UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE SISTEMAS 1. INFORMACIÓN GENERAL 1.1 Nombre y código de la asignatura: CIRCUITOS DIGITALES Número de créditos : Número de horas semanales : : 02 horas, : 02 horas, : 02 horas 1.4 Ciclo de estudio: IV 1.5 Periodo Académico: II 1.6 Pre-requisitos : Electromagnetismo 1.7 Profesores: Omar Casimiro Pariasca (Coord.) 2. SUMILLA Sistemas de numeración. Álgebra de BOOLE. Compuertas lógicas. Mapas de Karnaugh. Minimización de funciones boolelanas. Análisis y síntesis de circuitos combinacionales. Codificadores. Decodificadores. Multiplexores. Demultiplexores Latches FLIP-FLOPS, Registros, Contadores. 3. COMPETENCIA GENERAL Analizar y diseñar Circuitos Combinatorios y Circuitos Secuenciales de aplicación real en las Microcomputadoras, Utilizar de manera óptima Circuitos Integrados de baja y media escala de integración, Diseñar y modelar con propiedad Sistemas Digitales de aplicación real utilizando con Máquinas de Estados Finitas (FSM). Iniciar el estudio del área de los Circuitos digitales, Interpretar el álgebra de Boole como base teórica para los mismos, Interpretar el manejo de los sistemas de numeración como elementos de representación de información, Utilizar el sistema de numeración binaria y sus códigos derivados, Comprender los conceptos de sistemas digitales programados y programables, Identificar los distintos tipos de Circuitos digitales programados: combinatorios y secuenciales, Utilizar las herramientas básicas de análisis, diseño e implementación aplicables a los mismos, Analizar las unidades elementales de utilización frecuente en circuitos digitales, Comprender 1

2 los conceptos básicos sobre electrónica digital que permitan el uso de manuales de especificación técnica de circuitos integrados, Adquirir conceptos sobre depuración y puesta en marcha de implementaciones de circuitos digitales y su simulación mediante el uso de programas de computación. 4. PROGRAMACIÓN 1º Semana: INTRODUCCION A LOS CIRCUITOS DIGITALES Introducción a los sistemas digitales. Conceptos básicos. Magnitudes analógicas. Magnitudes digitales. Su representación y medición. La necesidad de la utilización de las magnitudes digitales para representar magnitudes analógicas. Evolución hacia los circuitos integrados Concepto de conversión analógico-digital y de conversión digital-analógica. del muestreo de señales Uso del Multímetro, Protoboard, Dispositivos Eléctricos y Electrónicos (C, R, LED, CI), Uso del Software de simulación Winbreadboard. 2º Semana: SISTEMAS NUMÉRICOS Y CODIFICACIÓN Introducción. Sistemas Posicionales. Representación de números enteros y fraccionarios. Conversión entre sistemas de numeración. Sistemas básicos utilizados en los sistemas digitales: sistema binario, sistema octal, sistema hexadecimal. Conversión directa entre estos sistemas. Representación de números negativos. Complemento a dos. Operaciones aritméticas. Sumas y restas con números enteros y fraccionarios. Algoritmos para la multiplicación y división en el sistema binario. Codificación binaria. Utilización de códigos para la representación binaria de números o de textos. Códigos numéricos BCD, GRAY. Códigos alfanuméricos. Paridad. Códigos para detección de errores. Códigos para corrección de errores. Ejercicios y problemas de conversión y operaciones aritméticas entre sistemas de numeración con números enteros y fraccionarios. Implementación de circuitos de conversión decimal a binario, binario a decimal, conversión de binario a octal 3º Semana: ALGEBRA BOOLEANA Y COMPUERTAS LOGICAS Postulados del Álgebra de Boole, Compuertas universales AND, OR, NOT. Representación alternas de las compuertas lógicas. Ejercicios y problemas de Aplicación de los postulados del algebra de conmutación, familiarización con el empleo de las compuertas lógicas. Comprobación de las tablas de verdad de las Compuertas lógicas básicas AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR. 2

3 4º Semana: FUNCIONES LÓGICAS Las funciones lógicas como derivado del álgebra de proposiciones. Tablas de verdad. Funciones básicas. Funciones lógicas de dos variables. Funciones equivalentes. Compuertas lógicas como elemento de representación de las funciones básicas. Funciones de n variables. Representación de funciones mediante tablas de verdad y mediante ecuaciones lógicas. Relación entre ambos tipos de representación. Representación de funciones lógicas en dos niveles. Formas canónicas. Términos mínimos y términos máximos de una función. Ejercicios de aplicación de funciones lógicas y su representación en forma canónica y términos máximos y términos mínimos Implementación de circuitos combinatorios usando Álgebra de Conmutación (Boole). 5º Semana: ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITOS COMBINATORIOS Circuitos lógicos combinatorios. Implementación de funciones lógicas mediante la utilización de compuertas. Funciones lógicas equivalentes y el concepto de simplificación. Distintos métodos para la simplificación de funciones lógicas: simplificación por inspección, simplificación por métodos gráficos (Diagramas de Veitch y de Karnaugh) de 2, 3, 4 y 5 variables, simplificación por métodos algorítmicos (Quine - McCluskey). Implementación de funciones lógicas. Ejercicios de aplicación del empleo de los mapas V-K, de Quine McClauskey, problemas de diseño combinatorio. Diseño de circuitos combinatorios empleando mapas de Karnaugh. 6º Semana: BLOQUES COMBINATORIOS ARITMETICOS Circuitos lógicos combinatorios. Aplicaciones funcionales. Circuitos aritméticos. Sumadores. Restadores, Unidad Lógica y Aritmética (ALU). Comparadores binarios. Ejercicios y problemas de Circuitos sumadores y restadores asociación de sumadores y ALU. Implementación con compuertas lógicas de un semi-sumador, sumador completo, semi-restador, restador completo, aplicación del CI sumador de un sumador restador. 7º Semana: BLOQUES COMBINATORIOS LÒGICOS Codificadores y Decodificadores. Conversores de códigos, Multiplexores y Demultiplexores. Implementación de funciones mediante decodificadores y multiplexores. Memoria ROM. Análisis de riesgos en circuitos combinatorios Ejercicios de implementación y aplicaciones de funciones con bloques combinatorios lógicos. 3

4 Implementación del Decodificador BCD a 7 segmentos y Codificador de Prioridad. Multiplexores y Demultiplexores, Comparadores. 8º Semana EXAMEN PARCIAL 9º Semana: FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS SECUENCIALES Circuitos Secuenciales: Conceptos de estado y realimentación Concepto de sincronismo. Tipos de sincronismo Técnicas de representación de circuitos secuenciales Concepto de biestable Tipos de biestables, Parámetros temporales de los biestables, Biestables S-R síncrono con compuertas NAND y compuertas NOR. Ejercicios con circuitos latch, temporización. Implementación de circuitos latch, comprobación de las tablas de estados. 10º Semana: CIRCUITOS SECUENCIALES Biestables D, Biestables J-K Biestables T, Biestables maestro-esclavo, Tablas de verdad y tablas de excitación de los biestables Conversión entre biestables, Biestables síncronos activados por flancos con habilitación de entrada y/o de salida (Biestables Con Entradas Asíncronas) Diagramas temporales de los Biestables. Ejercicios con Flip Flops, asociación de Flip Flops, conversión entre Biestables, temporización con entradas síncronas y asíncronas. Comprobación de las tablas de los Flip Flops D, JK, con y sin entradas asíncronas 11º Semana: ANÁLISIS DE CIRCUITOS SECUENCIALES Definiciones previas, variables de estado, variables de excitación, Tablas y diagramas de estado. Metodología de análisis de circuitos secuenciales. Análisis temporal Aplicaciones de análisis de circuitos secuenciales con diferentes tipos de Flip Flops, temporización y evaluación de salidas Implementación de circuitos con dos o más Flip Flops. Análisis temporal del circuito 12º Semana: DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES Técnicas de diseño de circuitos secuenciales con Flip Flops, uso de las tablas de excitación de los Flip flops. Ejercicios de diseño con aplicación de la metodología de diseño de circuitos secuenciales. 4

5 Diseño e Implementación de circuito secuenciales. 13º Semana: REGISTROS Concepto de registro. Tipos de registros. Tipos de entradas en los registros. Registros de almacenamiento paralelo. Registros de desplazamiento serie/serie. Registros de conversión serie/paralelo. Registros de conversión paralelo/serie. Registros de desplazamiento. Registros programables universales. Interconexión de registros. Banco de registros. Ejercicios de análisis y diseño de registros con Flip Flops y Bloques secuenciales. Implementación de registro con Flip flops y módulos secuenciales 14º Semana: CONTADORES Concepto de Contador. Tipos de contadores. Contadores asíncronos. Contadores síncronos. Diagramas temporales, Contador síncrono ascendente módulo 2n-1.Contador síncrono descendente módulo 2n-1. Contador síncrono reversible módulo 2n-1.Contador síncrono A-B. Divisor de frecuencia. Asociación de contadores síncronos Ejercicios de análisis y diseño de contadores con Flip Flops y bloques secuenciales. Implementación de circuitos contadores con Flip Flops y bloques secuenciales 15º Semana: Máquina Finita De Estados (FSM). Concepto de máquina finita de estados (FSM).Tipos de FSM, Máquina de Mealy. Máquina de Moore. Síntesis de FSM, Síntesis de máquinas de Mealy, Síntesis de máquinas de Moore. Minimización de maquinas de estado, tabla de implicación, análisis de FSM, Análisis de máquinas de Mealy. Análisis de máquinas de Moore. Sincronización de entradas en máquinas secuenciales. Ejercicios de aplicación de diseño de máquinas de estado, aplicando la metodología y la técnica de reducción de estados. Implementación de diseños de máquinas de estado de aplicación real. 16º Semana EXAMEN FINAL 17º Semana EXAMEN SUSTITUTORIO 5

6 5. ESTRATEGIA DIDÁCTICA En las clases de teoría predomina la clase magistral apoyada con pizarra, transparencias y/o equipo multimedia, fomentando la intervención de los estudiantes mediante interrupciones como respuesta a preguntas o manifestaciones espontáneas. En las clases practicas, el método preferentemente empleado será el inductivo o experimental, al comienzo de la clase práctica se facilitará al estudiante la información necesaria, así como una guía de realización. En los laboratorios, Guía de cada uno de los laboratorios a implementar con control de asistencia. 6. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE El alumno será evaluado de la siguiente forma: a.-) En prácticas se exigirá al alumno la presentación de una memoria o trabajo por cada práctica realizada la cual será evaluada. La nota final de la carpeta de prácticas será la media de las notas obtenidas en las prácticas. Los exámenes de conocimientos adquiridos durante las prácticas serán tres (03) en cada tercio del total del curso. b.-) En teoría se realizarán dos exámenes: un examen parcial a mitad de semestre y otro examen al final del semestre. c.-) En se tomará en cuenta la asistencia, y las guías de laboratorio implementadas en perfecto estado de funcionamiento. La asignatura se considerará superada si se han aprobado simultáneamente, las prácticas y la teoría, además de los laboratorios. PF= (EP + EF+ PPL)/3 donde: PF : Promedio Final EP : Examen Parcial PPC= ( PPC + PL)/2 EF : Examen Final PPC : Promedio de s Calificadas PL : Promedio de PPL : Promedio de s y 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales Nelson, Troy, Carroll, Irwin. Prentice Hall.1996 Diseño Digital. Principios y s Wakerly, John F. Prentice Hall Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales Carmen Baena Manuel Bellido Alberto Molina María del Pilar Parra Manuel Valencia Mc -Graw Hill Fundamentos de los Sistemas Digitales Thomas Floyd Ed. Prentice Hall Diseño Digital Alan B.Marcovitz Mc Graw Hill Interamericana