MODUL 1 PARAMETER GERBANG LOGIKA

Revi Muharam Fadli (13214116) Asisten: Adil Aldianto Nooril (13212017)

Tanggal Percobaan: 02/10/2015 EL2102-Praktikum Sistem Digital

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Line: rm_fadli

Telp: 087824195150

Abstrak

Praktikum Parameter Gerbang Logika dilakukan pengujian karakteristik beberapa IC dan menggunakan osiloskop untuk mengamati hubungan masukan serta keluaran gerbang logika. Selain itu, pada praktikum ini juga dicari tahu jenis dari 2 gerbang logika yang jenisnya disamarkan, mengunakan kombinasi masukan. Praktikan juga mendesain rangkaian yang memenuhi persamaan logika tertentu serta memverifikasi hubungan keluaran dengan masukannya.

Kata kunci: Gerbang logika, masukan, keluaran, tegangan, delay.

1. PENDAHULUAN

Gerbang Logika adalah rangkaian dengan satu atau lebih sinyal masukan dan satu sinyal keluaran . Sinyal-sinyal tersebut berupa tegangan tinggi atau tegangan rendah. Rangkaian gerbang logika real memiliki karakteristik-karakteristik yang membedakannya dengan gerbang-gerbang ideal, antara lain voltage transfer, noise margin, dan propagation delay. Percobaan ini bertujuan: a) Memahami karakteristik dari gerbang logika sederhana seperti voltage transfer, noise margin, dan propagation delay b) Mengenal dan memahami parameter dari gerbang logika yaitu operating point yang mempresentasikan range logika HIGH dan LOW c) Dapat membuat rangkaian kombinasional sederhana menggunakan IC logika CMOS

2. STUDI PUSTAKA

Karakteristik static voltage transfer dari sebuah gerbang logika adalah plot dari tegangan keluaran gerbang logika Vout dibandingkan dengan tegangan masukan gerbang logika Vin. Secara matematis kita bisa mendeskripsikan karakteristik voltage transfer sebagai Vout =

f(Vin). Istilah static digunakan disini karena kita tidak memperhitungkan factor waktu yang diantaranya adalah waktu tunda pada gerbang logika.[1]

3. METODOLOGI

3.1 VOLTAGE TRANSFER

CHARACTERISTIC DAN NOISE

MARGINS DARI IC 74LS04

Pada percobaan ini digunakan IC 74LS04 yang terdapat pada kit yang sudah disediakan.

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Generator sinyal disetel pada keluaran sinyal segitiga 1kHz 5Vpp dengan offset DC +2.5V sehingga

keluaran minimum 0V. Port yang digunakan adalah port output.

3 Output generator sinyal dihubungkan dengan input inverter pada kit dan channel 1 osiloskop, sedang output inverter dihubungkan dengan channel 2.

4 Amati & gambar bentuk yeng terlihat pada osiloskop 5 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

3.2 MENCARI NILAI NML DAN NMH

Percobaan ini masih menggunakan kit yang sama dengan percobaan sebelumnya

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Sama seperti sebelumnya, output generator sinyal dihubungkan dengan input inverter pada kit dan

channel 1 osiloskop, sedang output inverter dihubungkan dengan channel 2. Lakukan secara

terpisah untuk 74LS04 dan 4007 3 Amati & catat tampilan yang tertera pada osiloskop,

untuk masing-masing IC 4 Ulangi langkah 2-3 dengan menukar hubungan

rangkaian pada channel 1 dengan channel 2 5 Hitung nilai NMH serta NML 6 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

3.3 DELAY PROPAGASI

Pada percobaan ini digunakan IC 74LS08 yang terdapat pada kit yang sudah disediakan.

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Susun rangkaian seperti gambar diatas dengan seluruh alat dimatikan

3 Nyalakan power supply 4 Ubah setting triggering slope osiloskop menjadi

positive edge 5 Ubah setting setiap kanal osiloskop menjadi 1V/div,

dan setel TIME/DIV ke o.2 us. 6 Setting generator sinyal pada sinyal kotak dengan

frekuensi 300kHz(jenis osiloskop GOS 6050) 7 Dengan tombol X1/MAG perbesar hasil hingga x10 8 Atur posisi tampilan kanal 1 dan 2 agar V1/2 masing-

masing kanal tepat berada di sumbu X 9 Amati tampilan & hitung tPLH 10 Ganti slope triggering ke negative edge, dan amati

serta hitung tPHL 11 Hitung tPD serta tPD(average) 12 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

3.4 VERIFIKASI FUNGSI LOGIKA

Pada percobaan ini digunakan IC yang jenisnya disamarkan, yang tersedia pada kit.

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Hubungkan salah satu kanal osiloskop dengan keluaran IC

3 Dengan kutub positif power supply sebagai nilai logika 1 dan kutub negative sebagai nilai logika 1, uji

semua kombinasi input yang mungkin. 4 Buat tabel kebenaran dari masukan serta keluaran

gerbang logika yang diuji 5 Analisis tabel & simpulkan jenis gerbang logika 6 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

3.5 RANGKAIAN KOMBINASIONAL

SEDERHANA

Pada percobaan ini digunakan IC yang diuji pada percobaan sebelumnya.

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Pilih desain yang telah dikerjakan terlebih dahulu pada tugas pendahuluan, sesuaikan dengan IC yang

telah ditentukan jenisnya pada percobaan sebelumnya. Inverter sebaiknya dilakukan secara

manual dengan menghubungkan kabel ke nilai logika kebalikan yang sedang diuji, karena inverter berbeda

logic family dengan gerbang logika. Salah 1 kaki input di-ignore dengan dihubungkan ke 1

3 Verifikasi fungsionalitas rangkaian dengan memberikan kombinasi berbagai input yang

mungkin 4 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

3.6 GERBANG LOGIKA NOR TTL

Percobaan ini menggunakan kit sendiri yaitu kit Gerbang Logika NOR TTL

No. Mulai

1 Power Supply 5V DC dihubungkan dengan +Vcc dan GND pada kit. Tegangan power supply sebelumnya

diukur terlebih dahulu menggunakan multimeter digital.

2 Berikan input 3 HIGH, catat nilai logika keluaran yang terbaca.

3 Ukur dan catat nilai tegangan pada semua simpul yang terdapat pada kit

4 Ulangi langkah 2-3 dengan mengganti nilai logika satu persatu dengan LOW, hingga semua input

bernilai LOW 5 Pastikan catatan BCL lengkap Selesai

4. HASIL DAN ANALISIS

4.1 VOLTAGE TRANSFER

CHARACTERISTIC DAN NOISE

MARGINS DARI IC 74LS04

Gambar mirip dengan referensi, namun semakin mendekati 1.5V, garis pada osiloskop semakin menipis.

Terlihat bahwa saat Vi>Vih, Vo menurun drastis ke 0V & bernilai tetap sebesar 0V. Terlihat pula bahwa Vout bernilai HIGH saat Vin bernilai LOW, dan sebaliknya.

4.2 MENCARI NILAI NML DAN NMH

Besaran Terukur

74LS04 4007

Vol (V)

0

0

Vil (V)

1.00 2.4

Voh (V)

4.5 4.9

Vih (V)

1.5 2.8

NMl (V)

1.0 2.4

NMh (V)

3.0 2.1

Tampilan yang didapat mirip dengan referensi. Hasil percobaan menunjukkan karakteristik IC 74LS04 yang masih sesuai datasheet yaitu Voh>2.7 dan Vol<0.5. Sementara itu, hasil pengujian IC 4007 cukup mendekati nilai-nilai pada datasheet, yaitu Voh>4.95, Vih>4, Vol<0.05, dan Vil<1 untuk Vdd=5V

4.3 DELAY PROPAGASI

Besaran Terukur

T (ns)

tPHL 5.5 tPLH 5.5 tPD 5.5

tPD(average) 5.5

Delay yang didapat masih berada dalam rentang yang tertulis pada datasheet yaitu 4-18 ns untuk tPLH dan 3-18 ns untuk tPHL. Variasi delay dapat terjadi karena perbedaan impedansi keluaran atau masukan, seperti tertulis pada datasheet.

4.4 VERIFIKASI FUNGSI LOGIKA

X1 X2

X3

F1 F2

0

0

0 1 0

0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0

1 1 1 0 1

Dari tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa gerbang F1 adalah NAND dan F2 adalah AND

4.5 RANGKAIAN KOMBINASIONAL A B Q

0

0

0

0 1 1 1 0 1 1 1 1

Dari tabel tersebut terlihat bahwa rangkaian desain kami memenuhi fungsi Q = A + B

4.6 GERBANG LOGIKA NOR TTL

Input

H L Out

0 3

1

1 2 0 2 1 0 3 0 0

V node (V)

0H 3L 1H 2L 2H 1L 3H 0L

Out 3.98

0.05 0 0.07

1 4.42 50.7 0.72 0.77 2 5.0 4.8 4.98 4.98 3 4.49 1.1 0.92 0.97 4 0.846 2.2 2.46 2.6 5 0.131 1.5 1.74 1.84

6 0 0.8 0.87 0.91

Terlihat nilai-nilai tegangan pada tiap simpul tidak selalu sama untuk nilai logika yang sama. Hal ini dapat disebabkan berbedanya besar arus yang ditarik/disuplai input dengan jumlah berbeda pula. Hal ini tidak masalah selama nilai tegangan input serta output berada dalam interval yang digunakan. Di samping itu, keluaran rangkaian TTL juga memenuhi fungsi NOR, yang juga menunjukkan rangkaian tersebut masih berfungsi dengan baik sebagai gerbang NOR.

5. KESIMPULAN

Parameter-parameter gerbang logika tidak selalu sesuai dengan nilai ideal. Perbedaan ini dapat disebabkan perbedaan rangkaian yang terhubung pada IC, usia komponen, atau factor-faktor lainnya. Kalaupun karakteristik tersebut sesuai dengan datasheet, masih terdapat batasan-batasan serta deviasi yang perlu diperhatikan saat mengimplementasi rangkaian gerbang logika ideal ke dunia nyata.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Mervin, dkk, Praktikum Sistem Digital, Hal1-10, Lab. Dasar STEI ITB, Bandung, 2015

[2] Brown, Stephen dan Zvonko Vranesic,Fundamental of Digital Logic with VHDLDesign, Hal. 427-428, Mc Graw Hill,Toronto, 200

[3] Vahid Frank, Digital Design, Page. 73 – 76,Wiley, Australia, 2007