Elektronika Digital

Elektronika Digital
• Data analog, suatu besaran dinyatakan di dalam angka desimal,
suatu sistem bilangan yang terdiri dari angka nol sampai sembilan.
• Data digital, suatu besaran dinyatakan dalam bilangan biner, yaitu
suatu sistem bilangan yang hanya terdiri dari angka nol dan satu.
• Data digital lebih mudah disimpan, dihapus, dibaca kembali, dan
dilakukan operasi aritmatik pada perangkat digital (komputer).
• Data digital dapat dibaca dan ditampilkan pada layar monitor seperti
rekaman analog, atau ditampilkan pada perangkat audio.
• Data digital dapat dicetak dalam bentuk grafis (sinyal fungsi waktu)
atau dalam bentuk kontur (fungsi tempat).
• Sehingga, bagian akhir dari suatu sistem pengumpulan data atau
bagian akhir dari suatu instrumen pada umumnya adalah perangkat
digital.
Rekaman data,
• Grafik, tegangan fungsi waktu.
mV
Rekaman digital, data dicatat pada
interval waktu tertentu ( di cuplik
atau di “sampling”) dan data dinyatakan dalam bilangan biner.
4
3
2
1
1
12
waktu
Δt
Rekaman analog adalah rekaman data
pada “setiap saat” dan data
dinyatakan dalam bilangan desimal.
Δt = sampling interval
Bilangan BINER
• Bilangan digital dinyatakan dengan dua keadaan yaitu BENAR atau
SALAH, on atau off, atau “nol” dan “satu” ( 0 atau 1), disebut dengan
bilangan biner.
• Jajaran bilangan biner disebut “word” ada 8,10, 12, atau 16 bit, satu
kelompok jajaran bilangan biner disebut “byte”.
Bilangan Desimal
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Bilangan BINER
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
0+0+0+0
0  22  0  20
0  2 2  21  2 0
23  0  0  20
Bilangan biner
• Jajaran bilangan biner sebanyak 8, disebut bilangan biner 8 bit,
dituliskan,
Bil biner
Desimal
0000 0000
0
MSB
LSB
MSB : Most Significant Bit
LSB : Least Significant Bit
00100110  0  0  2 5  0  0  2 2  21  0  32  4  2  38
10001001  2 7  0  0  0  2 3  0  0  2 0  128  8  1  137
11111111  2 7  2 6  2 5  2 4  2 3  2 2  21  2 0  128  64  32  16  8  4  2  1  255
Perangkat pada elektronika digital ( Gate )
NOT
AND
OR
NAND
NOR
Gerbang (gate).
Traditional
Rectangular
Traditional
Rectangular
Gerbang AND dan tabel benaran (truth table)
• Gerbang AND, dengan
masukan dua dan tiga.
• A.B = X
• Harga A atau B hanya
boleh L (Low)  0 (nol)
atau H (High)  1 (satu)
Sehingga :
A B X
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1
X = 1, bila semua masukan = 1
Gebang OR dan tabel benaran
• Gerbang OR
• Dapat ditulis dalam bentuk
nol dan satu
• A
B
X
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
X = 0, bila semua masukan =0
Gerbang dan tabel benaran
• NAND GATE
X = 0, bila semua masukan = 1
X = 1, bila semua masukan = 0
X = 0, bila semua masukan sama
0 semua, atau 1 semua.
FLIP-FLOP
• Flip-Flop adalah perangkat digital yang terdiri dari beberapa gate,
yang mempunyai sifat dua keadaan stabil. Bila mula-mula dalam
keadaan stabil, maka akan berubah ke keadaan stabil yang lain bila
ada pulsa yang masuk pada inputnya. Keadaan ini tidak akan
berubah bila tidak ada masukan pulsa baru pada inputnya. Jadi
suatu flip-flop dapat “menyimpan” informasi yang masuk berupa
pulsa. Sifat inilah yang kemudian flip-flop digunakan sebagai “digital
memory” pada sistem digital seperti komputer.
• Beberapa jenis flip-flop yaitu, RS (set/reset) flip-flop, D-type Flip-flop
dan JK Flip-flop.
• Masukan pada flip-flop ada dua sesuai tipenya, dan satu masukan
lagi berupa deretan pulsa yang disebut dengan “clock”
Prinsip dasar Flip-flop
• Dua buah NOR gate
dapat disusun menjadi
sebuah flip-flop, gb.a
adalah RS flip-flop.
• Seperti ditulis pada
tabel, bila R=1 (switch
keatas) dan S=0, maka
output Q = 0 kondisi ini
disebut kondisi RESET
• Sebaliknya bila S=1,
berarti R=0, maka Q=1,
kondisi ini disebut SET
JK flip-flop
• Bila masukan J dan K pada JK flip-flop diberi status tinggi (diberi
tegangan positif), maka keluaran dari JK flip-flop merupakan deretan
pulsa yang merupakan hasil bagi dua dari masukannya.
• Perubahan status keluaran Q, terjadi bila terjadi perubahan input
(clock) dari positif ke negatif ( negative-going clock edge).
• Jika ada empat buah JK flip-flop dipasang secara serial, maka
susunan ini membentuk perangkat yang disebut “counter” atau
pencacah pulsa.
• Keluaran dari empat flip-flop tersebut membentuk jajaran bilangan
biner yang menyatakan jumlah pulsa yang masuk.
• Keluaran flip-flop yang pertama (Q1) menyatakan LSB, sedang
keluaran dari flip-flop yang keempat (Q4) menyatakan MSB.
JK Flip-Flop
• Dari tabel dan bentuk
gelombang, diketahui
bahwa pada kondisi J =1
dan K = 1, maka pada
waktu ada perubahan
pada clock dari 1 ke 0,
maka keluaran Q
berubah status, dari level
0 ke 1.
• Bila pada clock terjadi
perubahan dari 0 ke 1, Q
tidak berubah.
• Jadi FF membagi 2
frekuensi clock.
MSB
LSB
Pulsa ke
1
2
3
4
5
6
7
8
9
15
keluaran
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
----1111
Q4
Q1
Counter ini mempunyai
16 status pada out-put
nya, maka counter ini di
sebut mempunyai
modulus 16
Pencacah puluhan (decade counter)
• Counter dengan empat flip-flop memberikan keluaran bilangan biner
empat bit, dari nol (0000) sampai lima belas (1111), modulus 16.
• Supaya pencacahan hanya sampai sembilan (modulus 10) saja
kemudian reset (0000), maka counter harus ditambah rangkaian
gerbang sedemikian sehingga bila mencapai angka sepuluh (1010)
masukan CLR harus diberi masukan 1 supaya counter reset.
• Rangkaian reset dapat digunakan dengan dua buah EXOR diberi
masukan AC dan BD, kemudian keluaran dari EXOR ini sebagai
masukan pada gate NOR, keluaran dari NOR ini sebagai masukan
pada CLR.
• Maka counter menjadi DECADE COUNTER.
Decade Counter
Rangkaian gate yang mengubah counter modulus 16
menjadi modulus 10
A
Bila A= C = 0 dan
C
B
D
CLR
B=D=1
maka CLR = 1, sehingga
counter akan RESET pada
bilangan 1010 (sepuluh),
counter akan menghitung
mulai nol lagi.
Contoh:
Aplikasi gate untuk
membuat driver
yang mengkonversi
kode desimal biner
(BCD) menjadi seven
segment (BCD to
seven segment
driver)
Bila A=0, B=0, C=0
dan D=0 ; maka
a,b,c,d,e,f semua =1
dan g=0, maka
lampu seven
segment semua
menyala kecuali g.
BCD to SEVEN SEGMENT Driver
Bila A=1, lainnya =0,
maka lampu seven
segment yang
menyala hanya a dan
b.
Pencacah (counter)
• Pencacah (counter).
a
Counter
carry
A
B
clock
a
b
c
d
C
e
D
f
g
b
c
d
g
reset
seven segment
BCD to Seven Segment Driver
Counter n digit (banyak angka)
frekuensi = f
A
C clock
COUNTER
B
reset
T
T
Bila T = 1 detik, maka counter
menghitung jumlah pulsa per detik
 frekuensimeter.
Bila pada kaki A diberi masukan
sinyal dengan frekuensi = f , dan
pada kaki B diberi pulsa dengan
lebar = T, maka keluaran C akan
berupa pulsa sebanyak n, sesuai
dengan lebar T, pulsa ini yang
dihitung oleh counter.
Counter sebagai timer (pengukur waktu)
• Bila masukan diberi “clock” yang diketahui frekuensinya, misalnya
1000 Hz, maka berarti setiap pulsa mempunyai lebar sebesar 1
milidetik.
• Masukan B diberi pulsa dengan lebar pulsa tak diketahui, maka
counter akan menghitung pulsa dari clock sebanyak n, sesuai
dengan lebar pulsa T.
• Bila counter menunjukkan angka 256, berarti T=256 milidetik, jadi
dalam hal ini counter berfungsi sebagai pengukur waktu (timer atau
stop-watch).
• Contoh: pengukur waktu pada alat ukur percepatan gravitasi (g)
dengan benda jatuh bebas, saat benda mulai jatuh counter mulai
menghitung, saat benda melalui sensor infra merah pada jarak h,
counter berhenti menghitung, jadi waktu tempuh benda jatuh sejauh
h dapat dihitung.