PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Curso académico 2011/12

Transcripción

1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Curso académico 2011/12 Identificación y características de la asignatura Denominación Electrónica Digital Código Créditos (T+P) 9 (6+3) Titulación Centro Licenciatura en Física Facultad de Ciencias Curso 5º Temporalidad 1 er Cuatrimestre Carácter Descriptores (BOE) Profesor/es Área de conocimiento Departamento Profesor coordinador (si hay más de uno) Troncal Electrónica Digital. Sistemas Digitales. Conversores. Muestreo, retención. Sistemas de adquisición de datos. Nombre Despacho Correo-e Página web Fernando J. Álvarez Franco Electrónica B110 fafranco@unex.es Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática

2 Objetivos y/o competencias 1.- Objetivos relacionados con competencias académicas y disciplinares 1. Conocer las herramientas matemáticas utilizadas para el análisis y diseño de los circuitos digitales y las tecnologías de fabricación más importantes de este tipo de dispositivos. 2. Conocer las metodologías de análisis y diseño de los circuitos combinacionales y secuenciales, así como los bloques básicos de este tipo de sistemas. 3. Conocer las características funcionales y eléctricas de las memorias semiconductoras. 4. Conocer las características funcionales y eléctricas de los convertidores analógicos/digitales y digitales/analógicos. 5. Adquirir destreza en el montaje experimental de circuitos digitales básicos, así como en la búsqueda en catálogo de sus principales características. 6. Conocer las características funcionales y eléctricas de los dispositivos lógicos programables y manejar los principales programas de diseño, simulación y test de estos dispositivos. 7. Conocer los fundamentos de los sistemas de adquisición de datos y el procesamiento digital de la señal. 8. Conocer la estructura interna de un sistema digital basado en microprocesador, comprender el funcionamiento de estos dispositivos e iniciarse en la programación en ensamblador. 9. Conocer las capacidades de los modernos microcontroladores y procesadores digitales de señal. 2.- Objetivos relacionados con otras competencias personales y profesionales 10. Resolver problemas con creatividad y confianza en los propios conocimientos.

3 11. Ser capaz de comunicar conocimientos especializados de forma estructurada, coherente y razonada. 12. Ser capaz de actualizar conocimientos de forma continuada manejando las principales fuentes de información relacionadas con la disciplina tanto en castellano como en inglés. 13. Aprender a trabajar de forma autónoma y adquirir capacidad de decisión. 14. Aprender a trabajar en equipo de forma organizada. Temas y contenidos (especificar prácticas, teoría y seminarios, en su caso) PROGRAMA DE TEORÍA TEMA 1. CONCEPTOS GENERALES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 1.1. Conceptos generales Señales y sistemas Señales y sistemas analógicos y digitales Puertas lógicas 1.2. Circuitos integrados digitales (CIDs) Encapsulados y clasificación Parámetros de comportamiento eléctrico 1.3. Tecnologías de fabricación de CIDs Familias y subfamilias lógicas Familia TTL Familia CMOS Interconexión entre familias lógicas TEMA 2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN Y ÁLGEBRA DE BOOLE 2.1. Sistemas de numeración Sistemas de numeración simbólicos y posicionales Sistemas posicionales en base-b Sistemas binario, octal y hexadecimal 2.2. Aritmética binaria Aritmética de números naturales. Operaciones básicas. Aritmética de números enteros. Sistema de representación Ca2 Aritmética en coma flotante. El estándar IEEE 754/ Códigos binarios Codificación de la información El código BCD

4 El código Gray Códigos alfanuméricos: códigos ASCII y UNICODE Códigos de detección y corrección de errores 2.4. Álgebra de Boole Postulados y Teoremas del álgebra de Boole Representación de funciones booleanas TEMA 3. DISEÑO DE SISTEMAS COMBINACIONALES 3.1. Introducción a la lógica combinacional Análisis de sistemas combinacionales 3.2. Implementación de sistemas combinacionales Implementación directa Implementación básica de dos niveles Implementación basada en puertas NAND y NOR 3.3. Simplificación de funciones lógicas Justificación Simplificación basada en la aplicación de las leyes del Álgebra de Boole Simplificación basada en mapas de Karnaugh Simplificación basada en el método de Quine-McCluskey Funciones parcialmente especificadas Funciones de salida múltiple TEMA 4. FUNCIONES DE LA LÓGICA COMBINACIONAL 4.1. Comparadores Descripción Circuitos comerciales 4.2. Codificadores y decodificadores Descripción Circuitos comerciales Diseño basado en decodificadores 4.3. Convertidores de código Descripción Circuitos comerciales 4.4. Multiplexores y demultiplexores Descripción Circuitos comerciales Diseño basado en multiplexores 4.5. Sumadores y restadores binarios El semisumador El sumador completo de un bit El sumador de n bits con propagación de acarreo (RCA) El sumador de n bits con acarreo anticipado (CLA) El sumador-restador 4.6. Unidades Aritmético-Lógicas Descripción

5 Circuitos comerciales TEMA 5. SISTEMAS SECUENCIALES BÁSICOS 5.1. Introducción a la lógica secuencial 5.2. Biestables Concepto Clasificación funcional: S-R, J-K, D y T Biestables asíncronos o latches Biestables síncronos o flip-flops Parámetros de funcionamiento de los biestables 5.3. Registros Registros de almacenamiento Registros de desplazamiento Aplicaciones 5.4. Contadores Contadores asíncronos Contadores síncronos Diseño basado en detección de transiciones Aplicaciones TEMA 6. DISEÑO DE SISTEMAS SECUENCIALES 6.1. Introducción 6.2. Metodología general de diseño Los contadores como ejemplo de sistemas secuenciales El diagrama de estados y la tabla de transición de estados La codificación de estados La tabla de transiciones del biestable Las tablas de excitación del sistema y de salida Resumen de la metodología de diseño Ejemplos reales de diseño con CIs y sobre lógica reconfigurable 6.3. Detectores de secuencias Ejemplo de diseño 6.4. Máquinas de Moore y de Mealy Arquitectura de la máquina de Moore Arquitectura de la máquina de Mealy Metodología general de diseño de máquinas Mealy Comparativa Moore Vs Mealy Ejemplo de diseño 6.5. Eliminación de estados redundantes Concepto de estado redundante Eliminación directa Eliminación por partición

6 TEMA 7. MEMORIAS 7.1. Introducción 7.2. Principios de las memorias semiconductoras y clasificación Estructura general de terminales Descripción funcional 7.3. Memorias de Acceso Aleatorio (RAM) Memorias RAM estáticas (SRAM) Memorias RAM dinámicas (DRAM) 7.4. Memorias de sólo lectura (ROM) Memorias ROM de máscara Memorias ROM programables (PROM) Memorias ROM programables y borrables (EPROM) Memorias Flash 7.6. Expansión de Memorias Concepto Expansión de la longitud de palabra Expansión del número de palabras Módulos de memoria TEMA 8. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES PROGRAMABLES 8.1. Clasificación de los circuitos integrados digitales (CIDs) 8.2. CIDs Programables de Arquitectura Fija Concepto y clasificación La PAL (Lógica de matriz programable) La GAL (Lógica de matriz genérica) La PLA (Matriz lógica programable) 8.3. CIDs Programables de Arquitectura Configurable I: PLDs Concepto y clasificación Dispositivos lógicos programables simples (SPLDs) Dispositivos lógicos programables avanzados (APLDs) Dispositivos lógicos programables complejos (CPLDs) Ejemplos de CPLDs comerciales 8.4. CIDs Programables de Arquitectura Configurable II: FPGAs Concepto y clasificación Módulos Hardware Ejemplos de FPGAs comerciales 8.5. Flujo de diseño de la lógica programable Elementos básicos de programación Etapas de diseño TEMA 9. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS 9.1. Introducción Los sistemas de adquisición de datos

7 Procesamiento digital de la señal Muestreo de señales analógicas 9.2. Conversión Digital-Analógica El convertidor D/A con ponderación binaria El convertidor D/A en escalera R/2R 9.3. Conversión Analógica-Digital El ruido de cuantización Convertidores A/D sin realimentación. Convertidores A/D con realimentación Desviaciones respecto del comportamiento ideal Error de offset Error de ganancia Error de no-linealidad integral (INL) Error de no-linealidad diferencial (DNL) Monotonicidad y códigos perdidos Tiempo de conversión y tiempo de establecimiento Incertidumbre en el tiempo de muestreo TEMA 10. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROPROCESADOR Introducción El microprocesador Concepto y estructura interna Clasificación de los procesadores Evolución de los microprocesadores La Memoria La Jerarquía de Memorias Parámetros característicos La Memoria Caché El sistema de Entradas/Salidas Concepto Dispositivos de E/S Interconexión. Concepto de bus y tipos Programación de sistemas basados en microprocesador Lenguajes máquina y ensamblador Tipos de instrucciones Modos de direccionamiento Introducción a los lenguajes de alto nivel 10.6 Microcontroladores y Procesadores Digitales de Señal Microcontroladores Procesadores Digitales de Señal (DSPs) PROGRAMA DE PRÁCTICAS PRÁCTICA 1 COMPARATIVA DE FAMILIAS LÓGICAS

8 PRÁCTICA 2 DISEÑO DE SISTEMAS COMBINACIONALES SIMPLES PRÁCTICA 3 DISEÑOS CON FUNCIONES DE LA LÓGICA COMBINACIONAL PRÁCTICA 4 DISEÑO DE UN SISTEMA SECUENCIAL BÁSICO PRÁCTICA 5 DISEÑO DE UN SISTEMA SECUENCIAL COMPLEJO PRÁCTICA 6 DISEÑO DE UN SISTEMA DIGITAL BASADO EN MEMORIA PRÁCTICA 7 DISEÑO SOBRE LÓGICA RECONFIGURABLE PRÁCTICA 8 ESTUDIO DEL CONVERTIDOR ANALÓGICO/DIGITAL PRÁCTICA 9 ESTUDIO DE UN SISTEMA BASADO EN PROCESADOR RISC Criterios de evaluación Criterios de evaluación Vinculación con los objetivos 1. Asimilación de los conocimientos de la asignatura 1-9, Resolución de problemas a partir de los conocimientos teóricos 1-4, 7-8, Preparación previa de las prácticas de la asignatura y correcta interpretación de los resultados obtenidos 4. Organización, capacidad de síntesis y elaboración de conclusiones en los trabajos de seguimiento de cada tema 1-8, Seguimiento y Tutorías ECTS Actividades e instrumentos de evaluación Realización de las tareas de seguimiento de cada tema Trabajo previo, actitud y resultados obtenidos en las prácticas de laboratorio 10% (NR) 30% Examen final Resolución de cuestiones teórico/prácticas 60% Nota: Para superar la asignatura es imprescindible alcanzar una nota mínima de 3 sobre 10 en cada una de las cuatro partes evaluadas (tareas de seguimiento, prácticas de laboratorio, examen de teoría y examen de problemas)

9 Bibliografía [Anasagasti, 1998] Pedro de Miguel Anasagasti. Fundamentos de los Computadores (6ª Edición). Paraninfo, 1998 [Angulo y otros, 2007] J. M Angulo, I. Angulo y A. Etxebarría. Microcontroladores PIC. Diseño práctico de aplicaciones 1ª parte (4ª Edición). McGraw-Hill, 2007 [Angulo y otros, 2006] J. M Angulo, B. García, I. Angulo y J. Vicente. Microcontroladores Avanzados dspic. Thomson, 2006 [Baena y otros, 1997] C. Baena, M. J. Bellido, A. J. Molina, M. P. Parra y M. Valencia. Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales. McGraw-Hill, [Blanco, 2005] Cecilio Blanco. Fundamentos de Electrónica Digital. Thomson, 2005 [Deschamps, 2002] Jean-Pierre Deschamps. Síntesis de Circuitos Digitales. Un enfoque algorítmico. Thomson, [Fiore, 2002] James M. Fiore. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. Thomson, 2002 [Floyd, 2006] Thomas L. Floyd. Fundamentos de Sistemas Digitales (9ª Edición). Prentice-Hall, 2006 [García, 2003] Javier García. Problemas resueltos de Electrónica Digital. Thomson, [García y Pérez, 2006] José M. García y Emilio J. Pérez. Dispositivos Lógicos Programables (PLD). Ra-Ma, [Hayes, 1996] John P. Hayes. Introducción al diseño lógico digital. Addison-Wesley, [Johns y Martin, 1997] David Johns y Ken Martin. Analog Integrated Circuit Design. John Wiley & Sons, [Mandado y otros, 2002] E. Mandado, L. J. Álvarez y M. D. Valdés. Dispositivos Lógicos Programables y sus aplicaciones. Thomson, [Mazo y otros, 1995] M. Mazo, I. Fernández, J. Ureña, J. L. Lázaro, L. M. Bergasa, E. Santiso, P. Martín, J. M. Villadangos y F. Espinosa. Circuitos Electrónicos Digitales. Servicio de publicaciones de la Universidad de Alcalá, [Mazo y otros, 1997] M. Mazo, J. Ureña, C. Matáix, I. Fernández, J. L. Lázaro, L. M. Bergasa, E.

10 Santiso, P. Martín, J. M. Villadangos, M. A. Sotelo y R. Mateos. Problemas de Electrónica Digital. Servicio de publicaciones de la Universidad de Alcalá, [Marcovitz, 2005] Alan B. Marcovitz. Diseño digital (2ª Edición). McGraw-Hill, [Roth, 2004] Charles H. Roth, Jr. Fundamentos de diseño lógico (5ª Edición). Thomson, [Stallings, 2006] W. Stallings. Organización y Arquitectura de Computadores (7ª Edición). Prentice-Hall, [Taub, 1982] Herbert Taub. Circuitos digitales y microprocesadores. McGraw-Hill, 1982 [Tavernier, 1994] Christian Tavernier. Circuitos lógicos programables. Paraninfo, [Uyemura, 2000] John P. Uyemura. Diseño de Sistemas Digitales. Un enfoque integrado. Thomson, Tutorías Horario Lugar Lunes Martes 12:00-14:00 Despacho B110 del Edificio de Físicas Miércoles Jueves 12:00-14:00 Viernes 12:00-14:00 Despacho B110 del Edificio de Físicas Despacho B110 del Edificio de Físicas