Rangkaian Adder dengan Seven Segment

Transkripsi

1 Rangkaian Adder dengan Seven Segment Diajukan untuk memenuhi kelulusan mata kuliah Teknik Rangkaian Terintegrasi Dosen : Ni matul Ma muriyah, M.Eng Disusun oleh: Thursy Rienda Aulia Satriani ( ) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Internasional Batam UIB-Batam 2014 i

2 Daftar Isi DAFTAR ISI...ii DAFTAR GAMBAR...iii DAFTAR TABEL...iv KATA PENGANTAR...v BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Landasan Teori Half Adder Full Adder Decoder BCD to Seven Segment Seven Segment Display...6 BAB II PEMBAHASAN Livewire Pembuatan Simulasi Cara Kerja Pembuatan Hardware...16 BAB III PENUTUP Kesimpulan Saran...20 DAFTAR PUSTAKA...21 ii

3 Daftar Gambar Gambar 1 Blok diagram rangkaian half adder Gambar 2 Prinsip kerja half adder Gambar 3 Blok diagram rangkaian full adder Gambar 4 Diagram skematik rangkaian full adder Gambar 5 Blok diagram dari rangkaian decoder Gambar 6 Rangkaian AND decoder Gambar 7 IC decoder 3X8(kiri) dan table output decoder (kanan) Gambar 8 Seven segment display Gambar 9 Skematik Internal Segmen Display (a) Common Katoda, (b) Common anoda Gambar 10 Tampilan aplikasi Livewire Gambar 11 Tampilan rangkaian adder dengan seven segment. Gambar 12 Tampilan rangkaian adder dengan input 0-0 Gambar 13 Tampilan rangkaian adder dengan input 1+0 Gambar 14 Tampilan rangkaian adder dengan input 3+7 Gambar 15 Tampilan rangkaian adder dengan input 12+9 Gambar 16 Tampilan rangkaian adder dengan input (carry) Gambar 17 Tampilan jendela converter Livewire Gambar 18 Tampilan jendela PCB Wizard Gambar 19 Diagram blok rangkaian adder iii

4 Daftar Tabel Tabel1 Tabel kebenaran rangkaian half adder Tabel2 Tabel kebenaran rangkaian full adder Tabel3 Kebenaran sebuah decoder 3 x 8 Tabel4 Output keluaran pada seven segment Tabel5. Komponen yang dibutuhkan Tabel6. Peralatan dan komponen yang dibutuhkan iv

5 Kata Pengantar Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat kasih dan rahmat-nya, penulis dapat menyelesaikan laporan ini tepat pada waktunya. Terima kasih juga saya haturkan kepada dosen atas bimbingannya dan semua pihak yang ikut andil, yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. Laporan ini dibuat guna memenuhi salah satu tugas akhir dari matakuliah Teknik Rangkaian Terintegrasi. Dengan semangat dan kerja keras, akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan Rangkaian Adder dengan Seven Segment ini dengan baik. Penulispun berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan penulis pada khususnya serta menjadi referensi bagi para pembaca yang ingin melakukan percobaan dan simulasi tentang rangkaian adder dan penggunaan seven segment Penulis menyadari bahwa kesempurnaan hanyalah milik Tuhan, sehingga penulis percaya bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan laporan ini. Untuk itu, penulis sangat berterimakasih jika ada koreksi, kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi penyempurnaan pada penulisan laporan ke depannya. Bangkok, Februari 2014 Penulis v

6 BAB I PENDAHULUAN 1.1.LATAR BELAKANG Penggunaan kalkulator modern banyak membuat masyarakat terpesona karena kemampuannya dalam menghasilkan fungsi aritmatika dengan ketelitian yang sangat tinggi dengan waktu yang sangat singkat. Selain penggunaan yang sangat mudah, kalkulator juga memberikan tampilan keluaran yang juga memudahkan pengguna, yaitu dengan menggunakan keluaran berupa seven segment display. Pada bab ini akan dibahas mengenai komponen penyusun rangkaian yang memungkinkan menghasilkan rangkaian logika yang dapat melakukan penambahan dan pengurangan. Dengan mengadaptasi fungsi kalkulator akan dibuat rangkaian adder sederhana dengan inputan 4 bit, dan keluaran 5 bit, yang inputannya akan ditampilkan pada seven segment RUMUSAN MASALAH Apa itu adder, dan bagaimana cara kerjanya? Apa itu decoder, dan bagaimana cara kerjanya? Apa itu seven segmen, dan bagaimana cara kerjanya? Bagaimana cara membuat rangkaian adder sederhana dengan menggunakan IC 7483(full adder) dan IC 7447(decoder seven segment common anoda) yang inputnya ditampilkan pada seven segment. 1.3.TUJUAN PENULISAN Mengetahui cara kerja decoder dan dapat mengaplikasikannya dalam rangkaian Mengetahui cara kerja seven segmen dan cara mwngaplikasikannya dalam rangkaian Memahami cara kerja rangkaian logika Memahami cara kerja rangkaian adder dan dapat membuat rangkaian adder sederhana. 1

7 Memenuhi salah satu tugas proyek dari matakuliah Dasar Sistem Digital. 1.4.DASAR TEORI Rangkaian aritmetika digital dasar terdiri dari dua macam yaitu Adder, atau rangkaian penjumlah, berfungsi menjumlahkan dua buah bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner, dan Subtraktor, atau rangkaian pengurang, yang berfungsi mengurangkan dua buah bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan biner Half Adder Half adder merupakan salah satu dari dua rangkaian adder yang menjumlahkan dua buah bit input, dan menghasilkan nilai jumlahan (sum) dan nilai lebihnya (carry-out). Half Adder diletakkan sebagai penjumlah dari bitbit terendah (Least Significant Bit). Blok diagram dari sebuah rangkaian Half Adder ditunjukkan pada gambar Gambar1. Blok diagram rangkaian half adder Gambar2. Prinsip kerja half adder 2

8 Full Adder Sebuah A 0 B 0 Ʃ 0 C O UT Tabel1. Tabel kebenaran rangkaian half adder full adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling dijumlahkan. Full adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang terendah. Full adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan nilai carryout dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out). Blok diagram dari sebuah full adder diberikan pada gambar 3. Gambar3. Blok diagram rangkaian full adder A 1 B 1 C IN Ʃ 1 C O UT Tabel2. Tabel kebenaran rangkaian full adder 3

9 Gambar4. Diagram skematik rangkaian full adder Decoder BCD to Seven Segment Sebuah decoder adalah rangkaian logika yang menerima input-input biner dan mengaktifkan salah satu output-nya sesuai dengan urutan biner input-nya. Blok diagram dari rangkaian decoder diberikan pada gambar5 berikut. Gambar5. Blok diagram dari rangkaian decoder Beberapa rangkaian decoder yang sering dijumpai adalah decoder 3x8 ( 3 bit input dan 8 output line), decoder 4x16, decoder BCD to Decimal (4 bit input dan 10 output line), decoder BCD to 7 segment (4 bit input dan 8 output line). Khusus untuk BCD to 7 segment mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan decoder-decoder yang lain, di mana kombinasi dari setiap inputnya dapat mengaktifkan beberapa output line-nya (bukan salah satu line). Tabel Kebenaran sebuah decoder 3 x 8 ditunjukkan pada Tabel3 4

10 INPUT OUTPUT A B C O 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 O 7 O Tabel3. Kebenaran sebuah decoder 3 x 8 Berdasarkan output dari tabel kebenaran di atas, dibuat rangkaian decoder yang merupakan aplikasi dari gerbang AND, seperti ditunjukkan pada gambar6. Gambar6. Rangkaian AND decoder Salah satu jenis IC decoder adalah IC ini mempunyai 3 input biner dan 8 output, dimana nilai output adalah 1 untuk salah satu dari ke 8 jenis kombinasi inputnya. IC Decoder 3x8 ditunjukkan pada gambar7. 5

11 Gambar7. IC decoder 3X8(kiri) dan table output decoder (kanan) Decoder mengambil kode-kode input BCD 4-bit dan menghasilkan tujuh output (a,b,c,d,e,f, dan g), sehingga kode decimal dapat ditampilkan (gambar7 kanan). IC yang umum dipergunakan adalah 7447 untuk seven segment common anoda (yang nanti akan kita gunakan) dan IC 7448 untuk seven segment common cathoda Seven segment display Seven segment display adalah sebuah rangkaian yang dapat menampilkan angka-angka desimal maupun heksadesimal. Seven segment display biasa tersusun atas 7 bagian yang setiap bagiannya merupakan LED (Light Emitting Diode) yang dapat menyala. Jika 7 bagian diode ini dinyalakan dengan aturan yang sedemikian rupa, maka ketujuh bagian tersebut dapat menampilkan sebuah angka heksadesimal atau desimal. Seven-segment display membutuhkan 7 sinyal input untuk mengendalikan setiap diode di dalamnya. Setiap dioda dapat membutuhkan input HIGH atau LOW untuk mengaktifkannya, tergantung dari jenis sevensegmen display tersebut. Jika Seven-segment bertipe common-cathode, maka dibutuhkan sinyal HIGH untuk mengaktifkan setiap diodanya. Sebaliknya, untuk yang bertipe common-annode, dibutuhkan input LOW untuk mengaktifkan setiap diodanya. 6

12 Gambar8. Seven segment display Seven segment dapat menampilkan angka-angka decimal dan beberapa karakter tertentu melalui kombinasi aktif atau tidaknya LED penyusun dalam seven segment. Untuk mempermudah penggunaan seven segment, umumnya digunakan sebuah decoder atau sebuah seven segment drive yang berfungsi untuk mengatur aktif atau tidaknya LED-LED dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Piranti tampilan modern disusun sebagai pola seven segment atau dot matriks jenis seven segment sesuai dengan namanya, menggunakan pola tujuh batang LED yang disusun membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf-huruf yang diperlihatkan dalam gambar tersebut ditetapkan untuk menandai segment segment tersebut. Dengan menyalakan bebrapa segment yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 hingga 9 dan juga bentuk huruf A hingga F dengan menggunakan sedikit modifikasi. Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke display segment, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke seven segment sebagai antar muka. Decoder ini terdiri dari gerbanggerbang logika yang masukannya berupa digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengendalikan tampilan seven segment. 7

13 Prinsip Kerja Seven Segment Prinsip kerja dari seven segment ini adalah inputan bilang biner pada switch dikonversi masukan ke dalam decoder, baru kemudian decoder mengkonversikan bilang biner tersebut ke dalam bilangan desimal, yang mana bilangan desimal ini akan ditampilakan pada layar seven segment. Fungsi dari decoder sendiri adalah sebagai converter dari bilangan biner menjadi bilangan decimal. Tabel4. Output keluaran pada seven segment Jenis-jenis Seven Segment. Seven segment ada 2 jenis, yaitu common anoda dan common katoda. a. Commonanoda Common anoda merupakan pin yang terhubung dalam semua kakai anoda LED dalam seven segmen. Common anoda diberi tegangan VCC dan seven segment. Common anoda diberi tegangan VCC dan seven segmen dengan common anoda akan aktif pada saat diberi logiksa rendah (0) atau sering disebut aktif low. Kaki katoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED. 8

14 b. Common Katoda Common Katoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki katoda LED dalam seven segment dengan common katoda akan aktif apabila diberi logika tinggi (1) atau disebut dengan aktif high. Kaki anoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED. Gambar9. Skematik Internal Segmen Display (a) Common Katoda, (b) Common anoda 9

15 BAB II PEMBAHASAN 2.1. LIVEWIRE Livewire merupakan aplikasi (software) elektronika yang dapat digunakan untuk membuat rangkaian dan simulasi untuk menjalankan rangkaian, selain user friendly livewire juga memunkinkan kita melihat simulasi rangkaian dengan beberapa mode tampilan yaitu, Normal, Voltage Level, CurrentFlow, Logic Level. Kita dapat membuat rangkaian yang kita inginkan dengan mengambil komponen yang dibutuhkan pada jendela gallery. Lalu dapat dirangkai sesuai dengan keinginan PEMBUATAN SIMULASI Gambar 10. Tampilan aplikasi Livewire Komponen yang dibutuhkan adalah sebagai berikut Komponen Jumlah Switch SPDT 9 IC 74LS47 (seven segment decoder) 2 IC 74LS83 (Adder) 1 LED 5 Resistor 220Ω 19 Seven segment common anoda 2 Terminal VCC 5 Terminal Ground 6 Tabel5. Komponen yang dibutuhkan 10

16 Gambar 11. Tampilan rangkaian adder dengan seven segment Dapat dilihat pada gambar di atas, switch 1 hingga 9 merupakan SPDT (Single Pole Double Throw) salah satu dari kaki throw dihubungkan ke ground sehingga nanti akan memunculkan logika 0 (Low) saat dinyalakan, dan kaki yang lain dihubungkan ke terminal VCC 5V sehingga akan memunculkan logika 1 (High) saat dinyalakan. Switch 9 digunakan sebagai carry in, yang dihubungkan dengan pin CI (carry in) pada IC 7483, sebenarnya penggunaan switch merupakan opsional, karena kita bisa saja langsung menghubungkan pin CI pada IC 7483 ke ground, sehingga logika carry in bernilai 0. Switch 1 hinga 4 berturut-turut dianggap sebagai inputan biner yang bernilai 1, 2, 4,dan 8. Switch 1 hinnga 4 dihubungkan sebagai inputan1 dari IC (IC ini digunakan sebagai decoder seven segment common anoda) yaitu berturut-turut pin 1, 2, 4, 8 dan juga dihubungkan dengan IC 7483(IC adder) IC sebagai inputan1 berturutturut A1 hingga A4. Switch 5 hingga 8 berturut-turut dianggap sebagai inputan biner yang 1, 2, 4, dan 8. Switch 5 hingga 8 dihubungkan sebagai inputan dari IC

17 yaitu berturut-turut pin 1, 2, 4, 8 dan juga dihubungkan dengan IC 7483 sebagai inputan 2 berturut-turut B1 hingga B4. Pada IC 7447 kaki BI (Blanking Input), LT(Lamp Test), BO(Blanking Output), dihubungkan pada VCC sebesar 5 volt. Keluaran pada IC 7447 yaitu pin a hingga g dihubungkan dengan kaki a hingga g pada seven segment. Seven segment yang digunkan haruslah common anoda, pada saat inputan low, maka akan dibentuk beberapa kombinasi dari decoder yang akan ditampilkan pada seven segment. Kaki common pada seven segment dihubungkan juga pada VCC 5V. Pada rangkaian yang telah didesain, juga ditampilkan bahwa pole setiap switch dihubungkan pada IC seven segment decoder, yang berfungsi untuk menerjemahkan kombinasi logika inputan menjadi sebuah kombinasi keluaran pada seven segment yang menunjukkan angka dalam desimal, hanya saja seven segment hanya dapat menunjukkan keluaran dari 1 hingga 9, sehingga apabila bilangan inputan lebih dari 9, maka seven segment tidak akan menyala. Inputan dari switch dimasukkan ke dalam IC 7483 yang akan menjumlahkan inputan per-bit, LSB dengan LSB, MSB dengan MSB. Hasil dari penjumlahan akan ditampilkan pada LED dari yang bernilai 1(2 0 ) hingga bernilai 16(2 4 ). Pin CO(carry out) dihubungkan dengan LED, dan jika LED menyala menandakan hasil penjumlahan 2 4. LED 1 melambangkan angka 1(2 0 ), LED 2 angka 2(2 1 ), LED 3 angka 4(2 2 ), LED 4 angka 8(2 3 ), LED 5 angka 16(2 4 ) CARA KERJA Pertama klik tombol run( ) atau tekan F9 pada keyboard. Setelah itu masukkan kombinasi yang ingin dicoba. Pada gambar 11 tampak tampilan rangkaian saat dijalankan, tampilan tersebut akan muncul apabila semu switch terhubung ke ground. 12

18 Gambar 12. Tampilan rangkaian adder dengan input 0-0 Misalkan ingin menambahkan 1+0, maka hubungkan saklar 1 ke VCC, dan sisanya(termasuk carry) ke ground. Maka seven segment akan menunjukkan angka 1 pada DS1 dan angka 0 pada DS2, dan LED1 akan menyala yang menandakan hasil penjumlahan adalah 1(2 0 ) atau Gambar 13. Tampilan rangkaian adder dengan input

19 Misalkan ingin menambahkan 3+7, maka hubungkan saklar 1, 2, 5, 6, dan 7 ke VCC, dan sisanya (termasuk carry) ke ground, inputan tersebut memiliki arti dalam biner Maka seven segment akan menunjukkan angka 3 pada DS1 dan angka 7 pada DS2, dan LED2 dan 4 akan menyala yang menandakan hasil penjumlahan adalah ( = 10). Gambar 14. Tampilan rangkaian adder dengan input 3+7 Misalkan ingin menambahkan , maka hubungkan saklar 3, 4, 5, dan 8 ke VCC, dan sisanya (termasuk carry) ke ground, inputan tersebut memiliki arti dalam biner Maka seven segment tidak menunjukkan tampilan pada DS1(karena angka maksimal yang dapat ditampilkan adalah 9) dan angka 9 pada DS2, dan LED1,3 dan 5 akan menyala yang menandakan hasil penjumlahan adalah ( = 21). 14

20 Gambar 15. Tampilan rangkaian adder dengan input 12+9 Jika semua saklar terhubung ke VCC, inputan tersebut memiliki arti dalam biner (masukkan pada carry in). Maka seven segment tidak menunjukkan tampilan pada DS1 (karena angka maksimal yang dapat ditampilkan adalah 9) maupun pada DS2, dan semua LED akan menyala yang menandakan hasil penjumlahan adalah ( = 31). Jadi maksimal inputan pada rangkaian adder ini adalah 15 pada inputan1, 15 pada inputan2, dan 1 pada carry. Dan output maksimal adalah 31( semua LED menyala). Gambar 16. Tampilan rangkaian adder dengan input (carry) 15

21 2.4. PEMBUATAN HARDWARE Untuk membuat hardware maka dibutuhkan desain layout PCB, dari rangkaian yang telah didesain pada Livewire, dapat diconvert ke bentuk PCB layout yaitu tinggal klik menu tools Convert Design to Printed Circuit Board. Gambar 17. Tampilan jendela converter Livewire Kita dapat memilih ingin mengikuti desain yang disediakan Livewire atau mendesain layout PCB kita sendiri. Tekan next dan ikuti langkah-langkahnya, untuk dapat melakukan fitur ini, pada computer yang digunakan harus terinstall software tambahan yaitu PCB wizard. 16

22 Gambar 18. Tampilan jendela PCB Wizard Namun bisa juga menggunkan software lain, yaitu eagle atau software lain yang dirasa paling mudah untuk digunakan. a. Siapkan peralatan dan komponen yang dibutuhkan (tabel6) Peralatan keterangan Komponen Jumlah PCB / project 1, project board Switch SPDT 9 board dapat digunakan untuk tes rangkaian Kertas foto 1 lembar IC 74LS47 (seven segment decoder) 2 FeCl 3 1 kantong IC 74LS83 1 (bubuk) (Adder) Solder 1 buah LED 5 Tenol (timah) Secukupnya Resistor 220Ω 19 Solder Paste opsional Seven segment 2 common anoda Printer Laser Jet Power Supply 1 buah Bor + mata bor Kabel jumper 1 buah Jika dibutuhkan Tabel6. Peralatan dan komponen yang dibutuhkan b. Print desain project board dengan printer laser jet pada kertas foto, jangan lupa setting printer menjadi mirror pada printer properties. 17

23 c. Untuk memindahkan desain pada kertas foto ke PCB, tempelkan desain pada kertas foto pada PCB dan panaskan menggunakan setrika. d. Setelah kertas menempel, hilangkan kertas dengan menyelupkan ke dalam air, jika tinta telah berpindah pada PCB, maka lakukan etcing. e. Lakukan etching dengan menggunakan FeCl 3, rendam PCB pada FeCl 3 selama beberapa menit, lalu cuci PCB dengan air bersih. f. Lubangi PCB sesuai dengan lubang kaki komponen pada rangkaian dengan menggunakan bor. g. Cek komponen sebelum dilakukan pemasangan (di solder). h. Solder komponen pada rangkaian, gunakan solder paste agar hasil menjadi lebih rapi dan bagus. i. Berikan tegangan masukan dengan menggunakan power supply. 18

24 BAB III PENUTUP 3.1. KESIMPULAN Seven segment 1 Decoder Input A Adder Input B Decoder Seven segment 2 Output LED Gambar 19. Diagram blok rangkaian adder Rangkaian yang dibuat merupakan rangkaian sederhana yang dapat melakukan penjumlahan. Terdiri dari 2 inputan yaitu inputan A dan B, inputan A dan B merupakan inputan 4 bit, inputan ini ditampilkan pada sebuah seven segment display yaitu DS1 dan DS2, untuk dapat mewujudkan hal tersebut dibutuhkan decoder yang dapat mengubah inputan biner menjadi kombinasi nyala LED dalam seven segment yang membentuk angka desimal.led yang digunakan haruslah common anoda (jika diberi tegangan 0 atau low maka akan menyala.) Karena IC yang digunakan merupakan IC 7447 yaitu decoder common anode, jika tidak maka seven segment tidak menyala. Selanjutnya untuk menjumlahkan inputan maka digunakan IC 7483 yang berfungsi sebagai full adder yang menjumlahkan inputan A dan B secara bit per bit, yaitu LSB dengan LSB dan MSB dengan MSB. Kaki-kaki keluaran pada IC 7483 dihubungkan pada resistor dan LED, resistor digunkan untuk pengaman dari kelebihan arus listrik. LED 5 hingga 1 secara berturut-turut melambangkan bilangan biner, yaitu Jadi rangkaian ini hanya memiliki nilai maksimal masukan dan keluaran 31 yaitu 15 pada inputana, 15 pada inputanb dan 1 dari carry, serta pada output. 19

25 3.2. SARAN Rangkaian Adder yang dibuat hanya memiliki nilai maksimal pada masukan dan keluaran sebanyak 31, penulis berharap ke depannya dapat dikembangkan lagi, mungkin dengan menggunkan konsep yang sama dapat membuat inputan dan keluaran dengan bit yang lebih tinggi dan mungkin saja dapat membuat rangkaian substractor (pengurangan). 20

26 DAFTAR PUSTAKA < nah.html> Rangkaian Counter menggunakan Seven Segment. < Merancang Seven Segment Display Decoder. < Seven Segment Pratiwi, Dian. Laporan praktikum dasar pengukuran elektronika : Adder BCD to Seven Segment : Jakarta, 2012 Politeknik Negeri Jakarta. 21