Download - Laporan Count Down
Elektronika DigitalCountDown Timer Circuit
I. Tujuan
1. Dapat menerapkan logika dasar dari suatu perangkat digital
2. Dapat merancang suatu sistem dengan menggunakan IC TTL
3. Mengetahui prinsip kerja Count Down berbasis rangkaian IC TTL.
4. Dapat mengaplikasikan dan mengkombinasikan cara kerja IC timer, IC counter, IC
Decoder dan Display (Seven Segment).
II. Deskripsi (Gambaran Sistem)
Rangkaian CountDown Timer ini merupakan rangkaian penghitung
mundur, misal mulai dari 99 - 00. Aplikasi rangkaian ini biasanya digunakan
pada Rangkaian di Traffic Light (Lampu Lalu Lintas). Rangkain CountDown
Timer ini terdiri dari IC Timer (IC Timer NE555), IC Counter (74LS192), IC
Decoder (74LS47) dan yang terakhir Display (Seven Segment). Pada rangkaian
ini memiliki dua display yaitu digit pertama merupakan puluhan dan digit kedua
merupakan satuan.
Untuk mengatur kecepatan clock (frekuensi) pada blok berikutnya diatur
pada IC Timer. Untuk mengatur kecepatan clocking tersebut dengan mengatur
nilai capasitor dan resistor pada blok IC Timer. Output dari IC Timer akan
menjadi input bagi IC Counter.Dimana IC Counter ini akan menghitung clock
yang diterima dari IC Timer. Pada IC Counter dapat di atur inputannya dengan
mengatur input (D0,D1,D2,D3) pada IC tersebut dengan diberi switch (dapat
dipilih input tersebut diberi logika 1 atau 0). Output dari IC Counter merupakan
bilangan biner, kemudian akan diterjemahkan kedalam bilangan desimal oleh
rangkaian decoder dan output dari decoder akan menjadi input pada seven
segment (display).
Gambar Rangkaian
Banyak sekali aplikasi dari rangkaian CountDown Timer, antara lain skenario
pewaktuan yang digunakan mengacu pada sistem penyalaan lampu lalu lintas yang akan
direncanakan, contoh pengaturan :
Lampu Durasi Selang Waktu
Merah 99 detik 99-00
Kuning 59 detik 59-00
Hijau 45 detik 45-00
Sebelumnya telah diketahui bahwa untuk memindah nyala lampu adalah dengan
mengubah kondisi persamaan pada flip-flop (toggle). Dan untuk mengubahnya, diperlukan
sinyal clock sebesar 1 gelombang. Dari teori dasar ini dapat dikembangkan lebih lanjut untuk
dapat mengontrol sistem flip-flop tersebut menggunakan sistem pencacah yang diset pada
waktu yang telah ditentukan di atas.
Untuk mengontrol flip flop sesuai waktu yang ditentukan, tidak mungkin dilakukan
dengan menyambung output pencacah ke input clock flip-flop secara langsung. Untuk itu
dibuat suatu gerbang logika yang hanya akan memberikan nilai 1 pada saat-saat yang
diperlukan dengan berdasar pada proyek ini, yaitu pada detik ke 99 , 59, dan 45.
Sistemnya pencacahannya seperti pada tabel di bawah .
Detik Biner
Puluhan Satuan
99 1010 1010
59 0101 1010
45 0010 0101
KUNING
59,69,49,39….005 - 4 -4 -3 …. 0
MERAH
99,98,97,96….009 - 8 -7 -6 …. 0
HIJAU
45,35,25,15….004 - 3 -2 -1 …. 0
Pada setiap perpindahan inilah input clock pada flip flop diberi sinyal sebesar 1 gelombang diskret, sehingga terjadi pula perpindahan nyala lampu ke giliran berikutnya.
Prinsip kerja :
Traffic light digital merupakan pengembangan sederhana dari rangkaian jam digital,
dengan sistem kontrol pencacah. Artinya perpindahan nyala lampu lalu lintas dikontrol
oleh rangkaian pencacah dengan dijembatani oleh rangkaian gate logika dan switching.
Gambar (A) merupakan diagram blok sederhana suatu sistem traffic light. Rangkaian
traffic dijalankan dengan 2 sumber tegangan. Vcc 5 volt untuk memberi daya pada
rangkaian digital, dan sebuah baterai 9 volt untuk memberi daya 4 lampu LED sekaligus.
Pada diagram blok di atas telah digambarkan hubungan antar sistem dan antar
subsistemnya. Mulai dari pewaktu memberi sinyal pulsa yang telah diperhitungkan sebesar
±1Hz dengan persamaan yang tercantum dalam datasheet IC NE555. Kemudian sinyal
yang dihasilkan dari output pewaktu ini digunakan sebagai input dalam rangkaian
pencacah. Pulsa 1 per detik dimasukkan ke pencacah naik yang mencacah naik dari 00
sampai 99 dan reset 00, akan tetapi angka yang dihitung mundur dapat diubah-ubah sesuai
yang kita inginkan. Kemudian pencacah detik didekode dan ditayangkan pada 7-segment.
Pada gambar di atas, rangkaian counter tidak hanya mencacah bilangan BCD untuk
ditayangkan pada display 7-segment, namun juga dipergunakan untuk membangkitkan
sinyal pemicu (trigger) rangkaian switch yang menggunakan IC flip-flop, sehingga flip-
flop akan berpindah keadaan(toggle) dari keadaan semula. Lalu output dari IC flip flop
akan menyalakan display LED dengan bantuan transistor yang mengalirkan arus dari
sumber tegangan baterai 9 volt ke LED. Jadi LED tidak diberi daya dari Vcc, melainkan
dari baterai 9 volt.
III. Blok Diagram
a. Penjelasan per blok
1. Block I (Rangkaian Timer)
Rangkaian timer berfungsi untuk membangkitkan sinyal diskret (pulsa)
secara konstan untuk kemudian digunakan sebagai sinyal clock pada rangkaian
counter. Rangkaian pewaktu (timer) menggunakan IC NE555 dalam mode
operasi astabil, pengaturan frekuensi yang dihasilkan dapat dilakukan dengan
mengganti resistor dan kapasitor yang terpasang dalam sistem ini.
Pada rangkaian ini, IC NE55 digunakan dalam mode operasi astable,
dengan adanya penambahan resistor 6.2KΩ di antara kaki threshold (6) dan kaki
trigger(2). Alasan pemasangan resistor dan kapasitor pada nilai yang tertera
adalah untuk menghasilkan frekuensi output yang diperlukan, yaitu sebesar ±1
Hz.
Sedangkan Vcc dipasang sebesar 5V, sesuai rentang kerja yang tertera
pada datasheet IC NE555 yaitu antara 4,5V – 16V.
R4
DC7
Q3
GND
1VCC
8
TR2
TH6
CV5
U3
NE555
R12200
R26200
R31.0K
R41.0K
D1LED-GREEN
D2LED-GREEN
C2100u
C3100u
R510K
D3
1N4001
Gambar. Contoh rangkaian pada IC NE555
Keterangan tentang IC NE555
Contoh perhitungan untuk menentukan frekuensi :
- Hitung besar nilai frekuensi pada IC Timer NE555, yaitu :
Diketahui : RA/1 = 2200Ω
RB/2 = 6200Ω
C = 100 μF
t 1=0.693 × ( R1+R2) . C
t 1=0.693 × (2200+6200 ) .100 .10−6
t 1=0.58 detik
t 2=0.693 × ( R2) . C
t 2=0.693 × (6200 ) .100 . 10−6
t 2=0.43 detik
T=t 1+ t2
¿0.58+0.43
T=1.01 detik
f = 1T
f = 11.01
f =0.99 Hz ≈ 1 Hz
Atau bisa menggunakan cara :
f = 1.49
( RA+2 RB ) C
f = 1.49
(2200+2(6200)) .100 .10−6
f =1,02 Hz ≈ 1 Hz
2. Blok II Counter (Pencacah)
Counter ( rangkaian logika sekuensial yang di bentuk dari flip-flop ).
Pencacah (counter) adalah suatu rangkaian yang mengubah sinyal input yang berupa
diskret menjadi biner BCD.
Mencacah dapat diartikan menghitung, hampir semua sistem logika
menerapkan pencacah. Komputer digit menerapkan pencacah guna mengemudikan
urutan dan pelaksanaan langkah – langkah dalam program. Fungsi dasar pencacah
adalah untuk “mengingat” berapa banyak pulsa detak yang telah dimasukkan kepada
masukkan. Sehingga pengertian paling dasar pencacah adalah system memori.
Fungsi Counter adalah menghitung banyaknya detak pulsa dalam satu periode waktu,
membagi frekuensi, pengurutan alamat.
Dalam rangkaian ini menggunakan jenis pencacah decade. Pencacah ini
menghasilkan kode bilangan dalam bit biner, dan akan menghitung
sampai dengan batas yang ditentukan. Salah satunya adalah pencacah 74LS190 BCD
counter, pencacah ini akan menghasilkan bilangan decimal 0 – 9. dengan demikian
pencacah ini bisa digunakan untuk menghitung maju dari 0000 – 1001, lalu kembali
lagi maupun menghitung mundur.
Dalam rangkaian ini menggunakan down counter dengan IC 74LS192
UP/DOWN COUNTER BCD DECADE (8421). Dimana IC 74LS192 merupakan IC
yang bisa digunakan dalam Up maupun down counter (pencacah 10 (8421)) yang
berfungsi mengubah dari sinyal biner menjadi sinyal desimal..Dan merupakan
pencacah jenis asinkron. Dalam IC 74LS192 terdapat empat JK Flip- Flop. Counter
ini bisa diatur outputannya dengan menambahkan OR Gate yang berfungsi untuk
mengatur input dari decoder yang kemudian menuju seven segment supaya bisa di
atur sesuai dengan keinginan kita maksimal angka yang diinginkan. Selain menambah
OR Gate untuk mengatur outputan diperlukan switch.
Gambar Logic Diagram IC 74LS192
Gambar Diagram Ring Counter IC 74LS192
U6
OR
U7
OR
U8
OR
SW1
SW-SPDTSW2
SW-SPDTSW3
SW-SPDTSW4
SW-SPDT
D015
Q03
D11
Q12
D210
Q26
D39
Q37
UP5
TCU12
DN4
TCD13
PL11
MR14
U12
74LS192
RW1.0K
RR1.0K
D1LED-GREEN
Gambar pada Proteus Rangkain pada Block II (CountDown Timer)
3. Blok III Decoder
Decoder adalah rangkaian logika yang menerima input-input biner dan
mengaktifkan salah satu output-nya sesuai dengan urutan biner input-nya. Rangkaian
dekoder mempunyai sifat yang berkebalikan dengan enkoder yaitu merubah kode biner
menjadi sinyal diskrit.
Gambar Rangkaian Dekoder
Pemilihan decoder yang akan digunakan tergantung dari 7 segment yang kita
gunakan, untuk praktikum kali ini kelompok kami menggunakan 7 segment dengan tipe
common-anode sehingga kami memilih decoder (IC) 74LS47. Dekoder memiliki 7
keluaran yang masing-masing keluaran memiliki fungsi tertentu. Kita dapat mendapatkan
7 buah fungsi Boolean a, b, c, d, e, f, dan g dengan membuat peta Karnaugh atau
menggunakan data sheet IC yang kita gunakan. Berikut tabel kebenaran IC 74LS47 :
Tabel Kebenaran IC 74LS47
Dari tabel kebenaran diatas dapat disusun sebuah gerbang logika yang kemudian
gerbang logika tersebut akan digunakan sebagai decoder BCD to 7-segmet.
Gerbang Logika IC 74LS47
Gambar IC 74LS47
Bila dilihat dari gambar diatas IC 7447 diatas, inputan dari IC memiliki 3 masukan
ekstra yaitu masukan lamp test, blanking input/ripple blanking input dan ripple blanking
input.
a. LT’, lamp test berfungsi sebagai mengeset display bila diberi logika ‘0’ maka
semua keluaran dari IC ini akan berlogika 0. Sehingga seven segment akan
menunjukka angka delapan (8).
b. BI’/RBO’, blanking input/row blanking output berfungsi sebagai untuk mematikan
keluaran dari IC. Bila diberi logika ‘0’ maka semua keluaran dari IC akan berlogika
‘1’ dan seven segment akan mati.
c. RBI’, row blanking input berfungsi untuk mematikan keluaran dari IC jika semua
input berlogika ‘0’. Bila diberi logika ‘0’, diberi logika ‘1’ dan diberi logika ‘0’
maka semua keluaran IC akan berlogika ‘1’dan seven segment akan mati.
Hubungan antara kode-kode biner A,B,C dan D dengan bilangan decimal adalah A
sebagai LSB dan D sebagai MSB. Jadi boleh dituliskan D C B A. Nilai bilangan decimal
(BCD) pada input D C B dan A akan diperagakan pada 7 segment sesuai dengan pola
angka-angka decimal (dari 0-9).
Perhitungan resistor outputan dari IC menuju 7 segment
1. Hitung besar resistor yang diletakkan pada outputan IC, yaitu:
V out IC=4,2V (data sheet)
I 7 segment=10 mA (data sheet )
R=V out IC−V 7 segment
I 7 segment
=4,2V −2,1 V10 mA
¿210 ohm 270 ohm
Penggunanaan Resistor 270 ohm digunakan untuk menyesuiakan tegangan dari IC ke
7 segment.
Gambar dari Proteus untuk Blok III (Decoder)
4. Blok IV Display (Seven Segment)
Seven segment display adalah sebuah rangkaian yang dapat menampilkan angka-
angka desimal maupun heksadesimal. Seven segment display biasa tersusun atas 7 bagian
yang setiap bagiannya merupakan LED (Light Emitting Diode) yang dapat menyala. Jika 7
bagian diode ini dinyalakan dengan aturan yang sedemikian rupa, maka ketujuh bagian
tersebut dapat menampilkan sebuah angka heksadesimal.
Seven-segment display membutuhkan 7 sinyal input untuk mengendalikan setiap
diode di dalamnya. Setiap diode dapat membutuhkan input HIGH atau LOW untuk
mengaktifkannya, tergantung dari jenis seven-segmen display tersebut.
Ada dua tipe 7 segment yaitu :
1. Tipe common anoda
Untuk 7 segment bertipe common-anode, maka dibutuhkan sinyal HIGH untuk
mengaktifkan setiap diodenya.
2. Tipe common katoda
Untuk 7 segment bertipe common-chatode, maka dibutuhkan sinyal LOW untuk
mengaktifkan setiap diodenya.
Gambar 7 Segment
7 segment yang digunakan pada praktikum ini adalah yang bertipe common-anode.
Untuk mengetahui kaki bagian mana dari 7 segment tersebut yang mewakili a, b,c ,d, e, f,
dan g adalah dengan menggunakan multimeter. Probe (+) diletakkan pada sisi tengan kaki
7 segment (atas maupun bawah) dan sisi lainnya di sembarang kaki 7 segment yang lain.
Lalu lihat bagian mana dari 7 segment tersebut yang menyala, maka kaki tersebut
mewakili begian dari 7 segment yang menyala.
Salah satu cara untuk menghasilkan sinyal-sinyal pengendali dari suatu seven
segment display yaitu dengan menggunakan sebuah sevent-segment decoder. Seven-
segment decoder membutuhkan 4 input sebagai angka berbasis heksadesimal yang
dinyatakan dalam bahasa mesin (bilangan berbasis biner) kemudian sinyal-sinyal masukan
tersebut akan “diterjemahkan” decoder ke dalam sinyal-sinyal pengendali seven-segment
display. Sinyal-sinyal pengendali berisi 7 sinyal yang setiap sinyalnya mengatur aktif-
tidaknya setiap LED.
A7
QA13
B1
QB12
C2
QC11
D6
QD10
BI/RBO4
QE9
RBI5
QF15
LT3
QG14
U2
7447
R1270
R2270R3270R4 270
R5
270
R6270R7 270
Gambar Blok IV (Display 7 Segment)
b. Korelasi antar blok (input-output)
Korelasi antar blok dimulai dari rangkaian timer, dimana rangkaian timer
sebagai sinyal diskret (pulsa) secara konstan untuk kemudian digunakan
sebagai sinyal clock pada rangkaian counter. Rangkian timer menggunakan
resistor 2200 Ω dan 6200 Ω, capasitor sebesar 100 micro farad. Dengan rumus
yang terdapat pada datasheet maka nilai frekuensi yang keluar dari rangkaian
timer sebesar 1 Hz. Keluaran dari rangkaian timer akan menuju k rangkaian
down counter (pencacah turun). Clocking tersebut berpengaruh terhadap
perubahan kecepatan yang merupakan keluaran dari rangkaian counter
tersebut. Rangkaian counter pada percobaan ini mengubah sinyal biner
menjadi sinyal decimal yang akan menjadi input bagi decoder. Decoder yang
digunakan pada rankaian ini merupakan pengubah sinyal biner menjadi sinyal
decimal , yang mana sebagai input seven segment (display).
IV. Desain Rangkaian
a. Desain dari Blok per Blok
Blok I (Rangkaian Timer) :
R4
DC 7
Q 3
GND
1VCC
8
TR2 TH 6
CV5
U3
NE555
RQ2200
RE6200
RW1.0K
RR1.0K
D1LED-GREEN
D2LED-GREEN
C2100u
C3100u
D3
1N4001
Blok II (Rangkaian CountDown Timer)
U6
OR
U7
OR
U8
OR
U9
OR
U10
OR
U11
OR
U13
OR
SW1
SW-SPDTSW2
SW-SPDTSW3
SW-SPDTSW4
SW-SPDT
D015
Q03
D11
Q12
D210
Q26
D39
Q37
UP5
TCU12
DN4
TCD13
PL11
MR14
U12
74LS192
D015
Q03
D11
Q12
D210
Q26
D39
Q37
UP5
TCU12
DN4
TCD13
PL11
MR14
U1
74LS192
SW5
SW-SPDTSW6
SW-SPDTSW7
SW-SPDTSW8
SW-SPDT
Rangkaian ini memperoleh input dari IC Timer yang berupa tegangan untuk mentriger
clock pada IC Counter. Fungsi IC Counter ini adalah untuk mencacah biner sehingga
menjadi naik atau turun dengan mendapat outputan dari IC Timer yang menjadi
inputnya.
Blok III (Rangkaian Decoder)
Blok IV (Rangkaian (Display) 7 Segment)
b. Uji Rangkaian secara keseluruhan
Untuk maksimal angka 99:
Untuk maksimal angka 59 :
Untuk maksimal angka 45 :
b. Alat dan Bahan
a. IC NE555 timer 1
b. IC 74192 (4 bit-ripple counter) 2
c. IC 7447 (BCD to 7-Segment Decoder/Driver) 2
d. 7-Segment Display Common Anoda 2
e. Resistor 2200 Ω 1
f. Resistor 6200 Ω 1
g. Resistor 1k Ω 1
h. Resistor 10k Ω 1
i. Resistor 270 Ω 4
j. Kapasitor 100µF 2
k. Dioda IN4001 4
l. LED hijau 2
m. Power Supply 1
V. Pembahasan rangkaian (Analisa)
a. Dalam IC Timer 555 diperlukan kapasitor dan resistor yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan clock untuk mentrigger IC counter ( IC74LS192). Semakin besar nilai resistor atau kapasitor maka kecepatan clock akan semakin lambat begitu juga sebaliknya.
b. Nilai resistor yang dibutuhkan untuk menghubungkan rangkaian dekoder ke display seven segmen harus sesuai dengan perhitungan yaitu 270 Ω. Apabila nilai resistansinya terlalu kecil dapat menyebabkan seven segment panas dan cepat rusak karena tegangan yang masuk pada seven segmen terlalu besar, namun apabila nilai resistansinya terlalu besar maka tampilan seven segmen akan redup karena tegangan yang masuk dalam seven segmen terlalu kecil.
c. Untuk mengeset angka yang muncul pada 7 segmen display sesuai dengan yang dikehendaki dapat diatur dengan cara menambahkan switch (SPDT) pada input IC Counter.
d. Dibutuhkan OR Gate, untuk menstabilkan kondisi IC counter. Karena pada kondisi output tertentu Qa sampai Qd tidak mempengaruhi pentriggeran pada counter dan sebaliknya. Jika input pada OR gate berupa logika 1 dan 0, maka outputannya adalah logika 1 dan logika tersebut bisa mentrigger IC Counter.
e. Pada saat count down pada posisi nol, output dari counter Qa sampai Qd berada pada kondisi Low secara bersamaan dan kondisi reset terjadi pada keadaan tersebut. Sehingga memunculkan trigger awal untuk semua output sehingga count down dari angka 0 kembali ke angka 9.
VI. Kesimpulan
a. Untuk mengatur kecepatan clock (frekuensi), dapat diatur dengan cara mengatur nilai kapasitor dan resistor yang dipasang pada IC Timer NE555.
b. Untuk mengatur nilai maksimal yang dikehendaki pada 7 segmen display, kita dapat mengatur pada sisi input IC counter (D0,D1,D2,D3).
c. Pada sisi output IC Counter (puluhan) ditambahkan OR gate yang berfungsi untuk membalik logika input pada IC Counter (satuan).
d. Output dari IC Counter adalah angka biner sehingga diperlukan IC decoder 74LS47 untuk mengubah bilangan biner menjadi bilangan desimal agar dapat muncul pada display 7 segmen.