TSK505 2012 Kuliah 9 Register Dan Counter [PDF]

Citation preview

Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register



Register, Pencacah dan SRAM



Counter/Pencacah Lisensi



TKC305 - Sistem Digital Lanjut Eko Didik Widianto Sistem Komputer - Universitas Diponegoro



Bahasan Kuliah



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register



�



�



Sebelumnya dibahas elemen rangkaian sekuensial berupa flip-flop dan latch yang mampu menyimpan informasi 1 bit Berikutnya akan dibahas tentang elemen penyimpan n-bit berupa register dan pencacah (counter) � � �



register n-bit, meliputi register data dan register geser pencacah n-bit, meliputi pencacah maju dan/atau mundur, sinkron atau asinkron blok penyimpan informasi yang lebih besar, yaitu SRAM (Static Random Access Memory)



Counter/Pencacah Lisensi



Register, Pencacah dan SRAM



Referensi:



@2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah



1. Stephen Brown and Zvonko Vranesic, Fundamentals of



Lisensi



Digital Logic with Verilog/VHDL, 2nd Edition, McGraw-Hill, 2005 � �



Bab 7.8 tentang Register Bab 7.9, 7.10 tentang Counter



2. Lee Chin Wei and Andrew Long, “synchronous counter -



final report” http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_96/journal/vol4/cwl3/report.html



Kompentensi Dasar Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa akan mampu: 1. [C2] menjelaskan struktur dan fungsi register dan shift register 2. [C3] memprogram modul Verilog untuk register dan register geser 3. [C3] memprogram modul Verilog untuk pencacah up/down asinkron/sinkron 4. [C2] menjelaskan tentang SRAM dan prinsip kerjanya dengan tepat 5. [C4] mensimulasikan modul-modul tersebut 6. [C5] membuat modul-modul HDL tersintesis untuk register dan counter dengan fungsi serupa dengan IC seri 74xx



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Lisensi



Bahasan



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register



Register Register Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron Lisensi



Register



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto



�



Sebuah flip-flop dapat menyimpan 1 bit data



�



Register n-bit tersusun atas n buah flip-flip untuk menyimpan n-bit data



�



Contoh penggunaan register: � �



�



Menahan (hold) sebuah keluaran nilai data dari suatu rangkaian aritmatika Menahan (hold) nilai pencacah dalam rangkaian counter/pencacah



Sinyal clock digunakan secara bersama oleh tiap flip-flop dalam sebuah register



Register Register Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Register Geser



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register



�



Merupakan sebuah register yang dapat menggeser isinya sejauh 1 bit perclock �



Register Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Bisa geser ke kanan atau ke kiri atau kedua arah



Register Geser Kanan



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Register



�



�



Data digeser ke kanan secara serial menggunakan masukan In Isi dari tiap flip-flop ditransfer ke flip-flop berikutnya di tiap transisi naik sinyal clock



t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7



In 1 0 1 1 1 0 0 0



Q1 0 1 0 1 1 1 0 0



Q2 0 0 1 0 1 1 1 0



Q3 0 0 0 1 0 1 1 1



Q4 0 0 0 0 1 0 1 1



Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Register Geser dengan Akses Paralel



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto



�



Tipe transfer data di sistem komputer � �



�



Untuk mentransfer data secara serial, data diletakkan dalam suatu register secara paralel (dalam waktu 1 siklus clock) dan digeser keluar satu bit dalam satu waktu �



�



transfer paralel: trasfer n-bit data sekaligus transfer serial: transfer 1-bit bit dalam satu waktu



Register Register Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Disebut sebagai konversi data parallel-ke-serial



Jika bit-bit diterima secara serial, setelah n siklus clock, isid ari register dapat diakses secara paralel sebagai sebuah data n-bit �



Disebut sebagai konversi data serial-ke-paralel



Register Geser dengan Akses Paralel Rangkaian / Struktur



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Register Register Geser



Counter/Pencacah Lisensi



Pencacah �



Pencacah digunakan di rangkaian aritmatika untuk pencacahan �



�



Rangkaian dapat berupa pencacah naik +1 (incremental) maupun turun -1 (decremental)



Rangkaian counter ini dapat digunakan melakukan beberapa fungsi, misalnya � � �



�



Register, Pencacah dan SRAM



Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Menghitung kejadian dari suatu kejadian (event) Membangkitkan interval waktu untuk mengontrol pekerjaan-pekerjaan (task) di sistem digital Menghitung waktu mundur antar event



flip-flop T secara natural cocok untuk diimplementasikan di operasi pencacahan



Register, Pencacah dan SRAM



Tipe Pencacah Pencacah asinkron � � �



Dibentuk dengan memberikan sinyal clock ke satu flip-flop Clock untuk flip-flop berikutnya diperloleh dari keluaran flip-flop sebelumnya Respon lambat karena sumber clock ripple dari satu tahap ke tahap berikutnya �



�



Register



Rangkaian counter yang paling sederhana dapat dibuat dengan menggunakan flip-flop T �



�



@2012,Eko Didik Widianto



Efek ripple serupa dengan rangkaian penjumlah ripple-carry (RCA)



Pencacah sinkron � � �



Dibentuk dengan memberikan sinyal clock ke semua flip-flop di waktu yang sama Menggunakan sebuah sumber clock tunggal Mempunyai respon yang lebih cepat daripada pencacah asinkron



@2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Pencacah Naik dengan Flip-flop T � Pencacah 3-bit yang dapat mencacah 0 sampai 7 atau



pencacah module-8 �



Masukan clock untuk ketiga flip-flop dikoneksikan secara kaskade � � �



�



Flip-flop pertama terkoneksi ke Clock Flip-flop berikutnya, sinyal clocknya didrive dari keluaran Q flip-flop sebelumnya Rangkaian seperti ini disebut sebagai pencacah asinkron atau pencacah ripple



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Masukan T tiap flip-flop dikoneksikan ke konstan 1 �



State tiap flip-flop akan dibalik (toggle) setiap transisi naik clocknya



Diagram Pewaktuan Pencacah Naik



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



� Nilai Q0 akan toggle setiap clock cycle �



Perubahan terjadi setelah transisi naik sinyal clock



� Nilai Q1 akan toggle setelah transisi turun dari Q0 , demikian juga



Q2



� Nilai Q2 Q1 Q0 menunjukkan nilai pencacahnya



Pencacah Turun dengan Flip-flop T



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



�



Mirip dengan rangkaian pencacah naik, kecuali masukan clock flip-flop kedua dan seterusnya berasal dari keluaran Q flip-flop sebelumnya



Diagram Pewaktuan Pencacah Turun



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



� Nilai Q0 akan toggle setiap clock cycle �



Perubahan terjadi setelah transisi naik sinyal clock



� Nilai Q1 akan toggle setelah transisi naik dari Q0 , demikian juga



Q2



� Nilai Q2 Q1 Q0 menunjukkan nilai pencacahnya



Latihan



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah



�



Desain pencacah naik/turun 3-bit menggunakan flip-flop T. Sebuah masukan kontrol Up/Down harus disertakan. Jika Up/Down = 0 rangkaian berfungsi sebagai pencacah naik. Jika Up/Down = 1 rangkaian berfungsi sebagai pencacah turun �



memberikan sinyal clock ke semua flip-flop di waktu yang sama



Menggunakan sebuah sumber clock tunggal Mempunyai respon yang lebih cepat daripada pencacah asinkron



� Pencacah sinkron dengan flip-flop T � � � �



Lisensi



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto



� Pencacah sinkron dibentuk dengan



�



Pencacah Sinkron



Petunjuk: gunakan gerbang XOR di tiap masukan clock flip-flop, kecuali yang pertama



Pencacah Sinkron



�



Pencacah Asinkron



Least significant bit, Q0 , berubah setiap siklus clock Bit pertama Q1 , hanya berubah saat Q0 = 1 Bit kedua Q2 , hanya berubah saat Q0 = Q1 = 1 Atau setiap flip-flop akan berubah statenya hanya jika semua flip-flop sebelumnya berada di state Q = 1



T0



=



1



T1



=



Q0



T2



=



Q 0 Q1



T3



=



Q0 Q1 Q2



. Tn



=



Q0 Q1 · · · Qn-1



Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Pencacah Sinkron Naik dengan TFF �



Pencacah sinkron naik 4-bit



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Mempercepat Pencacah



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



�



Mempunyai (n-2) delay gerbang AND



�



Bagaimana mempercepat pencacah? �



Gerbang AND kedua langsung mengambil input dari Q0 dan Q1 serta Q2 (total 3 input), bukan keluaran dari AND pertama



Pencacah Sinkron Turun?



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



�



Masukan T dan gerbang AND berasal dari Q �



Rangkaian?



Sinyal Enable dan Clear Dalam rangkaian sebelumnya, keluaran pencacah berubah sebagai response terhadap pulsa Clock � Kadang diinginkan untuk menon-aktifkan pencacahan atau mereset pencacah (clear) � Memerlukan sinyal kontrol Enable � Menggunakan flip-flop dengan kemampuan Clear asinkron � Pencacah direset ke 0 jika Clear=0 (aktive-low) �



�



Sinyal kontrol Enable dihubungkan langsung ke masukan flip-flop pertama � Jika Enable=0, maka semua masukan T flip-flop akan 0



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Pencacah Sinkron dengan Flip-Flop Data (DFF) � Secara natural, TFF digunakan sebagai pencacah. Namun,



terdapat beberapa alternatif implementasi: � �



Flip-flop JK dengan masukan J dan K saling dihubungkan, sehingga membentuk flip-flop T Flip-flop D (DFF)



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



� Metode formal untuk membuat pencacah dengan DFF: � � �



Sebuah pencacah naik 4-bit akan mencacah urutan 0, 1, 2, 3, · · · , 15, 0, 1, · · · Pencacahan ini diberikan oleh keluaran flip-flop Q3 Q2 Q1 Q0 Nilai masukan D diberikan sebagai berikut: � � � �



�



D0 D1 D2 D3



= Q0 ⊕ Enable = Q1 ⊕ Q0 · Enable = Q2 ⊕ Q1 · Q0 · Enable = Q3 ⊕ Q2 · Q1 · Q0 · Enable



Untuk sistem yang lebih besar: Di = Qi ⊕ Qi−1 · Qi−2 · · · Q1 · Q0 · Enable



Pencacah Naik Sinkron 4-bit dengan DFF



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Pencacah dengan Load Paralel



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto



�



Pencacah biasanya memulai penghitungan dengan nilai 0 �



�



Sebuah masukan asinkron dapat digunakan untuk keperluan ini



Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Mungkin diinginkan juga, pencacah memulai dengan nilai selain 0 (non-zero) � �



Perlu menambah rangkaian untuk menyediakan kemampuan load paralel Masukan kontrol, load, digunakan untuk memilih mode operasi � �



Load=0, mode pencacahan Load=1, mode load nilai baru ke pencacah



Pencacah dengan Load Paralel



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Pencacah Asinkron Pencacah Sinkron



Lisensi



Lisensi



Creative Common Attribution-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0) � Anda bebas: � �



�



Di bawah persyaratan berikut: �



�



�



untuk Membagikan — untuk menyalin, mendistribusikan, dan menyebarkan karya, dan untuk Remix — untuk mengadaptasikan karya Atribusi — Anda harus memberikan atribusi karya sesuai dengan cara-cara yang diminta oleh pembuat karya tersebut atau pihak yang mengeluarkan lisensi. Berikan atribusi secukupnya jika Anda menggunakan karya ini. Pembagian Serupa — Jika Anda mengubah, menambah, atau membuat karya lain menggunakan karya ini, Anda hanya boleh menyebarkan karya tersebut hanya dengan lisensi yang sama, serupa, atau kompatibel.



Lihat: Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License



Register, Pencacah dan SRAM @2012,Eko Didik Widianto Register Counter/Pencacah Lisensi