Elektronika Digital CountDown Timer Circuit I.
Tujuan
1. Dapat menerapkan logika dasar dari suatu perangkat digital 2. Dapat merancang suatu sistem dengan menggunakan IC TTL 3. Mengetahui prinsip kerja Count Down berbasis rangkaian IC TTL. 4. Dapat mengaplikasikan dan mengkombinasikan cara kerja IC timer, IC counter, IC Decoder dan Display (Seven Segment).
II.
Deskripsi (Gambaran Sistem)
Rangkaian CountDown Timer ini merupakan rangkaian penghitung mundur, misal mulai dari 99 - 00. Aplikasi rangkaian ini biasanya digunakan pada Rangkaian di Traffic Light (Lampu Lalu Lintas). Rangkain CountDown Timer ini terdiri dari IC Timer (IC Timer NE555), IC Counter (74LS192), IC Decoder (74LS47) dan yang terakhir Display (Seven Segment). Pada rangkaian ini memiliki dua display yaitu digit pertama merupakan puluhan dan digit kedua merupakan satuan. Untuk mengatur kecepatan clock (frekuensi) pada blok berikutnya diatur pada IC Timer. Untuk mengatur kecepatan clocking tersebut dengan mengatur nilai capasitor dan resistor pada blok IC Timer. Output dari IC Timer akan menjadi input bagi IC Counter.Dimana IC Counter ini akan menghitung clock yang diterima dari IC Timer. Pada IC Counter dapat di atur inputannya dengan mengatur input (D0,D1,D2,D3) pada IC tersebut dengan diberi switch (dapat dipilih input tersebut diberi logika 1 atau 0). Output dari IC Counter merupakan bilangan biner, kemudian akan diterjemahkan kedalam bilangan desimal oleh rangkaian decoder dan output dari decoder akan menjadi input pada seven segment (display). Gambar Rangkaian Decoder
TIMER NE555
Counter 74LS192
Counter Display 7-Segment
Banyak sekali aplikasi dari rangkaian CountDown Timer, antara lain skenario pewaktuan yang digunakan mengacu pada sistem penyalaan lampu lalu lintas yang akan direncanakan, contoh pengaturan :
Lampu
Durasi
Selang Waktu
Merah
99 detik
99-00
Kuning
59 detik
59-00
Hijau
45 detik
45-00
Sebelumnya telah diketahui bahwa untuk memindah nyala lampu adalah dengan mengubah kondisi persamaan pada flip-flop (toggle). Dan untuk mengubahnya, diperlukan sinyal clock sebesar 1 gelombang. Dari teori dasar ini dapat dikembangkan lebih lanjut untuk dapat mengontrol sistem flip-flop tersebut menggunakan sistem pencacah yang diset pada waktu yang telah ditentukan di atas.
MERAH
KUNING
HIJAU
99,98,97,96….00
59,69,49,39….00
45,35,25,15….00
9 - 8 -7 -6
5 - 4 -4 -3
4 - 3 -2 -1
…. 0
…. 0
…. 0
Pada setiap perpindahan inilah clock pada flip flop diberi sinyal 1 gelombang Untuk mengontrol flip flopinput sesuai waktu yang ditentukan, tidaksebesar mungkin dilakukan diskret, sehingga terjadi pula perpindahan nyala lampu ke giliran berikutnya.
dengan menyambung output pencacah ke input clock flip-flop secara langsung. Untuk itu dibuat suatu gerbang logika yang hanya akan memberikan nilai 1 pada saat-saat yang diperlukan dengan berdasar pada proyek ini, yaitu pada detik ke 99 , 59, dan 45. Sistemnya pencacahannya seperti pada tabel di bawah . Detik
Biner Puluhan
Satuan
99
1010
1010
59
0101
1010
45
0010
0101
Prinsip kerja : Traffic light digital merupakan pengembangan sederhana dari rangkaian jam digital, dengan sistem kontrol pencacah. Artinya perpindahan nyala lampu lalu lintas dikontrol oleh rangkaian pencacah dengan dijembatani oleh rangkaian gate logika dan switching. Gambar (A) merupakan diagram blok sederhana suatu sistem traffic light. Rangkaian traffic dijalankan dengan 2 sumber tegangan. Vcc 5 volt untuk memberi daya pada rangkaian digital, dan sebuah baterai 9 volt untuk memberi daya 4 lampu LED sekaligus. Pada diagram blok di atas telah digambarkan hubungan antar sistem dan antar subsistemnya. Mulai dari pewaktu memberi sinyal pulsa yang telah diperhitungkan sebesar ±1Hz dengan persamaan yang tercantum dalam datasheet IC NE555. Kemudian sinyal yang dihasilkan dari output pewaktu ini digunakan sebagai input dalam rangkaian pencacah. Pulsa 1 per detik dimasukkan ke pencacah naik yang mencacah naik dari 00 sampai 99 dan reset 00, akan tetapi angka yang dihitung mundur dapat diubah-ubah sesuai yang kita inginkan. inginkan. Kemudian pencacah detik didekode dan ditayangkan pada 7-segment. Pada gambar di atas, rangkaian counter tidak hanya mencacah bilangan BCD untuk ditayangkan pada display 7-segment, namun juga dipergunakan untuk membangkitkan sinyal pemicu (trigger) rangkaian switch yang menggunakan IC flip-flop, sehingga flipflop akan berpindah keadaan(toggle) dari keadaan semula. Lalu output dari IC flip flop akan menyalakan display LED dengan bantuan transistor yang mengalirkan arus dari sumber tegangan baterai 9 volt ke LED. Jadi LED tidak diberi daya dari Vcc, melainkan dari baterai 9 volt.
Blok Diagram
III.
a.
Penjelasan per blok
1. Block I (Rangkaian Timer) Rangkaian timer berfungsi untuk membangkitkan sinyal diskret (pulsa) secara konstan untuk kemudian digunakan sebagai sinyal clock pada rangkaian counter. Rangkaian pewaktu (timer) menggunakan IC NE555 dalam mode operasi astabil, pengaturan frekuensi yang dihasilkan dapat dilakukan dengan mengganti resistor dan kapasitor yang terpasang dalam sistem ini. Pada rangkaian ini, IC NE55 digunakan dalam mode operasi astable, dengan adanya penambahan resistor 6.2K Ω di antara kaki threshold (6) dan kaki trigger(2). Alasan pemasangan resistor dan kapasitor pada nilai yang tertera
adalah untuk menghasilkan frekuensi output yang diperlukan, yaitu sebesar ±1 Hz. Sedangkan Vcc dipasang sebesar 5V, sesuai rentang kerja yang tertera pada datasheet IC NE555 yaitu antara antara 4,5V – 4,5V – 16V. 16V.
R3 1.0K
U3
8
4
R1
R
C C V
2200
Q
5
2
3
D1 LED-GRE
DC
7
CV
TR
D N G 1
TH
6
R4 NE555
1.0K
R2 6200
C3 100u
D2 LED-GRE
C2 100u
Gambar. Contoh rangkaian pada IC NE555
Keterangan tentang IC NE555
Contoh perhitungan untuk menentukan frekuensi :
-
Hitung besar nilai frekuensi pada IC Timer NE555, yaitu :
Diketahui : R A/1 A/1 = 2200Ω R B/2 6200Ω B/2 = 6200Ω C = 100
( ) ( )
( ) ()
Atau bisa menggunakan cara :
( ) ( ( ( )) )
2. Blok II Counter (Pencacah) Counter ( rangkaian logika sekuensial yang di bentuk dari flip-flop ).
Pencacah (counter) adalah suatu rangkaian yang mengubah sinyal input yang berupa diskret menjadi biner BCD. Mencacah dapat diartikan menghitung, hampir semua sistem logika menerapkan pencacah. Komputer digit menerapkan pencacah guna mengemudikan urutan dan pelaksanaan langkah – langkah dalam program. Fungsi dasar pencacah adalah untuk “mengingat” berapa banyak pulsa detak yang telah dimasukkan kepada masukkan. Sehingga Sehingga pengertian paling dasar dasar pencacah adalah system memori. Fungsi Counter adalah menghitung banyaknya detak pulsa dalam satu periode waktu, membagi frekuensi, pengurutan alamat. Dalam rangkaian ini menggunakan jenis pencacah decade. Pencacah ini menghasilkan kode bilangan dalam bit biner, dan akan menghitung sampai dengan batas yang ditentukan. Salah satunya adalah pencacah 74LS190 BCD counter, pencacah ini akan menghasilkan bilangan decimal 0 – 9. dengan demikian pencacah ini bisa digunakan untuk menghitung maju dari 0000 – 1001, – 1001, lalu kembali lagi maupun menghitung mundur. Dalam rangkaian ini menggunakan down counter dengan IC 74LS192 UP/DOWN COUNTER BCD DECADE (8421). Dimana IC 74LS192 merupakan IC yang bisa digunakan dalam Up maupun down counter (pencacah 10 (8421)) yang berfungsi mengubah dari sinyal biner menjadi sinyal desimal..Dan merupakan pencacah jenis asinkron. Dalam IC 74LS192 terdapat empat JK Flip- Flop. Counter ini bisa diatur outputannya dengan menambahkan OR Gate yang berfungsi untuk mengatur input dari decoder yang kemudian menuju seven segment supaya bisa di atur sesuai dengan keinginan kita maksimal angka yang diinginkan. Selain menambah OR Gate untuk mengatur outputan diperlukan switch.
Gambar Logic Diagram IC 74LS192
Gambar Diagram Ring Counter IC 74LS192
U7 U8 OR
U6 OR
OR
SW1 SW-SPDT
SW2
SW-SPDT
SW3
U12 U12 SW-SPDT
SW4
SW-SPDT
15 1 10 9 5 4 11 14
D0 D1 D2 D3
Q0 Q1 Q2 Q3
UP DN PL MR
TCU TCU TCD TCD
3 2 6 7 12 13
74LS192
Gambar pada Proteus Rangkain pada Block II (CountDown Timer)
3. Blok III Decoder Decoder adalah rangkaian logika yang menerima input-input biner dan
mengaktifkan salah satu output -nya -nya sesuai dengan urutan biner input biner input -nya. -nya. Rangkaian dekoder mempunyai sifat yang berkebalikan dengan enkoder yaitu enkoder yaitu merubah kode biner menjadi sinyal diskrit. COMMON ANODE a W a b
f
b
X BCD
c d
Y
7 Segment Decoder
g e f
e
c
Z g
d common
Gambar Rangkaian Dekoder
Pemilihan decoder yang akan digunakan tergantung dari 7 segment yang kita gunakan, untuk praktikum kali ini kelompok kami menggunakan 7 segment dengan ti pe common-anode sehingga kami memilih decoder (IC) 74LS47. Dekoder memiliki 7 keluaran yang masing-masing keluaran memiliki fungsi tertentu. Kita dapat mendapatkan 7 buah fungsi Boolean a, b, c, d, e, f, dan g dengan membuat peta Karnaugh atau menggunakan data sheet IC yang kita gunakan. Berikut tabel kebenaran IC 74LS47 :
Tabel Kebenaran IC 74LS47
Dari tabel kebenaran diatas dapat disusun sebuah gerbang logika yang kemudian gerbang logika tersebut akan digunakan sebagai decoder BCD to 7-segmet.
Gerbang Logika IC 74LS47
Gambar IC 74LS47
Bila dilihat dari gambar diatas IC 7447 diatas, inputan dari IC memiliki 3 masukan ekstra yaitu masukan lamp test, blanking input/ripple blanking input dan ripple blanking input. a.
LT‟, lamp test berfungsi sebagai mengeset display bila diberi logika „0‟ maka semua keluaran dari IC ini akan berlogika 0. Sehingga seven segment akan menunjukka angka delapan (8).
b.
BI‟/RBO‟, blanking input/row blanking output berfungsi sebagai untuk mematikan keluaran dari IC. Bila diberi logika „0‟ maka m aka semua keluaran dari IC akan berlogika „1‟ dan seven segment akan mati.
c.
RBI‟, row blanking input berfungsi untuk mematikan keluaran dari IC jika semua input berlogika „0‟. Bila diberi logika „0‟, diberi logika „1‟ dan diberi logika „0‟ maka semua keluar an an IC akan berlogika „1‟dan seven segment akan mati.
Hubungan antara kode-kode biner A,B,C dan D dengan bilangan decimal adalah A sebagai LSB dan D sebagai MSB. Jadi boleh dituliskan D C B A. Nilai bilangan decimal (BCD) pada input D C B dan A akan diperagakan pada 7 segment sesuai dengan pola angka-angka decimal (dari 0-9).
1.
Perhitungan resistor outputan dari IC menuju 7 segment
Hitung besar resistor yang diletakkan pada outputan IC, yaitu:
( ( ) ) ( ( ) )
Penggunanaan Resistor 270 ohm digunakan untuk menyesuiakan tegangan dari IC ke 7 segment.
Gambar dari Proteus untuk Blok III (Decoder)
4. Blok IV Display (Seven Segment) Seven segment display adalah sebuah rangkaian yang dapat menampilkan angkaangka desimal maupun heksadesimal. Seven segment display biasa tersusun atas 7 bagian
yang setiap bagiannya merupakan LED (Light Emitting Diode) yang dapat menyala. Jika 7 bagian diode ini dinyalakan dengan dengan aturan yang sedemikian rupa, maka ketujuh bagian bagian tersebut dapat menampilkan sebuah angka heksadesimal. Seven-segment display membutuhkan 7 sinyal input untuk mengendalikan setiap diode di dalamnya. Setiap diode dapat membutuhkan input HIGH atau LOW untuk mengaktifkannya, tergantung dari jenis seven-segmen display tersebut. Ada dua tipe 7 segment yaitu : 1.
Tipe common anoda
Untuk 7 segment bertipe common-anode, common-anode, maka dibutuhkan sinyal HIGH untuk mengaktifkan setiap diodenya. 2.
Tipe common katoda
Untuk 7 segment bertipe common-chatode, common-chatode, maka dibutuhkan sinyal LOW untuk mengaktifkan setiap diodenya.
Gambar 7 Segment
7 segment yang digunakan pada praktikum ini adal ah yang bertipe common-anode. common-anode. Untuk mengetahui kaki bagian mana dari 7 segment tersebut yang mewakili a, b,c ,d, e, f, dan g adalah dengan menggunakan multimeter. Probe (+) diletakkan pada sisi tengan kaki 7 segment (atas maupun bawah) dan sisi lainnya di sembarang kaki 7 segment yang lain. Lalu lihat bagian mana dari 7 segment tersebut yang menyala, maka kaki tersebut mewakili begian dari 7 segment yang menyala. Salah satu cara untuk menghasilkan sinyal-sinyal pengendali dari suatu seven segment display yaitu dengan menggunakan sebuah sevent-segment decoder. Sevensegment decoder membutuhkan 4 input sebagai angka berbasis heksadesimal yang dinyatakan dalam bahasa mesin (bilangan berbasis biner) kemudian sinyal-sinyal masukan tersebut akan “diterjemahkan” decoder ke dalam sin yal-sinyal yal-sinyal pengendali seven-segment display. Sinyal-sinyal pengendali berisi 7 sinyal yang setiap sinyalnya mengatur aktiftidaknya setiap LED.
U2 7 1 2 6 4 5 3
A
QA
B C
QB QC
D
QD
BI/RBO
QE
RBI
QF
LT
QG
7447
270
13
R1 R2 270 R3 10 270 9 R4 270 15 R5 14 R6 270 12 11
R7
270 270
Gambar Blok IV (Display 7 Segment)
b. Korelasi antar blok (input-output) Korelasi antar blok dimulai dari rangkaian timer, dimana rangkaian timer sebagai sinyal diskret (pulsa) secara konstan untuk kemudian digunakan sebagai sinyal clock pada rangkaian counter. Rangkian timer menggunakan resistor 2200 Ω dan 6200 Ω, capasitor sebesar 100 micro farad. Dengan rumus yang terdapat pada datasheet maka nilai frekuensi yang keluar dari rangkaian timer sebesar 1 Hz. Keluaran dari rangkaian timer akan menuju k rangkaian down counter (pencacah turun). Clocking tersebut berpengaruh terhadap perubahan kecepatan yang merupakan keluaran dari rangkaian counter tersebut. Rangkaian counter pada percobaan ini mengubah sinyal biner
menjadi sinyal decimal yang akan menjadi input bagi decoder. Decoder yang digunakan pada rankaian ini merupakan pengubah sinyal biner menjadi sinyal decimal , yang mana sebagai input seven segment (display).
IV.
Desain Rangkaian a. Desain dari Blok per Blok Blok I (Rangkaian Timer) :
RW 1.0K
U3
8
4
RQ
R
C C V
2200
Q DC
5
D1
3
LED-GREEN 7
D3
CV 1N4001
2
TR
D N G 1
TH
6
RR NE555
1.0K
RE 6200
C3 100u
D2 LED-GREEN
C2 100u
Blok II (Rangkaian CountDown Timer) U7 U8 OR
U6 OR
OR
SW1
SW-SPDT
SW2
SW-SPDT
SW3
U12 15 SW-SPDT
SW4
1 10 9
SW-SPDT
5 4 11 14
D0 D1 D2 D3
Q0 Q1 Q2 Q3
UP DN PL
TCU TCD
3 2 6 7 12 13
MR 74LS192
SW5
U1 15
SW6
1 10 9
SW-SPDT
5 4 11
SW-SPDT
SW7
14
D0 D1 D2 D3
Q0 Q1 Q2 Q3
UP DN PL
TCU TCD
3 2 6 7 12 13
MR 74LS192
SW-SPDT
SW8
SW-SPDT
U10 U13
U11 U9 OR
OR OR
OR
Rangkaian ini memperoleh input dari IC Timer yang berupa tegangan untuk mentriger clock pada IC Counter. Fungsi IC Counter ini adalah untuk mencacah biner sehingga menjadi naik atau turun dengan mendapat outputan dari IC Timer yang menjadi inputnya.
Blok III (Rangkaian Decoder)
Blok IV (Rangkaian (Display) 7 Segment)
b. Uji Rangkaian secara keseluruhan Untuk maksimal angka 99:
Untuk maksimal angka 59 :
Untuk maksimal angka 45 :
b. Alat dan Bahan
a. IC NE555 timer
1
b. IC 74192 (4 bit-ripple counter)
2
c. IC 7447 (BCD to 7-Segment Decoder/Driver)
2
d. 7-Segment Display Common Anoda
2
e. Resistor 2200 Ω
1
f.
1
Resistor 6200 Ω
g. Resistor 1k Ω
1
h. Resistor 10k Ω
1
i.
Resistor 270 Ω
4
j.
Kapasitor 100µF
2
k. Dioda IN4001
4
l.
LED hijau
2
m. Power Supply
1
V.
Pembahasan rangkaian (Analisa) a. Dalam IC Timer 555 diperlukan kapasitor dan resistor yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan clock untuk mentrigger IC counter ( IC74LS192). Semakin besar nilai resistor atau kapasitor maka kecepatan clock akan semakin lambat begitu juga sebaliknya. b. Nilai resistor yang dibutuhkan untuk menghubungkan rangkaian dekoder ke display seven segmen harus sesuai dengan perhitungan yaitu 270 Ω. Apabila
nilai resistansinya terlalu kecil dapat menyebabkan menyebabkan seven segment panas dan cepat rusak karena tegangan yang masuk pada seven segmen terlalu besar, namun apabila nilai resistansinya terlalu besar maka tampilan seven segmen akan redup karena tegangan yang masuk dalam seven segmen terlalu kecil. c. Untuk mengeset angka yang muncul pada 7 segmen display sesuai dengan yang dikehendaki dapat diatur dengan cara menambahkan switch (SPDT) pada input IC Counter. d. Dibutuhkan OR Gate, untuk menstabilkan kondisi IC counter. Karena pada kondisi output tertentu Qa sampai Qd tidak mempengaruhi pentriggeran pada counter dan sebaliknya. Jika input pada OR gate berupa logika 1 dan 0, maka outputannya adalah logika 1 dan logika tersebut bisa mentrigger IC Counter. e. Pada saat count down pada posisi nol, output dari counter Qa sampai Qd berada pada kondisi Low secara bersamaan dan kondisi reset terjadi pada keadaan tersebut. Sehingga memunculkan trigger awal untuk semua output sehingga count down dari angka 0 kembali ke angka 9.
VI.
Kesimpulan a. Untuk mengatur kecepatan clock (frekuensi), dapat diatur dengan cara mengatur nilai kapasitor dan resistor yang dipasang pada IC Timer NE555. b. Untuk mengatur nilai maksimal yang dikehendaki pada 7 segmen display, kita dapat mengatur pada sisi input IC counter (D0,D1,D2,D3). c. Pada sisi output IC Counter (puluhan) ditambahkan OR gate yang berfungsi untuk membalik logika input pada IC Counter (satuan). d. Output dari IC Counter adalah angka biner sehingga diperlukan IC decoder 74LS47 untuk mengubah bilangan biner menjadi bilangan desimal agar dapat muncul pada display 7 segmen.
