Pengertian dan Macam-Macam Rangkaian Pengolah Data

Pengertian dan macam-macam rangkaian pengolah data
Pengertian dan macam-macam rangkaian pengolah data

Kali ini saya akan menjelaskan tentang rangkaian pengolah data. Rangkaian ini sedikit berbeda dengan rangkaian logika kombinasional yang saya jelaskan pada materi sebelumnya. Rangkaian pengolah data adalah rangkaian logika yang mampu memproses masukan data yang diberikan sehingga menghasilkan keluaran yang diinginkan. Ada 4 macam rangkaian pengolah data yang akan saya jelaskan, yaitu multiplexer, demultiplexer, decoder dan encoder. Apa perbedaan keempat rangkaian tersebut? Berikut ulasannya.

Rangkaian multiplexer

Dari segi bahasa, multiplexer memiliki kata dasar multiplex yang artinya banyak menjadi 1 (satu). Untuk itu, bisa kita definisikan bahwa:

multiplexer adalah rangkaian dengan banyak masukan, tapi hanya satu (dari banyak masukan) yang diperbolehkan menjadi keluaran.

Pemilihan masukan yang akan dijadikan keluaran pada multiplexer dilakukan oleh selector. Sehingga multiplexer sering disebut juga sebagai data selector. Dari banyak masukan hanya satu yang dipilih untuk menjadi keluaran. Gambar di bawah ini menunjukkan gambaran umum multiplexer yang mempunyai masukan data sejumlah n, selector sejumlah m dan 1 (satu) keluaran. Sebagai catatan, pengontrol sejumlah m hanya dapat memilih paling banyak 2m masukan, sehingga jumlah masukan adalah n >= 2m.

Diagram blok multiplexer
Diagram blok multiplexer

Dari blok diagram di atas, muncul pertanyaan, bagaimana bentuk rangkaian logika dari multiplexer? Saya berikan contoh multiplexer 4-to-1. Perhatikan gambar di bawah ini.

Rangkaian multiplexer 4 to 1
Rangkaian multiplexer 4 to 1

Gambar di atas menunjukkan rangkaian logika multiplexer 4-to-1. Pada rangkaian logika tersebut, dapat dilihat bahwa keluaran Y adalah salah satu dari 4 (empat) masukan D0 s/d D3 yang ditentukan oleh nilai logika selector Adan B. Rangkaian logika tersebut dapat dinyatakan dalam fungsi Boolean sebagai berikut:

\(Y=\bar{A}.\bar{B}.D_{0}+\bar{A}.B.D_{1}+A.\bar{B}.D_{2}+A.B.D_{3}\)

Bagaimana mekanisme pemilihan data oleh selector dilakukan? Cukup sederhana. Jika AB = 00, maka gerbang AND pertama akan aktif sedangkan gerbang AND yang lain tidak aktif sehingga D0 terpilih sebagai keluaran Y. Pada kondisi ini, nilai Y bergantung pada nilai D0 . Selengkapnya mengenai kombinasi nilai selector yang lain dapat dilihat pada tabel kebenaran berikut ini:

Tabel kebenaran rangkaian multiplexer 4 to 1
Tabel kebenaran rangkaian multiplexer 4 to 1

Setelah memahami cara kerja multiplexer 4-to-1, maka akan mudah memahami multiplexer yang lain. Karena secara umum, prinsip kerja semua multiplexer tersebut adalah sama. Perbedaan utama terletak pada jumlah data masukan dan selector. Misalnya pada multiplexer 16 to 1. Jika pada multiplexer 4-to-1, keluaran ditentukan oleh selector A dan B, maka pada multiplexer 16-to-1, keluaran ditentukan oleh selector A, B, C dan D. Berikut rangkaian logika multiplexer 16 to 1.

Rangkaian logika multiplexer 16 to 1
Rangkaian logika multiplexer 16 to 1

Dari rangkaian logika di atas, dapat dilihat bahwa masukan data terdiri dari D0 s.d. D15. Hanya salah satu dari masukan tersebut yang akan menjadi keluaran yang ditentukan oleh nilai selector ABCD.

Jika ABCD = 0000 maka gerbang AND teratas akan aktif sedangkan gerbang AND yang lain tidak aktif sehingga \( D_{0}\) menjadi keluaran, \(Y=D_{0}\). Pada kondisi ini, jika \( D_{0}\) bernilai 0 (nol), maka Y sama dengan 0 (nol); jika \( D_{0}\) bernilai 1 (satu), maka Y sama dengan 1 (satu).

Jika nilai logika selector diganti menjadi \(ABCD=1111\), maka hanya \( D_{15}\) yang akan diloloskan sebagai keluaran, sehingga \(Y=D_{15}\). Untuk itu, dari semua kemungkinan kombinasi selector, bisa diperoleh fungsi Boolean dari multiplexer 16 to 1, yaitu:

\(Y=(\bar{A}.\bar{B}.\bar{C}.\bar{D}.D_{0})+ (\bar{A}.\bar{B}.\bar{C}.D.D_{1})+(\bar{A}.\bar{B}.C.\bar{D}.D_{2})+……+(A.B.C.D.D_{15})\)

Salah satu model IC multiplexer 16-to-1 adalah IC TTL 74150. Berikut diagram pin dari IC ini:

Diagram pin IC TTL 74150
Diagram pin IC TTL 74150

Pada diagram pin di atas, dapat dilihat bahwa pin 1 s.d. 8 dan 16 s.d. 23 adalah untuk masukan data D0 s.d. D15. Pin 11, 13, 14 dan 15 adalah untuk selector ABCD. Pin 9 adalah untuk STROBE, yaitu masukan sinyal yang dapat mengaktifkan atau menonaktifkan multiplexer. Multiplexer akan aktif jika strobe bernilai logika 0 (nol) atau low. Pin 10 adalah untuk keluaran. Sedikit berbeda dengan konsep multiplexer yang dijelaskan di atas, pada IC multiplexer ini, keluaran yang dihasilkan merupakan komplemen dari masukan data yang diloloskan.

Contohnya,

jika \(ABCD=1111\), maka \(Y=\overline{D_{15}}\).

Lebih lengkapnya mengenai karakteristik IC ini dapat dilihat pada tabel kebenaran berikut ini:

Tabel kebenaran IC TTL 74150
Tabel kebenaran IC TTL 74150

Metode multiplexer

Dalam materi Cara Menyederhanakan Fungsi Boolean dengan Kmap, saya telah menjelaskan 2 metode untuk membuat rangkaian logika dari tabel kebenaran, yaitu metode SOP dan POS. Nah, kali ini saya akan menjelaskan satu metode tambahan yang dapat digunakan untuk membuat rangkaian logika, yaitu metode multiplexer. Bagaimana cara menggunakan metode ini? Perhatikan contoh berikut:

Contoh tabel kebenaran 4 variabel (2)
Contoh tabel kebenaran 4 variabel

Untuk membuat rangkaian logika dari contoh tabel kebenaran di atas, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:

Pertama, sesuaikan keluaran Y pada tabel kebenaran dengan urutan masukan data dalam multiplexer sehingga diperoleh:

Tabel kebenaran metode multiplexer
Tabel kebenaran metode multiplexer

Dari langkah pertama ini diketahui nilai logika masing-masing data masukan untuk multiplexer. D0 = 1, D1 = 0, D2 = 1 dan seterusnya.

Langkah selanjutnya adalah membuat rangkaian logika multiplexer dengan masukan data sesuai hasil langkah pertama.

Contoh rangkaian digital menggunakan metode multiplexer
Contoh rangkaian digital menggunakan metode multiplexer

Rangkaian Demultiplexer

Kebalikan dari multiplexer, demultiplexer atau biasa disingkat demux adalah rangkaian logika dengan satu masukan dan banyak keluaran. Dengan selector pada demultiplexer, masukan dapat diarahkan menuju ke salah satu keluaran. Konsep umum demultiplexer dapat diilustrasikan dengan gambar berikut:

Konsep umum demultiplexer
Konsep umum demultiplexer

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa dalam multiplexer terdapat 1 (satu) masukan, m selector dan n keluaran.

\(n=2^{m}\)

Bagaimana rangkaian logika dari demux? Perhatikan gambar di bawah ini.

Rangkaian logika demux 1-to-2
Rangkaian logika demux 1-to-2

Gambar di atas adalah contoh rangkaian logika demux 1-to-2. Data masukan diberi label D dan data ini akan ditransmisikan ke salah satu jalur keluaran. Penentuan jalur keluaran dilakukan oleh selector yang diberi label A. Jika A = 0, maka \(Y_{0}=D\) dan \(Y_{1}=0\). Jika A = 1, maka \(Y_{1}=D\) dan \(Y_{0}=0\).

Lalu bagaimana dengan demux 1-to-16? Secara prinsip tidak berbeda dengan demux 1-to-2. Perhatikan gambar berikut:

Rangkaian logika demux 1-to-16
Rangkaian logika demux 1-to-16

Jika ABCD = 0000 maka \(Y_{0}=D\) dan Y yang lain sama dengan 0. Pada kondisi ini, nilai \(Y_{0}\) bergantung pada nilai D. Jika D = 0 maka \(Y_{0}=0\) dan jika D = 1 maka \(Y_{0}=1\).

Gampang ‘kan? Sekarang kita bahas realitas dari rangkaian demux ini. Salah satu IC demux 1-to-16 adalah IC TTL 74154. Berikut diagram pinnya:

Diagram pin IC TTL 74154
Diagram pin IC TTL 74154

Dari pin diagram di atas diketahui bahwa pin 18 adalah untuk masukan data D, pin 20 s.d. 23 adalah untuk selector, pin 1 s.d. 11 dan 13 s.d. 17 adalah untuk keluaran Y0 s.d. Y15, pin 19 adalah untuk STROBE, pin 24 adalah untuk VCC dan pin 12 adalah untuk ground. Demultiplexer akan aktif jika STROBE bernilai 0 (nol) atau low atau biasa disebut active-low input. Berikut tabel kebenaran IC TTL 74154:

Tabel kebenaran IC TTL 74154
Tabel kebenaran IC TTL 74154

Pada saat kondisi aktif, selector ABCD yang menentukan keluaran yang bernilai logika 0 (nol) ketika masukan data bernilai 0 (nol). Jika masukan data bernilai logika 1 (satu) maka semua keluaran bernilai logika 1 (satu). Jika STROBE bernilai logika 1 (satu) maka semua keluaran bernilai logika 1 (satu).

Rangkaian Decoder

Sebenarnya decoder ini sama dengan demultiplexer, hanya saja pada decoder tidak terdapat masukan data. Masukan decoder hanya selector saja. Pada decoder 1-of-16, masukan hanya berupa selector ABCD dan hanya 1 dari 16 keluaran yang akan bernilai 1 (satu) atau high. Penentuan keluaran yang bernilai logika 1 (satu) ditentukan oleh selector itu sendiri. Misalnya jika selector ABCD bernilai logika 0000 maka hanya Y0 yang akan bernilai logika 1 (satu). Jika selector ABCD bernilai 0001 maka hanya Y1 yang akan bernilai logika 1 (satu). Jika selector ABCD bernilai logika 0100 maka hanya Y4 yang akan bernilai logika 1 (satu). Berikut rangkaian logika decoder 1-of-16:

Rangkaian logika decoder
Rangkaian logika decoder

Dari kemungkinan nilai logika selector ABCD (0000 sd. 1111) dan keluaran yang dihasilkan, bisa dilihat bahwa subskrip keluaran yang bernilai logika 1 (satu) selalu sama dengan nilai desimal ekuivalen terhadap nilai logika ABCD. Karena hal tersebut, rangkaian ini sering disebut juga binary to decimal decoder.

Decoder dapat dibuat dengan menggunakan IC 74154 sehingga IC ini sering disebut juga sebagai decoder-demultiplexer. Karena dapat digunakan sebagai decoder atau demultiplexer. Bagaimana caranya? cukup dengan menghubungkan masukan data dan STROBE ke ground sebagaimana pada diagram logika di bawah ini.

Diagram logika decoder dengan IC 74154
Diagram logika decoder dengan IC 74154

Pada kasus ini, hanya 1 dari 16 keluaran yang akan bernilai 0 (nol) atau low tergantung nilai logika selector ABCD. Hal ini dikarenakan adanya bubble pada semua keluaran. Misal, jika ABCD bernilai logika 0111, maka keluaran Y7 bernilai logika 0 (nol) atau low sedangkan keluaran yang lain bernilai logika 1 (satu) atau high.

Seven-Segment Decoder

Salah satu jenis decoder yang sering digunakan adalah Seven-Segment Decoder. Apa itu seven segment? Perhatikan gambar di bawah ini.

Indikator seven segment
Indikator seven segment

Gambar di atas menunjukkan indikator seven-segment yang pada masing-masing LED-nya diberi label a s.d. g. Dengan menyalakan beberapa segmen LED, indikator dapat menampilkan digit 0 (nol) s.d. 9 (Sembilan). Misalnya, untuk menampilkan digit 0 (nol), maka LED yang perlu dinyalakan adalah segmen a, b, c, d, e dan f. Untuk menampilkan digit 5, LED yang perlu dinyalakan adalah a, c, d, f dan g.

Secara umum, terdapat 2 (dua) tipe seven-segmen decoder untuk mengendalikan indicator seven-segment. Pembagian ini didasarkan pada jenis indicator seven –segment itu sendiri, yaitu tipe common-anode dan common cathode. Salah satu seven-segment decoder tipe common-anode yang ada di pasaran adalah IC 7446. IC ini memiliki 4 pin masukan dan 7 pin keluaran. Berikut konsep kerja IC 7446:

Konsep kerja IC 7446
Konsep kerja IC 7446

Rangkaian logika di dalam IC 7446 akan mengkonversikan nilai logika dari masukan ABCD ke keluaran yang diinginkan pada indicator seven-segment. Misalnya, masukan ABCD bernilai logika 0111, maka segmen yang akan menyala adalah a, b dan c, sehingga indikator seven-segmen akan menunjukkan digit 7 (tujuh).

Salah satu IC seven-segment decoder tipe common cathode yang ada di pasaran adalah IC 7448. Jumlah pin dan cara kerja IC ini sama dengan IC 7446, hanya saja pada IC ini sudah terdapat resistor pembatas arus pada chipnya sehingga tidak diperlukan lagi penambahan resistor. Berikut konsep kerja IC 7448:

Konsep kerja IC 7448
Konsep kerja IC 7448

Rangkaian encoder

Rangkaian pengolah data yang terakhir adalah encoder. Encoder digunakan untuk mengubah sinyal masukan menjadi sinyal keluaran yang terkode. Dalam encoder, terdapat masukan sejumlah n, dan hanya 1 (satu) saja yang akan aktif. Rangkaian logika dalam encoder akan mengubah sinyal masukan yang aktif tersebut menjadi keluaran kode biner. Berikut konsep umum encoder:

Konsep umum encoder
Konsep umum encoder

Bagaimana rangkaian logika dari encoder? Berikut ini adalah salah satu contoh rangkaian logika encoder.

Contoh rangkaian logika encoder
Contoh rangkaian logika encoder

Salah satu IC encoder desimal ke biner yang ada di pasaran adalah IC 74147 dengan diagram pin sebagaimana gambar berikut.

Diagram pin IC TTL 74147
Diagram pin IC TTL 74147

Pin 1 s.d. 5 dan 10 s.d 13 untuk masukan. Pin 6, 7, 9 dan 14 untuk keluaran biner. Pin 16 untuk suplai tegangan dan pin 8 untuk ground. Pin 15 tidak digunakan (NC : no connection).

Masukan dan keluaran pada IC ini adalah active-low, artinya masukan dan keluaran disebut aktif jika bernilai 0 (nol) atau low. Ketika semua masukan bernilai logika 1 (satu) maka semua keluaran bernilai logika 1 (satu). Jika X9 bernilai logika 0 (no) maka keluaran ABCD = 0110 (jika dikomplemenkan, biner ini ekuivalen dengan bilangan desimal 9).  Jika X8 bernilai logika 0 (nol), maka keluaran ABCD = 0111 (jika dikomplemenkan, biner ini ekuivalen dengan bilangan desimal 8) dan seterusnya. Dari sini dapat dilihat bahwa IC 74147 mengkonversikan masukan desimal yang low-active ke dalam bentuk biner yang dikomplemen. Lebih jelasnya perhatikan tabel kebenaran berikut ini:

Tabel kebenaran IC TTL 74147
Tabel kebenaran IC TTL 74147

IC 74147 juga disebut priority encoder, karena IC ini memprioritaskan masukan dengan orde tertinggi. Jika X1 s.d. X9 bernilai 0 (nol) maka yang akan digunakan adalah masukan pada X9 sehingga keluaran yang dihasilkan adalah ABCD = 0110 (jika dikomplemenkan, biner ini ekuivalen dengan bilangan desimal 9).

Demikian penjelasan tentang rangkaian pengolah data. Semoga bermanfaat.

admin

Sederhana saja, yang penting bermakna dan bermanfaat.

You may also like...

Leave a Reply