Universitas Gunadarma
Archive for 2016
IoT (Internet of Things)
Implementasi
IoT (Internet of Things) dalam pembelajaran di Universitas Kanjuruhan Malang
Muhammad Priyono Tri
Sulistyanto1, Danang Aditya Nugraha2, Nurfatika Sari3,
Novita Karima, Wahid Asrori
Abstract—Nowadays
Internet in modern society has cannot be separated from daily live, therefore
the concept of Internet of Things (IoT) was born. IoT is a concept that
describe the future of computing in which every physical object can connect to
the Internet and can indentify itself among other devices. This concept becomes
important to be applied into learning material in Kanjuruhan University of Malang, because
previous relationship between learning materials are not fully integrated. As
IoT implementation, Arduino is taught as the Embedded Systems to control the
electronic devices. Arduino can be connected to internet through shields
(additional modules) such as Ethernet, Wifi, Zigbee, etc. System connected to
Internet can be controlled via web browser or mobile devices based on Android,
which each contained in Web Programming and Mobile Computing lecturing
respectively.
Key words— IoT, Embedded System, Web Programming,
Mobile Computing, Arduino.
Abstrak–-Dewasa ini
peran internet dalam kehidupan masyarakat modern menjadi sesuatu yang tidak
dapat terpisahkan sehingga lahirnya konsep mengenai Internet of Things (IoT) [1]. IoT merupakan sebuah
konsep komputasi yang menggambarkan masa depan dimana setiap obyek fisik dapat
terhubung dengan internet dan dapat mengidentifikasi dengan sendirinya antar
perangkat yang lain. Konsep ini menjadi hal yang penting untuk diterapkan pada
materi pembelajaran di universitas kanjuruhan malang dikarenakan hubungan
antara materi pembelajaran belum sepenuhnya terintegrasi. Sebagai implementasi
IoT, Arduino digunakan sebagai perangkat Embedded System dalam mengendalikan
alat elektronik. Arduino dapat dihubungkan ke internet dengan tambahan shiled
(modul elektronik) Ethernet, Wifi atau GPRS/GSM. Sistem yang terhubung dengan
internet kemudian dapat dikendalikan melalui web browser atau perangkat
bergerak berbasis Android, yang masing-masing terdapat dalam pembelajaran Web
Programming dan Mobile Computing.
Kata kunci : IoT, Embedded System, Web Programming,
Mobile Computing, Arduino
I. PENDAHULUAN
Banyak artikel
yang mengupas dan menerangkan
1 Muhammad Priyono Tri Sulistyanto adalah pengajar program studi Teknik Informatika Universitas
Kanjuruhan Malang. Email: m.priyono.ts@unikama.ac.id
2 Danang Aditya Nugraha adalah
pengajar program studi Teknik Informatika Universitas Kanjuruhan Malang. Email:
d4n4ng.adty@gmail.com
3 Nurfatika Sari, Novita Karima
dan Wahid Asrori adalah para mahasiswa di prodi Teknik Informatik Universitas
Kanjuruhan Malang.
mengenai Internet of
Thing (IoT) baik dalam bentuk infographic maupun tutorial. Peranan internet
dalam kehidupan masyarakat modern sehari-hari menjadi bagian yang tidak dapat
terpisahkan, sehingga kemudian lahir konsep mengenai IoT. IoT didefinisikan
sebagai interkoneksi dari perangkat komputasi tertanam (embedded computing devices) yang teridentifikasi secara unik dalam
keberadaan infrastruktur internet [2]
Dapat
ditarik kesimpulan bahwa IoT pada dasarnya menghubungkan Embedded System ke
Internet. Konsep Embedded System menjadi salah satu mata kuliah yang diajarkan
dalam program studi Teknik Informatika.
II. EMBEDDED SYSTEM
Inti dari embedded system adalah mikrokontroler keluarga RISC sebagai contoh Intel MCS-96, PIC16F84, Atmel 8051, Motorola 68H11, dan lain sebagainya (Gambar 1). Perbedaan utama antara mikrokontroler dengan mikroprosesor adalah kemampuan mikrokontroler untuk pembacaan atau penulisan memori internal (EEPROM). Instruksi program dapat ditulis dengan bahasa rakitan (assembly language) atau bahasa C [3] [4] (Embedded C) kemudian diunggah ke dalam memori dalam mikrokontroler. Program ini senantiasa berjalan dalam prosedur putaran(loop).
Gambar 1. Diagram dasar Embedded System
Peralatan yang menggunakan embedded system berwujud mulai dari robot rakitan sendiri sampai dengan sistem komersial seperti mesin cuci, oven
Implementasi IoT (Internet of Things) dalam pembelajaran di Universitas Kanjuruhan Malang
Muhammad Priyono Tri Sulistyanto1, Danang Aditya Nugraha2,
Nurfatika Sari3, Novita Karima, Wahid Asrori
SMARTICS Journal Vol. 1, No. 1, Oktober 2015 (ISSN: 2476-9754)
21
microwave, pengontrol AC, pencetak tiket otomatis, dan sebagainya, yang senyatanya embedded system berada di sekitar kita. Hal ini dikarenakan memiliki hal yang menarik yaitu (1) Otomatis, (2) Murah, (3) Ringkas, (4) Daya Rendah [5].
III. ARDUINO
Arduino merupakan platform elektronik open source yang berbasis pada kemudahan penggunaan hardware dan software. Arduino pada dasarnya mengkombinasikan mikrokontroler keluarga Atmel dengan hardware standar ke dalam papan pengembangan dengan bootloader di dalamnya untuk pemrograman embedded secara plug and play.
Gambar 2. Papan Arduino UNO
Dengan kemudahan di dalamnya, Arduino telah menarik hati banyak nonperekayasa (non-engineer). Hal ini diterlihat dari data dari Google Trends [6] tentang penelurusan dengan kata kunci arduino, x86, atmega, raspberry pi yang termasuk dalam kategori embedded system. Gambar 2 memperlihatkan Arduino menjadi platform populer dalam embedded system, yang disusul oleh Raspberry Pi. Platform x86 semakin menurut, demikian juga dengan atmega yang sebenarnya menjadi mikrokontroler di dalam papan Arduino.
Gambar 3. Perbandingan Arduino dengan istilah embedded lainnya (Google Trend) [6]
Arduino IDE merupakan lingkungan pengembangan yang dibuat dengan bahasa Java dan berasal dari Processing IDE [7]. Program atau kode yang ditulis untuk papan Arduino dinamakan sketch.
Gambar 4. Arduino IDE
Arduino IDE sudah dilengkapi file pustaka tambahan yang berisi fungsi/method seperti menghubungkan ke jaringan dengan Wifi/Ethernet, membuat server sederhana, mengendalikan motor stepper, komunikasi data seri, dan sebagainya. Beberapa kelebihan yang berada di dalam Arduino, diantaranya [8]:
Mudah dalam pengaturan, plug and play,
Banyak contoh untuk mengontrol peralatan yang berada dalam IDE (Integrated Development Environtment)
Banyak proyek open-source di dalamnya
Berkerja dalam sistem operasi Windows, Linux dan Mac
Hardware murah, dapat dibuat sendiri atau membeli
Software murah, bebas
Biaya perawatan murah, mikrokontroler yang rusak dapat diganti dengan biaya kira-kira 4 dolar amerika saja.
Pembuatan prototipe dapat dibuat dengan cepat
Dapat dengan banyak bahasa pemrograman termasuk C.
Platform Arduino dikembangkan secara modular, sehingga dapat ditambahkan papan ekspansi (expansion boards) yang ditancapkan pada kepala pin Arduino yang dinamakan Shield. Shield dapat menyediakan pengontrolan motor, GPS, koneksi WIFI/Ethernet, dan lain sebagainya.
Gambar 5. Arduino Ethernet (Shield)
Pada Gambar 5 memperlihatkan Shield yaitu Arduino Ethernet yang memiliki chip Wiznet W5100 yang memungkinkan Arduino dapat terhubung ke jaringan internet.
Dengan kemudahan-kemudahan tersebut mahasiswa tidak diharuskan untuk melakukan pembuatan PCB dan menyolder komponen-komponen elektronik, tetapi bisa dilakukan dengan menggunakan kabel jumper yang dihubungkan ke breadboard. Desain rangkaian elektronik dan komponennya dapat dilakukan dengan menggunakan Fritzing [9] yang merupakan perangkat lunak open-source
Gambar 6. Skema simulasi lampu lalu lintas dalam Fritzing
FLIP - FLOP
Pengertian
Flip-flop
Flip-flop adalah rangkaian arus listrik yang bekerja berdasarkan arus
listrik dari berbagai macam gerbang sederhana dari arus listrik yang
berhubungan saling menyilang. flip-flop biasa digunakan sebagai pengolahan data
digital yang di terapkan ke perangkat elektronik.
Flip-flop disebut juga sebagai latch karena flip-flop jika diberi suatu
informasi atau sinyal maka informasi atau sinyal tersebut akan terkunci
didalamnya.
Flip-flop juga termasuk keluarga multivibrator bistabil, yaitu
rangkaian elektronik yang memiliki dua keadaan stabil dan pada keluarannya
dihubungkan kembali pada salah satu masukannya sebagai umpan balik.
Jenis-jenis
Flip-Flop
1. JK Flip-Flop
(Master Slave JK Flip-Flop)
Flip-Flop ini terdiri dari 3 inputan yaitu :
- J
- K
- Dan Clock
Kelebihan JK Flip-flop adalah tidak
adanya kondisi terlarang atau yang berarti di beri berapapun inputan asalkan
terdapat clock maka akan terjadi perubahan pada keluarannya / outputnya.
berikut adalah symbol dan tabel kebenaran dari JK Flip-Flop.
2. RS Flip-Flop
RS FF ini adalah dasar dari semua
Flip-flop yang memiliki 2 gerbang inputan / masukan yaitu R dan S. R
artinya "RESET" dan S artinya "SET". Flip-flop yang
satu ini mempunyai 2 keluaran / outputyaitu Q dan Q`.
Bila S diberi logika 1 dan R diberi
logika 0, maka output Q akan berada pada logika 0 dan Q not pada logika 1. Bila
R diberi logika 1 dan S diberi logika 0 maka keadaan output akan berubah
menjadi Q berada pada logik 1 dan Q not pada logika 0. Sifat paling penting
dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah satu dari dua
keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II
diperoleh saat Q=0 dan Q not .
Berikut adalah
Symbol dan Tabel kebenaran dari RS Flip-Flop:
3. D Flip-Flop
D Flip-flop merupakan salah satu
jenis Flip-flop yang dibangun dengan menggunakan Flip-flop RS. Perbedaan dengan
Flip-flop RS terletak pada inputan R, pada D Flip-flop inputan R terlebih
dahulu diberi gerbang NOT. maka setiap masukan ke D FF ini akan memberi keadaan
yang berbeda pada input RS, dengan demikian hanya terdapat 2 keadaan
"SET" dan "RESET" S=0 dan R=1 atau S=1 dan R=0, jadi
dapat disi. Berikut adalah gambar dari symbol dan data sheet D Flip - flop.
4. CRS
Flip-Flop
Adalah clocked RS-FF yang dilengkapi
dengan sebuah terminal pulsa clock. Pulsa clock ini berfungsi mengatur keadaan
Set dan Reset. Bila pulsa clock berlogik 0, maka perubahan logik pada input R
dan S tidak akan mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot. Akan tetapi
apabila pulsa clock berlogik 1, maka perubahan pada input R dan S dapat
mengakibatkan perubahan pada output Q dan Q not. Berikut adalah gambar dari
Symbol dan Tabel kebenaran dari RS Flip - flop.
5. T Flip-Flop
T Flip-flop merupakan rangkaian flip-flop yang telah di buat dengan
menggunakan flip-flop J-K yang kedua inputnya dihubungkan menjadi satu maka
akan diperoleh flip-flop yang memiliki watak membalik output sebelumnya jika
inputannya tinggi dan outputnya akan tetap jika inputnya rendah. Berikut adalah
gambar tabel kebenaran gerbang logika dan symbol dari T Flip - flop.
Rangkaian
Sekuensial
Rangkaian sekuensial merupakan
rangkaian dasar pad flip flop
Outputnya tidak bergantung pada
nilai input saat itu, tetapi juga input-input sebelumnya. Karena itu dikatakan
mempunyai karakteristik memori.
Piranti sekuensial : Flip-flop,
register dan counter.
Berdasarkan waktu sinyal, dapat
dibedakan menjadi :
Rangkaian sekuensial sinkron
Operasinya disinkronkan dengan pulsa
waktu yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa yang merupakan masukan bagi
rangkaian. Sehingga keluaran akan berubah hanya setiap adanya masukan
pulsa waktu, meskipun inputnya tidak berubah.
Rangkaian sekuensial asinkron :
Operasinya hanya bergantung pada
input, dan dapat dipengaruhi setiap waktu.
Pengertian Flip Flop JK
Flip-flop JK Induk-Budak
Suatu flip-flop JK
induk-budak (Master-Slave JK flip-flop) disusun dari dua
Flip-Flop
RS,
yang satu bertindak sebagai
induk/tuan sedangkan yang lainnya bertindak sebagai budak/pengikut yang
mengikuti keadaan keluaran flip-flop induk sesaat
sesudah berlalunya perubahan keluaran itu. Perbedaan waktu
perubahan keadaan induk dan budak ini terjadi karena adanya inverter
antara pulsa penabuh.
untuk flip-flop induk dan masukan
flip-flop budak, seperti ditunjukkan pada gambar diatas.
Ada beberapa fungsi
Flip Flop, diantaranya :
- penyimpan data informasi 1 bit biner
- mencacah pulsa
- Menahan atau mengingat pulsa trigger
- menyerempakkan operasi aritmatika
- menghitung detak dan untuk
mengsinkronisasikan input sinyal waktu variabel untuk beberapa sinyal
waktu yang direferensi
Prinsip Kerja
Flip-Flop
Bila pulsa penabuh flip-flop induk
berkeadaan 1,maka keluarannya akan berubah menurut keadaan masukan J dan K pada
saat itu, sesuai dengan tabel Tetapi, karena adanya inverter pada masukan
flip-flop budak, maka masukan S dan R flip-flop budak itu akan tetap 0 dan
keluarannya tidak mengalami perubahan. Tetapi pada saat penabuh induk
kembali 0, yang berarti keluaran inverter menjadi 1, maka keluaran budak
berubah menurut keadaan keluaran induk saat itu, yaitu keadaannya sesudah
ditabuh.
Perhatikan bahwa bila penabuh
berkeadaan 0 (CP= 0, dan CP=1), maka gerbang-gerbang AND pada masukan budak
menjadi aktif dan keluaran Q akan mengikuti keadaan P karena hanya ada dua
kemungkinan kombinasi RS untuk budak, yaitu :
"RS= 10 atau RS= 01. Bila P=1
maka RS=01 dan Q menjadi 1 sedangkan bila P=0, maka RS=10 dan Q menjadi 0.
Dengan susunan ini, dapat dijamin bahwa persamaan flip-flop Q=QK+Q J akan
tetap dipenuhi sejauh keadaan J dan K hanya berubah di antara dua pulsa penabuh
positif (selagi CP=1). Bila J dan/atau K berubah selagi CP=0, maka apa yang
dipindahkan ke flip-flop budak adalah keadaan P akibat perubahan terakhir
sebelum CP berubah."
Timing Flip
Flop JK
Langkah-langkah membuat tulisan
“PAL” pada Flip Flop
Komponen yang digunakan :
- 3 Flip Flop JK
- 3 led 7 segment
- 3. 54 led
- 4. Clock
Pada lampu LED
- Buatlah Vcc dan clock
- Sambungkan Flip Flop J dan K ke Vcc
- Sambungakan clock ke Flip Flop JK pertama
- Hasil flip flop pertama sambungkan ke led
yang sebelumnya sudah terbentul huruf “P”
- Hasil keluaran “q” sambungkan ke clock
Flip Flop JK kedua output sambungkan ke huruf”A” (sebelumnya sudah
didesain).
- Hasil keluaran “q” dari Flip Flop JK kedua
sambungkan ke clock Flip Flop JK ketiga maka hasil sambungkan ke “L”(yang
sudahdidesain.)
Elektronika Digital
Elektronika Digital
Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat
listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron
atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan
elektronik, termokopel, semikonduktor, dan lain sebagainya. Ilmu yang
mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang dari ilmu fisika, sementara
bentuk desain dan pembuatan sirkuit elektroniknya adalah bagian dari teknik
elektro, teknik komputer, dan ilmu/teknik elektronika dan instrumentasi.
Elektronika digital adalah sistem elektronik yang menggunakan signal digital.
Signal digital didasarkan pada signal yang bersifat terputus-putus. Biasanya
dilambangkan dengan notasi aljabar 1 dan
0. Notasi 1 melambangkan terjadinya hubungan dan notasi 0 melambangkan tidak
terjadinya hubungan. Contoh yang paling gampang untuk memahami pengertian ini
adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON berarti terjadi hubungan sehingga
dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka akan berlaku sebaliknya. Elektronik
digital merupakan aplikasi dari aljabar boolean dan digunakan pada berbagai
bidang seperti komputer, telpon selular
dan berbagai perangkat lain. Hal ini karena elektronik digital mempunyai
beberapa keuntungan, antara lain: sistem
digital mempunyai antar muka yang mudah dikendalikan dengan komputer dan
perangkat lunak, penyimpanan informasi jauh lebih mudah dilakukan dalam sistem
digital dibandingkan dengan analog. Namun sistem digital juga memiliki beberapa
kelemahan, yaitu: pada beberapa kasus sistem digital membutuhkan lebih banyak
energi, lebih mahal dan rapuh.
A. Sistem Bilangan
Sistem bilangan adalah suatu cara
untuk mewakili besaran dari suatu item fisik. Sistem bilangan menggunakan basis
tertentu yang tergantung dari jumlah bilangan yang digunakan. Jenis sistem
bilangan yaitu:
a) Sistem
bilangan desimal
Basis : 10
Bilangan :0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
b) Sistem
bilangan biner
Basis : 2
Bilangan : 0,1
c) Sistem
bilangan oktal
Basis : 8
Bilangan :0,1,2,3,4,5,6,7
d) Sistem
bilangan hexadesimal
Basis : 16
Bilangan : 0,
1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
Bilangan bertanda
Sandi bilangan bertanda
letak sandi
B. Gerbang logika
Gerbang Logik Dasar 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), cairan, optik dan
bahkan mekanik.
JENIS GERBANG LOGIKA DASAR
Gerbang NOT atau juga bisa disebut
dengan pembalik (inverter) memiliki fungsi membalik logika tegangan
inputnya pada outputnya. Sebuah inverter (pembalik) adalah gerbang dengan satu
sinyal masukan dan satu sinyal keluaran dimana keadaan keluaranya selalu
berlawanan dengan keadaan masukan. Membalik dalam hal ini adalah mengubah
menjadi lawannya. Karena dalam logika tegangan hanya ada dua kondisi
yaitu tinggi dan rendah atau “1” dan “0”, maka membalik logika tegangan berarti
mengubah “1” menjadi "0” atau sebaliknya mengubah nol menjadi satu. Simbul
atau tanda gambar pintu NOTditunjukkan pada gambar.
Gerbang AND (AND GATE) atau
dapat pula disebut gate AND ,adalah suatu
rangkaian logika yang mempunyai beberapa jalan masuk (input) dan
hanya mempunyai satu jalan keluar (output). Gerbang AND mempunyai dua
atau lebih dari dua sinyal masukan tetapi hanya satu sinyal keluaran.
Dalam gerbang AND, untuk menghasilkan sinyal
keluaran tinggi maka semua sinyal masukan harus bernilai tinggi.
Gerbang OR berbeda
dengan gerbang NOT yang hanya memiliki satu
input, gerbang ini memiliki paling sedikit 2 jalur input. Artinya inputnya bisa
lebih dari dua, misalnya empat atau delapan. Yang jelas adalah semua gerbang
logika selalu mempunyai hanya satu output. Gerbang OR akan memberikan sinyal keluaran
tinggi jika salah satu atau semua sinyal masukan bernilai tinggi, sehingga
dapat dikatakan bahwa gerbang OR hanya memiliki sinyal keluaran rendah jika
semua sinyal masukan bernilai rendah.
Gerbang NAND adalah
suatu NOT-AND, atau suatu fungsi AND yang dibalikkan. Dengan kata lain bahwa
gerbang NAND akan menghasilkan sinyal keluaran rendah jika semua sinyal masukan
bernilai tinggi.
Gerbang NOR adalah suatu NOT-OR, atau
suatu fungsi OR yang dibalikkan sehingga dapat dikatakan bahwa gerbang NOR akan
menghasilkan sinyal keluaran tinggi jika semua sinyal masukanya bernilai rendah.
Gerbang X-OR akan
menghasilkan sinyal keluaran rendah jika semua sinyal masukan bernilai rendah
atau semua masukan bernilai tinggi atau dengan kata lain bahwa X-OR akan
menghasilkan sinyal keluaran rendah jika sinyal masukan bernilai sama semua.
Gerbang X-NOR akan menghasilkan
sinyal keluaran tinggi jika semua sinyal masukan bernilai sama (kebalikan
dari gerbang X-OR).
C. Gerbang-gerbang logika lain
Gerbang logika adalah
rangkaian dengan satu atau lebih dari satu sinyal masukan tetapi hanya
menghasilkan satu sinyal berupa tegangan tinggi atau rendah. Dikarenakan
analisis gerbang logika menggunakan aljabar boolean maka gerbang logika juga
seringdisebut dengan rangkaian logika. Rangkaian logika sering kita jumpai pada
sirkuit digital yang diimplementasikan secara elektronik dengan menggunakan
dioda atau transistor .
Ada7 gerbang logika yang kita
ketahui yang dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :
1) Gerbang
logika Inventer
Inverter (pembalik ) merupakan
gerbang logika dengan satu sinyal masukan dan satu sinyal keluaran dimana
sinyal keluaran selalu berlawanan dengan keadaan sinyal masukan.
((Syafari, 2003).
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 sangat tergantung oleh sinyal masukannya
dan gerbang logika yang dilaluinya (NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR).
Yang termasuk gerbang logika non-Inverter adalah :
a) Gerbang
NOT
Rangkaian NOT juga dikenal sebagai
inverter dan dinyatakan sebagai Y = A’. Nilai output Y merupakan negasi dari
nilai input A. Jika input A bernilai “1’, maka nilai output Y menjadi “0”
demikian sebaliknya.
b) 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 harus dalam keadaan tinggi (1).
Tabel kebenaran logika AND
c) 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 keluaran akan menjadi tinggi (1) juga.
Fungsi gerbang OR :
- Y = A OR B Y = A + B.
atau Misal : A = 1 , B
= 1 maka Y = 1 + 1 = 1.
A = 1 , B = 0 maka Y = 1 + 0 = 0.
Tabel kebenaran logika OR
d) Gerbang
NAND (Not-AND)
Gerbang NAND mempunyai dua atau
lebih dari dua sinyal masukan tetapi hanya satu sinyal keluaran. Gerbang
NAND mempunyai sifat bila sinyal keluaran ingin rendah (0) maka semua
sinyal masukan harus dalam keadaan tinggi (1).
Tabel kebenaran logika NAND
e) Gerbang
NAND juga disebut juga Universal Gate karena kombinasi dari
rangkaian gerbang NAND dapat digunakan untuk memenuhi semua fungsi dasar gerbang
logika yang lain.
f) Gerbang
NOR (Not-OR)
Gerbang NOR mempunyai dua atau lebih dari dua
sinyal masukan tetapi 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 hanya mengenal sinyal
masukan yang semua bitnya bernilai nol.
Tabel
kebenaran gerbang NOR
g) Gerbang
XOR (Antivalen, Exclusive-OR)
Gerbang XOR disebut juga gerbang
EXCLUSIVE OR dikarenakan hanya mengenali sinyal yang memiliki bit 1
(tinggi) dalam jumlah ganjil untuk menghasilkan sinyal keluaran bernilai
tinggi (1). (Syafari, 2003).
Tabel kebenaran gerbang XOR
h) Gerbang
XNOR (Ekuivalen, Not-Exclusive-OR)
Gerbang XNOR disebut juga gerbang
Not-EXCLUSIVE-OR. Gerbang XNOR mempunyai sifat bila sinyal keluaran ingin
benilai tinggi (1) maka sinyal masukannya harus benilai genap (kedua nilai
masukan harus rendah keduanya atau tinggi keduanya). (Syafari, 2003).
Tabel kebenaran gerbang XNOR
D. Rangkaian TTL
Dengan menggunakan teknik-teknik
fotografi yang maju, rangkaian-rangkaian miniatur pada permukaan sebuah serpih
(sepotong bahan semikonduktor yang kecil) dapat dihasilkan dalam pabrik.
Jaringan yang terbentuk itu demikian kecilnya sehingga sambungan-sambungannya hanya
dapat dilihat dengan sebuah mikroskop. Rangkaian semacam itu disebut rangkaian
terpadu (IC), karena komponenkomponennya (transistor, diode, hambatan)
merupakan bagian integral dari serpih yang bersangkutan.
Seri
7400 adalah jenis rangkaian TTL yang diperkenalkan oleh Texas Instruments pada
tahun 1964. Dari ,semua IC bipolar, seri 7400 telah menjadi tipe yang paling
banyak digunakan. Keluarga TTL ini terdiri dari beraneka jenis
serpih-serpih SSI dan MSI yang memungkinkan pembentukan hampir segala macam
rangkaian dan sistem digital. Namun susunan masukan emiter majemuk dan
konfigurasi keluaran tolem-pole masih tetap dipertahankan (satu pengecuali
adalah konfjgurasi kolektor terbuka yang akan dibicarakan kemudian). Misalnya,
7400 adalah serpih yang membuat empat buah gerbang NAND 2-masukan dalam
satu,kemasan. Begitu pula, IC 7402 terdiri dari empat buah gerbang NOR
2-masukan; 7404 berisi enam buah pembalik-(inverter), dan seterus nya.
TTLKecepatan-Tinggi
Dengan memperkecil nilai
hambatan-hambatannya, pihak pabrik dapat menurunkan konstanta waktu
internalnya, dan ini berarti mengurangi, waktu tunda propagasinya
Gerbang NAND
Semua piranti seri 7400 adalah
turunan dari gerbang NAND 2 masukan.Untuk mendapatkan gerbang NAND 3,4 dan 8 ,
dipergunakan transistor dengan 3,4 dan 8 emiter. Karena berupa rangkaian dasar,
gerbang-gerbang NAND merupakan piranti yang termurah dari seri 7400.
Gerbang AND dan OR
Untuk menghasilkan fungsi
logika AND satu tahapan konfigurasi emiter sekutu harus disisipkan (common
emitter) sebelum keluaran totem-pole dari rancangan dasar gerbang NAND. Inversi
ekstra tambahan yang ditimbulkan akan mengubah fungsi logika NAND menjadi
gerbang AND. Melalui cara serupa, konfigurasi emiter sekutu dapat pula
disisipkan sebelum keluaran totem-pole pada rangkaian .Akan mengubah gerbang
NOR menjadi gerbang OR.
E. Aljabar Boold
Aljabar boolean merupakan aljabar
yang berhubungan dengan variabel-variabel biner dan operasi-operasi logik.
Variabel-variabel diperlihatkan dengan huruf-huruf alfabet, dan tiga operasi
dasar dengan AND, OR dan NOT(komplemen).
Fungsi boolean terdiri dari variabel-variabel biner yang menunjukkan fungsi,
suatu tanda sama dengan, dan suatu ekspresi aljabar yang dibentuk dengan
menggunakan variabel-variabel biner, konstanta-konstanta 0 dan 1, simbol-simbol
operasi logik, dan tanda kurung.
a) Fungsi
Boolean
Suatu fungsi boolean bisa
dinyatakan dalam tabel kebenaran. Suatu tabel kebenaran untuk fungsi boolean
merupakan daftar semua kombinasi angka-angka biner 0 dan 1 yang diberikan ke
variabel-variabel biner dan daftar yang memperlihatkan nilai fungsi untuk
masing-masing kombinasi biner.
b) 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),
cairan, optik dan bahkan mekanik.
Pengertian Gerbang (Gate) :
- Rangkaian satu atau lebih sinyal masukan
tetapi hanya menghasilkan satu sinyal keluaran.
- Rangkaian digital (dua keadaan), karena
sinyal masukan atau keluaran hanya berupa tegangan tinggi atau rendah (1
atau 0).
- Setiap keluarannya tergantung sepenuhnya
pada sinyal yang diberikan pada masukan-masukannya.
c) Operasi
Logika NOT (Invers)
Gerbang NOT hanya memiliki satu
saluran masukan dan satu saluran keluaran. Keadaan keluaran gerbang NOT selalu
berlawanan (kebalikan atau komplemen) dari keadaan masukannya.
Operasi merubah logika 1 ke 0 dan
sebaliknya:
x = x’
Tabel kebenaran gerbang NOT
d) Operasi
Logika AND
Gerbang AND memiliki dua atau
lebih saluran masukan dan satu saluran keluaran. Keadaan keluaran gerbang AND
akan 1 (tinggi) bila dan hanya bila semua masukannya dalam keadaan 1 (tinggi).
Operasi logika AND yaitu:
- Operasi antara dua variabel (A,B)
- Operasi ini akan menghasilkan logika 1,
jika kedua variabel tersebut berlogika 1
Tabel kebenaran gerbang AND
e) Operasi
Logika OR
Gerbang OR memiliki dua atau lebih
saluran masukan dan satu saluran keluaran. Keadaan keluaran gerbang OR akan 1
(tinggi) bila satu atau lebih masukannya dalam keadaan 1 (tinggi).
Operasi logika OR yaitu:
- Operasi antara 2 variabel (A,B).
- Operasi ini akan menghasilkan logika 0,
jika kedua variabel tersebut berlogika 0.
Tabel
kebenaran gerbang OR
F. ALU
ALU (Arithmatic Logical Unit)
adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer
yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan
logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan
pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU
bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU di
simpan ke dalam memori. Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang
merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah
(operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner two’s
complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut
diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU
output register, sebelum disimpan dalam memori.
Pada saat sekarang ini sebuah
chip/IC dapat mempunyai beberapa ALU sekaligus yang memungkinkan untuk
melakukan kalkulasi secara paralel. Salah satu chip ALU yang sederhana (terdiri
dari 1 buah ALU) adalah IC 74LS382/HC382ALU (TTL). IC ini terdiri dari 20 kaki
dan beroperasi dengan 4×2 pin data input (pinA dan pinB) dengan 4 pin keluaran
(pinF).
Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi
unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan
logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri
dari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas
utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang
terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and
Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangan dinamakan dengan Adder.
Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder juga disebut rangkaian
kombinasional aritmatika.
Ada 3 jenis adder:
1. Rangkaian Adder dengan
menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.
2. Rangkaian Adder dengan
menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.
3. Rangkain Adder dengan
menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder
1. HALF ADDER
Rangkaian Half
Adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner yang terdiri dari satu
bit, oleh karena itu dinamai Penjumlah Tak Lengkap.
a. jika A = 0 dan B = 0
dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0.
b. jika A = 0 dan B = 1
dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 1.
c. jika A = 1 dan B = 1
dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0
jika A = 1 dan B =1 dijumlahkan,
hasilnya S ( Sum ) = 0. dengan nilai pindahan cy(Carry Out) = 1
Dengan demikian, half adder
memiliki 2 masukan ( A dan B ) dan dua keluaran ( S dan Cy ).
2. FULL ADDER
Sebuah Full
Adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi
bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling
dijumlahkan. Full Adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang
terendah. Full Adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan
nilai Carry-Out dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full
Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out).
3. PARALEL ADDER
Rangkaian Parallel Adder adalah
rangkaian penjumlah dari dua bilangan yang telah dikonversikan ke dalam bentuk
biner. Anggap ada dua buah register A dan B, masing-masing register terdiri
dari 4 bit biner : A3A2A1A0 dan B3B2B1B0.
Rangkaian Parallel Adder terdiri
dari Sebuah Half Adder (HA) pada Least Significant Bit (LSB) dari
masing-masing input dan beberapa Full Adder pada bit-bit berikutnya. Prinsip
kerja dari Parallel Adder adalah sebagai berikut : penjumlahan dilakukan mulai
dari LSB-nya. Jika hasil penjumlahan adalah bilangan desimal “2” atau lebih,
maka bit kelebihannya disimpan pada Cout, sedangkan bit di bawahnya akan
dikeluarkan pada Σ. Begitu seterusnya menuju ke Most Significant
Bit (MSB)nya.
Tugas lain dari ALU adalah
melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaitu operasi
logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah
elemen logika dengan menggunakan operator logika.
Arithmatic Logical
Unit (ALU):
Bertugas membentuk fungsi – fungsi
pengolahan data komputer.
ALU sering disebut mesin bahasa
(machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa
mesin yang diberikan padanya
ALU terdiri dari dua bagian, yaitu
unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki
spesifikasi dan tugas tersendiri.
Fungsi-fungsi yang didefinisikan
pada ALU adalah Add(penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak
bertanda), Sub(pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda),
and, or, xor, sll (shift
G. Flip-Flop
Flip-flop adalah rangkaian digital
yang digunakan untuk menyimpan satu bit secara semi permanen sampai ada suatu
perintah untuk menghapus atau mengganti isi dari bit yang disimpan. Prinsip
dasar dari flip-flop adalah suatu komponen elektronika dasar seperti
transistor, resistor dan dioda yang dirangkai menjadi suatu gerbang logika yang
dapat bekerja secara sekuensial. Nama lain dari flip-flop adalah multivibrator
bistabil.
Ada berbagai jenis flip-flop
ditinjau dari beberapa aspek namun pada penulisan ini yang kami bahas
adalah flip-flop yang ditinjau dari cara kerjanya yang terdiri dari:
1) Flip-Flop RS
Flip-flop ini mempunyai dua
masukan dan dua keluaran, di mana salah satu keluarannya (y) berfungsi sebagai
komplemen. Sehingga flip-flop ini disebut juga rangkaian dasar untuk
membangkitkan sebuah variabel beserta komplemennya. Flip-flop RS dapat
dibentuk dari kombinasi dua gerbang NAND atau kombinasi dua gerbang NOR.
2) D Flip-Flop
Nama flip-flop ini berasal dari
Delay. Flip-flop ini hanya mempunyai satu masukan, yaitu D. Jenis flip-flop ini
sangat banyak dipakai sebagai sel memori dalam komputer.
D Flip-flop merupakan salah satu
jenis flip-flop yang dibangun dengan menggunakan flip-flop S-R. Perbedaannya
dengan flip-flop S-R terletak pada inputan R, pada D Flip-flop inputan R
terlebih dahulu diberi gerbang NOT, maka setiap input yang diumpankan ke D akan
memberikan keadaan yang berbeda pada input S-R, dengan demikian hanya akan
terdapat dua keadaan S dan R yaitu S=0 dan R=1 atau S=1 dan R=0, jadi dapat
diisi. Master Save D Flip-flop merupakan rangkaian flip-flop yang memiliki 2
latch D dan sebuah inverter. Latch yang satu bernama Master dan yang kedua
bernama Slave.
3) JK Flip-Flop
Dari uraian subbab-subbab
sebelumnya dapat dilihat bahwa dasar dari semua flip-flop adalah flip-flop RS.
JK Flip-flop merupakan rangkaian flip-flop yang dibangun untuk
megantisipasi keadaan terlarang pada flip-flop S-R. Dalam prakteknya, ada
kalanya perlu merealisasikan flip-flop tertentu daripada flip-flop yang
tersedia, misalnya flipflop yang dibutuhkan tidak tersedia atau dari serpih (chip)
flip-flop yang digunakan masih ada sisa flip-flop dari jenis lain yang belum
termanfaatkan. Sebagaimana diuraikan di depan, flip-flop D dapat dibangun dari
flip-flop JK dengan memberikan komplemen J sebagai masukan bagi K. Flip-flop D
yang disusun dari flip-flop JK.
4) T Flip-Flop
T Flip-flop merupakan rangkaian
flip-flop yang dibangun dengan menggunakan flip-flop J-K yang kedua inputnya
dihubungkan menjadi satu, maka akan diperoleh flip-flop yang memiliki watak
membalik output sebelumnya jika inputannya tinggi dan outputnya akan tetap jika
inputnya rendah. Flip-flop T dapat dibentuk dari flip-flop JK dengan
menggabungkan masukan J dan K sebagai masukan T. Perhatikan bahwa bila T=0 akan
membuat J=K=0 sehingga keadaan flip-flop tidak berubah. Tetapi bila T=1, J=K=1
akan membuat flip-flop beroperasi secara toggle.
Sumber : http://vyethreeanhy.blogspot.co.id/2014/05/makalah-resume-elektronika-digital.html
