Pengertian dan Fungsi Logika Gerbang Dasar
GERBANG LOGIKA
“Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay). Logika merupakan dasar dari semua penalaran (reasoning). Untuk menyatukan beberapa logika, kita membutuhkan operatorlogika dan untuk membuktikan kebenaran dari logika, kita dapat menggunakan tabel kebenaran. Tabel kebenaran menampilkan hubungan antara nilai kebenaran dari proposisi atomik. Dengan tabel kebenaran, suatu persamaan logika ataupun proposisi bisa dicari nilai kebenarannya. Tabel kebenaran pasti mempunyai banyak aplikasi yang dapat diterapkan karena mempunyai fungsi tersebut. Salah satu dari aplikasi tersebut yaitu dengan menggunakan tabel kebenaran kita dapat mendesain suatu rangkaian logika. Dalam makalah ini akan dijelaskan bagaimana peran dan kegunaan tabel kebenaran dalam proses pendesainan suatu rangkaian logika.
Gerbang yang diterjemahkan dari istilah asing gate, adalah elemen dasar dari semua rangkaian yang menggunakan sistem digital. Semua fungsi digital pada dasarnya tersusun atas gabungan beberapa gerbang logika dasar yang disusun berdasarkan fungsi yang diinginkan.Gerbang -gerbang dasar ini bekerja atas dasar logika tegangan yang digunakan dalam teknik digital.Logika tegangan adalah asas dasar bagi gerbang-gerbang logika. Dalam teknik digitalapa yang dinamakan logika tegangan adalah dua kondisi tegangan yang saling berlawanan. Kondisi tegangan “ada tegangan” mempunyai istilah lain “berlogika satu” (1) atau “berlogika tinggi” (high), sedangkan “tidak ada tegangan” memiliki istilah lain “berlogika nol” (0) atau “berlogika rendah” (low). Dalam membuat rangkaian logika kita menggunakan gerbang-gerbang logika yang sesuai dengan yang dibutuhkan. Rangkaian digital adalah sistem yang mempresentasikan sinyal sebagai nilai diskrit. Dalam sebuah sirkuit digital,sinyal direpresentasikan dengan satu dari dua macam kondisi yaitu 1 (high, active, true,) dan 0 (low, nonactive,false).”
Rangkaian Terpadu (IC) Untuk Gerbang -Gerbang Dasar
Setelah mengenal gerbang-gerbang dasar yang digunakan dalam teknik digital, bagi para pemula mengkin saja timbul pertanyaan dimana gerbang-gerbang ini dapat diperoleh? Jawabannya mudah sekali, karena gerbang- gerbang ini telah dijual secara luas dipasaran dalam IC tunggal (single chip). Yang perlu diperhatikan sekarang adalah dari jenis apa dan bagaimana penggunaan dari kaki-kaki IC yang telah didapat. Sebenarnya informasi dari IC-IC yang ada dapat dengan mudah ditemukan dalam buku data sheet IC yang sekarang ini banyak dijual. Namun sedikit contoh berikut mungkin akan me mpermudah pencarian. Berikut adalah keterangan mengenai IC-IC yang mengandung gerbang-gerbang logika dasar yang dengan mudah dapat dijumpai dipasaran.
Catatan:
- Ada dua golongan besar IC yang umum digunakan yaitu TTL dan CMOS.
- IC dari jenis TTL memiliki mutu yang relatif lebih baik daripada CMOS dalam hal daya yang dibutuhkan dan kekebalannya akan desah.
- IC TTL membutuhkan catu tegangan sebesar 5 V sedangkan CMOS dapat diberi catu tegangan mulai 8 V sampai 15 V. Hali ini harus diingat benar-benar karena kesalahan pemberian catu akan merusakkan IC.
- Karena adanya perbedaan tegangan catu maka tingkat tegangan logika juga akan berbeda. Untuk TTL logika satu diwakili oleh tegangan sebesar maksimal 5 V sedangkan untuk CMOS diwakili oleh tegangan yang maksimalnya sebesar catu yang diberikan, bila catu yang diberikan adalah 15 V maka logika satu akan diwakili oleh tegangan maksimal sebesar 15 V. Logika pada TTL dan CMOS adalah suatu tegangan yang harganya mendekati nol.
- Untuk TTL nama IC yang biasanya terdiri atas susunan angka dimulai dengan angka 74 atau 54 sedangkan untuk CMOS angka ini diawali dengan 40.”
JENIS-JENIS GERBANG LOGIKA.
1. Gerbang logika Inventer
Inverter (pembalik) merupakan gerbang logika dengan satu sinyal masukan
dan satu sinyalkeluaran dimana sinyal keluaran selalu berlawanan dengan
keadaan sinyal masukan. Ketikainput yang masuk adalah 1, maka hasil
output-nya adalah 0. Jika input yang masuk adalah 0, makahasil
output-nya adalah 1. Banyak sekali penerapan gerbang NOT ini pada
rangkaian digital,meskipun fungsinya sangat sederhana
2. Gerbang logika non-Inverter
Berbeda dengan gerbang logika Inverter yang sinyal masukannya hanya satu untuk gerbang logika
non-Inverter sinyal masukannya ada dua atau lebih sehingga hasil
(output) sinyal keluaran sangattergantung oleh sinyal masukannya dan
gerbang logika yang dilaluinya. Yang termasukgerbang logika non-Inverter
adalah : ( AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR).
- Gerbang AND
Gerbang AND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal masukan tetapi
hanya satu sinyal keluaran.Gerbang AND mempunyai sifat bila sinyal
keluaran ingin tinggi (1) maka semua sinyal masukan harusdalam keadaan
tinggi (1). Gerbang AND memiliki karakteristik logika di mana jika input
yang masukadalah bernilai 0, maka hasil outputnya pasti akan bernilai
0. Jika kedua input diberi nilai 1, makahasil output akan bernilai 1
pula.
- Gerbang OR
Gerbang OR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal masukan tetapi hanya
satu sinyal keluaran.Gerbang OR mempunyai sifat bila salah satu dari
sinyal masukan tinggi (1), maka sinyal keluaranakan menjadi tinggi (1)
juga.
Gerbang OR dapat dikatakan memiliki karakteristik “memihak 1”, di
mana karakteristik logikanya akan selalu mengeluarkan hasil output
bernilai 1 apabila ada satusaja input yang bernilai 1. Jadi gerbang
logika ini tidak peduli berapa nilai input pada keduasisinya, asalkan
salah satunya atau kedua-duanya bernilai 1, maka outputnya pasti juga
akan bernilai 1
- Gerbang NAND (Not-AND)
Gerbang NAND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal masukan tetapi
hanya satu sinyalkeluaran. Gerbang NAND mempunyai sifat bila sinyal
keluaran ingin rendah (0) maka semua sinyalmasukan harus dalam keadaan
tinggi (1). Di dalam gerbang logika NAND, jika salah satu input
ataukeduanya bernilai 0 maka hasil output-nya adalah 1. Jika kedua input
bernilai 1 maka hasil output-nya adalah 0.
- Gerbang NOR (Not-OR)
Gerbang NOR atau NOT-OR juga merupakan kebalikan dari gerbang logika OR.
Semua input atausalah satu input bernilai 1, maka output-nya akan
bernilai 0. Jika kedua input bernilai 0, makaoutput-nya akan bernilai 1.
Gerbang NOR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal masukantetapi
hanya satu sinyal keluaran. Gerbang NOR mempunyai sifat bila sinyal
keluaran ingin tinggi(1) maka semua sinyal masukan harus dalam keadaan
rendah (0). Jadi gerbang NOR hanyamengenal sinyal masukan yang semua
bitnya bernilai nol.
- Gerbang XOR (Antivalen, Exclusive-OR)
Gerbang XOR disebut juga gerbang EXCLUSIVE OR dikarenakan hanya
mengenali sinyalyang memiliki bit 1 (tinggi) dalam jumlah ganjil untuk
menghasilkan sinyal keluaran bernilaitinggi (1).
- Gerbang XNOR (Ekuivalen, Not-Exclusive-OR)
Gerbang XNOR disebut juga gerbang Not-EXCLUSIVE-OR. Gerbang XNOR
mempunyai sifat bilasinyal keluaran ingin benilai tinggi (1) maka sinyal
masukannya harus benilai genap (keduanilai masukan harus rendah
keduanya atau tinggi keduanya). Jika pada gerbang logika XNORterdapat
dua input yang sama, maka gerbang XNOR akan mengeluarkan hasil output
bernilai 1.Namun jika salah satunya saja yang berbeda, maka nilai output
pastilah bernilai 0
RANGKAIAN GERBANG KOMBINASI
“Semua rangkaian logika dapat digolongkan atas dua jenis,
yaitu rangkaian kombinasi (combinational circuit) dan rangkaian berurut
(sequential circuit). Perbedaan kedua jenis rangkaian ini terletak pada
sifat keluarannya. Keluaran suatu rangkaian kombinasi setiap saat hanya
ditentukan oleh masukan yang diberikan saat itu. Keluaran rangkaian
berurut pada setiap saat, selain ditentukan oleh masukannya saat itu,
juga ditentukan oleh keadaan keluaran saat sebelumnya, jadi juga oleh
masukan sebelumnya. Jadi, rangkaian berurut tetap mengingat keluaran
sebelumnya dan dikatakan bahwa rangkaian ini mempunyai ingatan (memory).
Kemampuan mengingat pada rangkaian berurut ini diperoleh dengan
memberikan tundaan waktu pada lintasan balik (umpan balik) dari keluaran
ke masukan. Secara diagram blok, kedua jenis rangkaian logika ini dapat
digambarkan seperti pada Gambar 1.
Gambar 3. Model Umum Rangkaian Logika
(a) Rangkaian Kombinasi
(b) Rangkaian Berurut
PERANCANGAN RANGKAIAN KOMBINASI
Rangkaian kombinasi mempunyai komponen-komponen masukan, rangkaian
logika, dan keluaran, tanpa umpan balik. Persoalan yang dihadapi dalam
perancangan (design) suaturangkaian kombinasi adalah memperoleh fungsi
Boole beserta diagram rangkaiannya dalam bentuk susunan gerbang-gerbang.
Seperti telah diterangkan sebelumnya, fungsi Boole merupakan hubungan
aljabar antara masukan dan keluaran yang diinginkan. Langkah pertama
dalam merancang setiap rangkaian logika adalah menentukan apa yang
hendak direalisasikan oleh rangkaian itu yang biasanya dalam bentuk
uraian kata-kata (verbal). Berdasarkan uraian kebutuhan ini ditetapkan
jumlah masukan yang dibutuhkan serta jumlah keluaran yang akan
dihasilkan. Masing-masing masukan dan keluaran diberi nama simbolis.
Berdasarkan persamaan yang diperoleh ini, yang merupakan
fungsi Boole dari pada rangkaian yang dicari, dapat digambarkan diagram
rangkaian logikanya Ada kalanya fungsiBoole yang sudah disederhanakan
tersebut masih harus diubah untuk memenuhi kendala yang ada seperti
jumlah gerbang dan jenisnya yang tersedia, jumlah masukan setiap
gerbang, waktu perambatan melalui keseluruhan gerbang (tundaan waktu),
interkoneksi antar bagian-bagian rangkaian, dan kemampuan setiap gerbang
untuk mencatu (drive) gerbang berikutnya. Harga rangkaian logika
umumnya dihitung menurut cacah gerbang dan cacah masukan keseluruhannya.
Ini berkaitan dengan cacah gerbang yang dikemas dalam setiap kemasan.
Gerbang-gerbang logika yang tersedia di pasaran pada
umumnya dibuat dengan teknologi rangkaian terpadu (Integrated Circuit,
IC). Pemaduan (integrasi) gerbang-gerbang dasar seperti NOT, AND, OR,
NAND, NOR, XOR pada umumnya dibuat dalam skala kecil (Small Scale
Integration, SSI) yang mengandung 2 sampai 6 gerbang dalam setiap
kemasan. Kemasan yang paling banyak digunakan dalam rangkaian logika
sederhana berbentuk DIP (Dual- In-line Package), yaitu kemasan dengan
pen-pen hubungan ke luar disusun dalam dua baris sejajar. Kemasan
gerbang-gerbang dasar umunya mempunyai 14-16 pen, termasuk pen untuk
catu daya positif dan nol (Vcc dan Ground). Setiap gerbang dengan 2
masukan membutuhkan 3 pen (1 pen untuk keluaran) sedangkan gerbang 3
masukan dibutuhkan 4 pen. Karena itu, satu kemasan 14 pen dapat
menampung hanya 4 gerbang 2 masukan atau 3 gerbang 3 masukan.
Gerbang yang paling banyak tersedia di pasaran
adalah gerbang-gerbang dengan 2 atau 3 masukan. Umpamanya, dalam
rancangan kita membutuhkan gerbang dengan 4 atau 5 masukan dan kita akan
mengalami kesulitan memperoleh gerbang seperti itu. Karena itu kita
harus mengubah rancangan sedemikian sehingga rancangan itu dapat
direalisasikan dengan gerbang-gerbangdengan 2 atau 3 masukan. Kemampuan
pencatuan daya masing-masing gerbang juga membutuhkan perhatian. Setiap
gerbang mampu mencatu hanya sejumlah tertentu gerbang lain di
keluarannya (disebut sebagai fan-out). Ini berhubungan dengan kemampuan
setiap gerbang dalam menyerap dan mencatu arus listrik. Dalam
perancangan harus kita yakinkan bahwa tidak ada gerbang yang harus
mencatu terlalu banyak gerbang lain di keluarannya. Ini sering
membutuhkan modifikasi rangakaian realisasi yang berbeda dari rancangan
semula.
IMPLEMENTASI RANGKAIAN GERBANG LOGIKA DENGAN GERBANG NAND
Gerbang NAND (NOT And)
“Gerbang NAND dan NOR merupakan gerbanguniversal, artinya
hanya dengan menggunakan jenisgerbang NAND saja atau NOR sajadapat
menggantikan fungsi dari 3 gerbang dasar yang lain (AND, OR, NOT).
Multilevel, artinya: denganmengimplementasikangerbang NAND atau NOR,
akan ada banyak level / tingkatan mulai dari sisitem input sampai kesisi
output. Keuntungan pemakaian NAND saja atau NOR saja dalam sebuah
rangkaian digital adalah dapat mengoptimalkan pemakaian seluruh gerbang
yang terdapat dalam sebuah IC, sehingga menghemat biaya
Gerbang NAND adalah pengembangan dari gerbang AND. Gerbang ini
sebenarnya adalah gerbang AND yang pada outputnya dipasang gerbang NOT.
Gerbang yang paling sering digunakan untuk membentuk rangkaian kombinasi
adalah gerbang NAND dan NOR, dibanding dengan AND dan OR. Dari sisi
aplikasi perangkat luar, gerbang NAND dan NOR lebih umum sehingga
gerbang-gerbang tersebut dikenal sebagai gerbang yang
“universal”.Gerbang-gerbang NOT, AND dan OR dapat di-substitusi ke dalam
bentuk NAND saja, dengan hubungan seperti gambar 2.
Substitusi Beberapa Gerbang Dasar Menjadi NAND
Rangkaian Asal Rangkaian Dengan NAND saja
Implementasi Gerbang NAND
Untuk mendapatkan persamaan dengan menggunakan NAND saja, maka
persamaan asal harus dimodifikasi sedemikian rupa, sehingga hasil akhir
yang didapatkan adalah persamaan dengan NAND saja. Gerbang NAND sangat
banyak di pakai dalam computer modern dan mengeti pemakaiannya sangat
berharga bagi kita, untuk merancang jaringangerbang NAND ke NAND,
gunakan prosedur tabel kombinasi untuk ungkapan jumlah hasil kali,
Dalam perancangan logika, gerbang logika siskrit tidak
selalu digunakan ttapi biasanya beisi banyak gerbang, karena itu,
biasanya lebih disukai untuk memanfaatkan satu jenis gerbang, dan bukan
campuran beberapa gerbang untuk alasan ini konversi gerbang digunakan
untuk menyatukan suatu fungsi gerbang tertentu dengan cara
mengombinasikan beberapa gerbang yang bertipe sama, suatu misal
implementasi gerbang NAND ke dalamgerbang NO, gerbang AND dan gerbang
OR.
Pertimbangan lain nya dalam impelemtasi fungis boole
berkaitan dengan jenis gate yang digunakan, seringkali di rasakan perlu
nya untuk mengimplimentasikan fungsi boole dengan hanya menggunakan
gate-gate NAND saja, walaupun mungkin tidak merupakan implementasi gate
minimum, teknik tersebut memiliki keuntungan dan keteraturan yang dapat
menyederhanakan proses pembuatan nya di pabrik.
Decoder
“Decoder adalah suatu rangkaian logika kombinasional yang
mampu mengubah masukan kode biner n-bit ke m-saluran keluaran sedemikian
rupa sehingga setiap saluran keluaran hanya satu yang akan aktif dari
beberapa kemungkinan kombinasi masukan. Gambar2.14 memperlihatkan
diagram dari decoder dengan masukam n = 2 dan keluaran m = 4 ( decoder 2
ke 4). Setiap n masukan dapat berisi logika 1 atau 0, ada 2N
kemungkinan kombinasi dari masukan atau kode-kode. Untuk setiap
kombinasi masukan ini hanya satu dari m keluaran yang akan aktif
(berlogika 1), sedangkan keluaran yang lain adalah berlogika 0. Beberapa
decoder didisain untuk menghasilkan keluaran low pada keadan aktif,
dimana hanya keluaran low yang dipilih akan aktif sementara keluaran
yang lain adalah berlogika 1. Dari keadaaan aktif keluaranya, decoder
dapat dibedakan atas “non inverted output” dan “inverted output
0 komentar :
Posting Komentar