Aplikasi counter atau shift register
Rangkaian penjumlah biner 4-bit yang menggunakan IC 74LS83 merupakan sebuah 4-bit binary full adder yang berfungsi untuk menjumlahkan dua bilangan biner 4-bit beserta sinyal carry-in. Rangkaian ini menjadi salah satu komponen dasar dalam operasi aritmatika digital yang banyak diterapkan pada komputer dan berbagai perangkat elektronik. IC 74LS83 memungkinkan proses penjumlahan dilakukan secara serentak pada keempat bit, sehingga menghasilkan nilai penjumlahan dan carry-out dengan cepat serta tepat. Pemahaman mengenai cara kerja rangkaian ini sangat penting karena menjadi dasar dalam perancangan unit aritmatika dan sistem digital yang lebih kompleks.
- Untuk memenuhi tugas Sistem Digital yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison, M.T.
- Mengetahui komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan dan pengujian rangkaian penjumlah biner 4-bit menggunakan IC 74LS83.
- Memahami bentuk rangkaian serta mensimulasikan kerja penjumlah biner 4-bit menggunakan perangkat lunak Proteus untuk mengamati hasil penjumlahan dan carry yang dihasilkan.
1. Battery
Switch merupakan sakelar yang digunakan untuk menyambungkan maupun memutus aliran arus listrik pada rangkaian. Sementara itu, DIP switch (Dual Inline Package switch) adalah sekumpulan sakelar kecil yang tersusun dalam satu paket/baris dan umumnya digunakan untuk memberikan masukan logika 1 atau 0 pada IC dengan cara yang lebih praktis dan rapi.
Spesifikasi:
Rentang spektrum kerja berada pada kisaran 760 nm hingga 1100 nm.
Mampu mendeteksi objek pada sudut antara 0° hingga 60°.
Dapat beroperasi dengan catu daya sebesar 3,3 V sampai 5,3 V.
Memiliki rentang suhu kerja yang cukup luas, yaitu dari -25°C hingga 85°C.
Dimensi fisik komponen sekitar 27,3 mm × 15,4 mm sehingga mudah diintegrasikan ke dalam rangkaian elektronika.
Spesifikasi Sensor Getaran SW-420:
Tegangan suplai: DC 3,3 V – 5 V.
Arus kerja: sekitar 15 mA.
Menggunakan sensor getaran SW-420 tipe Normally Closed (NC).
Dilengkapi IC komparator LM393.
Sensitivitas dapat diatur melalui potensiometer 10 kΩ.
Output berupa sinyal digital (DO).
Dilengkapi LED indikator daya dan LED status.
Dimensi modul: 3,8 cm × 1,3 cm × 0,7 cm.
Berat: sekitar 10 gram.
Features
- Carbon Film Resistor
- 4-band Resistor
- Resistor value varies based on selected parameter
- Power rating varies based on selected parameter
Spesifikasi Transistor BC547:
Tipe transistor: NPN.
Arus kolektor maksimum: 100 mA.
Tegangan kolektor-emitor maksimum: 65 V.
Dikemas dalam paket TO-92 (SOT54).
Memiliki konsumsi arus yang rendah.
Cocok digunakan untuk aplikasi switching dan penguatan sinyal.
Transistor komplemennya adalah BC556 dan BC557 (tipe PNP).
Tegangan coil: DC 5V
Struktur: Sealed type
Sensitivitas coil: 0.36W
Tahanan coil: 60-70 ohm
Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC
Ukuran: 196154155 mm
Jumlah pin: 5
8. Logic State
Spesifikasi:
- Standar konduktor: DIN VDE 0295, IEC 60228, BS 6360.
- Standar isolasi: DIN EN 50290-2-22, DIN VDE 0207-363-4-1.
- Standar kabel: IEC 60227-5, EN 50525-2-51, VDE 0281-13.
- Standar ketahanan api: DIN VDE 0482-332-1-2, DIN EN 60332-1-2, IEC 60332-1-2.
- Memenuhi direktif RoHS, REACH, dan CE.
Spesifikasi:
- Penguatan tegangan open-loop (Av): tak terhingga (∞).
- Tegangan offset keluaran (Voo): 0 V.
- Impedansi masukan (Zin): tak terhingga (∞).
- Impedansi keluaran (Zout): 0 Ω.
- Lebar pita (Bandwidth/BW): tak terhingga (∞).
- Karakteristik kerja stabil terhadap perubahan suhu.
Buzzer Features and Specifications
- Rated Voltage: 6V DC
- Operating Voltage: 4-8V DC
- Rated current: <30mA
- Sound Type: Continuous Beep
- Resonant Frequency: ~2300 Hz
- Small and neat sealed package
- Breadboard and Perf board friendly
Gerbang AND IC 4081 merupakan gerbang logika yang membutuhkan dua atau lebih masukan (input) untuk menghasilkan satu keluaran (output). Keluaran akan bernilai logika 1 apabila seluruh masukan bernilai logika 1. Sebaliknya, keluaran akan bernilai logika 0 jika terdapat salah satu masukan yang bernilai logika 0.
Konfigurasi pin:
- Pin 7 berfungsi sebagai catu daya negatif (GND).
- Pin 14 berfungsi sebagai catu daya positif (VDD).
- Pin 1 & 2, 5 & 6, 8 & 9, serta 12 & 13 merupakan pin masukan gerbang.
- Pin 3, 4, 10, dan 11 merupakan pin keluaran gerbang.
Spesifikasi:
- Tegangan catu daya: 3 V – 15 V.
- Jenis fungsi: Quad 2-Input AND Gate.
- Waktu tunda propagasi (Propagation Delay): 55 ns.
- Level tegangan input/output: CMOS.
- Tipe kemasan: DIP 14-pin.
IC 74247 adalah sebuah IC decoder BCD ke 7-segmen berbasis TTL yang berfungsi mengonversi kode BCD (Binary Coded Decimal) menjadi sinyal keluaran yang sesuai untuk mengendalikan tampilan 7-segmen. IC ini bekerja pada tegangan TTL sebesar +5 V DC dan banyak digunakan untuk menampilkan angka desimal pada display 7-segmen.
IC 74LS83 bekerja dengan menjumlahkan dua bilangan biner 4-bit yang diberikan pada masukan A1–A4 dan B1–B4. Proses penjumlahan dimulai dari bit paling rendah (LSB) dan dilanjutkan ke bit yang lebih tinggi menggunakan carry internal. Setiap pasangan bit masukan akan dijumlahkan bersama carry-in yang diterima dari tahap sebelumnya sehingga menghasilkan keluaran sum dan carry. Carry yang dihasilkan akan diteruskan ke tahap berikutnya hingga seluruh bit selesai diproses. Hasil akhir penjumlahan ditampilkan pada keluaran S1–S4, sedangkan carry akhir akan muncul pada pin C4 sebagai carry-out.
Dalam suatu sistem keamanan dan monitoring otomatis, diperlukan sebuah rangkaian yang mampu mendeteksi berbagai kondisi berbahaya di lingkungan, seperti adanya api, pergerakan manusia, dan getaran yang tidak normal. Apabila sistem hanya menggunakan satu jenis sensor, kemungkinan terjadinya kesalahan deteksi masih cukup besar. Oleh karena itu, diperlukan kombinasi beberapa sensor agar sistem dapat memberikan respons yang lebih sesuai terhadap kondisi yang terjadi.
Permasalahan utama dalam perancangan rangkaian ini adalah bagaimana menggabungkan sinyal keluaran dari sensor flame, sensor PIR, dan sensor vibration sehingga dapat diproses oleh rangkaian logika digital untuk menentukan kondisi tertentu. Setiap sensor menghasilkan sinyal logika berdasarkan kondisi yang dideteksi. Sinyal-sinyal tersebut kemudian diproses menggunakan gerbang logika AND sehingga keluaran hanya aktif apabila kombinasi kondisi input yang telah ditentukan terpenuhi.
Selain itu, keluaran dari rangkaian logika memiliki kemampuan arus yang terbatas sehingga tidak dapat secara langsung mengaktifkan beban seperti relay, motor, dan buzzer. Oleh karena itu, digunakan transistor NPN BC547 sebagai sakelar elektronik untuk memperkuat kemampuan pengendalian beban. Relay kemudian digunakan untuk menghubungkan atau memutus beban dengan aman berdasarkan sinyal kontrol yang diterima.
Sistem juga harus mampu memberikan indikator yang mudah diamati oleh pengguna. Oleh karena itu, digunakan LED sebagai indikator visual, buzzer sebagai indikator suara, motor sebagai representasi aktuator, serta seven segment untuk menampilkan kondisi tertentu dari sistem.
Dengan demikian, permasalahan yang harus diselesaikan adalah bagaimana merancang suatu sistem digital yang mampu menerima beberapa masukan dari sensor, mengolah kombinasi logika menggunakan gerbang AND, dan menghasilkan respons otomatis berupa pengaktifan LED, buzzer, relay, motor, serta tampilan seven segment sesuai dengan kondisi yang terdeteksi. Sistem harus mampu bekerja secara stabil dan memberikan keluaran yang sesuai dengan kombinasi input yang diberikan.
7. Soal Latihan dan Jawaban
1. Jelaskan fungsi sensor flame, sensor PIR, dan sensor vibration pada rangkaian serta jenis kondisi yang dideteksi oleh masing-masing sensor!
Jawaban:
Ketiga sensor pada rangkaian memiliki fungsi yang berbeda sebagai masukan atau input bagi sistem.
Sensor flame berfungsi untuk mendeteksi keberadaan api berdasarkan pancaran cahaya inframerah yang dihasilkan oleh nyala api. Ketika api terdeteksi, sensor akan menghasilkan perubahan kondisi logika pada keluarannya yang kemudian digunakan sebagai sinyal input untuk rangkaian berikutnya.
Sensor PIR (Passive Infrared) berfungsi untuk mendeteksi adanya pergerakan manusia atau objek yang memancarkan radiasi inframerah. Ketika terjadi pergerakan dalam jangkauan sensor, keluaran sensor akan berubah menjadi kondisi logika aktif.
Sensor vibration berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran atau guncangan. Pada rangkaian ini digunakan sensor getaran SW-420 yang menghasilkan sinyal digital ketika getaran yang terdeteksi melebihi batas sensitivitas yang telah ditentukan.
Dengan demikian, ketiga sensor tersebut memungkinkan sistem untuk mendeteksi tiga kondisi berbeda, yaitu keberadaan api, pergerakan manusia, dan getaran.
2. Jelaskan bagaimana gerbang logika AND bekerja dalam mengolah sinyal dari beberapa sensor pada rangkaian!
Jawaban:
Gerbang logika AND digunakan untuk menggabungkan dua atau lebih sinyal input dari sensor. Prinsip kerja gerbang AND adalah menghasilkan keluaran logika 1 atau HIGH hanya apabila seluruh input bernilai logika 1 atau HIGH.
Tabel kebenaran gerbang AND dua input adalah:
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Sebagai contoh, apabila input A berasal dari sensor flame dan input B berasal dari sensor PIR, maka output gerbang AND hanya akan bernilai 1 ketika kedua sensor berada pada kondisi aktif secara bersamaan.
Jika:
Sensor flame = 1
Sensor PIR = 1
Maka:
Y = A · B
Y = 1 · 1 = 1
Dengan demikian, keluaran rangkaian menjadi aktif. Namun, apabila salah satu sensor menghasilkan logika 0, maka output gerbang AND juga akan bernilai 0.
3. Jelaskan fungsi transistor BC547 dan relay pada rangkaian serta alasan keluaran sensor atau gerbang logika tidak langsung digunakan untuk mengaktifkan beban seperti motor dan buzzer!
Jawaban:
Transistor BC547 merupakan transistor jenis NPN yang digunakan sebagai sakelar elektronik. Sinyal keluaran dari sensor atau gerbang logika diberikan ke terminal basis transistor melalui resistor. Ketika basis menerima sinyal yang cukup, transistor akan aktif sehingga arus dapat mengalir dari kolektor menuju emitor.
Relay merupakan sakelar elektromagnetik yang digunakan untuk mengendalikan beban berdasarkan sinyal listrik dari rangkaian kontrol. Ketika transistor BC547 aktif, arus akan mengalir melalui kumparan relay sehingga kontak relay berpindah dan dapat mengaktifkan beban seperti motor, buzzer, atau perangkat lainnya.
Keluaran sensor dan gerbang logika tidak digunakan secara langsung untuk mengaktifkan motor atau beban berarus besar karena kemampuan arus keluarannya terbatas. Jika beban langsung dihubungkan ke keluaran sensor atau IC logika, rangkaian dapat bekerja tidak stabil atau bahkan mengalami kerusakan.
- Prosedur
Rangkaian Aplikasi Counter Pendeteksi Gempa Bumi dan Percikan Api di Ruangan Kantor bekerja sebagai sistem keamanan otomatis yang menggunakan beberapa jenis sensor untuk mendeteksi kondisi berbahaya di dalam ruangan. Sistem ini terdiri dari sensor getaran untuk mendeteksi gempa bumi, flame sensor untuk mendeteksi percikan api, sensor PIR untuk mendeteksi gerakan manusia di dekat pintu, serta sensor gas untuk mendeteksi keberadaan asap. Setiap sensor terhubung dengan rangkaian pengolah dan aktuator yang berbeda sehingga sistem dapat memberikan respons otomatis sesuai dengan jenis kondisi yang terdeteksi.
Pada kondisi awal, ketika tidak terdapat getaran maupun percikan api, sensor vibration dan flame sensor berada dalam kondisi tidak aktif sehingga sistem berada pada keadaan normal. Sinyal keluaran kedua sensor tersebut kemudian masuk ke bagian encoder dan decoder untuk diolah dan ditampilkan melalui seven segment. Tampilan seven segment digunakan sebagai indikator jumlah atau kondisi bahaya yang sedang terdeteksi. Apabila kedua sensor tidak aktif, seven segment menampilkan angka 0. Apabila hanya salah satu sensor yang aktif, seven segment menampilkan angka 1, sedangkan apabila sensor getaran dan flame sensor aktif secara bersamaan, seven segment menampilkan angka 2.
Ketika sensor vibration mendeteksi adanya getaran atau gempa bumi, keluaran sensor berubah menjadi kondisi aktif. Sinyal tersebut kemudian diteruskan menuju rangkaian transistor yang bekerja sebagai sakelar elektronik untuk mengaktifkan relay. Ketika relay aktif, indikator peringatan gempa akan menyala sebagai tanda bahwa sistem telah mendeteksi adanya getaran. Pada saat yang sama, kondisi sensor juga dikirim menuju rangkaian encoder dan decoder sehingga informasi jumlah bahaya yang aktif dapat ditampilkan pada seven segment.
Ketika flame sensor mendeteksi adanya percikan atau nyala api, keluaran sensor berubah menjadi aktif dan diteruskan ke rangkaian kontrol. Sinyal tersebut mengaktifkan transistor dan relay sehingga buzzer berbunyi sebagai alarm peringatan, sedangkan pompa air diaktifkan untuk melakukan proses pemadaman. Kondisi aktif dari flame sensor juga diteruskan menuju rangkaian encoder dan decoder agar perubahan kondisi bahaya dapat ditampilkan melalui seven segment.
Selain mendeteksi gempa dan api, rangkaian juga dilengkapi dengan sensor PIR yang ditempatkan di dekat pintu masuk. Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gerakan manusia. Ketika seseorang berada dalam jangkauan sensor, PIR menghasilkan sinyal keluaran yang kemudian diteruskan menuju rangkaian non-inverting amplifier untuk memperkuat sinyal. Setelah itu, sinyal mengendalikan transistor dan relay sehingga sistem pembuka pintu dapat diaktifkan secara otomatis. Dengan demikian, pintu dapat terbuka ketika terdapat seseorang yang terdeteksi di dekatnya.
Pada bagian lainnya, sensor gas yang ditempatkan di bagian atas ruangan kantor digunakan untuk mendeteksi keberadaan asap. Ketika asap terdeteksi, sensor menghasilkan sinyal yang diteruskan menuju rangkaian non-inverting amplifier dan rangkaian kontrol. Sinyal tersebut kemudian mengaktifkan transistor serta relay sehingga kipas sirkulasi udara bekerja secara otomatis untuk membantu mengeluarkan asap dan memperbaiki sirkulasi udara di dalam ruangan.
Secara keseluruhan, prosedur kerja rangkaian dimulai dengan menjalankan simulasi pada Proteus, kemudian setiap sensor diberikan kondisi sesuai dengan keadaan yang ingin disimulasikan. Sistem akan membaca kondisi sensor, mengolah sinyal melalui rangkaian logika, encoder, decoder, amplifier, transistor, dan relay, kemudian menghasilkan respons melalui seven segment dan aktuator. Dengan demikian, rangkaian ini mampu melakukan pendeteksian gempa bumi, percikan api, gerakan manusia, dan asap serta memberikan respons otomatis berupa indikator peringatan, buzzer, pompa air, pembukaan pintu, dan pengaktifan kipas sirkulasi udara sesuai dengan kondisi yang terdeteksi.
- Rangkaian Aplikasi counter atau shift register
- Download Simulasi
Rangkaian klik
disini
- Download Video klik
disini
- Download Library Sensor
Vibration klik
disini
- Download Library Sensor
PIR klik
disini
- Download Library Flame
Sensor klik
disini
- Download Datasheet Sensor
Vibration klik
disini
- Download Datasheet Sensor
PIR klik
disini
- Download Datasheet Flame
Sensor klik
disini
- Download Datasheet
Resistor klik
disini
- Download Datasheet Transistor
NPN klik
disini
- Download Datasheet OPAMP klik
disini
- Download Datasheet LED klik
disini
- Download
Datasheet Motor DC klik disini
- Download Datasheet
Buzzer klik
disini
- Download Datasheet 7
Segment klik
disini
- Download Datasheet IC decoder
74247 klik
disini
- Download Datasheet Relay klik
disini
- Download Datasheet
Baterai klik
disini
- Download Datasheet Gerbang
AND klik
disini
- Download Datasheet
Switch klik
disini
- Download Simulasi
Rangkaian klik
disini
Komentar
Posting Komentar