BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA

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1 NOMBRE DE LA ASIGNATURA: BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA PROGRAMA DE ESTUDIOS DE LA MAESTRÍA EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA CON OPCIÓN EN INSTRUMENTACIÓN DIGITAL Sistemas Digitales CODIGO MIE102 CARRERA: Maestría en Ingeniería Electrónica ACADEMIA DE AREA ESPECÍFICA Opción en Instrumentación Digital MODALIDAD: ESCOLARIZADA TIPO DE ASIGNATURA TEORICA- EXPERIMENTAL HRS. TEÓRICAS/ PERIODO: 40 HRS. PRÁCTICAS/ PERIODO : 40 HRS. TOT/ PERIODO: 80 NÙMERO DE CREDITOS: 6 HRS. TEÓRICAS/ SEMANA: 2.5 HRS. PRÁCTICAS/ SEMANA: 2.5 PERIODO EN QUE SE IMPARTE: PRIMERO. / PRE-REQUISITOS: Ninguno FECHA DE ELABORACIÓN DEL PROGRAMA: Agosto 2008 PROGRAMA ACTUALIZADO POR: Comité Académico de la MIE FECHA: AGOSTO DE 2008 PROGRAMA REVISADO POR: Ana María Rodríguez Domínguez FECHA: AGOSTO DE 2008 PROGRAMA APROBADO POR: Comité académico de la MIE FECHA: PROGRAMA AUTORIZADO POR: CONSEJO DE UNIDAD ACADÉMICA FECHA: COORDINACIÓN: Dr. Gerardo Mino Aguilar. FECHA DE APLICACIÓN/ VIGENCIA: OTOÑO 2008 / OTOÑO 2009 ACADEMIA DE ÁREA ESPECÍFICA: Maestría en Ingeniería Electrónica

2 JUSTIFICACIÓN: En este curso se reafirma el análisis, la síntesis y el diseño de los sistemas digitales, pero ahora se retoman en un enfoque más actual, de acuerdo al estado del arte, utilizando un lenguaje de descripción de hardware y los FPGAs pudiendo crear sistemas con mejores y mayores perspectivas. UBICACIÓN Y RELACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS: NIVEL EN EL QUE SE IMPARTE: Maestría PRERREQUISITO: Ninguno CO-REQUSITO: Ninguno COLATERAL: Electrónica Analógica, Señales y Sistemas, Electrónica de Potencia CONSECUENTE: Diseño Digital 2 OBJETIVO GENERAL: El estudiante diseñará e implementará sistemas digitales utilizando técnicas modernas: un Lenguaje de Descripción de Hardware y Dispositivos Programables RESUMEN O DESCRIPCIÓN: En este curso se aborda uno de los más extendidos lenguajes de descripción de hardware, el VHDL, sus utilidades y aplicaciones y las herramientas y metodologías para sintetizar sistemas digitales en FPGAs, que son los dispositivos programables más ampliamente usados para generar tanto prototipos como sistemas finales de aplicación. El aprendizaje se refuerza con abundantes simulaciones y. Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 2/11

3 CONTENIDO TEMÁTICO UNIDAD TEMATICA: 1 NOMBRE DE LA UNIDAD TEMÁTICA Lenguajes de Descripción de Hardware OBJETIVO ESPECÍFICO: El estudiante reconocerá la importancia de los HDLs, sus características, aplicaciones y sus diferencias con los lenguajes de programación CONTENIDO DE LA UNIDAD: Carga Horaria Nombre de la Actividad Práctica o Extraclase T L P E 1.1 Antecedentes Diseño Digital antes de los Lenguajes de Descripción de Hardware (HDLs) Necesidad de los HDLs 1.2 Características de los HDLs Qué son los HDLs? Diferencias con los Lenguajes de Software Ejemplos de HDLs 1.3 VHDL Breve Reseña Histórica de VHDL Diseño Digital con VHDL Metodologías de Diseño utilizando VHDL Ascendente Descendente Niveles de Abstracción en el Diseño con VHDL Funcional Arquitectural Físico HORAS TOTALES POR UNIDAD: Estrategias didácticas sugeridas Clave Bibliográfica a usar Forma de evaluación 1 Investigación Mesa redonda 1 Investigación Mesa redonda 1 Lectura Las tres columnas Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 3/11

4 UNIDAD TEMATICA: 2 NOMBRE DE LA UNIDAD TEMÁTICA Dispositivos Lógicos Programables OBJETIVO ESPECÍFICO: El estudiante conocerá los diferentes tipos de Dispositivos Lógicos Programables y sus características con el fin de tener las bases para seleccionar el dispositivo adecuado para cada aplicación. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Carga Horaria Nombre de la Actividad Práctica o Extraclase T L P E 2.1 Lógica Programable Evolución de la Lógica Digital Clasificación de los Dispositivos Programables 2.2 SPLDs Características Arquitectura Elementos comerciales Ejemplos de Aplicaciones 2.3 CPLDs Características Arquitectura Elementos comerciales Ejemplos de Aplicaciones 2.4 FPGAs Características Aplicaciones y ventajas Diferentes fabricantes de FPGAs Arquitectura de los FPGAs de Xilinx Bloque Lógico Configurable (CLB) Bloque de Entrada-Salida (IOB) Matriz de Interconexiones Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 4/11 Estrategias didácticas sugeridas Clave Bibliográfica a usar Forma de evaluación 1 Lectura 1 Investigación Exposición del estudiante 1 Investigación Exposición del estudiante 2.5 Investigación Exposición del estudiante 2.5 ASICs 0.5 Investigación Exposición del estudiante

5 2.6 Plataforma de Desarrollo Computadora Herramienta CAD (Diseño Asistido por Computadora) Xilinx ISE Tarjeta de desarrollo Spartan 3 Starter Board (o la que dispongan) HORAS POR UNIDAD Lectura Exposición con computado ra y red Examen Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 5/11

6 UNIDAD TEMATICA: 3 NOMBRE DE LA UNIDAD TEMÁTICA Sintaxis del VHDL OBJETIVO ESPECÍFICO: El estudiante reconocerá la importancia de los HDLs en la descripción estandarizada de circuitos y utilizará los recursos de VHDL para describir hardware de diversas maneras. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Carga Horaria Nombre de la Actividad Práctica o Extraclase T L P E 3.1 Estructura de una descripción en VHDL Entidad Arquitectura Descripción Comportamental Descripción Flujo de Datos Descripción Estructural 3.2 Elementos Léxicos Comentarios Identificadores Palabras reservadas Números Caracteres Cadenas de caracteres Cadenas de bits 1 1 Investigación y ejercicios 1 1 Investigación y ejercicios 3.3 Constantes y variables 1 1 Investigación y ejercicios Estrategias didácticas sugeridas Exposición y ejercicios Exposición y ejemplos Exposición y ejercicios Clave Bibliográfica a usar Forma de evaluación Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 6/11

7 3.4 Tipos de Datos Escalares Subtipos y rangos Tipos enteros Tipos de punto flotante Tipos físicos Tipos enumerados Booleanos Bits Lógica estándar Expresiones y operadores 3.5 Datos del tipo Arreglo Los agregados de los arreglos Atributos de los arreglos Tipos de arreglos no restringidos Cadenas de caracteres Vectores de bits Arreglos de lógica estándar Puertos de Arreglos no restringidos Operaciones con arreglos Referencia a los elementos de un arreglo Partes de un arreglo 3.6 Estructuras de Ejecución Concurrente When With Block 3.7 Estructuras secuenciales Instrucción if Instrucción case Instrucción loop Instrucción next Instrucción exit Instrucción while Instrucción for Instrucción assert 1 1 Ejercicios Ejemplos y 2 3 Ejercicios Ejemplos y 2 5 Ejercicios Ejemplos y 2 5 Ejercicios Ejemplos y Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 7/11

8 3.8 Descripciones Comportamentales Asignación de señales Atributos de las señales Instrucción wait Instrucción process La lista de sensitividad 3.9 Descripciones Estructurales Instanciación de entidades Mapeo de puertos 2 5 Ejercicios Ejemplos y Ejercicios Ejemplos y 3.10 Bibliotecas 1 2 Ejercicios Ejemplos y 3.11 Subprogramas 2 6 Ejercicios Ejemplos y Funciones Procedimientos 3.12 Paquetes 1 3 Ejercicios Ejemplos y HORAS POR UNIDAD Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 8/11

9 UNIDAD TEMATICA: 4 NOMBRE DE LA UNIDAD TEMÁTICA Implementación de Sistemas Digitales utilizando HDLs y FPGAs OBJETIVO ESPECÍFICO: El estudiante reconocerá la importancia de los HDLs en la síntesis de circuitos, analizará diferentes problemas reales, diseñará la solución, construirá su descripción en un HDL, la sintetizará utilizando herramientas CAD y la probará en un FPGA. Conocerá y aplicará el VHDL y los FPGAs de Xilinx CONTENIDO DE LA UNIDAD: Carga Horaria Nombre de la Actividad Práctica o Extraclase T L P E 4.1 Flujo de Diseño Especificación del Diseño Descripción en VHDL Síntesis Simulación Implementación Traducción Mapeo Colocación y Ruteo Programación Estrategias didácticas sugeridas 1 Proyecto Ejemplos y 4.2 Circuitos Combinacionales 1 Proyecto Ejemplos y 4.3 Circuitos Secuenciales 1 Proyecto Ejemplos y 1. Máquinas de Estado 2. Contadores 4.4 Simulación 1 Proyecto Ejemplos y Bancos de Pruebas 4.5 Síntesis 2 Proyecto Ejemplos y HORAS POR UNIDAD 9 4 Clave Bibliográfica a usar Forma de evaluación Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 9/11

10 PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN INSTRUMENTO % UNIDADES TEMÁTICAS TIPO DE EVALUACIÓN EXÁMENES PARCIALES 60 1º. 1 y 2 Diagnóstica, Sumativa 2º. 3 3º SIMULACIONES EN COMPUTADORA Y PRÁCTICAS 20 3 y 4 Diagnóstica, Formativa 3.- TAREAS 5 1, 2 3 y 4 Orientadora, Formativa 4.- PROYECTO 15 4 De control y seguimiento del rendimiento, Sumativa 100 Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 10/11

11 BIBLIOGRAFÍA: Titulo Autores Año de Edición EDITORIAL Localización The Designer s Guide to VHDL Digital Design and Modeling with VHDL and Synthesis VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos VHDL Lenguaje Estándar de Diseño Electrónico P.Ashenden 1996 Morgan Kaufmann C. Chang 1997 IEEE Computer Society Press F. Pardo 1999 Ra-Ma L. Terés, Y. Torroja, S. Olcoz, E. Villar 1998 Mc-Graw Hill Plan de Estudios 2008 Maestría en Ingeniería Electrónica Pág. 11/11