11.40

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Example

5. Problem

6. Soal Pilihan Ganda

7. Rangkaian Proteus

8. Video

9. Download File

  

1. Tujuan[Kembali]

• Untuk menyelesaikan tugas mata kuliah sistem digital yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison,M.T. 
• Mampu mengaplikasikan register dan counter
• Mampu membuat rangkaian register dan counter

2. Alat dan Bahan[Kembali]

• Gerbang AND

            Gerbang AND adalah salah satu gerbang logika dasar dalam elektronika digital. Gerbang ini memiliki dua atau lebih masukan, tetapi hanya menghasilkan satu keluaran. Prinsip kerjanya sangat sederhana: keluaran akan bernilai "tinggi" (1) hanya jika semua masukannya bernilai "tinggi" (1). Jika ada salah satu atau lebih masukan bernilai "rendah" (0), maka keluarannya akan bernilai "rendah" (0).

• Gerbang OR

            Gerbang OR adalah gerbang logika dasar lainnya dalam elektronika digital yang juga memiliki dua atau lebih masukan, tetapi hanya satu keluaran. Berbeda dengan gerbang AND, prinsip kerja gerbang OR adalah: keluaran akan bernilai "tinggi" (1) jika salah satu atau semua masukannya bernilai "tinggi" (1). Keluaran hanya akan bernilai "rendah" (0) jika semua masukannya bernilai "rendah" (0).

        Konfigurasi 7432

Spesifikasi :

Dual Input OR Gate – Quad Package

Supply Voltage: 5 to 7V 

Input Voltage: 5 to 7V

Operating temperature range  -55°C to 125°C

Available in 14-pin PDIP packag

• Gerbang XOR

            Gerbang logika XOR adalah singkatan dari EXclusive OR gate yang outputnya hanya akan bernilai logika 1 jika salah satu input X atau Y dalam keadaan bernilai logika 1, ketika semua inputnya dalam keadaan logika 0 atau dalam keadaan logika 1 maka output akan tetap logika 0.

• Gerbang NOT

           Gerbang NOT, juga dikenal sebagai Inverter, adalah gerbang logika paling sederhana dalam elektronika digital. Gerbang ini hanya memiliki satu masukan dan satu keluaran. Fungsinya sangat lugas: gerbang NOT selalu menghasilkan keluaran yang berlawanan atau kebalikan dari masukannya. Jika masukan bernilai "tinggi" (1), keluarannya akan "rendah" (0), dan sebaliknya.

• Logic State

            Dalam elektronika digital, keadaan logika mengacu pada salah satu dari dua kemungkinan kondisi yang dapat dialami oleh sinyal biner: Logika TINGGI (direpresentasikan sebagai 1) atau Logika RENDAH (direpresentasikan sebagai 0). Keadaan ini merupakan hal mendasar bagi bagaimana sistem digital, seperti komputer, memproses dan mengomunikasikan informasi.

• Logic Probe

           Logic Probe adalah alat uji elektronik genggam yang digunakan untuk mendeteksi dan menampilkan status logika (Tinggi atau Rendah, yang mewakili biner 1 atau 0) dari sinyal digital dalam rangkaian elektronik.

3. Dasar Teori[Kembali]

1. Counter (Pencacah)

Counter adalah rangkaian digital yang digunakan untuk menghitung jumlah pulsa clock. Pada umumnya, output dari counter merepresentasikan nilai biner yang berubah setiap kali sinyal clock diberikan. Counter memiliki berbagai aplikasi seperti pencacah waktu (timer), pembagi frekuensi, penghitung event, dan pengatur urutan (sequencer).

Berdasarkan cara kerja dan konfigurasi sinyal clock-nya, counter dibagi menjadi dua kategori utama:

• a. Asynchronous Counter (Ripple Counter):
  Pada counter jenis ini, hanya flip-flop pertama yang menerima sinyal clock secara langsung. Flip-flop lainnya dikendalikan oleh output dari flip-flop sebelumnya, sehingga menyebabkan terjadinya ripple effect atau efek berantai. Hal ini menimbulkan akumulasi delay propagasi antar flip-flop, yang dapat mempengaruhi kecepatan kerja sistem. Meskipun lebih sederhana dalam desain, ripple counter tidak cocok untuk aplikasi berkecepatan tinggi.

Figure 11.1 Generalized block schematic of n-bit binary ripple counter.

• b. Synchronous Counter:
  Pada synchronous counter, semua flip-flop dikendalikan oleh sinyal clock yang sama secara serempak. Karena tidak ada delay propagasi antar flip-flop seperti pada ripple counter, jenis ini jauh lebih cepat dan lebih stabil. Desain synchronous counter sedikit lebih kompleks tetapi memiliki performa lebih baik dan cocok digunakan pada sistem digital yang menuntut kecepatan tinggi.

Figure 11.2 Four-bit binary ripple counter.

Selain dua jenis utama tersebut, terdapat berbagai varian counter berdasarkan perilaku perhitungan:

• UP Counter: Menghitung naik (misalnya dari 0000 ke 1111).

• DOWN Counter: Menghitung turun (misalnya dari 1111 ke 0000).

• UP/DOWN Counter: Dapat menghitung naik atau turun tergantung sinyal kontrol.

• Decade Counter / BCD Counter: Counter yang menghitung dari 0 sampai 9 (modulus 10), biasanya digunakan dalam aplikasi penghitungan berbasis desimal seperti jam digital.

• Presettable Counter: Counter yang dapat diset ke nilai awal tertentu sebelum mulai menghitung.

• Ring Counter dan Johnson Counter: Bentuk khusus dari counter berbasis shift register, di mana data berpindah atau beredar dengan pola tertentu yang sudah ditentukan.

Setiap counter memiliki parameter penting seperti modulus, yaitu jumlah status unik yang dapat dihitung sebelum kembali ke kondisi awal. Misalnya, counter 3-bit memiliki modulus 8, karena dapat menghitung dari 0 hingga 7.

2. Register

Register adalah perangkat penyimpan data yang terdiri dari beberapa flip-flop, di mana masing-masing flip-flop menyimpan satu bit. Register digunakan untuk menyimpan data biner secara sementara dan dapat juga digunakan untuk memindahkan data ke arah tertentu dalam bentuk shifting (pergeseran bit).

Jenis-jenis register dibedakan berdasarkan cara data masuk dan keluar:

• Serial-In Serial-Out (SISO): Data masuk dan keluar satu bit setiap clock pulse.

• Serial-In Parallel-Out (SIPO): Data masuk satu per satu dan keluar sekaligus (paralel).

• Parallel-In Serial-Out (PISO): Data masuk secara paralel dan keluar satu per satu.

• Parallel-In Parallel-Out (PIPO): Data masuk dan keluar secara bersamaan dalam satu waktu.

• Bidirectional Register: Register yang dapat menggeser data ke kiri maupun ke kanan.

• Universal Shift Register: Register serbaguna yang dapat melakukan shifting ke dua arah, serta mendukung input/output secara serial dan paralel.

Register memiliki aplikasi luas, seperti menyimpan hasil operasi aritmetika, mengatur aliran data dalam komunikasi digital, dan sebagai bagian dalam prosesor atau mikrokontroler.

3. Shift Register Counter

Shift register dapat dikonfigurasi untuk membentuk counter khusus yang dikenal sebagai shift register counter, terdiri dari:

• Ring Counter: Sebuah bit logika ‘1’ disisipkan ke dalam rangkaian shift register dan berputar di antara flip-flop pada setiap clock pulse.

• Johnson Counter: Variasi dari ring counter, di mana output terakhir diumpankan kembali ke input pertama setelah dikomplementasikan. Ini menghasilkan urutan dua kali lebih panjang dibanding ring counter biasa.

Counter jenis ini biasanya digunakan dalam aplikasi pengurutan, pembangkit sinyal clock internal, dan state machines.

4. Implementasi dan Aplikasi

Counter dan register tersedia dalam bentuk IC (Integrated Circuit). Beberapa contoh IC populer antara lain:

• IC 7490: Counter decade asynchronous.

• IC 74161: Counter biner synchronous 4-bit.

• IC 74164: 8-bit serial-in/parallel-out shift register.

• IC 74194: Universal shift register.

Komponen-komponen ini banyak digunakan dalam aplikasi digital seperti kalkulator, jam digital, pengendali industri otomatis, dan perangkat komunikasi digital. Kombinasi counter dan register juga sering ditemukan dalam desain arsitektur CPU, mikrokontroler, serta dalam sistem pengendalian berbasis logika sekuensial.

11.12.4 Parallel-In Parallel-Out Shift Register

Shift register merupakan salah satu jenis register yang berfungsi untuk menyimpan serta memindahkan data biner dalam sistem digital. Berdasarkan cara memasukkan dan mengeluarkan data, shift register dibedakan menjadi beberapa jenis, salah satunya adalah Parallel-In Parallel-Out (PIPO) Shift Register.

Parallel-In Parallel-Out Shift Register adalah jenis shift register yang memungkinkan pemasukan data secara paralel ke dalam semua flip-flop, dan pengambilan data secara paralel dari masing-masing output flip-flop. Dengan kata lain, semua bit data dapat dimuat sekaligus dalam satu pulsa clock, dan seluruh bit tersebut juga dapat dibaca secara bersamaan pada output masing-masing flip-flop.

Struktur dasar dari PIPO shift register sangat mirip dengan Parallel-In Serial-Out (PISO) shift register. Perbedaannya terletak pada bagaimana data dikeluarkan: jika pada PISO hanya satu bit output yang tersedia (biasanya dari flip-flop terakhir), maka pada PIPO seluruh output dari masing-masing flip-flop disediakan di pin keluaran.

Salah satu contoh implementasi dari PIPO shift register adalah IC 74199, yaitu sebuah 8-bit universal shift register yang mendukung pemasukan dan pengeluaran data secara paralel. Pada IC ini, semua output dari flip-flop telah dibawa keluar ke terminal IC, memungkinkan pengguna untuk membaca keseluruhan isi register secara simultan. Ini membedakannya dari IC lain seperti 74166, yang hanya menyediakan output serial.

Figure 11.40

Gambar 11.40 menunjukkan diagram logika dari IC 74166, yang merupakan 8-bit Parallel-In Serial-Out (PISO) shift register. IC ini berfungsi untuk menyimpan dan menggeser data biner, di mana data dimasukkan secara paralel ke dalam delapan flip-flop dan dikeluarkan secara serial melalui satu jalur output.

PIPO shift register memiliki berbagai aplikasi dalam sistem digital, di antaranya:

• Penyimpanan data sementara dalam komunikasi data.

• Transfer data antar bagian sistem secara sinkron.

• Buffer paralel untuk konversi data cepat dalam sistem I/O.

Dengan kemampuannya untuk menangani data secara serentak, PIPO shift register sangat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kecepatan tinggi dan pengolahan data secara paralel, seperti dalam desain mikroprosesor dan antarmuka perangkat digital.

4. Example[Kembali]

Sebuah IC 74166 digunakan untuk menggeser data biner 10110110 secara serial ke kanan. Data tersebut dimasukkan secara paralel ketika sinyal Shift/Load = 0. Setelah itu, Shift/Load diubah menjadi 1 dan clock diberikan sebanyak 8 pulsa. Berapakah urutan bit yang keluar di pin QH?

Penyelesaian:

Karena data 10110110 dimuat secara paralel, maka flip-flop akan menyimpan data sebagai berikut:
QH QG QF QE QD QC QB QA = 1 0 1 1 0 1 1 0
Saat mode shift aktif (Shift/Load = 1), setiap clock akan menggeser data ke kanan dan output serial (QH) akan mengeluarkan bit satu per satu.
Urutan bit yang keluar di QH: 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0

5. Problem[Kembali]

Sebuah IC 74166 diisi dengan data paralel 11100011 saat sinyal Shift/Load = 0. Setelah itu, sinyal Shift/Load diubah menjadi 1, dan diberikan 4 pulsa clock. Tentukan:

1. Bit-bit yang keluar dari pin QH setelah 4 clock.

2. Isi flip-flop dari QA hingga QH setelah 4 clock.

Penyelesaian:

1. Bit-bit yang keluar dari QH (output serial):

Data awal saat dimuat (dari QA ke QH):
QA QB QC QD QE QF QG QH = 1 1 1 0 0 0 1 1

Saat mode shift aktif, setiap clock akan menggeser data ke kanan. Setiap bit pada QH akan keluar sesuai posisi terakhir QH.

Jawaban output serial (QH) setelah 4 clock:
1, 1, 0, 0

2. Isi flip-flop (QA sampai QH) setelah 4 clock:

Proses pergeseran ke kanan (bit baru masuk dari Serial Input—anggap 0 jika tidak disebutkan):

Langkah demi langkah:

• Sebelum Shift:
  QA = 1, QB = 1, QC = 1, QD = 0, QE = 0, QF = 0, QG = 1, QH = 1

• Clock ke-1:
  QH = 1 (keluar)
  Isi: QA=0, QB=1, QC=1, QD=1, QE=0, QF=0, QG=0, QH=1

• Clock ke-2:
  QH = 1 (keluar)
  Isi: QA=0, QB=0, QC=1, QD=1, QE=1, QF=0, QG=0, QH=0

• Clock ke-3:
  QH = 0 (keluar)
  Isi: QA=0, QB=0, QC=0, QD=1, QE=1, QF=1, QG=0, QH=0

• Clock ke-4:
  QH = 0 (keluar)
  Isi: QA=0, QB=0, QC=0, QD=0, QE=1, QF=1, QG=1, QH=0

Jawaban isi flip-flop (QA–QH) setelah 4 clock:
QA = 0, QB = 0, QC = 0, QD = 0, QE = 1, QF = 1, QG = 1, QH = 0

6. Soal Pilihan Ganda[Kembali]

Soal:
Apa fungsi utama dari input Shift/Load pada IC 74166?

A. Menentukan arah pergeseran data
B. Mengatur kecepatan clock shift
C. Memilih antara pemuatan paralel atau pergeseran data
D. Menentukan output antara paralel atau serial

Jawaban:  C. Memilih antara pemuatan paralel atau pergeseran data

7. Rangkaian Proteus[Kembali]

Figure 11.40 Logic diagram of 74166

Prinsip Kerja: 

Full subtractor adalah rangkaian logika kombinasional yang digunakan untuk melakukan pengurangan tiga bit masukan, yaitu A, B, dan Bin (borrow in). Rangkaian ini menghasilkan dua keluaran, yaitu Difference (D) dan Borrow out (Bo). Operasi pengurangan dilakukan secara logis dengan mengimplementasikan beberapa gerbang logika seperti XOR, AND, OR, dan NOT. Output Difference dihasilkan dari operasi XOR tiga input, yaitu A ⊕ B ⊕ Bin. Rangkaian ini menggunakan dua gerbang XOR secara bertahap, di mana input A dan B terlebih dahulu dioperasikan dengan XOR, lalu hasilnya di-XOR-kan lagi dengan Bin untuk menghasilkan D. Sementara itu, output Borrow out (Bo) dihasilkan melalui dua kondisi: pertama, ketika A lebih kecil dari B, dan kedua, ketika hasil XOR dari A dan B lebih kecil dari Bin. Untuk menghasilkan Bo, digunakan kombinasi gerbang NOT, AND, dan OR. NOT digunakan untuk membalik logika A dan hasil XOR dari A dan B, lalu hasil ini dioperasikan menggunakan AND bersama input lainnya, dan akhirnya disatukan menggunakan OR untuk menghasilkan Bo. Dengan kata lain, Bo akan bernilai 1 jika dibutuhkan pinjaman dari digit lebih signifikan. Rangkaian ini memungkinkan proses pengurangan bit digital dengan akurasi tinggi dan dapat digunakan dalam sistem digital lebih kompleks seperti ALU (Arithmetic Logic Unit) dan sistem komputer lainnya.

8. Video[Kembali]

Figure 7.14

9. Download File[Kembali]

• Rangkaian 11.40 [disini]
• Video Rangkaian 11.40 [disini]
• Download datasheet Resistor [disini]
• Download datasheet clock [disini]
• Download datasheet seven segment [disini]
• Download datasheet Op Amp [disini]
• Download datasheet IC 4013 [disini]
• Download datasheet IC 74247 [disini]
• Download datasheet Potensiometer [disini]
• Download datasheet Resistor [disini]