Sistem komputer kelas X SMK

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