Electrónica Digital Área de Ingeniería Mecatrónica Carrera/programa de Ingeniería Electrónica e Ingeniería Electromecánica

Transcripción

1 Programa del curso MT-4001 Electrónica Digital Área de Ingeniería Mecatrónica Carrera/programa de Ingeniería Electrónica e Ingeniería Electromecánica

2 I parte: Aspectos relativos al plan de estudios 1 Datos generales Nombre del curso: Código: Tipo de curso: Electivo o no: Electrónica Digital MT-4001 Teórico No Nº de créditos: 3 Nº horas de clase por semana: 4 Nº horas extraclase por semana: 5 % de las áreas curriculares: Ubicación en el plan de estudios: Requisitos: Correquisitos: El curso es requisito de: Asistencia: Suficiencia: Posibilidad de reconocimiento: 4 to semestre MT-3001 Electrónica analógica, CA-3125 Análisis y diseño de Algoritmos MT-4002 Laboratorio de Electrónica Digital MT-4011 Sensores y actuadores Libre Si Si Vigencia del programa: II semestre 2015 Escuela de Ingeniería Electrónica Área en Ingeniería Mecatrónica Página 2 de 5

3 2 Descripción general El desarrollo de las tecnologías digitales ha permitido que actualmente los sistemas digitales se encuentren incluidos en una amplia variedad de actividades humanas, por ejemplo en aplicaciones en las áreas de salud, comunicaciones, educación, producción automatizada de bienes y servicios, etc. Por tanto, este curso brindará al estudiante los fundamentos de las técnicas y herramientas disponibles hoy en día para el diseño de sistemas digitales que resuelvan problemas de distinta índole. Durante el curso se presentarán los fundamentos de la electrónica digital, funciones lógicas y diseño de circuitos combinacionales, aritméticos y secuenciales, así como las prácticas más comunes utilizadas en este campo, con la finalidad de desarrollar sistemas digitales que mezclen características combinacionales y secuenciales. 3 Objetivos generales 1. Definir los conceptos básicos y el rango de acción de los sistemas digitales. 2. Dominar los distintos sistemas numéricos de representación de datos y los códigos binarios usados en el proceso digital de información. 3. Comprender las características de las tecnologías electrónicas esenciales usadas en la fabricación de sistemas digitales. 4. Conocer los principios del diseño lógico combinacional, los axiomas que lo gobiernan, y las técnicas para su análisis. 5. Dominar las prácticas fundamentales de diseño de sistemas combinacionales lógicos y aritméticos. 6. Decidir sobre el uso de circuitos combinacionales lógicos y aritméticos en la solución de problemas. 7. Conocer los principios del diseño lógico secuencial, los axiomas que lo gobiernan, y las técnicas para su análisis. 8. Dominar las prácticas fundamentales de diseño y análisis de sistemas secuenciales de almacenamiento de información y control. 9. Decidir sobre el uso de circuitos secuenciales en la solución de problemas. 10. Desarrollar el hardware de un controlador digital. 11. Aplicar correctamente los criterios de diseño del software para un controlador digital. 12. Discutir el diseño y uso de diversas máquinas secuenciales de estados finitos para la solución de problemas específicos. 4 Contenidos Principios y usos de los sistemas digitales (1/2 semana) 1. Diseño. 2. Definición de sistema digital. 3. Diferencias entre sistema analógico y sistema digital. 4. Diferentes usos de los sistemas digitales. 5. Representación de información digital por medio de variables y funciones binarias. 6. Definición de operadores lógicos. 7. Tablas de verdad. Características internas de las compuertas lógicas (1 ½ semana) 1. Implementación electrónica de funciones lógicas. 2. Tecnologías de fabricación de compuertas: CMOS y TTL. 3. Análisis de circuitos electrónicos de compuertas lógicas. 4. Características eléctricas estáticas y dinámicas de las familias lógicas. 5. Familias lógicas comerciales. 6. Transceptores y buses. Escuela de Ingeniería Electrónica Área en Ingeniería Mecatrónica Página 3 de 5

4 Sistemas numéricos y códigos binarios (1 semana) 1. Sistemas numéricos posicionales 2. Sistema binario 3. Sistemas octal y hexadecimal 4. Conversiones generales entre sistemas numéricos posicionales 5. Definición y clasificación de los códigos binarios. 6. Códigos binarios más utilizados: Código binario natural Código BCD natural Códigos UDC Códigos alfanuméricos Códigos de detección y corrección de errores Códigos para el almacenamiento y transmisión en serie 7. Representación de números signados. 8. Aritmética binaria. Funciones y circuitos lógicos (3 semanas) 1. Representación de funciones lógicas 2. Álgebra de conmutación 3. Análisis de circuitos combinacionales 4. Síntesis de circuitos combinacionales 5. Riesgos de temporización Circuitos Combinacionales (1 semana) 1. Codificadores. 2. Decodificadores. 3. Multiplexadores (MUX). 4. Demultiplexadores (DEMUX). 5. Memorias combinacionales (ROM). Circuitos Aritméticos (2 semanas) 1. Medio sumador. 2. Sumador completo. 3. Sumador paralelo. 4. Cálculo adelantado del acarreo. 5. Aritmética en complemento a dos. 6. Resta binaria 7. Multiplicación y división binaria. 8. Unidades lógico-aritméticas (ALU) 9. ALUs complejas y registros de banderas 10. Desplazadores circulares Circuitos secuenciales (3 semanas) 1. Elementos biestables 2. Cerrojos y Flip-flops 3. Registros y cerrojos de bits múltiples 4. PLD secuenciales 5. Contadores 6. Registros de corrimiento 7. Metodología del diseño sincrónico 8. Impedimentos para el diseño sincrónico 9. Sesgo del reloj 10. Disparo del reloj 11. Entradas asincrónicas 12. Metastabilidad y fallas de sincronía Escuela de Ingeniería Electrónica Área en Ingeniería Mecatrónica Página 4 de 5

5 Máquinas secuenciales de estados finitos (4 semanas) 1. Análisis de una máquina de estados finitos sincrónica temporizada (FSM) 2. Máquina de Moore. 3. Máquina de Mealy. 4. Funciones, variables y estados. 5. Diseño de una FSM sincrónica temporizada 6. Diseño de una FSM con diagramas de estado 7. Asignación y reducción de estados. 8. Diseño de controladores basados en flip flops. 9. Diseño de controladores MSI. 10. Diseño de controladores basados en memorias (microprogramados). II parte: Aspectos operativos 5 Metodología de enseñanza y aprendizaje Clases magistrales complementadas con: discusiones acerca de aspectos teóricoprácticos, solución de ejemplos en clase, análisis de casos y aprendizaje basado en solución de problemas. Se podría complementar el aprendizaje con tutorías y trabajos extra clase. 6 Evaluación Para la evaluación del curso se van a utilizar como instrumentos principales los exámenes, todos parciales y con un valor del 28% cada uno de la nota final. Las fechas respectivas de estas evaluaciones son: 10 de setiembre, 15 de octubre y 17 de noviembre. Se complementa la evaluación con trabajos en clase, que consiste en la solución de una serie de problemas de cierta complejidad que requieren de herramientas de software para ser resueltos; finalmente se harán unos 3 exámenes cortos de igual valor que los trabajos en clase y al menos 3 tareas. Todos estos instrumentos de evaluación tienen un peso en conjunto de 16% de la nota final 7 Bibliografía Tocci, Ronald.( 2007).Sistemas. Digitales. (10a. ed.). México, DF: Prentice Hall. Wakerly, J.F. (2001). Diseño digital. Principios y prácticas. México DF: Prentice Hall. Mano, M. Morris.(2003). Diseño Digital. (3a. ed.). México DF: Pearson-Prentice Hall. Lloris, A. (1996). Diseño lógico. Madrid, España: Mc Graw Hill. 8 Profesor Juan Carlos Jiménez Licenciatura en Ingeniería electrónica Especialidad: Máquinas Eléctricas y Electrónica de Potencia tel. of Consulta: miércoles y viernes de 2 4:50 PM, Oficina 15, Escuela de Ingeniería Electrónica Escuela de Ingeniería Electrónica Área en Ingeniería Mecatrónica Página 5 de 5