1. TUJUAN
A. Mengetahui cara kerja
dari flip-flop
B. Mengetahui
pengaplikasian Flip-flop
2. ALAT DAN BAHAN
ALAT :
1.
Power Supply
Catu daya atau yang dalam bahasa Inggrisnya adalah power supply adalah suatu peralatan listrik yang berperan menyediakan energi listrik dan mengolahnya pada perangkat elektronika. Secara sederhana, peran sebuah catu daya yaitu mengolah sumber listrik dari stop kontak.
BAHAN :
1. Resistor
1.
Gerbang OR
Contoh gerbang OR yaitu IC 7432 yang berisi 4 buah gerbang logika OR dengan masing-masing dua input.
2.
Gerbang NAND
Contoh gerbang NAND yaitu IC 7400 yang terdiri
dari 4 buah gerbang nand yang mempunyai 2 input.
- Flip flop 7476
Gambar 1 Flip-flop 7476
Flip-flop adalah suatu rangkaian elektronika
yang memiliki dua kondisi stabil dan dapat digunakan untuk menyimpan informasi.
Flip Flop merupakan pengaplikasian gerbang logika yang bersifat Multivibrator
Bistabil. Dikatakan Multibrator Bistabil karena kedua tingkat tegangan keluaran
pada Multivibrator tersebut adalah stabil dan hanya akan mengubah situasi
tingkat tegangan keluarannya saat dipicu (trigger). Flip-flop mempunyai dua Output (Keluaran)
yang salah satu outputnya merupakan komplemen Output yang lain.
-Gerbang logika AND
Gambar 2 Gerbang Logika AND
Jenis Gerbang AND atau
AND Gate adalah salah satu jenis gerbang logika yang membutuhkan dua atau lebih
masukan (input) untuk kemudian hanya menghasilkan satu keluaran (output). Pada
Gerbang Logika AND, simbol yang digunakan untuk pengoperasiannya adalah tanda
titik (.) atau bahkan tidak memakai tanda sama sekali. Contoh pengoperasiannya
yaitu : Z=X.Y atau Z = XY.
-Gerbang logika NAND
Gambar 3 Gerbang
Logika NAND
Arti NAND adalah NOT AND atau BUKAN AND,
Gerbang NAND merupakan kombinasi dari Gerbang AND dan Gerbang NOT yang
menghasilkan kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang AND. Gerbang NAND akan
menghasilkan Keluaran Logika 0 apabila semua Masukan (Input) pada Logika 1 dan
jika terdapat sebuah Input yang bernilai Logika 0 maka akan menghasilkan
Keluaran (Output) Logika 1.
-Clock
Gambar 4 Clock
Clock adalah salah satu masukan yang ada dalam
beberapa rangkaian Flip-flop. Rangkaian komputer menggunanakan ribuan
flip-flop. Untuk mengkoordinasi kegiatan keseluruhan, sinyal umum yang bernama
kunci-waktu (clock) dikirimkan ke setiap flip-flop. Sinyal ini mencegah
flip-flop berubah keadaan sebelum waktunya.
-Inverter
Gambar 5 Inverter
Gerbang NOT hanya memerlukan sebuah Masukan
(Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang NOT disebut juga
dengan Inverter (Pembalik) karena menghasilkan Keluaran (Output) yang
berlawanan (kebalikan) dengan Masukan atau Inputnya. Berarti jika kita ingin
mendapatkan Keluaran (Output) dengan nilai Logika 0 maka Input atau Masukannya
harus bernilai Logika 1. Gerbang NOT biasanya dilambangkan dengan simbol minus
(“-“) di atas Variabel Inputnya.
-Logicprobe
Gambar 6 logicprobe
Logic probe adalah alat yang dapat menganalisa
suatu rangkaian IC dengan cara menunjukkan logika keluaran dari kaki pin IC
tersebut .Sehingga tidak perlu multimeter untuk menganalisa keluaran dan
mempercepat proses analisa karena cara mengecek keluaran tersebut hanya dengan
cara menempelkan probe tersebut ke kaki pin IC dan indikator LED akan
menunjukkan logika keluaran.
-Logic State
Gambar 7 Logicstate
Logicstate adalah alat yang memberikan logika 1 atau 0 kedalam rangkaian, dimana 1 menunjukkan arti TRUE (benar) dan FALSE (salah). Logic state pun sangat berguna dalam sistem digital, terutama gerbang logika, dimana gerbang tersebut akan mengeluarkan output tergantung dari inputnya, yaitu output daru logicstate.
- Switch Mekanik
Gambar 9 Switch Mekanik
Switch adalah salah satu
komponen yang penting dalam setiap rangkaian atau perangkat elektronik. Seperti
pada artikel yang disebutkan sebelumnya, Saklar atau Switch adalah perangkat
yang digunakan untuk memutuskan atau menghubungkan aliran arus listrik.
Meskipun saat ini telah banyak yang menggunakan saklar atau switch elektronik
yang menggunakan sensor ataupun rangkaian yang terdiri komponen semikonduktor
seperti transistor, IC dan dioda. Namun saklar mekanik atau mechanical switch
masih tetap memegang peranan penting pada hampir semua perangkat atau peralatan
listrik dan elektronik.
Komponen Input :
3. Logicstate
Komponen Output :
4.
LED
Datasheet LED
Komponen Lainnya :
5.
Ground
3. DASAR TEORI
10.10 Flip-Flop Applications
Flip-flop digunakan dalam berbagai rangkaian aplikasi, yang paling
umum di antaranya adalah rangkaian pembagian frekuensi dan penghitungan serta
rangkaian penyimpanan dan transfer data. Area aplikasi ini dibahas panjang
lebar di Bab 11 tentang penghitung dan register. Kedua aplikasi ini menggunakan
susunan sandal jepit bertingkat dengan atau tanpa beberapa logika kombinasional
tambahan untuk menjalankan fungsi yang diinginkan. Penghitung dan register
tersedia dalam bentuk IC untuk berbagai aplikasi rangkaian digital. Aplikasi
lain dari sandal jepit termasuk penggunaannya untuk sakelar debouncing, di mana
bahkan flip-flop yang tidak di-clock (seperti kait NAND atau NOR) dapat
digunakan, untuk menyinkronkan input asinkron dengan input jam dan untuk
identifikasi tepi input sinkron . Ini secara singkat dijelaskan dalam paragraf
berikut.
10.10.1 Switch Debouncing
Karena fenomena pantulan sakelar, sakelar mekanis tidak dapat
digunakan sedemikian rupa untuk menghasilkan transisi tegangan yang bersih.
Lihat Gambar 10.47 (a). Ketika sakelar dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2,
yang diinginkan pada output adalah transisi tegangan bersih dari 0 ke + V volt,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.47 (b). Apa yang sebenarnya terjadi
ditunjukkan pada Gambar 10.47 ( c). Output membuat beberapa transisi antara 0
dan + V volt selama beberapa milidetik karena kontak pantulan sebelum akhirnya
menetap di + V. volt. Demikian pula, ketika dipindahkan dari posisi 2 kembali
ke posisi 1, ia membuat beberapa transisi sebelum berhenti pada 0 V. Meskipun
perilaku acak ini hanya berlangsung selama beberapa milidetik, perilaku acak
ini tidak dapat diterima untuk banyak aplikasi rangkaian digital. NAND atau
kait NOR dapat mengatasi masalah ini dan memberikan transisi keluaran yang
bersih. Gambar 10.48 menunjukkan rangkaian pantulan sakelar tipikal yang
dibangun di sekitar kait NAND. Rangkaian berfungsi sebagai berikut.
Saat sakelar berada di posisi 1, output berada pada level '0'.
Ketika dipindahkan ke posisi 2, output pergi ke level '1' dalam beberapa
nanodetik (tergantung pada penundaan propagasi gerbang NAND) setelah kontak
pertama dengan posisi 2. Saat kontak sakelar memantul, itu membuat dan putus
kontak dengan posisi 2 sebelum akhirnya menetap di posisi yang diinginkan.
Pembuatan kontak selalu mengarah ke level '1' pada output, dan putusnya kontak
juga mengarah ke level '1' pada output karena fakta bahwa pemutusan kontak
menghasilkan level '1' pada kedua input kait yang memaksa keluaran untuk
menahan keadaan logika yang ada. Fakta bahwa ketika sakelar dibawa kembali ke
posisi 1, output membuat transisi yang rapi ke level '0' dapat dijelaskan pada
baris yang sama.
10.10.2 Flip-Flop Synchronization
Pertimbangkan situasi di mana input jam tertentu, yang bekerja
dalam hubungannya dengan berbagai input sinkron, akan di-gated dengan pulsa
gating yang dibangkitkan secara tidak sinkron, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 10.49. Output dalam hal ini memiliki pulsa clock di salah satu atau
kedua ujungnya diperpendek lebarnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
10.49. Masalah ini dapat diatasi dan operasi gating disinkronkan dengan bantuan
flip-flop, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.50.
10.10.3 Detecting the Sequence of Edges
Flip-flops juga dapat digunakan untuk mendeteksi urutan kemunculan
tepi naik dan turun. Gambar 10.51 menunjukkan bagaimana flip-flop dapat digunakan
untuk mendeteksi apakah tepi positif A mengikuti atau mendahului tepi positif
lainnya B. Kedua tepi tersebut masing-masing diterapkan ke input D dan clock
input dari flip- D yang dipicu tepi positif flip-flop. Jika tepi A tiba lebih
dulu, kemudian, saat tepi B tiba, keluarannya berubah dari 0 ke 1. Jika
sebaliknya, ia tetap pada tingkat '0'.
Resistor
Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V = I.R ).4
Gerbang OR
Gerbang OR adalah
gerbang logika dasar yang mempunyai dua atau lebih input dan hanya memiliki
satu output. Output gerbang OR akan berlogika tinggi apabila salah satu atau
lebih input ada yang berlogika tinggi, dan output akan berlogika rendah hanya
pada saat seluruh input berlogika rendah. Persamaan logika aljabar Boole untuk output
gerbang OR adalah Y=A+B. Pada aljabar Boole operasi gerbang OR diberi tanda
”tambah” (Malvino, 1983). Simbol gerbang OR ini ditunjukkan pada Gambar
2.4 dan tabel kebenaran
gerbang OR diperlihatkan Tabel 2.4.
Gerbang NAND
Gerbang NAND merupakan
gabungan dari gerbang AND dan NOT. Output gerbang NAND selalu merupakan
kebalikan dari output gerbang AND untuk input yang sama. Jadi output akan
berlogika tinggi jika salah satu atau lebih input-nya berlogika rendah, dan
output akan berlogika rendah hanya pada saat semua input-nya berlogika tinggi. Persamaan
logika aljabar Boole untuk output gerbang NAND adalah = .BAY (Tokheim, 1995).
Simbol gerbang NAND ini ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Tabel kebenaran gerbang NAND diperlihatkan pada Tabel 2.5.
Komponen lainnya :
LED
LED merupakan keluarga
dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama
dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif
(N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias
forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
Ketika LED dialiri
tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K),
Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang
kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material).
Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan
cahaya monokromatik (satu warna).
Tegangan Maju LED
Logicstate
Logicstate yaitu
pengertian logis, benar atau salah, dari sinyal biner yang diberikan. Sinyal
biner adalah sinyal digital yang hanya memiliki dua nilai yang valid. Dalam
istilah fisik, pengertian logis dari sinyal biner ditentukan oleh level
tegangan atau nilai arus sinyal, dan ini pada gilirannya ditentukan oleh teknologi
perangkat. Dalam sirkuit TTL, misalnya, keadaan sebenarnya diwakili oleh logika
1, kira-kira sama dengan +5 volt pada garis sinyal; logika 0 kira-kira 0 volt.
Tingkat tegangan antara 0 dan +5 volt dianggap tidak ditentukan.
Karena hanya dua status
logika, logika 1 dan logika 0, yang dimungkinkan, teknik aljabar Boolean dapat
digunakan untuk menganalisis rangkaian digital yang melibatkan sinyal biner.
Istilah logika positif diterapkan ke sirkuit di mana logika 1 ditetapkan ke
level tegangan yang lebih tinggi; Dalam rangkaian logika negatif, logika 1
ditunjukkan dengan level tegangan yang lebih rendah.
4. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Buka aplikasi proteus
2. Pilih komponen yang
dibutuhkan
3. Rangkai komponen
4. Sesuaikan spesifikasi
komponen
5. Jalankan aplikasi
5. RANGKAIAN SIMULASI
Simulasi 1
Gambar 14 menunjukkan rangkaian dengan switch
mekanikal. saat switch menghadap ke bawah (terhubung ke ground) maka tidak ada
arus yang mengalir sehingga nilai pada osiloskop 0 V. saat switch menghadap ke
atas (terhubung dengan sumber tegangan) maka arus mengalir dari sumber arus DC
menuju ke switch lalu ke resistor dan ke osiloskop. dari resistor menuju ke
ground, karena osiloskop mendapat tegangan maka tegangan yang terbaca pada
osiloskop terdapat nilai 5V. namun terlihat bahwa tegangan tidak langsung
berubah dari 0 menuju 5 V hal ini dikarenakan adanya debouncing.
Simulasi 2
Gambar 15 menunjukkan
penyelesaian masalah debouncing. Saat switch kebawa maka arus mengalir dari
sumber tegangan R3 ke resistor R3 lalu menuju ground dan ke kaki gerbang logika
NAND U1 dengan berlogika '1'. Sumber tegangan R2 tidak terrhubung ke ground
sehingga arus tidak mengalir ke gerbang logika NAND U2 sehingga kaki gerbang logika U2 bernilai '0'
sehingga outputnya bernilai '1'. Output U2 masuk ke kaki gerbang logika U1
sehingga mengeluarkan output '0'. Sehingga osiloskop berubah dari bernilai '0'
menjadi '1'. dan perubahan pun terjadi secara langsung tanpa ada debounce.
Simulasi 3
Gambar 15 bagian atas
menunjukkan suatu rangkaian dengan gerbang logika AND. Pulsa akan dihasilkan
oleh clock A lalu masuk ke kaki gerbang logika AND lalu mengeluarkan output seperti pada
Gambar16 bagian atas. Dari Gambar 16 bagian atas dapat dilihat bahwa terdapat
output yang memiliki pulsa yang lebih kecil. Untuk menghilangkan pulsa yang
berbeda tersebut maka ditambahkanlah flip-flop pada rangkaian seperti gambar 15
bagian bawah. Pulsa clok C akan masuk ke D flip-flop dan menunggu sinyal aktif
tinggi dari CLK. Clock D mengirim pulsa ke inverter U4 dan ke kaki gerbang
logika U3. kemudian dari inverter U4 masuk ke CLK flip-flop. Saat sinyal aktif
tinggi terjadi pada CLK maka Q akan mengeluarkana output berupa logika yang
kemudian masuk ke gerbang logika U3. lalu Gerbang logika AND U3 mengeluarkan
output seperti Gambar 16 bagian bawah
Simulasi 4
Simulasi 5
Gambar 17 merupakan
rangkaian pengaplikasian flip-flop untuk mendeteksi tepi pulsa.
Jika Logika A masuk
lebih dahulu ke input D flip-flop dan bernilai '1' dan kemudian logika B masuk
ke CLK flip-flop bernilai '1' maka output dari Q akan bernilai logika '1' yang
berarti jika A terlebih dahulu memasuki flip-flop maka Q berlogika '1' jika B dahulu
maka akan tetap bernilai 0.
6. VIDEO
Simulasi 1
Simulasi 2
Simulasi 3
