Gerbang Logika dan Contoh Penerapannya

Gerbang logika adalah elemen pembangun dari sirkuit digital. Kebanyakan gerbang logika memiliki  dua input dan satu output. Pada saat tertentu, setiap terminal adalah salah satu dari dua kondisi biner rendah (0) atau tinggi (1), yang diwakili oleh level tegangan yang berbeda. Gerbang logika dari terminal dapat dan umumnya tidak sering berubah - ubah karena data proses sirkuit. Dalam kebanyakan gerbang logika, bagian yang rendah sekitar nol volt ( 0V ), sedangkan bagian yang tinggi sekitar lima volt positif ( +5V ). 

Ada 7 gerbang logika dasar : AND. OR, XOR, NOT, NAND, NOR, and XNOR.

 

      1. Gerbang AND

Gerbang AND dinamakan demikian karena jika 0 bernilai “salah” dan jika 1 bernilai “benar”, gerbang AND bertindak dengan cara yang sama dengan operator logika "AND".Output bernilai “benar” jika kedua inputan “benar”. Jika tidak output bernilai “salah”. Penggunaan gerbang AND yang paling terkenal yaitu pada IC 7408, tentu saja ada beberapa IC yang menyediakan gerbang AND dengan input yang lebih banyak contohnya IC 7411 menyediakan tiga input gerbang AND.

Berikut ilustrasi dan tabel yang menunjukkan simbol sirkuit dan kombinasi logika untuk sebuah gerbang AND.(Pada simbol terminal input berada disebelah kiri dan terminal output berada disebelah kanan) dan juga gambar IC 7408.

                

AND gate

Input 1	Input 2	Output
	1
1
1	1	1

 

IC 7408

      2. Gerbang OR

Penamaan gerbang OR diambil dari fakta bahwa ia berperilaku setelah mode logika inklusif "OR". Output bernilai “benar” jika salah satu atau kedua input bernilai “benar”. Jika kedua input bernilai “salah”  maka outputnya bernilai “salah”. Penggunaan gerbang OR yang paling terkenal yaitu pada IC 7432, tentu saja ada beberapa IC yang menyediakan gerbang OR dengan input yang lebih banyak contohnya IC 7427 menyediakan tiga input gerbang OR.

 OR gate

Input 1	Input 2	Output
	1	1
1		1
1	1	1

IC 7432  

          3. Gerbang XOR

Gerbang XOR (exclusive - OR) bertindak sama seperti logika "OR". Output bernilai “benar” jika salah satu input tapi bukan dua-duanya bernilai “benar”. Output bernilai “salah”  jika kedua input bernialai “salah” atau kedua input bernilai “benar”. Cara lain untuk melihat sirkuit ini adalah mengamati bahwa output akan bernilai 1 jika input-input yang dimasukan berbeda, tapi bernilai 0 jika input-input yang dimasukkan bernilai sama. Penggunaan gerbang XOR yang paling terkenal yaitu pada IC 7486.

 

XOR gate

Input 1	Input 2	Output
	1	1
1		1
1	1

 

IC 7486

  

4. Gerbang NOT

Sebuah inverter logika, kadang disebut gerbang NOT untuk membedakannya dari jenis - jenis perangkat inverter elektronik lainnya, gerbang NOT hanya memiliki satu masukan. Gerbang NOT membalikkan keadaan logika. Penggunaan gerbang NOT yang paling terkenal yaitu pada IC 7404. IC ini mempunyai enam gerbang NOT didalamnya. Untuk membuatnya bekerja kita perlu menghubungkannya dengan power supply 5 volt.

 

 

 Inverter or NOT gate

Input	Output
1
	1

 

 IC 7404

      5. Gerbang NAND

Gerbang NAND beroperasi sebagai gerbang AND diikuti oleh gerbang NOT. Gerbang NAND bertindak dengan cara operasi logika "AND" diikuti negasi. Output bernilai “salah” jika kedua input "benar". Jika tidak output bernilai “benar”. Penggunaan gerbang NAND yang paling terkenal yaitu pada IC 7400, tentu saja ada beberapa IC yang menyediakan gerbang NAND dengan input yang lebih banyak contohnya IC 7430 menyediakan tiga input gerbang NAND.

  

 NAND gate

Input 1	Input 2	Output
		1
	1	1
1		1
1	1

 IC 7400

 6. Gerbang NOR

Gerbang NOR adalah kombinasi gerbang OR diikuti oleh inverter atau gerbang NOT. Outputnya bernilai “benar” jika kedua input bernilai “salah”. Jika tidak output bernilai “salah”. Penggunaan gerbang NOR yang paling terkenal yaitu pada IC 7402. Perlu diperhatikan lokasi dari input dan output pada IC ini berbeda dengan IC lain yang pernah kita lihat.Tentu saja ada beberapa IC yang menyediakan gerbang NOR dengan input yang lebih banyak contohnya IC 7427 menyediakan tiga input gerbang NOR.

NOR gate

Input 1	Input 2	Output
		1
	1
1
1	1

   

IC 7402

           7. Gerbang XNOR

Gerbang XNOR (exclusive - NOR) adalah kombinasi gerbang XOR diikuti inverter atau gerbang NOT. Outputnya bernilai “benar” jika input-input yang dimasukan sama, dan bernilai “salah” jika input - inputnya berbeda. Contoh IC yang menggunakan gerbang XNOR adalah 747266.

 

XNOR gate

Input 1	Input 2	Output
		1
	1
1
1	1	1

IC 747266

Dengan menggunakan kombinasi gerbang logika, operasi komplek dapat dilakukan. Dalam teorinya, tidak ada batas jumlah gerbang yang dapat disusun bersama- sama dalam satu perangkat. Tapi dalam prakteknya, ada batas jumlah gerbang yang dapat disusun dalam ruang fisik yang diberikan. Array gerbang logika ditemukan di digital integrated circuit (ICs). Sebagai kemajuan teknologi IC, volume fisik yang diperlukan untuk setiap individu gerbang logika menurun dan perangkat digital yang sama atau lebih kecil ukurannya menjadi mampu melakukan operasi yang lebih rumit dengan kecepatan yang terus meningkat. Dibawah ini adalah review alat yang memanfaatkan gerbang logika sebagai penyusunnya.

 

Review tentang Jam Digital

 

 Jam digital merupakan salah satu alat yang memanfaatkan gerbang logika sebagai penyusunnya. Jam ini mengatur fungsi – fungsinya secara elektronik bukan mekanik. Jadi pada jam digital ada power supply elektrik (baik baterai atau listrik AC 120 volt dari dinding). Ada dasar waktu elektonik yaitu detik yang dapat diketahui dan akurat. Ada elektonik “mekanisme gear” atau semacamnya, pada umumnya jam digital mengatur gear dengan komponen yang disebut “counter”. Dan ada tampilan, baik menggunakan LED atau LCD.

       Pada jantung jam digital terdapat bagian yang dapat menghasilkan sinyal dengan akurasi 60-hertz (Hz, osilasi per detik). Ada dua cara untuk menghasilkan sinyal ini :

1.    1. Sinyal dapat diekstraksi dari osilasi 60 Hz dalam listrik normal. Banyak jam yang mendapatkan  dayanya dengan cara ini karena murah dan mudah. Sinyal 60-Hz  pada saluran listrik cukup akurat untuk tujuan ini.

2.     2. Sinyal dapat dihasilkan dengan menggunakan kristal osilator. Jelas, setiap jam yang dioperasikan dengan baterai atau arloji akan menggunakan teknik ini sebagai gantinya. Meskipun dibutuhkan lebih banyak bagian tapi umumnya jauh lebih akurat.

Sinyal 60-Hz dibagi ke bawah menggunakan counter. Ketika membuat jam digital  tipe bagian TTL yang digunakan adalah IC 7490. Bagian ini dapat dikonfigurasi untuk membagi nomor antara 2 sampai 10 dan menghasilkan bilangan biner sebagai outputnya. Jadi ambil basis waktu 60-Hz bagi dengan 10, bagi dengan 6 dan hasilnya adalah 1-Hz (1 osilasi per detik). Sinyal 1-Hz sangat sempurna untuk mengatur “tangan kedua” bagian layar. Sejauh ini jam terlihat seperti blok diagram.

Untuk benar-benar melihat detik, maka output dari counter - counter perlu mengatur layar. Dua counter menghasilkan angka - angka biner. Dibagi dengan 10, counter menghasilkan 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9 urutan pada outputnya. Dibagi dengan 6, counter menghasilkan 0-1-2-3-4-5 urutan pada outputnya. Kita ingin menampilkan angka-angka biner yang disebut layar 7 segmen. Sebuah layar 7 segmen mempunyai tujuh bar, dan dengan menyalakan bar yang berbeda dapat menampilkan nomor yang berbeda.

Untuk mengubah sebuah angka biner antara 1 sampai 9 dengan sinyal yang tepat untuk mengatur layar tujuh segmen dapat digunakan “converter bilangan biner ke layar 7 segmen”. Chip ini memperlihatkan bilangan biner yang datang dan mengubahnya sesuai bar di layar 7 segmen untuk kemudian ditampilkan di LED. Jika kita mengatur untuk menampilkan detik maka detik dari jam kita akan tampil.

Output dari tahap ini berosilasi pada frekuensi satu-siklus permenit. Kita dapat membayangkan bagian menit dari jam terlihat persis sama. Akhirnya bagian jam terlihat hampir sama kecuali pembagian dengan 6 counter diganti dengan pembagian dengan 2 counter. Sekarang tinggal 2 detail yang tersisa jika ingin membuat jam yang sebenarnya.

Jam yang dirancang disini tidak mengerti jika pada 12:59:59 itu seharusnya siklus kembali ke 1:00. Itulah sedikit masalah kecilnya, dan ada beberapa cara untuk mengatasinya. Salah satu teknik melibatkan penciptaan sedikit logika yang dapat mendeteksi nomor 13 dan mengatur ulang bagian jam agar kembali ke 1 (bukan nol). Teknik lain melibatkan penggunaan penambah. Untuk tujuan kita lebih mudah untuk menggunakan waktu militer karena waktu militer termasuk jam nol

Kita memerlukan cara untuk mengatur jam. Biasanya ini ditangani dengan memperoleh frekuensi yang lebih tinggi dari normalnya ke bagian menit. Sebagai contoh sebagian besar jam memiliki tombol set “cepat” dan “lambat”. Ketika menekan tombol “cepat”, sinyal 60-Hz diatur langsung ke menit kontra. Ketika menekan tombol “lambat”, sinyal 1-Hz diatur langsung ke bagian menit, Ada teknik lain mungkin, tapi yang satu ini adalah yang paling umum.

Sumber: 
 http://whatis.techtarget.com/definition/logic-gate-AND-OR-XOR-NOT-NAND-NOR-and-XNOR
 http://www.hardwaresecrets.com/printpage/Introduction-to-Logic-Gates/237
http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/clocks-watches/digital-clock2.htm