Aplikasi counter atau shift register



 

1. Pendahuluan (kembali)

            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.


2. Tujuan (kembali)

  • 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.

3. Alat dan Bahan (kembali)

1. Battery


Komponen yang digunakan pada rangkaian ini memiliki fitur pengaturan arus masukan secara otomatis sehingga dapat bekerja dengan berbagai sumber daya, seperti port USB maupun adaptor AC/DC. Selain itu, komponen ini mampu mendeteksi sumber daya yang digunakan dan melakukan pemilihan sumber secara otomatis untuk menjaga kestabilan proses pengisian. Tegangan masukan yang didukung berada pada rentang 4,35 V hingga 6,0 V dengan toleransi hingga 18 V saat tidak beroperasi. Komponen ini juga memiliki tingkat akurasi yang tinggi dalam mengatur tegangan pengisian serta mendukung pengaturan parameter secara digital melalui antarmuka I2C. Dengan fitur-fitur tersebut, komponen ini dapat digunakan untuk menghasilkan proses pengisian baterai yang lebih aman, stabil, dan efisien.

2. Sensor Flame

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.


3. Sensor Pir

Spesifikasi:

  • Tegangan masukan: DC 4,5–20 V.

  • Arus diam: sekitar 50 µA.

  • Output akan berlogika tinggi saat gerakan terdeteksi.

  • Sudut deteksi: 110°.

  • Jarak deteksi maksimum: 6–7 meter.

  • Pengaturan trigger: H (aktif) dan L (nonaktif).

4. Sensor Vibration

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.

5. Resistor

Features

  • Carbon Film Resistor
  • 4-band Resistor
  • Resistor value varies based on  selected parameter
  • Power rating varies based on selected parameter
6. Transistor NPN BC547

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).

7. Relay
Spesifikasi tipe relay: 5VDC-SL-C
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
Pin Relay:

8. Logic State
Memiliki empat gerbang logika independen yang terdiri dari pasangan masukan 1A–2A dengan keluaran A, 1B–2B dengan keluaran B, 1C–2C dengan keluaran C, dan 1D–2D dengan keluaran D. IC bekerja menggunakan catu daya VCC dan ground sebagai referensi tegangan.
9. Dioda (1N4007)

10. Kabel

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.
11. OP-AMP

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.
12. Buzzer

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
13. LED


14. Motor

Features of brushed DC motors
Advantages
    No need for a drive circuit when running at constant speed
    High-efficiency design
    Able to operate at high speeds
    High startup torque
    Responsive and easy to use as speed and torque can be controlled by voltage
Disadvantages
    Motor life is shortened by the need for brushes and a commutator, which are subject to wear.
    The brushes generate both electrical and acoustic noise

15. Switch

Features 
• Constant ON resistance for signals ±10V and 100 kHz connection diagram
 • tOFF < tON. break before make action
 • Open switch isolation at 1.0 MHz -50 dB
 • < 1.0 nA leakage in OFF state • TTL. DTL. RTL direct drive compatibility
 • Single disable pin turns all sWitches in package OFF  

16. Gerbang Logika AND (IC 4081)

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.
17. Seven Segment


Layar tujuh segmen merupakan perangkat tampilan elektronik yang digunakan untuk menampilkan angka desimal. Perangkat ini menjadi alternatif yang lebih sederhana dibandingkan layar dot-matrix dan banyak diterapkan pada jam digital, kalkulator, alat ukur elektronik, serta berbagai perangkat lain yang memerlukan tampilan data numerik.

18. Decoder (IC 74247)


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.

4. Dasar Teori (kembali)

Dalam sistem digital, operasi aritmatika merupakan salah satu fungsi dasar yang banyak digunakan dalam proses komputasi dan pengolahan data biner. Operasi yang paling umum adalah penjumlahan biner, yaitu proses penjumlahan yang hanya menggunakan dua digit, 0 dan 1. Pada penjumlahan biner, hasil yang diperoleh terdiri dari dua bagian, yaitu sum (hasil penjumlahan) dan carry (bit bawaan). Untuk melakukan proses tersebut secara efektif, digunakan rangkaian logika yang disebut full adder.

Full adder merupakan rangkaian logika kombinasi yang memiliki tiga masukan, yaitu bit A, bit B, dan carry-in, serta dua keluaran berupa sum dan carry-out. Rangkaian ini menjadi dasar dalam pembentukan penjumlah biner dengan jumlah bit yang lebih besar atau yang dikenal sebagai multi-bit adder.

Salah satu IC yang banyak digunakan untuk penjumlahan biner 4-bit adalah IC 74LS83. IC ini merupakan 4-bit binary full adder yang mengintegrasikan empat rangkaian full adder ke dalam satu chip. IC 74LS83 dapat menjumlahkan dua bilangan biner 4-bit beserta satu masukan carry (Cin) secara bersamaan, kemudian menghasilkan keluaran berupa hasil penjumlahan 4-bit dan carry-out (Cout). Oleh karena itu, IC ini sering digunakan pada rangkaian aritmatika digital seperti ALU (Arithmetic Logic Unit) dan mikroprosesor.

Konfigurasi dan Pin IC 74LS83

IC 74LS83 memiliki 16 pin dengan fungsi sebagai berikut:

  • A1–A4 dan B1–B4 sebagai masukan operand A dan operand B (4-bit).

  • C0 sebagai masukan carry-in eksternal.

  • S1–S4 sebagai keluaran hasil penjumlahan (sum).

  • C4 sebagai keluaran carry-out.

  • VCC dan GND sebagai catu daya +5 V dan ground.

Proses penjumlahan pada IC dimulai dari bit paling rendah (LSB) menuju bit paling tinggi (MSB) dengan memanfaatkan carry internal antar bit. Keluaran sum diperoleh dari operasi logika XOR antara input A, B, dan carry-in, sedangkan carry ditentukan melalui kombinasi logika AND dan OR dari masukan yang ada.

Cara Kerja

Saat dua bilangan biner 4-bit diberikan pada masukan A dan B serta ditambahkan carry-in jika diperlukan, IC 74LS83 akan melakukan proses penjumlahan secara berurutan. Setiap pasangan bit dijumlahkan bersama carry dari tahap sebelumnya sehingga menghasilkan satu bit sum dan satu carry-out. Carry-out tersebut kemudian diteruskan sebagai carry-in ke bit berikutnya. Hasil akhir yang diperoleh berupa keluaran sum 4-bit dan satu carry-out dari bit paling signifikan (MSB).

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.

6. Problem [kembali]

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:

ABY
000
010
100
111

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.

Oleh karena itu, transistor BC547 digunakan sebagai driver atau sakelar elektronik, sedangkan relay berfungsi sebagai penghubung antara rangkaian kontrol berdaya rendah dan beban yang membutuhkan arus lebih besar.                       

8. Percobaan [kembali]

  • 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
Vidio Percobaan

9. Download File [kembali]






Komentar

Postingan populer dari blog ini

PHASE-LOCKED LOOP FIG 13.27 DAN 13.28

LPF -20 dB

HPF 40 dB