FIGURE 6.18

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Pilihan Ganda

8. Percobaan

9. Download File

Sub-Chapter 6.18 USING TTL LIBRARY FUNCTIONS WITH ALTERA

1. Pendahuluan[Kembali]

         Dalam dunia sistem digital, pengolahan data secara aritmetika dan logika merupakan komponen penting yang menjadi dasar dari sistem komputer modern. Salah satu bagian utama dalam prosesor adalah ALU (Arithmetic Logic Unit), yaitu rangkaian digital yang mampu melakukan operasi aritmetika seperti penjumlahan dan pengurangan, serta operasi logika seperti AND, OR, dan XOR. ALU menjadi otak dalam pemrosesan data digital dan menjadi fondasi dalam perancangan sistem mikroprosesor dan komputer.

2. Tujuan[Kembali]

1. Mempelajari dan memahami konsep kerja ALU (Arithmetic Logic Unit) dalam sistem digital.
2. Mengetahui cara menggabungkan dua IC ALU 4-bit (IC 74181) untuk membentuk sistem ALU 8-bit.
3. Memahami berbagai operasi aritmetika dan logika yang bisa dilakukan oleh ALU.
4. Mengetahui cara membaca dan mengendalikan input serta output ALU menggunakan simulator Proteus.
5. Meningkatkan keterampilan dalam merancang dan mensimulasikan rangkaian digital aritmetika secara praktis.
6. Mengembangkan logika berpikir dalam memahami arsitektur dasar komputasi digital.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

    1) Instrument

        a. Logic state

        Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan  input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya

         b. Logic Probe

            Logic probe adalah alat yang dapat menganalisa suatu rangkaian IC dengan cara menunjukkan logika keluar dari kaki pin IC tersebut.

B. Bahan

    1)   ALU 74181

    IC 74181 adalah sirkuit terpadu (IC) Arithmetic Logic Unit (ALU) 4-bit klasik berbasis teknologi TTL yang pertama kali diperkenalkan oleh Texas Instruments. Komponen legendaris ini berfungsi sebagai "otak" komputasi untuk menjalankan 16 operasi aritmatika dan 16 operasi logika dasar seperti penjumlahan, pengurangan, AND, OR, dan XOR.

Spesifikasi :

Pin Out :

4. Dasar Teori[Kembali]

A. TTL Library / Macrofunction pada Altera

    TTL Library adalah kumpulan model fungsi logika di dalam software Altera yang meniru perilaku IC-IC TTL seri 74xx secara fungsional. Setiap simbol pada library ini memiliki jumlah pin, nama pin, dan perilaku logika yang identik dengan datasheet IC TTL aslinya, sehingga dapat langsung digunakan sebagai “pengganti virtual” dari komponen fisik dalam skematik desain PLD.

Beberapa karakteristik, di antaranya:

74181

1. 4-bit ALU, 32 fungsi (16 aritmatika + 16 logika)
2. Select: S0–S3 + M (mode)
3. Ada pin G, P (carry look-ahead)
4. Tidak ada pin overflow langsung

74382

1. 4-bit ALU, 8 fungsi
2. Select: S0–S2
3. Ada pin OVR (overflow) langsung
4. Tidak ada carry look-ahead, carry ripple lewat Cn+4 → Cn
5. Lebih sederhana, dipakai di rangkaian ALU 8-bit Anda

Pin Out 74382 dan 74181

5. Example[Kembali]

1.   Membuat rangkaian gerbang NAND 2-input menggunakan fungsi TTL 7400.

Jawab:

Simbol 7400 dipanggil dari TTL library, kemudian pin 1 dan 2 dihubungkan sebagai input (misalnya dari pin fisik input board), dan pin 3 dihubungkan sebagai output. Setelah wiring selesai, dilakukan assignment pin lalu compile. Hasil logika: Y = (A · B)′, sesuai fungsi NAND standar.

2. Membangun rangkaian decoder 3-to-8 menggunakan fungsi TTL 74138.

Jawab:

Simbol 74138 ditempatkan pada skematik. Tiga pin input select (A, B, C) dihubungkan ke saklar input, tiga pin enable (G1, G2A, G2B) diatur sesuai kondisi aktif (G1 = 1, G2A = G2B = 0), dan delapan pin output (Y0–Y7) dihubungkan ke LED indikator. Ketika kombinasi input diberikan, hanya satu output yang akan aktif LOW sesuai tabel kebenaran decoder 74138.

3.  Menggabungkan fungsi 7404 (inverter) dan 7408 (AND) menjadi rangkaian NAND alternatif.

Jawab:

Output dari gerbang AND (7408) dihubungkan ke input inverter (7404), sehingga menghasilkan fungsi logika yang setara dengan gerbang NAND, yaitu Y = (A · B)′. Contoh ini menunjukkan bagaimana beberapa fungsi TTL library dapat dikombinasikan untuk membentuk fungsi logika lain.

6. Problem[Kembali]

1. Rancanglah rangkaian half-adder menggunakan fungsi TTL 7408 (AND) dan 7486 (XOR) dari TTL library pada software Altera. Tunjukkan koneksi pin dan hasil simulasinya.

Jawab : 

1. Sum (S) = A XOR B → gunakan 1 gerbang 7486 (XOR), input A dan B, output = Sum
2. Carry (C) = A AND B → gunakan 1 gerbang 7408 (AND), input A dan B, output = Carry
3. Kedua gerbang menerima input A dan B yang sama secara paralel, tidak saling terhubung
4. Hasil simulasi: jika A=1, B=1 → Sum=0, Carry=1 (sesuai tabel kebenaran half-adder)

2.  Gunakan fungsi TTL 7474 (D Flip-Flop) untuk membangun rangkaian pembagi frekuensi 2 (divide-by-2). Jelaskan bagaimana pin CLK, D, Q, dan CLR digunakan dalam rangkaian tersebut.

Jawab :

1. Pin D dihubungkan langsung ke output Q-not (Q̄), bukan ke Q — ini yang membuat flip-flop toggle setiap clock
2. Pin CLK menerima sinyal input yang ingin dibagi frekuensinya
3. Pin Q menghasilkan output dengan frekuensi setengah dari CLK (karena Q hanya berubah state setiap 1 pulsa clock penuh)
4. Pin CLR (clear/reset) diset ke logika 1 (tidak aktif) agar flip-flop bekerja normal, atau digunakan untuk mereset Q ke 0 saat dibutuhkan

3. Bandingkan hasil kompilasi rangkaian yang dibangun menggunakan gerbang logika primitif (AND, OR, NOT) dengan rangkaian yang dibangun menggunakan fungsi TTL library (mis. 7408, 7432, 7404) untuk fungsi logika yang sama. Apakah terdapat perbedaan pada penggunaan sumber daya logika (logic cell) di dalam chip?

Jawab:

1. Secara fungsi logika, hasilnya identik (output sama untuk kombinasi input yang sama)
2. Perbedaan ada pada penggunaan logic cell/resource di dalam chip:
3. Gerbang primitif (AND, OR, NOT) → compiler mensintesis langsung dari gerbang dasar, kadang lebih efisien karena software bisa melakukan optimasi logika (logic minimization) secara bebas
4. Fungsi TTL library (mis. 7408, 7432, 7404) → karena meniru struktur IC aslinya secara utuh (termasuk pin dan perilaku spesifik seperti tri-state atau propagation tertentu), terkadang menggunakan logic cell sedikit lebih banyak dibanding hasil sintesis optimal dari gerbang primitif

7. Pilihan Ganda

1. Fungsi utama dari TTL library pada software Altera adalah…

    A. Mengganti seluruh kebutuhan perangkat keras dengan software

    B. Menyediakan model fungsi logika yang setara dengan IC TTL 74-series untuk digunakan dalam d           desain PLD

    C. Mengubah sinyal analog menjadi digital

    D. Menyimpan hasil simulasi rangkaian secara permanen

Jawaban yang benar: B

Penjelasan: TTL library berisi model fungsi logika yang perilakunya identik dengan IC TTL 74-series, sehingga dapat langsung digunakan sebagai komponen virtual dalam desain skematik PLD.

2. Simbol 74138 pada TTL library mewakili fungsi…

    A. Quad 2-input NAND gate

    B. Dual D Flip-Flop

    C. 3-to-8 Line Decoder

    D. 4-bit Synchronous Counter

Jawaban yang benar: C

Penjelasan: IC 74138 adalah decoder 3-to-8 line yang mengaktifkan salah satu dari delapan output berdasarkan kombinasi tiga pin input select.

3. Langkah yang dilakukan setelah menempatkan simbol TTL dan menyelesaikan wiring pada skematik adalah…

    A. Langsung mengunduh (download) ke chip tanpa kompilasi

    B. Melakukan pin assignment lalu compile

    C. Menghapus seluruh komponen library

    D. Mengubah software menjadi mode analog

Jawaban yang benar: B

Penjelasan: Setelah wiring selesai, pin-pin input/output perlu ditetapkan ke pin fisik perangkat (pin assignment), kemudian rangkaian dikompilasi agar dapat disintesis menjadi konfigurasi logika pada chip.

8. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

1. Buka aplikasi proteus.
2. Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti logi state, logic probe, 74181 dan lain-lain.
3. Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 6.18 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
4. Jalankan simulasi dan variasi nilai input serta amati nilai output.

B. Simulasi Rangkaian dan Prinsip Kerja

Simulasi Rangkaian :

Prinsip Kerja : 

Rangkaian ini membentuk sebuah ALU 8-bit dengan mengaskade dua buah IC 74181 (masing-masing ALU 4-bit), di mana chip kanan (Z1) mengolah bit LSB (Ain 0–3, Bin 0–3) dan chip kiri (Z2) mengolah bit MSB (Ain 4–7, Bin 4–7); kedua chip menerima input pemilih fungsi yang sama (Mode 0, Mode 1, Mode 2 yang terhubung paralel ke S0, S1, S2) sehingga keduanya selalu melakukan operasi aritmatika/logika yang identik secara bersamaan. Proses dimulai dari carry-in eksternal yang masuk ke pin CIN chip Z1 (LSB), lalu hasil carry-out-nya (CN4) diteruskan sebagai carry-in ke chip Z2 (MSB) — teknik ripple carry ini memastikan hasil penjumlahan/operasi 4-bit rendah (F0–F3 pada Z1) dan 4-bit tinggi (F0–F3 pada Z2) tersambung dengan benar menjadi satu hasil 8-bit utuh (sumout 0–7), sementara pin OVR pada chip Z2 (MSB) menjadi indikator overflow akhir (ovrflo) dan pin CN4-nya menjadi carry-out akhir (caryout) dari keseluruhan operasi 8-bit tersebut.

9. Download File[Kembali]

Download Rangkaian 6.18 [klik disini]
Download Datasheet IC 74181 [klik disini]

Download Datasheet Logic Probe [klik disini]

Download Datasheet Logic State [klik disini]