Flip Flop

BAB II

PEMBAHASAN

A.    GAMBARAN UMUM RANGKAIAN MEMORI

Rangkaian memori merupakan rangkaian yang disusun secara sekuensial, yaitu rangkaian yang hasil output tergantung dari input. Dalam rangkaian memori kita harus menginputkan nilai terlebih dahulu agar nilai tersebut dapat disimpan, jenis rangkaian sekuensial yang dipakai dalam rangkaian memori adalah rangkaian flip flop.

Rangkaian flip flop dipakai karena rangkaian flip flop mempunyai karakteristik yaitu rangkaian tersebut akan tetap berada pada keadaan sebelumnya meskiput sinyal dari inputnya telah diputus.

B.    RANGKAIAN SEKUENSIAL

Rangkaian sekuensial merupakan rangkaian logika yang keadaan outputnya tergantung pada keadaan input, sedangkan keadaan inputnya juga bergantung pada keadaan output sebelumnya. Rangkaian sekuensial juga didefinisikan sebagai rangkaian logika yang outputnya tergantung waktu, output tidak bergantung pada nilai input saat itu, tetapi juga input sebelumnya.

Oleh karena itu rangkaian sekuensial dikatakan memiliki karakteristik memori, Flip flop merupakan bagian dari rangkaian sekuensial yang juga memiliki karakteristik memori. Ciri-ciri dari rangkaian sekuensial adalah :

·         Outputnya tergantung bukan hanya pada input yang ada sekarang, namun juga pada input yang telah lalu.

·         Memiliki fungsi pengingat, artinya rangkaian ini mampu melakukan proses penyimpanan data sesuai dengan kombinasi masukan yang diberikan.

·         Memiliki dua output, yaitu satu untuk output dari data yang disimpan dan satunya merupakan komplemen.

C.     FLIP FLOP

Flip flop merupakan suatu rangkaian logika dengan dua output yang saling berlawanan. Dalam  flip flop terdapat dua keadaan yang mungkin terjadi, yaitu: Q = 0, Q’ = 1 dan Q = 1, Q’ = 0, Flip flop memiliki satu input atau lebih yang digunakan untuk mengoperasikan flip flop bolak balik. Sekali sebuah sinyal input mengoperasikan flip flop menuju suatu keadaan tertentu, flip flop tersebut akan tetap berada pada keadaan itu meskipun setelah sinyal inputnya terputus, hal ini merupakan karakteristik memori dalam rangkaian flip flop.

1)      NAND Gate Latch

TABEL KEBENARAN
SET	RESET	Q	Q’
1	1	Tidak Berubah
0	1	1	0
1	0	0	1
0	0	Tidak Tentu

Rangkaian dasar flip flop dapat disusun dari dua buah NAND gate atau NOR gate. Apabila disusun dari NAND gate maka diseut NAND gate latch, dua buah NAND gate disilangkan antara output NAND gate 1 dihubungkan dengan salah satu input NAND gate 2, dan sebaliknya. Output gate diberi nama Q dan Q’. Dalam kondisi normal kedua output tersebut saling berlawanan, input tersebut diberi nama SET dan RESET.

·           SET = 1, RESET = 1 : tidak mempengaruhi keadaan flip flop, flip flop tetap berada pada keadaan sebelumnya.

·           SET = 0, RESET = 1 : menghasilkan Q = 1 tanpa memperdulikan keadaan output flip flop sebelumnya, hal ini disebut mengeset flip flop pada keadaan 1 atau keadaan tinggi.

·           SET = 1, RESET  = 0 : menghasilkan Q = 0 tanpa memperdulikan keadaan output flip flop sebelumnya, hal ini disebut mereset flip flop pada keadaan 0 atau keadaan rendah.

·           SET = 0, RESET = 0 : keadaan tidak menentu dan seharusnya tidak digunakan.

2)      NOR Gate Latch

Dua buah NOR gate yang saling disilangkan disebut dengan NOR gate latch, dengan dua buah output Q dan Q’ yang saling berlawanan serta dua buah input SET dan RESET. Jika nilai 1 diberikan pada input SET maka kondisi ini menyebabkan flip flop di set ke 1 (Q=1), jika nilai 1 diberikan pada input RESET maka kondisi ini menyebabkan flip flop di reset ke 0 (Q=0).

TABEL KEBENARAN
SET	RESET	Q	Q’
0	0	Tidak Berubah
1	0	1	0
0	1	0	1
1	1	Tidak Tentu

·           SET = 0, RESET = 0 : tidak mempengaruhi keadaan flip flop, flip flop tetap berada pada keadaan sebelumnya.

·           SET = 1, RESET = 0 : menghasilkan Q = 1 tanpa memperdulikan keadaan output flip flop sebelumnya, hal ini disebut mengeset flip flop pada keadaan 1 atau keadaan tinggi.

·           SET = 0, RESET = 1 : menghasilkan Q = 0 tanpa memperdulikan keadaan output flip flop sebelumnya, hal ini disebut mereset flip flop pada keadaan 0 atau keadaan rendah.

·           SET = 1, RESET = 1 : keadaan tidak menentu dan seharusnya tidak digunakan.

3)      Clock

Clock merupakan suatu pulsa-pulsa periodik yang berbentuk bujur sangkar, clock digunakan pada flip flop untuk mengubah keadaan pada salah satu sisi naik atau turun dari pulsa clock. Pulsa clock flip flop akan mengubah keadaan pada transisi clock yang sesuai dan akan diam antara pulsa-pulsa clock yang berurutan.

Frekuensi dari pulsa clock ditentukan oleh berapa lama waktu yang dibutuhkan flip flop dan gate dalam rangkaian untuk memberikan respon terhadap perubahan yang dikomando oleh pulsa clock.

4)      Clocked SR Flip Flop

Pada clocked SR flip flop akan mengubah keadaan hanya jika suatu sinyal diberikan kepada clock inputnya melakukan suatu transisi dari 0 ke 1. Input S dan R mengontrol keadaan flip flop dengan cara yang sama seperti pada SR flip flop dasar (tanpa clock), tetapi flip flop tidak akan memberikan respon kepada input sampai terjadinya transisi naik atau pemberian nilai dari pulsa clock.

Output flip flop tidak akan terpengaruh oleh sisi turun dari pulsa clock, tingkat S dan R tidak mempunyai pengaruh terhadap flip flop kecuali pada saat terjadi transisi menuju sisi naik dari pulsa clock. Pada dasarnya input S dan R merupakan input pengontrol, yang mengontrol ke keadaan output flip flop apabila terjadi pulsa clock. Input clock adalah trigger (pemicu) yang sesungguhnya menyebabkan berubahnya keadaan flip flop sesuai dengan tingkat dari input S dan R.

Rangkaian internal Clocked SR Flip Flop dalam kenyataannya sudah ada dalam bentuk IC dimana rangkaiannya terdiri dari dua bagian, yaitu:

a)      NAND latch yang disusun dari NAND-3 dan NAND-4

b)      Rangkaian pulsa yang disusun dari NAND-1 dan NAND-2

5)      Clocked JK Flip Flop

Input pada J dan K mengontrol keadaan flip flop dengan cara yang sama seperti input S dan R, kecuali jika keadaan J = K = 1 tidak menghasilkan output yang tidak menentu, untuk keadaan ini flip flop akan selalu berada dalam keadaan yang berlawanan. Cara kerja flip flop ini dapat dianalisa dengan cara sebagai berikut.

a)      Mula-mula semua input adalah 0 dan output Q = 1

b)      Apabila terjadi sisi naik dari pulsa clock pertama pada kondisi J = 0 dan K = 1, maka output Q = 0

c)       Pulsa clock kedua mendapatkan J = 0 dan K = 0 pada saat transisi sisi naik maka akan menyebabkan output Q tetap pada kondisi sebelumnya yaitu Q = 0

d)      Pulsa clock ketiga mendapatkan J = 1 dan K = 0 pada saat transisi sisi naik maka menyebabkan output Q = 1

e)      Pulsa clock keempat mendapatkan J = 1 dan K = 1 pada saat melakukan transisi sisi naik maka menyebabkan flip flop toggle, sehingga output Q berlawanan dari kondisi sebelumnya Q = 0

 

6)      Clocked D Flip Flop

D input adalah suatu input pengontrol tunggal yang menentukan keadaan kerja flip flop. Pada dasarnya output Q akan memasuki keadaan kerja yang sama dengan yang terdapat pada input D apabila terjadi transisi sisi naik pada input clock. Setiap terjadi transisi sisi naik dari input clock, output Q memiliki nilai yang sama pada yang terdapat pada input D, transisi turun dari input clock tidak memiliki pengaruh.

D flip flop pada prinsipnya digunakan pada transfer data biner. SR flip flop dan JK flip flop dengan mudah dapat dimodifikasi menjadi D flip flop. D flip flop juda dapat dibentuk dari NAND gate yang ditambahkan dengan NOT gate.

D.    PENYUSUN RANGKAIAN MEMORI

Dalam menyusun rangkaian memori diperlukan bahan bahan yang digunakan untuk merangkai rangkaian D-Flip Flop yang merupakan rangkaian untuk menyusun 1 bit memori.

Bahan-bahan tersebut antara lain :

1)      Project Board

Project Board merupakan sejenis papan rangkaian yang umum digunakan untuk mencoba suatu rangkaian elektronik. Berikut merupakan gambar dari project board.

Project board memiliki banyak lubang dengan diameter sekitar 0.1 cm. Untuk menggunakan project board tidak perlu menggunakan solder, penggabungan komponen hanya menggunakan kabel jumper. Kabel yang digunakan sebagai jumper adalah kabel tunggal.

Pada bagian atas dan bawah, tiap lubang terhubung secara horisontal, sedangkan bagian tengah terhubung secara vertikal. Bagian atas dan bawah umumnya digunakan sebagai jalur sumber arus listrik. Bagian tengah digunakan sebagai tempat untuk memasang komponen yang akan dirangkai. Terkadang terdapat project board yang bagian atas dan bawahnya terbelah menjadi dua bagian.

Dalam project board proses merangkai komponen sangat bebas, tergantung keinginan pengguna begitu juga dengan penggantian komponen ataupun merubah sambungan antar kaki komponen karena komponen yang akan dihubungkan hanya perlu memasukkan kaki komponen kedalam lubang project board.

2)      Baterai

Baterai merupakan sumber energi dari setiap alat elektronik, baterai terdiri dari tiga macam komponen yaitu :

a)      Batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai)

b)      Seng (zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai)

c)       Pasta sebagai elektrolit (penghantar)

Dalam hubungan baterai dengan produk elektronik, baterai yang banyak digunakan adalah jenis baterai rumah tangga. Baterai dapat dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu :

a)      Baterai primer yaitu baterai yang hanya digunakan satu kali dan setelah habis tidak dapat diisi ulang.

b)      Baterai sekunder yaitu baterai yang bisa digunakan berkali-kali dengan mengisi kembali muatannya, apabila telah habis energinya setelah dipakai.

Baterai terdiri dari beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Sel baterai terdiri dari elektroda-elektroda. Elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positif disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron. Antara anoda dan katoda akan mengalir arus yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda), sedangkan elektron akan mengalir dari katoda menuju anoda.

Dalam rangkaian memori sederhana, baterai akan digunakan sebagai sumber energi tang akan memberi nilai masukan dalam rangkaian D-Flip Flop.

3)      IC

IC merupakan suatu media yang berisi berbagai macam komponen elektronika yang terintegrasi dan terhubung satu dengan yang lainnya sedemikian rupa untuk melaksanakan suatu fungsi tertentu. IC yang digunakan untuk merangkai rangkaian memori adalah IC tipe 7404 sebagai gerbang NOT dan IC tipe 7400 sebagai gerbang NAND.

IC tipe 7404 berbeda dengan IC yang lain karena hanya memiliki 1 input dan 1 output, sehingga dalam IC terdapat 6 gerbang NOT dengan 6 input dan 6 output. Gerbang logika dalam IC 7404 berfungsi sebagai inverter dari input, jika input bernilai 0 maka outputnya akan bernilai 1 dan jika input bernilai 1 maka outputnya bernilai 0.

Berikut gambaran IC 7404 :

IC tipe 7400 memiliki 2 input dan 1 output, gerbang logika NAND dalam IC 7400 menghendaki semua inputnya bernilai 0 (terhubung dengan ground) atau salah satunya bernilai 1 agar menghasilkan output yang bernilai 1. Sebaliknya jika semua input bernilai 1 maka outputnya bernilai 0, hal ini merupakan kebalikan dari operasi gerbang AND.

Berikut gambaran IC 7400 :

4)      Resistor

Resistor merupakan komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor arus listrik dapat didistribusikan sesuai kebutuhan.

Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari karbon, satuan resistensi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega). Resistor biasanya menggunakan kode warna sebagai petunjuk  besaran nilai resistensi, berikut gambaran resistor beserta kode warnanya :

Besaran resistensi suatu resistor dibaca dari posisi cincin yang paling depan ke arah cincin toleransi, posisi cincin toleransi berada pada badan resistor yang paling pojok atau dengan lebar yang paling menonjol, sedangkan posisi cincin paling depan agak sedikit kedalam.

Dalam rangkaian memori yang akan dibuat, resistor yang dipakai adalah resistor yang memiliki nilai resistensi 1 ohm.

5)      LED

LED merupakan singkatan dari Light Emitting Diode, LED merupakan komponen elektronik yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memancarkan cahaya. Macam-macam LED adalah

Karena LED merupakan salah satu jenis dioda maka LED memiliki 2 kutub yaitu anoda dan katoda, dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda. Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik, LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan, semakin tinggi arus yang mengalir maka semakin terang cahaya yang dihasilkan. Namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan 10mA-20mA dan pada tegangan 1,6 V-3,5 Vmenurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih dari 20mA maka LED akan terbakar, untuk menjaga agar LED tidak terbakar perlu digunakan resistor sebagai penghambat arus. Dalam rangkaian memori yang akan dibuat LED yang akan dipakai adalah LED warna hijau untuk output Q dan LED merah untuk output Q’.

6)      Saklar / Switch

Saklar digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik yang dilakukan secara langsung oleh orang yang mengoperasikan. Dengan kata lain pengoperasian dilakukan langsung oleh manusia dan tidak menggunakan alat bantu sehingga dapat juga disebut saklar mekanis.

Jenis saklar yang digunakan adalah jenis push button, push button merupakan jenis saklar yang banyak digunakan dalam rangkaian pengendali dan pengaturan. 2 saklar akan digunakan pada rangkaian memori yang akan dibuat, 1 saklar untuk clock dan satu untuk input D.

7)      Kabel Jumper

Kabel jumper merupakan kabel penghubung yang digunakan untuk menyambung rangkaian, karena dalam rangkaian membutuhkan jumper untuk menyambung dari satu lubang ke lubang lain pada project board. Kabel jumper yang dipakai adalah kabel jumper yang berjenis kabel tunggal.

E.     PERAKITAN RANGKAIAN MEMORI

Dalam perakitan memori akan digunakan rangkaian Clocked D Flip Flop, hal ini dikarenakan karena clocked D flop flop memiliki input tungggal yaitu input D. Clock akan digunakan sebagai input pulsa bernilai 1 atau 0 yang akan memicu input D. Clocked D Flip Flop yang akan digunakan menggunakan satu NOT gate dan empat NAND gate, berikut rangkaian gate dari Clocked D Flip Flop:

Berikut gambar simulasi menggunakan IC :

Proses perakitan yang pertama adalah menyiapkan project board, kemudian buat jalur arus listrik untuk dihubungkan dengan baterai, bagian atas dihubungkan sisi anoda (positif) baterai dan bagian bawah dihubungkan sisi katoda (negatif) baterai. Hubungkan juga sisi kanan dengan sisi kiri dari jalur positif dan jalur negatif, karena pada project board sisi kanan dan kiri dari jalur horisontal bagian atas dan bawah terbelah.

+

Penghubung Jalur Positif

Penghubung Jalur Negatif

-A

 

Proses Kedua adalah memasang IC tipe 7404 sebagai gerbang NOT dan IC tipe 7400 sebagai gerbang NAND. IC diletakkan di bagian tengah dari project board secara berjajar. Hubungkan bagian VCC dari IC dengan jalur positif di bagian atas project board dan bagian ground dengan jalur negatif di bagian bawah project board.

+

GROUND

GROUND

-A

IC NOT

IC NAND

VCC

VCC

Proses ketiga adalah membuat jalur rangkaian menggunakan kabel jumper, hubungkan IC NOT dan NAND sesuai jalur rangkaian Clocked D Flip Flop.

+

-A

Jalur Output Q dan Q’

Jalur Input Clock dan D

Proses keempat adalah memasang saklar clock dan input D, dan 2 LED, pasangkan saklar pertama sebagai  Clock pada bagian paling kiri sebagai input langsung menuju IC NAND, kemudian pasangkan saklar kedua sebagai input D di sebelah kanan saklar pertama sebagai input langsung menuju IC NOT dan IC NAND. LED dipasang sesuai jalur rangkaian output dari rangkaian Clocked D Flip Flop, kaki positif LED dihubungkan resistor berkapasitas 1 ohm terlebih dahulu kemudian dihubungkan  dengan output rangkaian sedangkan kaki negatif dihubungkan dengan ground, LED hijau dipasang sebelah kanan dari IC NAND, LED hijau sebagai output Q. Sedangkan LED merah di pasang sebelah kanan dari LED hijau, LED merah sebagai output Q’.

+

-A

Resistor 1 ohm

LED Hijau (Output Q)

LED Merah (Output Q’)

Penghubung Kaki Negatif LED dengan Ground

Saklar Clock

Saklar Input D

Penghubung Saklar Dengan Ground, Karena Tanpa Saklar Input Sudah Bernilai 1.

Karena dalam aplikasinya rangkaian memori sudah memiliki input bernilai 1, maka untuk membuat nilai input dari clock dan input D bernilai 0, saklar dihubungkan dengan ground.

F.     ANALISA RANGKAIAN MEMORI

Rangkaian memori yang telah dibuat dapat dianalisa menggunakan tabel kebenaran, berikut merupakan tabel kebenaran dari rangkaian memori yang telah dibuat.

TABEL KEBENARAN
D	CLOCK	Q	Q’
0	1	0	1
0	0	0	Tidak berubah (Menyimpan nilai sebagai memori) Tidak berubah (Menyimpan nilai sebagai memori) 1
1	1	1	0
1	0	1	0

Keadaan output Q tidak akan berubah pada saat clock bernilai pulsa 0 (rendah) namun output Q akan berubah sesuai input dari D jika clock bernilai pulsa 1 (tinggi). Pada saat input D memberi nilai 1 kemudian clock memicu dengan memberi pulsa bernilai 1 (tinggi) maka output Q akan merespon dengan memproses nilai dari input D kemudian output Q akan menghasilkan nilai 1, kemudian Clocked D Flip Flop akan berfungsi sebagai memori saat setelah output menghasilkan nilai 1, clock melakukan transisi bernilai 0 (rendah) maka nilai output Q akan tetap bernilai 1 walaupun input D melakukan input nilai 0, hal ini akan berubah jika clock melakukan transisi bernilai 1 (tinggi).