FLIP-FLOP , COUNTER ,GERBANG LOGIKA DAN RANGKAIAN KOMBINASIONAL

1.    FLIP-FLOP

Flip-flop adalah keluarga Multivibrator yang mempunyai dua keadaaan stabil atau disebut Bistobil Multivibrator. Rangkaian flip-flop mempunyai sifat sekuensial karena sistem kerjanya diatur dengan jam atau pulsa, yaitu sistem-sistem tersebut bekerja secara sinkron dengan deretan pulsa berperiode T yang disebut jam sistem (System Clock atau disingkat menjadi CK). Seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1:

Gambar1: Keluaran dari pembangkit pulsa yang digunakan sebagai deretan pulsa untuk sinkronisasi suatu sistem digital sekuensial Lebor pulsa tp diandaikan kecil terhadap T
. Berbeda dengan uraian materi sebelumnya yang bekerja atas dasar gerbang logika dan logika kombinasi, keluarannya pada saat tertentu hanya tergantung pada harga-harga masukan pada saat yang sama. Sistem seperti ini dinamakan tidak memiliki memori. Disamping itu bahwa sistem tersebut menghafal hubungan fungsional antara variabel keluaran dan variabel masukan. Sedangkan fungsi rangkaian flip-flop yang utama adalah sebagai memori (menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit. Selain itu flip-flop juga dapat digunakan pada Rangkaian Shift Register, rangkaian Counter dan lain sebagainya.
Macam - macam Flip-Flop:

1. RS Flip-Flop

2. CRS Flip-Flop

3. D Flip-Flop

4. T Flip-Flop

5. J-K Flip-Flop

ad 1. RS Flip-Flop

RS Flip-Flop yaitu rangkaian Flip-Flop yang mempunyai 2 jalan keluar Q dan Q (atasnya digaris). Simbol-simbol yang ada pada jalan keluar selalu berlawanan satu dengan yang lain. RS-FF adalah flip-flop dasar yang memiliki dua masukan yaitu R (Reset) dan S (Set). Bila S diberi logika 1 dan R diberi logika 0, maka output Q akan berada pada logika 0 dan Q not pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika 0 maka keadaan output akan berubah menjadi Q berada pada logik 1 dan Q not pada logika 0.

Sifat paling penting dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah satu dari dua keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II diperoleh saat Q=0 dan Q not = 1 yang diperlihatkan pada gambar berikut:

Gambar 2. RS-FF yang disusun dari gerbang NAND

Tabel Kebenaran:

S	B	Q	Q	Keterangan
0	0	1	1	Terlarang
0	1	1	0	Set (memasang)
1	1	1	0	Stabil I
1	0	0	1	Reset (melepas)
1	1	0	1	Stabil II
0	0	1	1	Terlarang
1	1	Qn	Qn	Kondisi memori (mengingat)

Yang dimaksud kondisi terlarang yaitu keadaaan yang tidak diperbolehkan kondisi output Q sama dengan Q not yaitu pada saat S=0 dan R=0.

Yang dimaksud dengan kondisi memori yaitu saat S=1 dan R=1, output Q dan Qnot akan menghasilkan perbedaan yaitu jika Q=0 maka Qnot=1 atau sebaliknya jika Q=1 maka Q not =0.

ad 2. CRS Flip-Flop

Tabel kebenarannya:

S	R	Qn +1
0	0	Qn
0	1	0
1	0	1
1	1	terlarang

Keterangan:

Q_n = Sebelum CK

Qn +1 = Sesudah CK

CRS Flip-flop adalah clocked RS-FF yang dilengkapi dengan sebuah terminal pulsa clock. Pulsa clock ini berfungsi mengatur keadaan Set dan Reset. Bila pulsa clock berlogik 0, maka perubahan logik pada input R dan S tidak akan mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot. Akan tetapi apabila pulsa clock berlogik 1, maka perubahan pada input R dan S dapat mengakibatkan perubahan pada output Q dan Q not.

ad 3. D Flip-Flop

D flip-flop adalah RS flip-flop yang ditambah dengan suatu inventer pada reset inputnya. Sifat dari D flip-flop adalah bila input D (Data) dan pulsa clock berlogik 1, maka output Q akan berlogik 1 dan bilamana input D berlogik 0, maka D flip-flop akan berada pada keadaan reset atau output Q berlogik 0.

Gambar 4. D flip-flop

Tabel Kebenaran:

D	Qn+1
0 1	0 1

ad 4. T Flip-Flop

Gambar 5. T flip-flop

Tabel Kebenaran:

T	Q
0	0
1	0
0	1
1	1
0	0
1	0
0	1
1	1

Rangkaian T flip-flop atau Togle flip-flop dapat dibentuk dari modifikasi clocked RSFF, DFF maupun JKFF. TFF mempunyai sebuah terminal input T dan dua buah terminal output Q dan Qnot. TFF banyak digunakan pada rangkaian Counter, frekuensi deviden dan sebagainya.

ad 5. J-K Flip-Flop

JK flip-flop sering disebut dengan JK FF induk hamba atau Master Slave JK FF karena terdiri dari dua buah flip-flop, yaitu Master FF dan Slave FF. Master Slave JK FF ini memiliki 3 buah terminal input yaitu J, K dan Clock. Sedangkan IC yang dipakai untuk menyusun JK FF adalah tipe 7473 yang mempunyai 2 buah JK flip-flop dimana lay outnya dapat dilihat pada Vodemaccum IC (Data bookc IC). Kelebihan JK FF terhadap FF sebelumnya yaitu JK FF tidak mempunyai kondisi terlarang artinya berapapun input yang diberikan asal ada clock maka akan terjadi perubahan pada output.

Tabel Kebenaran:

J	K	Qn+1	Keterangan
0	0	Qn	Mengingat
0	1	0	Reset
1	0	1	Set
1	1	Qn (strep)	Togle

2.    COUNTER

Ada beberapa pertanyaan dan permintaan yang ditujukan kepada ElectronicLab agar membahas rangkaian counter yang akan digunakan untuk berbagai keperluan. Mulai dari aplikasi sederhana penghitung botol di ban berjalan, display nomer antrian di sebuah praktek dokter, display timer untuk lomba renang, sampai yang agak rumit untuk menampilkan jumlah rotasi dalam satu menit putaran mesin. Ada juga pertanyaan yang cukup punya alasan, yaitu permintaan konsultasi dari seorang siswa yang ingin membuat penghitung jumlah orang yang keluar masuk sebuah kelas. Lampu kelas akan segera menyala jika ada orang pertama masuk kelas dan lampu mati dengan sendirinya jika orang terakhir sudah keluar. Pada kesempatan ini, ElectronicLab akan membahas rangkaian counter up/down tersebut secara umum. Pembaca sekalian tentu dapat memodifikasi bagian-bagian tertentu dari rangkaian ini untuk disesuaikan dengan aplikasi yang sedang anda buat. Komponen-komponen penting pada rangkaian yang akan dibuat adalah 74LS192, lalu ada driver display IC 74LS47 (BCD to 7 segment driver) dan indikator display LED 7 segment common anode. Sebenarnya ada pencacah lain, seperti 4 bit binary counter yang bisa mencacah sampai 16, tetapi di sini yang digunakan adalah pencacah 10 (decade counter) karena yang hendak dibuat adalah alat pencacah bilangan desimal. Komponen utama IC 74LS192 adalah sebuah up/down decade counter, yaitu sebuah komponen yang dapat melakukan pencacahan sampai 10 (0 sampai 9) naik dan turun. Komponen 16 pin ini cukup banyak dapat dijumpai di toko komponen elektronika. 74LS192 dibangun dengan beberapa flip-flop JK dan gerbang-gerbang logik. Transisi logik dari 0 ke 1 (Low to High) pada pin UP (pin 5), menyebabkan keluaran BCD (binary code decimal) QA,QB,QC dan QD menaik 1 digit. Demikian juga jika ada transisi logik 0 ke 1 pada pin DN (pin 4), menyebabkan keluaran BCD turun 1 digit. Ada baiknya jika dijelaskan sedikit tentang aturan dari BCD seperti yang ada pada tabel disebelah ini. Pada tabel ini ditunjukkan kode biner 4 bit QD .. QA me-representasikan kode desimal dari 0 hingga 9. Agar dapat dimengerti oleh orang yang melihatnya, kode biner ini diubah untuk men-drive LED 7 segment dengan menggunakan komponen IC 74LS47. Dengan demikian, rangkaian ini dapat menampilkan angka desimal yang sesuai. Pada rangkaian ini dipakai LED 7 segment Common Anoda, dimana semua anoda dari masing-masing LED segment-nya terhubung menjadi satu dan mendapat suplai Vcc. Untuk menyalakan satu segmentnya, pin LED 7 segment yang bersangkutan harus di-sink (short) ke ground melalui sebuah resistor. Resistor yang digunakan adalah 100 Ohm dan ini sudah cukup terang untuk menyalakan segment LED ini. Untuk lebih jelas, diagram LED 7 segment itu ditunjukkan pada kedua gambar di atas. IC 74LS192 dilengkapi juga dengan pin keluaran CO (Carry Out) dan BO (Borrow Out) yang masing-masing adalah normally high dan bekerja secara terpisah. Transisi keluaran desimal dari 9 ke 0 (counting up) men-trigger pin CO mengeluarkan pulsa 0 ke 1 (Low to High). Sebaliknya transisi desimal dari 0 ke 9 (counting down), men-trigger pin BO mengeluarkan pulsa 0 ke 1. Dengan demikian kedua keluaran ini dapat dipakai sebagai trigger clock untuk tingkat pencacahan berikutnya. Seperti contoh pada rangkaian-1 di bawah ini, 2 buah IC 74LS192 di-cascade untuk membuat pencacah nilai satuan dan puluhan. Pembaca dengan mudah tentu dapat melanjutkannya jika perlu membuat pencacah tingkat berikutnya untuk nilai ratusan, ribuan dan seterusnya. rangkaian-1 : pencacah naik dan turun desimal puluhan Perlu diingat, rangkaian pencacah ini akan bekerja jika pin CLR = 0 (low). Untuk itu port input RESET harus di ground atau diberi logik 0 dalam keadaan normal. Reset (tampilan desimal menunjukkan angka 0) berlaku jika pada pin CLR (pin 14) ada transisi logik dari 0 ke 1. Demikian juga dengan pin UP dan pin DN, akan bekerja (counter naik/turun) hanya jika ada transisi dari 0 ke 1 pada pin ini. Pembaca perlu menambahkan rangkaian saklar (tombol) untuk men-trigger counter (naik/turun) maupun Reset. rangkaian-2 : tombol saklar penghasil pulsa clock Pembaca dapat mencoba rangkaian-2 di atas untuk membuat saklar penghasil pulsa clock masing-masing bagi Count Up, Count Down ataupun RESET pada rangkaian-1. Di sini digunakan IC 74LS14 yang tidak lain adalah inverter schmitt trigger yang banyak digunakan untuk menghasilkan pulsa yang bebas bouncing. Dengan tambahan resistor pull up dan kapasitor keramik, dapat dihasilkan pulsa clock yang bebas noise. Ini berguna untuk mencegah counter naik atau turun 2, 3 digit atau lebih, padahal anda hanya menekan tombol saklar ini satu kali saja. Prinsip yang sama tentu bisa saja dilakukan dengan mengganti tombol-tombol ini dengan sensor cahaya, misalnya dengan menggunakan sensor photo-transistor.

3.    GERBANG LOGIKA DAN RANGKAIAN KOMBINASIONAL

Gerbang logika atau sering juga disebut gerbang logika Boolean merupakan sebuah sistem pemrosesan dasar yang dapat memproses input-input yang berupa bilangan biner menjadi sebuah output yang berkondisi yang akhirnya digunakan untuk proses selanjutnya. Gerbang logika dapat mengkondisikan input - input yang masuk kemudian menjadikannya sebuah output yang sesuai dengan apa yang ditentukan olehnya. Terdapat tiga gerbang logika dasar, yaitu : gerbang AND, gerbang OR, gerbang NOT. Ketiga gerbang ini menghasilkan empat gerbang berikutnya, yaitu : gerbang NAND, gerbang NOR, gerbang XOR, gerbang XAND. Berikut tabel kebenaran gerbang logika: Rangkaian aritmatika dasar termasuk kedalam rangkaian kombinasional yaitu suatu rangkaian yang outputnya tidak tergantung pada kondisi output sebelumnya, hanya tergantung pada present state dari input. a. Half Adder dan Full Adder Sebuah rangkaian kombinasional yang melaksanakan penjumlahan 2 digit biner disebut dengan half adder, sedangkan rangkaian yang melaksanakan penjumlahan 3 bit disebut full adder. Rangkaian full adder dapat tersusun dari dua buah half adder. Di pasaran rangkaian full adder sudah ada yang berbentuk IC, seperti 74LS83 (4-bit full adder). b. Half Substractor dan Full Substractor Rangkaian half substractor hampir sama dengan rangkaian half adder. D (Difference) ekivalen dengan S (sum), dan B (borrow) ekivalen dengan C (carry) pada half adder. Kedua rangkaian ini melakukan operasi pengurangan biner. Half substractor untuk pengurangan satu bit biner, sedangkan full substractor untuk pengurangan lebih dari satu bit biner. c. Decoder<!--[endif]--> Decoder adalah rangkaian kombinasional logika dengan n-masukan dan 2n keluaran yang berfungsi mengaktifkan 2n keluaran untuk setiap pola masukan yang berbeda-beda. Hanya satu output decoder yang aktif pada saat diberi suatu input n-bit. Sebuah decoder biasanya dilengkapi dengan sebuah input enable low sehingga rangkaian ini bisa di on-off-kan untuk tujuan tertentu. Fungsi enable untuk meng-aktif-kan atau men-tidak-aktif-kan keluarannya. d. Priority Encoder Sebuah Priority encoder adalah rangkaian encoder yang mempunyai fungsi prioritas. Operasi dari rangkaian priority encoder adalah sebagai berikut : jika ada dua atau lebih input bernilai 1 pada saat yang sama, maka input yang mempunyai prioritas tertinggi yang akan diambil. Kondisi x adalah kondisi don`t care, yang menyatakan nilai input bisa 1 atau 0. e. Multiplexer Multiplexer merupakan rangkaian logika yang berfungsi memilih data yang ada pada input-nya untuk disalurkan ke output-nya dengan bantuan sinyal pemilih atau selektor. Multiplexer disebut juga sebagai pemilih data (data selector). Multiplexer adalah rangkaian yang memiliki fungsi untuk memilih dari 2n bit data input ke satu tujuan output.