Rangkaian Penghitung BCD: Pengertian, Cara Kerja dan Konfigurasi IC 74LS90

Penghitung BCD (Binary-Coded Decimal Counter) adalah rangkaian digital yang digunakan untuk menghitung pulsa clock dalam urutan desimal dari 0 hingga 9. Rangkaian ini menggunakan empat bit biner untuk merepresentasikan setiap digit desimal, kemudian kembali ke keadaan awal setelah mencapai hitungan 9. Salah satu IC yang umum digunakan untuk membangun rangkaian ini adalah 74LS90, yaitu IC penghitung dekade yang memiliki konfigurasi internal untuk menghasilkan hitungan MOD-10. Dengan memahami prinsip kerja penghitung BCD, konfigurasi flip-flop, serta karakteristik IC 74LS90, kita dapat memanfaatkan rangkaian ini dalam berbagai aplikasi elektronika digital, seperti pencacah pulsa, penghitung kejadian, dan sistem penghitung berbasis tampilan digital.

Pengertian Penghitung BCD

Penghitung BCD atau BCD Counter merupakan rangkaian penghitung digital yang menghasilkan urutan keluaran sesuai dengan kode Binary-Coded Decimal (BCD). Dalam konfigurasi standar, rangkaian ini menghitung dari 0 hingga 9, kemudian kembali ke 0 ketika menerima pulsa clock berikutnya. Sebagai contoh, urutan keluaran penghitung BCD 4-bit adalah 0000, 0001, 0010, dan seterusnya hingga 1001. Setelah mencapai 1001, penghitung kembali ke 0000 pada siklus penghitungan berikutnya. Berbeda dengan penghitung biner 4-bit biasa yang memiliki 16 keadaan, penghitung BCD hanya menggunakan 10 keadaan yang merepresentasikan angka desimal 0 sampai 9.

Hubungan Flip-Flop dengan Rangkaian Penghitung

Flip-flop merupakan elemen penyimpan satu bit data yang menjadi komponen dasar dalam rangkaian penghitung digital. Dengan menghubungkan beberapa flip-flop, kita dapat membentuk rangkaian yang mampu menyimpan dan mengubah nilai hitungan berdasarkan pulsa clock.

 

Salah satu konfigurasi yang dapat digunakan adalah T flip-flop atau flip-flop yang beroperasi dalam mode toggle. Ketika menerima pemicu yang sesuai, keluarannya berubah dari LOW menjadi HIGH atau dari HIGH menjadi LOW.

 

Dalam rangkaian penghitung asinkron, keluaran dari satu tahap dapat digunakan sebagai sinyal clock untuk tahap berikutnya. Dengan konfigurasi tersebut, perubahan keadaan pada setiap tahap berlangsung secara berurutan, sehingga membentuk pola hitungan biner.

 

Prinsip ini memungkinkan rangkaian penghitung digunakan sebagai frequency divider, yaitu rangkaian yang menghasilkan frekuensi keluaran lebih rendah daripada frekuensi sinyal masukannya.

Perbedaan Penghitung Biner dan Penghitung BCD

Penghitung biner 4-bit menggunakan empat flip-flop untuk menghasilkan 16 kombinasi keluaran, mulai dari 0000 hingga 1111. Dalam bilangan desimal, rentang tersebut setara dengan angka 0 sampai 15. Sedangkan penghitung BCD 4-bit hanya menggunakan sepuluh kombinasi keluaran, yaitu 0000 hingga 1001. Enam kombinasi lainnya, mulai dari 1010 hingga 1111, tidak termasuk dalam urutan hitungan BCD standar. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada tabel berikut.

Nilai desimal	Keluaran biner 4-bit	Keterangan
0	0000	Keadaan awal
1	0001	Hitungan pertama
2	0010	Hitungan kedua
3	0011	Hitungan ketiga
4	0100	Hitungan keempat
5	0101	Hitungan kelima
6	0110	Hitungan keenam
7	0111	Hitungan ketujuh
8	1000	Hitungan kedelapan
9	1001	Hitungan kesembilan
Kembali ke 0	0000	Siklus dimulai kembali

Dengan demikian, penghitung BCD dapat digunakan ketika sistem digital membutuhkan representasi angka desimal, bukan sekadar urutan bilangan biner.

Prinsip Penghitungan dari 0 hingga 9

Penghitung digital bekerja dengan mengubah keadaan keluarannya setiap kali menerima pemicu clock sesuai dengan karakteristik rangkaiannya. Pada penghitung BCD, urutan tersebut dibatasi hingga angka 9. Setelah mencapai keadaan 1001, rangkaian kembali ke 0000 sehingga siklus penghitungan dimulai dari awal. Proses ini menghasilkan sepuluh keadaan yang berulang secara terus-menerus selama sinyal clock diberikan. Rangkaian penghitung yang memiliki sepuluh keadaan tersebut disebut penghitung dekade (decade counter). Jika penghitung dibuat menggunakan konfigurasi MOD-10, setiap sepuluh pulsa clock akan menghasilkan satu siklus penghitungan lengkap, dengan asumsi rangkaian dimulai dari keadaan nol. Untuk membangun penghitung BCD menggunakan flip-flop diskret, diperlukan setidaknya empat flip-flop untuk merepresentasikan empat bit keluaran. Namun, jumlah flip-flop saja tidak cukup untuk menghasilkan urutan BCD. Rangkaian juga harus memiliki mekanisme pengendalian keadaan agar urutan hitungannya kembali ke nol setelah mencapai angka 9. Salah satu solusi praktisnya adalah menggunakan IC penghitung dekade 74LS90.

 

Baca juga: N-Channel dan P-Channel MOSFET: Perbedaan, Cara Kerja, dan Penerapannya dalam Rangkaian Elektronika 

Diagram Keadaan dan Modulus Penghitung BCD

Diagram keadaan (state diagram) digunakan untuk menggambarkan perpindahan keadaan keluaran suatu rangkaian digital. Pada penghitung BCD, diagram ini menunjukkan perubahan keluaran dari angka 0 hingga 9, kemudian kembali ke angka 0.

Diagram Keadaan Penghitung BCD

Diagram keadaan penghitung BCD memperlihatkan sepuluh keadaan keluaran yang digunakan dalam satu siklus penghitungan. Setiap keadaan direpresentasikan oleh empat bit, sesuai dengan kode BCD.

Urutannya dimulai dari 0000, kemudian berubah menjadi 0001, 0010, 0011, dan seterusnya hingga 1001. Setelah itu, penghitung kembali ke 0000 untuk memulai siklus berikutnya.

 

Meskipun empat bit dapat membentuk 16 kombinasi, penghitung BCD standar hanya menggunakan sepuluh kombinasi tersebut. Oleh karena itu, enam kombinasi lainnya tidak termasuk dalam urutan hitungan normal. Apabila beberapa penghitung BCD dihubungkan secara bertingkat, setiap tahap dapat merepresentasikan satu digit desimal. Dengan cara ini, sistem dapat dikembangkan untuk menghitung puluhan, ratusan, ribuan, dan seterusnya.

 

Sebagai contoh, dua penghitung BCD yang dikaskadekan dapat membentuk sistem penghitung dua digit desimal dengan rentang 00 hingga 99. Sementara itu, tiga tahap dapat digunakan untuk menghitung dari 000 hingga 999, dengan konfigurasi sambungan dan pengendalian carry yang sesuai.

Pengertian Modulus pada Penghitung Digital

Modulus (MOD) adalah jumlah keadaan hitungan yang dilalui oleh suatu penghitung sebelum kembali ke keadaan awal. Nilai modulus menentukan banyaknya keadaan berbeda dalam satu siklus penghitungan. Penghitung yang memiliki (N) keadaan dalam satu siklus disebut penghitung modulo-(N) atau MOD-(N). Beberapa contoh modulus pada rangkaian penghitung digital adalah sebagai berikut.

- MOD-2: memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1.

- MOD-8: memiliki delapan keadaan, yaitu 0 hingga 7.

- MOD-10: memiliki sepuluh keadaan, yaitu 0 hingga 9.

- MOD-16: memiliki enam belas keadaan, yaitu 0 hingga 15.

Pada penghitung biner yang menggunakan (n) flip-flop dan memanfaatkan seluruh kombinasi keluarannya, jumlah keadaan maksimum adalah:

Dengan demikian, rentang hitungannya adalah dari 0 hingga 2n-1. Sebagai contoh, penghitung biner 4-bit memiliki:

Artinya, penghitung tersebut memiliki 16 keadaan berbeda, mulai dari 0000 hingga 1111. Namun, penghitung BCD MOD-10 hanya menggunakan sepuluh keadaan. Untuk merepresentasikan sepuluh keadaan tersebut, dibutuhkan empat bit karena tiga bit hanya dapat membentuk delapan kombinasi, sedangkan empat bit dapat membentuk enam belas kombinasi. Pada implementasi menggunakan flip-flop diskret, rangkaian harus dirancang agar hanya sepuluh keadaan yang digunakan dalam urutan normal. IC penghitung BCD seperti 74LS90 telah menyediakan konfigurasi internal untuk menghasilkan urutan tersebut.

Status Keluaran dan Karakteristik Penghitung BCD

Penghitung BCD disebut demikian karena urutan keluarannya mengikuti kode Binary-Coded Decimal, bukan seluruh urutan bilangan biner 4-bit. Dalam kode BCD standar 8421, setiap digit desimal direpresentasikan menggunakan empat bit dengan bobot masing-masing 8, 4, 2, dan 1.

Pengertian Kode BCD 8421

Kode BCD 8421 menggunakan empat bit untuk merepresentasikan satu digit desimal. Angka 8421 menunjukkan bobot setiap bit berdasarkan pangkat dua, yaitu:

- Bit paling signifikan memiliki bobot (2^3 = 8).

- Bit berikutnya memiliki bobot (2^2 = 4).

- Bit berikutnya memiliki bobot (2^1 = 2).

- Bit paling tidak signifikan memiliki bobot (2^0 = 1).

Sebagai contoh, angka desimal 9 direpresentasikan dalam BCD sebagai 1001. Nilai tersebut diperoleh dari penjumlahan bobot bit yang bernilai 1, yaitu 8 + 1 = 9. Demikian pula, angka desimal 5 direpresentasikan sebagai 0101 karena bit yang bernilai 1 memiliki bobot 4 dan 1, sehingga menghasilkan 4 + 1 = 5.

 

Keunggulan utama BCD adalah kemudahan dalam merepresentasikan dan mengonversi setiap digit desimal pada sistem digital. Kode ini banyak digunakan pada rangkaian penghitung, sistem pengukuran, dan perangkat yang menampilkan angka desimal.

 

Perlu diperhatikan bahwa BCD berbeda dari representasi biner biasa untuk bilangan yang terdiri atas beberapa digit desimal. Sebagai contoh, angka desimal 25 dalam BCD ditulis sebagai 0010 0101, karena digit 2 dan digit 5 masing-masing direpresentasikan menggunakan empat bit.

Jumlah Keadaan dan Kemampuan Penghitungan

Satu tahap penghitung BCD seperti 74LS90 dapat menghasilkan sepuluh keadaan keluaran, mulai dari 0000 hingga 1001. Dengan demikian, rangkaian tersebut dapat merepresentasikan angka desimal 0 sampai 9. Apabila dibutuhkan rentang penghitungan yang lebih besar, beberapa penghitung dapat dihubungkan secara bertingkat. Setiap tahap tambahan digunakan untuk merepresentasikan digit desimal berikutnya.

 

Selain menghitung naik (up counting), terdapat rangkaian penghitung digital yang dirancang untuk menghitung turun (down counting). Beberapa IC juga mendukung penghitungan naik dan turun (up/down counting) melalui pemilihan arah hitungan menggunakan sinyal kontrol eksternal. Namun, kemampuan tersebut bergantung pada jenis IC dan konfigurasi rangkaian yang digunakan. IC 74LS90 pada dasarnya merupakan penghitung dekade dengan urutan penghitungan naik, bukan penghitung naik-turun yang dapat dipilih secara langsung.

Mengenal IC Penghitung BCD 74LS90

IC 74LS90 merupakan integrated circuit berbasis TTL (Transistor-Transistor Logic) yang berfungsi sebagai penghitung dekade asinkron. IC ini dirancang untuk menghasilkan urutan hitungan MOD-10 dan keluaran yang dapat digunakan sebagai representasi BCD. Di dalam satu paket IC 74LS90 terdapat empat JK flip-flop yang disusun menjadi dua bagian penghitung, yaitu penghitung MOD-2 dan penghitung MOD-5. Kedua bagian tersebut dapat digunakan secara terpisah atau dihubungkan untuk membentuk penghitung dekade MOD-10.

Struktur Internal IC 74LS90

IC 74LS90 terdiri atas satu JK flip-flop yang membentuk bagian penghitung MOD-2 dan tiga JK flip-flop yang membentuk bagian penghitung MOD-5. Bagian pertama digerakkan melalui masukan clock A, sedangkan bagian kedua digerakkan melalui masukan clock B. Kedua bagian ini tidak terhubung secara internal dalam konfigurasi yang secara otomatis menghasilkan urutan BCD MOD-10. Oleh karena itu, diperlukan sambungan eksternal antara keluaran dan masukan clock tertentu untuk membentuk penghitung dekade.

Keempat keluaran penghitung diberi label QA, QB, QC, dan QD. Setiap keluaran merepresentasikan satu bit dalam kode BCD 8421. Dalam konfigurasi BCD standar, bobot masing-masing keluaran adalah sebagai berikut:

- QA: bobot 1.

- QB: bobot 2.

- QC: bobot 4.

- QD: bobot 8.

Dengan demikian, kombinasi keempat keluaran tersebut dapat digunakan untuk merepresentasikan angka desimal dari 0 hingga 9.

Pemicu Clock pada IC 74LS90

IC 74LS90 bekerja menggunakan pemicu tepi negatif (negative-edge triggered). Artinya, perubahan keadaan penghitung dipicu ketika sinyal clock berubah dari level logika HIGH menjadi LOW. Karakteristik ini perlu diperhatikan ketika menghubungkan 74LS90 dengan sumber clock atau tahap penghitung lainnya. Jika sinyal clock diberikan pada saat yang tidak sesuai dengan karakteristik pemicu IC, perubahan keluaran dapat terjadi pada tepi sinyal yang berbeda dari perkiraan.

 

Pada rangkaian penghitung asinkron, perubahan keadaan juga tidak terjadi secara serentak pada seluruh flip-flop. Perubahan keluaran dapat merambat dari satu tahap ke tahap berikutnya sehingga menghasilkan propagation delay. Oleh karena itu, pada aplikasi yang membutuhkan kecepatan tinggi atau ketepatan waktu yang ketat, karakteristik waktu IC perlu diperiksa melalui datasheet.

Pin Reset dan Set pada IC 74LS90

Selain pin clock dan keluaran, IC 74LS90 memiliki empat masukan kontrol, yaitu R1, R2, S1, dan S2. Masukan R1 dan R2 digunakan untuk melakukan reset asinkron, sedangkan S1 dan S2 digunakan untuk menetapkan keluaran ke keadaan tertentu. Pada IC 74LS90 standar, fungsi kedua kelompok masukan tersebut bergantung pada kombinasi level logika yang diberikan. Ketika R1 dan R2 berada pada level logika HIGH secara bersamaan, penghitung direset sehingga keluarannya menjadi 0000. Sedangkan kombinasi HIGH pada kedua masukan set S1 dan S2 akan menetapkan keluaran ke keadaan 1001, yang merepresentasikan angka desimal 9. Masukan reset dan set ini memungkinkan keadaan penghitung diinisialisasi atau dikendalikan tanpa harus menunggu urutan pulsa clock selesai.

Perlu diperhatikan bahwa fungsi tersebut berlaku pada kombinasi masukan yang ditentukan oleh karakteristik IC. Untuk mengoperasikan rangkaian secara benar, konfigurasi pin harus mengikuti datasheet 74LS90 yang digunakan.

Konfigurasi Penghitung MOD-2 dan MOD-5 pada IC 74LS90

Karena IC 74LS90 memiliki dua bagian penghitung internal, IC ini dapat digunakan untuk membangun rangkaian pembagi frekuensi dengan faktor pembagian tertentu. Bagian MOD-2 dapat digunakan sebagai penghitung bagi-2, sedangkan bagian MOD-5 dapat digunakan sebagai penghitung bagi-5. Jika kedua bagian dihubungkan dengan benar, IC dapat menghasilkan penghitung dekade MOD-10.

Rangkaian Penghitung Bagi-2

Untuk membentuk penghitung bagi-2, sinyal clock diberikan ke pin 14, yaitu CLK A. Keluaran diambil dari pin 12, yaitu QA. Bagian MOD-5 tidak digunakan dalam konfigurasi ini. Dengan demikian, rangkaian memanfaatkan satu JK flip-flop pada bagian MOD-2 untuk menghasilkan keluaran yang berubah setiap kali menerima tepi clock yang sesuai.

Pada konfigurasi bagi-2, frekuensi keluaran QA adalah setengah dari frekuensi clock masukan. Hubungan tersebut dapat dituliskan sebagai:

Sebagai contoh, jika frekuensi clock masukan adalah 1 kHz, frekuensi keluaran ideal pada QA adalah 500 Hz. Konfigurasi ini dapat digunakan sebagai pembagi frekuensi sederhana dalam rangkaian digital.

Rangkaian Penghitung Bagi-5

Untuk membentuk penghitung bagi-5, sinyal clock diberikan langsung ke pin 1, yaitu CLK B. Keluaran diambil dari pin 11, yaitu QD. Dalam konfigurasi ini, bagian MOD-2 tidak digunakan. Penghitungan dilakukan menggunakan tiga JK flip-flop pada bagian MOD-5.

Pada konfigurasi bagi-5, frekuensi keluaran QD memiliki hubungan:

Sebagai contoh, jika frekuensi clock masukan adalah 1 kHz, frekuensi keluaran idealnya adalah 200 Hz. Namun, bentuk gelombang keluaran penghitung bagi-5 tidak memiliki duty cycle 50%. Pada konfigurasi standar 74LS90, keluaran QD berada pada satu level logika selama sebagian besar siklus penghitungan dan berubah ke level lainnya pada bagian yang lebih singkat. Dengan demikian, rasio waktu HIGH terhadap LOW tidak simetris. Karakteristik ini perlu diperhitungkan jika keluaran digunakan untuk mengendalikan rangkaian yang membutuhkan duty cycle tertentu.

Rangkaian Penghitung BCD MOD-10

Untuk membentuk penghitung dekade MOD-10, bagian MOD-2 dan MOD-5 pada IC 74LS90 digunakan secara bersamaan. Sinyal clock eksternal diberikan ke pin 14 (CLK A). Selanjutnya, keluaran QA pada pin 12 dihubungkan ke pin 1 (CLK B) sebagai masukan clock untuk bagian MOD-5. Dengan konfigurasi tersebut, perubahan keluaran pada bagian MOD-2 menjadi pemicu bagi bagian MOD-5. Kedua bagian penghitung kemudian bekerja secara berurutan untuk menghasilkan empat bit keluaran BCD.

Pada konfigurasi ini, IC 74LS90 menghasilkan sepuluh keadaan hitungan yang berurutan, mulai dari 0000 hingga 1001. Setelah mencapai keadaan 1001, penghitung kembali ke 0000 sesuai dengan urutan kerja penghitung dekade. Secara konseptual, faktor pembagian total diperoleh dari perkalian kedua bagian penghitung:

Oleh karena itu, konfigurasi tersebut disebut penghitung BCD MOD-10 atau penghitung dekade bagi-10. Hubungan antara frekuensi keluaran dan frekuensi clock masukan dapat dinyatakan sebagai:

Persamaan ini menunjukkan faktor pembagian frekuensi total pada konfigurasi penghitung dekade. Namun, keluaran QA, QB, QC, dan QD tetap merupakan bit-bit yang merepresentasikan urutan hitungan BCD, bukan empat sinyal keluaran dengan frekuensi yang semuanya sama dengan

 

 

 

Dengan memahami konfigurasi MOD-2, MOD-5, dan MOD-10, penggunaan IC 74LS90 dapat disesuaikan dengan kebutuhan rangkaian, baik sebagai pembagi frekuensi maupun sebagai penghitung desimal dalam sistem elektronika digital.

Rangkaian Penghitung BCD MOD-10 Menggunakan IC 74LS90

 

Pada konfigurasi MOD-10, IC 74LS90 bekerja sebagai penghitung BCD yang menghasilkan urutan keluaran dari 0000 hingga 1001. Setelah mencapai angka 9, penghitung kembali ke keadaan 0000 pada pulsa clock berikutnya sehingga siklus penghitungan dimulai kembali. Untuk mengamati proses penghitungan secara langsung, sebuah sakelar tombol tekan (SW1) dapat dihubungkan ke masukan clock A (CLK A). Setiap kali tombol dioperasikan, rangkaian menerima perubahan sinyal yang dapat memicu penambahan hitungan. Agar satu penekanan menghasilkan satu hitungan yang stabil, rangkaian tombol perlu memperhatikan karakteristik pemicu clock dan kemungkinan contact bounce.

Keluaran QA, QB, QC, dan QD dapat dihubungkan ke LED melalui resistor pembatas arus. Setiap LED menunjukkan kondisi logika pada bit keluaran yang bersangkutan. Dengan demikian, perubahan kombinasi keluaran dapat diamati secara visual sesuai dengan urutan hitungan BCD.

Cara Kerja Penghitung BCD 74LS90

Penghitung dekade BCD bekerja dengan mengubah kombinasi keluaran setiap kali menerima pulsa clock. Pada konfigurasi empat bit, urutan keluarannya dimulai dari 0000, kemudian bertambah hingga mencapai 1001. Ketika pulsa clock berikutnya diterima setelah hitungan 9, rangkaian kembali ke keadaan 0000. Proses ini menghasilkan sepuluh keadaan hitungan dalam satu siklus atau MOD-10. 

 

Apabila sakelar SW1 dioperasikan berulang kali, perubahan keluaran dapat diamati melalui LED yang terhubung ke masing-masing bit. Setelah sembilan hitungan dari keadaan awal nol, kombinasi keluaran mencapai 1001. Pada pulsa berikutnya, penghitung kembali ke 0000 dan memulai siklus baru. Perlu diperhatikan bahwa keluaran QA, QB, QC, dan QD merepresentasikan empat bit BCD dengan bobot masing-masing 1, 2, 4, dan 8. Oleh karena itu, kombinasi keluaran harus dibaca sebagai satu angka desimal yang dikodekan dalam bentuk biner, bukan sebagai empat angka yang berdiri sendiri.

Penggunaan Penghitung BCD untuk Tampilan Digital

Karena IC 74LS90 menghasilkan keluaran dalam format BCD, rangkaian ini dapat digunakan sebagai bagian dari sistem tampilan angka desimal. Salah satu cara untuk menampilkan hasil penghitungan adalah menggunakan LED pada setiap bit keluaran. Namun, metode tersebut mengharuskan pengguna menerjemahkan kombinasi biner menjadi angka desimal. Alternatif yang lebih praktis adalah menggunakan tampilan tujuh segmen (7-segment display). Komponen ini dapat membentuk angka desimal melalui tujuh segmen LED yang dinyalakan atau dimatikan sesuai dengan angka yang ingin ditampilkan. Agar keluaran BCD dari 74LS90 dapat diterjemahkan menjadi pola segmen yang sesuai, diperlukan rangkaian decoder atau IC BCD-to-7-segment decoder/driver. Salah satu IC yang umum digunakan untuk tampilan anoda umum adalah 74LS47.

Decoder dan Driver Tampilan 7-Segmen

Decoder BCD ke tujuh segmen merupakan rangkaian digital yang menerjemahkan empat bit masukan BCD menjadi sinyal kendali untuk segmen-segmen pada tampilan tujuh segmen. Setiap kombinasi masukan akan menghasilkan pola keluaran tertentu agar angka yang sesuai dapat ditampilkan.

IC 74LS47 merupakan salah satu decoder/driver yang dirancang untuk menerima masukan BCD dan mengendalikan tampilan tujuh segmen jenis anoda umum (common-anode).

Struktur Tampilan 7-Segmen

Tampilan tujuh segmen terdiri atas tujuh elemen LED yang disusun membentuk pola angka. Ketujuh segmen tersebut biasanya diberi label a, b, c, d, e, f, dan g. Dengan mengatur segmen mana yang menyala dan mati, tampilan dapat membentuk angka desimal dari 0 hingga 9. Beberapa modul juga menyediakan segmen tambahan berupa titik desimal (decimal point atau DP).

Pada tampilan tujuh segmen standar, setiap segmen memiliki sambungan listrik tersendiri. Selain itu, terdapat terminal common yang digunakan bersama oleh seluruh segmen. Susunan terminal tersebut bergantung pada jenis tampilan yang digunakan. Secara umum, tampilan tujuh segmen dibedakan menjadi dua jenis berikut.

- Common-anode: seluruh anoda LED dihubungkan ke terminal positif bersama. Segmen menyala ketika katodanya ditarik ke level logika rendah melalui rangkaian penggerak yang sesuai.

- Common-cathode: seluruh katoda LED dihubungkan ke terminal negatif bersama. Segmen menyala ketika anodanya menerima arus dari rangkaian penggerak yang sesuai.

Perbedaan struktur tersebut menentukan jenis decoder/driver yang dapat digunakan untuk mengendalikan tampilan.

Fungsi IC 74LS47 sebagai Decoder BCD

IC 74LS47 menerima empat masukan BCD yang umumnya diberi label A, B, C, dan D. Masukan tersebut mewakili satu digit desimal dalam kode BCD 8421. Berdasarkan kombinasi masukan, IC menghasilkan sinyal kendali untuk segmen a hingga g. Dengan demikian, tampilan dapat menunjukkan angka yang sesuai dengan hitungan dari IC 74LS90.

IC 74LS47 dirancang untuk mengendalikan tampilan tujuh segmen jenis common-anode. Keluaran segmennya bersifat aktif LOW, yaitu keluaran berada pada level logika rendah ketika segmen terkait harus menyala. Sebaliknya, level logika tinggi digunakan untuk mematikan segmen tersebut.

 

Karakteristik ini sesuai dengan tampilan common-anode karena arus LED dikendalikan melalui sisi katoda. Meskipun demikian, rangkaian tetap harus dirancang dengan memperhatikan kemampuan arus keluaran IC, spesifikasi LED, dan kebutuhan resistor pembatas arus.

Fungsi Pin Kontrol pada IC 74LS47

Selain empat masukan BCD dan tujuh keluaran segmen, IC 74LS47 memiliki beberapa pin kontrol tambahan, yaitu LT (Lamp Test), RBI (Ripple Blanking Input), dan BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output). Fungsi setiap pin tersebut adalah sebagai berikut.

- LT (Lamp Test): digunakan untuk menguji segmen tampilan dengan mengaktifkan seluruh segmen yang tersedia sesuai dengan karakteristik IC.

- RBI (Ripple Blanking Input): digunakan dalam fungsi penghilangan angka nol di depan (leading-zero suppression) pada tampilan beberapa digit.

- BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output): digunakan untuk mengendalikan pemadaman tampilan dan mendukung fungsi ripple blanking.

Untuk pengoperasian normal tanpa menggunakan fungsi pengujian atau pemadaman khusus, pin-pin kontrol tersebut harus dihubungkan sesuai dengan kondisi logika yang ditentukan dalam datasheet. Pada konfigurasi standar, LT dan RBI biasanya diberi level HIGH, sedangkan BI/RBO dijaga pada kondisi tidak aktif sesuai dengan fungsi pin tersebut. Pengaturan pin kontrol yang benar diperlukan agar tampilan menunjukkan angka berdasarkan masukan BCD tanpa menjalankan fungsi pengujian atau blanking secara tidak sengaja.

Perbedaan IC 74LS47 dan 74LS48

IC 74LS47 dan 74LS48 sama-sama termasuk keluarga decoder/driver BCD ke tujuh segmen, tetapi karakteristik keluarannya berbeda. Karena itu, pemilihan IC harus disesuaikan dengan jenis tampilan yang digunakan dan karakteristik keluaran yang tercantum dalam datasheet masing-masing.

 

IC 74LS47 memiliki keluaran segmen aktif LOW dan dirancang untuk tampilan common-anode. Sedangkan 74LS48 dikenal sebagai decoder/driver dengan karakteristik keluaran yang berbeda untuk konfigurasi tampilan tertentu. Namun, karakteristik keluaran, kemampuan arus, serta kesesuaian dengan common-anode atau common-cathode harus diperiksa berdasarkan datasheet varian IC yang digunakan, karena tidak semua IC dalam keluarga tersebut dapat dianggap identik.

 

Dengan memilih decoder/driver yang sesuai, keluaran BCD dari penghitung dapat diterjemahkan menjadi pola segmen yang benar tanpa memerlukan rangkaian logika tambahan yang kompleks.

Menghubungkan Penghitung BCD 74LS90 dengan Tampilan 7-Segmen

Untuk menampilkan hasil hitungan secara langsung, keluaran BCD dari IC 74LS90 dihubungkan ke masukan BCD pada IC 74LS47. Selanjutnya, keluaran segmen dari 74LS47 dihubungkan ke terminal a hingga g pada tampilan tujuh segmen common-anode. Ketika tombol SW1 digunakan untuk memberikan pulsa clock, nilai hitungan pada 74LS90 berubah. IC 74LS47 kemudian menerjemahkan kombinasi keluaran tersebut menjadi pola segmen yang sesuai sehingga angka desimal dapat terlihat pada display.

Alur Kerja Rangkaian Penghitung dan Tampilan

Proses kerja rangkaian dapat dijelaskan melalui tahapan berikut.

- Sakelar SW1 menghasilkan perubahan sinyal yang digunakan sebagai pemicu clock pada IC 74LS90.

- IC 74LS90 memperbarui keluaran QA, QB, QC, dan QD sesuai urutan hitungan BCD.

- Keempat keluaran tersebut diteruskan ke masukan BCD pada IC 74LS47.

- IC 74LS47 menerjemahkan nilai BCD menjadi sinyal kendali untuk segmen a hingga g.

- Tampilan tujuh segmen menyalakan kombinasi LED yang sesuai untuk menunjukkan angka hasil penghitungan.

Pada rangkaian praktis, tombol tekan dapat dipasang dengan konfigurasi resistor pull-up atau pull-down yang sesuai. Penempatan tombol dan resistor menentukan apakah sinyal clock berubah ketika tombol ditekan atau ketika tombol dilepas.

 

Namun, rangkaian tombol mekanis dapat menghasilkan beberapa transisi singkat akibat contact bounce. Jika masalah tersebut tidak ditangani, satu penekanan tombol berpotensi menghasilkan lebih dari satu hitungan. Untuk memperoleh satu hitungan yang konsisten setiap kali tombol ditekan, rangkaian dapat dilengkapi dengan debounce circuit.

Resistor Pembatas Arus pada Tampilan 7-Segmen

Tampilan tujuh segmen tersusun atas tujuh LED individual. Seperti LED pada umumnya, setiap segmen membutuhkan pembatasan arus agar tidak menerima arus berlebih yang dapat menyebabkan kerusakan. Resistor pembatas arus dipasang secara seri dengan jalur LED untuk mengatur arus yang mengalir melalui setiap segmen. Pemilihan nilai resistor harus mempertimbangkan tegangan catu daya, tegangan maju LED (forward voltage), serta arus yang diizinkan oleh LED dan IC driver. Terdapat dua pendekatan umum dalam pemasangan resistor pembatas arus, yaitu menggunakan satu resistor bersama atau menggunakan resistor terpisah untuk setiap segmen.

Menggunakan Satu Resistor Pembatas Arus

Pada metode ini, satu resistor dipasang pada jalur bersama untuk membatasi arus yang mengalir ke tampilan. Konfigurasi tersebut relatif sederhana karena hanya menggunakan satu resistor pembatas arus. Namun, metode ini memiliki keterbatasan. Ketika beberapa segmen menyala secara bersamaan, arus total akan terbagi di antara segmen-segmen yang aktif. Pembagian arus tersebut dapat berubah mengikuti jumlah segmen yang menyala dan karakteristik listrik setiap LED. 

 

Akibatnya, kecerahan tampilan dapat berubah sesuai dengan angka yang ditampilkan. Angka yang membutuhkan lebih banyak segmen menyala dapat memiliki tingkat kecerahan yang berbeda dibandingkan angka yang hanya menggunakan sedikit segmen. Karena arus tidak dikendalikan secara terpisah untuk setiap segmen, penggunaan satu resistor bersama umumnya kurang ideal apabila dibutuhkan kecerahan yang konsisten.

Menggunakan Resistor pada Setiap Segmen

Metode yang lebih disarankan adalah memasang satu resistor pembatas arus secara seri pada setiap segmen LED. Dengan konfigurasi ini, tujuh segmen a hingga g masing-masing memiliki resistor sendiri. Keuntungan utamanya adalah arus setiap segmen dapat dibatasi secara terpisah. Perubahan jumlah segmen yang menyala tidak secara langsung mengubah pembagian arus melalui resistor bersama, sehingga kecerahan antarangka cenderung lebih konsisten. Nilai resistor dapat dihitung menggunakan persamaan dasar:

Keterangan:

- R adalah nilai resistor pembatas arus dalam ohm.

- VS adalah tegangan yang tersedia pada jalur LED.

- VF adalah tegangan maju LED.

- I adalah arus yang diinginkan melalui segmen.

Sebagai contoh, jika tegangan pada jalur LED sebesar 5 V, tegangan maju LED sebesar 2 V, dan arus target sebesar 10 mA, nilai resistor teoritisnya adalah:

Nilai resistor standar terdekat dapat dipilih dengan tetap memperhatikan batas arus LED dan kemampuan driver. Perhitungan ini merupakan pendekatan dasar; pada rangkaian dengan IC driver, tegangan jatuh pada keluaran IC juga perlu diperhitungkan. Arus operasi tampilan tujuh segmen tidak selalu sama untuk setiap jenis LED. Oleh sebab itu, nilai 12–20 mA per segmen tidak boleh dijadikan ketentuan universal. Arus yang digunakan harus mengikuti spesifikasi tampilan dan kemampuan arus keluaran IC 74LS47. Penggunaan resistor terpisah pada setiap segmen juga membantu mengurangi risiko arus berlebih. Namun, resistor saja tidak menjamin rangkaian aman apabila arus total atau kemampuan penyerapan arus IC driver melampaui batas spesifikasinya.

Mengembangkan Penghitung BCD Menjadi Dua Digit

Rangkaian yang menggunakan satu IC 74LS90 dan satu IC 74LS47 dapat digunakan untuk membangun penghitung desimal dari 0 hingga 9 dengan tampilan satu digit. Jika sistem harus menghitung lebih dari sembilan, diperlukan tahap penghitung tambahan. Untuk membentuk penghitung dua digit, dua rangkaian penghitung dekade dapat dihubungkan secara bertingkat sehingga satu tahap mewakili digit satuan dan tahap lainnya mewakili digit puluhan.

Prinsip Kerja Penghitung BCD Dua Digit

Penghitung BCD dua digit memiliki rentang penghitungan dari 00 hingga 99. Setiap digit direpresentasikan menggunakan empat bit BCD, sehingga seluruh nilai hitungan menggunakan delapan bit. Dalam representasi BCD, angka 00 ditulis sebagai 0000 0000, sedangkan angka 99 ditulis sebagai 1001 1001. Setelah mencapai 99, penghitung kembali ke 00 untuk memulai siklus berikutnya. Perlu dipahami bahwa delapan bit tersebut tidak membentuk satu bilangan biner biasa yang menggunakan seluruh kombinasi dari 00000000 hingga 11111111. Sebaliknya, setiap kelompok empat bit merepresentasikan satu digit desimal secara terpisah.

Pada konfigurasi ini, penghitung pertama menangani digit satuan, sedangkan penghitung kedua menangani digit puluhan. Keluaran BCD dari masing-masing penghitung kemudian dihubungkan ke decoder/driver tersendiri agar kedua digit dapat ditampilkan secara bersamaan.

Menghubungkan Dua Penghitung Dekade

Untuk membentuk penghitung dua digit, keluaran tahap satuan harus digunakan untuk memicu penambahan hitungan pada tahap puluhan ketika tahap satuan menyelesaikan satu siklus desimal. Pada rangkaian berbasis 74LS90, hubungan antartahap harus dirancang dengan memperhatikan tepi pemicu clock dan karakteristik keluarannya. Sambungan tersebut tidak boleh dilakukan hanya dengan menghubungkan sembarang keluaran ke masukan clock tahap berikutnya. Konfigurasi yang benar harus mengikuti karakteristik waktu IC agar digit puluhan bertambah satu kali setiap kali digit satuan berubah dari 9 kembali ke 0.

 

Dengan pengaturan yang tepat, urutan tampilan akan berubah dari 00, 01, 02, dan seterusnya hingga 99. Setelah itu, seluruh rangkaian kembali ke 00. Perlu dicatat bahwa kombinasi BCD yang digunakan hanya mewakili digit desimal 0 hingga 9. Pola empat bit yang mewakili nilai heksadesimal A hingga F tidak termasuk dalam kode BCD standar.

Mengembangkan Penghitung Menjadi Tiga Digit atau Lebih

Prinsip yang sama dapat diterapkan untuk membangun penghitung tiga digit dengan rentang 000 hingga 999. Rangkaian tersebut membutuhkan tiga tahap penghitung dekade, masing-masing untuk digit satuan, puluhan, dan ratusan. Setiap tahap menangani satu digit desimal dan memiliki keluaran BCD sendiri. Dengan menghubungkan tahap-tahap tersebut secara berurutan menggunakan konfigurasi clock yang sesuai, hitungan dapat diteruskan dari digit satuan ke puluhan, kemudian ke ratusan.

 

Secara umum, jumlah tahap penghitung menentukan jumlah digit desimal yang dapat ditampilkan. Untuk sistem dengan (n) digit, rentang hitungannya adalah dari 0 hingga (10^n-1), dengan asumsi setiap tahap bekerja sebagai penghitung dekade MOD-10. Sebagai contoh:

- Satu tahap: 0 hingga 9.

- Dua tahap: 00 hingga 99.

- Tiga tahap: 000 hingga 999.

- Empat tahap: 0000 hingga 9999.

Dengan menyusun beberapa penghitung BCD secara bertingkat, sistem dapat dikembangkan untuk aplikasi penghitung pulsa, pencacah kejadian, dan sistem penghitung digital yang membutuhkan tampilan desimal lebih dari satu digit.

 

Baca juga: Penghitung MOD (MOD Counter): Pengertian, Prinsip Kerja dan Rangkaian Digital 

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!