SISTEM DIGITAL

SISTEM DIGITAL

1.         GERBANG LOGIKA DASAR

Gerbang logika (logika gate) merupakan dasar pembentukan sistem digital. Gerbang logika beroperasi dengan bilangan biner, oleh karena itu gerbang tersebut di sebut gerbang logika biner.  Tegangan yang digunakan dalam gerbang logika adalah TINGGI (HIGH) atau RENDAH (LOW). Dalam pembahasan ini di pakai logika positif, tinggi berarti biner 1, rendah berarti biner 0.  Semua sistem digital pada dasarnya hanya merupakan kombinasi gerbang logika dasar yaitu gerbang AND, gerbang OR, dan gerbang NOT (inverter).

1.         Gerbang AND Suatu gerbang AND 

Suatu gerbang AND biasanya mempunyai dua atau lebih dari dua masukan dan satu keluaran. Keluaran dari suatu gerbang AND akan menempati keadaan 1, jika dan hanya jika semua masukan menempati keadaan 1, bila salah satu masukannya menempati keadaan 0 maka keluarannya akan menempati keadaan 0.Simbol gerbang AND diperlihatkan dalam gambar dibawah dan tabel kebenarannya

 

2.         Gerbang OR

Gerbang OR mempunyai dua atau lebih dari dua masukan dan satu keluaran. Cara operasinya mengikuti definisi sebagai berikut : keluaran dari suatu gerbang OR menunjukkan keadaan 1 jika satu atau lebih dari satu masukkannya berada pada keadaan 1, keluarannya akan menempati keadaan 0 hanya apabila semua masukannya berada pada keadaan 0. Simbol gerbang OR diperlihatkan dalam gambar dibawah dan tabel kebenarannya.

.

3.         Gerbang NOT (inverter)

Gerbang NOT hanya mempunyai satu masukan dan satu keluaran, dan melakukan operasi logika peniadaan (negation) sesuai dengan definisi berikut : keluaran dari gerbang NOT akan mengambil keadaan 1 jika dan hanya jika masukanya tidak mengambil keadaan 1. Simbol gerbang NOT diperlihatkan dalam gambar dibawah dan tabel kebenarannya.

4.         Rangkaian Logika

Kombinasional Rangkaian logika kombinasional terdiri dari kombinasi gerbang- gerbang logika dasar yang akan menghasilkan keluaran sebagai hasil tanggapan adanya dua atau lebih dari dua variable masukan. Keluarannya itu tergantung pada kombinasi gerbang yang digunakan dan masukannya saat itu juga, tanpa memandang masukan sebelumnya.  Perencanaan rangkaian logika kombinasi-onal berawal dari uraian garis besar yang dinyatakan dengan kata-kata untuk suatu masalah dan berakhir dengan suatu diagram logika atau suatu himpunan fungsi Boole yang dapat diimplementasukan menbjadi suatu rangkaian logika. Prosedur itu meliputi beberapa langkah  berikut :

1.         Pernyataan masalah yang direncanakan

2.         Penetapan banyaknya variable masukan yang tersedia dan variable keluaran yang diperlukan

3.         Pemberian lambang huruf untuk setiap variable masukan dan keluaran

4.         Penulisan tabel kebenaran yang mendefinisikan hubungan antara masukan dengan keluaran

5.         Penulisan persamaan keluaran yang paling sederhana

6.         Implementasi rangkaian

2.         DEKODER (DEMULTIPLEKSER)  DAN MULTIPLEKSER

1.         Dekoder BCD ke Desimal

Dekoder ialah suatu rangkaian logika kombinasional yang berfungsi untuk mengubah kode bahasa mesin (biner) menjadi kode bahasa yang dapat dimengerti manusia. Dekoder BCD ke Desimal mengubah kode biner menjadi bentuk decimal. Untuk merencanakan decoder BCD ke decimal terlebih dahulu perlu menentukan cara kerjanya. Keluaran yang diperlukan adalah dalam bentuk desimal, sehingga saluran keluaran yang diperlukan sebanyak 10 saluran. Setelah banyaknya saluran keluaran ditentukan, maka dapat diketahui saluran masukan yang diperlukan sebanyak 4 saluran. Setiap saluran masukan misalkan diberi lambang huruf A, B, C, dan D, sedangkan setiap saluran keluaran misalkan diberi lambing huruf Y0 sampai Y9.  Untuk keluaran aktif high, salah satu keluaran akan menempati keadaan 1 sesuai dengan kombinasi masukan yang diberikan, sedangkan saluran keluaran yang lainnya akan menempati keadaan 0. Hubungan masukan dan keluarannya pada gambar dibawah.

2.         Multiplekser

Multiplekser berfungsi sebagai data selector. Data masukan yang terdiri dari N sumber, di pilih salah satu dan diteruskan kepada suatu saluran tunggal. Masukan data dapat terdiri dari beberapa jalur dengan masing-masing jalur dapat terdiri dari satu atau lebih dari satu bit. Masukan selektor terdiri dari satu atau lebih dari satu bit, tergantung dari banyaknya jalur masukan. Keluaran hanya terdiri dari satu jalur satu atau lebih dari satu bit.

Perencanaan multiplekser di mulai dari penentuan banyaknya jalur masukan dan  banyaknya bit, dan diakhiri dengan implementasi rangkaian sesuai dengan prosedur perancangan rangkaian logika kombinasional. Misalnya perencanaan multiplekser satu bit 2 ke 1, dengan simbol seperti gambar dibawah ini.

 Masukan data terdiri dari dua jalur A dan B, serta satu keluaran Y. Dari banyaknya saluran dapat ditentukan banyaknya bit masukan selektor S yaitu satu bit. Hubungan masukan dan keluaran didefinisikan dengan tabel kebenaran seperti yang diperlihatkan dalam tabel 6.2. Jika kondisi selektor S = 0, maka keluaran Y = A, jika S = 1 maka Y = B. Dari tabel kebenaran.

3.         Demultiplekser

Demultiplekser berfungsi sebagai data distributor data. Demultiplekser menyalurkan sinyal biner (data serial) pada salah satu dari N saluran keluaran yang tersedia, dan pemilihan saluran khusus tersebut ditentukan melalui alamatnya. Masukan data dapat terdiri dari beberapa bit. Keluaran terdiri dari beberapa jalur, masing-masing jalur terdiri dari satu atau lebih dari satu bit. Masukan selector terdiri dari satu atau lebih dari satu bit tergantung pada banyaknya jalur keluaran.  Simbol demultiplekser 1 bit 1 ke 2, diperlihatkan dalam gambar 6.4. Masukan ditandai dengan huruf A. Keluaran terdiri dari dua jalur Y0 dan Y1. Karena keluarannya terdiri dari dua jalur, maka masukan selektor S hanya satu bit.

3.         PENCACAH

1.         Counter (Pencacah)

Pencacah adalah suatu rangkaian logika sekuensial yang dapat berfungsi untuk menghitung jumlah pulsa yang masuk dan akan dinyatakan dalam bentuk biner. Pada umumnya counter di bentuk dari beberapa buah flip-flop yang jumlahnya disesuaikan dengan kebutuhan. Menurut cara pemberian pulsa clock, pencacah dapat di bagi ke dalam:

1. Pencacah tak sinkron

2. Pencacah sinkron

Sedangkan menurut urutan hitungan yang terbentuk pada keluarannya, pencacah dapat di bagi ke dalam :

1. Pencacah naik

2. Pencacah turun

3. Pencacah naik-turun

2.         Pencacah Tak Sinkron

Pada pencach tak sinkron, pulsa clock hanya diberikan kepada masukan clock salah satu flip-flop, sedangkan untuk sinyal clock flip-flop yang lainnya di ambil dari keluaran flip-flop sebelumnaya. Sinyal clock dapat diambil dari keluaran Q atau Q tergantung dari jenis masukan clock yang digunakan dan urutan cacahan yang diinginkan. Clock transisi positif, bila dihubungkan dengan Q akan menghasilkan pencacah turun, sedangkan bila dihubungkan dengan  Q akan menghasilkan pencacah naik. Begitu pula untuk clock transisi negatif, bila dihubungkan dengan Q akan menghasilkan pencacah naik, sedangkan bila dihubungkan dengan  Q akan menghasilkan pencacah turun.

Di dalam sistem digital, ada kalanya diperlukan hitungan dengan basis N yang bukan merupakan pangkat bilangan 2. Pencacah seperti ini disebut     modulo N. Modulo adalah jumlah cacahan tertinggi yang dapat dilakukan oleh suatu pencacah. Untuk membuat pencacah jenis ini yaitu dengan cara menghubungkan keluaran pencacah biner tak sinkron yang berada pada keadaan 1 pada saat cacahan ke N, ke masukan clear tiap flip-flop, melalui gerbang AND untuk clear aktif high, atau dengan gerbang NAND untuk clear aktif low. Sebagai contoh untuk membuat pencacah modulo 6 dari gambar 8.2. Pada cacahan ke 6, keluaran yang berada pada keadaan 1 adalah QB dan QC. Flip-flop yang digunakan menggunakan jenis clear aktif low, maka QB dan QC dihubungkan ke clear tiap-tiap flip-flop dengan menggunakan gerbang NAND. Dengan demikianpada cacahan ke 6, pencacah akan reset sehingga semua keluaran pencacah kembali ke keadaan 0.

3.         Pencacah Sinkron

Pulsa clock pada pencacah sinkron diberikan secara serempak. Masukan clock tiap-tiap flip-flop dihubungkan bersama. Perencanaan pencacah sinkron berawal dari penentuan N cacahan tertinggi dan diakhiri dengan realisasi rangkaian. Prosedur itu meliputi beberapa langkah berikut:

1. Penentuan N cacahan tertinggi

2. Penentuan jumlah flip-flop yang digunakan dengan rumus 2n = N

3. Penentuan jenis flip-flop yang dipakai

4. Penulisan tabel keadaan pencacah dengan melihat tabel transisi flip-flop yang digunakan

5. Penulisan dan penyederhanaan persamaan masukan

6. Realisasi rangkaian

          

4.         PERAGA TUJUH SEGMEN

1.         Peraga Seven Segmen

Prinsip dasar antara led dengan peraga tujuh segmen adalah sama. Peraga tujuh segmen terdiri dari tujuh buah led yang disusun membentuk suatu karakter angka. Peraga tujuh segmen ini sering digunakan pada alat-alat ukur digital, dimana parameter yang terukur dapat langsung dibaca.

Ada dua jenis peraga tujuh segmen dilihat dari hubungan bersamanya (common) :
1.         Anoda bersama ( Common Anoda) Semua terminal anoda dari led yang membentuk tujuh segmen digabung menjadi satu, dan terminal-terminal katoda sebagai masukan. Terminal bersama selalu dihubungkan pada sumber tegangan positif dari catu daya, sehingga arus masuk melalui common dan keluar melalui terminal katoda.

2.         Katoda Bersama (Common Katoda) Semua terminal katoda dari led yang membentuk tujuh segmen digabung menjadi satu, dan terminal-terminal anoda sebagai masukan. Terminal bersama selalu dihubungkan pada ground dari catu daya.

2.         Tone Decoder

Tone decoder berfungsi untuk mengkonversikan sinyal audio dengan frekuensi tertentu sesuai dengan talaannya ke dalam bentuk sinyal digital. LM 567 merupakan salah satu IC tone decoder yang umum digunakan. Komponen ini mampu memberikan respon terhadap suatu frekuensi yang sesuai dengan talaan RC-nya dalam waktu kurang dari satu detik. Pada waktu terdapat sinyal masukan , bila frekuensinya sesuai, keluaran IC ini akan berada pada kondisi rendah. Sebaliknya bila frekuensinya tidak sesuai, keluaran IC ini akan berada pada kondisi tinggi.

Frekuensi talaan ditentukan oleh Rx dan Cx dengan rumus sebagai berikut:

Fo =1 / 1,1.Rx.Cx

Sedangkan bandwidthnya adalah  BW = 1070.Vi / Fo.C2

Fo dalam satuan Hz

Rx dalam satuan KOhm

Cx dalam satuan uF

Vi dalam satuan V(rms), Vi 200mV(rms)

3.         Infra Merah

Cahaya infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika di lihat dengan spektroskop cahaya, cahaya infra merah akan tampak pada spectrum elektromagnetik dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah akan tidak tampak oleh mata, namun radiasi panas yang ditimbulkan masih dapat terasa. Cahaya infra merah walaupun mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang, tetapi tetap tidak dapat menembus bahan-bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang nampak sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang tampak oleh mata.

Penggunaan cahaya infra merah sebagai media komunikasi sangat menguntungkan, karena sampai saat ini belum ada aturan yang membatasi penggunaan cahaya ini. Namun demikian modulasinya harus menggunakan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu, untuk memperjauh jarak transmisi. Untuk transmisi data yang menggunakan media udara sebagai perantara, biasanya menggunakan frekuensi carrier antara 30 KHz sampai dengan 40 KHz. Sinyal infra merah dapat dihasilkan dari LED khusus yaitu LED infra merah. Sedangkan sebagai sensornya dapat menggunakan photo dioda atau photo transistor. Sensor ini akan mengubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah menjadi sinyal listrik. Semakin besar intensitas cahaya merah yang diterima, maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan semakin baik. Dalam praktek, sinyal infra merah yang di terima intensitasnya sangat kecil, sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain, maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus di filter terlebih dahulu pada frekuensi sinyal carrier.

4.         Transistor Sebagai Saklar

1.         Kondisi Cut Off Transistor

Pada gambar memperlihatkan yang di rangkai common emitor dimana resisitansi beban RL di anggap terhubung seri. Tegangan total yang terdapat pada ujung-ujung rangkaian seri sama dengan tegangan catunya ( V_CC ) dan diberi notasi V_RL dan V_CE . Menurut hukum kirchoff :

V_CC = V_CE + V_{R L}

Arus kolektor IC mengalir melalui RL dan besar tegangan V_R adalah I_C . R_L sehingga : V_CC=V_CE + ( I_C.R_L )

Misalnya basis memperoleh bias reverse yang sedemikian besar sehingga memutuskan (cut off) arus kolektor, dan dalam keadaan ini arus kolektor sama dengan nol.

Dari persamaan diatas diperoleh :

Ic . R_L = 0   sehingga   V_CC = V_CE

Bila transistor di anggap sebagai saklar, maka pada keadaan ini saklar tersebut berada dalam keadaan terbuka.

2.         Kondisi Saturasi Transistor

Bila sekarang basis di beri bias forward sampai pada titik dimana seluruh tegangan V_CC muncul sebagai drop tegangan pada R_L, maka pada keadaan ini :

V_RL =  I_C . R_L = V_CC

V_CC = V_RL + V_CE

V_CE = V_CC - V_RL = 0 

Dengan demikian bila Ic diperbesar pada suatu titik dimana seluruh tegangan V_CC muncul pada R_L, maka tidak tersisa tegangan pada kolektor. Keadaan seperti ini dikatakan sebagai kondisi saturasi dari transistor tersebut. Dan jika transistor di anggap sebagai saklar, maka saklar tersebut dalam keadaan normal.

By : Nuramadati