistor unipolar, dan transistor unijunction.
Prinsip kerja transistor adalah sebagai berikut.
Transistor memiliki tiga kaki, yaitu B (basic), C (collector), dan E (emitor). Transistor akan mengalirkan arus besar melalui terminal C menuju E jika ada tegangan yang mengalir melalui terminal B. Ketika sakelar A tertutup (terhubung), terminal B dialiri arus listrik yang menyebabkan terminal C dan terminal E akan terhubung. Aliran arus listrik secara langsung akan mengalir dari sumber tegangan menuju terminal C - terminal E, dan lampu akan menyala.
2.Timing Diagram
Analisis sinyal digital pada terminal input gerbang logika dapat dilakukan menggunakan metode timing diagram. Analisis dengan model timing diagram menampilkan data berupa grafik, tinggi rendah yang mewakili nilai bit 0 dan 1 dalam satuan waktu tertentu.
(I) Flip-Flop
Rangkaian digital adder, substractor, encoder, decoder, K multiplexer, dan demultiplexer merupakan rangkaian kombinasi yang menghasilkan nilai output sesuai nilai yang di input-kan. Namun, rangkaian kombinasi tersebut tidak memiliki kemampuan untuk menyimpan sebuah nilai (alat pengingat/ memory). Sirkuit pengingat atau yang lebih dikenal dengan memory merupakan rangkaian digital yang dapat digunakan untuk menyimpan nilai data yang suatu saat dapat dipanggil menjadi sebuah nilai input untuk proses selanjutnya. Jadi, dapat dikatakan bahwa unit memory digunakan untuk menyimpan data masa lalu atau data sebelumnya.
Rangkaian memori dalam sirkuit digital terkecil disebut sebagai flip-flop (FF). Flip-flop sering disebut juga sebagai pengunci (latch) atau multivibrator bistabil. Prinsip kerja flip flop adalah rangkaian gerbang logika dengan dua kondisi yang stabil dengan nilai output bersifat tetap sampai ada pulsa yang menjadi pemicu perubahan nilai keluaran (output) tersebut. Flip memiliki beragam jenis dalam implementasinya, antara lain SR-FF, JK-FF, JKMS-FF, D-FF, dan T-FF.
1. Set-Reset Flip-flop (SR-FF)
Jenis flip-flop ini merupakan salah satu rangkaian yang wing sederhana. Rangkaian logika SR-FF dapat terdiri atas china logika NOT, NAND, atau NOR. Nama lain dari SR-FF adalah Set-Clear Flip-flop (SC-FF). Rangkaian SR-FF menggunakan model operasi transparent latch, yaitu nilai output yang dihasilkan akan merespons nilai input dengan cara mengunci input (latch) atau dengan kata lain menyimpan nilai input tersebut.
Rangkaian flip-flop menggunakan kombinasi gerbang NOT yang merupakan rangkaian paling sederhana, yaitu dengan menghubungkan dua gerbang logika NOT untuk menghasilkan keluaran (output) bernilai tinggi.
Konsep kerja dari rangkaian SR-FF adalah sebagai berikut.
a. Jika S = 1 dan R = 1, nilai keluaran (output) Q dan pada rangkaian flip-flop tidak akan terpengaruh oleh kondisi tersebut.
b. Jika S = 0 dan R = 1, akan menyebabkan keluaran (output) Q selalu bernilai 1 hingga S berubah nilainya menjadi 1. Kondisi ini disebut bahwa rangkaian flip-flop sedang dalam keadaan di-set.
c. Jika S = 1 dan R = 0, akan mengakibatkan keluaran (output) Q = 0. Keadaan ini akan tetap bertahan hingga input R kembali menjadi 1 atau rangkaian FF sedang di-reset.
d. Jika S = 0 dan R = 0, rangkaian FF sedang dalam kondisi di-set dan di-reset secara bersamaan sehingga akan menghasilkan output yang tidak stabil (inconsistency). Kondisi demikian tidak boleh terjadi (not used) atau keadaan terlarang.
Kinerja rangkaian SR-FF pada gambar 2.40 masih belum sempurna karena masih menghasilkan keluaran (output) yang tidak konsisten (terlarang). Hal itu disebabkan tidak terdapatnya saluran pengendali proses flip-flop itu sendiri. Oleh karena itu, perlu ditambahkan saluran input yang berfungsi sebagai pengendali pada rangkaian SR-FF yang disebut sebagai clock. Saluran tambahan ini merupakan sinyal kontinu yang bertugas mengontrol keluaran (output) rangkaian SR-FF atau dikenal
dengan istilah clocked SR-FF.
2. JK Flip-flop (JK-FF)
JK flip-flop merupakan perbaikan dari sistem SR-FF. Dengan menambahkan saluran clock (Ck), kemungkinan timbulnya keluaran (output) terlarang dapat dihindari. JK-FF bekerja secara aktif setelah dipicu oleh suatu (pulsa) clock positif atau negatif yang sering kali digunakan sebagai rangkaian dasar untuk menyusun sebuah pen cacah. JK-FF sebenarnya adalah rangkaian dasar SR-FF dengan dua gerbang AND pada saluran masuk R dan S yang dileng kapi dengan rangkaian diferensiator pembentuk denyut pulsa clock.
Ketika saluran J dan K memperoleh input bernilai rendah (O), gerbang AND tidak akan memberikan respons yang berakibat nilai keluaran (output) Q tetap bertahan pada keadaan terakhirnya (Q). Namun, jika saluran ) bernilai rendah dan K bernilai tinggi, flip-flop akan menghasilkan output Q = 0. Hal tersebut tidak berlaku jika kondisi FF sebelumnya dalam keadaan reset atau keluaran (output) Q dalam keadaan rendah.
3. Delay Flip-flop (D-FF)
Delay Flip-flop atau Data Flip-flop (D-FF) merupakan sebuah perbaikan dari SR-FF yang terdiri atas kombinasi rangkaian clocked FF dan sebuah gerbang NOT pada terminal masukan (in put) R pada SR-FF atau terminal k pada JK-FF. Tujuan utama dari D-FF adalah menghindari terjadinya kondisi terlarang ketika input S= R = 1.
Contoh
Membuat rangkaian SR-FF dengan IC 7400 (NAND) menggunakan aplikasi simulasi Electronics Workbench.
1. Jalankan aplikasi simulasi Electronics Workbench.
2. Buat rangkaian logika yang terdiri atas komponen-komponen berikut.
a. Sumber tegangan +Vcc dan ground.
b. 2 switch dan ubah property value key setiap switch menjadi S dan R.
c. 2 resistor dan ubah nilainya menjadi 150 ohm.
d. Sebuah IC 7400.
e. 2 buah LED.
3. Lakukan pengujian kebenaran rangkaian tersebut berdasarkan Tabel 2.9.
(J) Counter
counter atau pencacah adalah salah satu implementasi dari rangkaian flip-flop yang sering dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti jam digital, pencatat waktu, tegangan, frekuensi, dan lain sebagainya. Counter termasuk rangkaian yang mengombinasikan beberapa flip-flop. Semua tipe flip-flop yang dilengkapi dengan saluran Preset (Pr atau Sd), Clock (Cr atau Cp), atau Clear (Cr atau Rd) dapat dipergunakan sebagal komponen rangkaian counter. Dalam dunia digital, terdapat dua jenis counter, yaitu pencacah tidak sinkron (asynchronous counter) dan pencacah sinkron (synchronous counter).
1. Pencacah Tidak Sinkron (Asynchronous Counter)
Pencacah tidak sinkron memiliki nama lain ripple through counter, special counter, atau serial counter, adalah rangkaian ketika output (Q) dari flip-flop sebelumnya akan menjadi sebuah input data di saluran Ck pada flip-flop berikutnya. Kondisi output setiap FF dalam rangkaian ketika berubah tidak berlangsung bersamaan terhadap clock pulsa yang terjadi. Clock pulsa hanya berlangsung pada FF ke-0. Sementara itu, perubahan flip-flop berikutnya menunggu proses terpicunya FF sebelumnya. Proses ini terjadi secara berulang-ulang hingga flip-flop terakhir. Perha tikan Gambar 2.46 yang merupakan salah satu rangkaian pen cacah tidak sinkron. Keterangan kondisi output (Q) pada setiap hitungan clock dapat dilihat pada
Pada Gambar 2.46, rangkaian pencacah memiliki tiga (3) flip flop yang tersambung secara seri. Jadi, rangkaian tersebut memiliki 2 = 8 kondisi berbeda (mulai dari kondisi 000 sampai kondisi 111) atau yang lebih dikenal sebagai counter modulo 8. Apabila rangkaian tersebut ditambahkan sebuah flip-flop di ujungnya sehingga FF keseluruhan berjumlah 4, rangkaian tersebut akan memiliki 24 = 16 kondisi berbeda (mulai dari kondisi 0000 sampai kondisi 1111) atau disebut sebagai counter modulo 16 atau 4 bit.
2. Pencacah Sinkron (Synchronous Counter)
Kelemahan pada pencacah tidak sinkron adalah terjadinya delay atau waktu tunda yang diakibatkan perubahan setiap FF tidak secara bersamaan (bergantian). Oleh karena itu, diperlukan pemicu pulsa clock yang dilakukan pada setiap FF secara serentak. Selain itu, diperlukan juga gerbang logika dan teknik pengendalian perubahan FF tergantung dari clock pulsa itu sendiri. Perbedaan pencacah sinkron dengan pencacah tidak sinkron adalah sebagai berikut.
a. Saluran Ck setiap FF akan dihubungkan dalam sebuah
sambungan agar clock pulsa bisa dijalankan bersamaan.
b. FF yang paling depan berfungsi sebagai LSB dengan saluran J dan K diberikan data bit sebesar 1 secara tetap. Sementara itu, saluran ) dan K pada FF yang lain dikendalikan berdasarkan kombinasi keluaran (output) FF sebelumnya.
c. Sambungan pencacah sinkron lebih banyak daripada pencacah tidak sinkron.
d. Pencacah sinkron lebih cepat daripada pencacah tidak sinkron ketika menghitung clock frekuensi pada jarak dan waktu yang sama.
Zona Aktivitas
A. Uji Pengetahuan (Nilai Pengetahuan VI)
1. Jelaskan pengertian flip-flop.
2. Ada berapa jenis filp-flop yang Anda ketahui? Jelaskan.
3. Jelaskan fungsi terminal set dan reset pada SR-FF.
4. Jelaskan perbedaan antara JK-FF dengan SR-FF.
5. Jelaskan konsep kerja counter,
6. Jika dilihat cara kerjanya, counter dibagi menjadi dua tipe, yaitu synchronous counter dan asynchronous counter. Jelaskan prinsip kerja setiap counter tersebut.
B. Tugas Praktikum (Nilai Praktik VI)
Gambarkan rangkaian JK-FF dengan kombinasi beberapa gerbang logika menggunakan aplikasi EWB (Electronic Workbench).
C. Tugas Eksperimen (Nilai Proyek VI)
Desain rangkaian logika SR-FF dan D-FF menggunakan simbol blok IC pada aplikasi simulasi EWB. Setelah itu, bandingkanlah perbedaan cara kerja kedua rangkaian tersebut.
Rangkuman
1. Gerbang logika OR akan menghasilkan output true jika salah satu input-nya bernilai benar.
2. Gerbang logika AND akan menghasilkan output true jika kedua input-nya bernilai benar.
3. Gerbang logika NOT akan menghasilkan output yang berkebalikan dari input-nya.
4. Gerbang logika XNOR, XOR, NOR, dan NAND sebenarnya merupakan kombinasi dari gerbang logika dasar OR, AND, dan NOT.
5. Rangkaian memori dalam sirkuit digital terkecil disebut sebagai flip-flop.
6. Counter atau pencacah adalah salah satu implementasi dari rangkaian flip-flop yang sering dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti jam digital, pencatat waktu, tegangan, frekuensi, dan lain sebagainya.
Ulangan Akhir Bab 2
A. Pilihlah salah satu jawaban yang tepat.
Perhatikan persamaan berikut untuk menjawab soal nomor 1 dan 2.
Y = NOT X
1. Jika output Y = 1, persamaan yang tidak berlaku jika A = 1 dan B = 0 adalah
2. Jika output Y = 1, persamaan yang berlaku jika A = 0 dan B = 0 adalah ....
3. Nilai X2 = 12810 AND 29210 adalah ....
a. 11011111
b. 11000000
c. 10000000
d. 01010000
e. 00000000
4. Perhatikan Gambar berikut untuk menjawab soal nomor 4 hingga 6.
Persamaan logika yang tepat adalah ....
5. Kombinasi input pada terminal A, B, C, dan D untuk menghasilkan nilai X= 1 adalah
a. 0000
0010 C. 0011
d. 1010 e. 1100
6. Kombinasi input pada terminal A, B, C, dan D yang tidak dapat menghasilkan nilai x = O adalah .... a. 0000
d. 1010 b. 0010
e. 1100 C. 0011
7. Perhatikan persamaan berikut.
X = A+B
Berdasarkan persamaan logika tersebut, simbol gerbang logika yang sesuai untuk menggambarkannya adalah ....
8. Perhatikan persamaan berikut.
Berdasarkan persamaan logika tersebut, simbol gerbang logika yang sesuai untuk menggambarkannya adalah ....
9. Perhatikan persamaan berikut.
Berdasarkan persamaan logika tersebut, simbol gerbang logika yang sesuai untuk menggambarkannya adalah ....
10. Rangkaian logika berikut merupakan rangkaian
a. multiplexer
b. demultiplexer
c. SR-FF
d. JK-FF
e. decoder
B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar.
1. Jelaskan pengertian rangkaian logika dan gerbang logika.
2. Buatkan tabel kebenaran dua input menggunakan gerbang logika OR.
3. Buatkan tabel kebenaran dua input menggunakan gerbang logika AND.
4. Buatkan tabel kebenaran tiga input menggunakan gerbang logika NOR.
5. Buatkan tabel kebenaran tiga input menggunakan gerbang logika NAND.
6. Gambarkan gerbang logika AND menggunakan rangkaian kombinasi logika NAND.
7. Gambarkan gerbang logika OR menggunakan rangkaian kombinasi logika NAND.
8. Gambarkan gerbang logika NOT menggunakan rangkaian kombinasi logika NAND.
9. Jelaskan pengertian flip-flop dan counter. Tuliskan jenis-jenis komponen tersebut.
10. Gambarkan rangkaian logika dari persamaan
X= A + B.
0 komentar: