Sistem Digital dan Gelombang

Nama  : Dzaki Alif Mahroja

NIM    : 2303015090

Kelas   : 2-D

Pembahasan : Register

Register

Register adalah rangkaian elektronika yang digunakan untuk menyimpan data sementara dalam bentuk biner. Register terdiri dari beberapa flip-flop yang saling terhubung. Setiap flip-flop mampu menyimpan satu bit informasi. Register digunakan dalam sistem digital gelombang untuk menyimpan dan memproses data sinyal. Misalnya, dalam ADC (Analog to Digital Converter), register menyimpan hasil konversi sinyal analog ke digital. Dalam pengolahan sinyal digital (DSP), register digunakan untuk menyimpan koefisien filter dan data sinyal yang diproses.

 

Fungsi dan Aplikasi Register

Penyimpanan Data: Menyimpan data sementara yang sedang diproses.

Transfer Data: Memindahkan data dari satu tempat ke tempat lain dalam sistem.

Penundaan (Delay) Data: Menunda sinyal data untuk sinkronisasi proses.

Penghitung (Counter): Menghitung jumlah peristiwa atau sinyal dalam sistem.

 

Jenis-Jenis Register

1. Register Paralel (Parallel Register)

Register paralel adalah jenis register di mana data ditulis dan dibaca secara simultan untuk semua bit dalam register tersebut. Setiap bit dalam register paralel diwakili oleh sebuah flip-flop, dan semua flip-flop dalam register ini diaktifkan oleh sinyal clock yang sama.

Ciri-ciri:

• Data masuk atau keluar secara bersamaan melalui semua bit.
• Cepat dalam hal transfer data karena semua bit diproses secara paralel.

Contoh Penggunaan:

• Digunakan dalam CPU untuk menyimpan dan mentransfer data antar komponen dalam satu siklus clock.
• Register data dalam mikroprosesor yang digunakan untuk operasi aritmatika dan logika.

Contoh Diagram Register Pararel

2. Register Serial (Serial Register)

Register serial adalah jenis register di mana data ditulis dan dibaca satu bit pada satu waktu. Data dimasukkan satu per satu dan juga dikeluarkan satu per satu.

Ciri-ciri:

• Data diproses secara bertahap bit demi bit.
• Lebih lambat dibandingkan register paralel karena prosesnya serial.
• Lebih sederhana dalam hal desain dan penggunaan jalur data yang lebih sedikit.

Contoh Penggunaan:

• Komunikasi serial antar perangkat, seperti komunikasi UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).
• Penyimpanan sementara dalam shift register untuk pemrosesan data sekuensial.

Contoh Diagram Register Serial

3. Register Shift (Shift Register)

Register shift adalah jenis register yang dapat menggeser data ke kiri atau ke kanan setiap kali sinyal clock diterima. Register ini memiliki kemampuan untuk memindahkan data internalnya, sehingga bit-bit dalam register dapat bergeser ke posisi berikutnya.

Ciri-ciri:

• Memungkinkan pemindahan data secara sekuensial.
• Tipe-tipe shift register meliputi SISO, SIPO, PISO, dan PIPO.

Contoh Penggunaan:

• Digunakan dalam konversi data serial ke paralel atau sebaliknya.
• Penyimpanan sementara dalam algoritma pemrosesan sinyal digital (DSP).
• Mengimplementasikan operasi shift dalam penghitungan biner di CPU.

Contoh Diagram Register Shift

Register Shift (Shift Register)

Register shift adalah jenis register yang dapat memindahkan data ke kiri atau kanan. Ada beberapa tipe register shift:

• SISO (Serial In Serial Out): Data dimasukkan dan dikeluarkan satu per satu.
• SIPO (Serial In Parallel Out): Data dimasukkan satu per satu dan dikeluarkan secara paralel.
• PISO (Parallel In Serial Out): Data dimasukkan secara paralel dan dikeluarkan satu per satu.
• PIPO (Parallel In Parallel Out): Data dimasukkan dan dikeluarkan secara paralel.

Contoh Kasus Desain Register

Kasus: Merancang sebuah sistem penghitung (counter) yang dapat menghitung dari 0 hingga 15 (4-bit counter) dengan fitur reset dan enable. Penghitung ini akan digunakan dalam sebuah mikrokontroler sederhana untuk menghitung jumlah event atau kejadian tertentu.

Spesifikasi:

• Clock Input (CLK): Sinyal clock untuk sinkronisasi.
• Reset Input (RESET): Sinyal untuk mereset penghitung ke 0.
• Enable Input (EN): Sinyal untuk mengaktifkan atau menonaktifkan penghitung.
• Output (Q): Nilai penghitung 4-bit.

Langkah-langkah Desain:

1. Definisikan Input dan Output:

• CLK: Input sinyal clock untuk mengontrol kapan counter harus menghitung.
• RESET: Input sinyal untuk mereset nilai counter ke 0.
• EN: Input sinyal untuk mengaktifkan atau menonaktifkan fungsi hitung.
• Q: Output dari nilai counter 4-bit.

2. Desain Blok Diagram:

• Clock (CLK): Sumber sinyal clock.
• Reset (RESET): Sinyal untuk menginisialisasi ulang counter.
• Enable (EN): Sinyal untuk mengizinkan proses counting.
• 4-bit Counter: Register 4-bit yang menyimpan nilai counter.
• Output (Q): Menampilkan nilai counter.

3. Deskripsi Fungsional:

• Pada sinyal CLK yang naik, jika RESET aktif (high), maka setel nilai counter ke 0.
• Jika RESET tidak aktif dan EN aktif, maka increment nilai counter.
• Jika EN tidak aktif, nilai counter tetap sama.
• Output Q selalu menunjukkan nilai counter saat ini.

4. Implementasi Logika:

• Clock Edge Detection: Counter akan menghitung setiap kali sinyal clock naik.
• Reset Logic: Jika sinyal reset aktif, nilai counter disetel ke 0.
• Enable Logic: Jika sinyal enable aktif, counter akan bertambah. Jika tidak, counter tidak berubah.
• Counter Update: Counter ditingkatkan dengan nilai 1 setiap kali kondisi enable terpenuhi.

5. Pertimbangan Optimisasi:

• Sederhanakan Logika Kombinatorial: Pastikan logika untuk enable dan reset sederhana dan efisien. Hindari kondisi logika yang kompleks.
• Minimalkan Konsumsi Daya: Gunakan teknik clock gating untuk mengurangi konsumsi daya. Misalnya, hentikan clock ketika enable (EN) tidak aktif.
• Timing Constraints: Verifikasi bahwa desain memenuhi timing constraints. Pastikan setup dan hold time untuk sinyal clock dan data sesuai dengan spesifikasi hardware.
• Area Efisiensi: Optimalkan penggunaan flip-flop dan logika untuk mengurangi penggunaan area pada FPGA atau chip ASIC. Gunakan flip-flop yang sudah ada di dalam FPGA atau blok register.
• Modularisasi Desain: Desain harus modular untuk memudahkan debugging dan pemeliharaan. Pisahkan modul counter dari modul lain yang mungkin ada dalam sistem.
• Implementasi Reset Sinkron vs Asinkron: Pilih antara reset sinkron (dilakukan pada tepi clock) dan reset asinkron (dilakukan segera tanpa menunggu tepi clock) berdasarkan kebutuhan aplikasi. Reset sinkron umumnya lebih mudah dikelola dalam desain digital.

6. Testing dan Verifikasi:

Simulasikan desain untuk memastikan bahwa counter berfungsi sesuai spesifikasi. Buatlah skenario pengujian yang mencakup semua kondisi operasional, termasuk reset, enable, dan counting.

Kesimpulan

Register adalah komponen penting dalam sistem digital, terutama dalam aplikasi yang melibatkan pengolahan sinyal gelombang. Pemahaman tentang berbagai jenis register dan cara kerjanya sangat penting untuk merancang sistem digital yang efisien.

Backlink: https://onlinelearning.uhamka.ac.id/