Logic Gates Parameter
-
Upload
yogi-salomo-mangontang-pratama -
Category
Documents
-
view
180 -
download
12
description
Transcript of Logic Gates Parameter
MODUL 1 PARAMETER GERBANG LOGIKAYogi Salomo Mangontang Pratama (13511059)
Asisten: Maharani MegantiTanggal Percobaan: 27/09/2012EL2195-Praktikum Sistem Digital
Laboratorium Dasar Teknik Elektro – Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Abstrak
Percobaan yang dilakukan terdiri dari 6 percobaan, antara lain untuk mengamati karakteristik transfer tegangan, menghitung noise margin dari berbagai IC, mengamati delay propagasi, mengenali suatu fungsi logika melalui variasi input, membuat rangkaian kombinasi sederhana, serta melakukan verifikasi terhadap gerbang logika NOR TTL. Dari percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa karakteristik dari gerbang logika antara lain adalah voltage transfer, noise margin, dan propagation delay. Sementara parameter dari gerbang logika adalah operating point yang mereprentasikan nilai HIGH dan LOW dalam range logika.
Kata kunci : Voltage Transfer, Noise Margin, Delay Propagasi, Operating Point, IC, CMOS, karakter gerbang logika.
1. PENDAHULUAN
Suatu gerbang logika menerima satu atau lebih input, dan memberikan suatu keluaran yang merupakan fungsi dari masukan tersebut. Dalam menyusun sebuah gerbang logika, yang perlu kita perhatikan adalah menentukan fungsi dari gerbang logika tersebut, dan merancang sebuah gerbang dengan menerapkan karakteristik gerbang logika tersebut.
Di dalam gerbang logika dikenal istilah Operating Point, yaitu nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh gerbang logika yang bernilai HIGH dan LOW. Melalui satu parameter ini, kita dapat mengenali berbagai macam karakteristik
dari gerbang logika. Dan yang dibahas dalam praktikum ini adalah Voltage Transfer, Noise Margin, dan Propagation Delay.
Adapun tujuan dari praktikum ini antara lain :
1. Mengenal dan memahami beberapa karakteristik dari gerbang logika diantaranya Voltage Transfer, Noise Margin, dan Propagation Delay.
2. Mengenal dan memahami parameter dari gerbang logika, yaitu operating point yang merepresentasikan range logika HIGH dan LOW.
3. Dapat membuat rangkaian kombinasional sederhana menggunakan IC logika CMOS.
2. STUDI PUSTAKA
Suatu gerbang logika menerima satu atau lebih input yang bernilai LOW maupun HIGH, serta mengembalikan nilai yang merupakan fungsi dari nilai tersebut, sesuai dengan logika yang terdapat dalam gerbang tersebut. Akan tetapi dalam kenyataannya, gerbang logika tidak dapat menerima dan mengeluarkan nilai secara sempurna seperti yang ada pada perhitungan. Ada beberapa karakteristik yang harus kita amati dan pelajari, antara lain Voltage Transfer, Operating Point, Noise Margin, dan Gate Delay.
2.1 Voltage Transfer
Static voltage transfer dari sebuah gerbang logika adalah plot dari tegangan keluaran gerbang logika (VOUT) dibandingkan dengan tegangan masukan gerbang logika (VIN).
Secara matematis, dapat dideskripsikan sebagai
VOUT = f(VIN)
Disebut static, karena pada bagian ini kita tidak memperhitungkan adanya faktor waktu.
2.2 Operating Point
Operating Point merupakan nilai tegangan keluaran yang dihasilkan oleh gerbang logika yang bisa diidentifikasi sebagai keluaran bernilai LOW atau bernilai HIGH. Karena tegangan keluaran bergantung pada tegangan masukan, maka untuk mendapatkan nilai HIGH operating point secara utuh untuk keluaran inverter, nilai LOW operating point harus menjadi masukan inverter. Begitu pula sebaliknya, sehingga diperlukan konfigurasi umpan balik atau yang menyerupai.
2.3 Noise Margin
Noise margin didefinisikan sebagai jumlah dari tegangan derau efektif yang bisa ditoleransi oleh input tanpa mengubah nilai keluaran gerbang logika.
Untuk mendapatkan nilai noise margin, kita memerlukan dua nilai tegangan yang didapatkan dari grafik karakteristik transfer yaitu dua tegangan input yang memiliki gradient = -1. Tegangan yang lebih rendah dari kedua tegangan ini disebut V input LOW yang dituliskan VIL dan yang lebih tinggi disebut V input HIGH yang dituliskan VIH.
Kedua tegangan ini merupakan tegangan perkiraan yang dianggap sebagai tegangan batas yang masih dikenali sebagai jenis masukan logika HIGH atau LOW.
Dengan menggunakan tegangan ini beserta tegangan VOH dan VOL kita bisa mendapatkan static voltage noise margin untuk gerbang logika dengan rumus :
NML = VIL-VOL (untuk yang LOW)
NMH = VOH-VIH (untuk yang HIGH
2.4 Gate Delay
Untuk menjelaskan mengenai gate delay, akan diambil contoh sebuah inverter, dimana kita mengasumsikan sebuah pulsa diberikan sebagai masukan inverter dan sebagai respon dari masukan tersebut, dihasilkan VOUT seperti yang tertera pada gambar.
Dua parameter, high to low propagation time (tPLH) serta low to high propagation time (tPHL) diukur pada posisi 50% tegangan maksimal dari bentuk gelombang VIN dan VOUT.
Sebagai tambahan, ada pula parameter kedua yaitu worst case propagation delay, yang dirumuskan :
Figure 1 Karakteristik Voltage Transfer Sumber : Brown Steven, Varesnic, Fundamental Of Digital Logic in VHDL Ed. 3 hal. 124
tPD = max (tPLH, tPHL)
sementara untuk tPDaverage kita menghitungnya bukan tepat 50% dari tegangan maksimal melainkan :
tPDaverage = (tPLH + tPHL) /2
3. METODOLOGI
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini antara lain :
1. Kit Praktikum Gerbang Logika NORR TTL dan Parameter Gerbang Logika.
2. 1 buah project board
3. Power Supply, Osiloskop, dan Generator Sinyal
4. Kabel Jumper secukupnya
5. 1 buah Kabel BNC, 2 buah kabel BNC-Probe Kait/ BNC-Jepit Buaya/ BNC-Banana
6. 2 buah kabel Banana-Banana/ Banana-Jepit Buaya Merah dan Hitam.
7. Komponen IC Gerbang Logika 7400
8. Osiloskop dan Generator Sinyal
3.1 PERCOBAAN 1A : VOLTAGE TRANSFER CHARACTERISTIC DAN NOISE MARGINS DARI IC 74LS04
3.2 PERCOBAAN 1B : MENCARI NILAI NML DAN NMH
Kembali tekan tombol ground pada kedua kanal untuk melakukan pengamatan bentuk sinyal. Periksa apakah bentuknya mirip dengan
gambar referensi. Catat hasil pengamatan
Setting osiloskop pada mode X-Y, tekan tombol ground pada kedua kanal dan atur agar posisi titik berada di tengah.
Setting Power Supply pada tegangan 5V dan sambungkan dengan VCC dan GND
Sambungkan output generator sinyal ke input gerbang logika(IN), kanal 1 osiloskop dengan input gerbang logika (IN), dan kanal 2 osiloskop dengan
output gerbang logika (OUT)
Cek keluaran sinyal generator menggunakan osiloskop dengan mode coupling DC sebelum menyambungkannya dengan inverter karena dapat
merusak IC
Mengatur pengaturan generator sinyal menjadi sinyal segitiga, frekuensi maksimal 1kHz, tegangan puncak 5 V dan offset DC (menarik knop offset)
dan mengatur tegangan minimum 0V
Gambarkan pada logbook keluaran mode XY dari percobaan sebelumnya pada tempat yang terpisah
Tukarkan posisi Probe osiloskop kanal 1 dengan kanal 2 sehingga posisinya bertukar dari
percobaan 1A, lalu sambungkan dengan inverter TTL 74LS04
Seperti pada Percobaan 1A, dapatkan sinyal keluaran inverter dalam mode XY kemudian
gambarkan hasil pengamatan secara bertumpukan dengan gambar percobaan sebelumnya
Hitung VOL, VOH, VIL, dan VIH dengan ketelitian 1 desimal dengan rumus yang ada pada studi pustaka, kemudian bandingkan dan analisa
3.3 PERCOBAAN 1C : DELAY PROPAGASI
3.4 PERCOBAAN 1D : VERIFIKASI FUNGSI LOGIKA
ulangi langkah-langkah di atas untuk inverter CMOS 4007
Susun kit praktikum parameter gerbang logika percobaan 1C menjadi rangkaian seperti pada gambar di buku praktikum
dengan kondisi semua alat dimatikan
Sambungkan power supply dengan VCC dan GND kit prakitkum, kemudian nyalakan
Ubah setting triggering menggunakan tombol slope menjadi positive edge, setting input tiap kanal menjadi 1V/DIV ,
sambungkan ground tiap kanal dan setting TIME/DIV menjadi 0.2us
Setting keluaran generator sinyal menjadi sinyal kotak dengan frekuensi 300kHz, gunakan port OUTPUT sebagai keluaran, setelah sebelumnya mengecek keluaran sinyal generator
menggunakan osiloskop.
Tampilkan keluaran dari kedua kanal, dan gunakan tombol X1/MAG untuk memperbesar hingga 10x dan bentuk sinyal
dapat terlihat jelas
Atur posisi vertical kedua sinyal sehingga posisinya 50% berada di sumbu X, kemudian ambil foto atau gambar hasil
yang didapatkan
Ubah setting triggering menjadi negative edge dan ulangi semua langkah diatas.
Gunakan nilai tPLH dan tPHL yang didapatkan untuk mencari tPD dan tPD(average) menggunakan rumus dari studi pustaka, dan
kemudian bandingkan dengan data pada datasheet 74LS08. Analisalah bila terjadi perbedaan
3.5 PERCOBAAN 1E : RANGKAIAN KOMBINASIONAL SEDERHANA
3.6 PERCOBAAN 1F : GERBANG LOGIKA NOR TTL
4. HASIL DAN ANALISIS
4.1 Percobaan 1A : Menentukan karakteristik voltage transfer dan noise margins dari IC 74LS04
Gambar referensi hasil keluaran osiloskop :
Hubungkan Power Supply dengan Kit Praktikum Parameter Gerbang Logika
Percobaan 1D
Buatlah tabel logika dari gerbang yang dipakai dengan menvariasikan ketiga masukan
gerbang logika menggunakan tegangan dari Power Supply.
Untuk nilai LOW, gunakan ground Power Supply, sedangkan untuk nilai HIGH gunakan
VCC Power Supply yang diset bernilai 5V
Berikan input yang bervariasi dan perhatikan lampu dari kit praktikum tersebut. apabila lampu menyala artinya nilainya 1 (HIGH)
sementara bila tidak menyala, nilainya 0(LOW)
Amati hasil output dari gerbang logika, kemudian analisa jenis dari gerbang logika
yang diberikan berdasarkan variasi input dan output
Buat persamaan logika : Q = A + B dengan hanya menggunakan operasi NAND dan NOR
saja
Rancang dan gambar rangkaiannya, kemudian terapkan rangkaiannya dari IC
CMOS 7400 yang telah tersedia pada project board
Verifikasi fungsionalitas dari rangkaian dengan memberikan variasi input dan catat serta bandingkan dengan tabel kebenaran
dari fungsi OR. Analisa bila terjadi perbedaan
Hubungkan VCC dan GND kit praktikum Gerbang Logika NOR TTL dengan Power Supply 5V, hubungkan multimeter pada terminal OUT untuk mengukur tegangan
Berikan Input A, Input B, dan Input C nilai 0 (LOW), dan amati nilai yang terbaca, dan hitung tegangan pada
semua hambatan
Ubah salah satu nilai input menjadi logika 1(HIGH/5V) dan lakukan
pengamatan seperti langkah sebelumnya
Ubah dua nilai input menjadi logika 1(HIGH/5V) dan lakukan pengamatan
seperti langkah sebelumnya
Ubah semua nilai input menjadi logika 1(HIGH/5V) dan lakukan pengamatan
seperti langkah sebelumnya
Analisa apakah nilai yang didapatkan sesuai dengan tabel kebenaran gerbang
logika NOR, dan jika tidak mengapa.
Hasil percobaan keluaran osiloskop pada mode X-Y :
Tabel 4-1 Tabel Data 1A
Tegangan
Besar (V)
VOH 10.5
VOL 0.4
VIH 6.5
VIL 0.9
4. 2 Percobaan 1B : Mencari nilai NML dan NMH
Dari gambar tersebut diketahui data – data yang didapat :
Tabel 4-2 Tabel Data 1B
Tegangan Besar (V)
VOH 10.5
VOL 0.4
VIH 6.5
VIL 0.9
Maka dapat dihitung nilai NML dan NMH
dengan menggunakan rumus
NML = VIL - VOL
= 0.9 V – 0,4 V
= 0.5 V
NMH = VOH - VIH
= 10.5 V – 6.5 V
= 4 V
Dari hasil didapat bahwa nilai NML = 0.5 V dan NMH = 4 V
4.3 Percobaan IC : Delay Propagasi
Dari percobaan delay propagasi didapat hasil keluaran osiloskop pada saat triggering positive edge :
Data yang didapat adaah sebagai berikut :
Tabel 4-3 Tabel Data Positive Edge
NilaiBesar (us)
tPHL 0,3
tPLH 0,2
Maka dari data yang didapatkan dapat dihitung tPD dan tPD(average) menggunakan rumus :
tPD = maximum (tPHL, tPLH)
= maximum (0,3;0,2)
= 0,25 us
Sedangkan nilai rata – ratanya :
tPD(average) = (tPHL + tPLH)/2
= (0,3 + 0,2) / 2
=0,25 us
Sedangkan hasil keluaran osiloskop pada saat triggering negative edge :
Tabel 4-4 Tabel Data Negative Edge
NilaiBesar (us)
tPHL 0,2
tPLH 0,3
tPD = maximum (tPHL, tPLH)
= maximum (0,2;0,3)
= 0,3 us
Sedangkan nilai rata – ratanya :
tPD(average) = (tPHL + tPLH)/2
= (0,2 + 0,3) / 2
=0,25 us
4.4 Percobaan 1D : Verifikasi fungsi logika
Tabel 0-5 Tabel Kebenaran
A B C Outp
ut
1 1 1 0
1 1 0 1
1 0 1 1
1 0 0 1
0 1 1 1
0 1 0 1
0 0 1 1
0 0 0 1
Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa gerbang logika tersebut adalah NAND.
4.5 Percobaan 1E : Rangkaian Kombinasional Sederhana
Membuat rumus Q = A + B dengan hanya menggunakan NAND, kami membuat :
Dan dihasilkan table kebenaran yang sesuai.
4.6 Percobaan 1F : Gerbang LOGIKA NOR TTL
Tabel 0-6 Tabel Kebenaran NOR
A B F
1 1 0
1 0 1
0 1 1
0 0 1
5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari percobaan parameter gerbang logika adalah
Gerbang logika memiliki beberapa karakteristik yaitu voltage transfer, noise margin, dan propagation delay.
Operating point yang merupakan parameter dari gerbang logika didapat dari karakteristik voltage transfer
Hasil percobaan karakteristik voltage transfer yang didapat sesuai dengan referensi yang ada.
Hasil percobaan propagation delay didapat sesuai dengan referensi yang ada dengan tPD(average) = 0,25 us
6. DAFTAR PUSTAKA
Brown, Steven dan Varesnic, Zvonko. 2005. Fundamental Of Digital Logic with VHDL Design.
Hutabarat, Mervin, dkk, Modul Praktikum Sistem Digital, Hal 1 – 11, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2010