A. Tujuan

- Mengetahui cara kerja rangkaian – rangkaian digital dalam hal ini adalah counter/pencacah - Mampu menganalisa prinsip kerja rangkaian digital- Mengenal beberapa jenis IC pencacah- Menegnal, mengerti dan memahami operasi dasar pencacah dengan menggunakan gerbang

logika dan flip flop

B. Alat dan Bahan

a. Alat :- Multimeter- Gunting- Solder - Sedot Timah

b. Bahan :

- Prototype (PCB- IC 7447 - IC 7490- IC 555 timer (Multivibrator)- Kapasitor 0,01 mikrofarad/10V- Elko 10 mikroFarad/10V- Resistor 47 kΩ - Resistor 33 kΩ 3- 10 k 1, 150k 1, 220 k, 22k, 150 ohm 4, 220 ohm 7- Display / seven segment ( common anoda )- LED super bright merah 3mm 1- Jumper ( kawat tunggal )- Baterai ( 5 V )- Tinol 2m - Saklar rotary 1- Diode 1A : 1 buah

C. Teori Singkat

a. MultivibratorMultivibrator merupakan kelompok sirkit pengubah elektronis yang juga dikenal

sebagai osilator rileksasi karena dalam operasi transistor- transistornya diputuskan untuk suatu jangka waktu tertentu. Gelombang output biasanya berbentuk siku-siku atau pulsa segi empat. Komponen inti yang digunakan multivibrator adalah IC 555. Akan tetapi kita

juga bisa menjadikan rangkaian flip-flop sebagai multivibrator karena cara kerjanya sama. Rangkaian flip-flop memakai dua buah transistor. Pada suatu saat ketika beroperasi sebuah transistor mencapai keadaan sarat dan transistor yang lain mati. pada dasarnya multivibrator terdiri atas tiga macam yaitu Multivibrator astabil, multivibrator bistabil (dua kestabilan), dan multivibrator monostabil (kestabilan tinggi). Tetapi dari ketiga jenis itu yang akan digunakan adalah jenis astabil. Jenis ini tidak memerlukan sinyal input tersendiri melainkan memproduksi sendiri sederetan gelombang siku-siku pada output-nya

b. Counter (pencacah)Pada dasarnya, counter merupakan gabungan dari 4 buah flip-flop. Ada dua

macam counter, yaitu counter asinkron dan counter sinkron. Pada counter asinkron, masing-masing output yang digunakan akan “bergulingan” (berubah kondisi dari “0” ke “1” dan sebaliknya) secara berurutan atau selangkah demi selangkah. Hal ini disebabkan karena hanya flip-flop yang paling ujung saja yang dikendalikan oleh sinyal clock. Sedangkan sinyal clock untuk flip-flop lainnya diambil dari masing-masing flip-flop sebelumnya.

Sedangkan pada counter sinkron, output flip-flop yang digunakan bergulingan secara serempak. Hal ini disebabkan karena masing-masing flip-flop tersebut dikendalikan secara serempak oleh satu sinyal clock.

c. DecoderDecoder adalah rangkaian yang akan mengkonversi sandi BCD 8421 dari

counter ke 7 segment sehingga angka desimal dapat ditampilkan. Keempat output counter (Q0, Q1, Q2, dan Q3) menuju ke keempat input decoder (A, B, C, dan D). Decoder menghasilkan tujuh gerbang output. Ketujuh gerbang inilah yang akan menuju ke seven segment. Angka yang ditampilkan 7 segment tergantung dari output logika yang keluar dari decoder.

d. 7 segment7 segment adalah komponen display yang berupa tujuh buah LED yang

disusun sedemikian rupa untuk menampilkan angka yang telah dikode dari IC7447 (decoder). Angka yang ditampilkan merupakan output dari decoder yang sebelumnya merupakan output dari sandi BCD 8421 pada counter.

D. Gambar Rangkaian

a. Skema Gambar Rangkaian multivibrator-counter-decoder

b. Gambar rangkaian counter-decoder-seven segment display

E. Langkah kerja

a. Membuat sketsa rangkaian.

b. Membuat rangkaian pencacah sesuai dengan gambar rangkaian yang telah dibuat.

c. Merangkai komponen di atas prototype sesuai dengan sketsa rangkaian yang telah d buat

dengan maienggunakan jumper kawat tunggal.

d. Perakitan dan instalasi komponen

Pasang komponen-komponen yang telah disediakan sesuai dengan tata letak yang

telah ditentukan. prototype

Potong terlebih dahulu kaki komponen yang akan dipasang pada prototype agar

mempermudah meletakkan komponen pada prototype nantinya.

Selanjutnya hubungkan komponen yang satu dengan komponen yang lain dengan

menggunakan jumper.

Untuk memasang rotary pada prototype, gunakan mata bor yang seukuran dengan

baut yang akan digunakan.

e. Untuk memastikan bahwa rangkaian telah bekerja dengan baik, lakukan pengecekan

dengan menggunakan baterai atau sumber tegangan yang telah disediakan. Selanjutnya

analisa cara kerja rangkaian.

f. Jika masih ada rangkaian yang bekerja kurang baik maka periksa kembali rangkaian

anda.

g. Analisa kembali dimana kesalahannya lalu d cek lagi dengan menggunakan baterai atau

sumber tegangan lainnya.

F. Diagram Blok Rangkaian

multivibrator counter decoder display

G. Cara Kerja Rangkaian.

Cara kerja dari rangkaian ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Misalkan pada keadaan awal semua FF telah direset, sehingga setiap FF mempunyai

keluaran nol. Jadi sebelum datang pulsa clock pertama diperoleh DCBA = 0000.

2. Ketika pulsa clock pertama tiba (clock=1), maka FF A akan dipicu pada pinggiran

negatifnya, sehingga diperoleh A=1, sedangkan FF lainnya belum bekerja dan tetap

pada keadaan awalnya. Untuk daur yang pertama diperoleh keluaran DCBA = 0001.

3. Ketika pulsa clock kedua tiba, maka FF A kembali dipicu pada pinggiran negatifnya,

sehingga keluarannya berubah dari menjadi rendah (A=0). Perubahan keadaan pada

A merupakan picuan negatif pada FF B, sehingga menghasilkan B=1. sedangkan FF

C dan D tetap pada keadaan awalnya. Untuk daur ini diperoleh DCBA = 0010.

4. Ketika pulsa clock ketiga tiba, maka FF A akan dipicu kembali pada pinggiran

negatifnya, sehingga keluaran A menjadi tinggi. Sedangkan FF lainnya tetap berada

pada keadaan terakhirnya. Dengan demikian pada daur ini diperoleh DCBA = 0011.

5. Untuk pulsa clock keempat, FF A terpicu sehingga keluaran untuk FF ini menjadi

rendah. Perubahan keluaran FF A ini merupakan picuan negatif untuk FF B sehingga

keluaran FF B berayun menjadi rendah (B=0). Perubahan keluaran FF B ini akan

memicu FF C sehingga keluaran dari FF C yang semula rendah menjadi tinggi

(C=1). Karena FF D belum terpicu, maka keluaran pada daur ini DCBA = 0100.

Demikian untuk seterusnya didapatkan bahwa FF A akan selalu terpicu oleh pinggiran

negatif pulsa clock, sedangkan FF B terpicu oleh pinggiran negatif dari keluaran FF A.

FF C terpicu oleh pinggiran negatif keluaran FF B, dan FF D akan terpicu oleh

pinggiran negatif dari keluaran FF C. Secara singkat dikatakan bahwa setiap keluaran

dari masing-masing FF akan memicu FF lain yang ada dibelakangnya.

Untuk pencacah modus lain yang lebih rendah, misalnya pencacah modus 10, maka

pencacah ini dapat disusun dengan memodifikasi pencacah modus 16. Caranya dengan

mereset semua FF pada urutan cacahan yang kesepuluh. Artinya pada urutan cacahan

yang kesepuluh, semua FF akan direset sehingga diperoleh DCBA = 0000.

H. Analisa Rangkaian

Tegangan masukan dan keluaran tidak diperkenankan lebih tinggi dari tegangan catu

daya. Sebelum menghubungkan rangkaian yang akan di uji menggunakan Pulsa Generator

atau pengumpan masukan, pastikan keluaran dari alat tersebut tidak lebih tinggi dari 5v.

Komponen-komponen penting pada rangkaian yang akan dibuat adalah 74LS90P, lalu ada

driver display IC 74LS47 (BCD to 7 segment driver) dan indikator display LED 7 segment

common anode. Sebenarnya ada pencacah lain, seperti 4 bit binary counter yang bisa

mencacah sampai 16, tetapi di sini yang digunakan adalah pencacah 10 (decade counter)

karena yang hendak dibuat adalah alat pencacah bilangan desimal.

Komponen utama IC 74LS90P adalah sebuah up/down decade counter, yaitu sebuah

komponen yang dapat melakukan pencacahan sampai 10 bilangan (0 sampai 9) naik dan

turun. 74LS90P dibangun dengan beberapa flip-flop JK dan gerbang-gerbang logik. Transisi

logik dari 0 ke 1 (Low to High) pada pin UP (pin 5), menyebabkan keluaran BCD (binary

code decimal) QA,QB,QC dan QD menaik 1 digit. Demikian juga jika ada transisi logik 0 ke

1 pada pin DN (pin 4), menyebabkan keluaran BCD turun 1 digit.

Agar dapat dimengerti oleh orang yang melihatnya, kode biner ini diubah untuk men-drive

LED 7 segment dengan menggunakan komponen IC 74LS47. Dengan demikian, rangkaian ini

dapat menampilkan angka desimal yang sesuai. Pada rangkaian ini dipakai LED 7 segment

Common Anoda, dimana semua anoda dari masing-masing LED segment-nya terhubung

menjadi satu dan mendapat suplai Vcc. Untuk menyalakan satu segmentnya, pin LED 7

segment yang bersangkutan harus di-sink (short) ke ground melalui sebuah resistor. Resistor

yang digunakan adalah 200 Ohm dan ini sudah cukup terang untuk menyalakan segment LED

ini.

Gambar: seven segment common anode

Untuk secara jelas dapat diuraikan dibawah ini, mulai dari rangkaian multivibrator

sampai Display seven segment satu persatu :

a. MultivibratorSirkit multivibrator terdiri dari dua buah transistor yang dihubungkan

sedemikian rupa, sehingga semua output dari sebuah rangkaian diumpanbalikkan (100 % umpan balik positif) ke input dari rangkaian lain.

Apabila suplai telah dihidupkan, ketidakseimbangan antara kedua rangkaian itu menyebabkan sebuah transistor berkonduksi, sedangkan yang lain tetap mati. Anggaplah Q1 dalam keadaan sarat, maka jatuhnya tegangan kolektor ditransfer ke basis Q2 untuk

memastikan bahwa Q2 telah mati. Ketika sirkit berada dalam keadaan ini, kapasitor C1 terisi dari –Vcc menuju ke +Vcc pada kecepatan yang tergantung pada konstanta waktu C1R3. Waktu yang diperlukan oleh tegangan misalnya kapasitor untuk mencapai 0,7 V adalah

T1 ≈ 0,7 C1R3 detik

Setelah itu tegangan kapasitor menyebutkan Q2 mulai berkonduksi dan aksi regeneratif menyebabkan Q1 mati, sehingga tegangan kolektor naikmenuju +Vcc pada kecepatan yang tergantung pada konstanta waktu C1R1. Waktu selama sirkit berada dalam keadaan ini sesuai dengan

T2 ≈ 0,7 C1R4 detik

Kalau C1 = C2 dan R3 = R4, maka tiap keadaan akan sama dengan T1 = T2. Oleh karena itu, waktu periodik untuk output adalah 2 T1, sedangkan frekuensinya menjadi :

f = 1/ 2 T1 = (1/ 1,4 C1R3) Hz

Pada output multivibrator dipasang LED untuk melihat sinyal clock yang terjadi pada rangkaian. Mati-nyalanya LED pada multivibrator akan mengikuti perubahan tampilan angka pada 7 segment.

b. CounterUntuk lebih jelasnya, perhatikan terlebih dahulu data sheet dan tabel

kebenaran counter asinkron di bawah ini.

Tabel kebenaran

Clock Q3 (QD)

Q2 (QC) Q1 (QB) Q0 (QA)

Keterangan

0 0 0 0 0 Sebelum ada pulsa clock1 0 0 0 1 Setelah ada 1 pulsa2 0 0 1 0 Setelah ada 2 pulsa3 0 0 1 1 Setelah ada 3 pulsa4 0 1 0 0 Setelah ada 4 pulsa5 0 1 0 1 Setelah ada 5pulsa6 0 1 1 0 Setelah ada 6 pulsa7 0 1 1 1 Setelah ada 7 pulsa8 1 0 0 0 Setelah ada 8 pulsa9 1 0 0 1 Setelah ada 9 pulsa

Dari gambar dan tabel di atas, cara kerja rangkaian dapat di jelaskan sebagai berikut :1. Sebelum sinyal clock dijalankan, pertama kali masing-masing flip-flop di-Reset 0 0 0

0.2. Setelah sinyal clock dijalankan, pulsa pertama menyebabkan Q0 berguling dari “0”

ke “1” sehingga rangkaian tersebut mulai menghitung dari 0 0 0 1.3. Pulsa clock kedua menyebabkan Q0 berguling dari “1” ke “0”. Selanjutnya, Q1 akan

berguling dari “0” ke “1”, sehingga hitungan menjadi 0 0 1 0.4. Pulsa clock ketiga menyebabkan Q0 berguling dari “0” ke “1”. Dan karena flip-flop

sebelumnya (Q0) berguling ke sisi positif, maka Q1 tidak berguling atau tetap pada kondisi “1” sehingga hitungan menjadi 0 0 1 1.

5. Demikian seterusnya, rangkaian counter tersebut akan menghitung maju sampai pulsa clock ke 9 menjadi 1 0 0 1.

Untuk lebih jelas lagi, perhatikan gambar gelombang output di bawah ini.

c. DecoderDecoder akan mengkonversi sandi BCD 8421 dari counter ke 7 segment sehingga

angka bisa ditampilkan ke 7 segment.

Keempat output counter (Q0, Q1, Q2, dan Q3) menuju ke keempat input decoder (A, B, C, dan D). Decoder menghasilkan tujuh gerbang output. Ketujuh gerbang inilah yang akan menuju ke 7 segment. Angka yang ditampilkan 7 segment tergantung dari output yang keluar dari decoder. Untuk lebih jelasnya, perhatikan tabel kebenaran di bawah ini.

Tabel kebenaran

Desimal 8421 BCDSeven – segment

a b c d e f g

0 0000 1 1 1 1 1 1 01 0001 0 1 1 0 0 0 02 0010 1 1 0 1 1 0 13 0011 1 1 1 1 0 0 14 0100 0 1 1 0 0 1 15 0101 1 0 1 1 0 1 16 0110 1 0 1 1 1 1 17 0111 1 1 1 0 0 0 08 1000 1 1 1 1 1 1 19 1001 1 1 1 1 0 1 1

d. 7 segmentSetelah sinyal clock dari multivibrator masuk ke counter dengan

menghasilkan sandi 8421 menuju decoder, ketujuh output dari decoder akan menghasilkan sandi-sandi biner yang diteruskan ke 7 segment sehingga angka-angka bisa ditampilkan berdasarkan ketentuan dari output decoder. Untuk lebih jelasnya, perhatikan tabel kebenaran decoder di atas. Perhatikan pula gambar diagram LED 7 segment di bawah ini.

7 segment ada dua jenis yaitu common anoda dan common katoda. Berdasarkan gambar di atas, 7 segment yang digunakan disini adalah jenis common katoda, dimana semua anoda dari masing-masing LED terhubung menjadi satu dan mendapat suplai Vcc. Pada tiap-tiap kaki 7 segment dipasang resistor sebagai pembatas arus yang masuk untuk menjaga LED 7 segment agar tetap awet dan aman ketika rangkaian ini dioperasikan.