DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA

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1 DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA ASIGNATURA: Nombre en Inglés: DIGITAL ELECTRONICS AND MICROPROCESSORS Código UPM: MATERIA: CRÉDITOS ECTS: 7,5 CARÁCTER: MATERIA DE TECNOLOGÍA ESPECÍFICA TITULACIÓN: GRADUADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA TIPO: OPTATIVA CURSO: TERCERO SEMESTRE: QUINTO CURSO ACADÉMICO PERIODO IMPARTICION Septiembre- Enero Febrero - Junio IDIOMA IMPARTICIÓN Sólo castellano Sólo inglés Ambos GUÍA DE APRENDIZAJE Página 1 de 15

2 DEPARTAMENTO ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA E INFORMÁTICA INDUSTRIAL COORDINADOR Carmen Santos Guerrero PROFESORADO NOMBRE Y APELLIDO DESPACHO Correo electrónico Carmen Santos C-307 carmen.santos@upm.es Luís Dávila C-304 luis.davila@upm.es Pedro Luís Castedo C-304 pedroluis.castedo@upm.es Juan Fco de Vicente C-209 juan.vicente@upm.es CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA ASIGNATURAS SUPERADAS OTROS RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS Es conveniente que el alumno posea conocimientos de Informática GUÍA DE APRENDIZAJE Página 2 de 15

3 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código COMPETENCIA NIVEL CE 21 CG 1. CG 2. CG 3. CG 4 CG 5. CG 6. Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica digital y microprocesadores. Conocer y aplicar los conocimientos de ciencias y tecnologías básicas a la práctica de la Ingeniería Industrial. Poseer la capacidad para diseñar, desarrollar, implementar, gestionar y mejorar productos, sistemas y procesos en los distintos ámbitos industriales, usando técnicas analíticas, computacionales o experimentales apropiadas. Aplicar los conocimientos adquiridos para identificar, formular y resolver problemas en contextos amplios, siendo capaces de integrarlos trabajando en equipos multidisciplinares. Comunicar conocimientos y conclusiones, tanto de forma oral como escrita, a públicos especializados y no especializados de modo claro y sin ambigüedades. Poseer las habilidades de aprendizaje que permitan continuar estudiando a lo largo de toda la vida para un desarrollo profesional adecuado. Incorporar las TIC y las tecnologías y herramientas de la Ingeniería Industrial en sus actividades profesionales. Conocimiento, análisis y aplicación Conocimiento Aplicación Análisis, Síntesis Análisis, Síntesis Análisis, Síntesis Aplicación CG 7. Creatividad Síntesis Código RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA RA-01 Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica digital y microprocesadores. RA-02 Capacidad para diseñar sistemas electrónicos digitales. RA-03 Conocimiento y capacidad para el modelado y simulación de sistemas digitales. RA-04 RA-05 RA-06 RA-07 RA-08 Conocer los fundamentos de los sistemas digitales. Utilizar terminología apropiada en la descripción de los de los componentes y sistemas electrónicos digitales. Conocer como representar de forma digital información, utilizando distintos sistemas de numeración y códigos digitales Aplicar las herramientas teóricas y prácticas para realizar el análisis y diseño de circuitos y sistemas digitales combinacionales. Aplicar las herramientas teóricas y prácticas para realizar el análisis y diseño de circuitos y sistemas digitales secuenciales Conocer, diferenciar e identificar los componentes digitales básicos tanto combinacionales como secuenciales en sistemas digitales RA-09 Conocer las tecnologías actuales de fabricación de los dispositivos de memoria. GUÍA DE APRENDIZAJE Página 3 de 15

4 RA-10 RA-11 RA-12 RA-13 RA-14 Aplicar los conocimientos adquiridos para realizar análisis y diseños de circuitos digitales prácticos y obtención cuantitativas de resultados. Conocer los elementos típicos de un sistema digital basado en microprocesador y su interconexión Conocer y comprender criterios de optimización para reducir el costo de Un sistema digital Acceder, interpretar y aplicar a la información técnica provista por los fabricantes de circuitos integrados mediante el uso de manuales. Adquirir experiencia práctica en el manejo de herramientas de diseño, simulación y síntesis de sistemas digitales GUÍA DE APRENDIZAJE Página 4 de 15

5 CONTENIDOS Y ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA / CAPÍTULO Tema 1. Introducción a los sistemas digitales APARTADO 1.1. Sistemas digitales y circuitos de conmutación 1.2. Sistemas de numeración. Números binarios.números hexadecimales y octales 1.3. Métodos de conversión entre números de base diferente 1.4. Aritmética binaria 1.5. Representación de los números negativos Operaciones con números negativos Códigos binarios Indicadores de logro relacionados LO Tema 2. Algebra de Boole y puertas lógicas Tema 3. Análisis booleanas de los circuitos lógicos 2.1. Definiciones lógicas.operaciones básicas 2.2. Teoremas básicos y propiedades del álgebra de Boole 2.3. Teoremas de simplificación.leyes de Morgan 2.4. Funciones booleanas y tablas de verdad 2.5. Descomposición en términos suma y términos producto 2.6. Simplificación algebraica de expresiones de conmutación 2.7. Expresiones booleanas.formas canónica y normalizada 2.8. Otras operaciones lógicas 2.9. Puertas lógicas digitales Familias de circuitos integrados lógico digital 3.1. Diseño lógico combinatorio utilizando una tabla de verdad 3.2. Expansiones en términos producto y términos suma 3.3. Funciones especificadas de forma incompleta 3.4. Mapas de Karnaugh 3.5. Minimización de un productos de sumas mediante el mapa de Karnaugh 3.6. Minimización de una suma de productos mediante el mapa de Karnaugh Mapas de Karnaugh para Funciones especificadas de forma incompleta LO LO GUÍA DE APRENDIZAJE Página 5 de 15

6 Tema 4. Circuitos de puertas multinivel Tema 5. Lógica Combinacional con MSI y LSI Puertas NAND y NOR 4.2. Diseño de circuitos de dos niveles utilizando puertas NAND y NOR Diseño de circuitos multinivel con puertas NAND y NOR 4.4. Conversión de circuitos utilizando símbolos de puerta alternativos Otras ejecuciones con dos niveles Procedimiento de diseño de circuitos combinatorios utilizando puertas Diseño de sumadores y restadores binarios Diseño de Conversores de código Procedimiento de análisis de circuitos combinacionales 5.1. Sumador paralelo binario 5.2. Sumador decimal Sumador BCD 5.4. Comparador de magnitudes 5.5. Conversores de código 5.6. Multiplexores Demultiplexores 5.8. Decodificadores y codificadores 5.9. Buffers tri-estado LO LO Tema 6. Biestables y latches Tema 7 Diseño de circuitos secuenciales 6.1. Latch S-R 6.2. Latch D con puerta de control 6.3. Biestable tipo D disparado por flanco 6.4. Biestable tipo S-R Biestable tipo J-K 6.6. Biestables Maestro-Esclavo Biestable tipo T Biestables con entradas adicionales 7.1. Determinación de las Tablas de excitación de los Flip-Flops 7.2. Determinación de las ecuaciones de entrada de los biestables 7.3. Directrices para la construcción de diagramas de estados Tablas de estados y ecuaciones de estado 7.5. Análisis de circuitos secuenciales 7.6. Estudio de circuitos secuenciales más complejo Eliminación de estados redundantes. Estados equivalentes 7.8. Determinación de la equivalencia entre estados utilizando una tabla de implicación 7.9. Diseño de contadores Diseño con ecuaciones de estado LO LO GUÍA DE APRENDIZAJE Página 6 de 15

7 Tema 8 Diseño de máquinas finitas de estados Diagramas de máquinas de estados 8.2. Construcción de diagramas 8.3. Implementación de diagramas 8.4. Maquina de Mealy Maquina de Moore LO Tema 9 Registros y Contadores 9.1. Registros con entrada y salida serie 9.2. Registros con entrada serie salida paralelo 9.3. Registros de desplazamiento 9.4. Contadores de rizado 9.5. Contadores sincrónicos 9.6. Secuencias de tiempo LO Tema10 Memorias semiconductoras Fundamentos de las memorias. Terminología utilizada Operaciones Básicas de la Memoria Memorias de acceso aleatorio (RAM). Fundamentos y estructura. Tipos de RAM: SRAM y DRAM. Aplicaciones de la memoria RAM Memorias de sólo lectura (ROM): Estructura de una ROM. Clasificación de las ROM: PROM, EPROM, EEPROM y Flash EPROM. Aplicaciones de las ROM. LO-14 Tema11 Arquitectura de Microprocesadores Introducción a los sistemas. microprogramable. Estructura de un sistema microprogramable. Clasificación de sistemas programables Introducción a los microprocesadores. Características comunes de los microprocesadores. Parámetros comparativos de los microprocesadores. Tamaño de los microprocesadores Implementación del microprocesador.elementos de la unidad central de procesos CPU Tipos de Arquitectura. Von Neuman, Harvard.CISC. RISC, Segmentada,Flynn. Funciones y diagramas de las patillas Programación de microprocesadores. Niveles de los lenguajes de programación. Conversión de un programa a lenguaje máquina. Programación de alto nivel. Estructura de una instrucción. Tipos de instrucciones LO GUÍA DE APRENDIZAJE Página 7 de 15

8 Tema12 Periféricos Sistemas de E/S Introducción a los sistemas de E/S Controlador de Entrada/Salida Entrada /Salida por sondeo (polling) E/S controlada por programa E/S por interrupciones E/S por acceso directo a memoria (DMA). LO Prácticas de Laboratorio 1. Descripción de componentes. Hojas características 2. Introducción al programa de simulación Proteus 3. Realización de montaje de circuitos lógicos con puertas lógicas, verificación y simplificación 4. Realización de un sistema lógico con multiplexores y demultiplexores 5. Decodificadores- comparadores aplicaciones 6. Aritmética binaria: sumadores- restadores y aplicaciones 7. Componentes de circuitos secuenciales.análisis y montajes de contadores 8. Registros de desplazamiento 9. Manejos de programas de simulación para microcontroladores 10. Aplicaciones con microcontroladores LO-18, LO19 LO-20 GUÍA DE APRENDIZAJE Página 8 de 15

9 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA CLASES PROBLEMAS PRÁCTICAS Lecciones magistrales en las que el profesor expondrá los contenidos del temario y. Asignación: 1,2 ECTS Clases dedicadas a la complementación de algunos conceptos teóricos para resolución de problemas, haciendo participe al alumno en los mismos. Asignación: 1,8 ECTS El alumno asistirá al laboratorio a realizar prácticas de carácter obligatorio dirigidas por el profesor. El alumno previamente deberá haber adquirido los conocimientos teóricos necesarios para el desarrollo de la misma. Se realizarán diez prácticas de laboratorio que comprenderán los puntos más importantes del temario. Asignación: 0,9 ECTS TRABAJOS INDIVIDUALES TRABAJOS EN GRUPO TUTORÍAS El trabajo individual del alumno se orientará a la búsqueda de información complementaria, estudio de los contenidos de la asignatura y. A lo largo del curso el profesor podrá proponer algún trabajo en grupos (búsqueda de información complementaria, resolución de problemas ) En el horario de tutoría el profesor atenderá las dudas y consultas del alumno. GUÍA DE APRENDIZAJE Página 9 de 15

10 RECURSOS DIDÁCTICOS 1. Fundamentos de diseño lógico y de computadoras Morris Mano, M. ;Kime, Charles R. Prentice Hall -3ED Fundamentos de sistemas digitales 9ED Thomas L. Floyd; Pearson International Education BIBLIOGRAFÍA 3. Análisis y Diseño de circuitos lógicos Digitales Victor P.Nelson.H.Troy Nagle. Bill D. Carrol.J.David.Irwin 4. Mandado E. y Mandado Y., "Sistemas electrónicos digitales". Ed. Marcombo, 9ª edición, Compilador C CCs y simulador Proteus para microcontroladores PIC Eduardo García Breijo Entorno moodle de upm RECURSOS WEB Transparencias de la asignatura. Enunciados de ejercicios y problemas Guiones de las prácticas de laboratorio. Enlaces de interés..(actualizados en pagina moodle) EQUIPAMIENTO Para la realización de las prácticas se dispone de un laboratorio dotado con aparatos para la obtención de medidas en circuitos electrónicos y ordenadores con programas de simulación GUÍA DE APRENDIZAJE Página 10 de 15

11 CRONOGRAMA DE TRABAJO DE LA ASIGNATURA MES QUINCENA ACTIVIDADES AULA Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 1ª Tema 1-2 (Teoría y problemas ) 2ª Tema3-4(Teoría y problemas 1ª Tema 5-6(Teoría y problemas) 2ª Final Tema6-Tema7 (Teoría y problemas) 1ª Final Tema 7- Tema8 (Teoría y problemas 2ª Final Tema 8 -Tema9 (Teoría y problemas) 1ª Tema (Inicio) (Teoría y problemas 2ª Final Tema-11 (Teoría y problemas LABORATORIO TRABAJO INDIVIDUAL Práctica 1 Práctica 2 Práctica 3 Práctica 4 Práctica 5 Práctica 6 Práctica 7 Práctica 8 Práctica 9 Práctica 10 Estudio de los tema 1-2 Estudio de los tema 3-4 Estudio de los tema 5-6 Estudio del tema 6 Estudio de los tema 7-8 Estudio del tema9 Estudio del tema 10 Estudio del tema 11 TRABAJO EN GRUPO Realización de ejercicios y problemas Realización de ejercicios y problemas Realización de ejercicios y problemas Realización de ejercicios y problemas ACTIVIDADES EVALUACIÓN Control Temas 1-5 OTROS GUÍA DE APRENDIZAJE Página 11 de 15

12 MES QUINCENA ACTIVIDADES AULA LABORATORIO TRABAJO INDIVIDUAL TRABAJO EN GRUPO ACTIVIDADES EVALUACIÓN OTROS Enero 1ª Tema-12(Teoría) Estudio del tema 12 Control Temas 6-12 GUÍA DE APRENDIZAJE Página 12 de 15

13 SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA EVALUACIÓN Ref INDICADOR DE LOGRO Relacionado con RA: LO-01 Conocer los conceptos de electrónica digital tales como la tecnología de los componentes electrónicos, tipos de señales que se utilizan, campo de RA aplicaciones y limitaciones. LO-02 Aprender a representar de forma digital información, utilizando distintos sistemas de numeración y códigos digitales. RA LO-03 Conoce y maneja los teoremas, leyes, reglas y aplicaciones que se utilizan en circuitos digitales. RA LO-04 Identificar los símbolos gráficos estándar ANSI/IEEE de los circuitos integrados utilizados en los sistemas digitales. RA LO-05 Deducir, simplificar e implementar funciones lógicas. RA LO-06 Entiende y realiza operaciones matemáticas con circuitos aritméticos RA binarios. 10 LO-07 Conocer y diferenciar las aplicaciones de distintos subsistemas combinacionales como multiplexores,decodificadores, comparadores de paridad, etc RA LO-08 Capacidad para adaptar la funciones de los sistemas digitales a las RA necesidades de implementación utilizando los circuitos integrados comerciales y minimizando el número de integrados LO-09 Diferenciar los sistemas combinacionales de los sistemas secuenciales RA LO-10 LO-11 LO-12 LO-13 LO-14 LO-15 LO-16 LO-17 LO-18 LO-19 Conocer los dispositivos básicos de memoria como Biestables (Flip-Flop y Latches).Tipos de Biestables T,Jk,etc.Tablas de excitaciones y aplicaciones Conocer las distintas técnicas de diseño y análisis de sistemas secuenciales síncronos como asíncronos. Aplicaciones maquinas de Mealy y Moore Describir, analizar y diseñar estructuras típicas de contadores y sus aplicaciones Describir, utilizar, analizar y diseñar registros de desplazamiento y sus aplicaciones Conocer,diferenciar y utiliza dispositivos de memoria para almacenamiento de gran cantidad de datos y a más largo plazo como son las memorias RAM,ROM,etc Conocer las unidades básicas de una computadora su arquitectura y estructura de un sistema microprogramable. Describir e identificar las unidades básicas de un microprocesador y microcontrolador. Lenguajes de programación, estructura de una instrucción, modos de direccionamiento etc. Describir y entender dispositivos de entrada-salida E/S. Conocer los métodos de comunicación con estos dispositivos. Interrupciones. Acceso directo a memoria(dma) Capacidad para entender, de una forma autónoma, información relativa a los contenidos del curso para poder resolver problemas prácticos relacionados con los conceptos teóricos de la asignatura y para llevar a cabo un auto-aprendizaje Conoce y sabe interpretar la información que se encuentra en hojas características de los fabricantes de los componentes electrónicos CI. RA RA RA RA RA RA RA RA RA RA GUÍA DE APRENDIZAJE Página 13 de 15

14 LO-20 LO-21 El alumno ha adquirido las destrezas básicas en el trabajo de laboratorio así como en la presentación de la información adquirida El alumno conoce y sabe utilizar el instrumental y los programas de simulación de laboratorio, así como las normas básicas de trabajo en el mismo. RA RA EVALUACIÓN SUMATIVA (ACUMULATIVA) BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES MOMENTO LUGAR Octubre- Evaluación continua Examen de control Noviembre Aula 40% Examen de control Enero Aula 40% Evaluación prácticas de laboratorio Programada Laboratorio 20% Evaluación no continúa. Examen final Final del Aula curso examen 80% PESO EN LA CALIFICACI ÓN GUÍA DE APRENDIZAJE Página 14 de 15

15 CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Prácticas de laboratorio para alumnos con o sin evaluación continua. 1. La realización de las prácticas de laboratorio es obligatoria para todos los alumnos. 2. Los alumnos que no aprueben las prácticas de laboratorio por curso, tendrán que realizar el examen final de prácticas en las fechas y horas propuestas por Jefatura de Estudios 3. La nota obtenida en las prácticas de laboratorio aprobadas se guardará para sucesivas convocatorias de curso. 4. La nota de las prácticas de laboratorio se corresponderá con un 20% sobre la nota final. 5. Las prácticas de laboratorio una vez aprobadas no se podrán repetir en ningún caso Criterio de evaluación teórica para alumnos de evaluación continua PARTE TEÓRICA Exámenes de control (2 exámenes). Realizados en aula con una duración de 2 horas Preguntas tipo test, ejercicios y problemas Peso: 80% (40% cada examen de control sobre la calificación final) Examen de evaluación final. Los alumnos que sigan este sistema de evaluación no tendrán prueba global de evaluación al finalizar el periodo de docencia, en la convocatoria ordinaria En la convocatoria extraordinaria el alumno, que no haya aprobado la parte teórica, tendrá el mismo examen final que los alumnos sin evaluación continua, con un peso del 80% sobre la calificación final. Nota. Para poder aprobar la asignatura es necesario aprobar las prácticas de laboratorio. Criterio de calificación para alumnos sin evaluación continua PARTE TEÓRICA: Examen final. El examen final comprenderá toda la materia explicada durante el curso (teoría y problemas). Examen tipo test, ejercicios y problemas Se realizarán en las fechas y horas propuestas por Jefatura de Estudios. Peso: 80% sobre la calificación final Nota. Para poder aprobar la asignatura es necesario aprobar las prácticas de laboratorio. GUÍA DE APRENDIZAJE Página 15 de 15