Competencias específicas de ingeniería

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1 A. IDENTIFICACIÓN ASIGNATURA: PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES SIGLA: ELT 3952 SEMESTRE: NOVENO Ing. Electrónica, mención Telecomunicaciones NOVENO, Ingeniería Electrónica, mención automática PRE-REQUISITO: ELT3822 MICROCONTROLADORES I PROGRAMA: INGENIERÍA ELECTRONICA B. CONTRIBUCIÓN AL PERFIL Metas: Con ésta asignatura, se pretende que los alumnos aprendan conocimientos teórico-prácticos sobre los conceptos, técnicas y metodologías aplicadas al procesamiento digital de datos y señales. 1. métodos computacionales para resolver problemas. 2. Entender varias aplicaciones de estos métodos. 3. el tratamiento de señales en tiempo discreto. 4. el diseño de filtros digitales. 5. técnicas de compresión. 6. el análisis espectral de las señales. 7. Entender los algoritmos de DFT y FFT. 8. conceptos en los circuitos DSP más utilizados.. Objetivos de la asignatura: Al finalizar el curso, el alumno deberá ser capaz de diseñar e implementar modelos DSP para varias aplicaciones. Contenido Mínimo: Introducción.- Señales y Sistemas.- Series y Transformada de Fourier en tiempo continuo.- Transformada Z.- Transformada de Laplace.- Teorema del muestreo y discretización.- Conversores A/D y D/A.- Transformada Discreta de Fourier.- FFT Transformada Rápida de Fourier.- Técnicas de diseño de Filtros.-. DSP de Motorola familia 56XXX. Descriptores: Señales. Transformada. Teorema del muestreo. Filtros digitales. FFT. Discretización. Convolución. Correlación. Algoritmos. Competencias genéricas o transversales: Competencia CGB1: (Contribución 1): Aplica los conocimientos básicos de la profesión en la explicación y solución de problemas de su campo de acuerdo a los parámetros de la profesión. Competencia CGB2 (Contribución 3): Busca, evalúa, selecciona y utiliza la información actualizada y pertinente para su campo profesional Competencia CGB5 (Contribución 4): Colabora en proyectos de investigación básica y aplicada encaminados a identificar procesos, productos o campos en los que hay la posibilidad de mejorar o innovar. 1

2 Competencias específicas de ingeniería Competencia CEB15 (Contribución 2): El ingeniero identifica y comprende las variables que definen un problema y documenta la información obtenida de tal manera que las ideas presentadas sean estructuradas, ordenadas y coherentes Competencia CEB17 (Contribución 1): El ingeniero aplica los conceptos físico-matemáticos en la resolución de problemas de tal manera que la solución cumpla con los principios físicos y matemáticos Competencia CEB18 (Contribución 3): El ingeniero resuelve el problema y verifica los resultados obtenidos con un método analítico o con el apoyo de una herramienta tecnológica. Competencias específicas de ingeniería Electrónica Competencia CIB20: El ingeniero electrónico identifica, define, plantea, diseña, desarrolla e integra procesos y sistemas electrónicos que cumplan con especificaciones deseadas, demostrando su funcionamiento mediante simulaciones y documentando la información obtenida de tal manera que las ideas presentadas sean estructuradas, ordenadas y coherentes C. UNIDADES DE COMPETENCIA A DESARROLLAR EN LA ASIGNATURA Habilidades y destrezas 1. el tratamiento de señales en tiempo discreto 2. Poder utilizar algún programa de simulación y resolución de problemas. 3. Poder investigar algún tema relacionado a la asignatura. 4. Poder confeccionar una monografía con todos los estándares aplicados. 5. Determinar el flujo óptimo de potencia 6. métodos computacionales para resolver problemas. 7. Entender varias aplicaciones de estos métodos. 8. el tratamiento de señales en tiempo discreto. 9. el diseño de filtros digitales. 10. técnicas de compresión. 11. el análisis espectral de las señales. 12. Entender los algoritmos de DFT y FFT. 13. conceptos en los circuitos DSP más utilizados.. Conocimientos 1. Diseño 2. Filtros digitales 3. Sistemas líneales 4. Muestreo y cuantización 5. Proyecto de aplicación Actitudes 1. Responsabilidad 2. Investigación 3. Cumplimiento 4. Puntualidad D. PROGRAMA ANALÍTICO. 2

3 Unidad I: SEÑALES Y SISTEMAS 1. que es transmisión digital y como se representa 2. Entender el cambio de señales analógicas a digitales 3. Entender algunos conceptos de modulación digital 4. Entender los medios de transporte de datos 5. algo de técnicas de corrección de errores. 6 Entender lo básico de sistemas discretos y de sistemas LTI Total 14 horas Comprende varias características de la transmisión digital Conoce el proceso de transición Entiende la modulación moderna Comprende diferentes vías de transmisión digital Aplica técnicas conocidas y realiza ejercicios Conoce y discrimina los sistemas LTI como base de lo que sigue 8 horas 1.1 Introducción 1.2 Transmisión digital y su representación 1.3 El porqué de la transmisión digital 1.4 Características de los canales de comunicación 1.5 Limites de la transmisión digital 1.5. Codificacion de línea 1.6 Modulación digital 1.6. Propiedades de los medios de transmisión 1.6. Técnicas de corrección de errores Señales en Tiempo discreto o secuencias 1.6. Operaciones básicas con secuencias 1.7 Sistemas en tiempo discreto 1.7. Sistemas lineales invariantes en el tiempo Clase práctica CPI.1: Ejercicio de corrección de errores 1. Realiza ejercicios de corrección de errores. Laboratorio LI.1: Actividad del laboratorio 2 horas Práctica realizada. 4 horas 3

4 1. Realizar una simulación completa Simulación en laboratorio Unidad II: SERIES Y TRANSFORMADA DE FOURIER CONTINUA Total 6 horas 1. mediante repaso a las series de Fourier 2. las transformadas de Fourier en diversas aplicaciones. Comprende lo que es la transformada de Fourier continua Aplica estos conocimientos a varios problemas. 4 horas 2.1 Introducción 2.2 Series de Fourier 2.3 Relación de Parseval 2.4 Respuesta de un sistema a entradas periódicas. 2.5 Efecto Gibbs 2.6 Transformada de Fourier 2.7 Transformada inversa de Fourier 2.8 Propiedades de la transformada de Fourier 2.9 Limitaciones de la transformada de Fourier Clase práctica CPII.1: Ejercicio de series de Fourier 1. Realiza ejercicios de transformada y series de fourier Laboratorio LII.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar una simulación completa 1 horas Práctica realizada. 2 horas Simulación en laboratorio Unidad III: TRANSFORMADA Z Y LAPLACE Total 6 horas 1. Comprende la relación entre las diferentes Describe ambos entornos por igual 4

5 transformadas. 2. Conoce diversas aplicaciones de la transformada Z. Realiza investigaciones sobre aplicaciones 4 horas 3.1 Introducción 3.2 Definición de la transformada Z 3.3 Transformada inversa Z 3.4 Teoremas de la transformada Z 3.5 Transformada de Laplace 3.6. Transformada Inversa de Laplace 3.7. Relación entre la transformada Z y de Laplace 3.8. Relación entre los planos s y z 3.9. Aplicaciones de la transformada Z Clase práctica CPIII.1: Ejercicio de transformada Z y Laplace 1. Realiza ejercicios de Transformadas Laboratorio LIII.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar una simulación completa Unidad IV: TEOREMA DEL MUESTREO Y DISCRETIZACION 1. el muestreo periódico y su representación en el dominio de la frecuencia. 2. el proceso de reconstrucción de señales a partir de sus muestras 3. el procesado en tiempo continuo de las señales en tiempo discreto. 4. el tratamiento de señales multitasa. 1 horas Práctica realizada. 2 horas Simulación en laboratorio Total 21 horas Conoce el teorema del muestreo Comprende su aplicación práctica Entiende el proceso de cambio que sufre la señal Comprende una aproximación alternativa. 12 horas 5

6 4.1 Introducción 4.2 Muestreo Periódico 4.3 Representación del muestreo en el dominio de la frecuencia 4.4 Reconstrucción de señales de banda limitada 4.5 Procesado en tiempo continuo de señales en tiempo discreto 4.6 Cambio de la frecuencia de muestreo utlizando procesado en tiempo discreto 4.6 Tratamiento de señales multitasa Clase práctica CPIV.1: Ejercicio de muestreo 1. Realiza ejercicios de muestreo. Laboratorio LIV.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar una simulación completa Unidad V: CONVERSORES A/D Y D/A Y CUANTIFICACION 1. el proceso de señales analógicas. 2. Entender el proceso de cuantificación y sus diferentes niveles. 3. el concepto de error de cuantificación. 4. algunas técnicas para conformar el ruido y así simplificar el proceso de conversión. 3 horas Práctica realizada. 6 horas Simulación en laboratorio Total 12 horas Entiende la transformación de una señal Conoce la cuantificación como fenómeno necesario Conoce lo práctico de un conversor Conoce la interferencia del ruido y su simplificación 8 horas 5.1 Introducción 5.2 Procesado digital de señales analógicas 5.3 Conversión analógico digital 5.3. El cuantificador 5.3. Error de cuantificacion 5.3.Conversion Digital Analógica 5.4 Sobremuestreo y ruido en la conversion Clase práctica CPV.1: Ejercicio de Conversores 2 horas 6

7 1. Realiza ejercicios de Conversores A/D y D/A. Laboratorio LV.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar simulaciones completa y ver formas de onda Unidad VI: TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER 1. el desarrollo de las secuencias periódicas en serie. 2. sus propiedades más generales. 3. el desarrollo de DFT de señales periódicas. 4. el desarrollo de DFT de señales de duración finita. 5. las DFT del coseno Prácticas realizadas. 4 horas Simulación en laboratorio Total 21 horas Identifica la estructura de los costos de generación Realiza el modelo del sistema Realiza el modelado de optimización Conoce los métodos de solución Calcula los factores de participación 12 horas 6.1 Introducción 6.2 Secuencias Periódicas 6.3 La serie de Fourier discreta 6.4 Propiedades generales, La convolución 6.5 DFT de señales periódicas 6.6 DFT de señales de duración finita 6.6.Convolución línea mediante la DFT 6.6.La Transformada Discreta del Coseno Clase práctica CPVI.1: Ejercicio de DFT 3 horas 1. Realiza ejercicios de DFT. Prácticas realizadas de diferentes 7

8 señales y secuencias. Laboratorio LVI.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar simulaciones completas de DFT 6 horas Simulaciones en laboratorio Unidad VII: TRANSFORMADA RAPIDA DE FOURIER 1. los algoritmos de FFT mediante diezmado en el tiempo. 2. los algoritmos de FFT mediante diezmado en frecuencia. 3. las consideraciones mas practicas en el proceso de señales. Total 14 horas Comprende los algoritmos Comprende los algoritmos Conoce lo práctico versus lo matemático 8 horas 7.1 Introducción 7.2 Cómputo de la DFT 7.3. Algoritmo de Goertzel 7.4. Algoritmos de FFT mediante diezmado en el tiempo 7.5. Algoritmo de FFT mediante diezmado en la frecuencia 7.6 Realización de la DFT mediante convolucion Clase práctica CPVII.1: Ejercicio de FFT 1. Realiza ejercicios de FFT en computadora. Laboratorio LVII.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar simulaciones completas 2 horas Prácticas realizadas. 4 horas Simulaciones en laboratorio 8

9 Unidad VIII: DISEÑO DE FILTROS DIGITALES 1. Comprende la selectividad de los circuitos filtros. 2. como realizar el diseño. 3. Realizar cómputos mas simplificados a través de ventanas. Total 17 horas Comprende la filosofía de los filtros. Comprende el diseño Aplica métodos mas prácticos al diseño 12 horas 8.1 Introducción 8.2 Diseño de filtros IIR en tiempo discreto 8.3 Diseño de un filtro Butterworth 8.4 Diseño de un filtro Chebyshev 8.3 Diseño de filtros FIR mediante enventanado 8.3 Diseño de filtro FIR mediante la ventana de Kaiser 8.4 Comparación de filtros FIR e IIR en tiempo discreto Clase práctica CPVIII.1: Ejercicio de diseño de filtros 1. Realiza ejercicios de diseño de filtros. Laboratorio LI.1: Actividad del laboratorio 1. Realizar simulaciones de filtros Unidad IX: DSP SERIE 56XXX DE MOTOROLA Y OTROS 1. Verificar los conocimientos en un circuito práctico DSP. 2. Aplica estos conocimientos para poder implementar ciertos sistemas. 3 horas Prácticas realizadas. 6 horas Simulación en laboratorio Total 21 horas Investiga y verifica los conocimientos Aplicación práctica de la materia 9

10 12 horas 9.1 Introducción 9.2 Características 9.3 Especificaciones 9.4 Contenido 9.5 Consideraciones de diseño Clase práctica CPI.1: Investigación de características 1. Realiza investigación de características del circuito integrado Laboratorio LI.1: Actividad del laboratorio 1. Defender la investigación del circuito integrado 3 horas Investigación realizada. 6 horas Defensa en laboratorio Proyecto 1: APLICACIONES DE DSP 1. a la solución de problemas mediante computadora. 2 horas Resuelve problema mediante computadora E. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Oppenheim, Alan V., Tratamiento de Señales en Tiempo Discreto. Prentice Hall, Madrid, [2] Etter Delores M., Solución de Problemas de Ingeniería con MATLAB (seg. Ed.). Prentice Hall, Mexico, [3] Frenzel, Louis E., Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Alfaomega grupo editor S.A. de C. V., Mexico, [4] Motorola Inc.., 24 Bit Audio Digital Signal Processor. Freescale Semiconductor Inc., [5] Hsu, Hwei P., Analisis de Fourier, Fondo Educativo Interamericano S.A:, Estados Unidos 1973 [6] Abramson, Norman, Teoria de la Información y Codificación, Ed. Paraninfo, Madrid, 1966 [7] Kuo, Benjamin C., Sistemas de Control Digital, CECSA, Mexico, 1997 F. CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO ENSEÑANZA-APRENDIZAJE PEA 10

11 Organización del trabajo Actividades de aprendizaje HORAS PRESENCIALES Teóricas (aula) Magistrales Horas semana Horas semestre Aula Escenarios de aprendizaje Equipos y materiales didácticos Apuntes asignatura, computadora, data display, pizarra, marcadores. Laboratorio 2 40 Equipo, instrumentos y PC Prácticas 1 20 Aula Pizarrón y marcadores de agua. Evaluaciones Parciales Final Aula Aula Lápiz y papel Lápiz y papel TOTAL HORAS NO PRESENCIALES Preparación Prácticas Informes de simulación Informes de laboratorio Domicilio Domicilio Domicilio Textos asignatura y consulta Guía de laboratorio, computadora Preparación de proyectos Proyecto 10 Domicilio Guía proyecto, apuntes asignatura Estudio individual Búsqueda en internet 8 Sala de Internet Computadora Consulta bibliográfica 6 Biblioteca Libros de consulta Autoaprendizaje 28 Domicilio Texto asignatura, libros y textos TOTAL 4 80 Roles de desempeño 1. Estudiante: sujeto activo 2. Docente: facilitador 3. Auxiliar: colaborador Necesidades de aprendizaje del estudiante 1. Sólidos fundamentos matemáticos. 2. Simulación de sistemas. Evaluación La evaluación de las competencias: habilidades y destrezas, conocimientos y actitudes adquiridas, se realiza con base en: calificación de exámenes, informes, tareas, prácticas y proyecto; y en la defensa del proyecto. Se complementa con el seguimiento docente mediante planillas de control de avance, muestra la competencia que demuestra dominar, muestra una visión individualizada del avance logrado por cada uno de los alumnos y permite diseñar actividades de apoyo a los más rezagados. 11

12 Formulario No. 1 Evaluación de competencia de los alumnos COMPETENCIAS Alumno CGA1 CGA13 CEA15 CEA16 CEA17 CEA19 CEA20 CIA22 CIA25 Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 : Alumno n Se complementa con una planilla de seguimiento individual en la que se registra el tiempo invertido por cada alumno para lograr la competencia en cada uno de los elementos que componen las unidades incluidas en el programa formativo. Se colocan las fechas en las que presenta la evaluación (conocimientos y habilidades) de modo que la última fecha colocada indica aquella en que fue declarado competente. Dentro de cada celda se colocará la fecha y el resultado de la evaluación. Formulario No. 2 Evaluación de competencias por alumno Asignatura: Unidad de Competencia: Alumno: Fecha de Inicio: Competencia Inicio 1er Parcial 2do Parcial 3er Parcial Evaluación Laboratorio Evaluación Simulación Examen Final Proyecto CGA1 CGA3 CEA15 CEA16 CEA17 CEA19 CEA20 CIA22 CIA25 Ponderación: Auxiliatura 15% Proyecto 15% Simulación 5% Exámenes Parciales 30% Exámenes Final 35% TOTAL 100% Documento elaborado por: Ing. Jorge Espinoza Oruro, Bolivia, 9 de noviembre de