TEKNIK DIGITAL-DIDIK BARU.indd

SISTEM DIGITAL; Analisis, Desain dan Implementasi, oleh Eko Didik Widianto
Hak Cipta © 2014 pada penulis
GRAHA ILMU
Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283
Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail: [email protected]
Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi
buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau
dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.
ISBN:
Cetakan ke I, tahun 2014
— Untuk de Erni, Azizah, Azzam dan Atikah
K ATA P E N G A N TA R
Buku ini membahas dasar-dasar sistem digital mulai dari konsep, analisis, perancangan, implementasi dan evaluasi rangkaian
logika. Konsep dan analisis rangkaian logika meliputi gerbang
logika, ekspresi dan persamaan logika, aljabar Boolean, representasi bilangan digital dan operasi aritmetika. Perancangan
(sintesis) ditujukan untuk menghasilkan rangkaian logika yang
optimal (seringkali minimal) dengan menyederhanakan persamaan logika menggunakan aljabar Boolean, peta Karnaugh dan
metode tabular Quine-McKluskey. Perancangan dilakukan untuk menghasilkan rangkaian kombinasional dan/atau sekuensial.
Perancangan rangkaian sekuensial sinkron dilakukan menggunakan model Moore dan Mealy. Teknologi implementasi diarahkan
menggunakan chip standar TTL (Transistor-transistor logic) keluarga 7400. Evaluasi rangkaian dilakukan untuk menverifikasi
desain rangkaian melalui pengujian atau simulasi menggunakan
program bantu komputer.
standar kompetensi yang diharapkan
Secara khusus, sasaran buku Sistem Digital: Analisis, Desain dan
Implementasi ini adalah mahasiswa di program studi/jurusan
Sistem Komputer yang sedang mengambil mata kuliah Sistem
Digital. Buku ini juga dapat digunakan sebagai buku ajar mata
kuliah sistem/teknik/elektronika digital di program studi/jurusan lain seperti Teknik Elektro, Teknik Informatika dan Ilmu
Komputer.
Buku ini disusun secara runut mulai dari konsep, perancangan,
implementasi dan evaluasi suatu rangkaian digital sehingga diharapkan mampu memberikan pemahaman yang komprehensif
kepada mahasiswa. Setelah mempelajarinya, mahasiswa diharapkan mampu memahami tentang konsep dasar sistem digital dan menganalisis kebutuhan sistem tersebut dengan tepat.
Dengan pemahaman konsep tersebut, mahasiswa akan mampu
merancang, mengimplementasikan menggunakan teknologi TTL,
mengevaluasi dan mengkomunikasikan solusi desain sistem digital tersebut dengan jelas, runut dan tepat baik tertulis maupun
lisan.
sistematika penulisan
Buku ini terbagi atas 5 bagian dan 12 bab sebagai berikut:
1. Bagian Sistem Digital
Bagian ini terdiri atas 2 bab yang membahas tentang sistem
digital secara umum dan konsep rangkaian logika.
Bab 1 berisi penjabaran sistem digital secara umum, yaitu
meliputi sistem analog dan representasi kontinyu, sistem
digital dan representasi diskrit, konversi analog ke digital, perangkat digital dan pengantar teknologi rangkaian
terintegrasi dan metodologi pengembangan sistem digital.
Bab 2 berisi konsep dasar rangkaian logika secara mendalam, yaitu meliputi representasi biner dan saklar sebagai
elemen biner, variabel dan fungsi logika, ekspresi dan persamaan logika, tabel kebenaran, gerbang logika dasar dan
simbolnya (AND, OR, NOT, NAND dan NOR), rangkaian
logika, analisis rangkaian dan diagram pewaktuan sebagai
perangkat analisis/evaluasi rangkaian.
2. Bagian Rangkaian Logika Minimal
Bagian ini terdiri atas 3 bab dan membahas tentang aljabar
Boolean, sintesis rangkaian logika, peta Karnaugh, rangkaian multikeluaran, metode Quine-McKluskey dan program
sintesis.
Bab 3 berisi proses perancangan (sintesis) rangkaian logika minimal dengan menggunakan aljabar Boolean, yaitu
meliputi aljabar Boolean (aksioma, teorema, dan hukum),
diagram Venn, penyederhanaan persamaan secara aljabar,
sintesis ekspresi logika dari tabel kebenaran, minterm, persamaan SOP (Sum-of-Product) dan notasi kanoniknya, Maxterm, persamaan POS (Product-of-Sum) dan notasi kanoniknya, konversi SOP ke POS dan sebaliknya, rangkaian
dua level AND-OR dan OR-AND serta rangkaian dua level
NAND-NAND dan NOR-NOR.
Bab 4 berisi proses sintesis rangkaian logika minimal menggunakan peta Karnaugh untuk menyederhanakan persamaan fungsi logika, yaitu meliputi peta Karnaugh sampai
6-variabel, strategi minimisasi rangkaian SOP (pengelompokan minterm), kondisi don’t care dan rangkaian dengan
spesifikasi tidak lengkap, minimisasi POS (pengelompokan
viii
Maxterm), istilah dalam fungsi logika (literal, implicant, cover, cost dan prime implicant), implementasi rangkaian logika
SOP dengan AND-OR atau NAND-NAND, implementasi
rangkaian logika POS dengan OR-AND atau NOR-NOR
dan rangkaian multi-keluaran.
Bab 5 berisi teknik penyederhanaan fungsi logika untuk
memperoleh rangkaian minimal menggunakan metode tabular Quine-McCluskey, yaitu meliputi proses penyederhanaan fungsi secara tabular, penggunaan program bantu
sintesis Bmin (Boolean minimizer) dan program bantu simulasi Qucs.
3. Bagian Teknologi Implementasi
Bagian ini terdiri atas 2 bab dan membahas tentang rangkaian logika CMOS dan rangkaian terintegrasi standar TTL.
Bab 6 berisi penjabaran prinsip kerja transistor CMOS untuk melakukan fungsi-fungsi logika dasar, yaitu meliputi
transistor NMOS, PMOS dan CMOS, gerbang logika CMOS:
NOT, NAND, NOR, AND, OR, buffer, buffer tiga keadaan
dan gerbang transmisi (TG, Transmission Gate) serta XOR
dan XNOR.
Bab 7 berisi implementasi IC TTL standar seri 7400 untuk rangkaian logika minimum, yaitu meliputi fungsi logika dasar di IC TTL standar seri 7400, metodologi desain rangkaian digital menggunakan IC TTL standar dan
tinjauan praktikal dalam implementasi rangkaian IC TTL
untuk menjamin kehandalan sinyal digital.
4. Bagian Sistem Bilangan Digital
Bagian ini terdiri atas 2 bab dan membahas tentang representasi data digital, operasi bilangan biner dan rangkaian
aritmetika biner.
Bab 8 berisi representasi data digital (bilangan, angka,
karakter), yaitu meliputi representasi posisional: bilangan tak bertanda (unsigned), desimal, biner, oktal dan heksadesimal, konversi bilangan, bilangan bertanda (signed):
sign-magnitude, 1’s complement dan 2’s complement, bilangan pecahan fixed-point (titik tetap) dan floating-point (titik
mengambang/tidak tetap), bilangan BCD (binary-coded decimal) untuk kode angka desimal dan kode ASCII untuk
karakter
ix
Bab 9 membahas operasi bilangan biner berupa penjumlahan dan pengurangan untuk bilangan bulat dan pecahan
fixed-point, yaitu meliputi unit penjumlah 1 bit, operasi penjumlahan dan pengurangan bilangan biner, kondisi overflow
dalam operasi aritmetika, unit penjumlah/pengurang n bit,
rangkaian penjumlah/pengurang dengan deteksi overflow,
desain penjumlah cepat n bit serta desain dan simulasi
penjumlah cepat 32 bit.s
5. Bagian Rangkaian Digital
Bagian ini terdiri atas 3 bab dan membahas rangkaian kombinasional, elemen rangkaian sekuensial dan rangkaian
sekuensial sinkron.
Bab 10 membahas rangkaian kombinasional dan blok komponen penyusunnya, yaitu meliputi blok rangkaian kombinasional berupa multiplekser, enkoder, konverter kode,
dekoder, demultiplekser, teorema ekspansi Shannon dan
desain rangkaian digital menggunakan multiplekser serta
rangkaian tampilan 7-segmen.
Bab 11 membahas elemen rangkaian sekuensial berupa latch
dan flip-flop serta tipe dan karakteristiknya masing-masing.
Pokok bahasan di bab ini meliputi prinsip rangkaian sekuensial, elemen penyimpan 1 bit latch, yaitu set-reset latch
(latch SR), latch SR tergerbang dan data latch (latch D) serta
rangkaian logikanya, elemen penyimpan 1 bit flip-flop berupa data flip-flop (DFF), toggle flip-flop (TFF) dan JK flip-flop
(JKFF), register data n bit dan register geser (shift register),
pencacah naik-turun serta pencacah sinkron dan asinkron.
Bab 12 membahas tentang perancangan rangkaian sekuensial sinkron, yaitu meliputi meliputi mesin keadaan terbatas
(FSM, finite state machine), diagram keadaan (state diagram)
dan tabel keadaan (state table), desain FSM menggunakan
model Moore, implementasi FSM menggunakan DFF, TFF
dan JKFF, penyederhanaan rangkaian FSM dengan pemberian nilai keadaan dan desain FSM menggunakan model
Mealy serta evaluasi rangkaian sekuensial sinkron.
x