Fig 9.10, 9.13, 9.14

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

            Sistem digital bekerja dengan data dan informasi yang dikodekan dalam bentuk biner, yang terus diproses dengan berbagai cara. Beberapa proses tersebut meliputi:

1. decoding dan encoding,

2. multiplexing,

3. demultiplexing,

4. perbandingan data,

5. konversi kode, dan

6. pengiriman data melalui bus.

Semua proses ini dan lainnya menjadi lebih mudah dilakukan berkat tersedianya berbagai IC dalam kategori MSI (medium-scale integration).

Pada bab ini, kita akan membahas berbagai jenis perangkat MSI yang umum digunakan. Untuk setiap jenis, akan dijelaskan prinsip kerja dasarnya secara singkat, lalu diperkenalkan contoh IC spesifiknya. Setelah itu, kita akan melihat bagaimana IC tersebut bisa digunakan sendiri maupun dikombinasikan dengan IC lainnya dalam berbagai aplikasi.

2. Tujuan (kembali)

• Mempelajari tentang bagaimana materi MSI

• Mampu membuat rangkaian MSI

• Mengetahui prinsip kerja dari rangkaian MSI

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. Alat

1. logicprobe 

Probe logika adalah probe uji genggam berbiaya rendah yang digunakan untuk menganalisis dan memecahkan masalah keadaan logis ( boolean 0 atau 1) 

B. Bahan 

 1.  Logic state

Berfungsi untuk memberikan keterangan logika 1 atau 0

2. Gerbang AND
Jenis pertama adalah gerbang AND. Gerbang AND ini memerlukan dua atau lebih input untuk menghasilkan satu output. Jika semua atau salah satu inputnya merupakan bilangan biner 0, maka outputnya akan menjadi 0. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner 1, maka outputnya akan menjadi 1.

3. Gerbang Or
Jenis kedua adalah gerbang OR. Sama seperti gerbang sebelumnya, gerbang ini juga memerlukan dua input untuk menghasilkan satu output. Gerbang OR ini akan menghasilkan output 1 jika semua atau salah satu input merupakan bilangan biner 1. Sedangkan output akan menghasilkan 0 jika semua inputnya adalah bilangan biner 0.

4. Gerbang XOR
Jenis berikutnya adalah gerbang XOR. Gerbang XOR ini memerlukan dua input untuk menghasilkan satu output. Jika input berbeda (misalkan: input A=1, input B=0) maka output yang dihasilkan adalah bilangan biner 1. Sedangkan jika input adalah sama maka akan menghasilkan output dengan bilangan biner 0.

5. MSI (Medium-Scale Integrationn)

Medium Scale Integration (MSI) adalah tingkat integrasi dalam sirkuit terpadu (IC) yang menempatkan sejumlah komponen elektronik, seperti transistor dan resistor, dalam satu chip, MSI biasanya memiliki 100 hingga 3.000 komponen. 

4. Dasar Teori (kembali)

1. IC 74LS138 – 3-to-8 Line Decoder/Demultiplexer

Fungsi:
IC ini berfungsi sebagai decoder, yaitu mengubah input biner 3-bit menjadi satu dari 8 output aktif-rendah (low aktif). Ini berguna dalam sistem alamat memori, pemilihan perangkat, atau demultiplexing.

Spesifikasi:

• 3 input (A, B, C)

• 8 output (Y0–Y7), hanya satu yang aktif rendah tergantung input

• Tiga pin enable (2 aktif rendah, 1 aktif tinggi)

2. IC 74LS157 – Quad 2-to-1 Multiplexer

Fungsi:
Multiplexer ini memiliki 4 saluran (quad) dan memilih antara dua set input data (I0 dan I1) berdasarkan sinyal select tunggal (S). Terdapat juga pin enable aktif rendah (G).

Spesifikasi:

• 4 buah 2-to-1 multiplexer dalam satu chip

• 1 bit select

• 4 output sesuai pilihan

3. IC 74LS161 – Synchronous 4-Bit Binary Counter

Fungsi:
IC ini adalah penghitung biner (counter) 4-bit yang bekerja sinkron, artinya semua flip-flop-nya dipicu oleh sinyal clock yang sama.

Spesifikasi:

• Dapat menghitung dari 0 hingga 15 (4-bit)

• Pin input: Clock, Clear, Load, dan Enable

• Pin output: Q0–Q3 (4-bit output)

4. IC 74LS173 – 4-Bit D Register with 3-State Outputs

Fungsi:
IC ini adalah register D 4-bit yang menyimpan data sementara dan dapat mengeluarkan datanya ke bus bila diaktifkan. Keluaran memiliki tiga status: 1, 0, dan high-impedance (Z) untuk mendukung sistem bus bersama.

Spesifikasi:

• Input data paralel D0–D3

• Clock untuk penulisan data (synchronous)

• Output kontrol G1 dan G2 (active low)

• Fitur three-state output (bisa 'diam' di bus)

FIG 9.10

FIG 9.13

FIG 9.14

5. Prinsip Kerja [kembali]

FIG 9.10

Prinsip kerja dari dekoder dengan menggunakan seven segment display adalah mengubah sinyal biner (biasanya dalam format BCD atau Binary Coded Decimal) menjadi sinyal-sinyal logika yang dapat menyalakan segmen-segmen tertentu pada display seven segment untuk membentuk angka 0 hingga 9. Dekoder ini biasanya menggunakan IC seperti 7447 (untuk common anode) atau 4511 (untuk common cathode) yang berfungsi sebagai penerjemah dari input biner 4-bit (A, B, C, D) ke output 7-bit yang masing-masing mengontrol satu segmen dari tampilan (a, b, c, d, e, f, g).

Ketika input biner diberikan ke dekoder, IC akan menghasilkan kombinasi logika LOW atau HIGH pada ketujuh output-nya sesuai dengan pola angka yang ingin ditampilkan. Misalnya, untuk menampilkan angka “3”, segmen a, b, c, d, dan g akan menyala, sedangkan segmen e dan f akan mati. Output ini akan mengendalikan LED dalam display seven segment, yang kemudian menampilkan angka sesuai dengan input biner. Dekoder ini menyederhanakan pengontrolan display karena pengguna tidak perlu mengatur setiap segmen secara manual

FIG 9.13

Prinsip kerja dari dekoder (decoder) adalah mengubah sinyal input dalam bentuk kode biner menjadi sinyal output unik pada salah satu dari banyak jalur output. Dekoder bekerja dengan membaca kombinasi biner dari input dan mengaktifkan hanya satu output yang sesuai dengan nilai biner tersebut, sementara output lainnya tetap dalam keadaan mati (logika rendah).

Sebagai contoh, pada dekoder 3-ke-8 (3-to-8 decoder) seperti IC 74LS138, terdapat 3 bit input (misalnya A, B, dan C) yang dapat menghasilkan hingga 8 kombinasi biner (000 sampai 111). Untuk setiap kombinasi input, hanya satu dari delapan output yang akan diaktifkan (biasanya bernilai logika rendah atau aktif rendah, tergantung jenis IC-nya). Jadi, jika input adalah 101 (dalam desimal: 5), maka output ke-6 (karena dimulai dari 0) akan aktif.

Dekoder digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti dalam sistem digital untuk memilih satu dari banyak perangkat (misalnya memori atau tampilan), dalam rangkaian kendali, dan juga sebagai bagian penting dalam pengoperasian 7-segment display, di mana dekoder mengubah angka biner menjadi pola yang dapat ditampilkan sebagai angka desimal. Selain itu, beberapa dekoder dilengkapi dengan pin enable yang harus diaktifkan terlebih dahulu agar dekoder dapat berfungsi, memungkinkan kontrol lebih lanjut dalam sistem digital.

FIG 9.14

Prinsip kerja dari dekoder 4-bit adalah mengubah sinyal input biner 4-bit menjadi satu output aktif dari sejumlah besar output yang tersedia. Sebuah dekoder 4-bit memiliki 4 input (misalnya A, B, C, dan D) dan dapat menghasilkan hingga 2⁴ = 16 output yang berbeda, yaitu dari Y0 sampai Y15. Dekoder ini berfungsi untuk mengaktifkan salah satu dari 16 jalur output, tergantung pada kombinasi nilai biner dari keempat input.

Misalnya, jika input 4-bit adalah 0101 (dalam desimal = 5), maka hanya output Y5 yang akan aktif (biasanya logika rendah jika aktif-low, atau logika tinggi jika aktif-high), sedangkan output lainnya tetap tidak aktif. Dekoder 4-bit banyak digunakan dalam sistem digital untuk memilih satu jalur dari banyak jalur, seperti dalam pemilihan memori, sistem kontrol, tampilan 7-segmen, atau bagian dari rangkaian multiplexer.

Dekoder ini sering dibuat dengan menggunakan rangkaian gerbang logika dasar seperti AND, OR, dan NOT. Untuk menjamin output yang benar, masing-masing output biasanya merupakan hasil dari operasi logika yang hanya aktif saat kombinasi input tertentu terpenuhi. Dengan begitu, dekoder 4-bit bertindak sebagai penerjemah kode biner menjadi satu output tunggal yang sesuai dengan nilai binernya.

6. Ringkasan [kembali]

        Chapter 9 membahas tentang MSI (Medium Scale Integration) Logic Circuits, yaitu rangkaian digital yang terdiri dari beberapa gerbang logika yang diintegrasikan dalam satu IC untuk membentuk fungsi logika yang lebih kompleks. Berbeda dengan SSI (Small Scale Integration) yang hanya terdiri dari beberapa gerbang dasar, MSI memungkinkan implementasi rangkaian seperti multiplexer, demultiplexer, decoder, encoder, dan comparator dalam satu chip, sehingga desain sistem digital menjadi lebih efisien, ringkas, dan mudah diimplementasikan. Rangkaian MSI banyak digunakan dalam sistem digital modern seperti komputer, sistem komunikasi, dan perangkat embedded.

        Salah satu komponen utama dalam MSI adalah multiplexer (MUX), yaitu rangkaian yang berfungsi untuk memilih satu dari beberapa input dan menyalurkannya ke satu output berdasarkan sinyal selektor. Secara umum, multiplexer dengan n selektor memiliki jumlah input sebanyak 2ⁿ. Fungsi logika dari MUX dapat dinyatakan sebagai kombinasi dari setiap input yang dikendalikan oleh selektor, sehingga MUX sering digunakan sebagai data selector dan juga dapat digunakan untuk merealisasikan fungsi logika tertentu. Kebalikan dari MUX adalah demultiplexer (DEMUX), yang berfungsi menyalurkan satu input ke salah satu dari banyak output berdasarkan sinyal selektor, sehingga banyak digunakan dalam distribusi data dalam sistem digital.

        Selain itu, terdapat decoder, yaitu rangkaian yang mengubah kode biner menjadi satu output aktif dari banyak kemungkinan output, dengan jumlah output sebesar 2ⁿ untuk n input. Decoder sering digunakan dalam sistem alamat memori dan pengendalian perangkat. Sebaliknya, encoder berfungsi mengubah banyak input menjadi kode biner yang lebih sedikit, sehingga digunakan dalam kompresi data atau sistem input seperti keyboard. Dalam praktiknya, digunakan juga priority encoder, yaitu encoder yang mampu menentukan prioritas jika lebih dari satu input aktif secara bersamaan, sehingga menghindari konflik output.

        Rangkaian MSI juga mencakup comparator, yang digunakan untuk membandingkan dua bilangan biner dan menentukan apakah keduanya sama, lebih besar, atau lebih kecil. Selain itu, MSI sering direalisasikan dalam bentuk IC standar seperti keluarga 74xx, misalnya 74151 untuk multiplexer, 74138 untuk decoder, dan 74148 untuk priority encoder. Penggunaan IC MSI ini mempermudah perancangan sistem karena fungsi logika kompleks sudah tersedia dalam satu komponen.

        Dalam implementasinya, rangkaian MSI memiliki beberapa permasalahan seperti propagation delay, noise, dan kesalahan akibat lebih dari satu input aktif secara bersamaan pada encoder. Propagation delay terjadi karena waktu yang dibutuhkan sinyal untuk melewati gerbang logika, sedangkan noise dapat mengganggu kestabilan sinyal digital. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan desain rangkaian yang baik, sinyal clock yang stabil, penggunaan priority encoder untuk menghindari konflik, serta penambahan filter atau grounding yang tepat.

        Secara keseluruhan, MSI logic circuits memiliki peran penting dalam sistem digital karena memungkinkan implementasi fungsi logika yang kompleks dengan cara yang lebih efisien dan praktis. Rangkaian seperti multiplexer, demultiplexer, decoder, encoder, dan comparator banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti sistem komunikasi digital, pengolahan data, pemilihan sinyal, serta pengendalian perangkat elektronik. Dengan memahami prinsip kerja dan karakteristik MSI, perancangan sistem digital dapat dilakukan dengan lebih cepat, efisien, dan andal.

7. Soal Latihan [kembali]               

a. Multiplexer (MUX)

• Problem:

1. Sebuah multiplexer 4-to-1 memiliki input:

$$D_0=1,\; D_1=0,\; D_2=1,\; D_3=0$$

Jika selektor:

$$S_1{S}_0=10$$

Tentukan output!

Jawab:

MUX memilih input berdasarkan selektor:

• 00 → D0
• 01 → D1
• 10 → D2
• 11 → D3

Karena:

$$S_1{S}_0=10\Rightarrow D_{\mathrm{2<span\; style="font-family:\; times;\; text-indent:\; -18pt;"></span>}}$$$$D_2=1$$

Jadi:

$$Output=1$$

2. Tentukan fungsi logika dari MUX 4-to-1!

Jawab:

$$Y=D_0\overline{S_1}\overline{S_0}+D_1\overline{S_1}{S}_0+D_2{S}_1\overline{S_0}+D_3{S}_1{S}_0$$

3. Jelaskan fungsi multiplexer!

Jawab:

Multiplexer adalah rangkaian digital yang digunakan untuk:

• Memilih satu dari banyak input
• Menyalurkan ke satu output

Aplikasi:

• Pemilihan data pada CPU • Sistem komunikasi digital • Data selector

Masalah pada MUX

Masalah 1: Delay switching

Penyebab:

• Banyak gate logika

Solusi:

• Gunakan IC MSI yang cepat

Masalah 2: Noise pada selektor

Solusi:

• Gunakan debouncer atau filter

b. Decoder

• Problem:

1. Sebuah decoder 3-to-8 menerima input:

$$A=1,B=0,C=1$$

Tentukan output aktif!

Jawab:

Binary:

$$ABC=101=5$$

Jadi:

Output ke-5 aktif:

$$Y_5=1,lainnya=0$$

2. Jelaskan fungsi decoder!

Jawab:

Decoder mengubah:

• Input biner → output unik

Aplikasi:

• Address memory • Seven segment display • Sistem kontrol

c. Encoder

• Problem:

1. Jika input aktif pada encoder 8-to-3 adalah D6, tentukan output!

Jawab:

$$D_6=110$$

Jadi:

$$Output=110$$

2. Jelaskan fungsi encoder!

Jawab:

Encoder mengubah:

• Banyak input → kode biner

Aplikasi:

• Keyboard • Sistem komunikasi • Kompresi data

Masalah 1: Output Salah pada Multiplexer

Penyebab:

• Sinyal selektor (S) tidak stabil atau noise
• Salah koneksi input data

Solusi:

• Gunakan debouncer atau filter
• Periksa koneksi input dan selektor
• Gunakan clock stabil jika sistem sinkron

Masalah 2: Delay pada Decoder

Penyebab:

• Propagation delay pada gerbang logika
• Banyak level logika dalam rangkaian

Solusi:

• Gunakan IC MSI (seperti 74LS138)
• Minimalkan jumlah gerbang

Masalah 3: Output Ganda pada Encoder

Penyebab:

• Lebih dari satu input aktif secara bersamaan

Solusi:

• Gunakan priority encoder
• Pastikan hanya satu input aktif

Masalah 4: Noise pada Sinyal Digital

Penyebab:

• Gangguan lingkungan atau switching

Solusi:

• Gunakan grounding yang baik
• Tambahkan kapasitor bypass

Pilihan Ganda CHAPTER 9

1. MUX digunakan untuk:

A. Menguatkan sinyal B. Memilih data C. Menyimpan data D. Menghitung

Jawaban: B

2. Decoder mengubah:

A. Analog ke digital B. Biner ke satu output C. Banyak input ke kode D. Tegangan

Jawaban: B

3. Encoder digunakan untuk:

A. Penyimpanan B. Konversi input ke kode C. Penguatan D. Filter

Jawaban: B

                                                                                                                       

8. Percobaan [kembali]

9. Download File [kembali]

Download Datasheet