MODUL I
GERBANGLOGIKA
MODUL
I
GERBANG LOGIKA
1. Tujuan
[Kembali]
1. Merangkai dan menguji operasi dari gerbang logika.
2. Merangkai dan menguji gerbang logika dan Aljabar Boelean.
3. Merangkai dan menguji rangkaian Encoder dan Decoder.
4. Merangkai dan menguji rangkaian Multiplexer dan Demultiplexer.
2. Alat dan Bahan
[Kembali]
1. Module Input Output D'Lorenzo
2. DL2203C Module D'Lorenzo
3. Jumper
4. Laptop
5. Software Proteus ver. 8.17 (minimal)
3. Dasar Teori
[Kembali]
A. Aljabar Boolean
Aljabar Boolean adalah metode matematika yang digunakan untuk menganalisis dan merancang rangkaian digital dengan hanya memiliki dua nilai, yaitu 0 dan 1. Nilai 0 dapat diartikan sebagai kondisi LOW atau False, sedangkan nilai 1 menunjukkan kondisi HIGH atau True. Dalam rangkaian digital, kedua nilai tersebut direpresentasikan secara fisik dalam bentuk tingkat tegangan tertentu. Pada sistem tegangan DC 5V, logika 0 ditunjukkan oleh tegangan sebesar 0V, sedangkan logika 1 ditunjukkan oleh tegangan sebesar 5 V.
B. Gerbang Logika
Gerbang logika (Logic Gate) merupakan salah satu komponen dasar dalam sistem elektronika digital yang berfungsi mengolah satu atau beberapa sinyal masukan (input) menjadi suatu sinyal keluaran (output) berdasarkan aturan logika tertentu. Aturan logika tersebut didasarkan pada aljabar boolean yang memiliki tiga operasi dasar, yaitu AND, OR, dan NOT. Ketiga operasi ini diterapkan melalui gerbang logika dan dapat dikombinasikan untuk membentuk gerbang lainnya, seperti NAND, NOR, XOR, dan XNOR.
1. Gerbang AND
Gerbang AND merupakan gerbang logika yang menggunakan operasi perkalian Boolean. Output hanya akan bernilai ‘1’ jika seluruh input bernilai ‘1’ dan akan bernilai ‘0’ jika ada satu atau lebih input yang bernilai ‘0’.
Persamaan boolean:
Gerbang logika AND dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit), yaitu komponen elektronika yang di dalamnya terdapat rangkaian untuk menjalankan operasi logika. Meskipun memiliki fungsi logika yang sama, IC tersebut berbeda dalam teknologi, konsumsi daya, kecepatan kerja, dan karakteristik tegangan masukan. Berikut beberapa jenis IC gerbang logika AND beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7408, 74LS08, dan CD4081B merupakan contoh utama dalam pembelajaran gerbang logika AND. IC 7408 dan 74LS08 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4081B menggunakan teknologi CMOS. Pemilihan IC harus disesuaikan dengan tegangan catu daya dan karakteristik yang dibutuhkan.
Dari gambar 3.3 (b) gerbang logika AND memiliki rangkaian dalam seperti gambar tersebut menggunakan dua transistor (T1 dan T2) sebagai sakelar elektronik. Ketika kedua masukan A dan B bernilai logika 1, kedua transistor aktif sehingga keluaran bernilai 1. Sebaliknya, jika salah satu atau kedua masukan bernilai logika 0, keluaran bernilai 0.
2. Gerbang OR
Gerbang OR merupakan gerbang logika yang menggunakan operasi penjumlahan Boolean. Output akan bernilai ‘1’ jika terdapat minimal satu input yang bernilai ‘1’. Output hanya bernilai ‘0’ jika seluruh input bernilai ‘0’.
Persamaan Boolean
Gerbang logika OR dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit), yaitu komponen elektronika yang memiliki rangkaian internal untuk menjalankan operasi logika OR. Berikut beberapa jenis IC gerbang logika OR beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7432, 74LS32, dan CD4071B dapat digunakan sebagai contoh dalam pembelajaran gerbang logika OR. IC 7432 dan 74LS32 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4071B menggunakan teknologi CMOS. Pemilihan IC perlu disesuaikan dengan tegangan catu daya dan karakteristik rangkaian yang digunakan.
Gambar 3.5 (a) menunjukkan pinout IC 74LS32 yang memiliki 14 pin dan terdiri dari empat gerbang OR independen. Setiap gerbang memiliki dua input dan satu output. Pada kemasan DIP-14, pin 14 dihubungkan ke VCC (+5 V) dan pin 7 ke GND (0 V). Gambar 3.5 (b) menunjukkan rangkaian internal gerbang OR tersusun dari komponen semikonduktor yang mengolah sinyal input untuk menghasilkan output sesuai operasi penjumlahan Boolean. Ketika salah satu atau kedua input bernilai logika 1, output akan bernilai 1. Sebaliknya, ketika kedua input bernilai logika 0, output akan bernilai 0.
3. Gerbang NOT
Gerbang NOT merupakan gerbang logika yang berfungsi untuk membalikkan nilai logika input.
Persamaan Boolean
Gerbang NOT dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit) yang memiliki rangkaian internal untuk membalikkan sinyal logika. Berikut beberapa jenis IC gerbang NOT beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7404, 74LS04, dan CD4069UB merupakan contoh yang dapat digunakan dalam pembelajaran gerbang logika NOT. IC 7404 dan 74LS04 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4069UB menggunakan teknologi CMOS. IC 74LS04 memiliki enam gerbang inverter independen dengan satu input dan satu output pada setiap gerbang.
Gambar 3.7 (a) menunjukkan IC 74LS04 memiliki 14 pin dan terdiri dari enam gerbang NOT. Setiap gerbang mempunyai satu input dan satu output. Pin 14 dihubungkan ke VCC (+5 V), sedangkan pin 7 dihubungkan ke GND (0 V). Gambar 3.8 (b) menunjukkan cara kerja dari gerbang NOT, ketika input A bernilai logika 0, output akan bernilai 1. Sebaliknya, ketika input A bernilai logika 1, output akan
bernilai 0.
4. Gerbang NOR
Gerbang NOR merupakan gerbang logika yang merupakan gabungan dari gerbang OR dan NOT. Gerbang ini berfungsi menghasilkan output yang merupakan kebalikan dari hasil operasi OR.
Persamaan Boolean
Gerbang NOR dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit) yang memiliki rangkaian internal untuk melakukan operasi OR yang dilanjutkan dengan pembalikan sinyal logika. Berikut beberapa jenis IC gerbang NOR beserta
keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7402, 74LS02, dan CD4001BE merupakan contoh yang dapat digunakan dalam pembelajaran gerbang logika NOR. IC 7402 dan 74LS02 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4001BE menggunakan teknologi CMOS. IC 74LS02 memiliki empat gerbang NOR independen dengan masing-masing dua input dan satu output.
Gambar 3.9 (a) menunjukkan bahwa IC 74LS02 memiliki 14 pin dan terdiri dari empat gerbang NOR. Setiap gerbang mempunyai dua input dan satu output. Pin 14 dihubungkan ke VCC (+5 V), sedangkan pin 7 dihubungkan ke GND (0 V). Gambar 3.9 (b) menunjukkan prinsip kerja gerbang NOR, yaitu ketika kedua input A dan B bernilai logika 0, output akan bernilai 1. Namun, apabila salah satu atau
kedua input bernilai logika 1, output akan bernilai 0.
5. Gerbang NAND
Gerbang NAND merupakan gerbang logika yang merupakan gabungan dari gerbang AND dan NOT. Gerbang ini berfungsi menghasilkan output yang merupakan kebalikan dari hasil operasi AND.
Persamaan Boolean
Gerbang NAND dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit) yang memiliki rangkaian internal untuk melakukan operasi AND yang dilanjutkan dengan pembalikan sinyal logika. Berikut beberapa jenis IC gerbang NAND beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7400, 74LS00, dan CD4011BE merupakan contoh yang dapat digunakan dalam pembelajaran gerbang logika NAND. IC 7400 dan 74LS00 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4011BE menggunakan teknologi CMOS. IC 74LS00 memiliki empat gerbang NAND independen dengan masing-masing dua input dan satu output.
Gambar 3.11 (a) menunjukkan bahwa IC 74LS00 memiliki 14 pin dan terdiri dari empat gerbang NAND. Setiap gerbang mempunyai dua input dan satu output. Pin 14 dihubungkan ke VCC (+5 V), sedangkan pin 7 dihubungkan ke GND (0 V). Gambar 3.11 (b) menunjukkan prinsip kerja gerbang NAND, yaitu ketika kedua input A dan B bernilai logika 1, output akan bernilai 0. Sebaliknya, apabila salah satu atau kedua input bernilai logika 0, output akan bernilai 1.
6. Gerbang Exclusive OR (X-OR)
Gerbang XOR merupakan gerbang logika yang berfungsi menghasilkan output bernilai logika ‘1’ apabila kedua input memiliki nilai logika yang berbeda.
Persamaan Boolean
Gerbang XOR dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit) yang memiliki rangkaian internal untuk melakukan operasi Exclusive OR. Beberapa IC gerbang XOR menggunakan teknologi TTL dan CMOS. Berikut beberapa jenis IC gerbang XOR beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 7486, 74LS86, dan CD4030BE merupakan contoh yang dapat digunakan dalam pembelajaran gerbang logika XOR. IC 7486 dan 74LS86 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4030BE menggunakan teknologi CMOS. IC 74LS86 memiliki empat gerbang XOR independen dengan masing-masing dua input dan satu output.
Gambar 3.13 (a) menunjukkan bahwa IC 74LS86 memiliki 14 pin dan terdiri dari empat gerbang XOR. Setiap gerbang mempunyai dua input dan satu output. Pin 14 dihubungkan ke VCC (+5 V), sedangkan pin 7 dihubungkan ke GND (0 V). Gambar 3.13 (b) menunjukkan rangkaian internal gerbang logika XOR yang dibentuk menggunakan empat gerbang NAND. Input A dan B diolah oleh gerbang NAND pertama untuk menghasilkan sinyal C. Selanjutnya, sinyal C dikombinasikan dengan masing-masing input A dan B melalui gerbang NAND kedua dan ketiga, sehingga menghasilkan sinyal D dan E. Kedua sinyal tersebut kemudian diproses oleh gerbang NAND keempat untuk menghasilkan output akhir Q. Output akan bernilai logika 1 apabila kedua input memiliki nilai yang berbeda, dan bernilai 0 apabila kedua input memiliki nilai yang sama.
7. Gerbang Exclusive NOR (X-NOR)
Gerbang XNOR (Exclusive NOR) merupakan gerbang logika yang merupakan kebalikan dari gerbang XOR. Gerbang ini berfungsi menghasilkan output bernilai logika ‘1’ apabila kedua input memiliki nilai logika yang sama.
Persamaan Boolean
Gerbang XNOR dapat direalisasikan menggunakan IC (Integrated Circuit) yang memiliki rangkaian internal untuk melakukan operasi Exclusive NOR. Beberapa IC gerbang XNOR menggunakan teknologi TTL dan CMOS, dengan perbedaan pada karakteristik tegangan, konsumsi daya, dan kecepatan kerja. Berikut beberapa jenis IC gerbang XNOR beserta keterangannya.
Dari berbagai jenis tersebut, IC 74LS266 dan CD4077BE merupakan contoh yang dapat digunakan dalam pembelajaran gerbang logika XNOR. IC 74LS266 menggunakan teknologi TTL, sedangkan CD4077BE menggunakan teknologi CMOS. IC CD4077BE memiliki empat gerbang XNOR independen dengan masing-masing dua input dan satu output.
Gambar 3.15 (a) menunjukkan bahwa IC CD4077BE memiliki 14 pin dan terdiri dari empat gerbang XNOR. Setiap gerbang mempunyai dua input dan satu output. Pin 14 dihubungkan ke Vcc sedangkan pin 7 dihubungkan ke VSS (GND). Gambar 3.15 (b) menunjukkan rangkaian gerbang XNOR yang dibentuk menggunakan empat gerbang NAND. Input A dan B diproses melalui rangkaian NAND hingga menghasilkan output akhir Q. Output bernilai logika 1 apabila kedua input memiliki nilai yang sama, dan bernilai 0 apabila kedua input berbeda.
C. Encoder-Decoder
Encoder dan decoder dalam dunia elektronika digital adalah dua komponen penting yang banyak digunakan dalam sistem komunikasi, pengolahan data, dan kontrol digital. Keduanya berperan dalam mengubah informasi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, sehingga memungkinkan perangkat digital untuk berkomunikasi secara efisien.
1. Encoder
Encoder adalah sebuah perangkat atau rangkaian elektronik/digital yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk data atau sinyal (biasanya dalam bentuk informasi, posisi, atau sinyal analog) menjadi kode biner. Dengan kata lain, encoder “menerjemahkan” input menjadi data digital yang lebih mudah diproses oleh sistem elektronik atau komputer.
2. Decoder
Decoder (dekoder) adalah perangkat atau rangkaian logika digital yang berfungsi untuk mengubah kode biner menjadi sinyal keluaran yang sesuai.
D. Multiplexer dan Demultiplexer
Multiplexer (MUX) dan Demultiplexer (DEMUX) adalah rangkaian digital penting dalam sistem komunikasi yang memiliki fungsi berlawanan. Multiplexer menggabungkan beberapa sinyal masukan menjadi satu keluaran, sedangkan Demultiplexer menerima satu sinyal masukan dan menyalurkannya ke salah satu dari banyak jalur keluaran.
1. Multiplexer
Multiplexer adalah perangkat pemilih beberapa jalur data ke dalam satu jalur data untuk dikirim ke titik lain. Komponen ini tersusun atas gerbang logika berkecepatan tinggi yang terdiri dari jalur input, terminal pengendali, dan jalur output.
Gambar tersebut menunjukkan IC CD4052 yang memiliki 16 pin dan terdiri dari dua rangkaian multiplexer 4-channel. IC ini memiliki empat jalur input pada masing-masing bagian, dua jalur seleksi (A dan B), serta dua output. Kombinasi jalur seleksi menentukan salah satu dari empat input yang akan diteruskan menuju output masing-masing bagian. IC ini dapat digunakan untuk mengalihkan sinyal analog maupun digital dalam rentang tegangan operasinya.
2. Demultiplexer
Demultiplexer (DEMUX) adalah kebalikan dari multiplexer, berfungsi untuk mengarahkan satu input ke salah satu dari beberapa output berdasarkan sinyal seleksi. DEMUX sering disebut "data distributor".
Gambar tersebut menunjukkan IC 74HC154 yang memiliki 24 pin dan berfungsi sebagai decoder/demultiplexer 4-to-16. IC ini memiliki empat input seleksi, dua input enable, dan 16 output. Kombinasi empat input seleksi menentukan salah satu output yang akan aktif. Output IC 74154 menggunakan logika aktif rendah, sehingga output terpilih akan bernilai 0, sedangkan output lainnya bernilai 1 ketika IC diaktifkan.
4. Percobaan
[Kembali]
Percobaan 1: Gerbang Logika Dasar
A. Gerbang Logika
B. Aljabar Boolean
Percobaan 2 Encoder Decoder
A. Encoder
B. Decoder
Percobaan 3 Multiplexer dan Demultiplexer
A. Multiplexer
B. Demultiplexer
Komentar
Posting Komentar