Jenis-Jenis Gerbang Logika beserta Simbol, Tabel Kebenaran, Persamaan Boolean, dan Data Sheet
Kali ini saya akan memposting mengenai gerbang logika. Gerbang logika ini saya dapatkan di kelas X SMK dan di salah satu Mata Kuliah wajib saya di Program Studi Pendidikan Teknik Informatika dan Komputer dengan mata kuliah Teknik Digital. Oke langsung saja tidak usah basa basi langsung saja.
Gerbang Logika adalah rangkaian dengan satu atau lebih dari satu sinyal asukan tetapi hanya menghasilkan satu sinyal berupa tegangan tinggi atau tegangan rendah. Gerbang-gerbang logika merupakan dasar untuk membangun rangkaian elektronika digital. Suatu gerbang logika mempunyai satu terminal keluaran dan satu atau lebih terminal masukan. Keluaran dan masukan gerbang logika ini dinyatakan dalam kondisi HIGH (1) atau LOW (0). Dalam suatu sistem TTL level HIGH diwakili dengan tegangan 5V, sedangkan level LOW diwakili dengan tegangan 0V. Oke berikut ini adalah jenis-jenis gerbang logika yang ada dan sering digunkan:
1. AND
Gerbang AND akan berlogika 1 atau keluarannya akan berlogika 1 apabila semua masukan/inputannya berlogika 1, namun apabila semua atau salah satu masukannya berlogika 0 maka outputnya akan berlogika 0.
Simbol dan Persamaan Boolean AND
|
Tabel Kebenaran AND
|
Data Sheet AND
|
2. NAND
Gerbang NAND akan bernilai / outputnya akan berlogika 0 apabila semua inputannya bernilai 1 dan outpunya akan berlogika 1 apabila semua atau salah satu inputannya bernilai 0.
Simbol dan Persamaan Boolean NAND
|
Tabel Kebenaran NAND
|
Data Sheet NAND
|
3.OR
Gerbang OR akan berlogika 1 apabila salah satu atau semua inputan yang dimasukkan bernilai 1 dan apabila keluaran yang di inginkan berlogika 0 maka inputan yang dimasukkan harus bernilai 0 semua.
Simbol dan Persamaan Boolean OR
|
Tabel Kebenaran OR
|
Data Sheet OR
|
4.NOR
Gerbang NOR merupakan gerbang logika yang outputnya akan berlogika 1 apabila semua inputannya bernilai 0, dan outpunya akan berlogika 0 apabila semua atau salah satu inputannya inputannya berlogika 1.
Simbol dan Persamaan Boolean NOR
|
Tabel Kebenaran NOR
|
Data Sheet NOR
|
Tabel Kebenaran NOT
|
Data Sheet NOT
|
Tabel Kebenaran BUFFER
|
Data Sheet BUFFER
|
7.XOR
Gerbang XOR merupakan kepanjangan dari Exclusive OR yang mana keluarannya akan berlogika 1 apabila semua inputannya berbeda, namun apabila inputannya sama maka akan memberikan output berlogika 0.
Simbol dan Persamaan Boolean XOR
|
Tabel Kebenaran XOR
|
Data Sheet XOR
|
8.XNOR
Gerbang XNOR merupakan kepanjangan dari Exclusive NOR yang mana keluarannya akan berlogika 1 apabila semua inputannya sama, namun apabila inputannya berbeda maka akan memberikan output berlogika 0.
Simbol dan Persamaan Boolean XNOR
|
Tabel Kebenaran XNOR
|
Data Sheet XNOR
|
RANGKAIAN GERBANG KOMBINASI
(b) Rangkaian BerurutPERANCANGAN RANGKAIAN KOMBINASI
Berdasarkan persamaan yang diperoleh ini, yang merupakan fungsi Boole dari pada rangkaian yang dicari, dapat digambarkan diagram rangkaian logikanya Ada kalanya fungsiBoole 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) gerbang berikutnya. 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 dengan gerbang-gerbangdengan 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)
Rangkaian Asal Rangkaian Dengan NAND saja
“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.)
Gambar 3. Model Umum Rangkaian Logika
(a) Rangkaian Kombinasi(b) Rangkaian BerurutPERANCANGAN RANGKAIAN KOMBINASI
“Rangkaian kombinasi mempunyai komponen-komponen masukan, rangkaian logika, dan keluaran, tanpa umpan balik. Persoalan yang dihadapi dalam perancangan (design) suaturangkaian 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 fungsiBoole 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) gerbang berikutnya. 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 dengan gerbang-gerbangdengan 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 gerbanguniversal, artinya hanya dengan menggunakan
jenisgerbang NAND saja atau NOR sajadapat menggantikan fungsi dari 3
gerbang dasar yang lain (AND, OR, NOT). Multilevel, artinya: denganmengimplementasikangerbang 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, dengan hubungan seperti gambar 2.
Gambar 4. Substitusi Beberapa Gerbang Dasar Menjadi NAND
Rangkaian Asal Rangkaian Dengan NAND saja
Gambar 5, impelemtasi Gergang NAND