Fig 6.20
Rangkaian penjumlah biner 4-bit dengan menggunakan IC 74LS83 merupakan suatu rangkaian digital yang berfungsi untuk menjumlahkan dua data biner 4-bit serta sebuah input carry-in. IC 74LS83 termasuk jenis 4-bit binary full adder yang bekerja dengan melakukan proses penjumlahan pada setiap bit secara bersamaan (paralel), sehingga hasil penjumlahan dapat diperoleh lebih cepat. Output yang dihasilkan berupa nilai hasil penjumlahan dan carry-out sebagai bit bawaan keluaran. Rangkaian ini banyak digunakan pada sistem digital karena menjadi salah satu dasar penting dalam operasi aritmatika pada komputer maupun perangkat elektronik lainnya. Pemahaman mengenai kerja rangkaian ini sangat diperlukan sebagai langkah awal dalam mempelajari perancangan sistem digital yang lebih kompleks, terutama pada bagian unit aritmatika dan logika.
- Memahami cara kerja proses penjumlahan bilangan biner pada sistem digital.
- Mampu membuat serta menganalisis rangkaian penjumlah biner dengan benar.
1. IC
IC merupakan komponen elektronika yang di dalamnya terdapat kumpulan rangkaian mikro dalam satu chip berukuran kecil. Pada rangkaian pencacah digital, IC seperti 74HC191 atau 74HC190 digunakan untuk melakukan proses pencacahan naik maupun turun secara otomatis sesuai sinyal clock dan masukan kontrol yang diberikan.
2. Switch dan dipswitch
Switch merupakan sakelar yang digunakan untuk menyambungkan maupun memutus aliran arus listrik pada rangkaian. Sementara itu, DIP switch (Dual Inline Package switch) adalah sekumpulan sakelar kecil yang tersusun dalam satu paket/baris dan umumnya digunakan untuk memberikan masukan logika 1 atau 0 pada IC dengan cara yang lebih praktis dan rapi.
LogicState merupakan komponen virtual pada simulator seperti Proteus yang digunakan untuk memberikan logika HIGH (1) atau LOW (0) pada rangkaian digital. Sakelar, baik fisik maupun virtual, berfungsi untuk mengubah kondisi logika tersebut sehingga dapat dimanfaatkan sebagai input manual dalam pengoperasian rangkaian digital.
Dalam sistem digital, operasi aritmatika merupakan bagian fundamental, terutama dalam komputasi dan pengolahan data biner. Salah satu operasi aritmatika dasar yang paling sering digunakan adalah penjumlahan biner. Penjumlahan biner mirip dengan penjumlahan desimal, namun hanya menggunakan dua angka: 0 dan 1. Penjumlahan dua bit biner menghasilkan dua output: sum (hasil) dan carry (bawa). Untuk menjalankan operasi ini secara efisien, digunakan rangkaian digital yang disebut full adder.
Full adder adalah rangkaian logika kombinasi yang memiliki tiga input (bit A, bit B, dan carry-in) serta dua output (sum dan carry-out). Full adder menjadi dasar dari penjumlahan bilangan biner lebih dari satu bit, yang kemudian disebut sebagai rangkaian penjumlah multi-bit atau rangkaian adder.
Untuk penjumlahan 4-bit, salah satu IC yang paling umum digunakan adalah IC 74LS83. IC ini merupakan 4-bit binary full adder yang sudah menggabungkan empat full adder dalam satu chip. IC 74LS83 memiliki kemampuan untuk menjumlahkan dua bilangan biner 4-bit dan satu input carry (Cin) secara simultan, serta menghasilkan hasil penjumlahan 4-bit dan satu carry-out (Cout). Ini sangat berguna dalam sistem aritmatika digital seperti ALU (Arithmetic Logic Unit) dan mikroprosesor.
Konfigurasi dan Pin IC 74LS83
IC 74LS83 memiliki 16 pin, dengan konfigurasi sebagai berikut:
o A1–A4 dan B1–B4: Input operand A dan operand B (masing-masing 4 bit).
o C0: Carry-in eksternal.
o S1–S4: Output hasil penjumlahan (sum).
o C4: Carry-out setelah penjumlahan.
o Vcc dan GND: Power supply +5V dan ground.
Urutan penjumlahan dalam IC dimulai dari bit paling rendah (LSB) sampai ke bit paling tinggi (MSB), secara berantai menggunakan carry internal antar bit. Output sum ditentukan dari hasil logika XOR antara A, B, dan carry-in masing-masing bit, sementara output carry dihitung menggunakan logika AND dan OR dari kombinasi input tersebut.
Konfigurasi dan Pin pada IC 74LS83
IC 74LS83 terdiri dari 16 pin dengan fungsi masing-masing sebagai berikut:
- A1–A4 dan B1–B4 berfungsi sebagai input operand A dan operand B yang masing-masing terdiri dari 4 bit.
- C0 digunakan sebagai input carry-in dari luar rangkaian.
- S1–S4 merupakan keluaran hasil penjumlahan (sum).
- C4 berfungsi sebagai carry-out setelah proses penjumlahan selesai dilakukan.
- Vcc dan GND digunakan sebagai sumber tegangan +5V dan ground pada rangkaian.
Proses penjumlahan pada IC dilakukan secara berurutan mulai dari bit paling rendah (LSB) hingga bit paling tinggi (MSB) dengan memanfaatkan carry internal antar bit. Output sum diperoleh dari operasi logika XOR antara input A, input B, dan carry-in pada setiap bit, sedangkan carry dihasilkan melalui kombinasi logika AND dan OR dari input-input tersebut.
Prinsip kerja 4-Binary Adder adalah menjumlahkan dua bilangan biner 4-bit menggunakan empat full adder yang disusun berurutan. Misalnya digunakan bilangan A = 0101 dan B = 0011.
Pada tahap 1, bit paling kanan dijumlahkan, yaitu 1 + 1. Hasilnya adalah 0 dengan carry 1, sehingga diperoleh S0=0 dan carry diteruskan ke tahap berikutnya.
Pada tahap 2, bit berikutnya dijumlahkan yaitu 0 + 1 + carry 1. Hasilnya menjadi 0 dengan carry 1, sehingga diperoleh S1=0.
Pada tahap 3, dilakukan penjumlahan 1 + 0 + carry 1. Hasilnya juga 0 dengan carry 1, sehingga diperoleh S2=0.
Pada tahap 4, bit terakhir dijumlahkan yaitu 0 + 0 + carry 1. Hasilnya 1 tanpa carry tambahan, sehingga diperoleh S3=1.
Maka hasil akhir penjumlahan adalah:
0101+0011=10000101 + 0011 = 10000101+0011=1000
Artinya, bilangan desimal 5 + 3 = 8. Jadi pada 4-Binary Adder, setiap tahap menjumlahkan satu bit dan carry sebelumnya sampai menghasilkan hasil akhir.
Pada rangkaian 4-Binary Adder, masalah utama yang sering muncul adalah adanya keterlambatan carry (carry propagation delay). Hal ini terjadi karena setiap full adder harus menunggu carry dari tahap sebelumnya sebelum dapat menghasilkan output. Jika bilangan yang dijumlahkan semakin besar atau jumlah bit semakin banyak, waktu proses penjumlahan juga menjadi lebih lama. Selain itu, jika terjadi overflow (kelebihan hasil dari kapasitas 4 bit), diperlukan carry akhir untuk menunjukkan bahwa hasil sebenarnya lebih besar dari yang dapat ditampilkan.
Hitung hasil penjumlahan biner berikut menggunakan prinsip 4-Binary Adder:
A=0110A = 0110A=0110 B=0101B = 0101B=0101
Penyelesaian:
Bit 1:
0+1=10 + 1 = 10+1=1
Bit 2:
1+0=11 + 0 = 11+0=1
Bit 3:
1+1=0 carry 1
Bit 4:
0+0+1=10 + 0 + 1 = 10+0+1=1
Hasil:
0110+0101=10110110 + 0101 = 10110110+0101=1011
Dalam desimal:
6+5=116 + 5 = 116+5=11
Jadi hasil penjumlahannya adalah 1011.
- Prosedur
Rangkaian ini adalah implementasi penjumlah biner 4-bit dengan menggunakan IC 74LS83 yang dirancang untuk melakukan penjumlahan dua bilangan biner 4-bit, yaitu operand A dan operand B. Setiap bit pada operand dihubungkan ke input IC melalui saklar atau DIP switch yang berfungsi sebagai pemberi logika masukan. Selain itu, terdapat input carry-in (C0) yang digunakan untuk mendukung proses penjumlahan berantai pada sistem dengan jumlah bit yang lebih besar.
Hasil dari proses penjumlahan ditampilkan pada empat output sum, yaitu S0 hingga S3, serta satu output carry-out (C4) yang menunjukkan adanya carry dari hasil penjumlahan. Output-output tersebut dapat dihubungkan ke LED agar kondisi logika dapat diamati secara visual. Rangkaian menggunakan sumber tegangan +5V sesuai kebutuhan kerja IC TTL 74LS83 dan ground sebagai titik referensi tegangan.
Melalui pengaturan kombinasi logika pada input A dan B, pengguna dapat mengamati hasil penjumlahan biner secara langsung sehingga dapat memahami cara kerja sistem penjumlahan digital 4-bit dengan lebih mudah.
- Rangkaian 4 bit binary adder
Komentar
Posting Komentar