RANGKAIAN SEKUENSIAL Rangkaian digital jenis sekuensial sangat berbeda dengan jenis kombinatorial. Rangkaian kombinatorial terdiri dari kombinasi gerbang-gerbang dan mempunyai sifat khas yaitu bahwa output ditentukan hanya dari kondisi input pada saat itu saja. Pada rangkaian sekuensial mempunyai sifat memori atau kemampuan untuk mengingat. Sehingga output rangkaian sekuensial ditentukan oleh dua hal yaitu keadaan input padaa saat itu dan keadaan output sebelumnya. Sifat outpu yang juga ditentukan oleh keadaan output sebelumnya ini yang dikatakan mempunyai sifat memori. II.. MULTIVIBRATOR Pada sistem digital, selain rangkaian kombinasi i terdapatt rangkaian multivibrator. Ada 3 jenis multivibratorr yaitu:. Astable Multivibrator (ASMV)/Free Running Multivibrator 2. Monostable Multivibrator (MSMV) 3. Bistable Multivibrator (BSMV)/Flip-Flop Astable multivibratorr adalah rangkaian yang mempunyai output tidak yaitu outputnya selalu berubah terus dari ke ke ke begitu seterusya. Rangkaian ini sering dipakai sebagai pembangkit pulsa (pulse/clock generator) ). ASMV bisa dibuat dari NOT yang ditambahi R dan C. Tegangan input NOT adalah tegangan di C. Misal pada saat awal, muatan C kosong sehingga tegangan C nol jadi output NOT pada logika. Lewat R akan terjadi arus dari output NOT ke C terus ke ground sehingga C akan diisi muatan sehingga tegangan C perlahan naik (grafik atas). Sampai padaa level ertentu tegangan C membuat input NOT menjadi logika dan outputnya menjadi logika. Sekarang tegangan C tinggi dan output NOT rendah. Kondisi ini akan menimbulkann arus dari C lewat R ke output NOT. Arus ini akan membuan g muatan C sehingga tegangan C turun. Demikian selanjutnyaa siklus berulang lagi. Maka di output NOT akan terjadi kondisi logika yang tak atau keluar pulsa. Dalam praktek rangkaian ini jarang dipakai karenaa frekuensi pulsa dan lebar pulsa sulit ditentukan. Rangkaian yang lebih baik yaitu dengan IC khususs 8 pin tipe LM555. Nilai RA, RB dan C akan menentukan frekuansi dan lebar pulsa yang terjadi di pin 3 (Output pulsa). T T High Low =,695( R =,695R C B A + R B ) C T f = T High =,695( R = = T + T ( R Low A A + 2R,44 + 2R B B )C ) C
Monostable multivibrator adalah rangkaian dengan satu keadaan logika sedang logika lawannya tidak. Jadi rangkaian inii akan mengeluarkan satu pulsa setiap kali dipicu. Dikenal sebagai rangkaian satu tembakan (one shot). Guna one shot untuk memberi pulsa reset sistem digital sehingga akan mulai dari awal lagi, memberi pulsa untuk memasukkan/mengeluarkan data, menggeser data pada rangkaian register dll. Ketika pada input (pin 2) diberi logika yang berubah dari ke, makaa output akan selama T High kemudian kembali ke dan tetap nol terus. Jadi rangkaian ini tidak pada output logika dan padaa logika. Lamanya output adalah T High =,R C Kondisii output akan terus, bahkan ketika input pin 2 berubah logika dari ke. Jadi output yang tak hanya terjadi ketika kita mengubah input dari logika ke. Atau dikatakan one shot terjadi jika input ditrigerr pada sisi negatif/logikaa mengarah logika rendah (disebut negative edge). A Bistable multivibrator adalah rangkaiann yang outputnya, baik pada logika maupun logika. Karena keadaan yang ini maka rangkaian dapat mengingat/menyimpann (memorized) logika. Sehingga output rangkaian tidak hanya dipengaruhi keadaan input tapi juga keadaan output sebelumnya. Dari kondisi ini, jenis BSMV kemudian dipakai untuk membuat rangkaian beruntun (sequential) yaitu output rangkaian ditentukan oleh kejadian dari rangkaian sebelumnya yang menjadi input dan keadaan output sebelumnya. Rangkaian BSMV dasar ada: SRFF (Set-Reset Flip-Flop), JK-FF, D-FF, T-FF, Latch SRFF mempunyai 2 input S dan R serta dua outpu Q dan Q. Output SRFF mempunyai logika yang berkebalikan terus. S R + + Penelusuran tabel keadaan SRFFF adalah sbb: n+ S = R = S = R = S = R = S = R = n n+ + Ket Q = Q = x Q = Q = Q = Q = Q = Q = n n+ + Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Ket x Penjelasan Jika S = dan R =, output akan menjadi dan Jika S = dan R =, output akan menjadi dan Jika S = dan R =, output akan menjadi dan Jika S = dan R =, output seperti keadaan sebelumnya 2
Kegunaan lain SRFF adalah sebagai penyimpan data digital yang dikenal sebagai latch. Karena SRFF ketika S = R = menghasilkan output yang dilarang maka diberi tambahan gerbang untuk mencegah hal itu. D adalah data logika masukan dan E (enable) yang membolehkan data masuk atau masih tetap menyimpan data lama. SRFF bisa terbuat juga dari dua gerbang NOR seperti gambar berikut Pada SRFF jika S = R = outputnya semua, kondisi ini tidak diijinkan karena seharusnya kedua outpu saling komplement. Kegunaan SRFF salah satunya sebagai pemberi data input logika manual pada sistem digital. Untuk memberi input sering dipakai saklar (switch) mekanik. Jika hanya memakai switch saja, ketika ditekan maka bagian mekanik akan tersambung-putus tersambung-putus berkali-kali sebelum kemudian. Efek ini dikenal dengann namaa bouncing (bergetar). Akibat yang terjadi akan ada pulsa berulang-ulang sebelum. Tentu ini tidak diinginkan karena kita hanya ingin memasukk kan data logika atau sekali saja. Dengann rangkaian ini efek bouncing dihilangkan. E Catatan D X X = ata au + S R + + JKFF adalah penyempurnaan SRFF. CLK adalah input clock dan CD input clear (memaksa outpu Q = ). CD CLK J K + Q X X X n+ Q Q 3
Catatan X = atau Terlihat ada dua input CLK dan CD dengan tanda NOT berarti kedua input tersebut aktif pada logika. Terlihat bahwa jika CD =, (di-clear) maka tidak peduli input yang lain output Q buat. Jika J = dan K = sedang CD =, setelah ada pulsa clock outputt akan tidak berubah. Jika J = dan K = sedang CD =, setelah ada pulsa clock output Q =. Jika J = dan K = sedang CD =, setelah adaa pulsa clock output Q =. Jika J = dan K = sedang CD =, setelah ada pulsa clock output akan komplemen dari outputt sebelum clock. TFFF (Togglee flip-flop) ) adalah JKFF dengan input J dan K digabung menjadi input T, sehingga jika T = dan CD = setelah ada clock output Q tidak berubah. Jika T = dengan CD dan setelah clock output Q berubah menjadi komplemennya. Hal ini kemudian sering dimanfaatkan sebagai pembagi 2 frekuensi (frequency devider) clock atau sebagai pencacah (counter). DFFF (Data Flip-flop) Ck T + + DFFF (Data flip-flop) adalah JKFF dengann K adalah NOT dari J, sehingga jika J = maka K = dan sebaliknya jika J = maka K =. DFF sering digunakan sebagai memori atau register karena sifatnya yang bisa menyimpan input. Ck D + + Counter (Pencacah) digunakann untuk menghitung banyaknya pulsa/clock. Counter dibuat dari deretan JKFFF (atau TFF) sebanyak bit yang diinginkan, misalnya 4 bit, 6 bit, 8 bit, 6 bit dst. Counter dapat menghitung dari sampai dengan 2 pangkat banyaknya bit. 4
IC 74LS93 misalnya adalah counter 4 bit (ada 4 JKFF di dalamnya) sehingga bisa menghitung dari ( biner) sampai 5 ( biner) setelah itu hitungann kembali ke biner. IC sebenarnya terdiri dari JKFF terpisah (input clock pada CP dan outputnya Q ) dan 3 JKFF yang sudah dihubungkan n secara internal (input clock pada CP dan outputnya Q, Q 2, Q 3 ). Semua input JK telah dihubungkan ke logika secara internal. JKFF yang terpisah adalah pencacah bit yang mencacah dari,,, dst atau membagi 2 frekuensi clock. 3 JKFF berikutnya adalah counter 3 bit yang mencacah dari ( biner) hingga 7 ( biner). Untuk membentuk counter 4 bit maka harus menghubungkan outputt JKFF pertama (Q ) ke input ( CP ) JKFF berikutnya atau dengan menghubu ungkan pin (kaki IC) 2 ke pin. Dan untuk membentuk counter lebih banyak lagi (8 bit, 2 bit, 6 bit dst) bisa dilakukan dengan menambahkan IC74LS93 secara berderet sebanyak yang diperlukan. Misalnya untuk membuat counter 8 bit (mencacah dari sampai 255) perlu dua IC dimana outpu Q 3 IC pertama dihubungkan ke input CP dari IC kedua. Gbr.I. Counter biner 8 bit yang mencacah dari,, 255 Penggunaan counter sering inginn dibatasii pada nilai tertentu kemudian kembali lagi dari. Misalnya ingin memasukkan barang dalam karton dengan jumlah tiap karton dosen (2 buah). Dalam hal ini counter harus mencacah dari,, 2 sampai kemudian kembali dari lagi. Ini dikenal dengan counter modulo 2. Contoh lain ingin membuat counter modulo yang sering disebut decade counter. Untuk membuat counter modulo 2 dilakukan sebagai berikut; pencacah harus mencacah dari,, 2 Ketika hasil cacahan (output) adalah 2 maka counter harus direset agar kembali menjadi, kemudian cacahan diulang lagi dari. Dari IC74LS93 bagian "mode selection" di atas terlihat bahwa jika input MR (Master Reset ) dan MR2 dibuat maka output counter akan reset (keluar ). Idenya berarti ketika hasil cacahan adalah 2 maka counter direset. Hasil cacahan 2 kalau dilihat pada "truth table" di atas adalah Q Q Q 2 Q 3 =. Berarti output Q 2 dan Q 3 yang sama dengan dimanfaatkan untuk mereset counter atau pin 8 dan pin dihubungkan ke MR (pin 2) dan MR2 (pin 3). Demikian pula untuk membuat counter modulo. Berarti Q dan Q 3 yang disambungkan ke MR dan MR2. Rangkaian counter modulo 2 bisa dilihat digambar I. di bawah. Dalam penggunaan counter sering diinginkan untuk mencacah naik (Up counter) atau mencacah turun (Down counter). Up counter sering dipakai untuk menghitungg barang, sedang down counter sering dipakai untuk menghitung sisa barang misalnya. Dalam praktek sering diinginkan untuk 5
memulai cacahan tidak dari tapi dari nilai tertentu kemudian dicacah turun atau naik. Dalam ini counter diberi nilai awal dulu kemudian pencacahan baru dimulai. Pemberian nilai awal dinamakan preset. hal ini Gbr.I. Counter modulo 2 yang mencacah dari sampai 74LS9 adalah contoh counter biner 4 bit dengan fasilitass up atau down counter dan 4 bit preset. Dengan IC ini bisa dibuat programmable counter, yaitu counter yang bisa diprogram baik up atau down sekaligus diprogram modulo-nya. Tidak hanya itu saja, IC juga bisa dideretkan untuk membuat programmable counter 8 bit, 2 bit, 6 bit dst. Input clock yang akan dicacah masuk ke CP. Output hasil cacahan didapat dari Q Q Q 2 Q 3. U/D untuk mengatur sebagai up atau down counter. Jika U/D = menjadi up counter sedang jika U/D = menjadi down counter. CE (counter enable) untuk mengaktifkan counter. Jika CE = maka counter up atau counter down diaktifkan dan jika CE = makaa counter mati. Ketika counter mati, walaupun clock terus dimasukkan ke CP, outpu tidak akan berubah (menyimpan nilai outpu sebelumnya). Nilai cacahan sebagai preset dimasukan lewat P P P 2 P 3 ketika input PL (preset load) dibuat. Tidak peduli counter sedang aktif atau mati, ketika PL = makaa output akan samaa dengan nilai preset. Lebih jelasnyaa lihat tabel di bawah. TC (terminall counter) adalah output untuk menandai bahwaa hasil cacahan telah dicapai (saat 6
mencacah naik) atau jika hasil cacahan telah sampai padaa nilai awal (saat mencacah turun). Saat mencacah naik TC akan ketika Q Q Q 2 Q 3 = atau saat mencacah turun ketika Q Q Q 2 Q 3 =. Atau secara matematis TC = (QQQ 2Q 3.U/D) + (Q Q Q 2 Q Q 3.U/D) RC (ripple counter) adalah output clock untuk dimasukkan ke CP di 74LS9 berikutnya jika akan dibuat counter lebih dari 4 bit. RC akan pada saat input clock =, CE = dan TC =. Register adalah memori bit yang sering digunakan untuk menyimpan sementara data hasil operasi logika atau aritmatika. Penggunaan lain register adalah untuk melakukan penggeseran bit, baik menggeser ke kiri maupun ke kanan. Menggeser ke kiri bit berarti mengalikan 2 bilangan itu, menggeser 2 bit ke kiri berarti mengalikan 4 bilangan dst. Sebaliknya mengeser ke kanan bit berarti membagi 2 bilangan, menggeser 2 bit berarti membagi 4 bilangan dst. Contohnya: = 5 = Register juga sering dipakai untuk mengubah data paralel ke serial atau dari serial ke paralel. Ini sangat berguna untuk transmisi data jarak jauh. Mengirimkan data jarak jauh paling baik menggunakann cara serial karenaa akan menghemat kabel dan memungkinkan jarak yang sangat jauh. Register dipakai untuk mengubah dari paralel ke serial pada bagian pengirim data dan ditempat yang jauh data yang diterima secara serial dikembalikan lagi menjadi paralel oleh register serial ke paralel. Ada 4 jenis register: PIPO (Paralel In Paralel Out), PISO (Parelel In Serial Out), SIPO (Serial In Paralel Out), SISO (Serial In Serial Out). Nama-nama itu menunjuk bagaimana a register itu bekerja. Gbr.I.3 Register 7
74LS373 adalah contoh paralel in dan paralel out. Data paralell masuk sebagai D 7..D akan tersimpan dalam register ketika LE =. Data ini akan tersimpan terus dan akan keluar sebagai Q 7..Q ketika OE =. 74LS66 adalah register paralel in dan serial out. Data paralel masuk sebagai P 7..P dan akan disimpan ketika PL =. Pada saat itu pula P 7 akan keluar di Q 7. Jika kemudian PL = dan ada pulsa clock masuk ke CLK dan CLK2, data yang tersimpan akan tergeser dan satu demi satu akan keluar di Q 7. IC ini juga bisa sebagai register serial in dan serial out. Data serial masuk lewat SER dan masuk satu demi satu sesuai pulsa clock ketika PL = yang juga akan keluar satu demi satu lewat Q 7. 74LS64 adalah register serial in paralel out. Data serial masuk ke input A dan B. Setelah satu persatu data masuk sesuai pulsa CLK saat pulsa ke 8 kemudaian akan keluar secaraa serentak di Q 7..Q. Multiplexer dan demultiplexer adalah contoh rangkaiann kombinatorial. Multiplexer digunakan untuk memilih salah satu dari banyak saluran input ke satu output. Multiplex xer sering juga disebut dataa selector karena bekerja untuk memilih data yang akan keluar diambil dari saluran yang mana. Demultiplexer dipakai untuk memilih satu IC yang akan aktif/kerja dari banyak IC yang ada. Misalnya dari processor data bisa dikirim ke banyak IC RAM, IC-ICC penerima data pada harddisk, diskdrive, monitor, soundcard dll. Jika semua IC penerima data itu aktif maka processor akan terbebani karena ada banyak sekali IC yang tersambung ke processor. Untuk itu IC data yang akan dituju saja yang diaktifkan sedang IC lainnya dibuat pasif. Sinyal pemilih sering disebut chip select (CS). Untuk memilih IC mana yang aktif digunakan demultiplexer. 745 adalah multiplexer 8 saluran input ke output. Saluran input adalah I 7..I sedang saluran outpu adalah Z. Pemilih saluran adalah S 2 S S. E S 2 X S S Z X X I I I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 7438 adalah demultiplexer 3 to 8. 8
G G2 A2 A X X X X X X G2 = pin 4 + pin 6 A Q7 Q6 X X Q5 Q4 Q3 Q2 Q Q Encoder dan Decoder. Encoder artinya pengubah menjadi kode biner. Encoder sering digunakan untuk mengkodekan tombol, contohnya pada keyboard: ketika kita menekan satu tombol maka oleh encoder akan diubah menjadi suatu kode biner tertentu. Pada keyboard kode-kodee itu diubah menurut standard ASCII (American Standard Code for Information Interchange) atau standard lainnya. Berikut adalah contoh encoder untuk papan angka (keypad) Gbr.I.5 Rangkaian encoder papan kunci angka, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Rangkaian keypad untuk angka sampai 9 dengann 7447 di atas akan mengubah kode switch yang ditekan ke kode biner. Tekan Q 3 S S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 3 Q 2 Q Q 9
Decoder digunakan untuk mengkonversi data biner yang terkode menjadi data atau tampilan yang mudah dikenali manusia. Kegunaan lain untuk memilih IC yang aktif/kerja seperti pada demultiplexer. 74LS47 adalah contoh decoder 4 bit ke display 7 segment common katode. Input 4 bit ke decoder adalah DCBA sedang output ke 7 segment common katode masing-masing dihubungkan ke segment a, b, c, d, e, f, g. Tampilan yang akan tampak ketika diberi input dari hingga adalah seperti gambar berikut: Gbr.I.6 Decoder 4 bit biner ke 7 segment common katode Fungsi-fungsi lain dalam rumpun IC digital adalah: Comparator, Parity check, Buffer (Driver), Adder, ALU (Aritmaticc Logic Unit) 74LS85 adalah contoh comparator 4 bit di A 3 A 2 A A yang akan dibandingkan dengan dataa 4 bit di B 3 B 2 B B. Hasil perbandingan adalah salah satu dari A > B atau A = B atau A < B. Untuk membuat comparator 8 bit, 2 bit, 6 bit dst, digunakan cara menderetkan IC sebanyak yang diperlukan. 74LS83 adalah adder 4 bit yang akan menjumlahkan 4 bit data di A dan B. Hasil operasi penjumlahan keluar Σ dan C4. Output C4 disebut carry yang akan bernilai jika hasil penjumlah han A dan B lebih dari 5 (). Untuk membuat adder lebih dari 4 bit dapat dengan cara menderetk kan IC sebanyak yang diperlukan.