PERTEMUAN 03 “GERBANG LOGIKA” TEKNIK DIGITAL PERTEMUAN 03 “GERBANG LOGIKA”

GERBANG DASAR LOGIKA Untuk mewujudkan rangkaian digital, terlebih dahulu harus dipahami GERBANG DASAR DIGITAL. Ada 8 (delapan) GERBANG DASAR DIGITAL yakni: Gerbang AND Gerbang NAND Gerbang OR Gerbang NOR Gerbang NOT Gerbang Buffer Gerbang XOR Gerbang XNOR

GERBANG AND Gerbang AND adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika semua inputnya bernilai 1 (tinggi), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang AND ditunjukkan pada Gambar 1 berikut. A A B F 1 F Persaman Boolean: A . B = F B (a) Gambar 1: (a) Simbol Rangkaian Gerbang AND; (b) Tabel Kebenaran Gerbang AND (b)

GERBANG NAND Gerbang NAND adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika salah satu atau semua inputnya bernilai 0 (rendah), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang NAND ditunjukkan pada Gambar 2 berikut. A A B F 1 F Persaman Boolean: A . B = F B (a) Gambar 2: (a) Simbol Rangkaian Gerbang NAND; (b) Tabel Kebenaran Gerbang NAND (b)

GERBANG OR Gerbang OR adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika salah satu atau semua inputnya bernilai 1 (tinggi), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang OR ditunjukkan pada Gambar 3 berikut. A B F 1 A F Persaman Boolean: A + B = F B (a) Gambar 3: (a) Simbol Rangkaian Gerbang OR; (b) Tabel Kebenaran Gerbang OR (b)

GERBANG NOR Gerbang NOR adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika semua inputnya bernilai 0 (tinggi), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang NOR ditunjukkan pada Gambar 4 berikut. A B F 1 A F B Persaman Boolean: A + B = F (a) Gambar 4: (a) Simbol Rangkaian Gerbang NOR; (b) Tabel Kebenaran Gerbang NOR (b)

GERBANG NOT Gerbang NOT adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika inputnya bernilai 0 (rendah), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Sering juga disebut sebagai Gerbang Pembalik. Artinya, sinyal outputnya merupakan pembalikan dari sinyal inputnya. Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang NOT ditunjukkan pada Gambar 5 berikut. A F 1 A F (a) Persaman Boolean: A = F Gambar 5: (a) Simbol Rangkaian Gerbang NOT; (b) Tabel Kebenaran Gerbang NOT (b)

GERBANG BUFFER Gerbang BUFFER atau PENYANGGA adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi memperkuat dan meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika inputnya bernilai 1 (tinggi), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang buffer ditunjukkan pada Gambar 6 berikut. A F 1 A F Persaman Boolean: A = F (a) (b) Gambar 6: (a) Simbol Rangkaian Gerbang Buffer; (b) Tabel Kebenaran Gerbang Buffer

GERBANG XOR Gerbang Eksklusif OR (XOR) adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika inputnya BERBEDA mengikuti urutan bilangan ganjil (1, 3, 5, dst.), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persamaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang XOR ditunjukkan pada Gambar 7 berikut. A B F 1 A F Persaman Boolean: A  B = F = A.B + A.B B (a) Gambar 7: (a) Simbol Rangkaian Gerbang XOR; (b) Tabel Kebenaran Gerbang XOR (b)

GERBANG XNOR Gerbang Eksklusif NOR (XNOR) adalah suatu gerbang digital yang akan berfungsi meneruskan nilai 1 (tinggi) pada outputnya jika dan hanya jika inputnya SAMA mengikuti urutan bilangan ganjil (1, 3, 5, dst.), selain itu akan bernilai 0 (rendah). Simbol rangkaian, persmaan Boolean dan tabel kebenaran Gerbang XNOR ditunjukkan pada Gambar 8 berikut. A B F 1 A F Persaman Boolean: A  B = F = A.B + A.B B Gambar 8: (a) Simbol Rangkaian Gerbang XNOR; (b) Tabel Kebenaran Gerbang XNOR (b)

LATIHAN RANGKAIAN DIGITAL “APLIKASI ‘6’ GERBANG NAND” Rangkailah sedemikian rupa 6 gerbang “NAND” yang memiliki 2 “input”hingga menghasilkan nilai digital seperti pada tabelkebenaran berikut: A B C F1 F2 F3 1

GERBANG NAND SEBAGAI GERBANG UNIVERSAL Anda telah mempelajari blok bentuk dasar yang digunakan pada semua rangkaian digital. Selain itu, Anda juga telah mempelajari delapan jenis rangkaian penggerbangan dan sekarang telah Anda ketahui karakteristik gerbang AND, OR, NAND, NOR, XOR, dan XNOR, NOT (pembalik), dan penyangga. Anda dapat membeli IC dengan masing-masing fungsi dasar tersebut. Literatur perusahaan pembuat IC pada umumnya menunjukkan bahwa gerbang NAND lebih banyak disediakan daripada gerbang jenis lainnya dan digunakan secara luas. Di sini akan diperlihatkan bagaimana gerbang NAND tersebut digunakan untuk membuat gerbang jenis yang lain. Dengan demikian, gerbang NAND sering disebut sebagai “GERBANG UNIVERSAL”.

KONFIGURASI GERBANG NAND PENGGANTI CONT’ FUNGSI LOGIKA SIMBOL KONFIGURASI GERBANG NAND PENGGANTI A B F A B F AND

KONFIGURASI GERBANG NAND PENGGANTI CONT’ FUNGSI LOGIKA SIMBOL KONFIGURASI GERBANG NAND PENGGANTI A B F A B OR F

GERBANG NAND Yang DIGUNAKAN CONT’ FUNGSI LOGIKA SIMBOL GERBANG NAND Yang DIGUNAKAN A B F A B F NOR A B F A B F XOR

CONT’

GERBANG LOGIKA TTL PRAKTIS Ketenaran rangkaian digital antara lain karena harga IC-nya murah. Perusahaan telah membuat banyak kelompok IC digital. IC dalam suatu kelompok dapat dipertukarkan dan dapat dengan mudah dirangkaikan antara satu sama lain.

CONT’ Jenis IC yang umum digambarkan pada Gambar 1(a). Model ini disebut sebagai DIP (Dual In-Line Package) oleh perusahaan IC. IC khusus mi disebut suatu IC DIP 14-kaki. Dengan memutar berlawanan arah jarum jam, kaki yang terdekat dengan tanda takik pada IC Gambar 1(a) adalah kaki 1. Kaki diberi nomor berlawanan arah jarum jam dan 1 sampai 14 bila dilihat dan atas IC. Tanda titik pada bagian atas IC DIP seperti pada Gambar 1(b) merupakan metode lain yang digunakan untuk menempatkan kaki .

CONT’ Gambar 1. IC DIP. (a) Penempatan kaki 1 dengan menggunakan takik (b) Penempatan kaki 1 dengan menggunakan titik Gambar 2. Diagram kaki untuk IC digital 7408

CONT’ Pabrik IC memberikan diagram kaki yang sama seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. IC ini berisi empat gerbang AND 2-masukan. Jadi, ini disebut sebagai IC- gerbang AND 2-masukan berempat. Unit 7408 ini merupakan salah satu dari banyak seri IC TTL 7400 yang tersedia. Hubungan daya pada IC ialah GND (kaki 7) dan V. (kaki 14). Semua kaki yang lain adalah masukan dan keluaran pada empat gerbang AND TTL.

CONT’ Gambar 3 menunjukkan diagram logika AND TTL. Rangkaian ini menggunakan IC TTL 7408. Gambar 3. Diagram Logika IC TTL 7408

CONT’ Gambar 4 menunjukkan diagram Rangkaian IC TTL 7408. Gambar 4. Diagram Rangkaian IC TTL 7408

CONT’ Catu daya DC yang stabil 5 V digunakan untuk semua peralatan TTL. Hubungan sumber tegangan positif (V) dan negatif (GND) dihubung-kan ke kaki 14 dan 7 dari IC. Sakiar masukan (A dan B) dihubungkan ke kaki 1 dan 2 dari IC 7408. Perlu diperhatikan, bila saklar berada pada posisi ke atas, maka suatu logika 1 (+5 V) diberikan pada masukan gerbang AND. Bila saklar berada dalam posisi ke bawah, suatu logika 0 (GND) diberikan pada masukan tersebut. Pada sebelah kanan Gambar 3 dna 4, LED dan resistor pembatas 150  dihubungkan pada GND. Bila keluaran pada kaki 3 TINGGI (mendekati +5V) maka arus akan mengalir melalui LED. Bila LED menyala, berarti menyatakan keluaran TINGGI dari gerbang AND.

Gambar 5. Spesifikasi IC Digital TTL CONT’ Spesifikasi IC digital TTL diperlihatkan pada Gambar 5. Gambar 5. Spesifikasi IC Digital TTL

CONT’ Sebelah atas dai IC digital TTL umum diperlihatkan pada Gambar 5(a). Bentuk blok dan huruf “NS” pada bagian atas dari IC memperlihatkan perusahaan National Semikonduktor. Angka DM 7408M dapat dibagi menjadi bagian-bagian seperti diperlihatkan pada Gambar 5(b). Awalan DM adalah kode perusahaan (National semiconductor menggunakan huruf “DM” sebagai awalan). Nomor inti adalah 7408, yang merupakan IC TTL gerbang AND berempat-dua-masukan. Angka inti mi sama untuk semua perusahaan. Huruf “N” (akhiran) merupakan suatu kode yang digunakan oleh beberapa perusahaan untuk menyatakan DIP. Corporation. Pada unit Fairchild ini, akhiran “P” singkatan untuk paket DIP plastik dan “C” menyatakan kode untuk daerah temperatur dari 00C sampai +70°C. Ini disebut sebagai tingkat komersial. Angka bagian inti dari IC pada Gambar 3-33 adalah 74LS08. Ini kira-kira sama dengan IC gerbang AND berempat-dua-masukan 7408 yang baru saja kita bahas. Huruf “LS” pada bagian tengah angka inti menentukan jenis rangkaian TTL yang digunakan dalam IC. Dalam kasus ini “LS” singkatan untuk schottky daya-rendah (low-power Schottky). Huruf bagian dalam pada suatu angka bagian inti dari IC seri 7400 menyatakan kelompok atau subkelompok logika.

CONT’ Hubungan bagian dalam yang khusus digunakan adalah: ALS = Advanced low-power Schottky logika TTL (subkelompok dari TTL) C = Logika CMOS (suatu kelompok terpisah) H = Logika TTL kecepatan-tinggi (suatu subkelompok dan TTL) HC = Logika CMOS kecepatan tinggi (suatu kelompok terpisah CMOS) HCT = Logika CMOS kecepatan tinggi (suatu kelompok terpisah CMOS dan masukan TTL) L = Logika TTL daya-rendah (suatu subkelompok dari TTL) LS = Logika TTh Schottky daya-rendah (suatu subkelompok dari TTL) C = Logika TTL schottky (suatu subkelompok dari TTL).

CONT’ Huruf bagian dalam memberikan informasi tentang pemakaian daya atau kecepatan dari IC digital. Karena perbedaan pemakaian daya dan kecepatan ini, maka perusahaan biasanya menganjurkan agar digunakan nomor yang tepat dalam penggantian IC digital. Bila huruf “C” digunakan di samping nomor bagian dari seri 7400, maka hal ini menentukan suatu CMOS dan bukan suatu IC digital TTL. Manual dan data perusahaan berisi informasi yang sangat berharga untuk IC digital. Data tersebut berisi diagram kaki dan informasi pemaketan. Manual data juga berisi rincian bagian nomor dan data lain yang berharga untuk para teknisi, mahasiswa, atau sarjana teknik.

GERBANG LOGIKA CMOS PRAKTIS Rangkaian logika TTL seri 7400 yang terdahulu, luar biasa sekali untuk beberapa dekade. Satu kekurangannya adalah pemakaian daya yang besar. Menjelang tahun 1960, dikembangkan IC digital CMOS yang hampir tidak mengkonsumsi daya dan sempurna untuk sederetan operasi rangkaian elektronika. CMOS terdiri dari paduan semikonduktor oksida logam (Complementary Metal Oxide Semikonduktor). Beberapa kelompok IC CMOS yang sesuai telah dikembangkan. CMOS pertama kali yaitu seri 4000. Kemudian muncul seri 74C00 dan yang lebih dari itu, IC digital CMOS seri 74HC00. Beberapa rangkaian LSI (Large-scale integrated) seperti jam tangan digital dan chip kalkulator juga diproduksi dengan menggunakan teknologi CMOS.

CONT’ Gambar 6. Bentuk Fisik & Spesifikasi IC CMOS Bentuk IC CMOS seri 4000 ditunjukkan pada Gambar 6(a). Perhatikan, kaki (pin) 1 yang ditandai pada bagian atas IC kemudian kaki yang lain urutannya berlawanan dengan arah jarum jam dan takik (notch). Pembuatannya adalah dengan RCA. Nomor pada IC CD4081BE dapat dibagi dalam bagian-bagian seperti ditunjukkan dalam Gambar 6(b). Awalan CD adalah kode RCA untuk IC digital CMOS. Nomor utamanya adalah 4018B yang terdapat pada IC CMOS. Segi empat dua masukan gerbang AND. Nomor utama selalu hampir sama antara satu pabrik dengan pabrik lainnya. Huruf akhir E adalah kode pengemasan RCA untuk plastik IC DIP. Huruf B adalah terjemahan dari penyangga (Buffer) seri 4000A yang asli. Penyangga yang melengkapi komponen seri 4000B dengan keluaran yang besar kadang-kadang dilindungi dari arus listnik. Gambar 6. Bentuk Fisik & Spesifikasi IC CMOS

CONT’ Gambar 7 adalah diagram kaki IC CMOS CD4081 BE gerbang AND berempat -duamasukan. Daya yang berhubungan dengan VDD (tegangan positif) dan GND atau tegangan negatif). Tanda untuk berhubungan daya pada TTL dan IC CMOS seri 4000 berbeda. Perbedaannya dapat diteliti dengan membandingkan Gambar 2 dan Gambar 7. Gambar 7. Diagram Kaki-kaki Gerbang AND IC CMOS

CONT’ Diagram skema yang diberikan pada Gambar 8(a) menunjukkan rangkaian dihubungkan dengan sumber DC menggunakan IC CMOS seri 408lB. Diagram akhir untuk rangkaian tersebut ditunjukkan pada Gambar 8(b). Catu dayanya 5V DC, tetapi IC CMOS seri 4000 dapat menggunakan tegangan 3 sampai 18V DC. Gambar 8. Diagram Rangkaian Gerbang AND IC CMOS

CONT’ Perhatikan dalam melepas 4081 dari catu daya, karena beban statis yang tersisa masih dapat menghantar. Jangan menyentuh kakinya ketika memasukan IC CMOS ke dalam soketnya atau papan batalan. VDD dan dihubungkan dengan daya ketika daya dalam keadaan mati. Apabila menggunakan CMOS, semua masukan yang tak terpakai dihubungkan dengan GND atau VDD. Pada contoh ini, masukan yang terpakai (C, D, E, F, G, H) di tanahkan (grounded). Keluaran dan gerbang AND (kaki 3) dihubungkan dengan transistor penyangga. Transistor meng-on-kan LED apabila kaki 3 TINGGI dan meng-off-kan LED ketika keluarannya RENDAH.

CONT’ Apabila sakiar masukan pada Gambar 8(b) pada posisi ke atas, menimbulkan masukan TINGGI. Masukan RENDAH ditimbulkan ketika posisi saklar menurun. Dua masukan RENDAH kegerbang AND menghasilkan keluaran TINGGI pada kaki 3. Keluaran TINGGI (sekitar +5V) pada basis Qi meng-on-kan transistor, dan LED menyala. IC CMOS 4081 akan menghasilkan dua masukan AND seperti salah sam pada tabel kebenaran pada Gambar 3-4. Beberapa kelompok IC digital CMOS tersedia dalam bentuk DIP. IC seri 4000 digunakan sebagai contoh pada bagian ini. IC digital CMOS seri 74HC00 mempunyai kemampuan pengaturan yang lebih besar daripada seri 4000 dan 74C00 yang lebih tua, pada frekuensi tinggi. Huruf HC pada nomor IC seri 74HC00 menyatakan CMOS berkecepatan tinggi.

CONT’ Beberapa kelompok IC digital CMOS tersedia dalam bentuk DIP. IC seri 4000 digunakan sebagai contoh pada bagian mi. IC digital CMOS seri 74HC00 mempunyai kemampuan pengaturan yang lebih besar daripada seri 4000 dan 74C00 yang lebih tua, pada frekuensi tinggi. Huruf HC pada nomor IC seri 74HC00 menyatakan CMOS berkecepatan tinggi. Haruslah berhati-hati agar beban statik tidak merusak IC CMOS. Semua masukan yang tidak digunakan dan gerbang CMOS harus ditanahkan atau dihubungkan dengan VDD. Paling penting, tegangan nwisukan ti&ik boleh melebihi GND (V) sampai harga (VDD).