KEGIATAN BELAJAR 1 SISTEM KOMPUTER

Transkripsi

1 KEGIATAN BELAJAR 1 SISTEM KOMPUTER Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Memahami, menerapkan, menganalisis, dan mengevaluasi tentang sistem komputer Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan: 1. Memahami sistem bilangan (Desimal, Biner, Heksadesimal) 2. Menganalisis relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial (NOT, AND, OR); (NOR,NAND,EXOR,EXNOR); (Flip Flop, Pencacah) 3. Menerapkan operasi logika Aritmatik (Half-Full Adder, Ripple Carry Adder) 4. Mengklasifikasikan rangkaian Multiplekser, Dekoder, Register 5. Menerapkan elektronika dasar (kelistrikan, komponen elektronika dan skema rangkaian elektronika) 6. Menerapkan dasar dasar mikrokontroler Pokok-pokok Materi : 1. Sistem Bilangan(Desimal, Biner, Heksadesimal) 2. Relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial (NOT, AND, OR); (NOR,NAND,EXOR,EXNOR); (Flip Flop, Pencacah) 3. Operasi logika aritmetika (Half-Full Adder, Ripple Carry Adder) 4. Rangkaian multiplekser, dekoder, dan register 5. Elektronika Dasar (kelistrikan, komponen elektronika, dan skema rangkaian elektronika) 6. Dasar-dasar mikrokontroler Uraian Materi A. Sistem Bilangan 1. Pengertian Sistem Bilangan Sistem bilangan (number system) adalah suatu cara untuk mewakili besaran dari suatu item fisik. Sistem bilangan yang banyak dipergunakan oleh manusia adalah system biilangan desimal, yaitu sistem bilangan yang menggunakan 10 1

2 macam simbol untuk mewakili suatu besaran. Sistem ini banyak digunakan karena manusia mempunyai sepuluh jari untuk dapat membantu perhitungan. Lain halnya dengan komputer, logika di komputer diwakili oleh bentuk elemen dua keadaan yaitu off (tidak ada arus) dan on (ada arus). Konsep inilah yang dipakai dalam sistem bilangan biner yang mempunyai dua macam nilai untuk mewakili suatu besaran nilai. Selain sistem bilangan biner, komputer juga menggunakan sistem bilangan oktal dan heksadesimal. 2. Konsep sistem bilangan Desimal, Biner, Heksadesimal Sistem bilangan desimal menggunakan 10 macam simbol bilangan berbentuk 10 digit angka, yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dan 9. Sistem bilangan desimal menggunakan basis atau radiks 10. Bentuk nilai bilangan desimal berupa integer desimal atau pecahan desimal. Tabel 1.1. Bilangan Desimal (Sumber : Haryanto & Sucipto, 2013) Bilangan biner adalah bilangan yang berbasis 2 yang hanya mempunyai 2 digit yaitu 0 dan 1. 0 dan 1 disebut sebagai bilangan binary digit atau bit. Bilangan biner ini digunakan sebagai dasar kompetensi digital. Bobot faktor untuk bilangan biner adalah pangkat / kelipatan 2. Sistem bilangan biner menggunakan 2 macam simbol bilangan berbentuk 2 digit angka, yaitu 0 dan 1. Sistem bilangan biner menggunakan basis 2. Tabel 1.2. Bilangan Biner (Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013) Sistem bilangan oktal menggunakan 8 macam simbol bilangan, yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Sistem bilangan oktal menggunakan basis 8. Nilai tempat sistem bilangan oktal merupakan perpangkatan dari nilai 8 sebagai berikut. 2

3 Tabel 1.3. Bilangan Oktal (Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013) Sistem bilangan heksadesimal menggunakan 16 macam simbol, yaltu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C. D, E, dan F. Sistem bilangan heksadesimal menggunakan basis 16. Sistem bilangan heksadesimal digunakan untuk alasanalasan tertentu di beberapa komputer. Nilai tempat sistem bilangan heksadesimal merupakan perpangkatan dari nilai 16, seperti ditunjukkan pada tabel berikut. Tabel 1.4. Bilangan Heksadesimal (Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013) 3. Pengubahan Biner ke Desimal Berikut ini prosedur pengubahan bilangan biner menjadi bilangan desimal. Misalnya, diberikan bilangan B. Pertama kali dituliskan bilangan biner sebagai berikut. (Akhiran B untuk menyatakan bahwa angka didepannya adalah bilangan biner (demikian juga D untuk desimal, H untuk heksadesimal, O untuk oktal). Biner Titik biner Desimal = = 51 Gambar Pengubahan bilangan Biner ke desimal 3

4 Tambahkan empat bilangan desimal untuk mendapatkan ekuivalen desimal. Maka akan didapatkan bahwa biner B sama dengan angka desimal 51D. 4. Pengubahan Desimal ke Biner Pada saat bekerja dengan peralatan elektronik digital, seringkali harus dapat mengubah bilangan desimal ke bilangan biner. Pembahasan selanjutnya dengan suatu metode yang membantu menyelesaikan pengubahan ini. Salah satu cara mengubah bilangan desimal 13 ke bilangan biner, adalah sebagai berikut: Bilangan desimal : 2 = 6 dengan sisa = 1 6 : 2 = 3 tanpa sisa = 0 3 : 2 = 1 dengan sisa = 1 1 : 2 = 0,5 dengan sisa = 1 Jadi bilangan binernya an 2-an 4-an 8-an Gambar Pengubahan bilangan Desimal 13D ke biner 1101B Pengubahan bilangan pada Gambar 1.2. dimana bilangan 13D sama dengan bilangan biner 1101B. 5. Bilangan Heksadesimal Sistem bilangan heksadesimal menggunakan 16 simbol 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, dan F disebut sebagai sistem berdasar 16. Heksadesimal dan biner adalah ekuivalen untuk bilangan desimal 0 sarnpai 17. Perlu dicatat bahwa huruf A merupakan singkatan untuk 10D, B untuk 11D, dan sebagainya. Kelebihan dari sistem heksadesimal ialah mampu rnengubah secara langsung dan bilangan biner empat bit. Sebagai contoh, bilangan heksadesimal A6H akan 4

5 menyatakan bilangan biner delapan-bit B. Berdasarkan tabel dapat langsung dapat mengubah bilangan dari biner ke desimal atau sebaliknya. Tabel 1.5. Bilangan Desimal, Biner, Oktal, dan Heksadesimal (Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013) Konversi dari bilangan heksadesimal ke bilangan biner dapat dilakukan dengan mengkonversikan masing-masing digit heksadesimal ke 4 digit biner sebagai berikut. Berarti bilangan heksadesimal D4H adalah B dalam bilangan biner. D Konversi dari bilangan biner ke bilangan heksadesimal dapat dilakukan dengan mengkonversikan tiap-tiap empat buah digit biner. Misalnya bilangan biner dapat dikonversikan ke bilangan heksadesimal dengan cara: D 4 Bilangan heksadesimal dapat dikonversikan ke bilangan desimal dengan cara mengalikan masing-masing digit bilangan dengan nilai tempatnya. 5

6 B6A 16 = 11 x x x16 0 = 11 x = 2922D 6. Bilangan Oktal Sistem bilangan oktal menggunakan delapan simbol yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7. Bilangan oktal juga berhubungan dengan bilangan dasar 8. Keekuivalenan antara bilangan biner dan bilangan oktal untuk bilangan desimal 0 sampai 17. Kelebihan dan bilangan oktal pada saat pengubahan langsung dan sebuah bilangan ke bilangan biner 3-bit. Notasi oktal digunakan untuk menyatakan bilangan biner. Pengubahan bilangan oktal ke bilangan biner adalah operasi yang biasa apabila menggunakan sistem komputer. Misalkan pengubahan bilangan oktal 67O (dibaca enam tujuh basis delapan ) ke bilangan biner ekuivalennya. Setiap bilangan oktal diubah ke dalam 3-bit bilangan biner yang ekuivalen. Bilangan oktal 6 sama dengan 110, 7 sama dengan 111. Penggabungan grup bilangan biner tersebut menghasilkan 67O = B Tabel 1.6. Keekuivalenan antara bilangan biner dan oktal untuk bilangan desimal 0 sampai 17 Desimal Biner Oktal

7 Konversi dan bilangan oktal ke bilangan biner dapat dilakukan dengan cara mengkonversikan masing-masing digit oktal ke 3 digit biner, sebagai berikut Berarti bilangan biner B adalah 6502O di dalam oktal. Konversi dari bilangan biner ke bilangan oktal dapat dilakukan dengan mengkonversikan tiap-tiap tiga buah digit biner. Misalnya, bilangan biner B dapat dikonversikan ke oktal dengan cara : Bilangan oktal dapat dikonversikan ke bilangan desimal dengan cara mengalikan masing-masing bit dalam bilangan dengan nilai tempatnya. 324O = 3x8 2 +2x8 1 +4x8 2 = 3x64+2x8+4x1 = = 212D B. Relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial Relasi logika dasar dalam sistem komputer, terdiri dari gerbang logika dasar yang dilengkapi dengan simbol dan karakteristik. Gerbang logika merupakan blok bangunan untuk komputer yang paling rumit sekalipun. Gerbang logika disusun komponen integrated circuit (IC). Jenis atau variasi dan gerbang-gerbang logika yang tersedia dalam semua kelompok logika termasuk TTL dan CMOS. 1. Gerbang AND Gerbang AND kadang-kadang disebut gerbang semua atau tidak. Dasar tentang gerbang AND yang menggunakan saklar sederhana. Gerbang AND dioperasikan tersusun dari dioda, transistor, dan tersusun dalam suatu IC. Untuk memperlihatkan gerbang AND digunakan simbol logika. Simbol gerbang AND standar digunakan pada relay saklar, rangkaian pneumatik, dioda diskrit dan transistor atau IC. 7

8 Gerbang AND dihubungkan ke saklar masukan A dan B. Indikator keluaran adalah suatu LED. Bila suatu tegangan RENDAH (GND) muncul pada masukan A dan B, maka LED keluaran tidak menyala. Perhatikan juga pada baris 1 bahwa masukan dan keluaran diberikan digit biner. Baris 1 menyatakan bahwa bila masukan adalah biner 0 dan 0, maka keluaran akan menjadi suatu biner 0. Lihat dengan teliti empat kombinasi dan saklar A dan B. Perhatikanlah bahwa hanya biner 1 pada kedua masukan A dan B yang akan menghasilkan suatu biner 1 pada keluaran. Gambar Rangkaian Gerbang AND Tabel 1.7.Tabel Kebenaran Gerbang AND Masukan Keluaran A B Y Tegangan Biner Tegangan Biner Menyala Biner Saklar Saklar Baris 1 Rendah 0 Rendah 0 Tidak 0 Baris 2 Rendah 0 Tinggi 1 Tidak 0 Baris 3 Tinggi 1 Rendah 0 Tidak 0 Baris 4 Tinggi 1 Tinggi 1 ya 1 2. Gerbang OR Gerbang OR kadang-kadang disebut gerbang setiap atau semua. Gagasan dasar gerbang OR yang menggunakan saklar sederhana. Dengan melihat rangkaian dibawah bahwa lampu keluaran akan menyala bila masing-masing atau kedua saklar masukan tersebut tertutup, tetapi lampu keluaran tidak akan menyala bila kedua-duanya terbuka. Suatu tabel kebenaran untuk rangkaian OR diperlihatkan Tabel 1.7. Tabel kebenaran yang memperlihatkan kondisi rangkaian gerbang OR dengan dua input A dan B lihat pada Gambar

9 Tabel 1.8. memperlihatkan bahwa hanya baris 1 pada tabel kebenaran OR yang menimbulkan keluaran 0, sedangkan semua beris lain menimbulkan keluaran 1. Perhatikan diagram logika, di mana masukan A dan B di-or-kan untuk menghasilkan suatu keluaran Y. Ekspresi Boolean hasil rekayasa untuk fungsi OR juga digambarkan. Perlu dicatat bahwa tanda tambah (+) merupakan simbol Boolean untuk OR. Gambar Simbol Logika Gerbang OR dan Suatu Ekspresi Boolean 3. Pembalik dan penyangga Tabel 1.8. Tabel kebenaran Gerbang OR MASUKAN KELUARAN B A OR Rangkaian NOT seringkali disebut pembalik, dimana tugas rangkaian NOT (pembalik) memberikan suatu keluaran yang tidak sama dengan masukan. Simbol logika untuk pembalik (inverter, rangkaian NOT) diperlihatkan pada Gambar 1.5. Tabel 1.9. Tabel Kebenaran Untuk Suatu Pembali Gambar Simbol dan Ekspresi Boolean Gerbang Pembalik Masukan Keluaran A B Tegangan Biner Tegangan Biner Rendah 0 Tinggi 1 Tinggi 1 Rendah 0 9

10 Bila gerbang not (pembalik) diberikan suatu logika 1 ke masukan A pada Gambar 1.5, diperoleh hal yang berlawanan, atau suatu logis 0 pada keluaran Y. Gambar 1.7 juga memperlihatkan suatu ekspresi Boolean dituliskan untuk fungsi NOT atau PEMBALIK. Perhatikanlah penggunaan tanda strip ( ) di atas keluaran untuk memperlihatkan bahwa A telah dibalik atau dikomplemenkan. Istilah Boolean A akan menjadi not A (bukan A). Gambar Pembalik Ganda 4. Gerbang NAND Gerbang AND, OR, dan NOT merupakan tiga rangkaian dasar yang dapat menghasilkan semua rangkaian digital. Gerbang NAND ialah suatu NOT AND, atau suatu fungsi AND yang dibalik. Simbol logika standar untuk gerbang NAND digambarkan pada Gambar 1.7. (a). Gelembung pembalik kecil (lingkaran kecil) pada ujung kanan dan simbol berarti sebagai pembalik AND. Gambar (a) Simbol Iogika Gerbang NAND, (b) Ekspresi Boolean Keluaran Gerbang NAND Gambar 1.7. (b) memperlihatkan suatu gerbang AND dan pembalik yang terpisah dan digunakan untuk menghasilkan fungsi logika NAND. Jika diperhatikan ekspresi Boolean untuk gerbang AND (A.B) dan NAND (A.B) yang diperlihatkan pada diagram logika pada Gambar 1.9 (b) dengan Tabel (b) 10

11 Tabel 1.10 Tabel kebenaran Gerbang AND dan NAND MASUKAN KELUARAN B A AND NAND Gerbang NOR Gerbang NOR gabungan antar gerbang NOT OR yang memiliki keluaran gerbang OR yang dibalik. Simbol logika untuk gerbang NOR berupa suatu simbol OR dengan gelembung pembalik (lingkaran kecil) pada sisi sebelah kanan. Fungsi NOR diperlihatkan dengan suatu gerbang OR dan suatu pembalik pada Gambar 1.11 (b). Ekspresi Boolean untuk fungsi OR adalah Y = (A + B), diperlihatkan pada gambar tersebut. Gambar (a) Simbol logika gerbang NOR, (b) Ekpresi Boolean untuk keluaran gerbang NOR Tabel kebenaran untuk gerbang NOR pada Tabel Tabel kebenaran gerbang NOR merupakan komplemen dan keluaran gerbang OR. Keluaran gerbang OR juga dimasukkan dalam tabel kebenaran pada gambar dibawah ini untuk acuan. Tabel Tabel kebenaran Gerbang OR dan NOR MASUKAN KELUARAN B A OR NOR Gerbang OR EKSKLUSIF (XOR) Gerbang OR eksklusif disebut gerbang OR eksklusif sering disingkat dengan gerbang XOR. Simbol logika untuk gerbang XOR digambarkan pada Gambar 1.9. (a); ekspresi Boolean untuk fungsi XOR digambarkan pada Gambar 1.9. (b). Simbol berarti unsur tersebut di-xorkan satu sama lain. Suatu tabel 11

12 kebenaran gerbang XOR pada Gambar 1.9. Bila tidak-semua masukan adalah 1, maka keluaran akan menjadi suatu biner, atau logis 1. Tabel Tabel kebenaran gerbang OR, sehingga dapat membandingkan tabel kebenaran gerbang OR dengan tabel kebenaran gerbang XOR. Gambar (a) Simbol logika gerbang XOR. (b) Ekspresi Boolean keluran suatu gerbang XOR Tabel Tabel Kebenaran gerbang OR dan XOR MASUKAN KELUARAN B A OR XOR Gerbang NOR EKSKLUSIF Gambar (a). merupakan simbol XOR dengan tambahan gelembung pembalik pada sisi keluaran. Gambar (b) menggambarkan ekspresi Boolean yang digunakan untuk fungsi XNOR. Lihat bahwa ekspresi Boolean untuk gerbang XNOR adalah A B. Tanda strip di atas ekspresi A B menyatakan bahwa gerbang XOR tersebut dibalik. Periksalah tabel kebenaran pada Tabel Keluaran gerbang XNOR merupakan komplemen dari tabel kebenaran XOR, tabel gerbangnya di Tabel untuk kemudahan pengertian. Gambar (a) Simbol logika gerbang XNOR, (b) Suatu ekspresi Boolean untuk keluaran gerbang XNOR 12

13 Tabel Tabel Kebenaran gerbang OR dan XNOR MASUKAN KELUARAN B A OR XNOR Flip-Flop Blok bangunan dasar untuk rangkaian logika gabungan berupa gerbang logika. Blok bangunan dasar untuk rangkaian logika sekuensial berupa flip-flop (FF). Pertemuan ini membahas beberapa jenis rangkaian flip-flop. Flip-flop dihubungkan untuk membentuk pencacah, register geser, dan berbagai peralatan memori. a) Flip-flop R-S Gambar merupakan rangkaian flip-flop R-S yang mempunyai dua masukan, yang diberi label S dan R. Dua keluaran diberi label Q dan Q. Pada flipflop, keluaran selalu berlawanan, atau komplementer. Dengan kata lain, bila keluaran Q = 1, maka keluaran Q = 0, dan sebagainya. Huruf S dan R pada masukan flip-flop R-S seringkali disebut sebagai masukan set dan reset. Set S Q Normal MASUKAN KELUARAN Reset R Q Komplementer Gambar Simbol logika untuk suatu flip-flop R-S 13

14 Gambar Rangkaian flip-flop R-S gerbang NAND Tabel Tabel kebenaran untuk suatu flip-flop R-S Mode Masukan Keluaran Keterangan Operasi S R Q Q Pengaruh pada keluaran Q Larangan Laranga/jangan digunakan Set Untuk pengesetan Q menjadi 1 Reset Untuk mereset Q menjadi 0 Tetap 1 1 Q Q Tergantung pada keadaan sebelumnya Pengaktifkan pengesetan (pengesetan Q ke 1) pada Gambar 1.12, diperlukan suatu logis 0. Untuk mengaktifkan reset, atau menghapus (Q ke 0), juga diperlukan suatu logis Q. Oleh karena itu, untuk membuka atau untuk mengaktifkan diperlukan logis 0, maka flip-flop, simbol logika pada Gambar 1.13 biasanya lebih teliti. Perhatikan gelembung pembalik pada masukan R dan S. Gelembung pembalik ini menyatakan bahwa masukan set dan reset diaktifkan oleh suatu logis 0. b) Flip-Flop R-S yang Berdetak Simbol logika flip-flop R-S yang berdetak pada Gambar flip-flop tersebut kelihatannya seperti flip-flop RS, kecuali bahwa flip-flop R-S yang berdetak mempunyai satu masukan ekstra yang diberi label CLK (untuk detak). Operasi flip-flop R-S yang berdetak, masukan CLK ada pada sebelah atas diagram. Perhatikanlah bahwa pulsa detak (1) tidak mempunyai pengaruh terhadap keluaran Q bila masukan S dan R berada dalam posisi 0. Flip-flop tersebut berada pada mode menganggur atau tetap selama pulsa detak 1. Pada posisi S preset, masukan S (set) dipindahkan ke 1, tetapi keluaran Q belum diset ke 1. Sisi yang naik dan pulsa detak 2 memungkinkan Q menjadi I. 14

15 Pulsa 3 dan pulsa 4 tidak berpengaruh terhadap keluaran Q. Selama pulsa 3, flipflop berada dalam mode set, sedangkan selama pulsa 4, berada dalam mode tetap. Selanjutnya, masukan R dipreset ke 1. Pada sisi yang naik dan pulsa detak 5, keluaran Q direset (atau diklearkan) menjadi 0. Flip-flop berada dalam mode reset balk selama pulsa detak 5 maupun 6. Flip-flop berada di mode tetap selama pulsa detak 7; dengan demikian, keluaran normal (Q) masih tetap 0. Perhatikanlah bahwa keluaran flip-flop R-S Gambar Simbol logika untuk suatu flip-flop R-S yang berdetak Karakteristik lain dari flip-flop R-S yang berdetak ialah bahwa sekali diset atau direset akan tetap pada keadaan tersebut kecuali bila mengubah beberapa masukan. Ini merupakan karakteristik memori, yang sangat berharga dalam banyak rangkaian digital. Karakteristik ini akan jelas selama mode-tetap dan operasi. Diagram bentuk gelombang flip-flop ini ada dalam mode-tetap selama pulsa detak 1, 4, dan 7. Gambar memperlihatkan tabel kebenaran untuk flipflop R-S yang berdetak. Gambar Diagram bentuk gelombang untuk suatu flip-flop R-S yang berdetak 15

16 Tabel Kebenaran untuk flip-flop R-S yang berdetak Modus Operasi Masukan Keluaran CLK S R Q Q Efek pada output Tetap 0 0 Tanpa Perubahan Reset Diulang atau dihapus ke nol Diatur ke 1 Set Larangan Dilarang menggunakan Gambar Diagram Rangkaian flip-flop R-S Gambar memperlihatkan diagram rangkaian dan flip-flop R-S yang berdetak. Perhatikanlah bahwa dua gerbang NAND telah ditambahkan pada masukan flip-flop R-S untuk menambah sifat detakan. c) Pencacah Pencacah ini dibuat untuk mengilangkan penundaan pada pencacah riak. Bilamana bit pindahan merambat melalui deretan n-buah flip-flop, maka waktu tunda propagasi total yang dialaminya adalah ntp. Oleh sebab itu, pencacahpencacah riak merupakan piranti yang terlalu lambat untuk beberapa pemakaian 16

17 tertentu. Guna mengatasi masalah penundaan-riak (ripple-delay), dapat digunakan sebuah pencacah sinkron. Gambar Pencacah sinkron 3 BIT (Sumber: Mappease, 2017) Tabel Tabel Kebenaran Pencacan sinkron 3 BIT d) Pencacah-naik Biner Sinkron Jika pada pencacah sinkron pulsa yang akan dihitung datangnya tidak serentak, maka pada pencacah sikron ini pulsa yang ingin dihitung ini masuk ke dalam setiap flip-flop serentak (bersama-sama) sehinga perubah output setiap flipflop akan terjadi secara serentak. Oleh karena itu, proses penghitungan pada pencacah sikron ini akan lebih cepat jika dibandingkan dengan pencacah siknron. 17

18 Gambar Pencacah-naik Biner Sinkron (Sumber: Mappease, 2017) e) Pencacah-turun biner sinkron Sama dengan Pencacah naik Biner Sinkron tetapi bedanya rangkaian ini melakukan penghitungan dari atas ke bawah. Rangkaiannya dapat dilihat seperti pada gambar berikut: Gambar Synchronous Binary Up Counter (Sumber: Mappease, 2017) f) Pencacah Naik-Turun Biner Sinkron Perhitungan pada rangkaian ini, bisa dilakukan ke atas atau ke bawah dengan memanfaatkan tombol pengatur proses penghitungan. Rangkaian seperti gambar berikut: 18

19 Gambar Synchronous Binary Up Down Counter g) Perancangan pencacah Perancangan pencacah dapat dibagi menjadi 2, yaitu dengan menggunakan peta Karnaugh, dan dengan diagram waktu. Berikut ini akan dijelaskan langkahlangkahnya: Perancangan counter menggunakan Peta Karnaugh a) Dengan mengetahui urutan keluaran pencacah yang akan dirancang, di tentukan masukan flip-flop untuk setiap kondisi keluaran menggunakan tabel kebalikan. b) Cari fungsi boolean masing-masing masukan flip-flop dengan menggunakan peta Karnaugh. Usahakan untuk mendapatkan fungsi yang sesederhana mungkin, agar rangkaian pencacah menjadi sederhana. c) Buat rangkaian pencacah dengan fungsi masukan flip-flop yang telah ditentukan. Pada umumnya digunakan gerbang logika untuk membentuk fungsi tersebut. Perancangan pencacah menggunakan diagram waktu 1) Menggambarkan diagram waktu CLK, tentukan jenis pemicuan yang digunakan, dan keluaran flip-flop yang diinginkan. Untuk n kondisi keluaran, terdapat n jumlah pulsa CLK. 2) Dengan melihat keluaran flip-flop sebelum dan sesudah clock aktif (Qn dan Qn+1), tentukan fungsi masukan flip-flop dengan menggunakan tabel kebalikan. 3) Menggambarkan fungsi masukan tersebut pada diagram waktu yang sama. 4) Sederhanakan fungsi masukan yang telah diperoleh sebelumnya, dengan melihat kondisi logika dan kondisi keluaran flip-flop. Untuk flip-flop R-S dan J-K kondisi don t care (x) dapat dianggap sama dengan 0 atau 1. 19

20 5) Tentukan (minimal satu) flip-flop yang dipicu oleh keluaran flip-flop lain. Hal ini dapat dilakukan dengan mengamati perubahan keluaran suatu flip-flop setiap perubahan keluaran flip-flop lain, sesuai dengan jenis pemicuannya. 6) Buat rangkaian pencacah dengan fungsi masukan flip-flop yang telah ditentukan. Umumnya digunakan gerbang logika untuk membentuk fungsi tersebut. C. Operasi logika Aritmetika (Half-Full Adder) Dalam sistem bilangan, telah dibahas mengenai cara menjumlahkan suatu bilangan. Penjumlahan bilangan pada umumya dimulai dengan menjumlahkan digit yang disebelah kanan yaitu digit yang mempunyai bobot paling kecil (LSD) dilanjutkan dengan menjumlahkan kolom berikutnya dengan memperhatikan apakah ada nilai pindahan (carry) yang harus dijumlahkan. Penjumlahan rangkaian logika seperti ini disebut "adder" (penjumlahan). Fungsi "adder" ini dapat dipergunakan untuk menjumlahkan, mengurangi, mengali dan membagi angkaangka biner dalam pelaksanaannya dapat dianggap sebagai cara penjumlahan. Berdasarkan penggunaanya "adder" dapat dibagi menjadi dua yaitu Half Adder dan Full Adder. 1. Half Adder Penjumlah separuh, Half Adder (HA), menjumlahkan dua buah nilai binary A dan B, dengan dua buah output, yakni sum dan carry. Untuk nilai carry merepresentasikan overflow dalam digit selanjutnya dari penjumlahan dengan banyak digit. Nilai dari sum adalah 2C + S (2 carry + 1 sum), nilai carry tidak disertakan dalam penjumlahan. Untuk rangkaian half adder secara sederhana tersusun atas kombinasi gerbang logika XOR dan AND. Dengan input A dan B melalui gerbang XOR menghasilkan output S. Sementara input A dan B yang melewati gerbang logika AND menghasilkan output C. Berikut ini adalah tabel kebenaran dan gambar rangkaian half adder. Gambar Half Adder 20

21 2. Full Adder Tabel Tabel Kebenaran Half Adder MASUKAN KELUARAN A B C S a. Pin A berfungsi untuk masukkan Input pertama. b. Pin B berfungsi untuk masukkan Input kedua. c. Pin S berfungsi untuk menampilkan output penjumlahan A + B d. Pin C berfungsi untuk output carry yaitu sisa penjumlahan. Rangkaian Full Adder, penjumlah penuh, menjumlahkan bilangan binary dengan menyertakan nilai carry dalam penjumlahannya. Sebuah Full Adder sederhana terdiri dari tiga buah input, yang biasa untuk memudahkan disebut input A, B, dan Cin. Dengan A dan B merupakan input operand yang ada, sedangkan Cin merupakan nilai bit carry dari langkah sebelumnya. Rangkaian ini menghasilkan dua buah output yakni sum dan carry, yang masing-masing direpresentasikan dengan S dan Cout. Dimana sum = 2 X Cout + S. Berikut ini adalah rangkaian dan tabel kebenaran dari Full Adder satu bit. Gambar Full Adder Tabel 1.18 Tabel Kebenaran Full Adder MASUKAN KELUARAN A B Cin Cout S

22 Rangkaian Full Adder adalah rangkaian Adder yang dapat menerima nilai carry in dari rangkaian sebelumnya dan meneruskan nilai carry out ke rangkaian selanjutnya. Rangkaian Full Adder dapat dibuat dengan menggabung 2 buah Half Adder. Perhatikan gambar berikut: Gambar Simbol Full Adder D. Rangkaian Multiplekser, Dekoder, Register 1. Rangkaian Multiplekser Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan selektor, dapat dipilih salah satu input-nya untuk dijadikan output. Sehingga dapat dikatakan bahwa multiplekser ini mempunyai n-input, m-selektor, dan 1-output. Biasanya jumlah inputnya adalah 2 selektornya. Adapun macam dari multiplekser ini adalah sebagai berikut: a. Multiplekser 4x1 atau 4 to 1 multiplekser b. Multiplekser 8x1 atau 8 to 1 multiplekser c. Multiplekser 16x1 atau 16 to 1 multiplekser Gambar berikut adalah simbol dari multiplekser 4x1 yang juga disebut sebagai data selektor karena bit output tergantung pada input data yang dipilih oleh selektor Input data biasanya diberi label D0 s/d Dn. Multiplekser ini hanya ada satu input yang ditransmisikan sebagai output tergantung dari kombinasi nilai selektornya. a. Misalkan selektornya adalah S1 dan S0, maka jika nilai : S1 S0 = 00 b. Maka output-nya (diberi label Y) adalah : Y = D0 c. Jika D0 bernilai 0 maka Y akan bernilai 0, jika D0 bernilai 1 maka Y bernilai 1. 22

23 Gambar Simbol Multiplekser Adapun rangkaian multiplekser 4x1 dengan menggunakan strobe atau enable yaitu suatu jalur bit yang bertugas mengaktifkan atau mengnonaktifkan multiplekser, dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar Rangkaian multiplexer 4x1 Tabel Kebenaran Multiplexer 4x1 2. Dekoder Pengertian dekoder adalah alat yang digunakan untuk dapat mengembalikan proses encoding sehingga dapat melihat atau menerima informasi aslinya. Pengertian dekoder juga dapat di artikan sebagai rangkaian logika yang di tugaskan untuk menerima input biner dan mengaktifkan salah satu output-nya sesuai dengan urutan biner tersebut. Kebalikan dari dekoder adalah enkoder. Fungsi dekoder adalah untuk memudahkan dalam menyalakan seven segmen. 23

24 Output dari dekoder maksimum adalah 2n. Jadi dapat dibentuk n-to-2n dekoder. Jika ingin merangkaian dekoder dapat di buat dengan 3-to-8 dekoder menggunakan 2-to-4 dekoder. Sehingga dapat membuat 4-to-16 dekoder dengan menggunakan dua buah 3-to-8 decoder. Gambar Rangkaian Dekoder (Sumber: Mappease, 2017) 3. Register Dalam elektronika digital seringkali diperlukan penyimpan data sementara sebelum data diolah lebih lanjut. Elemen penyimpan dasar adalah flip-flop, setiap flip-flop menyimpan sebuah bit data. Sehingga untuk menyimpan data n-bit, diperlukan n buah flip-flop yang disusun sedemikian rupa dalam bentuk register. Suatu memori register menyimpan data 1001B dapat ditunjukkan secara blok diagram seperti gambar di bawah in: Gambar Blok diagram register memori 4-bit Gambar Transfer data (a) mode seri, dan (b) mode paralel 24

25 Dalam metode seri, bit-bit dipindahkan secara berurutan satu per satu : b0, b1, b2, dan seterusnya. Dalam mode paralel, bit-bit dipindahkan secara serempak sesuai dengan cacah jalur paralel (empat jalur untuk empat bit) secara sinkron dengan sebuah pulsa CLK. Empat cara dimana register dapat digunakan untuk menyimpan dan memindahkan data dari satu bagian ke bagian sistem yang lain: Serial input paralel output (SIPO), Serial input serial output (SISO) Paralel input parallel output (PIPO), Paralel input serial output (PISO). Beberapa tipe flip-flop dapat digunakan untuk membuat suatu register. Jika D FF digunakan untuk membentuk register memori 4-bit. Gambar Rangkaian register memori 4-bit Gambar 1.38 ditunjukkan sebuah register memori 4 bit yang terdiri dari 4 buah D FF. Data input dimasukkan secara paralel pada terminal A, B, C, dan D. Rangkaian di atas disebut sebagai Paralel Input dan Paralel Output (PIPO). Misalkan QA dan QB diset awal ke 0. Bit pertama dimasukkan ke input flip-flop A, jika ada clock pertama, bit tersebut akan di transfer ke output QA. Bit pertama sekarang telah tersambung ke input B, dan bit ke dua dari data input terhubung ke input flip-flop A. Jika ada pulsa clock kedua, bit pertama berpindah ke output QB dan bit kedua berpindah ke output QA. Proses perpindahan data akan berlanjut sampai 4-bit. Data dapat dibaca secara paralel dari QA, QB, QC, dan QD secara simultan, dikenal sebagai Serial Input Serial Output (SISO). Gambar Shift Register 4-bit 25

26 E. Elektronika Dasar (Kelistrikan, komponen elektronika dan skema rangakaian elektronika) Rangkaian elektronika dapat diartikan sebagai gabungan 2 atau lebih komponen elektronika baik kompoonen pasif maupun aktif yang membentuk suatu sistem atau fungsi pemroses sinyal sederhana maupun komplek. Rangkaian elektronika dapat dibangun dengan atau tanpa sumber tegangangan atau sumber arus untuk pengoperasiannya. 1. Resistor Resistor atau hambatan adalah komponen Elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Satuan Nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm (Ω). Nilai Resistor biasanya diwakili dengan Kode angka ataupun Gelang Warna yang terdapat di badan Resistor. 2. Kapasitor (Capacitor) Gambar Gambar dan Simbol Resistor ( Kapasitor atau Kondensator adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik dalam sementara waktu. Fungsi-fungsi Kapasitor diantaranya adalah dapat memilih gelombang radio pada rangkaian Tuner. 26

27 Gambar Gambar dan Simbol Kapasitor 3. Induktor (Inductor) Induktor atau coil (Kumparan) adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi sebagai Pengatur Frekuensi, Filter dan juga sebagai alat kopel (Penyambung). Induktor banyak ditemukan pada peralatan atau rangkaian elektronika yang berkaitan dengan frekuensi seperti Tuner untuk pesawat Radio. Gambar Gambar dan Simbol Induktor 4. Dioda (Diode) Diode adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Diode terdiri dari 2 Elektroda yaitu Anoda dan Katoda. 27

28 Gambar Gambar dan Simbol Dioda 5. Transistor Transistor merupakan komponen aktif yang memiliki banyak fungsi dan merupakan Komponen yang memegang peranan yang sangat penting dalam dunia elektronik modern ini. Beberapa fungsi Transistor diantaranya adalah sebagai Penguat arus, sebagai Switch, Stabilitasi Tegangan, Modulasi Sinyal, Penyearah dan sebagainya. Gambar Gambar dan Simbol Transistor 6. IC (Integrated Circuit) IC adalah komponen aktif yang terdiri dari gabungan ratusan bahkan jutaan Transistor, Resistor dan komponen lainnya yang diintegrasi menjadi sebuah rangkaian elektronika dalam sebuah kemasan kecil. 28

29 Gambar Gambar dan Simbol IC F. Dasar dasar mikrokontroler 1. Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) membuat harganya menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu bahkan mainan yang lebih baik dan canggih. Gambar MIkrokontroler AVR seri ATMega 16 Perbedaan mikrokontroler dan mikroprosesor menyangkut pada materi ini, ada dua istilah yang mungkin sedikit membingungkan yaitu antara mikrokontroler dan mikrokontroler. Perbedaan yang utama antara keduanya dapat dilihat dari dua faktor utama, yaitu arsitektur perangkat keras (hardware architeture) dan aplikasi masing-masing. Berikut ini penjelasannya: ditinjau dari segi arsitekturnya mikroprosessor hanya merupakan single chip CPU, untuk mikrokontroler dalam 29

30 IC-nya selaian CPU juga terdapat device lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi sebagai suatu single chip komputer. 2. Pemrograman Mikrokontroler Agar bisa bekerja, sebuah mikrokontroler harus diprogram dahulu. Software downloader bisa merupakan aplikasi yang ada pada komputer atau sebuah program yang ditanamkan pada mikrokontroler lain. Hardware downloader bisa memanfaatkan port komputer dengan atau tanpa bantuan hardware lain atau bisa juga berupa mikrokontroler lain yang sudah diisi dengan software downloader. 3. Jenis-jenis Mikrokontroler Jenis-jenis mikrokontroler dikelompokkan berdasarkan pabrik, generasi, instruksi set, memori dan arsitekturnya. Contoh mikrokontroler yang umum dipakai saat ini adalah AVR dan MCS51 dari perusahaan ATMEL. Arsitektur mikrokontroler yang sedang mengalami perkembangan pesat adalah ARM, mikrokontroler dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : a. CISC, adalah singkatan dari Complex Instruction Set Computer yaitu mikrokontroler dengan instruksi set lengkap. Keluarga mikrokontroler MCS51 dari ATMEL termasuk jenis ini. b. RISC, adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computer yaitu mikrokontroler yang memiliki instruksi set terbatas. Keluarga mikrokontroler AVR dari ATMEL termasuk jenis ini. 4. Fungsi Mikrokontroler Mikrokontroler sangat bermanfaat bagi kehidupan. Contoh nyata dari aplikasi mikrokontroler adalah sistem remote control pada pesawat televisi, audio dan AC (Air Conditioner). Selain itu mikrokontroler juga banyak digunakan pada dunia industri seperti pada mesin-mesin produksi dan instrumentasi. Mikrokontroler sudah bisa dipakai untuk membantu promosi dengan adanya running text display. Gambar 1.38 merupakan konfigurasi Pin ATMega

31 Gambar Bentuk fisik dan Konfigurasi Kaki ATMega 16 (Datasheet ATMega16) Tabel Fungsi Khusus Port B, C dan D Fungsi Khusus Port B Fungsi Khusus Port C Fungsi Khusus Port D (Datasheet ATMega 16) 31

32 Gambar Diagram Blok ATMega 16 (Datasheet ATmega16) RANGKUMAN Sistem bilangan merupakan pengetahuan dasar yang sangat urgen untuk dipelajari dalam memahami sistem komputer. Dalam sistem bilangan terdapat pembagian bilangan yang akan dikonversikan menjadi bilangan yang lain, yaitu desimal, oktal, dan heksadesimal. Relasi logika dasar mendeskripsikan berbagai gerbang logika dalam sisitem komputer yang berkaitan dengan gerbang AND, NOT, OR, NAND, NOR, EX-OR dan EX-NOR. Pengembangan selanjutnya rangkaian Half Adder dan Full adder menrupakan penjumlahan setengah dan penuh. Rangkaian multiplexer, decoder dan register dalam penerapan logikanya membutuhkan rangkaian ini. Beberapa rangkaian elektronika sebagai komponen penting dalam sistem ini, yang fungsinya digunakan sebagai komponen pendukung dalam sisitem mikrokontroler dan mikroprosesor. 32