Chapter 7 Counters and Register
1. Pendahuluan [Kembali]
Salah satu jenis counter yang unik adalah Johnson Counter, yang merupakan jenis shift register counter dengan umpan balik dari output terakhir yang di-invers ke input pertama. Johnson Counter memiliki jumlah keadaan (state) sebanyak dua kali jumlah flip-flop yang digunakan. Sedangkan pada sisi lain, terdapat synchronous counter seperti MOD-12 counter, yang mampu menghitung dari 0 hingga 11 dan kemudian mengulang kembali ke 0, sesuai dengan batas modulus yang ditentukan.
2. Tujuan [Kembali]
- Mempelajari cara kerja rangkaian Johnson Counter dan MOD-12 Synchronous Counter.
- Mengetahui perbedaan jenis counter berdasarkan karakteristik sinyal clock dan alur data.
- Memahami prinsip shift register pada Johnson Counter dan decoding output pada synchronous counter.
- Mampu merancang dan menyimulasikan kedua rangkaian counter menggunakan software Proteus.
- Menganalisis urutan logika output dari masing-masing jenis counter.
- Mengembangkan keterampilan dalam menerapkan counter dalam sistem digital praktis.
3. Alat dan Bahan [Kembali]
- Alat :
Software Proteus
Digunakan untuk merancang dan mensimulasikan rangkaian digital secara virtual, termasuk rangkaian ALU menggunakan IC 74181.Logic Probe / LED Virtual
Alat bantu visual pada simulasi yang digunakan untuk melihat status output logika dari hasil operasi aritmetika maupun logika.Logic Analyzer (Opsional)
Digunakan untuk memantau dan menganalisis sinyal digital secara lebih kompleks, terutama jika menguji urutan operasi secara berurutan.Multimeter Virtual
Digunakan dalam simulasi untuk memverifikasi tegangan logika pada titik-titik tertentu dari rangkaian.
- Bahan :
IC 74HC74
Dual D Flip-Flop yang digunakan untuk membentuk Johnson Counter.IC 74LS161
Synchronous binary counter 4-bit yang digunakan sebagai MOD-12 Counter.IC 74LS00
Quad 2-input NAND gate yang digunakan untuk mendeteksi kondisi reset otomatis (pada MOD-12).Logic Input, Clock, Power (VCC & GND), dan Koneksi Kabel
Untuk memberikan input clock, logika kontrol, dan sambungan antar komponen.
4. Dasar Teori [Kembali]
Counter adalah rangkaian sekuensial yang menghitung pulsa clock dan menampilkan hasil dalam bentuk biner atau format tertentu. Register adalah rangkaian yang digunakan untuk menyimpan data biner sementara. Kombinasi keduanya dapat menghasilkan beragam fungsi seperti penghitungan, pemindahan data, serta penggeseran data digital. Counter dapat dibedakan menjadi asynchronous dan synchronous berdasarkan cara pulsa clock diberikan.
Johnson Counter merupakan variasi dari ring counter yang menggunakan flip-flop D secara berantai. Pada rangkaian Johnson Counter, output terakhir dari rangkaian diumpankan kembali ke input flip-flop pertama setelah melalui proses inversi (NOT). Setiap flip-flop diberi sinyal clock secara serempak, menyebabkan data bergeser pada setiap denyut clock. Untuk n buah flip-flop, Johnson Counter akan menghasilkan 2n state unik. Dengan 3 flip-flop seperti dalam MOD-6 Johnson Counter, akan ada 6 pola output berbeda yang berulang secara siklik.
MOD-6 berarti counter akan melalui 6 kondisi sebelum kembali ke awal. Dalam Johnson Counter, ini terjadi secara otomatis dari bentuk loop feedback. Output dari ketiga flip-flop membentuk urutan: 000, 100, 110, 111, 011, 001, dan kembali ke 000. Rangkaian seperti ini sangat efisien dalam membentuk state machine sederhana atau sistem deteksi urutan.
Synchronous Counter adalah counter di mana semua flip-flop menerima sinyal clock yang sama secara serentak. IC yang umum digunakan untuk jenis ini adalah 74LS161. MOD-12 counter berarti bahwa counter akan menghitung dari 0 sampai 11 (dalam biner: 0000 hingga 1011), lalu mereset kembali ke 0. Untuk mengatur jumlah hitungan menjadi 12 (dari maksimum 16 di 4-bit), digunakan logika NAND eksternal untuk mendeteksi kondisi 12 (1100) dan memberikan sinyal reset (clear).
IC 74LS161 merupakan synchronous binary counter 4-bit dengan fitur seperti load, clear, enable, dan ripple carry output. Counter ini dapat diatur untuk mulai dari nilai tertentu (melalui LOAD), menghitung naik (count-up), dan disinkronkan sepenuhnya dengan clock. Dengan menambahkan gerbang NAND seperti 74LS00, kita bisa membentuk deteksi saat hitungan mencapai 12, dan memicu reset ke 0 secara otomatis.
5. Percobaan [Kembali]
a) Prosedur
- Siapkan satu buah IC 74LS161 (4-bit synchronous binary counter).
- Hubungkan input clock, enable (ENT dan ENP), dan pastikan pin LOAD dan CLR dalam keadaan tidak aktif (logika HIGH).
- Sambungkan output Q0–Q3 ke logic probe atau LED untuk melihat hasil penghitungannya.
- Tambahkan satu IC 74LS00 (NAND gate) dan sambungkan inputnya ke output Q3 dan Q2 dari IC counter untuk mendeteksi kondisi 1100 (desimal 12).
- Hubungkan output dari NAND gate ke pin CLR IC 74LS161 untuk mereset counter ke 0000 saat mencapai nilai 12.
- Jalankan simulasi dan perhatikan bahwa output akan berhitung dari 0000 hingga 1011 (desimal 11), lalu kembali ke 0000 secara otomatis.
- Siapkan tiga buah flip-flop D (dapat menggunakan IC 74HC74).
- Hubungkan output Q dari masing-masing flip-flop ke input D flip-flop berikutnya secara berurutan.
- Hubungkan output Q̅ (komplemen) dari flip-flop terakhir kembali ke input D dari flip-flop pertama.
- Sambungkan semua pin clock dari flip-flop ke satu sumber clock yang sama agar bekerja secara sinkron.
- Hubungkan pin preset (PR) dan clear (CLR) pada masing-masing flip-flop ke VCC (logika HIGH) agar tidak aktif.
- Tambahkan logic probe atau LED pada masing-masing output Q untuk memantau perubahan logika.
- Jalankan simulasi dan amati perubahan urutan output setiap pulsa clock.
b) Rangkaian Simulasi
PRINSIP KERJA :
Rangkaian ini menggunakan 3 buah flip-flop D yang terhubung secara serial dengan clock yang sama. Output Q dari setiap flip-flop menjadi input D untuk flip-flop berikutnya. Output Q’ dari flip-flop terakhir dihubungkan kembali ke input D pertama (looping dengan inversi). Saat clock bekerja, data berpindah dari satu flip-flop ke flip-flop lainnya. Urutan output Q2–Q0 akan berubah dalam 6 pola unik: 000 → 100 → 110 → 111 → 011 → 001 → 000. Setelah 6 pulsa clock, pola akan kembali ke awal, menciptakan hitungan MOD-6. Output ini bisa digunakan untuk sistem pendeteksi urutan, sistem pemrograman lampu berjalan, atau sebagai pembagi frekuensi.
d) Example
e) Problem
Soal 1
Sebuah Johnson counter 4-bit dibuat menggunakan 4 buah D flip-flop. Berapa banyak state unik yang dihasilkan oleh counter tersebut?
A. 4B. 8C. 16Rancanglah sebuah Johnson counter 2-bit menggunakan IC 74LS74, yang terdiri dari dua D flip-flop.
Gambarkan koneksi antar flip-flop dan tentukan output Q1 Q0 untuk setiap siklus clock, mulai dari kondisi awal 00.Jawaban:Koneksi:Q̅ dari flip-flop kedua (Q̅1) diumpankan ke input D dari flip-flop pertama (D0)Q0 (output dari flip-flop pertama) diumpankan ke input D dari flip-flop kedua (D1)Clock diberikan serentak ke kedua flip-flopOutput Q1 Q0 untuk setiap clock:1. 002. 103. 114. 01Setelah 4 siklus, pola kembali ke 00 → menghasilkan 4 state unik (2 × 2).D. 10Jawaban: B. 8Penjelasan: Johnson counter menghasilkan 2n state unik, di mana n adalah jumlah flip-flop. Maka, untuk 4 flip-flop: 2 × 4 = 8 state.
Soal 2
Apa perbedaan utama antara Johnson counter dan ring counter?
A. Johnson counter tidak menggunakan clockB. Johnson counter menggunakan output Q sebagai umpan balikC. Johnson counter menggunakan output Q̅ dari flip-flop terakhir sebagai input ke flip-flop pertamaD. Johnson counter hanya memiliki satu ‘1’ yang berpindahJawaban: C. Johnson counter menggunakan output Q̅ dari flip-flop terakhir sebagai input ke flip-flop pertamaPenjelasan: Perbedaan utama Johnson counter adalah feedback dari Q̅ (komplemen) dari flip-flop terakhir menuju input D flip-flop pertama. Ini menciptakan pola yang berbeda dari ring counter biasa.
6. Download File [Kembali]
Download Video Penjelasan download disini
Komentar
Posting Komentar