Rangkaian Multiplexer, Decoder, Flip-Flop, dan Counter

BAB V

Rangkaian Multiplexer, Decoder, Flip-Flop, dan Counter

1. Multiplexer dan Decoder

A. Multiplexer
Fungsi multiplexer adalah memilih 1 dan N (sumber) data masukan dan meneruskan data yang dipilih itu kepada suatu saluran informasi tunggal. Di dalam multiplexer hanya terdapat satu jalan masuk dan mengeluarkan data-data yang masuk kepada salah satu dan N saluran keluar, maka suatu multiplexer sebenamya melaksanakan proses kebalikan dari demultiplexer

B. Demultiplexer
Demultiplexer adalah suatu sistem yang menyalurkan sinyal biner (data serial) pada salah satu dari n (saluran) yang tersedia, Suatu pendekode dapat diubah menjadi demultiplexer

C. Decoder
Decoder berfungsi untuk mengidentifikasi atau mengenali suatu kode tertentu. Dalam suatu sistem digital perintah-perintah ataupun bilangan-bilangan dikirim dengan deretan denyut (pulsa) atau tingkatan-tingkatan biner. Misalnya, jika kita menyediakan karakter 4 bit untukpengiriman instruksi, maka jumlah instruksi berbeda yang dapat dibuat adalah 24=16. lnformasi ini diberi kode atau sandi biner.

Di pihak lain, seringkali timbul kebutuhan akan suatu sakelarmultiposisi yang dapat dioperasikan sesuai dengan kode tersebut. Dengan kata lain, untuk masing-masing dan 16 saluran hanya 1 saluran yang penambahan pada setiap saat. Proses untuk identifikasi suatu kode tertentu ini disebut pendekodean atau decoding. Sistem BCD (Binary Coded Decimal) menerjemahkan bilangan—bilangan desimal dengan menggantikan setiap digit desimal menjadi 4 bit biner. 4 digit biner dapat dibuat 
16 kombinasi, maka 10 di antaranya dapat digunakan untuk menyatakan digit desimal 0 sampai 9. Dengan ini kita memiliki pilihan kode BCD yang luas. Salah satu pilihan yang 
disebut kode 8421. Contohnya, bilangan desimal 264 memerlukan 3 gugus yang masing-masing terdiri dari 4 bit biner yang berturut-turut dari khi (MSB) ke kanan (ISB) sebagai 
berikut: 0010 0110 0100 (BCD).

2) Decoder BCD ke Desimal
Keluarannya dihubungkan dengan tabung indicator angka sehingga kombinasi angka biner akan menghidupkan lampu indikator angka yang sesuai. Contohnya, D = C = B =0, A= 1, akan menghidupkan lampu indikator angka 1. Lampu indikator yang menyala akan sesuai dengan angka biner dalam jalan masuk.

D. Encoder
Encoder adalah kebalikan dari proses decoder di mana suatu pengkode atau encoder memiliki sejumlah masukan. Pada saat tertentu hanya salah satu dan masukan-masukan itu yang berada pada keluaran 1 dan sebagai akibatnya suatu kode N bit akan dihasilkan sesuaidengan masukan khusus yang ditambahkan. Misalnya, kita ingin menyalurkan suatu kode biner untuk setiappenekanan tombol pada keyboard alpha numeric (suatu mesin tik atau tele type). Pada keyboard tersebut terdapat26 huruf kecil, 10 angka dan sekitar 22 huruf khusus sehingga kode yang diperlukan lebih kurang berjumlah 84. Syarat ini bisa dipenuhi dengan jumlah bit minimum 

sebanyak 7 (2=128), Kini misalkan bahwa keyboard D C Btersebut diubah sehingga setiap saat suatu tombol ditekan, sakelar yang bersangkutan akan menutup. Dan dengan demikian menghubungkan suatu catu daya 5 voIt (bersesuaian dengan keadaan1) dengan saluran masuk tertentu. 

Encoder merupakan rangkaian penyandi dari bilangan dasar (desimal) menjadi kode Biner(BCD). Bila tombol 1 ditekan, maka D1 akan on menghubungkan jalur A ke logika 0(GND),akibatnya pada NOT gate 1 timbul keluaran 1 sehingga timbul kombinasi logika biner 0001, dan seterusnya.

2. Rangkaian Flip-Flop ( RS, JK, D )
A.  RS Flip-Flop
RS Flip-Flop adalah rangkaian flip-flop yang mempunyai 2 jalan keluaran (Q). Simbol-simbolyang 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 pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika 0, maka keadaan output akan berubah menjadi Q berada pada logika 1 dan Qnot pada logika 0. 

Sifat paling penting dari flip-flop adalah sistem ini dapat menempati salah satu dari dua keadaanstabil, yaitu stabil I diperoleh saat Q = 1 dan Q01 = O, stabil ke Il diperoleh saat Q = O dan Q, = 1 

B. J-K Flip-Flop
JK flip-flop sering disebut dengan JK FF atauMaster Slave JK FF karena terdiri dari dua buah flip- flop, yaitu Master FF dan Slave FE Master Slave JK FF ini memiliki 3 buah terminal input, yaitu J, K, JK i+ Q dan Clock. IC yang dipakai untuk menyusun JK FF adalah upe 7473 yang mempunyal 2 buah JR flip-flop di mana lay outnya dapat dilihat pada Vodemaccum IC (Data book 1C). Kelebihan JK FF terhadap FF sebelumnya yaitu JK FF tidak mempunyai kondisi terlarang artinya berapa pun input yang diberikan asal ada jam sistem maka akan terjadi perubahan pada output.

C. D Flip-Flop
D flip-flop adalah RS flip-flop yang ditambah dengan suatu inventer pada reset inputnya. Sifat dan D flip-flop adalah bila input D (Data) dan denyut jam sistem (pulse clock) bemilal 1, maka output Q akan bernilai 1 dan bila input D bernilai 0, maka D flip-flop akan berada pada keadaanreset atau output Q hemilai 0.


D. CRS Flip- Flop
CR5 flip-flop adalah clocked RS-FF yang dilengkapi dengan sebuah terminal denyut jam sistem.Denyut Jam sistem ini berfungsi mengatur keadaan Set dan Reset. Bila denyut jam sistem bernilai 0,maka perubahan nilai pada input R dan S tidak akan mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot. Akan tetapi, apabila denyut jam istem bernilai 1, maka perubahan pada input R dan S dapat mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot.

E. T Flip-Flop
Rangkaian T flip-flop atau Toggle flip-flop (TFF) dapat dibentuk dari modifikasi clocked RSFF,DFF maupun JKFE TFF mempunyai sebuah terminal input T dan dua buah terminal output Qdan Qnot. TFF banyak digunakan pada rangkaian Counter, pembagi frekuensi dan sebagainya.

3. Shift Register
Register adalah sekelompok flip-flop yang dapat dipakai untuk menyimpan dan untuk mengolahinformasi dalam bentuk linier.
Ada 2 jenis utama Register yaitu:
1. Storage Register (register penyimpan)
2. Shift Register (register geser)
Register penyimpan digunakan apabila kita hendak menyimpan informasi untuk sementara,sebelum informasi itu dibawa ke tempat lain. Banyaknya kata/bit yang dapat disimpan, bergantungpada banyaknya flip-flop dalam register.Satu flip-flop dapat menyimpan satu bit. Bila kita hendak menyimpan informasi 4 bit makakita butuhkan 4 flip-flop.

Shift Register adalah suatu register yang informasinya dapat bergeser (digeserkan). Dalamr egister geser flip-flop salingg terhubung, sehingga isinya dapat digeserkan dan satu flip-
flop ke flip-flop yang lain, ke kiri atau ke kanan atas perintah denyut jam sistem.Dalam aat ukur digital, register dipakai untuk mengingat data yang sedang ditampilkan
Ada 4 Shift Register yaitu sebagai berikut.

A. Register Geser SISO
Informasi/data dimasukkan melalui word ini dan akan dikeluarkan jika ada denyut jam sistemberlalu dari 1 ke 0. Karena jalan keluarnya flip-flop satu dihubungkan kepada jalan masukflip-flop berikutnya, maka informasi di dalam register akan digeser ke kanan atas perintah daridenyut jam sistem.

Register geser SiSO ada 3 macam yaitu:
a. Shift Right Register (SRR) Register geser kanan
b. Shift Left Register (SLR) Register geser kiri
c. Shift Control Register dapat berfungsi sebagai SSR maupun SlR

Rangkaian Shift control adalah seperti gambar di bawah.
Rangkaian ini untuk mengaktifkan geserKanan/kiri yang ditentukan oleh SC. Jika SC=1, maka akan mengaktifkan SLR. 
JikaSC=0, maka akan mengaktifkan SRR.


B. Register Geser SIPO
Ini adalah register geser dengan masukan data secara serial dan keluaran data Secara paralel

Cara kerja:
Sebelum dimasuki data rangkaìan direset dulu agar keluaran Q semuanya 0. Setelah itu datadimasukkan secara paralel pada input D-N dan data akan diloloskan keluar 
secara parallel setelah flip-flop mendapat denyut jam sistem dari 0 ke 1.

C. Register Geser PIPO
Ini adalah register geser dengan masukan data secara jajar/paralel dan keluaran Jajar/paralel.
Cara kerja:
Sebelum dimasuki data rangkaìan direset dulu agar keluaran Q semuanya 0. Setelah itu datadimasukkan secara paralel pada input D-N dan data akan diloloskan keluar        
Secara parallel setelah flip-flop mendapat denyut jam sistem dari 0 ke 1.

D. Register Geser PISO
Ini adalah register geser dengan masukan data secara paralel dan dikeluarkan secara deret/serial.

Cara Kerja: 
a. Mula-mula jalan masuk Data Ioad = O, maka semua pintu NAND mengeluarkan 1 , sehingga jalanmasuk set dan reset semuanya 1 berarti bahwa jalan masuk set dan 
reset tidak berpengaruh.
b. Jika Data Load = 1, maka semua input paralel akan dilewatkan oleh NAND. Misal jalan masukA = 1, maka pmtu NAND 1 mengeluarkan O adapun pintu NAND 2 
mengeluarkan 1. Dengandemikian flip-flop diset sehingga menjadi Q = 1. Karena flip-flop yang lain pun dihubungkandengan cara yang sama, maka mereka juga

4. Rangkaian Counter
(Referensi organisasi komputer edisi 5 penerbit Andi hal 562- 569)Pada bagian sebelumnya, kita membahas penerapan flip-flop dalam konstruksi shift register. Terutama dalam implementasi sirkuit counter. Counter (pencacah) adalah 
alat/rangkaian digital yang berfungsi menghitung/mencacah banyaknyadenyut jam sistem atau juga berfungsi sebagai pembagi frekuensi, pembangkit kode biner, Gray.
Ada 2 jenis pencacah yaitu sebagai berikut.
1. Pencacah sinkron (synchronous counters) atau pencacah jajar.
2. Pencacah tak sinkron (asynchronous counters) yang kadang-kadang disebut juga 
pencacah deret (series counters) atau pencacah kerut (ripple counters).Counter juga disebut pencacah atau penghitung yaitu rangkaian logika sekuensial 


yang digunakan untuk menghitung jumlah pulsa yang diberikan pada bagian 
masukan. Counter digunakan untuk berbagai operasi aritmatika, pembagi frekuensi, 

penghitung jarak (odometer), penghitung kecepatan (spedometer), yang

pengembangannya digunakan luas dalam aplikasi perhitungan pada instrumen ilmiah, 
kontrol industri, komputer, perlengkapan komunikasi, dan sebagainya .

Counter tersusun atas sederetan flip-flop yang dimanipulasi sedemikian rupa dengan menggunakan peta Karnough sehingga pulsa yang masuk dapat dihitung sesuai rancangan. Dalam perancangannya counter dapat tersusun atas semua jenis flip-flop, tergantung karakteristik masing-masing flip-flop tersebut.

Dilihat dari arah cacahan, rangkaian pencacah dibedakan atas pencacah naik (Up Counter) dan pencacah turun (Down Counter). Pencacah naik melakukan cacahan dari kecil ke arah besar, kemudian kembali ke cacahan awal secara otomatis. Pada pencacah menurun, pencacahan dari besar ke arah kecil hingga cacahan terakhir kemudian kembali ke cacahan awal.

Tiga faktor yang harus diperhatikan untuk membangun pencacah naik atau turun yaitu 
(1) pada transisi mana Flip-flop tersebut aktif. Transisi pulsa dari positif ke negatif atau sebaliknya, (2) output Flip-flop yang diumpankan ke Flip-flop berikutnya diambilkan dari mana. Dari output Q atau Q, (3) indikator hasil cacahan dinyatakan sebagai output yang mana. Output Q atau Q. ketiga faktor tersebut di atas dapat dinyatakan dalam persamaan EX-OR.

Secara global counter terbagi atas 2 jenis, yaitu: Syncronus Counter dan Asyncronous
counter. Perbedaan kedua jenis counter ini adalah pada pemicuannya. Pada Syncronous counter pemicuan flip-flop dilakukan serentak (dipicu oleh satu sumber clock) 
susunan flip-flopnya paralel. Sedangkan pada Asyncronous counter, minimal ada salah satu flip-flop yang clock-nya dipicu oleh keluaran flip-flop lain atau dari sumber clock lain, 
dan susunan flip-flopnya seri. Dengan memanipulasi koneksi flip-flop berdasarkan peta karnough atau timing diagram dapat dihasilkancounter acak, shift counter (counter sebagai fungsi register) atau juga up-down counter.

A. Synchronous Counter
Syncronous counter memiliki pemicuan dari sumber clock yang sama dan susunan 
flip-flopnya adalah paralel. Dalam Syncronous counter ini sendiri terdapat perbedaan penempatan atau manipulasi gerbang dasarnya yang menyebabkan perbadaan waktu tunda yang di sebut carry propagation delay.Penerapan counter dalam aplikasinya adalah berupa chip IC baik IC TTL, maupun CMOS, antara lain adalah: (TTL) 7490, 7493, 74190, 74191, 74192, 74193, (CMOS) 4017,4029,4042,dan lain-lain.

Pada Counter Sinkron, sumber clock diberikan pada masing-masing input Clock dari Flip-flop penyusunnya, sehingga apabila ada perubahan pulsa dari sumber, maka 

perubahan tersebut akan men-trigger seluruh Flip-flop secara bersama-sama

Rangkaian Up/Down Counter merupakan gabungan dari Up Counter dan Down Counter. Rangkaian ini dapat menghitung bergantian antara Up dan Down karena adanya input eksternal sebagai control yang menentukan saat menghitung Up atau Down. Pada gambar 4.4 ditunjukkan rangkaian Up/Down Counter Sinkron 3 bit. Jika input CNTRL bernilai ‗1‘ maka Counter akan menghitung naik (UP), sedangkan jika input CNTRL 

bernilai ‗0‘, Counter akan menghitung turun (DOWN).

B. Asyncronous counter
Seperti tersebut pada bagian sebelumnya Asyncronous counter tersusun atas flip-flop yang dihubungkan seri dan pemicuannya tergantung dari flip-flop sebelumnya, kemudian menjalar sampai flip-flop MSB-nya. Karena itulah Asyncronous counter sering disebut juga sebagai ripple-through counter.Sebuah Counter Asinkron (Ripple) terdiri atas sederetan Flip-flop yang dikonfigurasikan dengan menyambung outputnya dari yan satu ke yang lain. Yang berikutnya sebuah sinyal yang terpasang pada input Clock FF pertama akan mengubah kedudukan outpunyanya apabila tebing (Edge) yang benar yang diperlukan terdeteksi.Output ini kemudian mentrigger inputclock berikutnya ketika terjadi tebing yang seharusnya sampai. Dengan cara ini sebuah sinyal pada inputnya akan meriplle (mentrigger input berikutnya) dari satu FF ke yang berikutnya sehingga sinyal itumencapau ujung akhir deretan itu. Ingatlah bahwa FF T dapat membagi sinyal input dengan faktor 2 (dua). Jadi Counter dapat menghitung dari 0 sampai 2‖ = 1 (dengan n sama dengan banyaknya Flip-flop dalam deretan itu).

C. Counter Asinkron Mod-N Counter Mod-N adalah Counter yang tidak 2n . Misalkan Counter Mod-6, menghitung : 0, 1, 2, 3, 4, 5. Sehingga Up Counter Mod-N akan menghitung 0 s/d N-1, sedangkan Down Counter MOD-N akan menghitung dari bilangan tertinggi sebanyak N kali ke bawah. Misalkan Down Counter MOD-9, akan menghitung : 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 15, 14, 13

Sebuah Up Counter Asinkron Mod-6, akan menghitung : 0,1,2,3,4,5,0,1,2,… Maka nilai yang tidak pernah dikeluarkan adalah 6. Jika hitungan menginjak ke-6, maka counter akan reset kembali ke 0. Untuk itu masing-masing Flip-flop perlu di-reset ke nilai ‖0‖ dengan memanfaatkan input-input Asinkron-nya ( dan ). Nilai ‖0‖ yang akan dimasukkan di PC didapatkan dengan me-NAND kan input A dan B (ABC =110 untuk desimal 6). Jika input A dan B keduanya bernilai 1, maka seluruh flip-flop akan di-reset.,..

Rangkaian Up/Down Counter merupakan gabungan dari Up Counter dan Down Counter. Rangkaian ini dapat menghitung bergantian antara Up dan Down karena adanya input eksternal sebagai control yang menentukan saat menghitung Up atau Down. Pada rangkaian Up/Down Counter ASinkron, output dari flip-flop sebelumnya menjadi input clock dari flip-flop berikutnya.

D. Perancangan Counter

 Perancangan counter dapat dibagi menjadi 2, yaitu dengan menggunakan peta Karnough, dan dengan diagram waktu. Berikut ini akan dijelaskan langkah-langkah dalam merancang suatu counter. 

a). Perancangan Counter Menggunakan Peta Karnaugh

Umumnya perancangan dengan peta karnaugh ini digunakan dalam merancang syncronous counter. Langkah-langkah perancangannya:

 a. Dengan mengetahui urutan keluaran counter yang akan dirancang, kita tentukan masukan masing-masing flip-flop untuk setiap kondisi keluaran, dengan menggunakan tabel kebalikan.

b. Cari fungsi boolean masing-masing masukan flip-flop dengan menggunakan peta Karnough. Usahakan untuk mendapatkan fungsi yang sesederhana mungkin, agar rangkaian counter menjadi sederhana.

c. Buat rangkaian counter, dengan fungsi masukan flip-flop yang telah ditentukan. Pada umumnya digunakan gerbang-gerbang logika untuk membentuk fungsi tersebut.

b). Perancangan Counter Menggunakan Diagram Waktu 

Umumnya perancangan dengan diagram waktu digunakan dalam merancang asyncronous counter, karena kita dapat mengamati dan menentukan sumber pemicuan suatu flip-flop dari flip-flop lainnya. Adapun langkah-langkah perancangannya:

a. Menggambarkan diagram waktu clock, tentukan jenis pemicuan yang digunakan, dan keluaran masing-masing flip-flop yang kita inginkan. Untuk n kondisi keluaran, terdapat njumlah pulsa clock.

b. Dengan melihat keluaran masing-masing flip-flop sebelum dan sesudah clock aktif (Qn dan Qn+1), tentukan fungsi masukan flip-flop dengan menggunakan tabel kebalikan.

c. Menggambarkan fungsi masukan tersebut pada diagram waktu yang sama

d. 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.

e. 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

f. Buat rangkaian counter, dengan fungsi masukan flip-flop yang telah ditentukan. Pada umumnya digunakan gerbang-gerbang logika untuk membentuk fungsi tersebut. (Hamacher, Vranesic, & Zaky, Organisasi Komputer, 2004, hal. 571)