GERBANG LOGIKA DAN RANGKAIAN

  Hallo Informatik frens! Disini saya akan mengulas sedikit materi tentang gerbang logika dan rangkaian. tanpa berlama lama mari kita bahas bareng bareng yaa cekidott!!

Kombinasi Gerbang Logika

1. Pengertian

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 dibawah:

 

Proses penggabungan beberapa gerbang logika dasar menjadi sebuah gerbang logika kombinasi disebut sebagai Rangkaian Logika Kombinasi atau Rangkaian Kombinasi. Rangkaian kombinasi ini terdiri dari gerbang logika yang memiliki output yang selalu tergantung pada kombinasi input yang ada. Rangkaian kombinasi melakukan operasi yang dapat ditentukan secara logika dengan memakai sebuah fungsi Boolean.

2. Perancangan Rangkaian Kombinasi

Rangkaian kombinasi mempunyai komponen-komponen masukan, rangkaian logika, dan keluaran, tanpa umpan balik. Persoalan yang dihadapi dalam perancangan (design) suatu rangkaian kombinasi adalah memperoleh fungsi Boolean beserta diagram rangkaiannya dalam bentuk susunan gerbang-gerbang.

Fungsi Boolean 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 hal ini, maka ditetapkan jumlah masukan yang dibutuhkan serta jumlah keluaran yang akan dihasilkan.Masing-masing masukan dan keluaran diberi nama simbolis. Dengan membuat tabel kebenaran yang menyatakan hubungan masukan dan keluaran yang diinginkan, maka keluaran sebagai fungsi masukan dapat dirumuskan.

Berdasarkan persamaan yang diperoleh ini,akan dapat digambarkan diagram rangkaian logikanya.Terkadang persamaan yang telah didapatkan maupun fungsi Boolean yang sudah disederhanakan 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 gerbang berikutnya.

3.  Bentuk Kombinasi Gerbang Logika

    A. Gerbang Logika

 Gerbang logika adalah rangkaian dasar yang membentuk komputer jutaan transistor  di dalam mikroprosesor membentuk ribuan gerbang logika. gerbang logika beroperasi  pada bilangan biner sehingga, disebut juga gerbang logika biner. Gerbang logika  beroperasi pada bilangan biner 1 (high) dan 0 (low). Gerbang logika digunakan dalam  berbagai rangkaian elektronik dengan sistem digital. 

 

Gerbang dasar logika terdiri dari :     

•  Gerbang Logika AND 

•  Gerbang Logika OR 

•  Gerbang Logika NOT

1. Gerbang Logika AND

 Gerbang AND disebut juga sebagai gerbang ―semua atau tidak satupun‖. Bagan  pada gambar memberikan gambaran tentang prinsip kerja gerbang AND. Lampu Y akan  menyala hanya apabila kedua saklar masukan (A dan B) tertutup. Dalam sistem logika  keadaan saklar tertutup diberikan dengan logika 1, saklar terbuka diberikan dengan logika  0. Semua kombinasi saklar A dan B dalam sistem digital diberikan pada tabel kebenaran  (truth table).

 

 

Dalam sistem digital gerbang AND diberikan dengan simbol sebagai berikut:

 

·     0 didefinisikan sebagai suatu tegangan rendah atau tegangan tanah 

·     1 didefinisikan sebagai tegangan tinggi (max + 5 V).

Simbol logika standar untuk gerbang AND diatas menunjukkan gerbang dengan dua  input dan satu output Y. Input ditunjukkan dengan binery digit (bit) yaitu satuan terkecil  dalam sistem digital. Permasalahan penting yang perlu diperhatikan bahwa output Y akan  mempunyai kondisi 1 jika semua input dalam kondisi 1.  

Aljabar boolean merupakan bentuk logika simbolik yang menunjukkan bagaimana  gerbang-gerbang logika beroperasi. Pernyataan Bollean merupakan suatu metode  penulisan untuk menunjukkan apa yang terjadi di dalam rangkaian logika. Pernyataan  dalam aljabar Boolean untuk gerbang AND adalah:

 

 Pernyataan Boolean tersebut dibaca sebagai A AND B sama dengan output Y.  Tanda titik dalam aljabar Boolean mempunyai arti AND dan bukan sebagai tanda kali  seperti pada aljabar biasa.Aturan-aturan aljabar Boolean mengatur bagaimana gerbang  AND akan beroperasi. Aturan formal untuk fungsi AND adalah:

Gerbang AND tiga input disimbolkan dengan gambar dibawah ini 

Aljabar Boolean tersebut dapat dibaca A AND B AND C sama dengan output Y. Ini  memberikan arti bahwa jika salah satu dari input pada kondisi 0 maka outpu akan sama  dengan 0. Sehingga ketentuan di atas bahwa gerbang gerbang akan mempunyai output 1  jika semua input dalam kondisi 1 dapat dipenuhi. Tabel kebenaran gerbang AND dengan  tiga input adalah sebagai berikut:

 Aturan-aturan tersebut merupakan aturan umum aljabar Boolean untuk gerbang  AND dengan 3 input atau lebih. Jadi untuk gerbang AND berapapun jumlah input yang  diberikan, output akan berada dalam kondisi 1, jika semua input dalam kondisi 1. Dalam  praktikum dengan menggunakan perangkat lunak electronics work bench input maksimum  yang dapat diberikan sebanyak 8 input.

  

 2. Gerbang Logika OR

 Dengan menggunakan sistem saklar, gerbang OR adalah sebagai berikut:

 Dari sistem saklar di atas terlihat bahwa lampu akan menyala jika salah satu dari  saklar menutup. Dalam hal ini bisa dijelaskan secara electronic bahwa aruslistrik dapat  mengalir melalui saklar yang tertutup tersebut.   

Aljabar Boolean untuk gerbang OR dapat dituliskan sebagai berikut:

 

Dari uraian di atas dapat diambil kesimpulan bahwa output gerbang OR akan  berharga 1, jika salah satu atau lebih inputnya bernilai 1. Kesimpulan ini berlaku juga  untuk gerbang OR dengan input lebih dari 3.

 3. Gerbang Logika NOT

         Gerbang NOT atau inverter merupakan gerbang yang berfungsi untuk membalikkan  kondisi input. Jika input dalam kondisi 1 maka output akan mempunyai kondisi 0.  Sebaliknya jika input dalam keadaan 0 maka output akan berada dalam kondisi 1. Simbol  gerbang NOT adalah:

 Dengan sifat yang demikian, maka dapat disimpulkan bahwa output dari gerbang  NOT selalu berlawanan dengan inputnya. Jadi dapat disimpulkan bahwa NOT di NOT-kan  lagi akan kembali ke kondisi semula (kondisi sama dengan input). Secara aljabar Boolean  dapat ditulis:

 4. Gerbang Logika NAND (NOT + 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 dibawah: 

Di dalam gerbang logika NAND, jika salah satu input atau keduanya bernilai 0 maka hasil output-nya adalah 1. Jika kedua input bernilai 1 maka hasil output-nya adalah 0.

 5. Gerbang Logika NOR (NOT + OR)

     Gerbang NOR adalah suatu NOT-OR, atau suatu fungsi OR yang dibalikkan sehingga dapat dikatakan bahwa gerbang NOR akan menghasilkan keluaran 1 jika semua sinyal masukannya bernilai 0. Gerbang Logika NOR pada datasheet nama lainnya IC TTL 7402.

Perlu diperhatikan bahwa simbol gerbang NOR merupakan simbol OR dengan gelembung kecil pada keluarannya. Gelembung tersebut kadang-kadang disebut suatu gelembung pembalik (invert bubble). 

 

Gerbang logika ini merupakan kebalikan dari gerbang logika OR. Semua input atau salah satu input bernilai 1, maka output-nya akan bernilai 0. Jika kedua input bernilai 0, maka output-nya akan bernilai 1.

4.  Penerapan Kombinasi Gerbang Logika

 a. Enkoder (encoder)
 

 

Enkoder adalah rangkaian logika kombinasional yang berfungsi untuk mengubah atau mengkodekan suatu sinyal masukan diskrit menjadi keluaran kode biner.

Enkoder disusun dari gerbang-gerbang logika yang menghasilkan keluaran biner sebagai hasil tanggapan adanya dua atau lebih variabel masukan. Hasil keluarannya dinyatakan dengan aljabar boole, tergantung dari kombinasi – kombinasi gerbang yang digunakan.

Sebuah Enkoder harus memenuhi syarat perancangan m < 2 n . Variabel m adalah kombinasi masukan dan n adalah jumlah bit keluaran sebuah enkoder. Satu kombinasi masukan hanya dapat mewakili satu kombinasi keluaran.

 

b. Dekoder (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. Dekoder mempunyai sifat yang berkebalikan dengan Enkoder yaitu merubah kode biner menjadi sinyal diskrit. Gambar diatas 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 dekoder 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 keluarannya, dekoder dapat dibedakan atas “non inverted output” dan “inverted output”.

 

 E. Multiplexer (MUX)

Multiplexer (MUX) adalah alat atau komponen elektronika yang bisa memilih input (masukan) yang akan diteruskan ke bagian output (keluaran).Pemilihan input akan ditentukan oleh signal yang ada di bagian kontrol (kendali) yang bernama select.

Alat ini bekerja dengan mekanisme melewatkan beberapa jalur input data lewat sebuah jalur output, untuk membedakan input mana yang dikirimkan maka multiplexer juga memiliki bit select yang berfungsi memberikan informasi pada penerima data tersebut berasal dari jalur/chanel yang benar. Sebuah rangkaian (IC) yang mampu menseleksi beberapa input untuk dikirimkan lewat 1 jalur output dengan bantuan select byte. Tujuan utama multiplexing adalah menghemat jalur pengiriman yang biasanya memiliki jarak yang cukup jauh.

F. Demultiplexer 

 

Demultiplexer(DMUX) adalah rangkaian logika yang menerima satu input data dan mendistribusikan input tersebut ke beberapa output yang tersedia.Hal ini berarti jumlah masukannya hanya satu, tetapi bagian keluarannya banyak.Demultiplexer bekerja berkebalikan dengan Multiplexer.Jika Mux dikatakan sebagai data selector, maka demultiplexer dapat dikatakan sebagai data distributor.DMUX juga dapat didefinisikan sebagai sebuah alat yang memiliki satu saluran input data, n saluran pemilih data, dan 2n saluran output yang dapat mengirim dari satu sumber input ke satu dari beberapa tujuan. Sinyal pada bagian input ini akan disalurkan ke bagian output berupa saluran (channel) yang mana tergantung dari kendali pada bagian select-nya.

Tugas utama demultiplexer adalah mengubah input dari 1 saluran(channel) menjadi beberapa jalur sesuai dengan informasi selection bit yang dikirimkan untuk kemudian diteruskan kepada jalur2 yang dituju.

 

  

 

 Referensi:

•  Fauzan. Risky Wahyu R. dkk. 2016. Kombinasi Gerbang Logika. Universitas Negeri Surabaya 

•  Harjiyono, priyo. 2014. Pengertian Multiplexer, Demultiplexer, Decoder, Encoder