Download - 14064-1-833515462808.doc
Mata Kuliah : Perencanaan Sistem Digital
Dosen : Trie Maya Kadarina ST,MT.
Buku teks : 1. Digital Design, Moris Mano, PHI
2. Digital Design Principles and Practices, John F.Wakerly, PHI
3. Buku digital lainnya
1. Tujuan Mata Kuliah
Tujuan Umum :
Mampu memahami konsep dasar perancangan sistem digital, mampu melakukan
sintesa dan analisa dari sistem rangkaian digital dengan permodelan EWB.
Tujuan Khusus :
Mampu memberikan gambaran dan penjelasan mengenai: dasar dan terminology
sistem digital, rangkaian kombinasiaonal dan sekuensial serta penerapan/aplikasi
dari rangkaian tersebut, prinsip ALU, MSI dan LSI, serta programmable hardware.
2. Pokok Bahasan
Materi perkuliahan yang akan dibahas diantaranya:
1. Pendahuluan, Pengantar Perancangan Sistem Digital
2. Dasar dan Terminologi Sistem Digital
3. Gerbang Logika Dasar dan Implementasi Gerbang
4. Desain Rangkaian Kombinasional
5. Desain Rangkaian Sequensial
6. Rangkaian Pewaktu
7. Register
8. Counter
9. Analisa dan Sintesa Rangkaian Synchronous Sequensial
3. Aturan Penilaian
Nilai Akhir : 10% Kehadiran
20% Rata-rata nilai tugas + kuis
30% UTS
40% UAS
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 1
MODUL I
PENGANTAR PERENCANAAN SISTEM DIGITAL
1. Definisi Sistem Digital
Sistem merupakan sekumpulan komponen/elemen yang saling terkait satu sama lain
sedemikian sehingga saling bekerja sama untuk satu tujuan tertentu seperti maksud
dari si-perancang sistem tersebut. Sistem Digital: Sistem yang input dan outputnya
merupakan himpunan-himpunan berhingga yang anggotanya berupa besaran
diskret. Dalam implementasinya besaran-besaran tersebut disandikan
menggunakan variabel-variabel biner. Sistem melakukan transformasi data dan
isyarat.
Sistem digital merupakan dasar bagi sistem komputer digital dan beberapa sistem
kontrol automatisasi. Sistem digital ini telah diterapkan diberbagai bidang yang
sangat luas. Sistem digital berbeda dengan teknik analog, pada sistem digital hanya
dikenal dua keadaan yang berbeda yaitu HIGH dan LOW (biasanya +5 volts (V) dan
0 volts (V)), yang direpresentasikan dengan 1 dan 0, aktif dan non-aktif, dan
sebagainya. Sebagai contoh perbedaan sistem digital dengan sistem analog dapat
dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Analog—Digital : (a) Bentuk Gelombang Analog; (b) Bentuk Gelombang
Digital; (c) Jam Analog; (d) Jam Digital
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 2
(a) (b)
(c) (d)
Pada gambar 2 ditunjukkan diagram blok sistem digital. Keluaran sistem digital akan
menghasilkan nilai (0) atau (1).
Gambar 2 Diagram blok sistem digital
Untuk dapat mewujudkan pengolahan data dengan sistem digital pada dasarnya kita
harus mengenal rangkaian inti pada sistem digital yaitu :
1. Rangkaian kombinasional ; adalah rangkaian yang outputnya hanya
tergantung pada input ”pada saat itu”. Pada prinsipnya, rangkaian
kombinasional merupakan penerapan dan penerjemah langsung dari aljabar
boole, yang biasanya dinyatakan sebagai fungsi logika. Operator logika yang
digunakan dalam aljabar boole adalah inversi/negasi (NOT), perkalian logika
(AND), penambahan logika (OR). Aturan dalam aljabar klasik juga berlaku
pada Aljabar Boole, yaitu :
a. Commutative law of addition : A + B = B + A,
dan multiplication : AB=BA
b. Associative law of addition: A + (B + C) = (A + B) + C,
dan multiplication: A(BC) = (AB)C.
c. Distributive law: A(B + C) = AB + AC,
dan (A + B)(C + D) = AC + AD + BC + BD.
2. Rangkaian sekuensial ; adalah rangkaian yang outputnya tidak saja
bergantung pada input pada saat itu saja tetapi juga bergantung pada
keadaan output sebelumnya.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 3
SISTEM DIGITAL
Masukan{a,b,c,d}
Keluaran {p,q}
Penyandian:
Masukan:
a = 00
b = 01
c = 10
d = 11
Keluaran:
p = 0
q = 1
Komponen Sistem Digital
• Komponen Kombinasional:
– Multiplexer (MUX)
– Tri-state buffer
– Decoder
– Encoder
– Arithmetic units
• Komponen Sekuensial:
– Latch: S-R latch, Gated D latch
– FF: D FF, S-R FF, J-K FF, T FF
– Register
– Counter
2. Ragam Perancangan Sistem Digital
• Programmable Logic
– ROM + FF
– PLA (Programmable Logic Array), PAL (Programmable Array Logig) + FF
– CPLD (Complex Programable Logic Device)
– FPGA (Field Programmable Gate Array)
• Semi-Custom Design
– Cell-based design
• Full Custom Design
3. Level Perancangan Sistem Digital
• Level Arsitektural : Sistem dianggap melakukan komputasi data. Pada level
ini dispesifikasikan satu set operasi yang harus dimiliki sistem, spesifikasi
input/outputnya, kecepatan operasi dsb.
• Level Logika : Sistem dianggap melakukan satu set fungsi logika untuk
mengimplementasikan spesifikasi level Arsitektural.
Contoh :
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 4
• Level Elektronis : Pada level ini, fungsi-fungsi logika yang
diimplementasikan pada level logika akan diimplementasikan ke dalam untai-
untai elektronis.
4. Spesifikasi dan Implementasi Sistem Digital
• Spesifikasi :
mengacu pada diskripsi fungsional sistem apa yang dapat dilakukan oleh
sistem dan karakteristik pemakaiannya (kecepatan, teknologi, konsumsi
dayanya dsb).
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 5
State B
State A State C
D Q
Ck Q
b
c
d
x
yclock
Spesifikasi Proses SintesisImplementa
si
Proses Analisis
• Implementasi :
Implementasi (hasil rancangan) mendiskripsikan bagaimana sistem
dikonstruksikan, dengan saling menghubungkan komponen-komponen dasar
pada level tertentu.
• Perancangan :
adalah proses merancang implementasi yang dapat memenuhi spesifikasi
sistem.
• Analisis :
adalah proses mencari spesifikasi sistem, analisis dilakukan terhadap sebuah
hasil rancangan (Implementasi).
Hasil analisis ini dibandingkan untuk menentukan apakah suatu hasil
rancangan memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan diawal perancangan
5. Sistem Bilangan
Manakah yang benar?
Contoh :
1945 = seribu sembilan ratus empat puluh lima
= 1 ribuan + 9 ratusan + 4 puluhan + 5 satuan
= 1 x 103 + 9 x 102 + 4 x 101 + 5 x 100
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 6
374658
1032+
374816
1301+
521655
1376+
110101
1011+
1100101010
100011+
324123
1002+
10 9 8
Secara umum, nilai suatu sistem bilangan dalam desimal adalah:
r : radix
di: digit dari sistem dengan radix r
Contoh: untuk r=8
di: 0,1,2,3,4,5,6 & 7
5.1 Konversi dari Suatu Sistem Bilangan ke Desimal
( 235,46)7 = ( )10
N = 2x72 + 3x71 + 5x70 + 4x7-1 + 6x7-2
= 2x49 + 3x7 + 5x1 + 4/7 + 6/49 = ……
(100110,11)2 = ( 32+0+0+4+2+0+0,5+0,25)10
= (38,75)10
5.2 Konversi dari Desimal ke Sistem Bilangan Lain
( 123,45)10 = ( 173,3463.. .. )8
( 123)10 = ( 173 )8 ( 0,45)10 = ( 0,3463.. )8
5.3 Sistem Bilangan Yang Sering Dipakai
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 7
N = Σ diri
-
_i=+
_
0,45
x 83,60
x 8
x 8
4,80
6,40
3,20x 8
123 15 sisa 3
: 8
: 8 1 sisa 7
: 8 0 sisa 1
- BINER (basis 2)
- OKTAL (basis 8)
- DESIMAL (basis 10)
- HEKSADESIMAL (basis 16)
Contoh:
( 10100111101)2 = ( 1341)10
( 10100111101)2 = ( 2475)8
( 10100111101)2 = ( 53D)16 = ( 53D)H
5.4 Pengkodean Lainnya
- Binary Coded Decimal (BCD):
010100111001= ( 539)10
- American Standard Code for Information Interchange (ASCII):
I = ( 49)16 T = (55)16 S = (54)16
- Kode Gray
Desimal Biner Kode Gray
0 0000 0000
1 0001 0001
2 0010 0011
3 0011 0010
4 0100 0110
5 0101 0111
6 0110 0101
7 0111 0100
8 1000 1100
9 1001 1101
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 8
Biner : 1 0 0 1 1 0 1
Gray : 1 1 0 1 0 1 1
5.5 Pengurangan
5.6 Complement
Desimal complement
0 9
1 8
2 7
3 6
4 5
5 4
6 3
7 2
8 1
9 0
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 9
8234
1682
6552
8234
8317 16551
+ 1
+ 6552
8234
8318
16552+
Dihapus
X
110010
100101
1
+
110010011010
1001100
+001101
+
110010011011
001101
1’s complement 2’s complement
9’s complement10’s complement
Biner complement
0 1
1 0
r-1’s complement adalah komplemen
masing-masing digit
r’s complement = r-1’s complement +1
CONTOH LAIN
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 10
205,76
99,85
105,91
205,76
900,14
1105,901
1105,91
205,76
900,15
1105,91
1234
4321
- 3087
1234
5678
06912
- 3087
1234
5679
06913
- 3087
- Komplemen 9 - Komplemen 10
110,110
101,101
110,110
010,010
1001,0001
001,001
110,110
010,011
1001,001
010111
101101
010111
010010
0101001
- 010110
010111
010011
0101010
- 010110
- Komplemen 1 - Komplemen 2
PEKERJAAN RUMAH
1. Selesaikan:
a. (1234,5)8 = ( )10 = ( )2
b. (805,125)10 = ( )8 = ( )2 = ( )16
c. (101010,110)2 = ( )8 = ( )16 = ( )10
2. Tuliskan nama dan alamat anda dalam kode ASCII
3. Tuliskan kode Gray dari kode biner berikut:
a. 0001110101
b. 1010101010
c. 1111111111
4. Selesaikan penambahan berikut:
a. (557 + 263)8 b. (1036 + 984)10 c. (1D29 + ABC)16
d. (11010 + 01010 + 11000 + 10001 + 00111)
5. Selesaikan pengurangan berikut dengan menggunakan komplemen r-1 dan
komplemen r:
a. (557 – 263)8 b. (1089 – 916)10 c. (83A – D10)16
d. (759,28 – 395.04)10 e. (264,4 – 175,6)8
f. (1011 – 0011) g. (110,110 – 010,01)
h. (01010 – 10101) i. (0101,010 – 1010,001)
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR Trie Maya Kadarina ST,MT
PERENCANAAN SISTEM DIGITAL 11