counter

URAIAN MATERI
Hampir setiap sistem digital kompleks berisisi beberapa pencacah. Fungsi pencacah merupakan salah satu dari pencacahan kejadian atau periode waktu atau penempatan kejadian secara berurutan. Pencacah juga mengerjakan beberapa pekerjaan yang tidak begitu jelas : membagi frekuensi, alamat, dan penyelenggaraan unit memori. Bab ini membahas beberapa jenis pencacah dan penggunaannya. Flip flop merupakan alat yang dapat dirangkaikan satu sama lain untuk membentuk rangkaian yang dapat mencacah. Oleh karena penggunaan pencacah sangat luas, maka sekarang telah dibuat pencacah yang terkait dalam bentuk IC. Beberapa pencacah tersedia dalam bentuk TTL dan kelompok CMOS.
Secara global, counter terbagi atas dua jenis sinkron counter dan asinkron counter. Perbedaan kedua jenis counter ini adalah pemicuannya. Pada sinkron counter, pemicuan counter terjadi serempak (dipicu oleh satu sumber clock) susunan flip flop nya paralel. Sedangkan pada asinkron counter, minimal ada satu flip flop dipicu oleh keluaran flip flop lain atau dari sumber clock lain dan susunan flip flop nya seri. Dengan memanipulasi flip flop berdasarkan peta karnough atau timing diagram dapat dihasilkan counter acak, shift counter (counter sebagai fungsi register) atau juga up down counter.
Asinkron Counter
Flip Flop dapat dihubungkan untuk mendapatkan sebuah pencacah elektronik, suatu unit yang dapat mencacah banyaknya picu masukan. Gambar dibawah ini memperlihatkan empat buah flip flop dalam gandengan.
Gambar counter Asinkron
Suatu picu clock (CP) memicu flip flop A. Perhatikan bahwa keluaran flip flop A memicu flip flop B. Kemudian selanjutnya keluaran flip flop B memicu flip flop C yang selanjutnya keluaran flip flop C memicu flip flop D. Semua masukan flip flop J-K ini di berlogika “1” yang artinya dihubungkan dengan Vcc. Ini berarti masing-masing flip flop akan berubah keadaan (toogle) akibat peralihan clock pada saat tepi turun (lihat tabel kebenaran flip flop J-K).
Bila keluaran suatu flip flop memicu flip flop yang lain, maka kita namakan counter tersebut adalah counter asinkron. Counter asinkron terjadi jika ada minimal ada satu buah flip flop yang keluarannya memicu flip flop lain. Flip flop A0 harus berubah keaadaan dari logika tinggi ke logika rendah terlebih dahulu sebelum dia memicu flip flop A1. Kemudian Flip flop A1 harus berubah keaadaan dari logika tinggi ke logika rendah terlebih dahulu sebelum dia memicu flip flop A2. Dan selanjutnya Flip flop A2 harus berubah keaadaan dari logika tinggi ke logika rendah terlebih dahulu sebelum dia memicu flip flop A3. Oleh sebab itu, waktu tunda rambatan keseluruhan merupakan jumlah waktu tunda pada masing-masing flip flop. Jika pada masing-masing flip flop mempunyai waktu tunda (td) sebesar 10 ns, maka waktu tunda keseluruhan untuk 4 buah flip flop seperti gambar diatas adalah 40ns.
Marilah kita asumsikan bahwa semua flip flop berada pada keadaan reset sehingga menghasilkan keluaran “0”. Dengan demikian, kondisi keluaran adalah
A0 A1 A2 A3 = 0 0 0 0
Sebelum datangnya sinyal clock pertama.
Kemudian setelah sinyal clock pertama tiba, flip flop A0 berubah keadaan pada saat perubahan sinyal clock dari logika tinggi ke logika rendah. Maka pada akhir sinyal clock pertama keluaran adalah A0 A1 A2 A3 = 0 0 0 1
CP
A0
A1
A2
A3
Gambar Gelombang sinyal keluaran
Sinkron Counter
Counter sinkron adalah kebalikan dari counter asinkron jika dilihat dari segi pemicuannya. Counter sinkron pemicuan dari sumber clock yang sama dan susunan flip flop nya paralel. Dalam counter sinkron ini sendiri terdapat perbedaan penempatan atau manipulasi gerbang dasarnya yang menyebabkan perbedaan waktu tunda yang disebut carry propagation delay.
BINARY COUNTER
Desain dari synchronous binary counter ini sederhana, dimana flip -flop pada urutan terendah dicomplement-kan dengan setiap pulsa. Flip-flop pada posisi lebih tinggi akan dicomplement-kan jika semua bit pada flip-flop yang lebih rendah bernilai 1.
Sebagai contoh:
Jika present state suatu counter 4 bit yaitu A4A3A2A1 = 0011, maka state berikutnya adalah 0100.
A1 selalu dicomplement-kan. A2 dicomplement-kan karena present state A1 = 1. A3 dicomplement-kan karena A2A1 = 11. Tetapi A4 tidak dicomplement-kan karena present state A3A2A1 = 011 yang mana tidak terdiri dari 1 semua.
Gambar rangkaian dari synchronous binary counter 4 bit
Counter mode
Rangkaian counter-counter diatas hanya akan kembali ke keadaan semula (reset) dalam 2n pulsa. Apabila kita menginginkan suatu flip-flop akan reset setelah hitungan tertentu (selain hitungan 2n) maka counter ini disebut sebagai modulus counter.
COUNTER MOD-3
Berikut ini adalah counter mod 3 dengan menggunakan JK flip-flop.
Tabel kebenaran
B
A
count
0
0
0
0
1
1
1
0
2
0
0
0
Gambar Diagram logika danlogic blok
CP
A
B
Gambar sinyal keluaran
COUNTER MOD-6
Dasar dari flip-flop adalah counter mod-2. Sehingga jika kita ingin membuat counter mod-4 kita dapat membangunnya dari dua buah mod-2 yang dihubungkan secara seri. Untuk counter mod-6 kita dapat membangunnya dari counter mod-3 dan counter mod-2 yang dirangkai secara seri ( 3 x 2 = 6 ) seperti pada gambar berikut:
Gambar 3 x 2 mod-6 counter
CP
A
B
C
Pencacah Kerut Biner
Seperti diperlihatkan sebelumnya, pencacah klerut biner dapat dibang dengan menggunakan flip-flop JK berloceng. Banyaknya cacahan atau keadaan diskrit seluruhnya yang dapat dilalui oleh pencacah diberikan 2n, denagn n adakah keseluruhan banyaknya flip-flop yang digunakan. Dikatakan bahwa pencacah memiliki cacahan dasar sebanyak 2n. Sebagai contoh, pencacah biner dasar yang terdiri dari tiga buah flip-flopmencacah melalui delapan keadaan diskrit yang dikatakan memiliki cacahan dasar sebanyak 8. Pencacah biner yang terdiri dari empat flip-flop mencacah melalui 16 keadaan diskrit, dan seterusnya. Dengan demikian, kita dapat membangun pencacah-pencacah yang mencacah melalui 2, 4, 8, 16, 32 dan seterusnya, keadaan dengan menggunakan banyaknya flip-flop yang sesuai. Pencacah tiga flip-flop sering disebut sebagai pencacah modulus-8 (atau mod-8) karena memiliki delapan keadaan. Demikian pula, pencacah empat flip-flop adalah pencacah mod-16. Modulus suatu pencacah adalah banyaknya keseluruhan keadaan yang dapat dilalui oleh pencacah.
Seringkali diinginkan untuk membangun pencacah-pencacah yang mempunyai modulus lain dari 2, 4, 8 dan seterusnya. Sebagai contoh, mungkin anda ingin membangun sebuah pencacah yang mempunyai modulus 3 atau 5 atau 7. Sebuah pencacah bermodulus lebih kecil senantiasa dapat dibangun dari pencacah bermodulus lebih besar dengan melompati keadaan-keadaan tertentu. Pencacah semacam ini dikatakan mempunyai cacahan termodifikasi. Terlebih dahulu perlu ditentukan banyaknya flip-flop yang diperlukan. Banyaknya flip-flop ditentuakn dengan memilih cacahan dasar terkecil yang lebih besar daripada cacahan termodifikasi yang diinginkan. Sebagai contoh, pencacah mod-7 membutuhkan tiga buah flip-flop karena 8 merupakan cacahan dasar terkecil yang lebih besar daripada cacahn termodifikasi yang diinginkan yakni 7.
Pencacah Dekade MSI
Kita juga dapat membangun pencacah decade dengan menggunakan sandi-sandi BCD lainya. Namun pada umumnya, pencacah decade menggunakan sandi 8421. Pada kenyataannya, standard industri bagi pencacah dekade adalah 7490, suatu rangkaian terpadu skala-sedang (MSI) dalam seri TTL 7400. 7490 mencacah dalam sandi 8421 dari0000 sampai 1001; kemudian pencacah ini reset ke nol. Rangkaian MSI yang terkenal ini secara umum mempunyai disipasi daya sebesar 145 mW, waktu tunda rambatan sebesar 50 ns (keadaan terburuk), keluaran totem-pole, serta cirri-ciri lain yang dijelaskan pada lembar datanya.
Untuk mencacah lebih dai 10, yang perlu kita lakukan adalah menggandengakan pencacah-pencacah decade.
Pada pulsa lonceng kesepuluh, keluaran D pada pencacah satuan berubah dari 1 ke 0. Perubahan menuju negative ini memicu pencacah puluhan. Oleh sebab itu, kondisi keluaran ketiga 7490 adalah
0000 0001 0000
Setelah pulsa lonceng kesepuluh
Denagn datangnya setiap pulsa lonceng berikutnya, pencacah satuan meningkat satu cacahan. Setiap satu kali pencacah satuan reset ke 0000, pencacah lain memicu pencacah puluhan, yang meningkat satu cacahan. Setelah 99 pulsa loceng keluaran BCD pada ketiga 7490 adalah
0000 100 1001
Yang ekivalen dengan decimal 99.
Pada pulsa lonceng ke 100, pencacah puluhan reset ke 0000, menhasilkan suatu pemicu menuju negative bagi pencacah ratusan. Denagn demikian, setelah 100 pulsa lonceng keluaran BCD pada ketiga 7490 adalah
0001 0000 0000
Yang ekivalen dengan decimal 100
Hendaknya anda mampu melihat permasalahan ini. Ketiga 7490 mencacah banyaknya pulsa lonceng, dengan menggunakn sandi BCD. Banyaknya pulsa lonceng masimum yang dapat dicacah oleh tiga buah 7490 adalah 999. Untuk meningkatkan kapasitas ini, kita gandengkan lebih banyak 7490. Sebagai contoh, untuk mencacah sampai 99.999.999 digunakan delapan buah 7490.
Gandengan 7490 seperti pada gambar di atas lazim digunakan pada frekuensi, volt-meter digital, dan sebagainya.