Membuat Dadu Elektronik Semasa Sekolah (Mengenang Masa Lalu)

Aku jadi teringat sewaktu masih sekolah dulu, kira-kira tahun kedua kuliah. Waktu itu masih banyak teman-teman yang datang ke rumah untuk bermain. Main apa saja, ada yang membawa gitar. Belum lagi keponakanku juga masih kecil-kecil, jadi kadang kami bermain bersama sekaligus momong bocah.

Seperti halnya anak-anak, ada beberapa permainan yang mereka miliki, di antaranya adalah permainan ular tangga dan monopoli. Meskipun saat itu aku dan teman-teman sudah besar, tapi masih di bawah dua puluh tahunan, jadi masih remaja dan kadang senang juga memainkan permainan-permainan tersebut, iseng juga sambil mengisi waktu.

Nah, suatu ketika kami ingin bermain salah satu permainan seperti tersebut yaitu monopoli dan ternyata ada yang kurang. Apalagi kalu bukan dadu yang hilang satu. Baik permainan ular tangga yang memerlukan sebuah dadu atau monopoli bahkan butuh dua buah. Akhirnya saat itu dalam keadaan darurat ada salah satu teman yang membuat dari kayu yang nomornya ditandai dengan pena. Saat itu kamipun bisa bermain.

Saat bermain ada yang menyeletuk kepadaku, “Lo kan suka elektronik, bisa enggak bikin dadu elektronik?” Entah itu sindiran atau apa tapi aku anggap sebagai tantangan.

Waktu itu tahun delapan puluh sembilan akhir. Pengetahuan yang aku punya masih seputar gerbang-gerbang logika seperti AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR dan NOT. Kalaupun pencacah paling-paling Pencacah Biner, Oktal, Dekade atau Geser. Kemudian komponen logika yang aku kenal juga masih seri 74 sekian-sekian. Dari apa yang aku tahu maka tantangan tersebut aku ladeni.

Dadu adalah salah satu alat permainan yang berbentuk kubus dengan ke-enam sisinya memiliki tanda yang menunjukkan angka berbentuk titik-titik.

Dari urutan munculnya titik-titik yang merepresentasikan angka dapat aku hitung ternyata hanya terdiri dari 4 bit saja, istilah dalam teknik digital, yaitu untuk bit 1, bit 2, bit 4 dan bit 6.

Nah, waktu itu, aku juga lagi senang-senangnya membuat diagram pewaktuan, maka dari gambar di atas aku buat diagram pewaktuannya.

Dari diagram pewaktuan di atas jelas keluaran bit 1 selalu berubah-ubah dengan logika 1 untuk angka ganjil dan logika 0 untuk angka genap. Kemudian bit 2 ternyata berlogika 1 dimulai dari penunjukkan angka 2 dan seterusnya sampai 6. Bit 4 berlogika 1 dimulai dari angka 4 dan seterusnya dan Bit 6 hanya berlogika 1 saat angka menunjukkan 6 saja. Bentuk pewaktuan di atas sekilas seperti pencacah geser yang logika keluarannya bertahan sampai akhir siklus.

Rencananya, aku akan membuat dadu elektronik di mana saat menekan tombol maka perangkat akan mencacah dengan kecepatan tinggi sehingga mata kita tak mampu melihat perubahannya. Saat tombol dilepas keluaran akan bertahan pada posisi akhir dan menampilkan nilai dadu.

Yang ada dalam pemikiranku waktu itu adalah membuat dengan komponen NE555 sebagai sumber detak karena memiliki fasilitas reset. Kemudian 74LS93 yaitu pencacah biner 4 bit yang akan digunakan untuk menghasilkan keluaran untuk Bit 1. Sementara untuk Bit 2, 4 dan 6 aku gunakan 74LS95 yaitu register geser 4 bit.

Ayo kita lihat rangkaiannya...

74LS93 adalah pencacah biner yang memiliki keluaran 4 bit. Di dalamnya terdapat 4 buah JK flip-flop dengan JKFF 1 terpisah dengan ketiga JKFF lainnya. Yang akan kita gunakan adalah JKFF 1 dengan masukan pencacah A dan keluaran QA. Keluaran pencacah ini berfungsi sebagai keluaran untuk bit 1 atau OP 1. Disamping itu keluaran QA juga menjadi sumber detak untuk 74LS95 pada CLK2-R dan CLK1-L setelah melalui gerbang NOT. Dan terakhir yang penting adalah menghubungkan R0(1) dan R0(2) ketanah agar pencacah berfungsi.

74LS95 adalah register geser 4 bit. Di dalamnya terdiri dari 4 buah RS flip-flop yang memiliki 4 masukan (A, B, C dan d) dan 4 keluaran (QA, QB, QC dan QD) namun kita hanya akan menggunakan 3 pencacah saja yaitu QA, QB dan QC.

Bagaimana 74LS95 tersebut bekerja? Ayo kita perhatikan gambar berikut ini:

Masukan CP1 (kaki 9) dan CP2 (kaki 8) merepresentasikan CP1 untuk CLK2-R dan CP2 untuk CLK1-L. Fungsi kedua CP (Clock Pulse) ini ditentukan oleh masukan S (kaki 6) atau pada gambar kita adalah MODE. Jika logika MODE adalah 1 makan yang berpengaruh adalah CLK1-L menggeser ke kiri atau masukan P0 sampai P3 atau A sampai D diisikan ke masing-masing RSFF. Bisa dilihat di atas jika MODE adalah 1 maka gerbang-gerbang AND untuk masukan P0 sampai P1 juga mendapat logika 1. Sementara jika MODE berlogika 0 maka masukan yang mempengaruhi adalah S (kaki 1) atau SER pada gambar kita.

Kembali pada gambar rangkaian dadu kita di mana masukan SER dihubungkan pada resistor pull-up untuk mendapatkan logika 1 dan masukan-masukan A, B dan C dihubungkan ke tanah untuk logika 0. Masukan MODE dihubungkan ke keluaran QC. Sekarang kita anggap semua keluaran QA, QB dan QC adalah rendah atau 0, maka masukan MODE juga 0.

Pertama kita mulai dengan logika OP 1 yang tinggi dan QA, QB dan QC semuanya rendah, ini menampilkan dadu dengan angka 1.

Pulsa tepi rendah dari masukan CLK2-R atau OP 1 akan memicu RSFF untuk menghasilkan keluaran sesuai masukan SER dan hasilnya adalah Q0 (kaki 13) atau QA pun berlogika 1. Sekarang keluaran OP 1 adalah 0 dan OP 2 adalah 1. Ini berarti dadu menunjukkan angka 2.

Keluaran RSFF tidak terpengaruh oleh logika tinggi dari CLK2_R di mana OP 1 adalah 1 dan OP 2 tetap 1 dan mewakili nilai dadu 3.

Pulsa tepi rendah berikutnya akan menggeser keluaran QA ke QB, sekarang QB juga berlogika 1. Sementara itu keluaran QA berasal dari masukan SER yang juga 1.  Karena OP 1 rendah, OP 2 dan OP 3 tinggi maka keluaran dadu menunjuk angka 4.

Logika tinggi OP 1 berikutnya tidak mempengaruhi nilai OP 2 dan OP 3 sehingga kini keluaran dadu bernilai 5.

Pulsa tepi rendah berikutnya akan menggeser bit SER ke QA, bit QA ke QB dan bit QB ke QC. Logika OP 1 rendah dan OP 2, OP 3 dan OP 4 kini menjadi tinggi dan berarti angka dadu menunjukkan 6.

Nah, karena QC kini berlogika tinggi maka masukan MODE pun berubah menjadi 1. Jika masukan CLK2-R adalah 0 maka sebaliknya masukan CLK1-L justru 1 karena sudah melalui gerbang NOT. Dengan logika MODE adalah 1 maka masukan CLK2-R maupun SER sudah tidak berpengaruh. Kini masukan yang berpengaruh adalah A, B, C dan D.

Selanjutnya pulsa OP 1 berubah dari 0 ke 1 sebaliknya CLK1-L berubah dari 1 ke 0. Pulsa tepi rendah dari CLK1-L ini akan memindahkan isi masukan A, B dan C yang berlogika 0 ke keluaran QA, QB dan QC. Ini berarti keluaran dadu kembali ke angka 1.

Dari uraian di atas jelas sudah bahwa rangkaian kita dapat berjalan dan berfungsi sebagai keluaran dadu. Untuk penggerak LED aku buat seperti ini:

Sekarang kita bahas rangkaian untuk pembangkit pulsa yang akan menggunakan NE555.

Kita akan menggunakan NE555 yang bekerja sebagai multivibrator astabil. Pada masukan R atau reset dihubungkan pada C₂ dan R₁. Saat muatan C₂ penuh akan menyebabkan masukan R menjadi rendah dan multivibrator tidak akan bekerja atau reset. Jika S₁ ditekan dan membuat masukan R terhubung ke V_CC maka multivibrator pun bekerja. Pulsa yang dihasilkan pada keluaran CLK OUT ditentukan oleh nilai-nilai R1, R2 dan C1 dengan rumusan sebagai berikut:

f_OSC = 1,49 / ((R₂+2R₃) C₁)

sehingga akan menghasilkan 1.241,67 Hz

Nilai di atas tidak fatal karena hanya untuk memutar pencacah dadu sehingga perubahannya tidak dapat dilihat mata saat bekerja.

Udah ya, makasih udah baca postingan aku. Semoga bisa bermanfaat, sukur-sukur bisa diterapkan oleh sobat semua.

Salam....