Rangkaian Latch

RANGKAIAN LATCH (Laporan Praktikum Sistem Digital)

Oleh Febrasari Almania 1017032024

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG 2012

Judul

: Rangkaian Latch

Tempat

: Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika

Tanggal

: 20 Desember 2012

Nama

: Febrasari Almania

NPM

: 1017032024

Jurusan

: Ilmu Komputer

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Nama asisten : Riza Amelia

Bandar Lampung, 20 Desember 2012 Mengetahui, Asisten

Riza Amelia NPM. 0917041046 i

RANGKAIAN LATCH

Oleh Febrasari Almania

ABSTRAK

Rangkaian latch adalah salah satu bentuk rangkaian sekuensial yang memiliki kemampuan untuk mempertahankan kondisi logikanya hingga suatu masukan mempengaruhinya dan menyebabkannya berubah ke kondisi logikanya yang lain. Kelebihan dari rangkaian ini diadopsi oleh rangkaian flip-flop, sehingga rangkaian tersebut dapat berfungsi sebagai elemen memori berkapasitas 1 bit. Flip-flop dapat dibentuk dari gerbang NAND maupun NOR, yang masing-masingnya memiliki tabel kebenarannya sendiri. Dari semua tabel kebenaran itu, dapat ditarik empat kombinasi output yang mungkin, yakni set, reset, tidak berubah, atau race. Percobaan ini, yang dilakukan menggunakan IC 74LS00 dan 74LS02, bermaksud membuktikan kebenaran tabel-tabel yang baru saja disinggung. Percobaan dimulai dengan menyusun rangkaian flip-flop berbasis NAND, NOR, serta versi tergerbangnya, kemudian mencatat keluaran yang dihasilkan oleh tiap rangkaian. Ternyata, setelah dibandingkan dengan hasil pengamatan, dapat ditarik kesimpulan bahwa teori-teori yang beredar benar adanya karena ditemui kesamaan antara tabel kebenaran yang diperoleh dengan yang diuji.

ii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................i ABSTRAK ........................................................................................................ii DAFTAR ISI .....................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR .........................................................................................iv DAFTAR TABEL .............................................................................................v I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ......................................................................................1 B. Tujuan Percobaan ..................................................................................1 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Prinsip Kerja Rangkaian Latch ...............................................................2 B. Mengenal Rangkaian Flip-flop ...............................................................2 C. Flip-flop SR ...........................................................................................3 D. Flip-flop SR Tergerbang .........................................................................5 III. METODOLOGI PERCOBAAN A. Alat dan Bahan ......................................................................................7 B. Langkah Percobaan ...............................................................................8 IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penyusunan Rangkaian Flip-flop SR Dasar ............................................10 B. Penyusunan Rangkaian Flip-flop SR Tergerbang ....................................12 C. Hasil Pengamatan ...................................................................................12 D. Pembahasan ...........................................................................................15 V KESIMPULAN ..............................................................................................17 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................18 LAMPIRAN ......................................................................................................19

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

1. Diagram Blok Flip-flop SR............................................................................3 2. Flip-flop SR dengan Gerbang NAND ............................................................3 3. Flip-flop SR dengan Gerbang NOR ...............................................................3 4. Flip-flop SR Tergerbang yang Tersusun dari Gerbang NAND .......................5 5. Flip-flop SR Tergerbang yang Tersusun dari Gerbang NOR ..........................5 6. Sumber Tegangan 5 Volt DC.........................................................................7 7. Kabel Kawat Tunggal ....................................................................................7 8. Proto Board ..................................................................................................7 9. Lampu LED ..................................................................................................8 10. IC 75LS series Beserta Datasheet-nya .........................................................8 11. IC 74LS00 ..................................................................................................10 12. IC 75LS02 ..................................................................................................11 13. Flip-flop SR NAND dengan S=0 dan R=1 ...................................................12 14. Flip-flop SR NAND dengan S=1 dan R=1 ...................................................13 15. Flip-flop SR NAND dengan S=0 dan R=0 ...................................................13 16. Flip-flop SR NOR dengan S=0 dan R=1 ......................................................13 17. Flip-flop SR NOR dengan S=0 dan R=0 ......................................................14 18. Flip-flop SR NOR dengan S=1 dan R=0 ......................................................14 19. Flip-flop SR NOR dengan S=1 dan R=1 ......................................................14 20. Flip-flop SR Tergerbang NAND dengan clock=0, S=1, dan R=0 .................15

iv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman 1. Tabel Kebenaran Flip-flop dengan Latch SR NAND .....................................4 2. Tabel Kebenaran Flip-flop dengan Latch SR NOR ........................................4 3. Tabel Kebenaran Flip-flop dengan Latch SR Tergerbang...............................6

v

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Pada zaman yang serba digital seperti sekarang ini, media penyimpanan menjadi suatu barang wajib bagi semua kalangan. Kebutuhan akan suatu tempat yang dapat menampung sejumlah data dalam jangka waktu yang lama dan tanpa perubahan telah melahirkan suatu bentuk rangkaian sekuensial yang mampu diandalkan sebagai elemen memori dengan kapasitas tertentu. Rangkaian tersebut adalah rangkaian latch, yang memiliki kemampuan untuk mempertahankan nilai input yang diterimanya hingga kondisi yang ditentukan. Implementasi lanjutan dari latch adalah flip-flop yang telah terintegrasi dalam satu IC.

B. Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah membuat rangkaian latch dan berbagai macam rangkaian latch.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Prinsip Kerja Rangkaian Latch Latch adalah rangkaian elektronik yang memiliki dua kondisi keluaran yang stabil, yakni tegangan rendah (yang diwakili dengan angka 0) dan tegangan tinggi (yang diwakili dengan angka 1) (Pauzi, 2012). Sebuah piranti yang dapat menunjukkan dua keadaan stabil yang berbeda seperti ini disebut multivibrator bistabil (Tim Fakultas Teknik UNY, 2001). Output dari rangkaian latch sendiri dipengaruhi oleh input saat ini dan output sebelumnya (Anonymous A, 2008).

Rangkaian latch bekerja dengan mengunci nilai masukan yang diberikan atau mengingat masukan tersebut (Anonymous B, n.d.). Jadi, rangkaian tersebut akan tetap berada pada keadaan masukannya sampai suatu sinyal memaksanya berubah ke keadaannya yang lain. Sebagai contoh, jika suatu input menyebabkannya bernilai logika 1, maka rangkaian itu akan tetap dalam keadaan itu dan “mengingatnya” sebagai 1 sampai suatu interupsi menyebabkannya berpindah ke keadaan 0 (Pauzi, 2012).

B. Mengenal Rangkaian Flip-Flop Flip-flop adalah elemen memori berkapasitas 1 bit (Anonymous C, 2012) yang mengimplementasikan prinsip kerja dari rangkaian latch tergerbang (Widianto, 2011). Flip-flop dapat disusun dari latch D (Data), SR (Set-Reset), atau berbagai variannya. Karena alasan di atas, maka flip-flop memiliki karakteristik sebagai berikut : 1) Merupakan piranti yang bersifat dwimantap, yang berarti memiliki dua (dwi) tipe kondisi, yakni 1 dan 0 (Pauzi, 2012), yang selalu tetap/tidak berubah (mantap) selama tidak ada pengaruh dari luar rangkaian (Tim

3

Fakultas Teknik UNY, 2001). Karakteristik ini sesuai dengan milik rangkaian latch, sebagaimana yang telah diperkirakan. 2) Flip-flop memiliki dua sinyal keluaran, dimana yang satu merupakan komplemen dari yang lainnya. Gambar 1 menunjukkan diagram blok suatu jenis flip-flop, yaitu flip-flop SR. Terdapat dua masukan, yaitu S (Set) dan R (Reset) serta dua buah keluaran, yakni Q dan Q´ (Pauzi, 2012).

Gambar 1. Diagram Blok Flip-flop SR (Anonymous B, n.d.)

C. Flip-flop SR Rangkaian ini dapat dibentuk dari dua buah gerbang NAND atau NOR (Anonymous B, n.d.).

Gambar 2. Flip-flop SR dengan Gerbang NAND

Gambar 3. Flip-flop SR dengan Gerbang NOR

(Anonymous C, 2012)

4

Penjelasan lanjutan untuk Gambar 2 adalah sebagai berikut : 

Rangkaian dihubungkan secara cross-coupled.



Saat S = R = 0, terjadi kondisi race, yang tidak digunakan.



Saat S = 1 dan R = 0, maka Q = 0 dan Q´ = 1.



Saat S = 0 dan R = 1, maka Q = 1 dan Q´ = 0.



Saat S = 1 dan R = 1, rangkaian tetap berada di keadaan saat ini.

S 0 0 1 1

R 0 1 0 1

Q

Q´ RACE

1 0 0 1 TIDAK BERUBAH

Tabel 1. Tabel Kebenaran Flip-flop dengan Latch SR NAND (Anonymous C, 2012)

Sedangkan penjelasan lanjutan untuk Gambar 3 adalah sebagai berikut : 

Rangkaian juga dihubungkan secara cross-coupled.



Saat S = R = 0, rangkaian tetap berada di keadaan saat ini.



Saat S = 1 dan R = 0, maka Q = 1 dan Q´ = 0.



Saat S = 0 dan R = 1, maka Q = 0 dan Q´ = 1.



Saat S = 1 dan R = 1, maka terjadi kondisi race, yang tidak digunakan (Widianto, 2011).

S 0 0 1 1

R 0 1 0 1

Q Q´ TIDAK BERUBAH 0 1 1 0 RACE

Tabel 2. Tabel Kebenaran Flip-flop dengan Latch SR NOR (Anonymous C, 2012)

Catatan : 1. Masukan S dan R pada tabel di atas mempunyai sifat aktif tinggi, yang berarti akan aktif jika diberi nilai 1 dan sebaliknya.

5

2. Pada jenis flip-flop yang lain, ada juga yang bersifat aktif rendah, yaitu akan aktif jika diberi nilai 0 dan sebaliknya.

D. Flip-flop SR Tergerbang Salah satu kekurangan dalam unjuk kerja rangkaian flip-flop SR dasar adalah terdapatnya keadaan yang tidak diinginkan, yakni ketika masukan S dan R aktif pada waktu yang bersamaan (lihat Tabel 1) (Pauzi, 2012). Untuk mengatasi masalah ini, maka rangkaian flip-flop di atas mengalami penambahan komponen, berupa gerbang NAND untuk flip-flop yang tersusun dari gerbang NAND atau gerbang AND untuk flip-flop yang tersusun dari gerbang NOR serta jalur clock.

Gambar 4. Flip-flop SR Tergerbang yang Tersusun dari Gerbang NAND

Gambar 5. Flip-flop SR Tergerbang yang Tersusun dari Gerbang NOR

6

PRESENT INPUT Clock S R 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

OUTPUT Q Q Q Q Q Q 0 1 *

Q´ Q´ Q´ Q´ Q´ Q´ 1 0 *

Keterangan

Tidak berubah

Flip-Flop Reset Flip-Flop Set Tidak dipakai

Tabel 3. Tabel Kebenaran Flip-flop SR Tergerbang

(Anonymous B, n.d.)

III. METODOLOGI PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

Gambar 6. Sumber tegangan 5 Volt DC

Gambar 7. Kabel Kawat Tunggal

.

Gambar 8. Proto Board

8

Gambar 9. Lampu LED

Gambar 10. IC 74LS series beserta datasheet-nya

B. Langkah Percobaan 1. Menyusun rangkaian flip-flop RS dengan menggunakan gerbang NAND, kemudian mengisi hasil pengamatan ke dalam tabel yang telah disediakan. 2. Menyusun rangkaian flip-flop RS dengan menggunakan gerbang NOR, kemudian mengisi hasil pengamatan ke dalam tabel yang telah disediakan. 3. Menyusun rangkaian flip-flop RS tergerbang dengan menggunakan gerbang NAND, kemudian mengisi hasil pengamatan ke dalam tabel yang telah disediakan. 4. Menjawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini : a. Pada flip-flop, input A atau S disebut sebagai SET input, sedangkan input B atau R disebut sebagai RESET input. Apa sebabnya? b. Bagaimanakah arah perubahan output Q1 untuk A=B=0 untuk masing-masing jenis flip-flop RS?

9

c. Bagaimanakah arah perubahan output Q1 untuk A=B=1 untuk masing-masing jenis flip-flop RS? d. Bagaimanakah hubungan nalar antara Q1 dan Q2? e. Pada flip-flop RS tergerbang, untuk clock=0, bagaimanakah keadaan output untuk sembarang kombinasi input?

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Penyusunan Rangkaian Flip-flop SR Dasar Gerbang NAND terkemas dalam IC 74LS00, sehingga akan digunakan IC tersebut untuk menyusun rangkaian flip-flop SR NAND.

Gambar 11. IC 74LS00

Dengan memperhatikan skema rangkaian pada Gambar 2, dapat diketahui bahwa komponen-komponen lainnya yang dibutuhkan adalah 4 kabel kawat tunggal dan 2 buah lampu LED. Lampu LED ini akan berfungsi sebagai indikator keluaran, dimana ia akan hidup jika bernilai 1 dan akan mati saat bernilai 0.

Adapun tahap-tahap penyusunan flip-flop SR NAND dijelaskan sebagai berikut (dengan memperhatikan konfigurasi pin pada Gambar 6) : 1) Menghubungkan kutub positif dan kutub negatif sumber tegangan dengan kaki Vcc dan ground (pin 14 dan pin 7) untuk memberikan daya listrik kepada IC. 2) Salah satu input dari gerbang NAND pertama harus tersambung dengan output gerbang NAND kedua, sehingga pin 2 harus dihubungkan

11

3) dengan pin 6. Hal yang sama berlaku sebaliknya, dimana salah satu input dari gerbang NAND kedua harus tersambung dengan output gerbang NAND pertama, sehingga pin 4 dihubungkan dengan pin 3. 4) Menghubungkan pin 1 dan pin 5 dengan saklar binernya masingmasing, bergantung pada kondisi input yang diinginkan. Misalkan kombinasi input yang ingin diuji adalah S=0 dan R=1, maka pin 1 harus dihubungkan dengan Vcc, sedangkan pin 5 dihubungkan dengan ground. 5) Menghubungkan kaki positif (+) LED yang pertama ke pin 3 (Q´) dan kaki positif (+) LED yang kedua ke pin 6 (Q). Kaki negatif (−) kedua LED dihubungkan ke ground.

Untuk simulasi flip-flop SR NOR, digunakan IC 74LS02. Konfigurasi pin dari IC ini diberikan pada Gambar 7.

Gambar 12. IC 74LS02

Pada dasarnya, tahap-tahap perangkaian flip-flop SR NOR serupa dengan flipflop SR NAND. Yang perlu diperhatikan hanyalah perbedaan posisi pin input dan output. IC 74LS02 menetapkan pin yang bernomor paling kecil dari ketiga pin yang ada sebagai output dari setiap gerbang. Jika pin keluaran pada IC 74LS00 tadi adalah pin 3 dan pin 6, maka kali ini kedua pin tersebut menjadi jalur masukan, sedangkan pin keluarannya adalah pin 1 dan pin 4. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan kembali posisi kaki positif lampu LED serta kabelkabel penghubung yang bersangkutan.

12

B. Penyusunan Rangkaian Flip-flop SR Tergerbang Karena keterbatasan waktu, hanya dirangkai flip-flop tergerbang NAND saat percobaan. Dalam proses penyusunannya, dibutuhkan minimal dua kabel kawat ekstra. Kedua kabel ini akan menjadi jalur clock (pewaktu), yang mana salah satunya dihubungkan ke pin 9, dan kabel yang lain dihubungkan ke pin 11 (mengikuti skema rangkaian pada Gambar 4). Ujung yang lain dari kedua kabel ini dihubungkan ke Vcc atau ground secara berganti-ganti. Nantinya, jalur clock ini akan berperan sebagai saklar.

Langkah selanjutnya adalah menghubungkan pin 1 ke pin 10 dan pin 5 ke pin 13. Hal ini dilakukan karena sekarang input dari dua gerbang NAND terdepan tidak lagi berasal dari sumber tegangan, seperti yang terjadi pada rangkaian flip-flop dasar, melainkan berasal dari output dua gerbang NAND yang paling belakang. Kali ini, yang berhubungan langsung dengan sumber tegangan adalah pin 10 dan pin 13, ditambah dengan jalur clock.

Guna mempermudah proses switch clock dari keadaan 1 ke keadaan 0 dan sebaliknya, digunakan dua kabel kawat lagi dalam percobaan. Yang satu terhubung ke Vcc, dan yang lain terhubung ke ground.

C. Hasil Pengamatan Di bawah ini akan disajikan gambar-gambar rangkaian yang berhasil disusun selama percobaan beserta masukan yang diberikan dan keluarannya.

MASUKAN S R 0 1 KELUARAN Q Q´ 1 0

Gambar 13. Flip-Flop SR NAND dengan S=0 dan R=1

13

Sayangnya, terdapat satu rangkaian yang tidak terdokumentasikan, yakni rangkaian flip-flop SR NAND yang mendapatkan input S=1 dan R=0. Rangkaian ini mengeluarkan output Q=0 dan Q´=1.

Input selanjutnya adalah S=1 dan R=1. Pada fase ini, keluaran dari rangkaian tidak berubah, melainkan mengikuti keluaran dari input sebelumnya.

MASUKAN S R 1 1 KELUARAN Q Q´ 0 1 Gambar 14. Flip-Flop SR NAND dengan S=1 dan R=1

MASUKAN S R 0 0 KELUARAN Q Q´ 1 1 Gambar 15. Flip-Flop SR NAND dengan S=0 dan R=0

MASUKAN S R 0 1 KELUARAN Q Q´ 0 1 Gambar 16. Flip-Flop SR NOR dengan S=0 dan R=1

14

MASUKAN S R 0 0 KELUARAN Q Q´ 0 1

Gambar 17. Flip-Flop SR NOR dengan S=0 dan R=0

MASUKAN S R 1 0 KELUARAN Q Q´ 1 0

Gambar 18. Flip-Flop SR NOR dengan S=1 dan R=0

MASUKAN S R 1 1 KELUARAN Q Q´ 0 0

Gambar 19. Flip-Flop SR NOR dengan S=1 dan R=1

Rangkaian yang terakhir adalah flip-flop SR tergerbang NAND. Karena keterbatasan waktu percobaan, hanya satu pengujian yang dilakukan, yaitu terhadap kombinasi input clock=0, S=1, dan R=0. Keluaran yang dihasilkan adalah Q=0 dan Q´=1.

15

MASUKAN Clock S R 0 1 0 KELUARAN Q Q´ 0 1

Gambar 20. Flip-Flop SR Tergerbang NAND dengan clock=0, S=1 dan R=0

D. Pembahasan Karakteristik flip-flop yang kedua, yakni sinyal keluarannya yang satu merupakan komplemen dari yang lainnya, terbukti benar. Dari hasil percobaan, didapati bahwa nilai Q dan Q´ selalu berlawanan (kecuali pada kondisi race). Jika Q=1 maka Q´=0 dan jika Q=0 maka Q´=1.

Pada flip-flop SR NAND, input S (SET) yang aktif (S=1) akan menge-set nilai logika jalur Q´ menjadi 1, sedangkan input R (RESET) yang aktif (R=1) akan me-reset nilai logika Q´ menjadi 0. Nilai jalur Q menyesuaikan dengan nilai Q´ selaku komplemennya. Jika S dan R sama-sama aktif, maka keluaran rangkaian flip-flop akan mengikuti keluaran dari input sebelumnya (tetap). Jika S dan R sama-sama bernilai 0, terjadi kondisi race, yang tidak dapat didefinisikan.

Hal yang sama terjadi sebaliknya pada flip-flop SR NOR, dimana input S yang aktif akan menge-set jalur Q menjadi 1 dan input R akan me-reset nilai Q menjadi 0. Nilai jalur Q´ menyesuaikan dengan nilai Q selaku komplemennya. Keluaran yang tetap terjadi pada kondisi S=0 dan R=0, sedangkan race terjadi ketika kedua nilai S dan R sama dengan 1.

Untuk menghindari kondisi race, dikembangkanlah rangkaian flip-flop SR tergerbang. Rangkaian ini dapat diperoleh dari rangkaian flip-flop SR dasar

16

melalui penambahan gerbang-gerbang dasar (gerbang NAND untuk flip-flop NAND dan gerbang AND untuk flip-flop NOR) dan jalur clock (detak).

Akhirnya, dari semua tabel kebenaran yang telah didapatkan dari kegiatan percobaan, dapat disimpulkan bahwa teori dasar yang selama ini beredar benar adanya. Tabel-tabel kebenaran yang menjadi referensi memiliki kecocokan 100% dengan hasil percobaan.

V. KESIMPULAN

1) Rangkaian flip-flop adalah suatu jenis rangkaian sekuensial yang mampu mempertahankan keadaan logikanya sampai suatu sinyal input merubah kedudukannya tersebut ke keadaannya yang lain. 2) Adapun karakteristik rangkaian flip-flop adalah bersifat dwimantap (memiliki dua keadaan yang stabil) dan memiliki dua sinyal keluaran, yang mana sinyal yang satu merupakan komplemen dari sinyal yang lainnya. 3) Pada flip-flop SR NAND, input S (SET) yang aktif (S=1) akan menge-set nilai logika jalur Q´ menjadi 1, sedangkan input R (RESET) yang aktif (R=1) akan me-reset nilai logika Q´ menjadi 0. 4) Hal sebaliknya terjadi pada flip-flop SR NOR, dimana input S yang aktif akan menge-set jalur Q menjadi 1 dan input R akan me-reset nilai Q menjadi 0. 5) Flip-flop SR tergerbang dikembangkan untuk menghindari kondisi race. 6) Teori dasar yang menjadi acuan dalam melakukan percobaan terbukti benar karena hasil percobaan serupa dengan tabel kebenaran yang sudah ada.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous A. (2008). Latch dan Flip-flop (Bedanya..?). Diakses pada tanggal 17 Desember 2012, pukul 19.48 WIB, dari http://midnaitdream.blogspot.com/2008/10/latch-dan-flip-flopbedanya.html.

Anonymous B. (n.d.). Flip-Flop. Diakses pada tanggal 17 Desember 2012, pukul 21.00 WIB, dari http://lecturer.eepisits.edu/~prima/elektronika%20digital/elektronika_digital2/bahan-ajar/bab2flip-flop.pdf.

Anonymous C. (2012). Flip-flop. Diakses pada tanggal 19 Desember 2012, pukul 10.34 WIB, dari http://www.trensains.com/flip_flop.htm.

Pauzi, Gurum Ahmad. (2012). Panduan Praktikum Sistem Digital. Universitas Lampung : Bandar Lampung.

Tim Fakultas Teknik UNY. (2001). Dasar Flip-Flop. diakses pada tanggal 17 Desember 2012, pukul 20.25 WIB, dari http://listrikwiber.files.wordpress.com/2008/09/sampul12.pdf.

Widianto, Eko Didik. (2011). Elemen Rangkaian Sekuensial : Latch dan Flip-flop. Diakses pada tanggal 19 Desember 2012, pukul 10.35 WIB, dari http://didik.blog.undip.ac.id/files/2011/09/TSK505-Kuliah7-FlipFlop_Latch_wb.pdf.

LAMPIRAN