Percobaan 9 MULTIPLEKSER Oleh : Sumarna, Jurdik Fisika, FMIPA, UNY E-mail : sumarna@uny.ac.id Tujuan :. Mempelajari fungsi multiplekser, 2. Mempelajari cara kerja suatu multiplekser, 3. Membuktikan tabel kebenaran suatu multiplekser, 4. Menyusun suatu multiplekser. Alat-alat : Catu daya dc +5 volt, breadboard, IC-7450, IC-745, IC-7453, IC-7457, resistor, LED, multimeter, dan kabel penghubung. Dasar Teori : Multiplekser Kebalikan fungsi dari demultiplekser adalah multiplekser. Multiplekser merupakan suatu piranti untuk memilih salah satu masukan dari beberapa masukan yang tersedia untuk disalurkan ke satu keluaran. Multiplekser identik dengan saklar putar (rotary) satu kutub banyak posisi. Multiplekser juga disebut sebagai pemilih data (data selector). Ide dasar multiplekser ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Data Masukan (paralel) L L H H L A Multiplekser Kendali (alamat) LHHLLL Data keluaran (serial) Gambar : Multiplekser identik dengan saklar putar 22
Salah satu masukan dipilih memalui kendali (alamat) dengan cara memutar saklar pada sudut tertentu. Data pada masukan yang dipilih akan muncul pada keluarannya. Multiplekser seperti pada gambar di atas merupakan multiplekser analog yang terdiri dari saklar 6 posisi. Sedangkan multiplekser yang akan kita bahas adalah multiplekser digital yang dapat disusun dari gerbang-gerbang logika. Agar dapat memilih salah satu masukan di antara beberapa masukan yang tersedia diperlukan jalur pengendali. Banyaknya jalur pengendali ditentukan oleh banyaknya jalur masukan. Misalkan ada 4 jalur masukan yang masing-masing X 0, X, X 2, dan X 3 maka diperlukan 2 jalur pengendali yaitu S 0, dan S. Karena nilai logika 2 jalur pengendali itu dapat menghasilkan 4 kombinasi keadaan yang berbeda yaitu 00, 0, 0, dan. Model aturan yang biasa digunakan untuk pemilihan jalur masukan yang dipilih seperti terlihat pada tabel berikut. Nilai pada dua jalur pengendali Jalur masukan yang dipilih (disalurkan ke keluaran) 00 X 0 0 X 0 X 2 X 3 Diagram blok dari multiplekser 4 masukan keluaran (dan tentunya dengan 2 jalur pengendali) terlihat pada Gambar berikut. 4 jalur masukan X 0 X X 2 X 3 Y ( jalur keluaran) S 0 S Gambar : Diagram blok multiplekser 4 masukan Dengan cara yang sama, untuk multiplekser 8 masukan diperlukan 3 jalur pengendali, dan seterusnya. Dengan demikian secara umum dapat dikatakan 23
bahwa n jalur pengendali dapat memilih satu masukan secara tegas di antara 2 n masukan. Tentu saja 2 n tersebut merupakan jumlah maksimum yang dapat dipilih. Sebagaimana demultiplekser, pada umumnya multiplekser juga dilengkapi dengan jalur strobe atau enable. Jalur ini merupakan jalur perintah yang memungkinkan multiplekser bekerja atau tidak bekerja. Untuk membuat multiplekser digital, terlebih dahulu perlu mengingat kembali sifat-sifat dari gerbang logika dasar, terutama gerbang-gerbang NOT, AND, dan OR. Karena gerbang- gerbang tersebut yang akan kita gunakan untuk menyusun suatu multiplekser. NOT : Jika masukan rendah maka keluarannya tinggi, dan sebaliknya jika masukan tinggi maka keluarannya rendah. AND: Keluaran tinggi, bila dan hanya bila semua masukannya tinggi. OR : Keluaran rendah, bila dan hanya bila semua masukannya rendah. Atau keluaran tinggi jika satu atau lebih masukannya tinggi. Selanjutnya, marilah menyusun multiplekser digital 4 masukan ke keluaran yang dilengkapi dengan jalur enable dan pengendali (control). Karena setiap jalur masukan berkaitan dengan jalur data, jalur enable, dan tentunya 2 jalur pengendali, maka masing-masing jalur masukan merupakan gerbang AND 4 masukan. Agar diperoleh keluaran, maka perlu gerbang OR 4 masukan untuk menampung 4 keluaran dari setiap gerbang AND. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar di bawah ini. 24
Pengendali S S 0 Enable 0 X 0 X X 2 2 Y Keluaran X 3 3 Gambar : Rangkaian multiplekser digital 4 masukan Ke keluaran dengan gerbang NOT, AND, dan OR. Multiplekser pada gambar tersebut, bila enable = maka pemilihan masukan dilaksanakan, dan sebaliknya bila enable = 0 maka pemilihan masukan tidak dilaksanakan. Tentu saja dapat dibuat keadaan enable = 0 agar pemilihan masukan dilaksanakan dan enable = agar pemilihan masukan tidak dilaksanakan. Setelah memahami cara kerja multiplekser, kita dapat memanfaatkannya untuk berbagai keperluan sebatas kemampuan multiplekser tersebut. Multiplekser sering dimanfaatkan sebagai rangkaian pengubah data paralel ke serial (paralel to serial converter). Misalkan tersedia data 4 bit dalam bentuk paralel, lihat kembali gambar di atas. Data 4 bit tersebut dikenakan pada masukan multiplekser 4 masukan ke keluaran. Bit ke 0 dikenakan pada X 0, bit ke dikenakan pada X, bit ke 2 dikenakan pada X 2, dan bit ke 3 dikenakan pada X 3. Melalui jalur pengendali (2 jalur) maka data 4 bit tadi disalurkan ke keluarannya secara berurutan. Pada periode pertama, ketika jalur pengendali bernilai 00, maka X 0 disalurkan ke keluaran. Pada periode ke dua, jalur pengendali bernilai 0, maka X disalurkan ke keluaran. Demikian seterusnya sehingga pada keluarannya 25
terjadi gelombang sebagai data serial yang semula dimasukkan secara paralel. Untuk menyalurkan data paralel 4 bit ke keluaran secara utuh memerlukan selang waktu 4 periode. Secara umum data paralel N bit (X (n-), X (n-2),..., X 2, X, X 0 ) dapat dikeluarkan secara serial dari X 0, X, X 2,..., X (n-2), X (n-) diperlukan selang waktu N periode. Manfaat lain multiplekser adalah dapat digunakan untuk merealisasikan suatu rangkaian logika. Multiplekser dengan N jalur pengendali dapat digunakan untuk membentuk rangkaian logika dengan N variabel masukan. Sebagai contoh, dengan menggunakan multiplekser 3 bit (8 masukan) kita hendak membuat suatu rangkaian logika yang memiliki persamaan logika sebagai berikut : Y = f (A, B, C, D) = Sm (0,,3,5,7,8,,3,4). Terlebih dahulu kita pilih 3 di antara 4 variabel masukan (A,B,C,D) untuk kita hubungkan dengan 3 jalur pengendali (S 0, S, S 2 ) pada multiplekser, misalkan kita pilih D, C, dan B. Selanjutnya hubungkan D, C, B tersebut berturut-turut dengan S 2, S, S 0 seperti yang terlihat pada Gambar di bawah ini. Untuk menentukan nilai masukan X i (i = 0,,2,3,4,5,6,7) agar keluaran Y sesuai dengan fungsi logika yang diinginkan, buatlah peta Karnough dari Y, perhatikan gambar (b) berikut. Pada peta tersebut tampak ada 8 bagian (dibatasi oleh kotak) yang masing masing berkaitan dengan DCB (variabel yang kita pilih). 26
A A X 0 X X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 B A B A BA B A D C X 0 X D C X 2 X 3 DC X 8 X 7 DC X 4 X 5 S 2 S S 0 (a) D C B (b) Gambar : Multiplekser 3 bit untuk membuat fungsi logika Y = m (0,,3,5,7,8,,3,4) (a) Realisasi rangkaian, (b) Peta Karnough. Untuk nilai DCB = S 3 S 2 S = 000, oleh karena Y = X 0, maka bagian kotak yang berkaiatan dengan nilai tersebut diberi tanda X 0. Demikian juga untuk nilai DCB = S 3 S 2 S = 00, karena Y = X, maka kotak yang berkaiatan dengan harga tersebut diberi tanda X, dan seterusnya. Pada kotak X 0 oleh karena Y pada kedua kotak tersebut bernilai, maka masukan X 0 dihubungkan dengan nilai. Untuk kotak X, oleh karena Y = X = jika A =, dan Y = X = 0 jika A = 0, yang berarti X = A, maka masukan X dari multiplekser dihubungkan dengan A. Hasil yang sama akan diperoleh untuk kotak-kotak X 2, X 3, X 5, dan X 6. Sedangkan untuk kotak X 4 dan X 7, oleh karena Y bernilai berkaitan dengan A = 0, maka X 4 dan X 7 dihubungkan dengan komplemen A, yaitu A. Sekali lagi, yang dihubungkan dengan masukan pengendali tidak harus DCB, tetapi dapat memilih 3 di antara 4 variabel A, B, C, dan D. Sebenarnya, untuk rangkaian logika dengan N variabel masukan dapat digunakan multiplekser yang memiliki jumlah jalur pengendali kurang dari N, tetapi perlu tambahan gerbang pada bagian masukannya. Untuk keperluan pengendalian yang lebih besar kadang diperlukan multiplekser dengan jalur masukan yang besar juga. Multiplekser yang demikian 27
itu selanjutnya dikenal sebagai multiplekser orde tinggi. Multiplekser orde tinggi sangat sulit ditemukan di pasaran, atau bahkan tidak tersedia dalam satu kemasan. Tetapi kita dapat menyusun multiplekser orde tinggi dari multipleksermultiplekser orde yang lebih rendah. Sebagai contoh marilah kita merancang multiplekser 6 saluran masukan dan keluaran dari beberapa multiplekser 4 saluran masukan dan keluaran. Kita perlu 5 buah multiplekser orde yang lebih rendah tersebut. Perhatikan baik-baik Gambar berikut. X 0 X X 2 X 3 S S X 0 X X 2 X 3 S S Keluaran X 0 X X 2 X 3 S S S S X 0 X X 2 X 3 S S Gambar : Multiplekser 6 masukan keluaran yang tersusun dari multiplekser-multiplekser 4 masukan keluaran. 28
Rangkaian Terpadu (IC) Dekoder/demultiplekser dan multiplekser Selain untuk memenuhi keperluan khusus dan dalam keadaan terpaksa, untuk keperluan praktis kita tidak perlu membuat dekoder/demultiplekser dan multiplekser dari gerbang gerbang logika, karena di pasaran telah tersedia piranti tersebut dalam kemasan standar, yaitu dalam bentuk IC. Selanjutnya akan dikemukakan beberapa dekoder/demultiplekser dan multiplekser bentuk IC yang mudah diperoleh di toko-toko elektronika. Perhatikan Tabel berikut. No. Kode IC Deskripsi 7442 7443, 7444, 7445 Decoder BCD ke desimal atau dekoder ke 0 Dekoder ke 0 2 7446, 7447, 7448 Dekode/driver BCD ke 7-segment 7449 3 7437, 7438 Dekoder/demultiplekser ke 8 4 7439 Dekoder ke 4, di dalam IC tersedia 2 dekoder 5 7450 Multiplekser 6 masukan (6 saluran ke saluran) 6 745, 7452 Multiplekser 8 masukan (8 saluran) 7 7453 Multiplekser 4 masukan, di dalam IC ada 2 8 7454 Dekoder/demultiplekser ke 6 (4 saluran ke 6 saluran) 9 7455, 7456 Dekoder/demultiplekser ke 4, di dalam IC ada 2 0 7457, 7458 Multiplekser 2 masukan, di dalam IC ada 4 7425 Multiplekser 8 masukan 2 74253 Multiplekser 4 masukan, di dalam IC ada 4 3 74257, 74257 Multiplekser 2 masukan, di dalam IC ada 4 Tidak semua IC dekoder/demultiplekser dan multiplekser terdaftar pada tabel di atas. Masih banyak IC sejenis yang belum tercantum dalan tabel tersebut. Bahkan karena pesatnya perkembangan teknologi IC dimungkinkan lahir IC sejenis yang baru. Tetapi dengan menguasai prinsip-prinsip dasarnya, dan dengan usaha yang cukup, Anda dapat memahami IC lain yang sejenis. Oleh karena banyaknya jenis IC dekoder/demultiplekser dan multiplekser, sebagai gambaran 29
dipilih dua di antaranya. IC 7438 untuk mewakili dekoder/demultiplekser, dan IC 745 yang mewakili multiplekser. IC 7438 merupakan dekoder/demultiplekser dari ke 8 saluran. Karena kecepatannya yang tinggi IC tersebut sangat baik untuk keperluan pengkode alamat. Tiga masukan Enable-nya memungkinkan IC itu disusun menjadi dekoder ke 24 saluran. Bahkan 4 buah IC 7438 dapat membentuk dekoder ke 32 saluran dengan tambahan satu gerbang NOT. IC 7438 memiliki 6 kaki. Dua kaki untuk V dan GND, 3 kaki untuk saluran pengendali (A 2 A A 0 ), 3 kaki untuk masukan Enable (E 3 E 2 E ), dan 8 kaki sisanya untuk saluaran keluaran (O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O O 0 ). Diagram IC 7438 tampak pada Gambar berikut. E E 2 E 3 A 2 A A 0 +Vcc 3 2 E 6 7 9 0 2 3 4 5 8 O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O O 0 Gambar : Diagram dekoder/demultiplekser 7438. Dekoder/demultiplekser 7438 menerima tiga masukan biner berbobot (A 2 A A 0 ) untuk memilih (mengaktifkan) di antara 8 keluarannya (O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O O 0 ). Keluaran 7438 adalah aktif rendah (active low). Jika A 2 A A 0 = 000 = 0, maka yang aktif keluaran O 0. Jika A 2 A A 0 = 00 =, maka yang aktif keluaran O. Jika A 2 A A 0 = 00 = 2, maka yang aktif keluaran O 2, dan seterusnya. Untuk lebih jelasnya, perhatikan tabel kebenaran dari IC 7438 yang tertera pada Tabel di bawah ini. 30
Masukan Keluaran E E 2 E A 0 A A 2 O 0 O O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 O 7 X X X X X 0 X X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : tingkat tegangan tinggi 0 : tingkat tegangan rendah X : tidak peduli. Selanjutnya, sebagai contoh multiplekser dipilih IC 745 yang merupakan multiplekser digital 8 masukan dengan kecepatan tinggi. dengan IC 745 memungkinkan untuk memilih satu jalur data dari 8 sumber yang tersedia. IC 745 memiliki 6 kaki. Seperti pada umumnya IC, 2 kaki untuk V dan GND, 3 kaki untuk masukan pemilih (S 2 S S 0 ), kaki enable aktif rendah ( E ), 2 kaki untuk jalur keluaran yang saling komplemen ( Z, Z), dan 8 kaki sisanya untuk jalur masukan (I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I I 0 ). Pemilihan jalur data masukan yang disalurkan ke keluaran dilakukan melalui masukan pemilih (S 2 S S 0 ). Jika S 2 S S 0 = 000 = 0, maka masukan I 0 yang disalurkan. Jika S 2 S S 0 = 00 =, maka masukan I yang disalurkan. Jika S 2 S S 0 = 00 = 2, maka masukan I 2 yang disalurkan. Demikian seterusnya. Diagram IC 745 tampak pada Gambar berikut. Sedangkan tabel kebenarannya dapat diperhatikan pada Tabel di bawah ini. 3
I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I I 0 +Vcc S 0 S S 2 0 9 2 3 4 5 2 3 4 6 7 6 5 8 C Z Gambar : Diagram multiplekser 745. Masukan Keluaran E S 0 S S 2 Z Z x x X 0 0 0 0 0 I 0 I 0 0 0 0 I I 0 0 0 I 2 I 2 0 0 I 3 I 3 0 0 0 I 4 I 4 0 0 I 5 I 5 0 0 I 6 I 6 0 I 7 I 7 : tingkat tegangan tinggi 0 : tingkat tegangan rendah Demikianlah gambaran singkat tentang rangkaia terpadu (IC) dari dekoder/demultiplekser dan multiplekser. Informasi yang lebih lengkap tentang IC- IC tersebut sebaiknya dilihat pada buku data (data book) atau lembaran data (data sheet) tetang IC tadi. 32
Langkah-langkah Percobaan : A. IC-7450. Pasanglah IC-7450 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 2 dengan gnd dan hubungkan pin 24 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-7450 adalah sebagai berikut : 8 7 6 5 4 3 2 23 22 2 20 9 8 7 6 I 0 I I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 I 0 I I 2 I 3 I 4 I 5 9 3 4 5 E S 3 S 2 7450 S S 0 O 0 2. Saluran select pada pin-pin 5 (S 0 ), 4 (S ), 3 (S 2 ), dan (S 3 ). Pin 9 ( E ) sebagai enable atau strobe. Saluran sebagai masukan data adalah pinpin 8 (I 0 ), 7 (I ), 6 (I 2 ), 5 (I 3 ), 4 (I 4 ), 3 (I 5 ), 2 (I 6 ), (I 7 ), 23 (I 8 ), 22 (I 9 ), 2 (I 0 ), 20 (I ), 9 (I 2 ), 8 (I 3 ), 7 (I 4 ), dan 6 (I 5 ). Pin 0 (O) sebagai keluaran. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut : 33
Masukan E S 3 Select S 2 S S 0 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Keluaran O Pin masukan yang diteruskan B. IC-745. Pasanglah IC-745 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 6 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-745 adalah sebagai berikut : 4 3 2 5 4 3 2 I 0 I I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 7 9 0 E S 2 745 S S 0 O O 6 5 34
2. Saluran select pada pin-pin (S 0 ), 0 (S ), dan 9 (S 2 ). Pin 7 ( E ) sebagai enable atau strobe. Sebagai saluran masukan data adalah pin-pin 4 (I 0 ), 3 (I ), 2 (I 2 ), (I 3 ), 5 (I 4 ), 4 (I 5 ), 3 (I 6 ), dan 2 (I 7 ). Pin 5 (O) dan 6 ( O ) sebagai keluaran. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut : Masukan E S 2 Select S S 0 x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Keluaran O O Pin masukan yang diteruskan C. IC-7453. Pasanglah IC-7453 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 6 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-7453 adalah sebagai berikut : 6 5 4 3 0 2 3 5 2 4 E a I 0a I a I 2a I 3a I 0b I b I 2b I 3b E b 7453 S S 0 O a O b 7 9 35
2. Saluran select pada pin-pin 4 (S 0 ), dan 2 (S ). Pin ( E a ) dan pin 5 ( E b ) masing-masing sebagai enable atau strobe untuk multiplekser a dan multiplekser b. Sebagai saluran masukan data multiplekser a adalah pin-pin 6 (I 0a ), 5 (I a ), 4 (I 2a ), 3 (I 3a ), dan sebagai saluran masukan data multiplekser b adalah pin-pin 0 (I 0b ), (I b ), 2 (I 2b ), 3 (I 3b ). Pin 7 (O a ) sebagai keluaran multiplekser a dan pin 9 (O b ) sebagai keluaran multiplekser b. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan untuk masing-masing multiplekser dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut : Masukan Keluaran Select Enable Multiplekser a atau b S S 0 I 3 I 2 I I 0 O x x x x x x 0 0 0 x x x 0 0 0 0 x x x 0 0 x x 0 x 0 0 x x x 0 0 x 0 x x 0 0 x x x 0 0 x x x 0 x x x D. IC-7457. Pasanglah IC-7457 pada breadboard dengan benar. Hubungkan pin 8 dengan gnd dan hubungkan pin 6 dengan Vcc (catu daya dc +5 volt). Simbol logik dari IC-7457 adalah sebagai berikut : 2 3 5 6 4 3 0 I 0a I a I 0b I b I 0c I c I 0d I d 5 E 7457 S O a O b O c O d 4 7 2 9 36
2. Saluran select pada pin (S). Pin 5 ( E ) sebagai enable atau strobe untuk semua multiplekser. Sebagai saluran masukan data multiplekser a adalah pin-pin 2 (I 0a ), 3 (I a ), multiplekser b adalah pin-pin 5 (I 0b ), 6 (I b ), masukan data multiplekser c adalah pin-pin 4 (I 0c ), 3 (I c ), dan multiplekser d adalah pin-pin (I 0d ), 0 (I d ). Pin 4 (O a ) sebagai keluaran multiplekser a, pin 7 (O b ) sebagai keluaran multiplekser b, pin 2 (O c ) sebagai keluaran multiplekser c, dan pin 9 (O d ) sebagai keluaran multiplekser d. 3. Carilah data pada pin masukan mana yang diteruskan/disalurkan ke keluaran. Lakukan pengamatan untuk masing-masing multiplekser dengan keadaan logik sebagaimana tercantum pada tabel kebenaran berikut : Enable Select Masukan Keluaran Multiplekser a, b, c, atau d I I 0 O x x x 0 0 x 0 x 0 0 x 0 0 0 x Perhatian : Untuk setiap tabel kebenaran tersebut di atas, berdasarkan hasil percobaan dan pengamatan yang telah dilakukan kemudian buatlah kesimpulannya. 37