FIGURE 7.74 & 7.74

[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 Johnson Counter & Sub-Chapter 7.74 TROUBLESHOOTING

1. Pendahuluan[Kembali]

    Johnson counter adalah salah satu jenis pencacah (counter) berbasis shift register dengan umpan balik (feedback), yang dibentuk dari beberapa flip-flop D yang disusun berurutan. Ciri khas dari Johnson counter adalah output terbalik (Q̄) dari flip-flop terakhir diumpankan kembali ke input D flip-flop pertama, sehingga menghasilkan pola pergeseran data yang unik dan berulang secara siklik.

    Untuk N buah flip-flop yang disusun dalam konfigurasi Johnson counter, jumlah keadaan (state) yang dihasilkan adalah 2N, sehingga rangkaian ini sering disebut sebagai MOD-2N counter. Pada materi ini, kita akan membahas rangkaian Johnson counter dengan 3 flip-flop D yang menghasilkan MOD-6 

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja Johnson counter sebagai pencacah berbasis shift register dengan umpan balik.
2. Mampu menggambarkan rangkaian, bentuk gelombang (waveform), tabel urutan (sequence table), dan diagram keadaan (state diagram) dari Johnson counter MOD-6.
3. Memahami hubungan antara jumlah flip-flop (N) dengan jumlah keadaan (MOD-2N) pada Johnson counter.
4. Mampu merancang Johnson counter dengan MOD-N tertentu (N genap) menggunakan N/2 flip-flop.

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)  74HC74

    IC 74HC74 adalah sirkuit terpadu (IC) logika CMOS berkecepatan tinggi yang berisi dua buah D-Type Flip-Flop independen. IC ini umumnya digunakan dalam berbagai proyek elektronik untuk menyimpan data biner (1 bit per flip-flop), membuat pembagi frekuensi, dan merancang rangkaian register geser.

Spesifikasi :

Pin Out :

2)  74LS161

    IC 74LS161 adalah penghitung (counter) sinkron biner 4-bit berkecepatan tinggi yang dapat diprogram. Komponen ini menghitung dari angka 0 (0000) hingga 15 (1111) dan dilengkapi fitur reset asinkron, presettable (memuat awal data), serta carry look-ahead internal untuk desain berkecepatan tinggi.

Spesifikasi :

Pin Out :

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Johnson Counter 

   Johnson counter adalah pencacah (counter) berbasis shift register dengan umpan balik, dibentuk dari beberapa flip-flop D yang disusun berurutan. Cirinya: output Q̄ (Q-bar) dari flip-flop terakhir diumpan-balikkan ke input D flip-flop pertama — bukan Q biasa seperti pada ring counter.

Struktur Rangkaian

1. Terdiri dari N flip-flop D yang disusun seri
2. Semua flip-flop di-clock bersamaan (common clock)
3. Output Q tiap flip-flop → input D flip-flop berikutnya
4. Output Q̄ flip-flop terakhir → input D flip-flop pertama (umpan balik)

Rumus Jumlah Keadaan

Jumlah Keadaan = 2 × N (N = jumlah flip-flop)

Sehingga disebut MOD-2N counter. Contoh:

• 3 flip-flop → MOD-6
• 5 flip-flop → MOD-10
• Untuk membuat MOD-N tertentu (N genap), dibutuhkan N/2 flip-flop

Beberapa karakteristik: Setiap output flip-flop menghasilkan gelombang kotak yang aktif HIGH selama 3 periode clock berturut-turut, lalu LOW selama 3 periode berikutnya — membentuk siklus penuh setiap 6 pulsa clock. Frekuensi tiap output = 1/(2N) dari frekuensi clock input.

Pin Out 74382 dan 74181

A. TROUBLESHOOTING

  Troubleshooting adalah proses sistematis untuk mendeteksi, mengisolasi, dan memperbaiki kesalahan (fault) pada suatu rangkaian digital — dalam konteks bab ini, khususnya pada rangkaian counter (baik synchronous maupun asynchronous, termasuk Johnson counter dan truncated counter).

Jenis-Jenis Kesalahan Umum pada Rangkaian Counter

1. Open circuit (jalur terputus) — koneksi kabel/PCB yang putus, menyebabkan sinyal tidak sampai ke pin tujuan
2. Short circuit (hubung singkat) — dua jalur yang seharusnya terpisah malah terhubung, sering menyebabkan output "stuck" di satu logika
3. Faulty IC (IC rusak) — flip-flop internal rusak sehingga tidak bisa toggle atau tidak merespons clock
4. Clock skew / glitch — sinyal clock tidak sampai bersamaan ke semua flip-flop, menyebabkan hasil hitung salah sesaat (contoh: glitch pada QC di rangkaian truncated counter 74ALS161)
5. Kesalahan wiring pada feedback path — umpan balik (misalnya Q̄ ke D pada Johnson counter, atau output NAND ke CLR pada truncated counter) terpasang salah pin atau salah polaritas (aktif tinggi vs aktif rendah)
6. Kesalahan pada decoding gate — gerbang logika (seperti NAND 74ALS00) mendekode kombinasi output yang salah, sehingga counter reset di keadaan yang tidak seharusnya

5. Example[Kembali]

1.   Tentukan MOD dari Johnson counter yang dibangun dari 5 buah flip-flop D.

Jawab: Jumlah keadaan = 2 × 5 = MOD-10. Setiap output flip-flop akan berupa gelombang kotak dengan frekuensi 1/10 dari frekuensi clock input (sesuai pembahasan Figure 7-72 lanjutan).

2. Berapa jumlah flip-flop yang dibutuhkan untuk membuat Johnson counter MOD-8?

Jawab: N/2 = 8/2 = 4 flip-flop D, disusun seri dengan umpan balik dari Q̄ flip-flop terakhir ke input D flip-flop pertama.

3.  Tuliskan urutan 3 keadaan pertama Johnson counter MOD-6 dimulai dari 000.

Jawab: 000 → 100 → 110 (sesuai tabel urutan pada Figure 7-72c).

6. Problem[Kembali]

1. Gambarkan rangkaian Johnson counter MOD-4 lengkap dengan jalur umpan baliknya. Berapa flip-flop yang dibutuhkan?

Jawab : 

Untuk MOD-4, dibutuhkan N/2 = 4/2 = 2 flip-flop D.

Rangkaian: 2 flip-flop D disusun seri, output Q dari flip-flop pertama → input D flip-flop kedua, dan output Q̄ dari flip-flop kedua (terakhir) → umpan balik ke input D flip-flop pertama. Semua CLK terhubung ke sumber clock yang sama.

2.  Buatlah tabel urutan (sequence table) lengkap untuk Johnson counter MOD-8 (4 flip-flop), mulai dari keadaan 0000 hingga kembali ke 0000.

Jawab :

3. Jelaskan perbedaan mendasar antara Johnson counter dan ring counter dalam hal jalur umpan balik dan jumlah keadaan yang dihasilkan untuk jumlah flip-flop yang sama.

Jawab:

dengan jumlah flip-flop yang sama, Johnson counter menghasilkan dua kali lebih banyak keadaan dibanding ring counter, karena memanfaatkan umpan balik terbalik (Q̄) alih-alih umpan balik langsung (Q).

7. Pilihan Ganda

1. Johnson counter dengan 3 flip-flop D akan menghasilkan…

     A. MOD-3   B. MOD-6   C. MOD-8   D. MOD-9

Jawaban: B

Penjelasan: Jumlah keadaan Johnson counter = 2 × jumlah flip-flop = 2 × 3 = 6 (MOD-6).

2. Ciri khas Johnson counter dibandingkan shift register biasa adalah…

    A. Menggunakan JK flip-flop   

    B. Tidak memerlukan clock   

    C. Output Q̄ flip-flop terakhir diumpan balik ke input D flip-flop pertama   

    D. Hanya memiliki 2 keadaan

Jawaban: C

Penjelasan: Umpan balik dari Q̄ (bukan Q) inilah yang menghasilkan pola siklik khas Johnson counter.

3. Untuk membangun Johnson counter MOD-10, jumlah flip-flop yang dibutuhkan adalah…

    A. 3   B. 4   C. 5   D. 10

Jawaban: C

Penjelasan: Jumlah flip-flop = N/2 = 10/2 = 5 flip-flop.

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 :

Figure 7.72

Prinsip Kerja : 

Setiap pulsa clock menyebabkan data pada setiap flip-flop bergeser ke flip-flop berikutnya, sementara input flip-flop pertama menerima nilai kebalikan (Q̄) dari flip-flop terakhir. Karena pola umpan balik ini, rangkaian tidak pernah menghitung secara biner biasa, melainkan mengikuti siklus khas Johnson counter yang berulang setiap 2N pulsa clock (N = jumlah flip-flop), sehingga masing-masing output flip-flop menghasilkan gelombang kotak dengan frekuensi sebesar 1/(2N) dari frekuensi clock asal.

Figure 7.74

Prinsip Kerja : 

Rangkaian pada Figure 7-74 merupakan IC 74ALS161 (4-bit synchronous counter) yang seharusnya dikombinasikan dengan gerbang NAND (74ALS00) untuk mendekode kombinasi QD dan QC saat hitungan mencapai 1100 (desimal 12), lalu mengumpankan hasilnya ke pin MR/CLR̄ agar counter me-reset diri sendiri secara asynchronous sehingga terbentuk MOD-12 counter; namun berdasarkan truth table dan waveform yang teramati, counter ternyata hanya berputar pada 4 keadaan (0000→0001→0010→0011→kembali ke 0000) karena reset terpicu terlalu dini begitu QC menjadi HIGH (hitungan ke-4), yang mengindikasikan gerbang NAND salah mendekode input (hanya mendeteksi QC saja alih-alih kombinasi QD dan QC), sehingga rangkaian yang dirancang sebagai MOD-12 counter justru berfungsi sebagai MOD-4 counter

9. Download File[Kembali]

Download Rangkaian 7.72 [klik disini]

Download Rangkaian 7.74 [klik disini]
Download Datasheet IC 74HC74 [klik disini]

Download Datasheet IC 74LS161[klik disini]

Download Datasheet Logic Probe [klik disini]

Download Datasheet Logic State [klik disini]