Relasi Logika Dasar, Kombinasi Dan Sekuensial (NOT, AND, OR); (NOR,NAND, EXOR, EXNOR); (Flip Flop, Counter)

A.  Relasi Logika

Informasi dalam bentuk sinyal 0 dan 1 saling memberikan kemungkinan hubungan secara logik. Fungsi dasar relasi logik adalah : Fungsi AND, OR, dan Fungsi NOT. Disamping ketiga fungsi dasar tersebut ada beberapa fungsi logik yang sering digunakan yaitu : Fungsi EXCLUSIVE OR ( EX-OR ) dan Fungsi EQUIVALENCE. Di dalam Eletronika, fungsi-fungsi logik diatas dinyatakan dalam bentuk : Simbol, Tabel Kebenaran, Persamaan Fungsi dan Diagram Sinyal Fungsi Waktu.

B.  Operasi Logik Gerbang Dasar

Suatu fungsi logika atau operasi logika merupakan suatu kombinasi variabel biner seperti misalnya pada masukan dan keluaran dari suatu rangkaian digital yang dapat ditunjukkan bahwa semua hubungan logika antara variabel – variabel biner dapat dijelaskan oleh 3 operasi logika dasar yaitu :

–          Operasi AND (conjuction)

–          Operasi OR (disconjuction)

–          Operasi NOT (negation)

Operasi – operasi tersebut dijelaskan dalam 4 bentuk yaitu :

     Tabel fungsi (tabel kebenaran) yang menunjukkan keadaan semua variabel masukan dan keluaran untuk setiap kemungkinan.

     Simbol rangkaian untuk menjelaskan rangkaian digital.

     Persamaan fungsi

     Diagram Sinyal Fungsi Waktu

1.  Operasi AND (conjuction)

Operasi AND adalah relasi antara paling sedikit 2 variabel masukan dan sebuah variabel keluaran. Pernyataan logika dari operasi AND yaitu Apabila semua masukan berlogik “1”, maka keluarannya akan berlogik “1”, dan hanya jika salah satu masukannya berlogik “0”, maka keluarannya akan berlogik “0”.

 

2. Operasi OR (disconjuction)

Operasi OR adalah relasi antara paling sedikit 2 variabel masukan dan sebuah keluaran. Pernyataan logika dari operasi OR : Apabila salah satu masukan berlogik “1”, maka keluarannya akan berlogik “1”, dan hanya jika semua masukan berlogik “0”, maka keluarannya akan berlogik “0”.

3. Operasi NOT (Negation)

Operasi NOT adalah membalik sebuah variabel biner, misalnya jika masukannya adalah 0 maka keluarannya adalah 1. Pernyataan logika dari gerbang NOT : Apabila masukan berlogik “0”, maka keluarannya akan berlogik “1”, dan jika semua masukan berlogik “1”, maka keluarannya akan berlogik “0”.

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 logikaterutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay).Logika merupakan dasar dari semua penalaran (reasoning). Untuk menyatukan beberapa logika, kita membutuhkan operator logika dan untuk membuktikan kebenaran dari logika, kita dapat menggunakan tabel kebenaran. Tabel kebenaran menampilkan hubungan antara nilai kebenaran dari proposisi atomik. Dengan tabel kebenaran, suatu persamaan logika ataupun proposisi bisa dicari nilai kebenarannya. Tabel kebenaran pasti mempunyai banyak aplikasi yang dapat diterapkan karena mempunyai fungsi tersebut. Salah satu dari aplikasi tersebut yaitu dengan menggunakan tabel kebenaran kita dapat mendesain suatu rangkaian logika.Dalam makalah ini akan dijelaskan bagaimana peran dan kegunaan tabel kebenaran dalam proses pendesainan suatu rangkaian logika.

          Gerbang yang diterjemahkan dari istilah asing gate, adalah elemen dasar dari semua rangkaian yang menggunakan sistem digital. Semua fungsi digital pada dasarnya tersusun atas gabungan beberapa gerbanglogika dasar yang disusun berdasarkan fungsi yang diinginkan. Gerbang -gerbang dasar ini bekerja atas dasar logika tegangan yang digunakan dalam teknik digital.Logika tegangan adalah asas dasar bagi gerbang-gerbang logika. Dalam teknik digital apa yang dinamakan logika tegangan adalah dua kondisi tegangan yang saling berlawanan. Kondisi tegangan “ada tegangan” mempunyai istilah lain “berlogika satu” (1) atau “berlogika tinggi” (high), sedangkan “tidak ada tegangan” memiliki istilah lain “berlogika nol” (0) atau “berlogika rendah” (low). Dalam membuat rangkaian logika kita menggunakan gerbang-gerbang logika yang sesuai dengan yang dibutuhkan. Rangkaian digital adalah sistem yang mempresentasikan sinyal sebagai nilai diskrit. Dalam sebuah sirkuit digital,sinyal direpresentasikan dengan satu dari dua macam kondisi yaitu 1 (high, active, true,) dan 0 (low, nonactive,false).” (Sendra, Smith, Keneth C)

RANGKAIAN DASAR GERBANG LOGIKA

Jenis-jenis rangkaian dasar gerbang logika :

Gerbang Not (Not Gate)

       “Gerbang NOT atau juga bisa disebut dengan pembalik (inverter) memiliki fungsi membalik logikategangan 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 NOT ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

GERBANG AND (AND GATE)

          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 (OR GATE)

              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

        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

       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

       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

Gerbang X-NOR akan menghasilkan sinyal keluaran tinggi jika semua sinyal masukan bernilai sama (kebalikan dari gerbang X-OR).

RANGKAIAN GERBANG KOMBINASI

        “Semua rangkaian logika dapat digolongkan atas dua jenis, yaitu rangkaian kombinasi (combinational circuit) dan rangkaian berurut (sequential circuit). Perbedaan kedua jenis rangkaian ini terletak pada sifat keluarannya. Keluaran suatu rangkaian kombinasi setiap saat hanya ditentukan oleh masukan yang diberikan saat itu. Keluaran rangkaian berurut pada setiap saat, selain ditentukan oleh masukannya saat itu, juga ditentukan oleh keadaan keluaran saat sebelumnya, jadi juga oleh masukan sebelumnya. Jadi, rangkaian berurut tetap mengingat keluaran sebelumnya dan dikatakan bahwa rangkaian ini mempunyai ingatan (memory). Kemampuan mengingat pada rangkaian berurut ini diperoleh dengan memberikan tundaan waktu pada lintasan balik (umpan balik) dari keluaran ke masukan. Secara diagram blok, kedua jenis rangkaian logika ini dapat digambarkan seperti pada Gambar 1.” (Albert Paul Malvino, Ph.D.)

PERANCANGAN RANGKAIAN KOMBINASI

            “Rangkaian kombinasi mempunyai komponen-komponen masukan, rangkaian logika, dan keluaran, tanpa umpan balik. Persoalan yang dihadapi dalam perancangan (design) suatu rangkaian kombinasi adalah memperoleh fungsi Boole beserta diagram rangkaiannya dalam bentuk susunan gerbang-gerbang. Seperti telah diterangkan sebelumnya, fungsi Boole merupakan hubungan aljabar antara masukan dan keluaran yang diinginkan. Langkah pertama dalam merancang setiap rangkaian logika adalah menentukan apa yang hendak direalisasikan oleh rangkaian itu yang biasanya dalam bentuk uraian kata-kata (verbal). Berdasarkan uraian kebutuhan ini ditetapkan jumlah masukan yang dibutuhkan serta jumlah keluaran yang akan dihasilkan. Masing-masing masukan dan keluaran diberi nama simbolis. Dengan membuat tabel kebenaran yang menyatakan hubungan masukan dan keluaran yang diinginkan, maka keluaran sebagai fungsi masukan dapat dirumuskan dan disederhanakan dengan cara-cara yang telah diuraikan dalam bab-bab sebelumnya.

            Berdasarkan persamaan yang diperoleh ini, yang merupakan fungsi Boole dari pada rangkaian yang dicari, dapat digambarkan diagram rangkaian logikanya Ada kalanya fungsi Boole yang sudah disederhanakan tersebut masih harus diubah untuk memenuhi kendala yang ada seperti jumlah gerbang dan jenisnya yang tersedia, jumlah masukan setiap gerbang, waktu perambatan melalui keseluruhan gerbang (tundaan waktu), interkoneksi antar bagian-bagian rangkaian, dan kemampuan setiap gerbang untuk mencatu (drive) gerbangberikutnya. Harga rangkaian logika umumnya dihitung menurut cacah gerbang dan cacah masukan keseluruhannya. Ini berkaitan dengan cacah gerbang yang dikemas dalam setiap kemasan.

          Gerbang-gerbang logika yang tersedia di pasaran pada umumnya dibuat dengan teknologi rangkaian terpadu (Integrated Circuit, IC). Pemaduan (integrasi) gerbang-gerbang dasar seperti NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR pada umumnya dibuat dalam skala kecil (Small Scale Integration, SSI) yang mengandung 2 sampai 6 gerbang dalam setiap kemasan. Kemasan yang paling banyak digunakan dalam rangkaian logika sederhana berbentuk DIP (Dual- In-line Package), yaitu kemasan dengan pen-pen hubungan ke luar disusun dalam dua baris sejajar. Kemasan gerbang-gerbang dasar umunya mempunyai 14-16 pen, termasuk pen untuk catu daya positif dan nol (Vcc dan Ground). Setiap gerbang dengan 2 masukan membutuhkan 3 pen (1 pen untuk keluaran) sedangkan gerbang 3 masukan dibutuhkan 4 pen. Karena itu, satu kemasan 14 pen dapat menampung hanya 4 gerbang 2 masukan atau 3 gerbang 3 masukan.

        Dalam praktek kita sering terpaksa menggunakan gerbang-gerbang yang tersedia di pasaran yang kadang-kadang berbeda dengan kebutuhan rancangan kita. Gerbang yang paling banyak tersedia di pasaran adalah gerbang-gerbang dengan 2 atau 3 masukan. Umpamanya, dalam rancangan kita membutuhkan gerbang dengan 4 atau 5 masukan dan kita akan mengalami kesulitan memperoleh gerbang seperti itu. Karena itu kita harus mengubah rancangan sedemikian sehingga rancangan itu dapat direalisasikan dengangerbang-gerbang dengan 2 atau 3 masukan. Kemampuan pencatuan daya masing-masing gerbang juga membutuhkan perhatian. Setiap gerbang mampu mencatu hanya sejumlah tertentu gerbang lain di keluarannya (disebut sebagai fan-out). Ini berhubungan dengan kemampuan setiap gerbang dalam menyerap dan mencatu arus listrik. Dalam perancangan harus kita yakinkan bahwa tidak ada gerbang yang harus mencatu terlalu banyak gerbang lain di keluarannya. Ini sering membutuhkan modifikasi rangakaian realisasi yang berbeda dari rancangan semula. Mengenai karakteristik elektronik gerbang-gerbang logika dibahas dalam Lampiran A.” (Albert Paul Malvino, Ph.D.)

IMPLEMENTASI RANGKAIAN GERBANG LOGIKA DENGAN GERBANG NAND

Gerbang NAND (NOT And)

      “Gerbang NAND dan NOR merupakan gerbang universal, artinya hanya dengan menggunakan jenis gerbang NAND saja atau NOR saja dapat menggantikan fungsi dari 3 gerbang dasar yang lain (AND, OR, NOT). Multilevel, artinya: denganmengimplementasikan gerbang NAND atau NOR, akan ada banyak level / tingkatan mulai dari sisitem input sampai kesisi output. Keuntungan pemakaian NAND saja atau NOR saja dalam sebuah rangkaian digital adalah dapat mengoptimalkan pemakaian seluruh gerbang yang terdapat dalam sebuah IC, sehingga menghemat biaya.

       Gerbang NAND adalah pengembangan dari gerbang AND. Gerbang ini sebenarnya adalah gerbang AND yang pada outputnya dipasang gerbang NOT. Gerbang yang paling sering digunakan untuk membentuk rangkaian kombinasi adalah gerbang NAND dan NOR, dibanding dengan AND dan OR. Dari sisi aplikasi perangkat luar, gerbang NAND dan NOR lebih umum sehingga gerbang-gerbang tersebut dikenal sebagai gerbang yang “universal”. Gerbang-gerbang NOT, AND dan OR dapat di-substitusi ke dalam bentuk NAND saja.

       Untuk mendapatkan persamaan dengan menggunakan NAND saja, maka persamaan asal harus dimodifikasi sedemikian rupa, sehingga hasil akhir yang didapatkan adalah persamaan dengan NAND saja. Gerbang NAND sangat banyak di pakai dalam computer modern dan mengerti pemakaiannya sangat berharga bagi kita, untuk merancang jaringan gerbang NAND ke NAND, gunakan prosedur tabel kombinasi untuk ungkapan jumlah hasil kali,

         Dalam perancangan logika, gerbang logika siskrit tidak selalu digunakan ttapi biasanya beisi banyak gerbang, karena itu, biasanya lebih disukai untuk memanfaatkan satu jenis gerbang, dan bukan campuran beberapa gerbang untuk alasan ini konversi gerbang digunakan untuk menyatukan suatu fungsi gerbang tertentu dengan cara mengombinasikan beberapa gerbang yang bertipe sama, suatu misal implementasigerbang NAND ke dalam gerbang NO, gerbang AND dan gerbang OR (Kf Ibrahim, “Tehnik Digital”)

         Pertimbangan lain nya dalam impelemtasi fungis boole berkaitan dengan jenis gate yang digunakan, seringkali di rasakan perlu nya untuk mengimplimentasikan fungsi boole dengan hanya menggunakan gate-gate NAND saja, walaupun mungkin tidak merupakan implementasi gate minimum, teknik tersebut memiliki keuntungan dan keteraturan yang dapat menyederhanakan proses pembuatan nya di pabrik. (wiliam steling).

Decoder

         “Decoder adalah suatu rangkaian logika kombinasional yang mampu mengubah masukan kode biner n-bit ke m-saluran keluaran sedemikian rupa sehingga setiap saluran keluaran hanya satu yang akan aktif dari beberapa kemungkinan kombinasi masukan. (David Bucchlah, Wayne McLahan)

Fungsi Logika dalam Microsoft Excel digunakan untuk menguji suatu kondisi dengan menggunakan syarat tertentu dan oleh Microsoft Excel akan dikatakan TRUE (Nilai 1) jika syaratnya terpenuhi atau FALSE (Nilai 0) jika syaratnya tidak terpenuhi.

Syarat yang digunakan untuk menguji suatu kondisi bisa hanya satu syarat, salah satu syarat diantara beberapa syarat (Fungsi OR), dua syarat atau lebih wajib terpenuhi (Fungsi AND), atau bukan dengan syarat tertentu (Fungsi NOT).

Fungsi Logika yang kan kita gunakan adalah Fungsi IF, dengan bentuk umum sebagai berikut :

=IF(logical_test;value_if_true;value_if_false)

Langsung ke contoh kasus, Misalnya kita punya tampilan data sebagai berikut :

Anggap saja kita sedang melakukan perekrutan pegawai baru dengan data awal pemohon adalah sebagaimana yang tersebut pada kolom Nama, Pendidikan dan Jurusan.

Cara 1, Cara 2, Cara 3, Cara 4 dan Cara 5 adalah cara-cara yang kita gunakan untuk menguji kondisi pemohon tersebut dengan menggunakan syarat-syarat yang telah di tetapkan, dan akan menghasilkan nilai yang kita tentukan jika syaratnya terpenuhi ataupun tidak terpenuhi.

Cara 1 : Menggunakan Fungsi IF Tunggal

Berdasarkan kondisi data pemohon tersebut kita akan menerima pegawai dengan syarat hanya mereka yang memiliki pendidikan S1 yang akan diterima (Lulus), maka fungsi yang kita gunakan adalah :

=IF(C5=”S1″;”Lulus”;”Gagal”)

Artinya : Jika nilai Cell C5 memiliki nilai S1 maka akan dinyatakan Lulus dan jika nilai Cell C5 bukan S1 akan dinyatakan Gagal.

Cara 2 : Menggunakan Fungsi OR

Syarat yang kita gunakan adalah hanya kepada pemohon yang mempunyai pendidikan S1 dan D3 yang kan kita terima (Lulus) dan selain dari itu akan dinyatakan Gagal. fungsi yang kita gunakan :

=IF(OR(C5=”S1″;C5=”D3″);”Lulus”;”Gagal”)

Artinya : Jika Cell C5 mengandung nilai S1 dan D3 maka akan dinyatakan Lulus dan bila tidak dinyatakan Gagal.

Cara 3 : Menggunakan Fungsi AND

Syarat yang digunakan adalah pemohon yang kita terima adalah pemohon yang memiliki pendidikan S1 dengan jurusan Akuntansi, Fungsi yang kita gunakan :

=IF(AND(C5=”S1″;D5=”Akuntansi”);”Lulus”;”Gagal”)

Artinya : Jika Cell C5 memiliki nilai S1 dan Cell D5 meiliki nilai Akuntansi maka dinyatakan Lulus dan jika tidak dinyatakan Gagal.

Cara 4 : Menggunakan Fungsi NOT

Syaratnya adalah hanya pemohon yang meiliki jurusan Selain Akuntansi yang akan kita terima (Lulus). Fungsi yang kita gunakan

=IF(NOT(D5=”Akuntansi”);”Lulus”;”Gagal”)

Artinya : Jika Cell D5 memiliki nilai Akuntansi maka akan dinyatakan Gagal, dan dinyatakan lulus jika Cell D5 bukan Akuntansi.

Cara 5 : Menggunakan Fungsi IF Bersarang

Syarat adalah jika pemohon memiliki pendidikan S1 akan langsung dinyatakan Lulus, jika berpendidikan D3 akan dipertimbangkan dan selain dari itu akan langsung dinyatakanGagal.

=IF(C5=”S1″;”Lulus”;IF(C5=”D3″;”Dipertimbangkan”;”Gagal”))

Artinya : Jika Cell C5 memiliki nilai S1 maka akan dinyatakan gagal, Jika bukan S1 dan memiliki nilai D3 akan dinyatakan Dipertimbangkan dan jika bukan S1 atau D3 akan dinyatakan Gagal.