Fig. 11.40
- 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
- Gerbang AND
- Gerbang OR
- Gerbang XOR
- Gerbang NOT
- Logic State
- Logic Probe
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.
- 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.
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.
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.
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
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:
-
Bit-bit yang keluar dari pin QH setelah 4 clock.
-
Isi flip-flop dari QA hingga QH setelah 4 clock.
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
diagram logika internal dari IC 74166, yaitu sebuah shift register 8-bit yang mendukung input paralel dan output serial. IC ini dirancang untuk menerima data dalam dua cara: secara paralel melalui delapan input (A sampai H), dan secara serial melalui pin Serial Input. Mode operasinya dikendalikan oleh sinyal kontrol Shift/Load̅. Ketika sinyal Shift/Load̅ berada dalam kondisi rendah (0), IC akan berada dalam mode parallel load, artinya data dari input A–H akan langsung dimuat ke dalam masing-masing flip-flop internal pada saat tepi naik (rising edge) dari sinyal clock diberikan. Sebaliknya, saat Shift/Load̅ bernilai tinggi (1), IC akan bekerja dalam mode shift, yaitu memindahkan isi setiap flip-flop ke flip-flop berikutnya secara berurutan, sementara bit pertama berasal dari pin Serial Input.
Selain itu, IC ini memiliki pin Clear yang aktif rendah, berfungsi untuk mereset seluruh isi register menjadi nol. Ketika Clear diberi logika rendah (0), semua output QA hingga QH akan langsung menjadi nol tanpa menunggu clock. Terdapat juga pin Clock Inhibit, yang berfungsi untuk menonaktifkan fungsi clock apabila diberi logika tinggi (1), sehingga meskipun clock berdetak, isi register tidak akan berubah. Jika Clock Inhibit diberi logika rendah (0), maka clock bekerja secara normal dan akan memicu perubahan data sesuai mode operasinya.
Setiap bit data di dalam register diwakili oleh sebuah D flip-flop yang digabungkan secara berantai. Dalam mode shift, data akan bergeser dari QA ke QB, QC, dan seterusnya hingga ke QH, dan hasil akhir dari proses pergeseran ini dapat dibaca dari pin output serial QH. Rangkaian logika gerbang AND dan OR digunakan untuk memilih sumber data (apakah dari input paralel atau dari flip-flop sebelumnya) berdasarkan status sinyal Shift/Load̅. Secara keseluruhan, IC 74166 ini sangat berguna dalam aplikasi yang membutuhkan penyimpanan sementara data paralel serta pengiriman data secara serial, seperti pada sistem komunikasi digital, antarmuka mikrokontroler, dan rangkaian tampilan digital.
Rangkaian Proteus 11.40 [Download]
Datasheet Resistor [Download]Datasheet Kapasitor [Download]Datasheet AmpereMeter [Download]Datasheet Multimeter [Download]Datasheet OP-Amp [Download]Datasheet VoltMeter [Download]Datasheet IC 7485 [Download]
Komentar
Posting Komentar