5

Percobaan 05

Operasi Serial&Paralel, Register dan Counter

Operasi Serial&Paralel, Register dan Counter

I. Bahan Bacaan

Mano, M. Morris and Charles R. Kime; Logic and Computer Design Fundamentals; Bab 7, New Jersey; Prentice-Hall Inc., 2008.

Sandige, Richard S.; Modern Digital Design; Bab 5, 7; Singapore; Mc-Graw Hill Inc.; 1990.

II. Tujuan Percobaan 1. Mempelajari prinsip-prinsip operasi-operasi biner secara paralel dan serial, prinsip

penggabungan operasi paralel dan operasi serial dan prinsip-prinsip perubahan dari operasi paralel ke serial dan sebaliknya.

2. Mempelajari prinsip kerja counter.

III. Teori Dasar A. Operasi-Operasi Biner

1. Operasi Paralel

Pada operasi paralel tidak diperlukan pewaktuan, dimana bit-bit input dimasukkan dan diproses sekaligus, sementara bit-bit output bisa langsung didapat dalam selisih waktu terhadap input yang sangat kecil. Untuk percobaan ini pada rangkaian paralel yang digunakan ditambahkan pewaktuan yang berfungsiuntuk mempermudah kita mengamati urutan operasi paralel yang terjadi. Skema blok rangkaian untuk operasi paralel dapat dilihat pada gambar 5.1.

Gambar 5.1 Blok diagram operasi paralel

2. Operasi Serial

Pada operasi serial bit-bit input dimasukkan secarasatu-persatu, diproses satu-persatu dan hasilnya merupakan bit-bit yang diperoleh secara satu-persatu. Supaya proses tersebut dapat berlangsung dangan baik diperlukan pewaktuan, dimana setiap saut kali pewaktuan akan memproses satu pasangan bit input dan menghasilkan satu bit output. Untuk proses serial diperlukan memori (dalam hal ini digunakan shift register) yang berfungsi untuk menyimpan bit-bit input dan output. Pada setiap pewaktuan akan terjadi pergeseran bit-bit pada shift register. Skema blok rangkaian untuk operasi serial dapat dilihat pada gambar 5.2.

Gambar 5.2 Blok diagram operasi serial

3. Operasi Gabungan Serial Dan Paralel

Pada operasi gabungan ini diperlukan pewaktuan terutama untuk bagian serial dan untuk menandakan awal dan akhir dari operasi paralel, sehingga peralihan dari serial ke paralel atau sebaliknya dapat terjadi pada saat yang tepat. Untuk menyusun urutan pewaktuan yang tepat dari rangkaian gabungandapat dilakukan secara manual, mula-mula urutan pewaktuan untuk operasi serial dihitung, kemudian ditambahkan di depan atau di belakang urutan pewaktuan untuk operasi paralel.

B. Counter

Pada umumnya semua rangkaian logika digital menggunakan counter di dalamnya. Komputer digital misalnya, menggunakan counter untuk mengendalikan urutan dan eksekusi dari langkah-langkah pemrograman di dalamnya. Rangkaian counter dibuat dengan cara menghubungkan rangkaian-rangkaian dalam flip-flop menjadi satu, sehingga keluaran beberapa flip-flop di dalam rangkaian counter tersebut berganti-ganti keadaan dalam suatu urutan yang dikehendaki. Rangkaian counter dibedakan menjadi dua macam, yaitu rangkaian counter sinkron dan rangkaian counter asinkron.

Di dalam rangkaian counter sinkron, semua flip-flop dihubungkan dan dikendalikan langsung secara serempak oleh eksternal clock yang sama. Sebagai akibatnya, semua flip-flop dalam rangkaian counter sinkron akan berubah kondisinya dalam waktu yang bersamaan. Sedangkan di dalam rangkaian counter asinkron, semua flip-flop tidak dihubungkan atau dikendalikan langsung secara serempak oleh eksternal clock yang sama, tetapi oleh masing-masing keluaran flip-flop yang sebelumnya. Masukan dari eksternal clock hanya diberikan untuk masukan flip-flop dalam urutan pertama dari rangkaian. Itulah sebabnya rangkaian counter asinkron akan menjadi lebih sulit untuk didesain daripada rangkaian counter sinkron.

Rangkaian counter menggunakan berbagai macam kode dalam perhitungannya. Ada rangkaian counter n-bit biner, rangkaian counter n-bit BCD, dan lain sebagainya. Selain itu rangkaian counter pun dapat didesain untuk melakukan perhitungan maju, mundur, atau bahkan dapat untuk kedua-duanya. Berikut ini adalah gambar diagram blok dari 4-bit binary asynchronous counter dan 4-bit binary synchronous counter:

Gambar 5.3 4-bit binary asynchronous counter

Gambar 5.4 4-bit binary synchronous counter

Sedangkan Timing Diagram dari kedua rangkaian counter tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 5.5 Timing diagram dengan 4-bit binary counter

Dari timing diagram diatas dapat dilihat bahwa counter akan menghasilkan angka dari 0000 sampai 1111 (0-f bila diubah ke dalam hexadecimal), namun dalam aplikasinya sehari hari biasanya kita hanya membutuhkan counter yang menghitung 0-9 saja (0000-1001), untuk itu kita menggunakan decade counter.

Gambar 5.6 Asynchronous decade counter

Untuk membuat decade counter, cukup hubungkan Q3 dengan Q1 dengan sebuah gerbang NAND. Sehingga ketika counter mencapai angka 1010, counter akan mengclear seluruh jk flip flop sehingga angka yang dihasilkan akan 0000.

IV. Perangkat yang digunakan A. Serial & Parallel Adder

1. Digital Circuit Trainer 2. Binary Serial Adder and Subtractor

B. Counter 1. Catu daya

2. Modul Advance Logi Trainer 3. IC 74LS93 (4-bit binary asynchronous counter) 4. IC 74LS90 (4-bit decade asynchronous counter) 5. IC 74LS163 (4-bit binary synchronous counter) 6. IC 74LS162 (4-bit decade synchronous counter) 7. IC NE555 (Timer) 8. Kabel

V. Prosedur Percobaan A. Serial & Parallel Adder

1. Susun rangkaian seperti padagambar pada bagian VIII. Minta peunjuk asisten bila menemukan kesulitan dalam menyususn rangkaian berdasarkan gambar tersebut.

2. Setelah rangkaian tersusun dengan baik dan benar, dibawah pengawasan asisten nyalakan alat.

3. Masukkan bilangan-bilangan yang akan dioperasikan. 4. Mulai proses operasi dari bilangan-bilangan tersebut. amati dan catat yang

terjadi pada tiap-tiap sequence selama operasi tersebut berlangsung. 5. Tuliskan hasil percobaan ke dalam tabel pada bagian VII.

B. Counter 1. Dengan menggunakan catu daya yang tersedia, hubungkan tegangan sebesar 5

volt dengan modul Advance Logic Trainer 2. Pasangkan IC 74LS93 (4-bit binary asynchronous counter) pada modul

Advance Logic Trainer dan hubungkan masing-masing kaki yang dipergunakan dari IC tersebut dengan modul SWITCH (untuk masukan) dan modul LED (untuk keluaran) dari modul Advance Logic Trainer.

3. Hubungkan pula kaki clock IC yang bersangkutan dengan sinyal clock dari modul IC NE555 pada modul Advance Logic Trainer.

4. Perhatikan keluaran yang terjadi. Bagaimana pengaruh sinyal clock terhadap keluaran tersebut? Isilah keluaran yang terjadi pada tabel F.

5. Ulangi langkah 2, 3 dan 4 untuk IC 74LS90 (4-bit decade asynchronous counter), IC 74LS163 (4-bit binary synchronous counter), dan IC 74LS162 (4-bit decade synchronous counter). Isilah masing-masing keluaran yang terjadi pada Tabel G, H dan I.

VI. Tugas dan Pertanyaan A. Serial & Parallel Adder

1. Berdasarkan data yang telah didapat, analisa dan jelaskan satu-persatu yang terjadi tiap-tiap urutan.

2. Lakuakn perhitungan secara manual dan bandingkan dengan hasil percobaan. Beri penjelasan dari hasil perbandingan tersebut.

3. Jelaskan hubungan jumlah urutan dari operasi yang dilakukan dengan jumlah bit dari bilangan-bilangan yang dioperasikan.

B. Counter 1. Bandingkanlah hasil-hasil yang didapat dari masing-masing percobaan dengan

referensi! Buatlah analisa singkat jika terjadi ketidakcocokan dan setelah itu terangkanlah kembali prinsip kerja dari masing-masing rangkaian counter yang telah dicobakan!

2. Terangkan bagaimana prinsip pembagian frekuensi clock pada rangkaian asynchronous counter!

3. kerjakanlah tugas tambahan yang diberikan oleh asisten!

VII. Tabel

Tabel A. Serial Adder

Sequence A 23 22 21 20

B 23 22 21 20

∑ 23 22 21 20 AnBnCnSn

1 2 3 . .

dst.

Tabel B. Serial Subtractor (1’s Complement)

Sequence A 23 22 21 20

B 23 22 21 20

∑ 23 22 21 20

AnBnCompCnSnCompl. Ans

1 2 3 . .

dst.

Tabel C. Serial Subtractor (2’s Complement)

Sequence A 23 22 21 20

B 23 22 21 20

∑ 23 22 21 20

AnBnCompCnSnCompl. Ans

1 2 3 . .

dst.

Tabel D. Parallel Adder

Sequence A 21 20

B 21 20

∑ 24 23 22 21 20 S1S0C1C0

1 2 3 . .

dst.

Tabel E. Parallel Subtractor (1’s Complement)

Sequence A 21 20

B 21 20

∑ 24 23 22 21 20 An Bn Sn Cn Cn-1

1 2 3 . .

dst.

Tabel F. 2-Bit Multiplier

Sequence A 24 23 22 21

20

B 24 23 22 21

20

∑ 24 23 22 21

20 QA QB QC QD An Bn Sn Cn

Cn-1

1 2 3 . .

dst.

Tabel G. 4-bit binary asynchronous counter (IC 74LS93)

Count Qa Qb Qc Qd Count Qa Qb Qc Qd 0 8 1 9 2 10 3 11 4 12 5 13

6 14 7 15

Catatan : R0 (1) = 0; R0 (2) = 0

Tabel H. 4-bit decade asynchronous counter (IC 74LS90)

Count Qa Qb Qc Qd Count Qa Qb Qc Qd 0 5 1 6 2 7 3 8 4 9

Catatan : R0 (1) = 0; R0 (2) = 0; Rg (1) = 0; Rg (2) = 0

Tabel I. 4-bit binary synchronous counter (IC 74LS163)

Count Qa Qb Qc Qd Count Qa Qb Qc Qd 0 8 1 9 2 10 3 11 4 12 5 13 6 14 7 15

Catatan : CLEAR’ = 1; LOAD’ = 1; DATA INPUT A,B,C,D= 0; ENABLE P,T =1

• Khusus untuk count/hitungan ke-15 atau biner 1111, coba perhatikan juga apa yang terjadi dengan keluaran ripple carry IC 74LS163.

• Agar dapat lebih leluasa, maka asisten dapat mengubah-ubah masukan data input A,B,C dan D tidak harus 0000 dan LOAD’ dengan sendirinya juga tidak selalu 1.

Tabel J. 4-bit decade synchronous counter (IC 74LS162)

Count Qa Qb Qc Qd Count Qa Qb Qc Qd 0 8 1 9 2 10 3 11 4 12

5 13 6 14 7 15

Catatan : CLEAR’ = 1; LOAD’ = 1; DATA INPUT A,B,C,D= 0; ENABLE P,T =1

VIII. Rangkaian A. Operasi Serial

1. Serial Adder 2. Serial Subtractor (1’s Complement) 3. Serial Subtractor (2’s Complement)

B. Operasi Paralel 1. Parallel Adder 2. Parallel Subtractor (1’s Complement) 3. 2-Bit Multiplier