Tugas Figure 6-14 (Parallel adder/subtractor using the 2's-complement system)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

Tugas Figure 6-14 (Parallel adder/subtractor using the 2's-complement system)

1. Tujuan [Kembali]

Untuk menyelesaikan tugas sistem digital yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison, M.T.
Menyelesaikan tugas soal yang diberikan dan mensimulasikannya dalam software proteus.
Mengetahui bentuk rangkaian dan mensimulasikan pengaplikasian dari tugas soal pada software proteus

2. Komponen [Kembali]

Alat :

1. Multimeter

Gambar 1. Multimeter

Multimeter adalah suatu alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur tiga jenis besaran listrik yaitu arus listrik, hambatan listrik dan tegangan listrik. Sebutan lain untuk multimeter adalah AVO-meter yang merupakan singkatan dari satuan ampere, volt dan ohm.Selain itu, multimeter juga disebut dengan nama multitester.Multimeter terbagi menjadi dua jenis yaitu multimeter analog dan multimeter digital. Perbedaan antara multimeter analog dan multimeter digital terletak pada tingkat ketelitian nilai pengukuran yang diperoleh. Multimeter dapat digunakan untuk pengukuran listrik arus searah maupun pengukuran listrik arus bolak balik

Bahan :

1. 7408 (Gerbang AND)

Gambar 2. Gerbang AND

Gerbang AND (GATE AND) memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang AND akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua masukan (Input) bernilai Logika 1 dan akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0 jika salah satu dari masukan (Input) bernilai Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Gerbang Logika AND adalah tanda titik (“.”) atau tidak memakai tanda sama sekali

2. 7432 (Gerbang OR)

Gambar 3. Gerbang OR

Gerbang OR (GATE OR) seperti pada gambar diatas hanya bisa menghasilkan logika 1 apabila satu, atau lebih, inputnya berada pada logika 1. dengan kata lain, sebuah gerbang OR hanya akan menghasilkan logika 0 bila semua inputnya secara bersamaan berada pada logika 0.Gerbang OR (GATE OR) seperti pada gambar diatas hanya bisa menghasilkan logika 1 apabila satu, atau lebih, inputnya berada pada logika 1. dengan kata lain, sebuah gerbang OR hanya akan menghasilkan logika 0 bila semua inputnya secara bersamaan berada pada logika 0.

3. Logicprobe

Gambar 4 Logicprobe

4. Logicstate

Gambar 5 LogicState

Output state:

0 (LOW / 0 Volt)

1 (HIGH / 5 Volt)

5. IC 74LS283

Gambar 5. IC 74LS283

IC 74LS283 adalah sebuah komponen sirkuit terpadu berteknologi TTL (Transistor-Transistor Logic) yang berfungsi sebagai penambah biner penuh 4-bit berkecepatan tinggi. Di dalam sistem komputer atau perangkat digital lainnya, IC ini bertugas menjumlahkan dua bilangan biner berukuran 4-bit secara instan bersama dengan satu bit input bawaan (Carry-In). Proses penghitungan di dalam chip ini berjalan sangat cepat karena menggunakan metode internal Carry Look-Ahead, sehingga hasil penjumlahan tidak perlu menunggu proses transfer bit dari satu gerbang ke gerbang lainnya secara berurutan.

Dari segi fisik dan operasional, IC dengan 16 pin ini bekerja pada tegangan standar 5 Volt dan menghasilkan dua output utama, yaitu empat bit hasil penjumlahan (Sum) serta satu bit output bawaan (Carry-Out). Bit Carry-Out ini sangat berguna karena memungkinkan beberapa IC 74LS283 digabungkan secara seri untuk menjumlahkan bilangan biner yang lebih besar, seperti 8-bit, 16-bit, atau lebih. Karena efisiensi dan kemudahan penggunaannya, IC ini sering diaplikasikan dalam pembuatan unit aritmatika komputer (ALU), kalkulator digital, serta menjadi alat peraga utama dalam pembelajaran sistem digital dan mikroprosesor.

5. D Flip-Flop (7474)

Gambar 6. D Flip-Flop (7474)

IC 7474 adalah sirkuit terpadu (IC) logika digital berbasis teknologi TTL (Transistor-Transistor Logic) yang mengemas dua buah D-type flip-flop independen yang bekerja berdasarkan pemicuan tepi pulsa positif (positive-edge-triggered). Secara teknis, fungsi utama komponen ini adalah sebagai unit memori biner satu bit yang bertugas menangkap status data pada pin masukan D (Data) tepat pada saat sinyal detak (clock) bertransisi dari logika rendah (0) ke logika tinggi (1), lalu meneruskan nilai tersebut ke pin keluaran Q. Proses transfer data ini terkunci secara sinkron, yang berarti perubahan apa pun pada pin masukan D di luar momen transisi clock tersebut tidak akan memengaruhi kondisi keluaran, sehingga sirkuit terlindung dari gangguan sinyal liar atau noise.

Selain beroperasi secara sinkron, IC 7474 dilengkapi dengan fleksibilitas tinggi berkat adanya dua pin kontrol asinkron aktif-rendah (active-low), yaitu Preset (PRE) dan Clear (CLR). Kedua pin ini memiliki prioritas tertinggi karena mampu memaksa kondisi keluaran Q langsung menjadi logika tinggi atau rendah secara instan, tanpa perlu menunggu datangnya pulsa clock. Karakteristik kontrol yang dinamis dan presisi ini membuat IC 7474 menjadi komponen fondasi yang sangat vital dalam arsitektur elektronika digital, mulai dari aplikasi sederhana seperti pembagi frekuensi sinyal dan rangkaian pengunci (latch), hingga sistem yang lebih kompleks seperti register geser (shift register), pencacah biner (counter), serta unit penyangga data pada mikroprosesor.

3. Dasar Teori [Kembali]

Pada percobaan menggunakan 4-Bit Parallel Adder/Subtractor (Penambah/Pengurang Paralel 4-bit).

1. Sistem Bilangan Biner dan Aritmatika Digital

Teori paling dasar adalah bagaimana mesin melakukan operasi matematika dalam bentuk biner (0 dan 1). Rangkaian ini menggunakan prinsip bahwa operasi pengurangan dapat diubah menjadi operasi penjumlahan dengan bantuan representasi bilangan negatif.

2. Teori Komplemen Dua (2's Complement)

Ini adalah kunci utama mengapa satu rangkaian yang sama (IC 74LS283) bisa melakukan penjumlahan sekaligus pengurangan.

Penjumlahan: Dilakukan secara langsung ( $A + B$ ).
Pengurangan: Operasi $A - B$ dikonversi menjadi $A + (-B)$ . Dalam sistem digital,- $-B$ direpresentasikan dalam bentuk Komplemen Dua, yaitu:
$\text{Komplemen Dua } B = \bar{B} \text{ (Inversi/Komplemen Satu)} + 1$

$\text{Komplemen Dua } B = \bar{B} \text{ (Inversi/Komplemen Satu)} + 1$

3. Gerbang Logika Kombinasional (Seleksi Input)

Rangkaian ini menggunakan kombinasi gerbang AND dan OR yang berfungsi sebagai pemilih data (serupa dengan prinsip Multiplexer):

Gerbang AND (1, 3, 5, 7): Diaktifkan oleh sinyal ADD untuk melewatkan nilai asli $B$ .
Gerbang AND (2, 4, 6, 8): Diaktifkan oleh sinyal SUB untuk melewatkan nilai inversi $\bar{B}$ .
Gerbang OR (9, 10, 11, 12): Menggabungkan hasil seleksi untuk diteruskan ke input $B$ pada IC Adder.

4. IC Full Adder Paralel (74LS283)

IC 74LS283 adalah High-Speed 4-Bit Binary Full Adder. Teori yang bekerja di dalamnya adalah:

Full Adder: Menjumlahkan tiga bit sekaligus (bit $A$ , bit $B$ , dan Carry-in).
Parallel Carry: Menjumlahkan seluruh bit ( $A_0-A_3$ dan $B_0-B_3$ ) secara bersamaan dengan jalur Carry (sisa hasil bagi) yang sangat cepat dari bit rendah ke bit tinggi.

5. Register dan Flip-Flop (Penyimpanan Data)

Di bagian bawah terdapat deretan D Flip-Flop (Register A).

Penyimpanan: Digunakan untuk menyimpan sementara data input $A$ atau hasil operasi sebelumnya.
Sinkronisasi: Menggunakan sinyal Clock (Transfer pulse) agar perpindahan data terjadi secara bersamaan dan stabil.

6. Sinyal Kontrol (Control Logic)

Rangkaian ini menggunakan logika kontrol untuk menentukan fungsi alat:

Jika ADD = 1, maka jalur data asli $B$ terbuka = Operasi: $A + B$ .
Jika SUB = 1, maka jalur data $\bar{B}$ terbuka dan $C_0$ bernilai 1 = Operasi: $A + \bar{B} + 1$ (setara dengan $A - B$ ).

4. Rangkaian [Kembali]

5. Percobaan [Kembali]

Rangkaian diatas merupakan Parallel Adder/Subtractor (Penjumlah/Pengurang Paralel) 4-bit yang memanfaatkan sistem komplemen-2 (2's-complement) dengan komponen utama IC 74LS283. Rangkaian ini dapat melakukan dua fungsi (penjumlahan atau pengurangan) tergantung pada sinyal kontrol yang aktif.

1. Penyiapan Data Masukan (Register A dan B)

Register A: Terdiri dari 4 D Flip-Flop di bagian bawah. Ketika pulsa transfer (Transfer Pulse) masuk ke pin CLK, data biner $A$ ($A_3A_2A_1A_0$) akan dikunci dan dikirim langsung ke input $A$ pada IC adder 74LS283.
Register B: Menyediakan dua jenis keluaran untuk setiap bitnya secara bersamaan, yaitu nilai asli ($B$) dan nilai komplemen/kebalikannya ($\bar{B}$).

2. Kondisi Operasi Penjumlahan (ADD = 1, SUB = 0)

Ketika jalur kontrol ADD bernilai logika 1 dan SUB bernilai logika 0, rangkaian berfungsi sebagai penjumlah:

Seleksi Gerbang: Sinyal ADD = 1 mengaktifkan gerbang AND bagian atas (nomor 1, 3, 5, 7), sehingga nilai asli B0, B1, B2, B3 lolos melewati gerbang OR (9, 10, 11, 12) menuju input B pada IC 74LS283.
Blokir Komplemen: Jalur SUB = 0 menonaktifkan gerbang AND bagian bawah (nomor 2, 4, 6, 8), sehingga nilai inversi dari B tidak digunakan.
Carry-In ($C_0$): Pin C0 pada IC 74LS283 terhubung ke jalur SUB, sehingga bernilai 0.
Operasi Matematika: IC 74LS283 melakukan penjumlahan murni:
Hasil = A + B + C0 = A + B

3. Kondisi Operasi Pengurangan (ADD = 0, SUB = 1)

Ketika jalur kontrol ADD bernilai logika 0 dan SUB bernilai logika 1, rangkaian berubah fungsi menjadi pengurang menggunakan metode komplemen-2 (A - B : A + Invers B + 1):

Seleksi Gerbang: Sinyal SUB = 1 mengaktifkan gerbang AND bagian bawah (nomor 2, 4, 6, 8), sehingga nilai inversi B0, Invers B1, Invers B2, Invers B3 lolos melewati gerbang OR menuju input B pada IC 74LS283.
Blokir Nilai Asli: Jalur ADD = 0 menonaktifkan gerbang AND bagian atas, sehingga nilai asli B tersaring.
Carry-In (C0): Pin C0 bernilai 1 karena mendapatkan logika 1 dari jalur SUB. Logika 1 ini berfungsi sebagai penambah "+1" untuk mengubah komplemen-1 Invers B menjadi komplemen-2.
Operasi Matematika: IC 74LS283 menjumlahkan input yang masuk:
Hasil = A + Invers B + C_0 = A + Invers B + 1 = A - B

4. Hasil Keluaran (Output)

Hasil akhir dari operasi (baik penjumlahan maupun pengurangan) akan langsung dikeluarkan melalui pin output sum biner (1,2,3,4)
Jika terjadi kelebihan nilai (overflow) atau sisa nilai dari bit tertinggi, bit tersebut akan dikeluarkan melalui pin C4 (Carry-Out).

Jika Anda ingin melanjutkan, apakah Anda perlu dibantu untuk menyelesaikan soal latihan di bagian bawah gambar tersebut atau menghitung contoh angka biner spesifik pada rangkaian ini?

Cari Blog Ini

Haekall Adiromarli