I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L SECRETARÍA ACADÉMICA PROGRAMA SINTÉTICO

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real SEMESTRE: Noveno OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá Sistemas de Procesamiento Digital de Señales capaces de generar resultados en tiempo real, mediante el empleo de algoritmos para la adquisición y el procesamiento de datos a través de una computadora personal y/o un Procesador Digital de Señales. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción I. Programación de Sistemas en Tiempo Real II. Procesadores Digitales de Señales III. Aplicaciones METODOLOGÍA: Búsqueda y selección por parte del alumno, de la información bibliográfica que complemente el material que expone el profesor en el aula. Resolución de ejercicios y problemas teóricos por parte de los alumnos. Diseño e implementación de cada uno de los sistemas de procesamiento propuestos en las prácticas de laboratorio. Elaboración y presentación de un proyecto de aplicación final que requiera en su diseño y montaje de la aplicación de al menos un 80% de los contenidos del curso. Elaboración y presentación de los reportes escritos correspondientes a cada una de las prácticas de laboratorio y el proyecto de aplicación final. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes parciales, y en su caso, un examen extraordinario para evaluar los aspectos teóricos del curso. Presentación por parte del alumno de un proyecto de aplicación final que funcione de acuerdo a los parámetros establecidos en su diseño. Evaluación de cada uno de los reportes de las práctica de laboratorio. Evaluación de tareas y trabajos extra clase. BIBLIOGRAFIA. Bateman, Andrew & Paterson-Stephens. The DSP Handbook: Algorithms, Applications and Design Techniques. Prentice Hall PTR, Reino Unido, pp. Burns, Alan & Wellings Andy. Real Time Systems and Programming Languages. Addison Wesley, 3 rd edition, USA, pp. Ceballos S. Francisco Javier, Enciclopedia del Lenguaje C++, Editorial Ra-ma. España, pp. Oppenheim, Alan V., Shafer Ronald W., Buck John R. Tratamiento de Señales en Tiempo Discreto, Prentice Hall, España pp.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Computación COORDINACIÓN: Academia de Computación DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real SEMESTRE: Noveno CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HRS/SEMANA/TEORÍA: HRS/SEMANA/PRÁCTICA: HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 54.0 HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0 HRS/TOTALES: 81.0 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Computación de ICE ESIME Zacatenco REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Zacatenco. AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN. Ing. Ernesto Mercado Escutia M. en C. Jesús Reyes García

3 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE HOJA: 2 DE 9 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA El avance de la tecnología en las ramas de la Computación, Telecomunicaciones y Microelectrónica es cada día más acelerado y permite el procesamiento de información digital en volúmenes cada vez mayores, del orden de los billones o trillones de bytes. Gracias al desarrollo de cada una de las áreas arriba mencionadas, la posibilidad de manejar, almacenar y procesar cantidades de información digital tan enormes en tiempos cada vez más reducidos, es una realidad. El desarrollo y empleo a nivel industrial y comercial de sistemas electrónicos que permiten adquirir, y procesar señales digitales de audio, de imágenes fijas o en movimiento y datos, cada día va en aumento, representando el actualidad el mercado de mayor crecimiento económico tantos en los países desarrollados como en las naciones con economías emergentes, como la de nuestro país. Y dicha tendencia lejos de disminuir tiende a ser cada día mayor, con expectativas de crecimiento continuo a lo largo de los próximos veinte años por lo menos, según las investigaciones más recientes. Por otra parte, el desarrollo de las técnicas de Procesamiento Digital de Señales se convirtió en los últimos años en una de las áreas de investigación de mayor crecimiento y con mayor aportación de innovaciones y patentes en todo el mundo. Como ejemplos de lo anterior podemos mencionar el desarrollo de la Internet y los sistemas de captura, transmisión, compresión y descompresión de señales audio y video digital asociados con la transmisión de datos a través de la Red Mundial de Redes. Sin embargo, el campo de aplicación no termina ahí, ya que a sido posible extender el uso de tales sistemas a los sistemas modernos de telecomunicaciones como la telefonía celular, la Medicina, Sistemas de Control a Distancia, la Bioelectrónica y la Robótica, Visión Artificial, Informática, etc. Por lo tanto, es indispensable que para cubrir la demanda cada vez más creciente de Ingenieros especializados en las áreas de Procesamiento Digital de Señales en Tiempo Real, que además complementen su formación con sólidos conocimientos de Programación y diseño de circuitos electrónicos que les permitirá para tener una visión completa del diseño, funcionamiento e implementación de Sistemas en Tiempo Real, se impartirá el presente curso. Además, se proporcionan los elementos fundamentales que permitan al alumno continuar sus estudios en el área posteriormente, ya sea a través de cursos de especialización o bien en alguno de los múltiples estudios de posgrado del área de Ingeniería Eléctrica que requieren el conocimiento del procesamiento digital de señales en tiempo real. Las asignaturas antecedentes son: Fundamentos de programación, Programación orientada a objetos, Circuitos digitales, Microprocesadores, Diseño con microcontroladores, Arquitectura de computadoras, Redes de computadoras, Mediciones, Dispositivos, Electrónica digital, Electrónica lineal, Señales y sistemas de control clásico, Muestreo y modulación digital y Procesamiento digital de señales. Las asignaturas colaterales son: Aplicaciones de redes de computadoras, Visión por computadora, Inteligencia artificial y Proyecto terminal II. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará y construirá Sistemas de Procesamiento Digital de Señales capaces de generar resultados en tiempo real, mediante el empleo de algoritmos para la adquisición y el procesamiento de datos a través de una computadora personal y/o un Procesador Digital de Señales.

4 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 3 DE 9 No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará las características, arquitectura y clasificación de los sistemas de procesamiento en tiempo real en el diseño a bloques de un proyecto de aplicación. No. TEMA Definición de sistema en tiempo real. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Características de los sistemas en tiempo real. T P EC 0.5 2B, 5B 6C, 8C 1.3 Arquitecturas Clasificación Lenguajes de programación Hardware para el procesamiento digital de señales en tiempo real. Interfases de E/S en la computadora personal (PC) Procesadores digitales de Señales. Tarjetas de adquisición de datos. 1.7 Aplicaciones. 1.0 Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta bibliográfica sobre las propiedades fundamentales de los sistemas de procesamiento en tiempo real. Elaboración de un reporte escrito sobre los temas consultados, con el cual complementará la información presentada por el profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen parcial abarcará las unidades I y II y representa el 60% de la evaluación del primer periodo, los trabajos extra-clase 10% y las prácticas de laboratorio 30%.

5 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 4 DE 9 No. UNIDAD II NOMBRE: Programación de Sistemas en Tiempo Real OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno identificará las técnicas de programación empleadas en los sistemas de tiempo real y aplicará la programación de bajo y alto nivel para la implementación de una tarjeta adquisición de datos conectada a una computadora personal. No. TEMA Programación secuencial. Programación concurrente. Aplicaciones. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC 2B, 5B 6C, 8C 2.3 Interacción entre procesos Sincronización. Por exclusión mútua. Por variables compartidas Comunicaciones en sistemas concurrentes. Canales de comunicación. Invocación remota. Espera selectiva Sistemas de tiempo real programados en una Computadora Personal (PC). Interfaces de E/S de la PC Buses de la PC Tarjetas de red. Tarjetas de adquisición de datos. Programación del sistema en bajo y alto nivel. Desarrollo 7.5 Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental con la guía del profesor, en medios como libros, manuales técnicos, artículos de investigación científica y por medio de Internet. Realización de prácticas de programación en el laboratorio de sistemas en tiempo real. Elaboración de un proyecto de aplicación. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Evaluación de los reportes y circuitos de las prácticas 1, 2, 3 y 4 constituyen el 30% y los trabajos extra clase constituyen el 10% de la calificación del primer periodo. Al finalizar la presente unidad se aplicará el primer examen parcial, que constituye el 60% de la calificación.

6 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 5 DE 9 No. UNIDAD III NOMBRE: Procesadores Digitales de Señales. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno describirá la arquitectura, familias y herramientas de desarrollo de aplicaciones de un Procesador Digital de Señales (DSP) y comprobará su funcionamiento a través de la programación en lenguaje ensamblador y en lenguaje C. No. TEMA Procesador digital de señales (DSP) Definición. Arquitectura interna. Familias y evolución histórica. Ejemplos de aplicación. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC 1.0 1B, 3B 11C, 12C Hardware de un sistema de procesamiento basado en un DSP. Memoria interna. Memoria externa. Interfases de entrada/salida Programación de un DSP Modelo de programación. Modos de direccionamiento. Conjunto de instrucciones Herramientas para el desarrollo de aplicaciones. Sistema de desarrollo. Simulador. Ensamblador. Compilador de lenguaje C. 2.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental con la guía del profesor, en medios como libros, manuales técnicos, artículos de investigación científica y por medio de Internet. Realización de prácticas de programación en el laboratorio de sistemas en tiempo real. Presentación de avances en el desarrollo del proyecto final. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN La evaluación escrita de esta unidad constituye el 60% del segundo periodo, la evaluación de los reportes y circuitos de las prácticas 5, 6, 7 y 8 constituye el 30% y los trabajos extra-clase constituyen el 10%. Al finalizar esta unidad se aplicará el segundo examen parcial.

7 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 6 DE 9 No. UNIDAD III NOMBRE: Procesadores Digitales de Señales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno describirá la arquitectura, familias y herramientas de desarrollo de aplicaciones de un Procesador Digital de Señales (DSP) y comprobará su funcionamiento a través de la programación en lenguaje ensamblador y en lenguaje C. No. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Desarrollo de algoritmos de propósito general. Programación de subrutinas en lenguaje ensamblador. Programación de funciones en lenguaje C. Programación de rutinas de comunicación por medio de los puertos paralelo y serie del DSP. T P EC B, 3B 11C, 12C Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental con la guía del profesor, en medios como libros, manuales técnicos, artículos de investigación científica y por medio de Internet. Realización de prácticas de programación en el laboratorio de sistemas en tiempo real. Presentación de avances en el desarrollo del proyecto de aplicación. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN La evaluación escrita de esta unidad constituye el 60% del segundo periodo, la evaluación de los reportes y circuitos de las prácticas 5, 6, 7 y 8 constituye el 30% y los trabajos extra-clase constituyen el 10%. Al finalizar esta unidad se aplicará el segundo examen parcial.

8 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 7 DE 9 No. UNIDAD IV NOMBRE: Aplicaciones OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno empleará un Procesador Digital de Señales en el diseño y construcción de un sistema de procesamiento digital de señales en tiempo real. No. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Sistemas de procesamiento digital de señales en tiempo real. Diagrama general a bloques. Etapa de acondicionamiento de la señal analógica. Conversión de señales analógicas a digitales. Conversión de señales digitales a analógicas. Convolución discreta. Correlación discreta. T P EC 1B, 4B 7C, 9C, 10C Introducción al filtrado digital. Diseño de filtros digitales. Implementación de filtros digitales Procesamiento digital de señales de audio. Filtrado. Compresión. Ejemplos de diseño Procesamiento digital de imágenes. Imágenes fijas. Imágenes dinámicas. Ejemplo de un sistema de captura y procesamiento en tiempo real de video digital. Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental con la guía del profesor, en medios como libros, manuales técnicos, artículos de investigación científica y por medio de Internet. Realización de prácticas de programación en el laboratorio de sistemas en tiempo real. Presentación del proyecto final. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN La evaluación escrita de esta unidad constituye el 20% del tercer periodo, la evaluación de los reportes y circuitos de las prácticas 9 y 10 de laboratorio constituyen el 20% y la presentación del proyecto final constituye el 60%. Al término de esta unidad se aplicará el tercer examen parcial.

9 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 8 DE 9 RELACION DE PRÁCTICAS PRACT. No NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Programación concurrente en la PC. Sincronización de procesos. Comunicación de sistemas concurrentes. II II II Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de sistemas en tiempo real de la especialidad de Computación. 4 Diseño y programación de una tarjeta de adquisición de datos para la PC. II 5 Sistema de desarrollo de un procesador digital de señales (DSP). III 6 Modelo de programación de un DSP III 7 Herramientas de desarrollo del DSP III 8 Programación en lenguajes de bajo y alto nivel de un DSP III 9 Procesamiento digital de señales en tiempo real IV 10 Filtros digitales IV 11 Proyecto de aplicación final con señales de audio y/o imágenes. IV

10 ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real CLAVE: HOJA: 9 DE 9 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN I y II III IV 60% examen escrito + 30% prácticas de laboratorio + 10% trabajos extra clase. 60% examen escrito + 30% prácticas de laboratorio + 10% trabajos extra clase. 20% examen escrito + 20% prácticas de laboratorio + 60% proyecto final. La calificación final se obtendrá de promediar las evaluaciones anteriores. NOTA: Para aprobar la asignatura se requiere obtener calificación aprobatoria en el promedio de los exámenes escritos y en el proyecto final. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 Bateman, Andrew & Paterson-Stephens. The DSP Handbook: Algorithms, Applications and Design Techniques. Prentice Hall PTR, Reino Unido, pp. 2 Burns, Alan & Wellings Andy. Real Time Systems and Programming Languages. Addison Wesley, 3 rd edition, USA, pp. 3 Ceballos S. Francisco Javier, Enciclopedia del Lenguaje C++, Editorial Ra-ma. España, pp. 4 Oppenheim, Alan V., Shafer Ronald W., Buck John R. Tratamiento de Señales en Tiempo Discreto, Prentice Hall, España pp. 5 Buhr, Raymond J. A. Introduction to Real Time Systems: From Design to Networking with C/C++. Prentice Hall, Primera edición. Estados Unidos, pp 6 Mueller Scott. Manual de Actualización y Reparación de PCs, 12ª. Edición. Pearson Educación. México, Proakis John G., Manolakis Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales, Prentice Hall, 3ra. Edición. España, pp. 8 Qing Li, Caroline Yao. Real Time Concepts for Embedded Systems. CMP Books, Primera edición, Estados Unidos. Julio pp. 9 Rabiner R Lawrence and Gold Bernard Theory and Applications of Digital Signal Proccesing. Prentice Hall. USA pp. 10 Woods, Richard E., González, Rafael C Digital Image Processing. Mc Graw Hill, 2 nd. Edition. USA, pp. 11 TMS320C54x DSP. CPU and Peripherals. Reference Set Volume 1. Texas Instruments TMS320C54x Assembly Language Tools. User s guide. Texas Instruments

11 PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Unidad Zacatenco. CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE Noveno ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Computación ASIGNATURA: Sistemas en Tiempo Real. ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica o carrera afín con un nivel mínimo de licenciatura y amplia experiencia profesional. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará y construirá Sistemas de Procesamiento Digital de Señales capaces de generar resultados en tiempo real, mediante el empleo de algoritmos para la adquisición y el procesamiento de datos a través de una Computadora Personal y/o un Procesador Digital de Señales. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Dominio de los siguientes temas: Circuitos Electrónicos, Mediciones Electrónicas, Dispositivos Electrónicos, Microprocesadores, Microcontroladores, Arquitectura de Computadoras, Microcontroladores, Instrumentación Electrónica, Procesamiento Digital de Señales, Programación en Lenguajes de alto y bajo nivel como C++, Ensamblador, y Programación Orientada a Objetos. EPERIENCIA PROFESIONAL Haber trabajado en la industria y haber realizado proyectos de aplicación en el área afín, y además contar estudios de posgrado en el área reprocesamiento Digital de Señales. Se recomienda además que el profesor haya cursado algún posgrado o diplomado en Educación y/o Formación Docente. HABILIDADES Capacidades de Investigación e Innovación Dirección de Proyectos de Investigación orientados al Diseño y Construcción de Sistemas Electrónicos, Sistemas de Control e Interfases con la Computadora Personal. Manejo de equipo electrónico, redes de cómputo, simuladores y lenguajes de Programación de alto y bajo nivel. ACTITUDES Liderazgo Sólida ética profesional. Honestidad. Compromiso social. Respeto. Responsabilidad. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Andrés López y Rodríguez Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Rubén Mercado Escutia Ing. Miriam Cuellar Mercado Ing. Guillermo Santillán Guevara M. en C. Jesús Reyes García Presidentes de Academia Subdirectores Académicos Directores 25 de noviembre de 2005

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