BAB 14: COUNTER DAN REGISTER GESER

 

BAB 14: COUNTER DAN REGISTER GESER

 

A.    Pengantar Counter

1.     Definisi Counter

a.     Counter adalah rangkaian sekuensial yang menghitung pulsa clock

b.     Output berupa urutan bilangan biner (state)

c.     Setiap pulsa clock → state berubah ke nilai berikutnya

d.     Aplikasi — pembagi frekuensi, timer, pengukur frekuensi

2.     Karakteristik Counter

a.     Modulus (MOD) — jumlah state unik (2^n untuk n-bit)

b.     Frekuensi maksimum — f_max

c.     Propagasi delay — waktu dari clock ke output

d.     Konsumsi daya — tergantung kecepatan dan teknologi

3.     Counter Up dan Counter Down

a.     Up Counter — menghitung naik (0→1→2→...→2^n-1)

b.     Down Counter — menghitung turun (2^n-1→...→2→1→0)

c.     Up/Down Counter — dapat diatur arahnya

d.     Mode count menentukan arah

4.     Counter Sinkron vs Asinkron

a.     Asinkron (Ripple Counter) — clock hanya untuk flip-flop pertama

b.     Sinkron — semua flip-flop menggunakan clock yang sama

c.     Asinkron — lebih sederhana, lebih lambat (propagasi berantai)

d.     Sinkron — lebih cepat, lebih kompleks, lebih stabil

B.    Ripple Counter (Counter Asinkron)

1.     Prinsip Ripple Counter

a.     Clock input → FF0 (LSB)

b.     Output FF0 → Clock FF1

c.     Output FF1 → Clock FF2

d.     Setiap FF berubah saat output sebelumnya berubah (0→1)

e.     “Ripple" karena perubahan merambat dari LSB ke MSB

2.     Ripple Counter 2-bit dan 3-bit

a.     2-bit → 4 state (00,01,10,11)

b.     3-bit → 8 state (000,001,010,011,100,101,110,111)

c.     Menggunakan T flip-flop (T=1)

d.     atau JK flip-flop dengan J=K=1

e.     Gambar skema dan timing diagram

3.     Kelemahan Ripple Counter

a.     Propagasi delay berantai (n × t_pd)

b.     Error sementara saat transisi (glitch)

c.     Frekuensi maksimum rendah

d.     Tidak cocok untuk aplikasi berkecepatan tinggi

4.     Aplikasi Ripple Counter

a.     Frequency divider (sederhana)

b.     Timer sederhana

c.     Digital clock (pembagi frekuensi)

d.     Sistem yang tidak memerlukan kecepatan tinggi

C.    Synchronous Counter

1.     Prinsip Synchronous Counter

a.     Semua FF dipicu oleh clock yang sama

b.     Input T (atau J/K) ditentukan oleh state sebelumnya

c.     Menggunakan logika kombinasional untuk menentukan FF mana yang harus toggle

d.     Propagasi delay tidak berantai (lebih cepat)

2.     Synchronous Counter 2-bit

a.     FF0 (LSB) → T₀ = 1 (toggle setiap clock)

b.     FF1 → T₁ = Q₀ (toggle hanya jika Q₀=1)

c.     State: 00→01→10→11→00

d.     Gambar skema dengan gerbang AND

3.     Synchronous Counter 3-bit dan 4-bit

a.     FF0 → T₀ = 1

b.     FF1 → T₁ = Q₀

c.     FF2 → T₂ = Q₀ · Q₁

d.     FF3 → T₃ = Q₀ · Q₁ · Q₂

e.     Semakin banyak bit, semakin kompleks logika enable

4.     Keunggulan Synchronous Counter

a.     Lebih cepat (tidak ada delay berantai)

b.     Tidak ada glitch pada output (sinkron)

c.     Frekuensi maksimum lebih tinggi

d.     Dapat didesain untuk berbagai modulus

5.     Synchronous Down Counter

a.     Menghitung menurun (15→14→...→0→15)

b.     FF0 → T₀ = 1 (toggle setiap clock)

c.     FF1 → T₁ = Q̄₀ (toggle jika Q₀=0)

d.     FF2 → T₂ = Q̄₀ · Q̄₁

e.     Gambar skema dan timing diagram

D.    Up/Down Counter

1.     Prinsip Up/Down Counter

a.     Control input (U/D̄) menentukan arah

b.     Up mode (U/D̄=1) → hitung naik

c.     Down mode (U/D̄=0) → hitung turun

d.     Logika enable berubah tergantung mode

2.     Desain Up/Down Counter 2-bit

a.     FF0 → T₀ = 1 (selalu toggle)

b.     FF1 → T₁ = (Q₀ · U/D̄) + (Q̄₀ · Ū/D̄)

c.     Up mode → T₁ = Q₀

d.     Down mode → T₁ = Q̄₀

e.     Implementasi dengan gerbang logika

3.     IC Counter 74190/74191

a.     74190 — BCD Up/Down Counter

b.     74191 — Binary Up/Down Counter

c.     Pinout: clock, up/down, load, enable

d.     Aplikasi: counter universal

4.     Aplikasi Up/Down Counter

a.     Penghitung naik/turun pada sistem kontrol

b.     Position encoder (sensor posisi)

c.     Digital tachometer

d.     Antrian/sistem antrian

E.    Counter dengan Modulus Khusus

1.     BCD Counter (Mod-10)

a.     Menghitung 0→1→...→9→0→...

b.     Menggunakan 4 flip-flop (hanya 10 dari 16 state)

c.     State 10-15 dilewati (reset saat mencapai 10)

d.     IC 7490 — BCD counter (Mod-10)

e.     Aplikasi — digital clock, counter desimal

2.     Counter Mod-5, Mod-6, Mod-7, dll

a.     Mod-5 — 0→1→2→3→4→0

b.     Mod-6 — 0→1→2→3→4→5→0

c.     Mod-7 — 0→1→...→6→0

d.     Resettable counter — menggunakan clear signal

e.     Desain dengan logika feedback reset

3.     Counter Berurutan Non-Biner

a.     Urutan state tidak berurutan (misal: 0→2→5→3→1→0)

b.     Menggunakan K-Map untuk mendesain logika

c.     Aplikasi — sequencer, state machine

d.     Desain lebih kompleks

4.     IC Counter Populer

a.     7490 — BCD counter (Mod-10)

b.     7492 — Mod-12 counter

c.     7493 — 4-bit binary counter

d.     74160 — synchronous BCD counter

e.     74161 — synchronous 4-bit binary counter

F.     Register Geser (Shift Register)

1.     Definisi Shift Register

a.     Shift register = kumpulan flip-flop yang terhubung seri

b.     Data bergeser satu posisi setiap pulsa clock

c.     Dapat menggeser ke kiri atau ke kanan

d.     Aplikasi — serial-to-parallel, parallel-to-serial, delay line

2.     SISO (Serial-In Serial-Out)

a.     Input data masuk serial, output data keluar serial

b.     Data bergeser dari input menuju output

c.     Waktu tunda = n × clock period (n = jumlah FF)

d.     Aplikasi — delay line, shift register

3.     SIPO (Serial-In Parallel-Out)

a.     Input data masuk serial

b.     Output semua bit tersedia parallel

c.     Konversi serial → parallel

d.     Aplikasi — receiver komunikasi serial (UART)

e.     IC 74164 — 8-bit SIPO shift register

4.     PISO (Parallel-In Serial-Out)

a.     Input data paralel dimuat sekaligus

b.     Output data keluar serial

c.     Konversi paralel → serial

d.     Aplikasi — transmitter komunikasi serial (UART)

e.     IC 74165 — 8-bit PISO shift register

5.     PIPO (Parallel-In Parallel-Out)

a.     Input data paralel, output data parallel

b.     Data disimpan dan dapat diakses parallel

c.     Fungsi sebagai register biasa (buffer)

d.     IC 74173 — 4-bit register, 74374 — 8-bit register

G.    Shift Register dengan Shift Left/Right

1.     Universal Shift Register

a.     Dapat menggeser ke kiri dan ke kanan

b.     Dapat memuat data paralel dan serial

c.     Control input menentukan mode operasi

d.     IC 74194 — 4-bit universal shift register

2.     Desain Shift Left/Right

a.     Shift left — data bergeser dari MSB ke LSB

b.     Shift right — data bergeser dari LSB ke MSB

c.     Menggunakan multiplexer untuk memilih input

d.     Mode control (S₁,S₀) menentukan operasi

3.     Rotating Register (Ring Counter)

a.     Shift register dengan output terakhir diumpankan ke input pertama

b.     Data berputar secara siklik

c.     Aplikasi — state generator, LED chaser

d.     Contoh: 0001 → 0010 → 0100 → 1000 → 0001

4.     Johnson Counter

a.     Shift register dengan output terakhir di-inversi dan diumpankan ke input

b.     Menghasilkan state yang unik

c.     Aplikasi — sequencer, state machine

d.     Mod-2n counter (2n state)

e.     Contoh: 0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111 → 0111 → 0011 → 0001 → 0000

H.    Aplikasi Counter dan Shift Register

1.     Seven Segment Display Driver dengan Counter

a.     Counter BCD + decoder 7-segment

b.     Menampilkan angka 0-9 berurutan

c.     Aplikasi — digital clock, timer, counter

d.     Contoh: 7490 + 7447 + 7-segment display

2.     LED Chaser (Lampu Berjalan)

a.     Johnson counter atau ring counter

b.     Menyalakan LED secara berurutan

c.     Aplikasi — display dekoratif, animasi

d.     Desain sederhana dengan 4017 (Johnson counter)

3.     Frequency Counter

a.     Mengukur frekuensi sinyal input

b.     Counter menghitung pulsa dalam waktu tertentu

c.     Aplikasi — alat ukur, oscilloscope

d.     Blok diagram: input → gate → counter → display

4.     Serial Communication (UART)

a.     PISO → transmitter (parallel ke serial)

b.     SIPO → receiver (serial ke parallel)

c.     Aplikasi — komunikasi data serial (RS232, SPI, I2C)

d.     Implementasi dengan shift register

5.     Digital Clock

a.     Counter frekuensi (60Hz → 1Hz)

b.     BCD counter untuk detik, menit, jam

c.     Aplikasi — jam digital, timer

d.     Desain lengkap: 7490 + 7447 + display