Complementary Metal Oxide Semikonductor (CMOS) menjadi terkenal sejak tahun 1968 dan berkembang dengan cepat dengan seri 40XX atau 40XXX. Keuntungan IC CMOS dibanding TTL adalah tingkat derau yang rendah dan fungsi yang digunakan banyak jenisnya. IC Logika jenis C MOS juga mempunyai keluarga yang tidak sedikit. Namun jumlahnya tidak sebanyak IC TTL. Berbeda dengan IC TTL yang bekerja dengan tegangan supply 5 volt. IC CMOS dapat beroperasi pada berbagai tegangan supply DC. Tegangan supplynya bisa mencapai 15 volt. Tetapi CMOS mempunyai kecepatan kerja yang lebih rendah daripada TTL. Setelah IC TTL dan IC CMOS, muncul IC-IC logic PLD (Programmable Logic Device). Kelebihan PLD adalah sifatnya yang programable karena mengandung jenis dan jumlah gerbang lebih banyak pada tiap-tiap chip nya. Pemakaian PLD dapat mengurangi jumlah chip yang digunakan. Yang termasuk jenis IC PLD antara lain sebagai berikut : a) PLA (Programmable Logic Array) Berisi sejumlah gerbang AND, OR, NOT, yang masukan dan keluarannya dapat kita hubungkan sehingga membentuk rangkaian yang diinginkan. b) PAL (Programmable AND-Array Logic) c) GAL (Generic Array Logic) d) PALCE (PAL Configurable and Erasable) Yang koneksinya dapat diprogram dan dihapus berulang kali. GAL dan PALCE dilengkapi dengan flip-flop yang memudahkan kita untuk menyusun rangkaian logika sekuensial seperti Counter dan Shift Register. e) FPGA (Field Programmable Gate Array) Merupakan jenis PLD terbaru yang mulai populer saat ini. FPGA mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya adalah jenis dan jumlah gerbangnya yang sangat banyak (ribuan hingga ratusan ribu). Kecepatannya sangat tinggi, mudah diprogram dan dapat diprogram berkali-kali. B. Rangkuman Gerbang (gate) dalam rangkaian logika merupakan fungsi yang menggambarkan hubungan antara masukan dan keluaran. Untuk menyatakan gerbang-gerbang tersebut digunakan simbol-simbol tertentu. Untuk menunjukan prinsip kerja tiap gerbang (rangkaian logika yang lebih kompleks) dapat digunakan beberapa cara. Cara yang umum dipakai antara lain adalah tabel kebearan (truth table) dan diagram waktu (timing chart). Karena merupakan rangkaian digital, tentu saja level kondisi yang ada dalam tabel atau diagram waktu hanya 2 macam yaitu logika 0 (low atau false) dan logika 1 (high atau true). Jenis gerbang yang dipakai dalam rangkaian logika Modul_KK1_RPL/SMKN2Kra/2011 Hal 40 dasar itu adalah gerbang AND, OR dan NOT. Seperti contoh sebelumnya, gerbang AND identik dengan rangkaian seri dari beberapa saklar (yang berfungsi sebagai masukan) dan sebuah lampu (yang berfungsi sebagai keluaran). Pada rangkaian seri, lampu hanya dapat menyala (berlogika 1) jika semua saklar dalam keadaan tertutup (berlogika 1). Jika ada satu saklar (berlogika 0), lampu akan padam (berlogika 0). Dengan penggambaran diatas gerbang AND memiliki minimal 2 masukan dan hanya satu keluaran. Gerbang OR identik dengan rangkaian paralel dari beberapa saklar. Pada rangkaian paralel, lampu sudah dapat menyala (berlogika 1), jika salah satu saklar ditutup (berlogika 1). Lampu hanya padam (berlogika 0), jika semua saklar dalam kondisi terbuka (berlogika 0). Jadi gerbang OR juga memiliki minimal 2 masukan dan hanya satu keluaran. Gerbang NOT sedikit berbeda dengan 2 gerbang sebelumnya. Ia hanya memiliki satu masukan dan satu keluaran. Jika masukan berlogika, keluaranya akan berlogika 0. Sebaliknya jika masukan berlogika 0, keluaranya akan berlogika 1. Kaarena itulah gerbang NOT sering disebut sebagai gerbang pembalik (inverter) logika. Dalam bentuk nyata rangkaian dapat disusun dari sebuah relay dengan kontak NC (Normally Closed/dalam keadaan normal tertutup) yang kontaknya tertutup saat arus listrik tidak melalui kumparan relay. Saat saklar dibuka (berlogika 0), kontak relay NC akan tertutup, sehingga arus listrik mengalir ke lampu dan membuatnya menyala (berlogika 1). Sebaliknya saat di tutup (berlogika 1), kumparan relay yang dialiri arus akan menarik kontak NC dan membuatnya terbuk. Akibatnya tidak ada arus yag mengalir ke lampu dan lampu menjadi padam (berlogika 0). Ketiga gerbang tersebut diatas dapat digabung-gabungkan menjadi gerbang lain, misalnya gerbang NAND, NOR, EX-OR, EX-NOR dan lain sebagaiya. Untuk rangkaian yang lebih kompleks, gerbang-gerbang dasar dapat disusun menjadi rangkaian Adder (penjumlah), Demultiplekser (pengubah data dari serial input menjadi paralel output, Multiplekser (pengubah data dari paralel input menjadi serial output). Selain itu rangkaian logika juga dapat di implementasikan dalam bentuk IC (Integrated Circuit) dalam jenis TTL (Transistor-transistor Logik) maupun CMOS (Complementary Metal Oxide Semikonduktor). Tiap-tiap anggota keluarga mempunyai konfigurasi sendiri-sendiri. Misalnya IC TTL 7404 mengandung 6 gerbang NOT, IC TTL 7432 mengandung 4 gerbang OR. Selain gerbang-gerbang tunggal semacam itu ada juga yag konfigurasinya lebih komplek dan berisi rangkaian-rangkaian seperti Flip-flop, Counter, Encoder, Decoder, yang masing-masing mempunyai banyak varian dengan masing-masing-masing-masing spesifikasinya. C. Tugas 1. Buatlah tabel kebenaran untuk gerbang AND 3 input ? 2. Buktikan persamaan Boolean dengan tabel kebenaranya untuk persamaan A . B = A + B ? 3. Bedakan antara gerbang NAND dengan gerbang NOR ? 4. Sederhanakan persamaan di bawah ini dengan menggunakan peta Karnaugh Map dan Aljabar Boolean : Y = A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D 5. Perhatikan dan analisalah rangkaian berikut: Rencanakan sebuah Half Adder dengan menggunakan gabungan gerbang logika dasar? Jumlahkan data biner 1 1 0 1 dengan 0 1 1 0 ? 6. Sebutkan 3 jenis IC TTL lengkap dengan kharakteristiknya masing-masing? 7. Seb utkan 5 buah tipe dari IC TTL yang merupakan implementasi gerbang logika dasar! 8. Sebutkan perbedaan antara IC TTL dengan CMOS? Modul_KK1_RPL/SMKN2Kra/2011 Hal 41 D. Tes Formatif 1. Perhatikan gambar dibawah ini : Jelaskan prinsip kerjanya dan fungsi logika apa yang dijalankan? 2. Dengan menggunakan sifat-sifat Aljabar Boolean buktikan bahwa output dari rangkaian ini adalah Y = A + B ! 3. Bagaimanakah deretan pulsa yang terlihat pada keluaran gerbang EX-OR gambar di bawah ini : S1 S2 S3 A B Y A 01100111 B 11000100 C 00101101 Y Modul_KK1_RPL/SMKN2Kra/2011 Hal 42 BAB IV PENUTUP Setelah menyelesaikan modul ini, maka Anda berhak untuk mengikuti tes praktik untuk menguji kompetensi yang telah dipelajari. Dan apabila Anda dinyatakan memenuhi syarat kelulusan dari hasil evalusi dalam modul ini, maka Anda berhak untuk melanjutkan ke topik/modul berikutnya. Mintalah pada pengajar/instruktur untuk melakukan uji kompetensi dengan sistem penilaiannya dilakukan langsung dari pihak dunia industri atau asosiasi profesi yang berkompeten apabila Anda telah menyelesaikan suatu kompetensi tertentu. Atau apabila Anda telah menyelesaikan seluruh evaluasi dari setiap modul, maka hasil yang berupa nilai dari instruktur atau berupa porto folio dapat dijadikan sebagai bahan verifikasi bagi pihak industri atau asosiasi profesi. Kemudian selanjutnya hasil tersebut dapat dijadikan sebagai penentu standard pemenuhan kompetensi tertentu dan bila memenuhi syarat Anda berhak mendapatkan sertifikat kompetensi yang dikeluarkan oleh dunia industri atau asosiasi profesi. Semoga dengan diterbitkannya modul ini dapat bermanfaat bagi pembaca, khususnya siswa-siswi SMK N 2 Karanganyar Bidang Keahlian Rekayasa Perangkat Lunak. Modul_KK1_RPL/SMKN2Kra/2011 Hal 43
Gerbang logika OR akan memberikan output bernilai 1 jika salah satu inputnya atau lebih bernilai 1. Gerbang logika OR disimbolkan dengan gambar seperti berikut ini. Gambar 1 simbol gerbang logika OR Cara kerja gerbang logika OR dapat didefinikan “Jika A atau B bernilai benar maka Q akan bernilai benar”. Tabel kebenaran gerbang logika OR sebagai berikut. Tabel 1 logika OR Ekspresi persamaan Boolean untuk logika OR adalah : Q = A + B Pada ekspresi persamaan Boolean di atas, tanda + tidak dibaca tambah, tetapi dibaca “or” atau “atau”. Cara membacanya “Output Q sama dengan input A atau input B”. Artinya output Q akan selalu bernilai “1” selama salah satu inputnya bernilai “1” dan hanya akan bernilai “0” jika kedua input bernilai “0”. Logika OR juga dapat dibentuk dari rangkaian 2 buah saklar yang dipasang secara paralel seperti pada gambar berikut. Gambar 2 rangkaian saklar untuk membuat logika OR Pada gambar 2 terdapat dua buah saklar S1 dan S2 yang dirangkai secara paralel dan diserikan dengan satu buah lampu dan satu buah sumber tegangan. Lampu akan padam jika kedua saklar (S1 dan S2) terbuka (bernilai”0″) dan akan menyalah jika salah satu atau kedua-dua saklar tertutup (bernilai “1”). Selain dengan menggunakan saklar, rangkaian logika OR juga dapat dibuat dengan menggunakan transistor. Gambar berikut ini menunjukan rangkaian sederhana transistor yang bekerja sebagai logika OR. Gambar 3 rangkaian transistor untuk logika OR Gambar 3 menunjukkan 2 buah rangkaian transistor yang dirangkai sebagai saklar. pin A dan pin B berfungsi sebagai input sedangkan pin Q berfungsi sebagai output. R1 dan R2 berfungsi untuk membatasi arus listrik yang masuk kaki basis transistor, R3 dan R4 berfungsi sebagai pembatas arus listrik yang masuk ke kaki kolektor transistor. sedangkan R5 berfungsi sebagai beban. Ketika pin A dan pin B tidak dihubungkan dengan sumber tegangan (berlogika “0”) maka kedua transistor tidak akan aktif sehingga arus listrik tidak dapat mengalir melewati transistor. Akibatnya pin Q akan bernilai rendah (logika “0”). Jika pin A mendapatkan tegangan, maka transistor T1 akan aktif dan menjadi jenuh sehingga arus listrik dapat mengalir melewati transistor T1 dan mengakibatkan pin Q akan bernilai tinggi (berlogika “1”). Demikian juga dengan pin B, jika pin B diberikan tegangan (berlogika “1”) maka transistor T2 akan jenuh sehingga dapat mengalirkan arus listrik dan mengakibatkan pin Q bernilai tinggi. Jadi pin Q hanya akan bernilai rendah jika kedua pin input A dan B bernilai rendah. Pin Q akan bernilai tinggi jika salah satu atau kedua pin A dan pin B bernilai tinggi. Gerbang-gerbang logika dapat ditemui dipasaran dalam bentuk chip atau IC. berikut ini adalah IC untuk gerbang logika OR.
Gambar konfigurasi kaki IC – iC tersebut dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 4 konfigurasi pin IC – IC gerbang logika OR Gerbang logika OR dapat memiliki input lebih dari 2 yaitu 3 input dan 4 input. Simbol untuk gerbang logika OR 3 input dan 4 input adalah sebagai berikut Gambar 5 simbol gerbang logika OR dengan 3 input dan 4 input Berikut ini tabel kebenaran untuk gerbang logika OR 3 input dan 4 input . Tabel 2 gerbang logika OR dengan 3 input dan 4 input Catatan tambahan: IC untuk gerbang-gerbang logika pada saat ini terdapat 2 jenis IC yaitu : IC dari keluargaTTL (Transistor-Transistor Logic) dan IC dari keluarga CMOS (Complementary Metal-Oxide-Silicon). IC TTL ditandai dengan awal angka 74LSXX atau 74HCXX, sedangkan IC CMOS diawali dengan huruf CDXXXX. Masing-masing IC memiliki kelemahan dan keunggulan sendiri-sendiri. Perbedaan utama IC TTL dan IC CMOS dapat adalah sebagai berikut.
Gerbang Logika ANDGerbang logika dasar kedua adalah gerbang logika AND. Gerbang logika AND akan memberikan nilai “1” jika kedua inputnya bernilai “1”. Gerbang logika AND disimbolkan seperti pada gambar berikut ini. Gambar 6 simbol gerbang logika AND Ekspresi persamaan Boolen untuk gerbang logika AND adalah : Q = A.B Tanda titik tidak dibaca “kali” tetapi dibaca “and” atau “dan”. Jadi ekspresi di atas dibaca : “Output Q hanya akan bernilai benar jika nilai input A dan input B bernilai benar” Tabel kebenaran gerbang logika AND dapat dilihat sebagai berikut Tabel 3 logika AND Logika AND dapat juga dibuat dari rangkaian 2 buah saklar secara seri seperti pada gambar berikut ini. Gambar 7 menunjukkan rangkaian 2 buah saklar secara seri untuk membentuk rangkaian logika AND. Saklar juga dirangkai secara seri dengan lampu dan baterai. Lampu hanya akan menyalah (logika “1”) jika kedua saklar dalam kondisi tertutup (logika “1”). Jika salah satu saklar terbuka, maka lampu akan mati. Selain dengan menggunakan saklar, rangkaian logika AND juga bisa dibuat dengan menggunakan transistor seperti gambar berikut ini. Gambar 8 rangkaian transistor untuk logika AND Pada gambar 8, dua buah transistor dirangkai sebagai saklar dan diserikan sehingga pin A dan pin B harus bernilai tinggi (1) baru pin Q akan bernilai tinggi (1). R1 dan R2 berfungsi untuk membatasi arus basis, R3 berfungsi membatasi arus kolektor dan R4 berfungsi sebagai beban. Sedangkan IC untuk gerbang logika AND adalah :
74LS08 quad 2 input AND Gate 74LS11 triple 3 input AND Gate 74LS21 dual 4 input AND Gate
CD4081 quad 2 input AND Gate CD4073 triple 3 input AND Gate CD4082 dual 4 input AND Gate Konfigurasi pin untuk IC gerbang-gerbang logika dapat dilihat pada gambar berikut Gambar 9 konfigurasi pin untuk gerbang-gerbang logika AND Gerbang logika AND dapat memiliki input lebih dari 2 yaitu 3 input dan 4 input. Simbol untuk gerbang logika AND 3 input dan 4 input adalah sebagai berikut Gambar 10 simbol gerbang logika AND dengan 3 input dan 4 input Berikut ini tabel kebenaran untuk gerbang logika OR 3 input dan 4 input . Tabel 4 gerbang logika OR dengan 3 input dan 4 input Gerbang logika NOTGerbang logika NOT merupakan gerbang logika dasar yang digunakan untuk membalikkan keadaan atau sering disebut sebagai inverter. Pada kondisi normal, output gerbang logika NOT akan memberikan nilai “1” dan akan berubah menjadi logika “0” ketika mendapat input “1”. Gerbang logika NOT memiliki ekspresi persamaan Boolean : Gerbang logika NOT disimbolkan seperti gambar berikut ini. Gambar 11 simbol gerbang logika NOT Tabel kebenaran untuk gerbang logika NOT adalah Tabel 5 logika NOT Gerbang logika Not dapat dibuat dengan rangkaian saklar dan resistor seperti berikut ini Gambar12 rangkaian saklar untuk logika NOT Pada gambar 14 saklar S1 berfungsi sebagai input dan lampu sebagai output. Ketika kondisi normal, saklar S1 akan terbuka (logika “0”) dan lampu akan menyala (logika “1”) karena arus listrik mengalir dari baterai melalui resistor Rc menuju lampu, tetapi ketika saklar S1 ditutup (logika “1”) maka lampu akan padam (logika “0”) karena arus listrik lebih memilih melewati saklar yang tidak ada hambatan dibandingkan mengalir melalui lampu. Selain dengan menggunakan rangkaian saklar, logika NOT juga dapat dibentuk dengan menggunakan rangkaian transistor sederhana seperti pada gambar berikut ini. Gambar 13 rangkaian transistor untuk logika NOT Pada gambar 15, Transistor T1 dirangkai sebagai saklar dengan R1 berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke basis dan R2 berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke kolektor. Pada kondisi normal pin A akan bernilai “0” karena tidak dihubungkan dengan sumber tegangan. Akibatnya transistor akan menyumbat sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik. Karena arus listrik tidak dapat mengalir melewati transistor, maka Pin Q akan bernilai tinggi (logika “1”) karena mendapatkan tegangan dari R2. Ketika pin A mendapatkan tegangan (logika “1”) maka transistor akan aktif dan menjadi jenuh, sehingga hambatannya akan turun mendekati nol, akibatnya arus listrik dapat mengalir melalui transistor. Karena arus listrik mengalir melalui transistor, maka titik pin Q akan bernilai rendah karena terhubung ke ground oleh transistor. Gerbang logika NOT dalam bentuk IC antara lain : 74 LS04 Hex Inverting NOT Gate 74LS14 Hex Schmitt Inverting NOT Gate 74LS004 Hex Inverting Drivers CD4009 Hex Inverting NOT Gate CD4069 Hex Inverting NOT Gate Konfigurasi pin IC gerbang logika NOT dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar 14 konfigurasi pin IC gerbang logika NOT Dalam satu unit IC gerbang logika NOT umumnya terdapat 6 buah gerbang logika NOT. selain itu gerbang logika NOT juga dapat dibentuk dari gerbang logika NOR dan NAND. Bagaimana cara membuat gerbang logika NOR dan NAND menjadi gerbang logika NOT akan dipelajari dipokok bahasan berikutnya. |