MODUL 1 – PARAMETER GERBANG LOGIKA PDF

Preview

Summary

MODUL 1 – PARAMETER GERBANG LOGIKA Rizaldy Al Kautsar (18214026) Asisten: Khairulah Hakim (18012039) Tanggal Percobaan: 28/09/2015 EL2142-Sistem Digital dan Mikroprosesor Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak membuktikan kebenaran nilai logika jika di...

Description

MODUL 1 – PARAMETER GERBANG LOGIKA Rizaldy Al Kautsar (18214026) Asisten: Khairulah Hakim (18012039) Tanggal Percobaan: 28/09/2015 EL2142-Sistem Digital dan Mikroprosesor

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Pada praktikum dengan modul berjudul “Paramater Gerbang Logika” ini praktikan dikenalkan dengan berbagai karakteristik yang ada pada gerbang logika. Sesuai dengan panduan, percobaan pertama praktikan mencari karateristik transfer voltase serta noise marginnya dari IC 74LS04 dan CMOS 4007. Karakteristik dapat dilihat dengan coupling DC pada osiloskop. Masih dengan IC yang sama , praktikan mencari nilai NML dan NMH dan mencantumkan gambar dengan format dalam buku catatan. Untuk memperdalam karakteristik gerbang logika, selanjutnya praktikan melakukan percobaan delay propagasi dari IC7408 dan menilik dari positive edge dan negative edge. Lalu sesuai dengan yang sudah dipelajari dikelas, praktikan melakukan verifikasi fungsi logika serta melakukan observasi dan melakukan rangkaian kombinasional sederhana untuk membuktikan teori-teori logika yang sudah dipelajari.

membuktikan kebenaran nilai logika dikombinasikan dengan berbagai fungsi.

2.

jika

STUDI PUSTAKA

Gerbang logika merupakan komponen elektronika yang mengubah satu atau beberapa masukan logic menjadi sinyal keluaran logic. Seperti komponen lainnya, gerbang logika juga memiliki berbagai karakteristik

2.1

KARAKTERISTIK VOLTAGE TRANSFER

Karakteristik statik voltage transfer dari sebuah gerbang logika adalah plot dari tegangan keluaran dari gerbang logika VOUT dibanding dengan tegangan masukan VIN.

Kata kunci: gerbang logika, karakteristik, IC, fungsi 1.

PENDAHULUAN

Praktikum ini memberikan praktikan gambaran dan pemahamam akan beberapa karakteristik dari persamaan logika. Pada dasarnya persamaan logika memilki dua nilai yaitu 1 dan 0 atau benar dan salah. Jika didefinisikan dalam rangkaian logika maka 1 menunjukan tegangan HIGH dan 0 menunjukan tegangan LOW. Untuk memperdalam pemahaman bagaimana persamaan logika diterapkan dalam rangkaian maka dalam modul ini dilakukan berbagai percobaan. Percobaan pertama yaitu mengenal dan memahami beberapa karakteristik dari gerbang logika seperti voltage transfer, noise margin serta propagation delay. Selanjutnya dilakukan percobaan verifikasi fungsi logika untuk memahami parameter dari gerbanglogika yaitu operating point yg mempunyai range logika HIGH dan LOW dan dibandingkan hasilnya dengan tabel logika. Lalu untuk memperdalam pemahaman dilakukanlah percobaan rangkaian kombinasional sederhana yang menggunakan IC CMOS untuk

Gambar(2-1) karakteristik voltage transfer Sumber : http://i.stack.imgur.com/yviPp.jpg

Kata statik digunakan karena faktor waktu tak diperhitungkan disini sehingga VOH = VDD seperti pada gambar diatas. Dari karakteristik voltage transfer kita bisa mendapatkan operating point dan noise margin. Operating point adalah nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh gerbang logika yang teridentifikasi dengan nilai HIGH atau LOW. Tegangan masukkan bergantung pada tegangan keluaran, sehingga pada kasus inveter untuk mendapatkan HIGH operating point yang menjadi masukkan adalah tegangan low dan berlaku

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

sebaliknya seperti yang terlihat pada gambar dibawah.

Gambar (2-4) Propagation Delay

Gambar (2-2) Operating Point pada Inverter

Selanjutnya ada yang disebut Noise Margin, yang dapat didefiniskan sebagai jumlah tegangan derau efetif yang dapat ditolerir oleh input tanpa mengubah nilai output keluaran gerbang logika. Nilai noise margin dapat didapatkan dengan dua nilai tegangan. Seperti pada gambar dibawah ini.

Dari kedua nilai tersebut kita dapat mencari worst case propagation delay yang didefinisikan tPD = maksimum(tPHL,tPLH) dan dapat juga dicari rata-ratanya yaitu tPD(average) = (tPHL + tPLH)/2

3.

Gambar (2-3) Noise Margin

Tegangan input yang lebih tinggi dapat disebut VIH, dan yang lebih rendah adalah VIL. Sehingga didapat dengan menyertakan tegangan VOH dan VOL. Untuk LOW noise margin dirumuskan sebagai

METODOLOGI

Praktikum modul Pramater Gerbang Logika ini menggunakan beberapa kit praktikum gerbang logika dan IC. Diantaranya terdapat inverter 74LS04 dan CMOS 4007 untuk mengetahui karakteristik voltage transfer. Lalu terdapat IC 7408 untuk mengetahui delay propagasi. Untuk mengetahui verifikasi fungsi logika juga digunakan IC yang sudah disamarkan untuk mencari tahu sifat IC tersebut dari percobaan input output. Untuk mendukung percobaan dibutuhkan set osiloskop, generator sinyal, power supply, project board dan beberapa buah jenis kabel sesuai kebutuhan. Karakteristik Voltage Transfer

NML = VIL – VOL Untuk HIGH noise margin NMH = VIH - VOH

2.2

Siapkan Kit PGL 1A, 1B

GATE DELAY

Suatu delay pasti terdapat dalam setiap komponen karena ada waktu proses tersendiri, begitu juga dalam logical gate. Dalam Gate delay parameter yang diukur adalah High to Low propagation time yang disebut sebagai tPHL. tPHL adalah waktu dari level tegangan saat falling input waveform sampai falling output waveform. Lalu ada juga yang disebut sebagai tPLH (Low to High propagation time) yang adakag waktu tegangan saat rising input waveform hingga rising output waveform.

Power supply 5V -> VCC & GND

Generator Sinyal, frekuensi 1KHz, VMax 5V, Gel. Segitiga

Kanal 2 ke OUT Gate

Output Generator Sinyal ke IN Gate

Kanal 1 ke IN Gate

Osilosko pke X-Y, amati Ulangi untuk kit berbeda Cari nilai-nilai dan catat

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

Delay Propagasi

Kit Praktikum PGL 1C Powersupply > GCC & GND

Gerbang Logika NOR TTL Atur sumbu ditengah

Ulangi dengan negative slope

Sinyal Kotak, frekuensi 300KHz

Triggering, Slope, Postive Edge

Kit Praktikum PGL NOR TTL

Dokumen tasikan

Power supply 5V -> VCC & GND IN A, IN B, IN C tegangan 0V

Cari nilainilai, bandingk an

Kanal IN 1v/DV, TIME/DI V 0.2 us

4.

IN 1, IN 2, IN 3 5V

Amati, buat tabel

dua IN, 5V

simpulkan

salah satu IN, 5V

HASIL DAN ANALISIS

Setelah melakukan percobaan, didapatkan data percobaan yang dapat memperjelas tentang Parameter Fungsi Logika Verfikasi Fungsi Logika

Karakteristik Voltage Transfer Inverter IC 74LS04

Kit PGL 1D Satu kanal OS utk tegangan keluar

HIGH = 5V, LOW = GND

Voltmeter Pin OUT

Buat Tabel Logika

Rangkaian Kombinasional Sederhana Persamaan Logika Q = A+B Semua NAND, supaya bisa jd OR

Catat

Rancang IC CMOS 7400 pd project board

Verifikasi

Dengan menggunakan Inverter IC 74LS04 kami mendapat operating point dan Noise margin dari nilai nilai saat diamati dengan osiloskopdengan mode X-Y. Dengan konfigurasi CH1 : 2V, CH2: 5V didapat nilai nilai berikut VOH

5V

VIH

3V

VOL

0,2 V

VIL

4,1 V

Untuk mendapatkan nilai Noise Margin maka dari data pada table diatas diolah

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

3

NMH = VOH-VIH = 5 V – 3 V = 2V

Delay Propagasi

Dan

Dengan menggunakan IC 74LS08 dan mengubah setting osiloskop menjadi 0,2 us serta berfrekuensi 300 KHz, delay propagasi dapat teramati

NML = VIL – VOL = 4,1 V – 0,2 V = 3, 9 V

Positive slope

CMOS 4007

Dengan menggunakan CMOS 4007 kami mendapat operating point dan Noise margin dari nilai nilai saat diamati dengan osiloskop dengan mode X-Y. Dengan konfigurasi CH1 : 2V, CH2: 5V didapat nilai nilai berikut VOH

5V

VIH

2,5 V

VOL

0,2 V

VIL

4V

Negative slope

Untuk mendapatkan nilai Noise Margin maka dari data pada table diatas diolah NMH = VOH-VIH = 5V – 2,5 V = 2,5V Dan NML = VIL – VOL = 4 V – 0,2 V = 3, 8 V Dari percobaan dengan 2 jenis IC diatas, dapat dilihat bahwa tiap komponen memiliki Noise margin yang berbeda dan tak mesti berbanding lurus antar NMH dan NML nya, terbukti dengan NMH CMOS 4007 lebih besar daripada IC 74LS04 namun NML nya lebih kecil.

Dari gambar diatas dapat teramati tPLH dan tPHL. Low to High propagation time yang didapat ialah tPLH = 104 ns

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

4

dan High to Low propagation time yang didapat ialah

0

0

0

1

tPHL = 108 ns

0

1

1

1

Dari kedua data diatas dapat dicari rata-ratanya yang disebut tPD

1

0

0

1

tPD = (tPLH + tPHL) /2

Dari 4 kombinasi, kami menyimpulkan bahwa Gate yang kami uji adalah Gerbang NAND karena hanya akan memberikan nilai 0 jika semua inputnya diberi HIGH voltage atau nilai 1.

tPD = (104 + 108) / 2 tPD = 106 ns Jika dibandingkan dengan datasheet dari IC 74LS08 itu sendiri, nilai tPD IC 74LS08 yang kami dapat ada kesalahan dalam pembacaan skala, sehingga bisa mencapai ratusan ns t pd nya. Namun jika di koreksi peletakan komanya, makan nilai IN1

IN2

OUT

1

0

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

Rangkaian Kombinasional Sederhana Pada percobaan ini kami mengkonversikan suatu persamaan logika ke bentuk lainnya Pada kasus ini kami menggunakan dua NAND yang diserikan seperti gambar dibawah ini

akan medekati real sesuai data sheet yaitu 11,75 ns Verfikasi Fungsi Logika Dengan diberikan gate yang disamarkan, kami mengidentifikasi jenis gate itu dengan melakukan percobaan yang menggunakan pengukuran voltase pada input-output Gate 1 IN 1

IN 2

IN 3

OUT

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

IN1

IN2

IN3

OUT

1

1

1

0

Jadi dari perancangan dan diuji dengan table dapat disimpulkan bahwa kombinasi NAND dapat menghasilkan gerbang yang ekuivalen dengan gerbang OR. Pada percobaan kali ini kami tak sempat melakukan verifikasi dengan melakukan erancangan dan percobaan dengan project board karena keterbatasan waktu. Gerbang Logika NOR TTL Dengan menggunakan Kit Praktikum Gerbang Logika NOR TTL kami membuktikan bawha dengan berbagai kombinasi input voltase kami dapat melihat dan memverifikasi sifat suatu gerbang

Dari 4 kombinasi, kami menyimpulkan bahwa Gate yang kami uji adalah Gerbang AND karena hanya akan memberikan nilai 1 jika semua inputnya diberi HIGH voltage atau nilai 1. Gate 2

Dengan truth table kami mensimulasikan jalannya rangkaian itu

Dengan 6 kombinasi yang kami coba langsung yaitu semua input tegangan LOW, 1 input tegangan HIGH (5V), 2 input tegangan HIGH, dan semua input tegangan HIGH kami dapat membuktikan lebih lanjut dengan truth table IN1

IN2

IN3

OUT

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

5

1

1

0

0

1

1

1

0

Terbukti benar bahwa kit yang kami uji adalah NOR karena hanya akan memberikan nilai 1 jika semua Input diberikan LOW voltage.

5.

KESIMPULAN

Dari semua percobaan yang telah dilakukan dalam modul Parameter Gerbang Logika ini dapat disimpulkan bahwa dalam kondisi real setiap gate memiliki karakteristik tersendiri yang membatasi kemungkinan tertentu sehingga dalam pengunaannya kita harus memikirkan aspek sperti Noise margin dan delay propagation agar nilai logika masih dalam rentang logika 1 (HIGH) dan 0 (LOW). Dapat disimpulkan juga bahwa fungsi pada sebuah gate pada kombinasi beberapa gate dapat ditentukan dengan memverfikasi fungsinya menggunakan truth table dan uji coba berbagai kombinasi tegangan pada input.

DAFTAR PUSTAKA [1]

Mervin T. Hutabarat., Petunjuk Praktikum Sistem Digital dan Mikroprosesor, Laboratorium Dasar Teknik Elektro, Bandung, 2015.

[2]

http://nizarshia.blogspot.co.id/2013/07/teor i-dasar-gerbang-logika.html, 29/09/15, 23.58

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

6...