CHAPTER 11

FIG 11.27, 11.29, 11.31, 11.56, 11.57


 1. Pendahuluan[kembali]

Presettable counter adalah jenis penghitung yang dapat diatur (preset) ke nilai awal tertentu sebelum memulai proses penghitungannya. Kemampuan ini memungkinkan counter untuk mulai menghitung dari nilai selain nol, sesuai dengan kebutuhan sistem. Dengan fitur preset ini, counter dapat digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan siklus pencacahan yang tidak selalu dimulai dari nol, seperti timer dengan waktu mundur, pengendali proses berurutan, atau sistem penghitung berbasis kondisi tertentu.

Secara umum, presettable counter bekerja berdasarkan sinyal clock dan sinyal kontrol seperti load atau preset enable, yang memungkinkan pengguna mengatur nilai awal penghitung. Teknologi ini banyak diterapkan dalam sistem digital berbasis rangkaian logika, mikrokontroler, maupun dalam desain sistem berbasis FPGA

 2. Tujuan[kembali]

•  Mengetahui dan memahami materi tentang presettable four bit counters
• Menyelesaikan tugas mata kuliah sistem digital 

 3. Alat dan Bahan[kembali]

1.  Gerbang NOT

     Gerbang NOT merupakan suatu jenis logic gates yang memiliki fungsi sebagai suatu pembalik, atau yang dikenal dengan istilah inverter. Dengan demikian, nilai yang merupakan hasil  keluaran (output) yang didapatkan akan selalu bertolak belakang dengan input.. 


2. Gerbang NAND (Not AND)

    Gerbang NAND adalah salah satu gerbang logika dasar dalam elektronika digital yang menghasilkan output yang bernilai kebalikan dari output gerbang AND. Artinya, output dari gerbang NAND akan bernilai rendah (0) hanya jika semua inputnya bernilai tinggi (1). Jika ada satu atau lebih input yang bernilai rendah, maka outputnya akan bernilai tinggi.



3. Logic State

 Adalah sebuah penanda, digunakan untuk menset input digital dari sebuah rangkaian maupun sistem digital. Pada percobaan ini, logic state digunakan sebagai input berupa bilangan biner.








4. IC74154

    IC 74154 adalah sebuah dekoder/demultiplekser 4-ke-16 saluran, yang berarti perangkat ini dapat mengambil input 4-bit dan menghasilkan satu dari 16 output aktif rendah. IC ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pemilihan satu dari banyak jalur, seperti dalam memori atau pengendalian perangkat.

        


5. Counter

    Counter dalam sistem digital adalah rangkaian logika yang digunakan untuk menghitung jumlah pulsa atau sinyal. Biasanya digunakan untuk mengukkur waktu, menghasilkan frekuensi, atau  menghitung peristiwa dalam berbagai aplikasi elektronik dan komputer. 

 4. Dasar Teori[kembali]

11.11.3 Design Procedure

Counter dengan Urutan Arbitrer (Arbitrary Sequence Counter)


            Pada gambar Figure 11.27, ditunjukkan sebuah rangkaian counter (pencacah) yang menggunakan tiga buah JK flip-flop dan beberapa gerbang logika (AND, OR, NOT) untuk mengatur urutan pencacahan yang tidak mengikuti pola biner standar. Rangkaian ini dirancang untuk menghasilkan urutan bilangan biner khusus sesuai kebutuhan aplikasi tertentu, sehingga disebut sebagai arbitrary sequence counter atau counter dengan urutan arbitrer.

Struktur Rangkaian

Rangkaian terdiri atas tiga buah flip-flop JK yang dinamai:

  • FF-A: menyimpan bit A,

  • FF-B: menyimpan bit B,

  • FF-C: menyimpan bit C.

Ketiga flip-flop dikendalikan oleh clock yang sama (clock-in) sehingga bekerja secara sinkron. Input J dan K dari setiap flip-flop tidak dihubungkan langsung ke logika 1, tetapi dikendalikan oleh gerbang logika kombinasi yang menghitung input berdasarkan kondisi saat ini (nilai A, B, dan C).

Fungsi Logika J dan K

Berikut adalah persamaan logika untuk masing-masing input JK flip-flop:

  • FF-A:

    • JA=B‾⋅C‾J_A = \overline{B} \cdot \overline{C}

    • KA=B‾+CK_A = \overline{B} + C

  • FF-B:

    • JB=A‾J_B = \overline{A}

    • KB=A+CK_B = A + C

  • FF-C:

    • JC=A⋅B‾J_C = A \cdot \overline{B}

    • KC=A+BK_C = A + B

Fungsi-fungsi logika ini dirancang agar flip-flop hanya toggle (berubah kondisi) saat kondisi tertentu terpenuhi. Dengan kata lain, perubahan pada setiap bit A, B, atau C akan dikendalikan oleh logika kombinasi berdasarkan keadaan bit-bit lainnya.

Prinsip Kerja

Pada setiap pulsa clock:

  1. Nilai J dan K untuk masing-masing flip-flop dihitung berdasarkan nilai A, B, dan C saat ini.

  2. Jika J=1J = 1 dan K=1K = 1, flip-flop akan toggle (berubah dari 0 ke 1 atau sebaliknya).

  3. Jika J=0J = 0 dan K=1K = 1, flip-flop akan reset ke 0.

  4. Jika J=1J = 1 dan K=0K = 0, flip-flop akan set ke 1.

  5. Jika J=0J = 0 dan K=0K = 0, tidak ada perubahan.

Dengan logika seperti ini, urutan keadaan counter tidak lagi 000 → 001 → 010 → 011 → ..., tetapi akan mengikuti pola yang ditentukan oleh fungsi logika di atas. Misalnya, bisa jadi urutannya adalah 000 → 001 → 011 → 110 → dst.

11.8 Example 11.8

Flip-flop adalah rangkaian digital yang berfungsi sebagai elemen penyimpan data satu bit secara sementara atau semi permanen hingga ada perintah untuk mengubah atau menghapus data tersebut. Prinsip dasar flip-flop berasal dari konsep multivibrator bistabil, yaitu rangkaian yang memiliki dua kondisi stabil (tinggi dan rendah) dan hanya berubah keadaan ketika menerima sinyal pemicu (trigger). Flip-flop memiliki dua output yang saling komplemen, yaitu Q dan Q̅, di mana salah satu menunjukkan keadaan logika 1 dan yang lain logika 0. Rangkaian ini biasanya dibangun dari kombinasi gerbang logika dasar seperti NAND atau NOR, serta komponen aktif seperti transistor dan resistor.

Simbol Flip Flop

Flip-flop digunakan secara luas dalam sistem digital sebagai elemen memori, register, dan counter, serta untuk menyinkronkan sinyal input dengan sinyal clock. Ada beberapa jenis flip-flop yang umum digunakan, antara lain SR (Set-Reset), JK, D (Data), dan T (Toggle), yang masing-masing memiliki karakteristik dan aplikasi khusus. Misalnya, flip-flop JK mengatasi kelemahan flip-flop SR dengan menghilangkan kondisi terlarang dan memungkinkan fungsi toggle. Flip-flop juga dapat dikendalikan oleh sinyal clock sehingga perubahan output hanya terjadi pada saat sinyal clock aktif, sehingga cocok untuk aplikasi sinkron.


D Flip Flop(D FF) adalah suatu perangkat FF yang memiliki satu input (D)

Gambar D FF (a) simbol, (b) rangkaian ekivalennya dan (c) tabel kebenaran


Counter adalah rangkaian logika sekuensial yang digunakan untuk menghitung jumlah pulsa input. Counter terbagi dua jenis:

  • Asynchronous (Ripple Counter): setiap flip-flop dipicu oleh output flip-flop sebelumnya.

  • Synchronous Counter: semua flip-flop dipicu oleh clock yang sama secara bersamaan.

JK Flip-Flop adalah jenis flip-flop yang umum digunakan dalam perancangan counter karena fleksibel:

  • Ketika J = K = 1, maka output akan toggle (berubah keadaan).

  • Flip-flop akan berubah hanya pada sisi naik/turun dari clock tergantung jenisnya.

Untuk membentuk urutan pencacahan tertentu, digunakan fungsi logika eksitasi yang mengatur kapan masing-masing flip-flop akan toggle. Hal ini dilakukan dengan bantuan gerbang AND, OR, dan NOT yang menyusun kondisi input J dan K dari masing-masing flip-flop berdasarkan output-output lainnya.

Example 

1. Sebuah D Flip-Flop menerima input D = 1 dan pulsa clock aktif (rising edge). Tentukan output Q setelah clock aktif.

Jawaban: 

Pada saat clock aktif, output Q akan mengikuti nilai input D. Karena D = 1, maka Q menjadi 1.

2. Jika sebuah D Flip-Flop memiliki output Q = 0 dan input D berubah menjadi 1, tetapi clock belum aktif, bagaimana kondisi output Q?

Jawaban:

Output Q tidak berubah sebelum clock aktif, jadi tetap Q = 0 sampai clock menerima pulsa aktif.

Problem 

1. Jelaskan mengapa D Flip-Flop disebut sebagai "data latch" dan bagaimana fungsinya dalam menyimpan data.

Jawaban:
D Flip-Flop disebut data latch karena hanya menyimpan nilai data input D pada saat sinyal clock aktif. Ini memungkinkan data disimpan secara stabil sampai clock berikutnya, sehingga D Flip-Flop berfungsi sebagai memori satu bit yang menyimpan data secara sinkron.
2. Apa yang terjadi jika input D Flip-Flop berubah saat clock tidak aktif? Bagaimana hal ini mempengaruhi output?

Jawaban:
Jika input D berubah saat clock tidak aktif, output Q tidak akan berubah karena D Flip-Flop hanya memperbarui output pada saat tepi aktif clock. Ini menjaga kestabilan data yang tersimpan sampai clock berikutnya.


11.15 Application-Relevant Information

1. Deskripsi Rangkaian

Problem 7 menampilkan sebuah rangkaian pencacah (counter) yang terdiri dari tiga buah JK Flip-Flop (dilabeli sebagai A, B, dan C) yang dirangkai secara berantai (ripple). Rangkaian ini menggunakan logika tambahan berupa gerbang AND untuk mendeteksi kondisi tertentu dan melakukan reset otomatis terhadap seluruh flip-flop.

2. Prinsip Kerja Flip-Flop JK

Setiap flip-flop pada rangkaian bekerja dalam mode toggle, karena seluruh input J = 1 dan K = 1. Dengan demikian, flip-flop akan mengubah keadaan (0 → 1 atau 1 → 0) setiap kali menerima sinyal clock pada inputnya.

3. Aliran Clock

  • Flip-Flop A menerima clock langsung dari sumber osilator (frekuensi 600 kHz).

  • Flip-Flop B menerima clock dari output Q̅ Flip-Flop A.

  • Flip-Flop C menerima clock dari output Q̅ Flip-Flop B.

Hal ini menunjukkan bahwa ketiga flip-flop bekerja dalam ripple configuration (asynchronous counter).

4. Sistem Reset Otomatis

Output dari flip-flop A (Q_A) dan flip-flop B (Q_B) dihubungkan ke sebuah gerbang AND. Output dari gerbang AND digunakan untuk mengaktifkan Clear (CLR) pada semua flip-flop.

Artinya, jika A = 1 dan B = 1, maka hasil AND = 1 → yang membuat output Clear aktif (logika rendah) → semua flip-flop direset ke kondisi awal (000).

5. Analisis Urutan Hitungan

Karena counter di-reset secara otomatis saat mencapai kondisi biner 011 (A = 1, B = 1), maka hanya ada tiga keadaan yang aktif, yaitu:


000 → 001 → 010 → (reset kembali ke 000)

Dengan demikian, rangkaian ini menjadi sebuah counter dengan modulus 3 (mod-3 counter).

6. Jawaban yang Diminta dalam Soal

✅ a. Modulus Counter

  • Karena hanya 3 keadaan yang digunakan (000, 001, 010), maka:

Modulus=3\text{Modulus} = 3

✅ b. Frekuensi Output B

  • Clock input = 600 kHz

  • Karena hanya 3 kondisi yang dilewati, maka:

fB=600 kHz3=200 kHzf_B = \frac{600\ \text{kHz}}{3} = 200\ \text{kHz}

✅ c. Duty Cycle Output C

  • Flip-Flop C (output C) tidak pernah mencapai kondisi untuk toggle karena counter di-reset sebelum itu terjadi.

  • Maka:

Duty Cycle C=0%\text{Duty Cycle C} = 0\%

7. Simulasi Proteus

Rangkaian yang dibuat di Proteus menggunakan IC 7476 (JK Flip-Flop) dan satu gerbang NAND untuk mendeteksi kondisi A = 1 dan B = 1. Clock generator digunakan sebagai sumber sinyal berfrekuensi 600 kHz. Hasil simulasi menunjukkan bahwa:

  • Output B berosilasi dengan frekuensi 200 kHz.

  • Output C tetap berada di logika rendah.

  • Counter terus mengulang dari 000 → 001 → 010 → reset.


CONTOH SOAL 

1. Sebuah rangkaian counter terdiri dari 3 JK Flip-Flop yang disusun seperti pada Problem 7. Flip-flop akan reset otomatis ketika Q_A = 1 dan Q_B = 1. Clock utama yang masuk ke FF-A adalah 1 MHz.
Tentukan:

a) Modulus counter
b) Frekuensi output flip-flop B (Q_B)
c) Frekuensi output flip-flop A (Q_A)

Jawaban:

a) Modulus counter
Seperti pada Problem 7, rangkaian akan menghitung:


000 → 001 → 010 → (reset)

Jumlah state aktif = 3, maka:

Modulus=3

 5. Percobaan[kembali]

    a) Prosedur[kembali]

    b) Rangkaian simulasi [kembali]


    c) Video Simulasi [kembali]


 6. Download File[kembali]

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
  Bahan Presentasi Untuk Mata Kuliah Elektronika D 2024 Disusun Oleh: Rayhan Pratama NIM : 2310953021 Dosen Pengampu : Dr. Darwison ,MT Rizki Wahyu Pratama ST, MT Referensi : a. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang b. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”,Jilid 2,  ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang c. Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013 d. Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002. e. Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005 f. Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007. g. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2016.
Baca selengkapnya