VICERRECTORADO ACADÉMICO Unidad de Desarrollo Educativo

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1 PROGRAMA DE ASIGNATURA SÍLABO - 1. DATOS INFORMATIVOS ASIGNATURA: CIRCUITOS DIGITALES DEPARTAMENTO: ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DOCENTE: CÓDIGO: ELEE1006 NRC: CARRERAS: INGENIERIA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES; INGENIERIA EN ELECTRONICA, AUTOMATIZACION Y CONTROL; INGENIERIA EN ELECTRONICA, REDES Y COMUNICACIÓN DE DATOS; INGENIERIA ELECTRONICA EN INSTRUMENTACION. PERÍODO ACADÉMICO: FEBRERO/JULIO 2013 FECHA ELABORACIÓN: 10/FEBRERO/2011 PRE-REQUISITOS: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I (ELEE16008) DISPOSITIVOS Y MEDICIONES (ELEE16017) NIVEL DE FORMACION: PRIMERA ETAPA ÁREA DEL CONOCIMIENTO: SISTEMAS DIGITALES SESIONES/SEMANA: TEÓRICAS: H PRACTICAS: 2 H CRÉDITOS: 6 EJE DE FORMACIÓN: PROFESIONAL CO-REQUISITOS: DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA: Circuitos digitales es una asignatura teórico práctica, básica, específica de profesionalización. Se divide en dos partes: circuitos combinacionales y circuitos secuenciales. La primera parte abarca fundamentos básicos de sistemas digitales, circuitos combinacionales SSI, MSI y aplicaciones. La segunda parte comprende todo lo relacionado con circuitos secuenciales sincrónicos, asincrónicos, memorias EPROM y EEPROM. La finalidad de la asignatura es analizar, diseñar e implementar circuitos digitales combinacionales y secuenciales en baja y mediana escala de integración.

2 UNIDADES DE COMPETENCIAS A LOGRAR: GENÉRICAS: 1. Interpreta y resuelve problemas de la realidad aplicando métodos de investigación, métodos propios de las ciencias administrativas, herramientas tecnológicas y diversas fuentes de información en idioma nacional y extranjero, con honestidad, responsabilidad, trabajo en equipo y respeto a la propiedad intelectual. ESPECÍFICAS: 1. Aplica técnicas de programación e implementa dispositivos electrónicos de última tecnología para disminuir la dependencia tecnológica del país, cumpliendo normas internacionales para la documentación y la elaboración de sus diseños. ELEMENTO DE COMPETENCIA: Analiza y desarrolla hardware electrónico utilizando circuitos digitales de baja, mediana y muy alta escala de integración.. RESULTADO FINAL DEL APRENDIZAJE: Traduce un problema que puede resolverse mediante lógica matemática a una función lógica. Relaciona funciones lógicas con compuertas lógicas y las implementa mediante circuitos combinacionales SSI. Interpreta un problema de secuencia de eventos en el tiempo mediante diagrama de estados. Traduce un problema planteado en diagramas de estados a un circuito secuencial utilizando circuitos integrados MSI. CONTRIBUCIÓN DE LA ASIGNATURA A LA FORMACIÓN PROFESIONAL: Esta asignatura corresponde a la primera etapa del eje de formación profesional, proporciona al futuro profesional las bases conceptuales para el diseño digital, con el apoyo de asignaturas del área de electrónica que facilitan el diseño de equipos electrónicos. Pretende crear en el alumno las competencias básicas, necesarias en cuanto a diseño digital, del futuro profesional. 2. SISTEMA DE CONTENIDOS Y PRODUCTOS DEL APRENDIZAJE POR UNIDADES DE ESTUDIO No. 1 Unidad 1: UNIDADES DE ESTUDIO Y SUS CONTENIDOS CIRCUITOS COMBINACIONALES SSI Contenidos de estudio: 1.1. INTRODUCCIÓN Definición de sistemas digitales Ventajas y desventajas de los sistemas digitales con 2 EVIDENCIA DEL APRENDIZAJE Y SISTEMA DE TAREAS Producto de unidad: CIRCUITO COMBINACIONAL DISEÑADO EN BASE A TECNOLOGÍA SSI. Tarea principal 1.1: Realizar conversiones entre los diferentes sistemas de numeración. Tarea principal 1.2: Resolver operaciones aritméticas (suma, resta) en

3 respecto a los analógicos 1.2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN Ecuación general: Representación de números enteros y decimales Sistemas de numeración en cualquier base Sistemas de numeración más usados: Decimal, Binario, Octal y Hexadecimal Conversiones de cualquier base a cualquier base OPERACIONES ARITMÉTICAS Suma, resta, multiplicación y división binaria Suma y resta octal Suma y resta hexadecimal 1.. COMPLEMENTO DE NÚMEROS Complemento a la base y base disminuida Representación de números negativos 1.5. SUMA Y RESTA BINARIA CON SIGNO Magnitud y signo Complemento a Complemento a Desborde aritmético 1.6. CÓDIGOS DE COMPUTADOR Definición de un código Códigos binarios Códigos BCD Propiedades de los códigos Códigos continuos y cíclicos Códigos alfanuméricos 1.7. CÓDIGOS DE ERROR Códigos de detección y corrección de errores Códigos de paridad Código de Hamming 1.8. FUNDAMENTOS BÁSICOS DE SISTEMAS DIGITALES Circuitos lógicos combinacionales: Definición Tablas de verdad, constantes y variables booleanas Operaciones y compuertas lógicas: AND, OR, NOT, NAND, NOR, OR ECLUSIVO y NOR ECLUSIVO Compuertas físicas como CI Universalidad de las compuertas NAND y NOR Familias lógicas TTL y CMOS, características generales diferentes sistemas de numeración Tarea principal 1.3: Obtener el complemento a la base y complemento a la base disminuida de números en cualquier base. Tarea principal 1.: Resolver ejercicios de adición y sustracción binaria con signo, usando complemento a 1 y complemento a 2. Tarea principal 1.5: Realizar ejercicios de conversión entre códigos Tarea principal 1.6: Dibujar circuitos correspondientes a diferentes funciones lógicas básicas y viceversa Tarea principal 1.7: Obtener funciones lógicas SOP y POS a partir de tablas de verdad y dibujar los circuitos correspondientes. Tarea principal 1.8: Simplificar funciones lógicas mediante Algebra booelana y Mapas de Karnaugh Tarea principal 1.9: Diseñar circuitos digitales mediante compuertas básicas, usando de tablas de verdad y funciones SOP y POS simplificadas. Tarea principal 1.10: Aplicar lógica mixta y universalidad de compuertas NAND y NOR en el diseño de circuitos SSI Tarea principal 1.11: Realizar prácticas de laboratorio para implementar circuitos digitales diseñados con tecnología SSI 1.9. ALGEBRA BOOLEANA Definición Postulados, leyes y teoremas Principio de dualidad LÓGICA MITA Niveles de activación Lógica positiva, negativa y mixta Operaciones lógicas y compuertas físicas en lógica mixta 3

4 Dualidad Relaciones de inversión Diseño de circuitos en lógica mixta Lectura de circuitos en lógica mixta FORMAS CANÓNICAS NORMALIZADAS Minterminos y maxterminos Simbología SOP y POS Estandarización de minterminos y maxterminos Relación entre minterminos y maxterminos Formas de implementar circuitos combinacionales con SOP y POS MAPAS DE KARNAUGH Definición y descripción Representación de minterminos en un mapa K Simplificación y lectura Ejercicios con 2,3,,5 y 6 variables Condiciones No Importa Problemas Lógicos MAPAS DE VARIABLE INTRODUCIDA Definición Introducción de 1 y 2 variables 2 Unidad 2: CIRCUITOS DIGITALES MSI Contenidos de estudio: 2.1. INTRODUCCIÓN Definición de circuitos SSI, MSI, LSI y VLSI 2.2. CIRCUITOS ARITMÉTICOS Sumadores: Diseño interno, CI correspondiente, conexión en cascada Restadores: diseño interno, CI correspondiente, conexión en cascada Multiplicadores Comparadores: Diseño interno, CI correspondiente, conexión en cascada 2.3. MULTIPLEORES Y DEMULTIPLEORES Multiplexores: Diseño interno, CI s correspondientes Generación de funciones con MU Unidad aritmética lógica Circuitos integrados con salidas 2 estados y tres estado buffer Demultiplexores: Diseño interno 2.. CONVERSORES DE CÓDIGO Decodificadores: Diseño interno Tipos de decodificadores: CI s correspondientes Display de ánodo y cátodo común 2... Generación de funciones con DECODER Codificadores: diseño interno Producto de unidad: CIRCUITO COMBINACIONAL DISEÑADO EN BASE A TECNOLOGÍA SSI Y MSI Tarea principal 2.1: Diseñar circuitos sumadores usando tecnología SSI Tarea principal 2.2: Diseñar circuitos restadores y multiplicadores binarios en base al CI 7283 Tarea principal 2.3: Obtener multiplexores de mas entradas usando multiplexores comerciales Tarea principal 2.: Implementar funciones lógicas usando multiplexores Tarea principal 2.5: Diseñar ALU s mediante el uso de los circuitos MSI aprendidos Tarea principal 2.6: Obtener decodificadores de mas salidas usando decodificadores comerciales Tarea principal 2.7: Implementar funciones lógicas usando decodificadores. Tarea principal 2.8: Diseñar e implementar circuitos combinacionales

5 2..6. Codificador de Prioridad mediante el uso de tecnologías SSI y MSI Unidad 3: CIRCUITOS DIGITALES SECUENCIALES Producto de unidad: CIRCUITO SECUENCIAL DISEÑADO EN BASE A TECNOLOGÍA MSI 3 Contenidos de estudio: 3.1. INTRODUCCIÓN Definición y características de los circuitos secuenciales Modelo general de un circuito ó máquina secuencial Elementos de memoria Celda básica, definición, diseño interno y funcionamiento Decodificadores de próximo estado y salida Clasificación de máquinas secuenciales 3.2. FLIP FLOPS Definiciones básicas Tipos de flip flops Diseño interno, tabla característica, tabla de transición Señal de reloj Diferencia entre flip flop y latch Entradas asincrónicas Diagrama de tiempos Diseño de Flip flops Conversiones de Flip flops Aplicaciones 3.3. CONTADORES ASINCRÓNICOS Módulo del contador Señal de reloj Diseño de contadores de rizado Diagramas de tiempos Circuito inicializador Circuito antirebotes 3.. ANÁLISIS Y DISEÑO DE MÁQUINAS SECUENCIALES SINCRÓNICAS Introducción al diagrama de estados Pasos para el análisis de máquinas secuenciales sincrónicas Diagramas de estados 3... Pasos para el diseño de máquinas secuenciales sincrónicas 3.5. CONTADORES SINCRÓNICOS Módulo del contador Diagrama de estados de un contador Diseño CI 7161: tabla de funcionamiento, aplicaciones Tarea principal 3.1: Diseñar Flip flops SR, JK, D y T usando celda básica NAND y NOR Tarea principal 3.2: Dibujar diagramas de tiempos de los diferentes tipos de flip flops Tarea principal 3.3: Convertir Flip flops no existentes en el mercado en flip flops comerciales Tarea principal 3.: Diseñar contadores asincrónicos ascendentes y descendentes usando flip flops JK modulo 2 n y otros. Tarea principal 3.5: Realizar diagramas de estados aplicados a problemas lógicos reales Tarea principal 3.6: Diseñar máquinas secuenciales sincrónicas a partir de diagramas estados Tarea principal 3.7: Diseñar contadores sincrónicos ascendentes y descendentes modulo 2 n y otros Tarea principal 3.8: Analizar máquinas secuenciales sincrónicas. Tarea principal 3.9: Diseño e implementación de máquinas secuenciales con tecnología SSI y MSI Tarea principal 3.10: Implementación de funciones lógicas de varias entradas y varias salidas usando memorias EPROM, EEPROM 3.6. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Definición Registros SISO, SIPO, PISO, PIPO 5

6 Registro universal CI 719, tabla de funcionamiento 3.7. MEMORIAS Definiciones básicas Tipos de memorias Memorias EPROM y EEPROM Memorias RAM PAL, GAL, FPGA Aplicaciones con Memorias 3. RESULTADOS Y CONTRIBUCIONES A LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES: LOGRO O RESULTADOS DE APRENDIZAJE A. Aplicar Conocimientos en matemáticas, ciencia e ingeniería. B. Diseñar, conducir experimentos, analizar e interpretar datos. C. Diseñar sistemas, componentes o procesos bajo restricciones realistas. D. Trabajar como un equipo multidisciplinario. E. Identificar, formular y resolver problemas de ingeniería. F. Comprender la responsabilidad ética y profesional. G. Comunicarse efectivamente. H. Entender el impacto de la ingeniería en el contexto medioambiental, económico y global. I. Comprometerse con el aprendizaje continuo. J. Conocer temas contemporáneos. K. Usar técnicas, habilidades y herramientas prácticas para la ingeniería. NIVELES DE LOGRO A Alta B Media C Baja El estudiante debe Resolver operaciones aritméticas binarias con signo Resolver conversiones de números y códigos en cualquier sistemas de numeración Diseñar sistemas digitales con tecnología SSI y MSI optimizando tiempo y dinero, que contribuyan a dar solución a problemas de la vida cotidiana Resolver problemas de sistemas digitales mediante la aplicación eficaz los temas impartidos en la asignatura. Exponer oralmente diseños y proyectos de manera clara y concisa. Presentar informes de acuerdo al formato establecido. Buscar y compartir información útil para resolver problemas y proyectos enviados por el docente con la finalidad de aplicar conocimientos transmitidos en clase. Emplear software para simulación y diseño de circuitos digitales e implementarlos en protoboard Emplear software y hardware de programación y borrado de memorias EPROM Y EEPROM. PONDERACIÓN DE LA EVALUACIÓN TÉCNICAS E INSTRUMENTOS 1er Parcial 2do Parcial 3er Parcial Investigación/consultas Laboratorios/informes Evaluación conjunta - Diseños 6

7 -Teoría Lecciones/Pruebas Total: PROYECCIÓN METODOLÓGICA Y ORGANIZATIVA PARA EL DESARROLLO DEL PROGRAMA Se emplearán variados métodos de enseñanza para generar un aprendizaje de constante actividad, para lo que se propone la siguiente estructura: A través de preguntas y participación de los estudiantes el docente recuerda los requisitos de aprendizaje previos que permite al docente conocer cuál es la línea de base a partir del cual incorporará nuevos elementos de competencia, en caso de encontrar deficiencias enviará tareas para atender los problemas individuales. Plantear interrogantes a los estudiantes para que den sus criterios y puedan asimilar la situación problemática. Se iniciará con explicaciones orientadoras del contenido de estudio, donde el docente plantea los aspectos más 7

8 significativos, los conceptos, ejemplos y métodos esenciales; y propone la secuencia de trabajo en cada unidad de estudio como: ejercicios a realizar, aplicaciones de los temas, solución de problemas, verificación de conceptos, resolución de problemas básicos y de profundización, entre otros. Se buscará que el aprendizaje se base en solución de problemas; usando información en forma significativa; favoreciendo la retención; la comprensión; el uso o aplicación de la información, los conceptos, las ideas, los principios y las habilidades en la resolución de problemas de la vida real. Se realizan prácticas de laboratorio para desarrollar las habilidades proyectadas en función de las competencias profesionales que se desean formar. Se realizará diseño de circuitos orientados a la electrónica digital que utilicen tecnología SSI y MSI. La evaluación cumplirá con las tres fases: diagnóstica, formativa y sumativa, valorando el desarrollo del estudiante en cada tarea y en especial en los productos integradores de cada unidad. El empleo de las TIC en los procesos de aprendizaje: Para optimizar el proceso de enseñanza-aprendizaje se utiliza software de simulación de circuitos digitales. Uso adecuado de software de programación de memorias Eprom y EEprom Manejo de plataforma virtual. 6. DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO TOTAL DEL PROGRAMA: PRESENCIAL TOTAL HORAS CONFERENCIAS ORIENTADORAS DEL CONTENIDO CLASES PRÁCTICAS (Talleres) LABORATORIOS CLASES DEBATES CLASES EVALUACIÓN Trabajo autónomo del estudiante TETO GUÍA DE LA ASIGNATURA TITULO AUTOR EDICIÓN AÑO IDIOMA EDITORIAL Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones Ronald Tocci Widmer Neal DECIMA 2007 Español Prentice Hall 8. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA TITULO AUTOR EDICIÓN AÑO IDIOMA EDITORIAL Fundamentos de Sistemas Digitales Floyd Thomas 2006 Español Pearson Education Prentice Hall 8

9 9. LECTURAS PRINCIPALES QUE SE ORIENTAN REALIZAR LIBROS REVISTAS SITIOS WEB TEMÁTICA DE LA LECTURA PÁGINAS Y OTROS DETALLES Data Sheet TTL Hojas Técnicas Todo el documento Ing. Evelio Granizo COORDINADOR ACADEMICO DEEE Dr. Gonzalo Olmedo DIRECTOR DEL DEPARTAMENTO DEEE 9