Flip FLop

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan Rangkaian

5. File Download

Aplikasi Flip Flop

Sistem Digital

Sistem Otomasi Untuk Sorting Semen Pada Pabrik Semen

(Menggunakan sensor PIR, MPXA6115A6U, Load Cell, HIH-5030)

1. Tujuan [Kembali]

- Sebagai media untuk mendalami dan menerapkan konsep serta prinsip kerja dari Flip Flop

- Untuk memenuhi tugas matakuliah Sistem Digital

2. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

Instrument

1) DC Voltmeter

Generator Daya

1) Baterai

 

2) Power Supply

B. Bahan:

1. Resistor

2. Dioda 1N4001

3. Transistor NPN BC547

4. OP AMP LS741

5. Gerbang AND74LS08

Input Voltage

7V

Operating Free Air Temperature Range

0

°

C to

+

70

°

C

Storage Temperature Range

−

65

°

C to

+

150

°

C

Komponen Input

1. Switch atau Button

2. Sensor PIR

3. Sensor HIH-5030

4. Sensor mpx5010dp

5. Sensor Load Cell

6. Decoder IC 7447

8. IC 4013

9. IC 74LS112

Komponen Output

1. LED

2. Relay

3. Motor DC 

4. Buzzer 

5. Potensiometer

6. Seven Segment Anoda

3. Dasar Teori [Kembali]

• Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :

1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Rumus Resistor:

Seri : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n

Dimana :
R_total = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

• Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.Dioda memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar Simbol Dioda

Cara Kerja Dioda

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

A. Kondisi tanpa tegangan

Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

B. Kondisi tegangan positif (Forward-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

C. Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

Rumus

• Transistor NPN

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Simbol Transistor BC547

Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

Rumus dari Transitor adalah :

h_FE = iC/iB

        dimana,   iC = perubahan arus kolektor 

        iB = perubahan arus basis 

        h_FE = arus yang dicapai

Rumus dari Transitor adalah :

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.
Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik Output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

Jenis jenis bias pada transistor

• OP-AMP

Simbol  

 

Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.

Karakteristik 

Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)

Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)

Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)

Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)

Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)

Karakteristik tidak berubah dengan suhu

 

Pengaplikasian

Inverting Amplifier

NonInverting

Komparator

Adder

Bentuk Gelombang

• Gerbang AND

Gerbang AND

Gambar 1.1 (a) Rangkaian dasar gerbang AND (b) Simbol gerbang AND 

Tabel 1.1 Tabel Kebenaran Logika AND

Bisa dilihat diatas bahwa keluaran akan bernilai 1 jika semua nilai input adalah 1, dan jika salah satu atau lebih input ada yang bernilai nol maka output akan bernilai nol.

• D Flip Flop

- Sensor Load Cell

Load Cell adalah alat electromekanik yang biasa disebut Transducer, yaitu gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja, kemudian merubah gaya mekanik menjadi sinyal listrik.

Simbol load cell di proteus:









Respon sesnor:

- Sensor PIR

Sensor pir adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor pir ini bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar



Pin OUT






 Spesifikasi:

• Vin : dc 5v 9v.
• Radius : 180 derajat.
• Jarak deteksi : 5 7 meter.
• Output : digital ttl.
• Memiliki setting sensitivitas.
• Memiliki setting time delay.
• Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.
• Berat : 10 gr.

Grafik Respons Sensor PIR






- Sensor HIH-5030



Sensor yang dapat mengukur dua parameter lingkungan sekaligus, yakni suhu dan kelembaban udara (humidity). Dalam sensor ini terdapat sebuah thermistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient) untuk mengukur suhu, sebuah sensor kelembaban tipe resisitif dan sebuah mikrokontroller 8-bit yang mengolah kedua sensor tersebut dan mengirim hasilnya ke pin output dengan format single-wire bi-directional (kabel tunggal dua arah).



















Spesifikasi :





















• Output analog
• Sensor kelembaban relatif
• Akurasi kelembaban: ± 3% rh.
• Pasokan 2,7 vdc sampai 5,5 vdc.
• Smd.tertutup, dengan / tanpa filter hidrofobik




Pinout











Grafik Respons Sensor



- 

• Sensor mpx5010dp

  

  
  

  Pressure Type:absolute; 

  Sensitivity, V/p:45Mv/kpa; 

  Operating Pressure Min:15Kpa; 

  Operating Pressure Max:115Kpa; 

  Supply Voltage Min:4.75V; 

  Supply Voltage Max:5.25V; 

  Sensor Case Style:sop; 

  No. Of Pins:8Pins; 

  Product Range:-; 

  Msl:- Rohs Compliant: Yes

Model:	NF101
Category：	Single point load cells
Capacity:	50,100,200,500N
Rated Output:	1.0±20%mV/V
Material:	Stainless steel
Protection Class:	IP65

- IC74LS112

Spesifikasi

Two Independent JK Negative Edge Triggered Flip-Flops

Separate Preset and Clear Inputs

Fast Switching Times

Operating Temperature up to 70°C

Standard TTL Switching Voltages

Supply Voltage 4.75 – 5.25Vdc

Maximum Clock Frequency 40Mhz

Power Dissipation 2mW/gate @100kHz

Minimum Output Current 8mA

Propagation Delay 10nS

Fan Out (TTL Loads) 20

- IC4013

• Supply Voltage: 3V to 18V
• Maximum Quiescent Current: 5µA at 15V
• Maximum Operating Current: 3mA at 15V
• Maximum Power Dissipation: 500mW
• Input Voltage High Level (VIH): 3.5V to 18V
• Input Voltage Low Level (VIL): 0V to 1.5V
• Output Voltage High Level (VOH): 90% of supply voltage
• Output Voltage Low Level (VOL): 10% of supply voltage
• Operating Temperature Range: -55°C to +125°C

• Counter
  
  
   

  

  
  
  Gambar 3.3 Rangkaian Counter Asyncronous
     

Counter  Asyncronous  disebut  juga Ripple Through  Counter  atau Counter Serial (Serial Counter), karena output masing-masing flip-flop yang digunakan akan bergulingan (berubah kondisi dan “0” ke “1”) dan sebaliknya secara berurutan atau langkah demi langkah, hal ini disebabkan karena hanya flipflop  yang  paling  ujung  saja  yang  dikendalikan  oleh  sinyal  clock, sedangkan sinyal clock untuk flip-flop lainnya diambilkan dan masing-masing flip-flop sebelumnya.

• 7 Segment Anoda

   

    Seven segment merupakan bagian-bagian yang digunakan untuk menampilkan angka atau bilangan decimal. Seven segment tersebut terbagi menjadi 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda). Seven segment bisa menunjukan angka-angka desimal serta beberapa bentuk tertentu melalui gabungan aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment.

    Supaya memudahkan penggunaannnya biasanya memakai sebuah sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Bentuk tampilan modern disusun sebagai metode 7 bagian atau dot matriks. Jenis tersebut sama dengan namanya, menggunakan sistem tujuh batang led yang dilapis membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf yang dilihatkan dalam gambar itu ditetapkan untuk menandai bagian-bagian tersebut.

    Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 bagian, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder tersebut terbentuk  dari pintu-pintu akal yang masukannya berbetuk digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.

Tabel Pengaktifan Seven Segment Display

4. Percobaan [Kembali]
Prosedur percobaan 

    

    1. Siapkan komponen yang akan digunakan

    2. Posisikan komponen sesuai pada gambar

    3. Rangkai semua komponen dengan benar dan tepat

    4. Untuk sensor jangan lupa memasukkan code hex, agar sensor dapat berfungsi

    5. tekan tombol play untuk menjalankan rangkaian

Gambar Rangkaian

Prinsip Kerja

Saat sensor MPXA6115A6U mendeteksi tekanan >30KPa maka tegangan 0.29 V akan diumpankan ke kaki non inverting Op Amp yang bekerja sebagai Detektor Non Inverting. Rumus Vout = (V1-V2) x Aol. Dimana V1 adalah tegangan di kaki non inverting dan V2 adalah tegangan di kaki inverting. Jadi di dapatkan (0.29 - 0.28) * 200.000 = 2000 dimana hasilnya bernilai + dan nilai tegangan output akan mendekati nilai Vsat+. Disini nilai tegangan output detektor adalah +3.99V yang nantinya diumpankan pada maka input D FlipFlop berlogika 1 dan saat CLK berlogika 1 maka output Q akan berlogika 1 begitu seterusnya hingga sensor PIR berlogika. Output Q dari D flipflop masuk dan diteruskan kepada resistor dan diumpankan ke kaki base transistor. Vbe yang terdeteksi sebesar +0.78V sehingga transistor on karena Vbe telah melebihi +0.6V. Akibat dari transistor on adalah, arus dari power +5V akan mengalir ke relay dan terus ke kaki kolektor dan menuju kaki emitor lalu ke ground. Maka nantinya switch akan berpindah sehingga terbentuk loop arus baterai pada rangkaian motor untuk menjahit karung on.

PIR berlogika 1 dan output dari sensor masuk ke kaki up counter 74193 dan membuat counter akan enghitung dari 1 dan berhenti pada angka ke 9 dimana setelah angka ke 9 kaki MR (Master Reset ) akan aktif dan membuatnya kembali menghitung ke 0. saat angka 9 tertrigger maka TCU akan tertrigger dan mengantifkan kaki UP pada counter kedua dan meghasilkan angka 1 pada seven segment. Lalu nantinya MR pada counter kedua juga akan aktif sehingga counter kembali ke adaan semula 00. Selain itu tegangan sebesar 5V dan diteruskan kepada resistor dan diumpankan ke kaki base transistor. Vbe yang terdeteksi sebesar +0.78V sehingga transistor on karena Vbe telah melebihi +0.6V. Akibat dari transistor on adalah, arus dari power +5V akan mengalir ke relay dan terus ke kaki kolektor dan menuju kaki emitor lalu ke ground. Maka nantinya switch akan berpindah sehingga terbentuk loop arus baterai pada rangkaian dan karung dipindahkan ke kontainer.

Sensor Load Cell on > 85 maka tegangan 0.59 V akan diumpankan ke kaki non inverting Op Amp yang bekerja sebagai Detektor Non Inverting. Rumus Vout = (V1-V2) x Aol. Dimana V1 adalah tegangan di kaki non inverting dan V2 adalah tegangan di kaki inverting. Jadi di dapatkan (0.29 - 0.28) * 200.000 = 2000 dimana hasilnya bernilai + dan nilai tegangan output akan mendekati nilai Vsat+. Disini nilai tegangan output detektor adalah +3.99V yang nantinya diumpankan pada gerbang AND dan diteruskan kepada resistor dan diumpankan ke kaki base transistor. Vbe yang terdeteksi sebesar +0.78V sehingga transistor on karena Vbe telah melebihi +0.6V. Akibat dari transistor on adalah, arus dari power +5V akan mengalir ke relay dan terus ke kaki kolektor dan menuju kaki emitor lalu ke ground. Maka nantinya switch akan berpindah sehingga terbentuk loop arus baterai pada rangkaian motor untuk memindahkan kontainer ke gudang penyimpanan on.

Sensor HIH-5030 > 70% on, tegangan 3.26 V akan diumpankan ke kaki non inverting Op Amp yang bekerja sebagai Detektor Non Inverting. Rumus Vout = (V1-V2) x Aol. Dimana V1 adalah tegangan di kaki non inverting dan V2 adalah tegangan di kaki inverting. Jadi di dapatkan (3.26 - 3.25) * 200.000 = 2000 dimana hasilnya bernilai + dan nilai tegangan output akan mendekati nilai Vsat+. Disini nilai tegangan output detektor adalah +3.98V yang lalu diumpankan ke kaki B demux sehingga keluaran dari demux adalah 1 0 1 1 yang nantinya diumpankan pada gerbang AND dan diteruskan kepada resistor dan diumpankan ke kaki base transistor. Vbe yang terdeteksi sebesar +0.78V sehingga transistor on karena Vbe telah melebihi +0.6V. Akibat dari transistor on adalah, arus dari power +5V akan mengalir ke relay dan terus ke kaki kolektor dan menuju kaki emitor lalu ke ground. Maka nantinya switch akan berpindah sehingga terbentuk loop arus baterai pada rangkaian pembuka rollet. Sehingga  motor yang berfungsi untuk menghidupkan dehumidifier akan on.

Vidio Percocbaan

5. File Download [Kembali]

1. Download HTML [disini]

2. Download Rangkaian   [disini]

3. Download Vidio Rangkaian [disini]

4. Download Datasheet Sensor: 

• datasheet Preasure [disini]
• datasheet Load Cell [disini]
• datasheet Sensor Pir [disini]
• datasheet Sensor HIH 5030 [disini]

5. Download datasheet Seven Semen[disini]

6. Download datasheet Relay[disini]

7. Download datasheet Motor [disini]

8. Download datasheet Led [disini]

9. Download datasheet Op Amp [disini]

10. Download datasheet IC 4013 [disini]

11. Download datasheet IC 74112[disini]

12. Download datasheet Potensiometer [disini]

13. Download datasheet Resistor [disini]