Sistem Digital - BAB 1

BAB I

PENDAHULUAN

“Pada jaman sekarang ini, teknologi berkembang sangat pesat. Bermacam – macam alat dihasilkan Sekarang, hampir semua peralatan yang bekerja dengan tegangan listrik sudah menggunakan rangkaian digital. Saat ini rangkaian elektronika digital sudah bukan barang asing lagi. Rangkaian digital sudah ada di mana-mana dan bersinergi dengan rangkaian elektronika analog untuk membentuk rangkaian-rangkaian elektronika yang lebih cermat, cepat, dan tepat sasaran Sebenarnya, sebuah rangkaian digital tidak harus selalu berupa rangkaian rumit dengan banyak komponen kecil seperti yang kita lihat di dalam komputer, handphone, ataupun kalkulator. Sebuah rangkaian dengan kerja sederhana yang menerapkan prinsip-prinsip digital, juga merupakan sebuah rangkaian digital. Contoh rangkaian digital sederhana adalah rangkaian pengaman yang ditambahkan pada rangkaian kunci kontak sepeda motor atau mobil. Pada rangkaian pengaman terdapat kontak (berupa relay atau transistor) yang aktivitasnya dikontrol oleh pemilik sepeda motor. Kontak pengaman ini harus dihubungkan seri dengan rangkaian kunci kontak. Akibatnya, walau kunci kontak terhubung, sepeda motor tidak dapat distarter jika kontak pengaman ini masih terbuka. Cara ini cukup manjur untuk menghindari pencurian sepeda motor.

Gerbang (gate) dalam rangkaian logika merupakan fungsi yang menggambarkan hubungan antara masukan dan keluaran. Untuk menyatakan gerbang-gerbang tersebut biasanya digunakan simbol-simbol tertentu. Ada beberapa standar penggambaran simbol. Salah satu standar simbol yang populer adalah MIL-STD-806B yang dikeluarkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat untuk keperluan umum pada bulan Februari 1962. Untuk menunjukkan prinsip kerja tiap gerbang (atau rangkaian logika yang lebih kompleks) dapat digunakan beberapa cara. Cara yang umum dipakai antara lain adalah tabel kebenaran (truth table) dan diagram waktu (timing diagram). Karena merupakan rangkaian digital, tentu saja level kondisi 2 yang ada dalam tabel atau diagram waktu hanya dua macam, yaitu logika 0 (low, atau hight) dan logika 1 (atau False, atau true). Kondisi lain yang mungkin ada adalah kondisi X (level bebas, bisa logika 1 atau 0), dan kondisi high impedance (impedansi tinggi). Kondisi X biasanya ada di masukan gerbang dan menyatakan bahwa apa pun logika masukannya (logika 0 atau 1) tidak akan mempengaruhi logika keluaran yang dihasilkan. (Hodges D. , Jacson, Nasution S).”

“Kondisi impedansi tinggi pada suatu titik (point) menunjukkan titik yang bersangkutan diisolasi dari rangkaian lain, sehingga tidak ada logika yang akan mempengaruhi titik tersebut gerbang dan rangkaian logika juga dapat diimplementasikan dalam bentuk rangkaian dioda, transistor, ataupun rangkaian terpadu yang disebut integrated circuit (IC). Dengan semakin majunya teknologi pembuatan komponen mikro-elektronika, perkembangan komponen IC untuk rangkaian digital menjadi pesat. IC logika jenis TTL (Transistor- Transistor Logic) dan CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) cukup populer di kalangan masyarakat penggemar elektronika. Walaupun sudah mulai berkurang, jenis IC tersebut masih banyak digunakan hingga saat ini.

Dalam mengimplementasikan rangkaian digital, kita juga dapat mengunakan Electronics Workbench (EWB) diteliti untuk diaplikasikan sebagai program simulasi bagi alat-alat elektronik yang dirancang. Dalam hal ini diteliti mengenai seberapa akurat respons yang diperoleh dari simulasi EWB dibandingkan dengan respons dari beberapa alat elektronik real dan juga seberapa banyak jenis alat elektronik yang dapat disimulasikan atau seberapa banyak jenis komponen atau rangkaian terintegrasi yang terdapat dalam EWB. Aplikasi EWB ini diharapkan dapat menjembatani kesenjangan antara teori dan praktek seperti disebut di atas. Biasanya pada suatu karya tulis ilmiah mengenai perancangan dan penganalisaan suatu alat elektronik hanyalah didasarkan pada studi literatur dan tidak melalui suatu pembuktian praktis. Pembuktian dengan komponen-komponen dan rangkaian-rangkaian terintegrasi fisik selain membutuhkan biaya pengadaan yang tinggi (untuk jenis dan jumlah besar), juga sering terjadi kerusakan pada komponen-komponen fisik tersebut.  Penggunaan EWB dapat mengatasi kelemahan-kelemahan perangkat keras di atas dan membangkitkan kepercayaan diri para mahasiswa bahwa alat elektronik yang dirancang dapat bekerja seperti yang dikehendaki.

Penelitian ini dibatasi dengan menguji coba alat elektronik analog, yang dirancang dan dianalisa oleh mahasiswa Jurusan Teknik Elektro untuk mata ajaran Analisa dan Perancangan. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki keakuratan respons yang diperoleh dari simulasi EWB dibandingkan dengan respons secara fisik dan teoritis dari alat elektronik yang dipilih, yakni suatu alat elektronik analog dan berapa banyak jenis komponen atau rangkaian terintegrasi yang terdapat dalam EWB Transmitter vibrasi adalah alat yang dapat mengukur level dan komponen frekuensi dari vibrasi mesin secara elektronik serta dapat mengirimkan data-data itu ke ruang pemantauan sejauh 100 m dari alat tersebut. Transmitter vibrasi ini menggunakan suatu transduser vibrasi yang disebut akselerometer piezoelektrik / AP (piezoelectric accelerometer) dan terdiri dari penguat depan muatan, penguat instrumentasi, penguat tegangan tak membalik dua tingkat, filter lolos bawah, filter lolos pita, dan pengubah tegangan ke arus. Dengan software tersebut, kita dapat merancang dan menyimulasi rangkaian di komputer PC, Perancangan rangkaian dapat kita lakukan dengan cara skematis, yang menggunakan simbol-simbol layaknya menggambar rangkaian digital di kertas. Atau dengan bahasa VHDL (Visual Hardware Description Language) dan Verilog yang lebih sulit.”. (Boylestad, Robert dan Louis Nashelsky)

1.1. Latar Belakang

“Gerbang yang diterjemahkan dari istilah asing gate, adalah elemen dasar dari semua rangkaian yang menggunakan sistem digital. Boleh jadi mereka mengena l istilah pencacah (counter), multiplekser ataupun encoder dan decoder dalam teknik digital, tetapi adakalanya mereka tidak tahu dari apa dan bagaimana alat-alat tersebut dibentuk. Ini dikarenakan oleh mudahnya mendapatkan fungsi tersebut dalam bentuk satu serpih IC (Integrated Circuit). Bagi yang telah mengetahui dari apa dan bagaimana suatu fungsi digital seperti halnya pencacah dibentuk hal ini tak akan menjadi masalah, namun bagi pemula dan autodidak yang terbiasa menggunakan serpih IC berdasarkan penggunaannya akan menjadi memiliki pendapat yang salah mengenai teknik digital. Untuk itulah artikel berikut yang ditujukan bagi pemula ditulis. Semua fungsi digital pada dasarnya tersusun atas gabungan beberapa gerbang logika dasar yang disusun berdasarkan fungsi yang diinginkan. Gerbang-gerbang dasar ini bekerja atas dasar logika tegangan yang digunakan dalam teknik digital. Logika tegangan adalah asas dasar bagi gerbang-gerbang logika”. (Hodges D. , Jacson, Nasution S).”

1.2. Perumusan Masalah

            Permasalahan yang dibahas dalam makalah ini adalah mempelajari dan memahami tentang gerbang logika AND, NOT, OR dan NAND dengan menggunakan program Electronics Workbench (EWB) kemudian merealisasikannya dengan membangun sendiri sebuah premasalahan mengunakan gerbang NOT OR dan matrik AND. Dimana sebagai implementasi gerbang NAND dan di lanjutkan dengan menggunakan IC dan penerapan  Dekoder.

1.3. Deskripsi Tentang Materi Praktek

   1.3.1. Gerbang Logika

“Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay). Logika  merupakan dasar dari semua penalaran (reasoning). Untuk menyatukan beberapa logika, kita membutuhkan operator logika dan untuk membuktikan kebenaran dari logika, kita dapat menggunakan tabel kebenaran. Tabel kebenaran menampilkan hubungan antara nilai kebenaran dari proposisi atomik. Dengan tabel kebenaran, suatu persamaan logika ataupun proposisi bisa dicari nilai kebenarannya. Tabel kebenaran pasti mempunyai banyak aplikasi yang dapat diterapkan karena mempunyai fungsi tersebut. Salah satu dari aplikasi tersebut yaitu dengan menggunakan tabel kebenaran kita  dapat mendesain suatu rangkaian logika. Dalam makalah ini akan dijelaskan bagaimana peran dan kegunaan tabel kebenaran dalam proses pendesainan suatu rangkaian logika.

Gerbang yang diterjemahkan dari istilah asing  gate, adalah elemen dasar dari semua  rangkaian yang menggunakan sistem digital. Semua fungsi digital pada dasarnya tersusun atas gabungan beberapa gerbang logika dasar yang disusun berdasarkan  fungsi yang diinginkan. Gerbang -gerbang dasar ini bekerja atas dasar logika tegangan yang digunakan dalam teknik digital.Logika tegangan adalah asas dasar bagi gerbang-gerbang logika. Dalam teknik digital apa yang dinamakan logika tegangan adalah dua kondisi tegangan yang saling berlawanan. Kondisi tegangan “ada tegangan” mempunyai istilah lain “berlogika satu” (1) atau “berlogika tinggi” (high), sedangkan “tidak ada tegangan” memiliki istilah lain “berlogika nol” (0) atau “berlogika rendah” (low). Dalam membuat rangkaian logika kita menggunakan gerbang-gerbang logika yang sesuai dengan yang dibutuhkan. Rangkaian digital adalah sistem yang mempresentasikan sinyal sebagai nilai diskrit. Dalam sebuah sirkuit digital,sinyal direpresentasikan dengan satu dari dua macam kondisi yaitu 1 (high, active, true,) dan 0 (low, nonactive,false).” (Sendra, Smith, Keneth C)

1.3.2. Rangkaian Terpadu (IC) Untuk Gerbang -Gerbang Dasar

“Setelah mengenal gerbang-gerbang dasar yang digunakan dalam teknik digital, bagi para pemula mengkin saja timbul pertanyaan dimana gerbang-gerbang ini dapat diperoleh? Jawabannya mudah sekali, karena gerbang- gerbang ini telah dijual secara luas dipasaran dalam IC tunggal (single chip). Yang perlu diperhatikan sekarang adalah dari jenis apa dan bagaimana penggunaan dari kaki-kaki IC yang telah didapat. Sebenarnya informasi dari IC-IC yang ada dapat dengan mudah ditemukan dalam buku data sheet IC yang sekarang ini banyak dijual. Namun sedikit contoh berikut mungkin akan me mpermudah pencarian. Berikut adalah keterangan mengenai IC-IC yang mengandung gerbang-gerbang logika dasar yang dengan mudah dapat dijumpai dipasaran.

Catatan:

·         Ada dua golongan besar IC yang umum digunakan yaitu TTL dan CMOS.

·         IC dari jenis TTL memiliki mutu yang relatif lebih baik daripada CMOS dalam hal daya yang dibutuhkan dan kekebalannya akan desah.

·         IC TTL membutuhkan catu tegangan sebesar 5 V sedangkan CMOS dapat diberi catu tegangan mulai 8 V sampai 15 V. Hali ini harus diingat benar-benar karena kesalahan pemberian catu akan merusakkan IC.

·         Karena adanya perbedaan tegangan catu maka tingkat tegangan logika juga akan berbeda. Untuk TTL logika satu diwakili oleh tegangan sebesar maksimal 5 V sedangkan untuk CMOS diwakili oleh tegangan yang maksimalnya sebesar catu yang diberikan, bila catu yang diberikan adalah 15 V maka logika satu akan diwakili oleh tegangan maksimal sebesar 15 V. Logika pada TTL dan CMOS adalah suatu tegangan yang harganya mendekati nol.

·         Untuk TTL nama IC yang biasanya terdiri atas susunan angka dimulai dengan angka 74 atau 54 sedangkan untuk CMOS angka ini diawali dengan 40.”(Ian Robertson Sinclair, Suryawan)