=== PENCACAH dan REGISTER ===

=== PENCACAH dan REGISTER === Pencacah Pencacah adalah sebuah register yang mampu menghitung jumlah pulsa detak yang masuk melalui masukan detaknya, karena itu pencacah membutuhkan karakteristik memori dan pewaktu. Pencacah digital mempunyai karakteristik penting yaitu: ) Jumlah hitung maksimal (Modus Cacahan). 2) Menghitung ke atas atau ke bawah. 3) Operasi Asinkron atau Sinkron. 4) Bergerak bebas atau berhenti sendiri. Manfaat pencacah antara lain adalah sebagai : ) Pengukur frekuensi. 2) Pembagi frekuensi. 3) Penyimpan data. 4) Pengurutan alamat, dan lain-lain. a) Pencacah Gelombang Pencacah digital hanya akan menghitung dalam biner atau dalam kode biner. Tabel di bawah ini menunjukkan urutan hitungan dalam biner dari sampai ( sampai 5 dalam desimal). Suatu pencacah digital yang menghitung biner dari sampai, dapat disebut sebagai pencacah modulo-6. Modulus dari suatu pencacah adalah jumlah hitungan yang dilaluinya. Istilah modulo kadang-kadang disingkat dengan mod. Dengan demikian maka pencacah ini dapat disebut sebagai suatu pencacah mod-6. Cacahan Q 3 Q 2 Q Q 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 Tabel cacahan biner dari sampai Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta

Diagram logika pencacah mod-6 dan diagram pewaktunya ditunjukan pada Gambar di bawah ini. Gambar: (a) Pencacah Mod 6; (b) Diagram Pewaktu Pencacah Mod 6 Cara kerja rangkaian Flip-flop JK tersebut dipacu ujung negatif. Semula Clear (Clr) dibuat untuk mereset semua keluaran, sehingga keadaan awal keluaran Q 3 Q 2 Q Q = Kemudian Clear (Clr) dibuat untuk mengoperasikan semua flip-flop. Clk mentogel Q saat pulsa Clock dari ke. Q mentogel Q saat pulsa Q dari ke. Q mentogel Q 2 saat pulsa Q dari ke. Q 2 mentogel Q 3 saat pulsa Q 2 dari ke. Perhatikan pulsa 6, semula keluaran cacahan adalah : Q 3 Q 2 Q Q = Saat pulsa 6 mencapai tepi negatif, nilai cacahan kembali pada: Q 3 Q 2 Q Q = Pencacah ini tidak berhenti pada hitungan maksimumnya, melainkan melanjutkan penghitungan selama pulsa Clock dimasukan pada masukan clk pada FF. Jenis Pencacah seperti ini disebut Pencacah Gelombang yang mempunyai karakteristik sebagai berikut : Jumlah Cacahan maksimal 6 (mod-6). Menghitung ke atas (mulai s/d ). Operasi Asinkron, karena tidak semua Flip-flop mentogel tepat serempak dengan detak (clock). Bergerak bebas,karena cacahan tidak berhenti pada hitungan maksimumnya. Pencacah ini juga disebut sebagai pembagi frekuensi. Frekuensi Q = / 2 frekuensi Clock. Frekuensi Q = / 4 frekuensi Clock. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 2

.. Frekuensi Q 2 = / 8 frekuensi Clock. Frekuensi Q 3 = / 6 frekuensi Clock. Flip-Flop ke membagi 2 frekuensi Clock. Flip-Flop ke 2 membagi 4 frekuensi Clock. Flip-Flop ke 3 membagi 8 frekuensi Clock.. Flip-Flop ke n membagi 2 n frekuensi Clock b) Pencacah-Pencacah yang Lain. Pencacah Mod-6 Untuk membuat pencacahmod-6 diperlukan tabel berikut : No Q 2 Q Q Cacahan 4-an 2-an -an 2 3 4 5 6 7 Sikel - ulangan Penjelasan: Cacahan maksimal mod 6 adalah, berikutnya harus kembali ke cacahan awal. Akan tetapi cacahan setelah adalah. Ini berarti Q 2 Q Q =. Agar menjadi cacahan, maka Q 2 dan Q harus dijadikan dengan cara memberikan gerbang NAND dan outputnya diumpankan pada masukan Clear. Akibatnya nilai CLR =, ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q 2 Q Q =. Selanjutnya pencacah akan mencacah mulai awal lagi Gambar Pencacah Gelombang Mod 6 Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 3

Gambar Diagram Pewaktu Pencacah gelombang Mod 6 Pada gambar di atas tampak bahwa setelah pulsa clock ke-6, Q dan Q 2 berharga. Dengan adanya gerbang NAND, menyebabkan nilai pada Q dan Q 2 dalam waktu yang sangat singkat berubah menjadi. 2. Pencacah Mod- (Pencacah Dekade) Untuk merancang Mod-, diperlukan tabel berikut. Hitung Biner Hitung 8-an 4-an 2-an -an Desimal Q 3 Q 2 Q Q 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 Sikel - ulangan Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 4

Gambar Pencacah Decade (Mod ) Penjelasan : Cacahan maksimal mod- adalah, berikutnya harus kembali kecacahan awal. Akan tetapi cacahan setelah adalah, ini berarti Q 3 Q 2 Q Q =. Agar menjadi cacahan, maka Q 3 dan Q harus dijadikan dengan cara memberikan gerbang Nand dan outputnya diumpan kepada masukan clear. Akibatnya nilai Clr =, ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q 3 Q 2 Q Q =. Selanjutnya pencacah akan mulai melakukan pencacahan dari awal lagi. 3. Pencacah gelombang berhenti sendiri Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah cacahan gelombang yang bisa berhenti sendiri pada cacahan yang di inginkan. Cacahan berakhir pada kondisi cacahan yang terakhir (Tidak kembali ke ), meskipun pulsa-pulsa detak terus memasuki pencacah. Gambar Pencacah yang bisa berhenti sendiri Cara kerja: Count bekerja sebagai pengendali: Bila count =, maka J = K =, sehingga pencacah bekerja seperti biasanya. Bila count =, maka J = K =, sehingga semua flip-flop berada pada mode tetap, artinya pencacah tetap mempertahankan pada pencacah terakhirnya. Contoh: Misalnya inginkan pencacah berhenti sendiri dari s/d. Disini cacahan terakhir adalah Q 3 Q 2 Q Q =, nampak bahwa Q 3 = dan Q =, dua keluaran ini diberi gerbang Nand dan outputnya diumpan pada count. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 5

Untuk Q 3 = Q = nilai count =, sehingga pencacah akan berhenti sendiri pada cacahan ini. Gambar di baawah ini menunjukan rangkaian pencacah berhenti sendiri dimana cacahan dimulai dari s/d. Gambar Rangakaian pencacah berhenti sendiri yang mencacah dari s/d 4. Pencacah Paralel Kelemahan pencacah gelombang Asinkron ialah kelambatan waktu dalam pemacuan semua flip-flop. Bila bit pindahan merambat melalui deretan n-buah flipflop, maka waktu tunda propagasi total yang dialaminya adalah ntp. (tp = waktu tunda untuk propagasi untuk satu flip-flop). Untuk mengatasi hal ini dapat digunakan pencacah parallel(parallel Counter). Disebut pencacah parallel karena semua masukan clk dari setiapflip-flop digabungkan kemasukan detak (clock). Gambar Pencacah Paralel Mod 6 Gambar di atas adalah pencacahan parallel mod 6 dengan menggunakan flip-flop pemicuan tepi positif. Dalam rangkaian ini semua flip=flop secara parallel dikendalikan oleh pulsa-pulsa detak. FF mengalami togel jika clock = FF mengalami togel jika Q = Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 6

FF 2 mengalami togel jika Q = Q = FF 3 mengalami togel jika Q = Q = Q 2 = FF ke-n mengalami togel jika Q = Q = Q 2 =... = Q n- = 5. Pencacah Paralel yang bisa berhenti sendiri Gambar Pencacah Paralel Mod 6 yang berhenti sendiri Gambar di atas menyajikan cara menyusun sebuah pencacah parallel terkendali (bisa berhenti sendiri). Bila count =, semua flip-flop mempunyai nilai J = k =, sehingga semua flip-flop berada pada mode tetap. Bila count =, semua flip-flop mempunyai nilai J = k =, sehingga semua flip-flop berada pada mode togel dan pencacah berfungsi sebagai pencacah parallel. 6. Pencacah Turun Gambar Pencacah Gelombang ke bawah 3-bit Gambar Diagram Pewaktu Pencacah turun Mod-8 Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 7

Gambar di atas adalah rangkaian gelombang pencacah kebawah 3-bit. Berbeda dengan pencacah keatas, pencacah ini dimulai dari cacahan s/d. Perbedaan rangkaian pencacah keatas adalah pada masukan clk tiap-tiap flip-flop. Pada rangkaian ini. dimasukan ke clk dimasukan ke clk Contoh:. Sebuah pencacah gelombang mod-6 diberi sinyal detak dengan frekwensi 48 MHz pada masukan clk-nya. Bila bit-bit keluaran dinotasikan dengan Q 3 Q 2 Q Q. Berapa frekuensi yang terjadi pada Q, Q, Q 2 dan Q 3? Jawab: Frekuensi pada Q = / 2 x 48 Mhz = 24 Mhz Q = ¼ x 48 Mhz = 2 Mhz Q 2 = / 8 x 48 Mhz = 6 Mhz Q 3 = / 6 x 48 Mhz = 3 Mhz 2. Sinyal detak yang menggerakan pencacah 3-bit memiliki frekuensi 5 Mhz. a) Berapa lamakah setiap bit pewaktu akan bertahan pada tingkat logika tinggi? b) Berapakah waktu yang diperlukan (cacahan awal dimulai dari ) agar sampai pada cacahan? Jawab : a) b) Jumlah cacahan dari s/d = 5 cacahan t = 5.T = 5.,2 µs = µs ( 5 buah cacahan ditempuh dalam waktu µs ) 3. Bila diberikan pencacah presetabel 6-bit, beberapa bilangan yang harus dipreset untuk memperoleh rangkaian pembagi 25? Jawab : Bilangan yang dipreset = 2 6 25 = 39 4. Perhatikan gambar berikut : Berapakah frekuensi dan periode keluaran A, B, C dan D? Jawab : Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 8

Register Register adalah kumpulan dari elemen-elemen memori (flip-flop) yang bekerja bersama sebagai satu unit. Register yang paling sederhana hanya dipakai untuk penyampaian data biner. Jenis register lain mempunyai karakteristik menggeser data ke kanan atau ke kiri disamping mempunyai karakteristik memori. Register geser di susun dari flip-flop, yang bisa digunakan sebagai memori untuk mengubah data seri ke pararel atau data pararel ke seri. Jenis-jenis register geser diidentifikasi berdasarkan bagaimana cara data dimuat dan dibaca dari unit penyimpanan. Berdasarkan identitas ini, register dikelompokkan sebagai berikut: ) Serial Input, Serial Output (SISO). Lihat gambar --a 2) Serial Input, Pararel Output (SIPO). Lihat gambar --b 3) Pararel Input, Serial Output (PISO). Lihat gambar --c 4) Pararel Input, Pararel Output (PIPO). Lihat gambar --d. Register Geser Kiri Sifat register ini adalah memindahkan bit-bit yang tersimpan dengan cara menggeser ke kiri. Gambar (-2) menunjukkan register geser kiri 4 bit dengan clear aktif rendah. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 9

Gambar (-2) Register geser kiri 4 bit dengan clear aktif rendah. 2. Pengisian Seri (Serial Loading) Misalkan data X 3 X 2 X X = akan diisikan (disimpan) dalam register tersebut secara seri. Caranya adalah: ) Clr = ; ini akan mereset semua flip-flop sehingga Q 3 Q 2 Q Q = 2) Clr = ; (Register siap beroperasi) 3) Data dimasukkan secara seri dari D in Pulsa Clk ke-, Q 3 = ; Q 2 = ; Q = ; Q = X 3 [] Pulsa Clk ke-2, Q 3 = ; Q 2 = ; Q = X 3 [] ;[pq = X 2 [] Pulsa Clk ke-3, Q 3 = ; Q 2 = X 3 [] ; Q = X 2 [] ; Q = X [] Pulsa Clk ke-4, Q 3 = X 3 [] ; Q 2 = X 2 [] ; Q = X [] ; Q = X [] Pada pulsa clock ke-4, register sudah terisi penuh dengan data, sehingga isi register sekarang adalah: Q 3 Q 2 Q Q = Dari sini tampak bahwa untuk memasukkan data sebanyak 4-bit dibutuhkan 4-buah pulsa detak (clock). Maka untuk menampung data sebanyak n-bit dibutuhkan n-buah pulsa detak (clock), tentu saja pulsa detak harus berhenti bilamana seluruh data sudah dimasukkan dalam register. Pembacaaan data secara seri Q 3, merupakan keluaran data secara serial Beri pulsa clock (ingat data di geser ke kiri) Pulsa ke: Mengingat data dimasukkan secara seri dan dibaca secara seri maka register ini disebut sebagai register series in-series out atau disingkat menjadi SISO. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta

Pembacaan data secara pararel Pembacaaan data secara pararel dapat dilakukan secara lengsung (bersama-sama) melalui keluaran Q 3 Q 2 Q Q. Perhatikan gambar (-3): Gambar (-3) : Register geser kiri SIPO Mengingat data dimasukkan secara seri dan dibaca secara parallel maka register ini disebut sebagai register series in-parallel out atau disingkat menjadi SIPO. 3. Register Geser Parallel Input Pararell Output (PIPO) Perhatikan gambar (-6). Semua data dimasukkan secara bersama-sama lewat D D D 2 D 3 dengan datangnya pulsa clock data langsung dikirim ke output Q Q Q 2 Q 3. Pembacaan data dilakukan langsung pada Q Q Q 2 Q 3. Gambar (-6) : Register geser PIPO 4. Register geser parallel input serial output (PISO) Register 4 bit parallel input serial output (PISO) ditunjukkan pada gambar (-7). Rangkaian ini menggunakan D flip-flop dan gerbang NAND untuk memasukkan (menulis) data ke dalam register. D D D 2 D 3 adalah input parallel. Untuk memasukkan data, mode garis control (Write/Shift) dibuat LOW dan data saat ini terkunci. Data bias digeser bila mode gftaris control adalah HIGH karena SHIFT adalah aktif high. Register akan bekerja sebagai register geser kanan bila ada pulsa clock dating. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta

Gambar (-7) : Register geser PISO 5. Bidirectional Shift Registers Bidirectional Shift Registers adalah register geser yang bisa menggeser data ke kiri atau ke kanan. Bidirectional Shift Registers 4 bit menggunakan flip-flop D di tunjukkan pada gambar (-8). Gambar -8: Bidirectional Shift Registers 4 bit menggunakan flip-flop D Disini, sejumlah gerbang NAND disusun untuk memilih data input yang terpilih oaleh garis control LEFT / RIGHT. 6. Register Yang bisa dibebani secara parallel atau secara seri. Perhatikan gambar (-9). Register jenis ini bias di isi secara seri atau parallel. Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 2

B D Mata kuliah TEKNIK DIGITAL Gambar -9 : Register yang bisa dibebani secara parallel atau secara seri Cara kerja rangkaian ini ditunjukkan oleh tabel kebenaran berikut: Clr A Q Mode Reset * Larangan D in Operasi seri X Operasi paralel Pembebanan secara Paralel (misalkan data yang diisikan adalah X = ) ) Clear = ; A =, dengan adanya NAND maka semua Ps =, untuk mengosongkan (clear) keluaran Q, jadi Q = 2) Clear = ; A = (register siap beroperasi secara parallel) 3) Memasukkan data secara parallel melalui kaki X 3 X 2 X X = dengan adanya gerbang NAND, maka Q 3 = X 3 [] ; Q 2 = X 2 [] ; Q = X [] ; Q = X [], sehingga keluaran Q sekarang Q = Pembebanan secara Seri. Clear = ; A =, dengan adanya NAND maka semua Ps =, untuk mengosongkan (clear) keluaran Q, jadi Q = 2. Clear = ; A = dengan adanya gerbang Nand maka semua Ps = sehingga register siap dioperasikan secara seri. 3. Data dimasukkan secara seri dari D in Pulsa Clk ke-, Q 3 = X [] ; Q 2 = ; Q = ; Q = Pulsa Clk ke-2, Q 3 = X [] ; Q 2 = X [] ; Q = ; Q = Pulsa Clk ke-3, Q 3 = X 2 [] ; Q 2 = X []; Q = X []; Q = Pulsa Clk ke-4, Q 3 = X 3 [] ; Q 2 = X 2 [] ; Q = X [] ; Q = X [] Setelah pulsa ke -4 maka register terisi data Q = Jurusan Teknik Elektro (S) UAD Yogyakarta 3