SISTEM KOMPUTER
Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan
Memahami, menerapkan, menganalisis, dan mengevaluasi tentang sistem
komputer
Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan:
1. Memahami sistem bilangan (Desimal, Biner, Heksadesimal)
2. Menganalisis relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial (NOT, AND,
OR); (NOR,NAND,EXOR,EXNOR); (Flip Flop, Pencacah)
3. Menerapkan operasi logika Aritmatik (Half-Full Adder, Ripple Carry Adder)
4. Mengklasifikasikan rangkaian Multiplekser, Dekoder, Register
5. Menerapkan elektronika dasar (kelistrikan, komponen elektronika dan skema
rangkaian elektronika)
6. Menerapkan dasar dasar mikrokontroler
Pokok-pokok Materi :
1. Sistem Bilangan(Desimal, Biner, Heksadesimal)
2. Relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial (NOT, AND, OR);
(NOR,NAND,EXOR,EXNOR); (Flip Flop, Pencacah)
3. Operasi logika aritmetika (Half-Full Adder, Ripple Carry Adder)
4. Rangkaian multiplekser, dekoder, dan register
5. Elektronika Dasar (kelistrikan, komponen elektronika, dan skema rangkaian
elektronika)
6. Dasar-dasar mikrokontroler
Uraian Materi
A. Sistem Bilangan
1. Pengertian Sistem Bilangan
Sistem bilangan (number system) adalah suatu cara untuk mewakili besaran
dari suatu item fisik. Sistem bilangan yang banyak dipergunakan oleh manusia
adalah system biilangan desimal, yaitu sistem bilangan yang menggunakan 10
2
macam simbol untuk mewakili suatu besaran. Sistem ini banyak digunakan karena
manusia mempunyai sepuluh jari untuk dapat membantu perhitungan. Lain halnya
dengan komputer, logika di komputer diwakili oleh bentuk elemen dua keadaan
yaitu off (tidak ada arus) dan on (ada arus). Konsep inilah yang dipakai dalam
sistem bilangan biner yang mempunyai dua macam nilai untuk mewakili suatu
besaran nilai. Selain sistem bilangan biner, komputer juga menggunakan sistem
bilangan oktal dan heksadesimal.
2. Konsep sistem bilangan Desimal, Biner, Heksadesimal
Sistem bilangan desimal menggunakan 10 macam simbol bilangan
berbentuk 10 digit angka, yaitu 0, 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dan 9. Sistem bilangan
desimal menggunakan basis atau radiks 10. Bentuk nilai bilangan desimal berupa
integer desimal atau pecahan desimal.
Tabel 1.1. Bilangan Desimal
(Sumber : Haryanto & Sucipto, 2013)
Bilangan biner adalah bilangan yang berbasis 2 yang hanya mempunyai 2
digit yaitu 0 dan 1. 0 dan 1 disebut sebagai bilangan binary digit atau bit. Bilangan
biner ini digunakan sebagai dasar kompetensi digital. Bobot faktor untuk bilangan
biner adalah pangkat / kelipatan 2. Sistem bilangan biner menggunakan 2 macam
simbol bilangan berbentuk 2 digit angka, yaitu 0 dan 1. Sistem bilangan biner
menggunakan basis 2.
Tabel 1.2. Bilangan Biner
(Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013)
Sistem bilangan oktal menggunakan 8 macam simbol bilangan, yaitu 0, 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7. Sistem bilangan oktal menggunakan basis 8. Nilai tempat sistem
bilangan oktal merupakan perpangkatan dari nilai 8 sebagai berikut.
3
Tabel 1.3. Bilangan Oktal
(Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013)
Sistem bilangan heksadesimal menggunakan 16 macam simbol, yaltu 0, 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C. D, E, dan F. Sistem bilangan heksadesimal
menggunakan basis 16. Sistem bilangan heksadesimal digunakan untuk alasanalasan
tertentu di beberapa komputer. Nilai tempat sistem bilangan
heksadesimal merupakan perpangkatan dari nilai 16, seperti ditunjukkan pada
tabel berikut.
Tabel 1.4. Bilangan Heksadesimal
(Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013)
3. Pengubahan Biner ke Desimal
Berikut ini prosedur pengubahan bilangan biner menjadi bilangan desimal.
Misalnya, diberikan bilangan 110011B. Pertama kali dituliskan bilangan biner
sebagai berikut. (Akhiran B untuk menyatakan bahwa angka didepannya adalah
bilangan biner (demikian juga D untuk desimal, H untuk heksadesimal, O untuk
oktal).
Biner 1 1 0 0 1 1 . Titik biner
Desimal 25 24 21 20 =
32 16 0 0 2 1 = 51
Gambar 1. 1. Pengubahan bilangan Biner ke desimal
4
Tambahkan empat bilangan desimal untuk mendapatkan ekuivalen desimal.
Maka akan didapatkan bahwa biner 110011B sama dengan angka desimal 51D.
4. Pengubahan Desimal ke Biner
Pada saat bekerja dengan peralatan elektronik digital, seringkali harus dapat
mengubah bilangan desimal ke bilangan biner. Pembahasan selanjutnya dengan
suatu metode yang membantu menyelesaikan pengubahan ini. Salah satu cara
mengubah bilangan desimal 13 ke bilangan biner, adalah sebagai berikut:
Pengubahan bilangan pada Gambar 1.2. dimana bilangan 13D sama dengan
bilangan biner 1101B.
5. Bilangan Heksadesimal
Sistem bilangan heksadesimal menggunakan 16 simbol 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, A, B, C, D, E, dan F disebut sebagai sistem berdasar 16. Heksadesimal dan
biner adalah ekuivalen untuk bilangan desimal 0 sarnpai 17. Perlu dicatat bahwa
huruf “A” merupakan singkatan untuk 10D, “B” untuk 11D, dan sebagainya.
Kelebihan dari sistem heksadesimal ialah mampu rnengubah secara langsung dan
bilangan biner empat bit. Sebagai contoh, bilangan heksadesimal A6H akan
Gambar 1. 2. Pengubahan bilangan Desimal 13D ke biner 1101B
Bilangan desimal
: 2 = 6 dengan sisa = 1
6 : 2 = 3 tanpa sisa = 0
3 : 2 = 1 dengan sisa = 1
1 : 2 = 0,5 dengan sisa = 1
Jadi bilangan binernya
1 0 1 1
1-an 2-an 4-an 8-an
5
menyatakan bilangan biner delapan-bit 10100110B. Berdasarkan tabel dapat
langsung dapat mengubah bilangan dari biner ke desimal atau sebaliknya.
Tabel 1.5. Bilangan Desimal, Biner, Oktal, dan Heksadesimal
(Sumber: Haryanto & Sucipto, 2013)
Konversi dari bilangan heksadesimal ke bilangan biner dapat dilakukan
dengan mengkonversikan masing-masing digit heksadesimal ke 4 digit biner
sebagai berikut. Berarti bilangan heksadesimal D4H adalah 11010100B dalam
bilangan biner.
D 4
1101 0100
Konversi dari bilangan biner ke bilangan heksadesimal dapat dilakukan
dengan mengkonversikan tiap-tiap empat buah digit biner. Misalnya bilangan biner
11010100 dapat dikonversikan ke bilangan heksadesimal dengan cara:
1101 0100
D 4
Bilangan heksadesimal dapat dikonversikan ke bilangan desimal dengan
cara mengalikan masing-masing digit bilangan dengan nilai tempatnya.
6
6. Bilangan Oktal
Sistem bilangan oktal menggunakan delapan simbol yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,
dan 7. Bilangan oktal juga berhubungan dengan bilangan dasar 8. Keekuivalenan
antara bilangan biner dan bilangan oktal untuk bilangan desimal 0 sampai 17.
Kelebihan dan bilangan oktal pada saat pengubahan langsung dan sebuah
bilangan ke bilangan biner 3-bit. Notasi oktal digunakan untuk menyatakan
bilangan biner.
Pengubahan bilangan oktal ke bilangan biner adalah operasi yang biasa
apabila menggunakan sistem komputer. Misalkan pengubahan bilangan oktal 67O
(dibaca “enam tujuh basis delapan”) ke bilangan biner ekuivalennya. Setiap
bilangan oktal diubah ke dalam 3-bit bilangan biner yang ekuivalen. Bilangan oktal
6 sama dengan 110, 7 sama dengan 111. Penggabungan grup bilangan biner
tersebut menghasilkan 67O = 110111B
Tabel 1.6. Keekuivalenan antara bilangan biner dan oktal
untuk bilangan desimal 0 sampai 17
Desimal Biner Oktal
0 0 0
1 001 1
2 010 2
3 011 3
4 100 4
5 101 5
6 110 6
7 111 7
8 001 000 10
9 001 001 11
10 001 010 12
11 001 011 13
12 001 100 14
13 001 101 15
14 001 110 16
15 001 111 17
16 010 000 20
17 010 001 21
B6A16 = 11 x 162 + 6x161 + 10x160
= 11 x 256 + 96 + 10
= 2922D
7
Konversi dan bilangan oktal ke bilangan biner dapat dilakukan dengan cara
mengkonversikan masing-masing digit oktal ke 3 digit biner, sebagai berikut.
Berarti bilangan biner 110101000010B adalah 6502O di dalam oktal.
Konversi dari bilangan biner ke bilangan oktal dapat dilakukan dengan
mengkonversikan tiap-tiap tiga buah digit biner. Misalnya, bilangan biner
11010100B dapat dikonversikan ke oktal dengan cara :
11 010 100
3 2 4
Bilangan oktal dapat dikonversikan ke bilangan desimal dengan cara
mengalikan masing-masing bit dalam bilangan dengan nilai tempatnya.
324O = 3x82 +2x81+4x82
= 3x64+2x8+4x1
= 192+16+4
= 212D
B. Relasi logika dasar, kombinasi dan sekuensial
Relasi logika dasar dalam sistem komputer, terdiri dari gerbang logika dasar
yang dilengkapi dengan simbol dan karakteristik. Gerbang logika merupakan blok
bangunan untuk komputer yang paling rumit sekalipun. Gerbang logika disusun
komponen integrated circuit (IC). Jenis atau variasi dan gerbang-gerbang logika
yang tersedia dalam semua kelompok logika termasuk TTL dan CMOS.
1. Gerbang AND
Gerbang AND kadang-kadang disebut “gerbang semua atau tidak”. Dasar
tentang gerbang AND yang menggunakan saklar sederhana. Gerbang AND
dioperasikan tersusun dari dioda, transistor, dan tersusun dalam suatu IC. Untuk
memperlihatkan gerbang AND digunakan simbol logika. Simbol gerbang AND
standar digunakan pada relay saklar, rangkaian pneumatik, dioda diskrit dan
transistor atau IC.
6 5 0 2
110 101 000 010
8
Gerbang AND dihubungkan ke saklar masukan A dan B. Indikator keluaran
adalah suatu LED. Bila suatu tegangan RENDAH (GND) muncul pada masukan A
dan B, maka LED keluaran tidak menyala. Perhatikan juga pada baris 1 bahwa
masukan dan keluaran diberikan digit biner. Baris 1 menyatakan bahwa bila
masukan adalah biner 0 dan 0, maka keluaran akan menjadi suatu biner 0. Lihat
dengan teliti empat kombinasi dan saklar A dan B. Perhatikanlah bahwa hanya
biner 1 pada kedua masukan A dan B yang akan menghasilkan suatu biner 1 pada
keluaran.
Gambar 1. 3. Rangkaian Gerbang AND
Tabel 1.7.Tabel Kebenaran Gerbang AND
Masukan Keluaran
A B Y
Tegangan
Saklar
Biner Tegangan
Saklar
Biner Menyala Biner
Baris 1 Rendah 0 Rendah 0 Tidak 0
Baris 2 Rendah 0 Tinggi 1 Tidak 0
Baris 3 Tinggi 1 Rendah 0 Tidak 0
Baris 4 Tinggi 1 Tinggi 1 ya 1
2. Gerbang OR
Gerbang OR kadang-kadang disebut “gerbang setiap atau semua”. Gagasan
dasar gerbang OR yang menggunakan saklar sederhana. Dengan melihat
rangkaian dibawah bahwa lampu keluaran akan menyala bila masing-masing atau
kedua saklar masukan tersebut tertutup, tetapi lampu keluaran tidak akan menyala
bila kedua-duanya terbuka. Suatu tabel kebenaran untuk rangkaian OR
diperlihatkan Tabel 1.7. Tabel kebenaran yang memperlihatkan kondisi rangkaian
gerbang OR dengan dua input A dan B lihat pada Gambar 1.3.
9
Tabel 1.8. memperlihatkan bahwa hanya baris 1 pada tabel kebenaran OR
yang menimbulkan keluaran 0, sedangkan semua beris lain menimbulkan
keluaran 1. Perhatikan diagram logika, di mana masukan A dan B di-OR-kan untuk
menghasilkan suatu keluaran Y. Ekspresi Boolean hasil rekayasa untuk fungsi OR
juga digambarkan. Perlu dicatat bahwa tanda tambah (+) merupakan simbol
Boolean untuk OR.
Tabel 1.8. Tabel kebenaran Gerbang OR
MASUKAN KELUARAN
B A OR
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
3. Pembalik dan penyangga
Rangkaian NOT seringkali disebut pembalik, dimana tugas rangkaian NOT
(pembalik) memberikan suatu keluaran yang tidak sama dengan masukan. Simbol
logika untuk pembalik (inverter, rangkaian NOT) diperlihatkan pada Gambar 1.5.
Masukan Keluaran
A B
Tegangan Biner Tegangan Biner
Rendah 0 Tinggi 1
Tinggi 1 Rendah 0
Gambar 1. 5. Simbol dan Ekspresi
Boolean Gerbang Pembalik
Tabel 1.9. Tabel Kebenaran Untuk Suatu
Pembali
Gambar 1. 4. Simbol Logika Gerbang OR dan
Suatu Ekspresi Boolean
10
Bila gerbang not (pembalik) diberikan suatu logika 1 ke masukan A pada
Gambar 1.5, diperoleh hal yang berlawanan, atau suatu logis 0 pada keluaran Y.
Gambar 1.7 juga memperlihatkan suatu ekspresi Boolean dituliskan untuk fungsi
NOT atau PEMBALIK. Perhatikanlah penggunaan tanda strip (—) di atas keluaran
untuk memperlihatkan bahwa A telah dibalik atau dikomplemenkan. Istilah
Boolean “A” akan menjadi “not A (bukan A)”.
4. Gerbang NAND
Gerbang AND, OR, dan NOT merupakan tiga rangkaian dasar yang dapat
menghasilkan semua rangkaian digital. Gerbang NAND ialah suatu NOT AND,
atau suatu fungsi AND yang dibalik. Simbol logika standar untuk gerbang NAND
digambarkan pada Gambar 1.7. (a). Gelembung pembalik kecil (lingkaran kecil)
pada ujung kanan dan simbol berarti sebagai pembalik AND.
Gambar 1.7. (b) memperlihatkan suatu gerbang AND dan pembalik yang
terpisah dan digunakan untuk menghasilkan fungsi logika NAND. Jika diperhatikan
ekspresi Boolean untuk gerbang AND (A.B) dan NAND (A.B) yang diperlihatkan
pada diagram logika pada Gambar 1.9 (b) dengan Tabel 1.10.
Gambar 1. 7. (a) Simbol Iogika Gerbang NAND,
(b) Ekspresi Boolean Keluaran Gerbang NAND
(b)
Gambar 1. 6. Pembalik Ganda
11
Tabel 1.10 Tabel kebenaran Gerbang AND dan NAND
MASUKAN KELUARAN
B A AND NAND
0 0 0 1
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0
5. Gerbang NOR
Gerbang NOR gabungan antar gerbang NOT OR yang memiliki keluaran
gerbang OR yang dibalik. Simbol logika untuk gerbang NOR berupa suatu simbol
OR dengan gelembung pembalik (lingkaran kecil) pada sisi sebelah kanan. Fungsi
NOR diperlihatkan dengan suatu gerbang OR dan suatu pembalik pada Gambar
1.11 (b). Ekspresi Boolean untuk fungsi OR adalah Y = (A + B), diperlihatkan pada
gambar tersebut.
Tabel kebenaran untuk gerbang NOR pada Tabel 1.11. Tabel kebenaran
gerbang NOR merupakan komplemen dan keluaran gerbang OR. Keluaran
gerbang OR juga dimasukkan dalam tabel kebenaran pada gambar dibawah ini
untuk acuan.
Tabel 1.11. Tabel kebenaran Gerbang OR dan NOR
MASUKAN KELUARAN
B A OR NOR
0 0 0 1
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 1 0
6. Gerbang OR EKSKLUSIF (XOR)
Gerbang OR eksklusif disebut “gerbang OR eksklusif’ sering disingkat
dengan “gerbang XOR”. Simbol logika untuk gerbang XOR digambarkan pada
Gambar 1.9. (a); ekspresi Boolean untuk fungsi XOR digambarkan pada Gambar
1.9. (b). Simbol berarti unsur tersebut di-XORkan satu sama lain. Suatu tabel
Gambar 1. 8. (a) Simbol logika gerbang NOR,
(b) Ekpresi Boolean untuk keluaran
gerbang NOR
12
kebenaran gerbang XOR pada Gambar 1.9. Bila tidak-semua masukan adalah 1,
maka keluaran akan menjadi suatu biner, atau logis 1. Tabel 1.12. Tabel
kebenaran gerbang OR, sehingga dapat membandingkan tabel kebenaran
gerbang OR dengan tabel kebenaran gerbang XOR.
Tabel 1.12. Tabel Kebenaran gerbang OR dan XOR
MASUKAN KELUARAN
B A OR XOR
0 0 0 0
0 1 1 1
1 0 1 1
1 1 1 0
7. Gerbang NOR EKSKLUSIF
Gambar 1.10. (a). merupakan simbol XOR dengan tambahan gelembung
pembalik pada sisi keluaran. Gambar 1.10. (b) menggambarkan ekspresi Boolean
yang digunakan untuk fungsi XNOR. Lihat bahwa ekspresi Boolean untuk gerbang
XNOR adalah A⊕B. Tanda strip di atas ekspresi A ⊕ B menyatakan bahwa
gerbang XOR tersebut dibalik. Periksalah tabel kebenaran pada Tabel 1.13.
Keluaran gerbang XNOR merupakan komplemen dari tabel kebenaran XOR, tabel
gerbangnya di Tabel 1.13. untuk kemudahan pengertian.
Gambar 1. 9. (a) Simbol logika gerbang XOR.
(b) Ekspresi Boolean keluran suatu gerbang XOR
Gambar 1. 10. (a) Simbol logika gerbang XNOR,
(b) Suatu ekspresi Boolean untuk keluaran gerbang XNOR
13
Tabel 1.13. Tabel Kebenaran gerbang OR dan XNOR
MASUKAN KELUARAN
B A OR XNOR
0 0 0 1
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 1 1
8. Flip-Flop
Blok bangunan dasar untuk rangkaian logika gabungan berupa gerbang
logika. Blok bangunan dasar untuk rangkaian logika sekuensial berupa flip-flop
(FF). Pertemuan ini membahas beberapa jenis rangkaian flip-flop. Flip-flop
dihubungkan untuk membentuk pencacah, register geser, dan berbagai peralatan
memori.
a) Flip-flop R-S
Gambar 1.11. merupakan rangkaian flip-flop R-S yang mempunyai dua
masukan, yang diberi label S dan R. Dua keluaran diberi label Q dan Q. Pada flipflop,
keluaran selalu berlawanan, atau komplementer. Dengan kata lain, bila
keluaran Q = 1, maka keluaran Q = 0, dan sebagainya. Huruf “S” dan “R” pada
masukan flip-flop R-S seringkali disebut sebagai masukan set dan reset.
Gambar 1. 11. Simbol logika untuk suatu flip-flop R-S
R
S Q
Q
MASUKAN KELUARAN
Normal
Komplementer
Set
Reset
14
Gambar 1. 12. Rangkaian flip-flop R-S gerbang NAND
Tabel 1.14. Tabel kebenaran untuk suatu flip-flop R-S
Mode
Operasi
Masukan Keluaran Keterangan
S R Q Q Pengaruh pada keluaran Q
Larangan 0 0 1 1 Laranga/jangan digunakan
Set 0 1 1 0 Untuk pengesetan Q menjadi 1
Reset 1 0 0 1 Untuk mereset Q menjadi 0
Tetap 1 1 Q Q Tergantung pada keadaan
sebelumnya
Pengaktifkan pengesetan (pengesetan Q ke 1) pada Gambar 1.12,
diperlukan suatu logis 0. Untuk mengaktifkan reset, atau menghapus (Q ke 0), juga
diperlukan suatu logis Q. Oleh karena itu, untuk membuka atau untuk
mengaktifkan diperlukan logis 0, maka flip-flop, simbol logika pada Gambar 1.13
biasanya lebih teliti. Perhatikan gelembung pembalik pada masukan R dan S.
Gelembung pembalik ini menyatakan bahwa masukan set dan reset diaktifkan oleh
suatu logis 0.
b) Flip-Flop R-S yang Berdetak
Simbol logika flip-flop R-S yang berdetak pada Gambar 1.13. flip-flop
tersebut kelihatannya seperti flip-flop RS, kecuali bahwa flip-flop R-S yang
berdetak mempunyai satu masukan ekstra yang diberi label CLK (untuk detak).
Operasi flip-flop R-S yang berdetak, masukan CLK ada pada sebelah atas
diagram. Perhatikanlah bahwa pulsa detak (1) tidak mempunyai pengaruh
terhadap keluaran Q bila masukan S dan R berada dalam posisi 0.
Flip-flop tersebut berada pada mode menganggur atau tetap selama pulsa
detak 1. Pada posisi S preset, masukan S (set) dipindahkan ke 1, tetapi keluaran
Q belum diset ke 1. Sisi yang naik dan pulsa detak 2 memungkinkan Q menjadi I.
15
Pulsa 3 dan pulsa 4 tidak berpengaruh terhadap keluaran Q. Selama pulsa 3, flipflop
berada dalam mode set, sedangkan selama pulsa 4, berada dalam mode
tetap. Selanjutnya, masukan R dipreset ke 1. Pada sisi yang naik dan pulsa detak
5, keluaran Q direset (atau diklearkan) menjadi 0. Flip-flop berada dalam mode
reset balk selama pulsa detak 5 maupun 6. Flip-flop berada di mode tetap selama
pulsa detak 7; dengan demikian, keluaran normal (Q) masih tetap 0. Perhatikanlah
bahwa keluaran flip-flop R-S
Gambar 1. 13. Simbol logika untuk suatu flip-flop R-S yang berdetak
Karakteristik lain dari flip-flop R-S yang berdetak ialah bahwa sekali diset
atau direset akan tetap pada keadaan tersebut kecuali bila mengubah beberapa
masukan. Ini merupakan karakteristik memori, yang sangat berharga dalam
banyak rangkaian digital. Karakteristik ini akan jelas selama mode-tetap dan
operasi. Diagram bentuk gelombang flip-flop ini ada dalam mode-tetap selama
pulsa detak 1, 4, dan 7. Gambar 1.14. memperlihatkan tabel kebenaran untuk flipflop
R-S yang berdetak.
Gambar 1. 14. Diagram bentuk gelombang untuk suatu flip-flop R-S
yang berdetak
16
Tabel 1.15. Kebenaran untuk flip-flop R-S yang berdetak
Modus
Operasi
Masukan Keluaran
CLK S R Q Q Efek pada
output
Tetap
0 0 Tanpa Perubahan
Reset
0 1 0 1
Diulang atau
dihapus ke
nol
Set
1 0 1 0
Diatur ke 1
Larangan
1 1 1 1
Dilarang
menggunakan
Gambar 1. 15. Diagram Rangkaian flip-flop R-S
Gambar 1.15. memperlihatkan diagram rangkaian dan flip-flop R-S yang
berdetak. Perhatikanlah bahwa dua gerbang NAND telah ditambahkan pada
masukan flip-flop R-S untuk menambah sifat detakan.
c) Pencacah
Pencacah ini dibuat untuk mengilangkan penundaan pada pencacah riak.
Bilamana bit pindahan merambat melalui deretan n-buah flip-flop, maka waktu
tunda propagasi total yang dialaminya adalah ntp. Oleh sebab itu, pencacahpencacah
riak merupakan piranti yang terlalu lambat untuk beberapa pemakaian
17
tertentu. Guna mengatasi masalah penundaan-riak (ripple-delay), dapat
digunakan sebuah pencacah sinkron.
Gambar 1. 16. Pencacah sinkron 3 BIT
(Sumber: Mappease, 2017)
Tabel 1.16. Tabel Kebenaran Pencacan sinkron 3 BIT
d) Pencacah-naik Biner Sinkron
Jika pada pencacah sinkron pulsa yang akan dihitung datangnya tidak
serentak, maka pada pencacah sikron ini pulsa yang ingin dihitung ini masuk ke
dalam setiap flip-flop serentak (bersama-sama) sehinga perubah output setiap flipflop
akan terjadi secara serentak. Oleh karena itu, proses penghitungan pada
pencacah sikron ini akan lebih cepat jika dibandingkan dengan pencacah siknron.
18
Gambar 1. 17. Pencacah-naik Biner Sinkron
(Sumber: Mappease, 2017)
e) Pencacah-turun biner sinkron
Sama dengan Pencacah naik Biner Sinkron tetapi bedanya rangkaian ini
melakukan penghitungan dari atas ke bawah. Rangkaiannya dapat dilihat seperti
pada gambar berikut:
Gambar 1. 18. Synchronous Binary Up Counter
(Sumber: Mappease, 2017)
f) Pencacah Naik-Turun Biner Sinkron
Perhitungan pada rangkaian ini, bisa dilakukan ke atas atau ke bawah
dengan memanfaatkan tombol pengatur proses penghitungan. Rangkaian seperti
gambar berikut:
19
Gambar 1. 19. Synchronous Binary Up Down Counter
g) Perancangan pencacah
Perancangan pencacah dapat dibagi menjadi 2, yaitu dengan menggunakan
peta Karnaugh, dan dengan diagram waktu. Berikut ini akan dijelaskan langkahlangkahnya:
Perancangan counter menggunakan Peta Karnaugh
a) Dengan mengetahui urutan keluaran pencacah yang akan dirancang, di
tentukan masukan flip-flop untuk setiap kondisi keluaran menggunakan tabel
kebalikan.
b) Cari fungsi boolean masing-masing masukan flip-flop dengan menggunakan
peta Karnaugh. Usahakan untuk mendapatkan fungsi yang sesederhana
mungkin, agar rangkaian pencacah menjadi sederhana.
c) Buat rangkaian pencacah dengan fungsi masukan flip-flop yang telah
ditentukan. Pada umumnya digunakan gerbang logika untuk membentuk
fungsi tersebut.
Perancangan pencacah menggunakan diagram waktu
1) Menggambarkan diagram waktu CLK, tentukan jenis pemicuan yang
digunakan, dan keluaran flip-flop yang diinginkan. Untuk n kondisi keluaran,
terdapat n jumlah pulsa CLK.
2) Dengan melihat keluaran flip-flop sebelum dan sesudah clock aktif (Qn dan
Qn+1), tentukan fungsi masukan flip-flop dengan menggunakan tabel
kebalikan.
3) Menggambarkan fungsi masukan tersebut pada diagram waktu yang sama.
4) Sederhanakan fungsi masukan yang telah diperoleh sebelumnya, dengan
melihat kondisi logika dan kondisi keluaran flip-flop. Untuk flip-flop R-S dan
J-K kondisi don’t care (x) dapat dianggap sama dengan 0 atau 1.
20
5) Tentukan (minimal satu) flip-flop yang dipicu oleh keluaran flip-flop lain. Hal
ini dapat dilakukan dengan mengamati perubahan keluaran suatu flip-flop
setiap perubahan keluaran flip-flop lain, sesuai dengan jenis pemicuannya.
6) Buat rangkaian pencacah dengan fungsi masukan flip-flop yang telah
ditentukan. Umumnya digunakan gerbang logika untuk membentuk fungsi
tersebut.
C. Operasi logika Aritmetika (Half-Full Adder)
Dalam sistem bilangan, telah dibahas mengenai cara menjumlahkan suatu
bilangan. Penjumlahan bilangan pada umumya dimulai dengan menjumlahkan
digit yang disebelah kanan yaitu digit yang mempunyai bobot paling kecil (LSD)
dilanjutkan dengan menjumlahkan kolom berikutnya dengan memperhatikan
apakah ada nilai pindahan (carry) yang harus dijumlahkan. Penjumlahan
rangkaian logika seperti ini disebut "adder" (penjumlahan). Fungsi "adder" ini dapat
dipergunakan untuk menjumlahkan, mengurangi, mengali dan membagi angkaangka
biner dalam pelaksanaannya dapat dianggap sebagai cara penjumlahan.
Berdasarkan penggunaanya "adder" dapat dibagi menjadi dua yaitu Half Adder
dan Full Adder.
1. Half Adder
Penjumlah separuh, Half Adder (HA), menjumlahkan dua buah nilai binary A
dan B, dengan dua buah output, yakni sum dan carry. Untuk nilai carry
merepresentasikan overflow dalam digit selanjutnya dari penjumlahan dengan
banyak digit. Nilai dari sum adalah 2C + S (2 carry + 1 sum), nilai carry tidak
disertakan dalam penjumlahan. Untuk rangkaian half adder secara sederhana
tersusun atas kombinasi gerbang logika XOR dan AND. Dengan input A dan B
melalui gerbang XOR menghasilkan output S. Sementara input A dan B yang
melewati gerbang logika AND menghasilkan output C. Berikut ini adalah tabel
kebenaran dan gambar rangkaian half adder.
Gambar 1. 20. Half Adder
21
Tabel 1.17. Tabel Kebenaran Half Adder
MASUKAN KELUARAN
A B C S
0 0 0 0
1 0 0 1
0 1 0 1
1 1 1 0
a. Pin A berfungsi untuk masukkan Input pertama.
b. Pin B berfungsi untuk masukkan Input kedua.
c. Pin S berfungsi untuk menampilkan output penjumlahan A + B
d. Pin C berfungsi untuk output carry yaitu sisa penjumlahan.
2. Full Adder
Rangkaian Full Adder, penjumlah penuh, menjumlahkan bilangan binary
dengan menyertakan nilai carry dalam penjumlahannya. Sebuah Full Adder
sederhana terdiri dari tiga buah input, yang biasa untuk memudahkan disebut input
A, B, dan Cin. Dengan A dan B merupakan input operand yang ada, sedangkan
Cin merupakan nilai bit carry dari langkah sebelumnya. Rangkaian ini
menghasilkan dua buah output yakni sum dan carry, yang masing-masing
direpresentasikan dengan S dan Cout. Dimana sum = 2 X Cout + S. Berikut ini
adalah rangkaian dan tabel kebenaran dari Full Adder satu bit.
Gambar 1. 21. Full Adder
Tabel 1.18 Tabel Kebenaran Full Adder
MASUKAN KELUARAN
A B Cin Cout S
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
0 1 0 0 1
1 1 0 1 0
0 0 1 0 1
1 0 1 1 0
0 1 1 1 0
1 1 1 1 1
22
Rangkaian Full Adder adalah rangkaian Adder yang dapat menerima nilai
carry in dari rangkaian sebelumnya dan meneruskan nilai carry out ke rangkaian
selanjutnya. Rangkaian Full Adder dapat dibuat dengan menggabung 2 buah Half
Adder. Perhatikan gambar berikut:
Gambar 1. 22. Simbol Full Adder
D. Rangkaian Multiplekser, Dekoder, Register
1. Rangkaian Multiplekser
Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan
hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan selektor, dapat dipilih salah
satu input-nya untuk dijadikan output. Sehingga dapat dikatakan bahwa
multiplekser ini mempunyai n-input, m-selektor, dan 1-output. Biasanya jumlah
inputnya adalah 2 selektornya. Adapun macam dari multiplekser ini adalah sebagai
berikut:
a. Multiplekser 4x1 atau 4 to 1 multiplekser
b. Multiplekser 8x1 atau 8 to 1 multiplekser
c. Multiplekser 16x1 atau 16 to 1 multiplekser
Gambar 1.23. berikut adalah simbol dari multiplekser 4x1 yang juga disebut
sebagai “data selektor” karena bit output tergantung pada input data yang dipilih
oleh selektor Input data biasanya diberi label D0 s/d Dn. Multiplekser ini hanya ada
satu input yang ditransmisikan sebagai output tergantung dari kombinasi nilai
selektornya.
a. Misalkan selektornya adalah S1 dan S0, maka jika nilai : S1 S0 = 00
b. Maka output-nya (diberi label Y) adalah : Y = D0
c. Jika D0 bernilai 0 maka Y akan bernilai 0, jika D0 bernilai 1 maka Y
bernilai 1.
23
Gambar 1. 23. Simbol Multiplekser
Adapun rangkaian multiplekser 4x1 dengan menggunakan strobe atau
enable yaitu suatu jalur bit yang bertugas mengaktifkan atau mengnonaktifkan
multiplekser, dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 1. 24. Rangkaian multiplexer 4x1
Tabel 1.19. Kebenaran Multiplexer 4x1
2. Dekoder
Pengertian dekoder adalah alat yang digunakan untuk dapat
mengembalikan proses encoding sehingga dapat melihat atau menerima informasi
aslinya. Pengertian dekoder juga dapat di artikan sebagai rangkaian logika yang
di tugaskan untuk menerima input biner dan mengaktifkan salah satu output-nya
sesuai dengan urutan biner tersebut. Kebalikan dari dekoder adalah enkoder.
Fungsi dekoder adalah untuk memudahkan dalam menyalakan seven segmen.
24
Output dari dekoder maksimum adalah 2n. Jadi dapat dibentuk n-to-2n dekoder.
Jika ingin merangkaian dekoder dapat di buat dengan 3-to-8 dekoder
menggunakan 2-to-4 dekoder. Sehingga dapat membuat 4-to-16 dekoder dengan
menggunakan dua buah 3-to-8 decoder.
Gambar 1. 25. Rangkaian Dekoder
(Sumber: Mappease, 2017)
3. Register
Dalam elektronika digital seringkali diperlukan penyimpan data sementara
sebelum data diolah lebih lanjut. Elemen penyimpan dasar adalah flip-flop, setiap
flip-flop menyimpan sebuah bit data. Sehingga untuk menyimpan data n-bit,
diperlukan n buah flip-flop yang disusun sedemikian rupa dalam bentuk register.
Suatu memori register menyimpan data 1001B dapat ditunjukkan secara blok
diagram seperti gambar di bawah in:
Gambar 1. 26. Blok diagram register memori 4-bit
Gambar 1. 27. Transfer data (a) mode seri, dan (b) mode paralel
25
Dalam metode seri, bit-bit dipindahkan secara berurutan satu per satu : b0,
b1, b2, dan seterusnya. Dalam mode paralel, bit-bit dipindahkan secara serempak
sesuai dengan cacah jalur paralel (empat jalur untuk empat bit) secara sinkron
dengan sebuah pulsa CLK. Empat cara dimana register dapat digunakan untuk
menyimpan dan memindahkan data dari satu bagian ke bagian sistem yang lain:
1. 2. 3. 4. Serial input paralel output (SIPO), Serial input serial output (SISO)
Paralel input parallel output (PIPO), Paralel input serial output (PISO). Beberapa
tipe flip-flop dapat digunakan untuk membuat suatu register. Jika D FF digunakan
untuk membentuk register memori 4-bit.
Gambar 1. 28. Rangkaian register memori 4-bit
Gambar 1.38 ditunjukkan sebuah register memori 4 bit yang terdiri dari 4
buah D FF. Data input dimasukkan secara paralel pada terminal A, B, C, dan D.
Rangkaian di atas disebut sebagai Paralel Input dan Paralel Output (PIPO).
Misalkan QA dan QB diset awal ke 0. Bit pertama dimasukkan ke input flip-flop A,
jika ada clock pertama, bit tersebut akan di transfer ke output QA. Bit pertama
sekarang telah tersambung ke input B, dan bit ke dua dari data input terhubung ke
input flip-flop A. Jika ada pulsa clock kedua, bit pertama berpindah ke output QB
dan bit kedua berpindah ke output QA. Proses perpindahan data akan berlanjut
sampai 4-bit. Data dapat dibaca secara paralel dari QA, QB, QC, dan QD secara
simultan, dikenal sebagai Serial Input Serial Output (SISO).
Gambar 1. 29. Shift Register 4-bit
26
E. Elektronika Dasar
(Kelistrikan, komponen elektronika dan skema rangakaian elektronika)
Rangkaian elektronika dapat diartikan sebagai gabungan 2 atau lebih
komponen elektronika baik kompoonen pasif maupun aktif yang membentuk suatu
sistem atau fungsi pemroses sinyal sederhana maupun komplek. Rangkaian
elektronika dapat dibangun dengan atau tanpa sumber tegangangan atau sumber
arus untuk pengoperasiannya.
1. Resistor
Resistor atau hambatan adalah komponen Elektronika pasif yang berfungsi
untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika.
Satuan Nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm (Ω). Nilai Resistor biasanya
diwakili dengan Kode angka ataupun Gelang Warna yang terdapat di badan
Resistor.
Gambar 1. 30. Gambar dan Simbol Resistor
(http://sman78-jkt.sch.id/sumberbelajar/bahanajar/)
2. Kapasitor (Capacitor)
Kapasitor atau Kondensator adalah komponen elektronika pasif yang dapat
menyimpan energi atau muatan listrik dalam sementara waktu. Fungsi-fungsi
Kapasitor diantaranya adalah dapat memilih gelombang radio pada rangkaian
Tuner.
27
Gambar 1. 31. Gambar dan Simbol Kapasitor
3. Induktor (Inductor)
Induktor atau coil (Kumparan) adalah komponen elektronika pasif yang
berfungsi sebagai Pengatur Frekuensi, Filter dan juga sebagai alat kopel
(Penyambung). Induktor banyak ditemukan pada peralatan atau rangkaian
elektronika yang berkaitan dengan frekuensi seperti Tuner untuk pesawat Radio.
Gambar 1. 32. Gambar dan Simbol Induktor
4. Dioda (Diode)
Diode adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi untuk
menghantarkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah
sebaliknya. Diode terdiri dari 2 Elektroda yaitu Anoda dan Katoda.
28
Gambar 1. 33. Gambar dan Simbol Dioda
5. Transistor
Transistor merupakan komponen aktif yang memiliki banyak fungsi dan
merupakan Komponen yang memegang peranan yang sangat penting dalam
dunia elektronik modern ini. Beberapa fungsi Transistor diantaranya adalah
sebagai Penguat arus, sebagai Switch, Stabilitasi Tegangan, Modulasi Sinyal,
Penyearah dan sebagainya.
Gambar 1. 34. Gambar dan Simbol Transistor
6. IC (Integrated Circuit)
IC adalah komponen aktif yang terdiri dari gabungan ratusan bahkan jutaan
Transistor, Resistor dan komponen lainnya yang diintegrasi menjadi sebuah
rangkaian elektronika dalam sebuah kemasan kecil.
29
Gambar 1. 35. Gambar dan Simbol IC
F. Dasar dasar mikrokontroler
1. Pengertian Mikrokontroler
Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan
mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi
baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan
transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta
dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) membuat harganya menjadi
lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan pasar,
mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan
kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu bahkan mainan yang lebih baik dan
canggih.
Gambar 1. 36. MIkrokontroler AVR seri ATMega 16
Perbedaan mikrokontroler dan mikroprosesor menyangkut pada materi ini,
ada dua istilah yang mungkin sedikit membingungkan yaitu antara mikrokontroler
dan mikrokontroler. Perbedaan yang utama antara keduanya dapat dilihat dari dua
faktor utama, yaitu arsitektur perangkat keras (hardware architeture) dan aplikasi
masing-masing. Berikut ini penjelasannya: ditinjau dari segi arsitekturnya
mikroprosessor hanya merupakan single chip CPU, untuk mikrokontroler dalam
30
IC-nya selaian CPU juga terdapat device lain yang memungkinkan mikrokontroler
berfungsi sebagai suatu single chip komputer.
2. Pemrograman Mikrokontroler
Agar bisa bekerja, sebuah mikrokontroler harus diprogram dahulu. Software
downloader bisa merupakan aplikasi yang ada pada komputer atau sebuah
program yang ditanamkan pada mikrokontroler lain. Hardware downloader bisa
memanfaatkan port komputer dengan atau tanpa bantuan hardware lain atau bisa
juga berupa mikrokontroler lain yang sudah diisi dengan software downloader.
3. Jenis-jenis Mikrokontroler
Jenis-jenis mikrokontroler dikelompokkan berdasarkan pabrik, generasi,
instruksi set, memori dan arsitekturnya. Contoh mikrokontroler yang umum dipakai
saat ini adalah AVR dan MCS51 dari perusahaan ATMEL. Arsitektur
mikrokontroler yang sedang mengalami perkembangan pesat adalah ARM,
mikrokontroler dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :
a. CISC, adalah singkatan dari Complex Instruction Set Computer yaitu
mikrokontroler dengan instruksi set lengkap. Keluarga mikrokontroler
MCS51 dari ATMEL termasuk jenis ini.
b. RISC, adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computer yaitu
mikrokontroler yang memiliki instruksi set terbatas. Keluarga mikrokontroler
AVR dari ATMEL termasuk jenis ini.
4. Fungsi Mikrokontroler
Mikrokontroler sangat bermanfaat bagi kehidupan. Contoh nyata dari
aplikasi mikrokontroler adalah sistem remote control pada pesawat televisi, audio
dan AC (Air Conditioner). Selain itu mikrokontroler juga banyak digunakan pada
dunia industri seperti pada mesin-mesin produksi dan instrumentasi.
Mikrokontroler sudah bisa dipakai untuk membantu promosi dengan adanya
running text display. Gambar 1.38 merupakan konfigurasi Pin ATMega 16.
31
Gambar 1. 37. Bentuk fisik dan Konfigurasi Kaki ATMega 16
(Datasheet ATMega16)
Tabel 1.20. Fungsi Khusus Port B, C dan D
Fungsi Khusus Port B Fungsi Khusus Port C
Fungsi Khusus Port D
(Datasheet ATMega 16)
32
Gambar 1. 38. Diagram Blok ATMega 16
(Datasheet ATmega16)
RANGKUMAN
Sistem bilangan merupakan pengetahuan dasar yang sangat urgen untuk
dipelajari dalam memahami sistem komputer. Dalam sistem bilangan terdapat
pembagian bilangan yang akan dikonversikan menjadi bilangan yang lain, yaitu
desimal, oktal, dan heksadesimal. Relasi logika dasar mendeskripsikan berbagai
gerbang logika dalam sisitem komputer yang berkaitan dengan gerbang AND,
NOT, OR, NAND, NOR, EX-OR dan EX-NOR. Pengembangan selanjutnya
rangkaian Half Adder dan Full adder menrupakan penjumlahan setengah dan
penuh. Rangkaian multiplexer, decoder dan register dalam penerapan logikanya
membutuhkan rangkaian ini. Beberapa rangkaian elektronika sebagai komponen
penting dalam sistem ini, yang fungsinya digunakan sebagai komponen
pendukung dalam sisitem mikrokontroler dan mikroprosesor.
untuk file pdf silahkan klik DISINI untuk mendownload
