INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Circuitos Lógicos SEMESTRE: 4, 5 OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará circuitos lógicos combinatorios y secuenciales y, resolverá problemas técnicosprácticos sobre circuitos digitales. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Sistemas numéricos y códigos II. Introducción a la lógica simbólica y álgebra de boole III. Síntesis de funciones lógicas IV. Circuitos lógicos combinatorios V. Circuitos lógicos secuenciales asíncronos VI. Circuitos lógicos secuenciales síncronos METODOLOGÍA: - Recopilación y selección de información pertinente para analizar los datos. - Elaboración de reportes técnicos y prácticas de laboratorio. - Uso de material audiovisual y/o simuladores. - Manifestar relaciones jerárquicas y explicativas EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Pruebas individuales, orales y escritas por el alumno, tres exámenes departamentales La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un valor del 60%. La calificación de laboratorio se realizara mediante los reportes técnicos por cada práctica de laboratorio y un proyecto final con un valor del 40%. La calificación definitiva será la suma de ambas evaluaciones, siempre que estas sean aprobatorias y se cumpla con los lineamientos institucionales vigentes. BIBLIOGRAFÍA: Frederick J. Hill, and Gerard R. Peterson. Teoría de Conmutación y Diseño Lógico; Editorial, LIMUSA Enrique Mandado. Sistemas Electrónicos Digitales; Editorial, Marcombo. Roberto M. Telles Giron. Notas Curso Circuitos Lógicos, Tomos I, II y III; Editorial, CINVESTAV Roberto L. Morris y John R. Miller. Diseño con Circuitos Integrados TTL.; Texas Instruments Incorporated Editorial, C.E.C.S.A. Morris Mano. Diseño de Circuitos Digitales; Editorial, C.E.C.S.A. Forrest M. Mins III. Notas de Electrónica (Aplicaciones de Circuitos Integrados); Editorial, Mc. Graw Hill. R.C.A. Databook CMS Integrated Circuits. National Semiconductor Corporation; Databook de Circuitos Digitales Fco. Company; Circuitos Binarios; Editorial, Marcombo Ronald J. Tocci; Sistemas Digitales, Principios y aplicaciones; Editorial, Prentice Hall

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización ASIGNATURA: Circuitos Lógicos SEMESTRE: 4,, 5 CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto 2003 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HRS./SEMANA / TEORÍA: 3 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: HRS./TOTALES / SEMANA: 4.5 HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 27 HRS./TOTALES: 81 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Academia de Ingeniería Electrónica REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco Dr. Alberto Cornejo Lizarralde AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN

3 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 2 DE: 10 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA Dentro de la preparación del Ingeniero en Control y Automatización, el dominio de los conceptos, leyes, teoremas y elementos de circuitos lógicos tienen un papel fundamental, ya que esta materia proporciona las bases que se utilizan en la práctica de la ingeniería. Siendo necesario que el educando reafirme el conocimiento en la práctica del laboratorio, analizando y evaluando los resultados obtenidos. Las asignaturas antecedentes son: Fundamentos de Programación, Física Moderna; las consecuentes Electrónica III, Interfases y Microcontroladores y Optativa de Apoyo 1 y 2 OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará circuitos lógicos combinatorios y secuenciales y, resolverá problemas técnicosprácticos sobre circuitos digitales.

4 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 3 DE: 10: UNIDAD: I NOMBRE: Sistemas numéricos y álgebra de boole. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno realizará conversiones y operaciones entre diferentes bases, determinará el valor lógico de funciones con operadores lógicos básicos e interpretar a los postulados del diagrama de boole. HORAS CLAVE TEMAS TEMA BIBLIOGRÁFICA T P EC 1.1 Código BCD (Decimal codificado en binario) B, 3B,4B, 9B, 10B 1.2 Código Gray B, 3B,4B, 9B, 10B Códigos alfanuméricos (ASCII). Código detector de error. Elementos de lógica simbólica. Definición y tabla de verdad de conectivos lógicos: conjunción, disminución, negación. Representación simbólica de enunciados. Álgebra de Boole. Principios de dualidad y teoremas fundamentales de álgebra de Boole. Obtención de ecuación Booleana de problemas sencillos de tabla de verdad. Familias lógicas de circuitos integrados TTL, CMOS. 1.7 Características principales de las familias lógicas TTL, CMOS. 1.8 Implementación de funciones lógicas con C.I de mediana escala TTL y CMOS. Implementación compuertas NAND y NOR Diagramas eléctricos de escalera Implementación de funciones lógicas por medio de relevadores o diagramas de escalera B, 3B,4B, 9B, 10B 1B, 3B,4B, 9B, 10B 1B, 3B,4B, 9B, 10B 1B, 3B,4B, 9B, 10B 1B, 3B,4B, 9B, 10B 1B, 3B,4B, 9B, 10B ESTRATEGIA DIDÁCTICA Recolección y selección de información pertinente por parte de los alumnos para analizar los datos, elaboración de reportes técnicos y manifestar relaciones jerárquicas y explicativas PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Primer examen departamento, práctica de laboratorio y proyecto de investigación con la participación activa de los estudiantes, tanto individual como grupal.

5 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 4 DE: 10 UNIDAD: II NOMBRE: Circuitos lógicos combinatorios. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos lógicos combinatorios, por medio de circuitos integrados de mediana escala de integración (multiplexores, decodificadores, memorias, etc.), haciendo uso del álgebra de boole y de las diferentes técnicas de simplificación. HORAS CLAVE TEMAS TEMA BIBLIOGRÁFICA T P EC 2.1 Definición de circuitos lógicos combinatorios. 3B, 5B, 6C, 13B, 6C 2.2 Métodos algebraicos de simplificación. 3B, 5B, 6C, 13B, 6C 2.3 Pasos a seguir para la síntesis de circuitos lógicos combinatorios. 3B, 5B, 6C, 13B, 6C Simplificación de funciones Booleana por el método de mapas de Karnaugh. Método tabular de Quine-Mc Cluskey 3B, 5B, 6C, 13B, 6C 2.5 Síntesis de elementos aritméticos, multiplexores y Demultiplexores por mapas de Karnaugh 3B, 5B, 6C, 13B, 6C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Uso de material audiovisual y/o simuladores, realización de prácticas de laboratorio en las cuales se comprobará la validez del conocimiento aprendido al identificar el problema, los datos y variables pertinentes. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Primer examen departamental, reportes técnicos y/o prácticas de laboratorio.

6 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 5 DE:10 UNIDAD: III NOMBRE: Circuitos lógicos secuenciales asíncronos y sincronos. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicara las técnicas de análisis y diseñará los circuitos lógicos secuenciales asíncronos y síncronos. TEMA TEMAS 3.1 Estructura general de los circuitos lógicos secuenciales asíncronos Forma de representación del funcionamiento de un sistema asíncrono. Diagrama de flujo o de estado. Tabla de flujo o de estado. Síntesis de los circuitos lógicos secuenciales asíncronos por el método clásico. Construcción de la tabla de flujo primitiva, a partir del enunciado del problema o del diagrama de flujo. Reducción de estados equivalentes. Asignación de variables secundarias. Obtención de las ecuaciones lógicas. Implementación de las ecuaciones de funcionamiento con biestables. 3.4 Estructura de los circuitos lógicos secuenciales sincronos y la naturaleza de las señales de entrada salida. 3.5 Elementos de memoria para los sistemas síncronos flip-flops con entradas de reloj JK, SR, T y D Circuitos secuenciales síncronos de propósito especial. Registros de corrimientos o desplazamientos. Contadores. HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC 3.0 3B, 10B,1B, 7B,2C 3B,1B, 10B, 7B,2C 3B,1B, 7B, 11C,2C 3B,1B, 7B, 11C, 2C 3B,1B, 7B,11C, 2C 3B,1B, 7B,2C 3.7 Diseño de Máquinas de estado. 3B,1B, 7B,2C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Uso de material audiovisual y de la computadora para la simulación de circuitos lógicos, con la participación activa de los alumnos. Realización de prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Segundo examen departamental y reportes de prácticas de laboratorio con la participación en equipos por parte de los alumnos.

7 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 6 DE:10 UNIDAD: IV NOMBRE: Lógica programable OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los dispositivos lógicos programables en el diseño de las diferentes arquitecturas empleadas en la programación de estructuras básicas. TEMA TEMAS Estado actual de Lógica programable. Dispositivos lógicos programables (PLD) (PROM, PLA, PAL, GAL, CPLD, FPGA). Dispositivos lógicos programables de alto nivel de integración. Ambientes de desarrollo y campos de aplicación de la lógica programable. La lógica programable y los lenguajes de descripción en hardware (HDL). VHDL: Su organización y arquitectura. Unidades básicas de diseño. Entidad y declaración de entidades. Diseño de entidades utilizando vectores. Arquitecturas. Diseño lógico combinacional mediante VHDL. Programación de estructuras básicas mediante declaraciones concurrentes. Programación de estructuras básicas mediante declaraciones secuenciales. Ejercicios Diseño lógico secuencial mediante VHDL. Diseño lógico secuencial. Flip-Flops, Registros y Contadores. Diseño de sistemas secuenciales síncronos. Ejercicios. Integración de entidades en VHDL. Esquema básico de integración de entidades. Integración de entidades básicas. Ejercicios. HORAS CLAVE T P EC BIBLIOGRÁFICA 3B, 1B, 8B, 9B, 6C 3B, 1B, 8B, 9B, 6C 3.0 3B, 1B, 8B, 9B, 6C 3.0 3B, 1B, 8B, 6C 3B, 1B, 8B, 9B, 6C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Uso de la computadora para la simulación de dispositivos lógicos programables y la realización de prácticas de laboratorio con la participación en equipo por los alumnos. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Segundo examen departamental, reporte de prácticas de laboratorio, participación individual y colectiva,

8 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 7 DE:10 UNIDAD: V NOMBRE: Controladores lógicos programables (plc s). OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará las características principales y la arquitectura básica de un controlador lógico programable (PLC). Identificará los elementos de campo, tanto de entrada como de salida. Seleccionará adecuadamente a un PLC dependiendo del sistema de control y de los tipos de señales que se tengan que manejar. HORAS CLAVE TEMAS TEMA BIBLIOGRÁFICA T P EC 5.1 Definición y características principales B,1B,7B, 10B, 2C 5.2 Aplicación de los PLC s. 3B,1B,7B,2C Arquitectura básica de los PLC s. Descripción general de los componentes. Fuentes de alimentación. Unidad central de procesamiento. Tipos de memoria de aplicación. Datos, memoria y direccionamiento. Mnemónicos. Ciclo operativo. Aparatos de programación. Interfases del operador. 3B,1B,7B,2C, 12B, 11C 5.4 Dispositivos de entrada y salida. 3B,1B,7B, 13B, 2C, 11C Sistemas de entradas /salidas digitales y analógicos. Dispositivos de entradas / salidas digitales. Módulos de entradas / salidas digitales. Conexión de los módulos digitales. Módulos de entradas / salidas analógicas. Conexión de los módulos analógicos. Montaje de los componentes auxiliares. Disposición global B,1B,7B, 13B,2C, 11C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Construcción de modelos a tráves de un PLC con el uso de la computadora en el laboratorio; participación colectiva en la solución de problemas; elaboración de reportes técnico de las prácticas de laboratorio realizadas. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Tercer examen departamental,reporte de prácticas de laboratorio y trabajo colaborativo en el laboratorio al construir modelos.

9 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 8 DE:10 UNIDAD: VI NOMBRE: Programación básica de controladores lógicos programables. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los diferentes métodos para analizar y desarrollar un proceso a automatizar. Programará circuitos básicos de control. Implementará problemas de control del tipo combinacional y secuencial. TEMA TEMAS Diagramas y representación de automatizaciones. Sistema simplificado. Diagrama espacio-fase. Diagrama espacio-tiempo. Método Grafcet. Instrucciones tipo Relevador. Instrucción normalmente abierta. Instrucción normalmente cerrada. Instrucción de activación de salida. Relevadores internos. Bifurcaciones HORAS CLAVE T P EC BIBLIOGRÁFICA B, 3B, 9B, 13B,6C 1.0 1B, 3B, 6C, 11C 6.3 Instrucciones de temporizador y contador. 1B, 3B, 10B, 6C, 11C 6.4 Instrucciones de comparación. 1B, 3B, 10B, 6C, 11C 6.5 Instrucciones de flujo de programa 1B, 3B, 10B, 6C, 11C 6.6 Instrucciones matemáticas 1B, 3B, 10B, 6C, 11C 6.7 Instrucciones lógicas. 1B, 3B, 10B, 6C, 11C 6.8 Instrucciones de secuenciador. 1B, 3B, 10B, 6C, 11C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Uso del paquete computacional RS-LOGIX a través de la PC, para construir diagramas y representación de automatizaciones, utilizar material audiovisual y realización de prácticas de laboratorio en equipo. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Tercer examen departamental, reporte de práctica de laboratorio y participación individual y colectiva por parte de los alumnos en el uso de los medios computacionales.

10 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 9 DE:10 RELACIÓN DE PRACTICAS PRACT. 1 NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Implementación de funciones lógicas con C.I I de mediana escala de integración TTL y CMOS. 2 Implementación de un problema resuelto mediante Álgebra de Boole. I 3 Decodificador de BCD a 7 segmentos usando mapas de Karnaugh. II 4 Implementación de Flip-Flops con C.I. de mediana escala de integración TTL. III 5 Implementación de un registro de corrimiento y divisor de frecuencia usando el 555. III 6 Implementación de los operadores lógicos. De tres entradas en un dispositivo programable, utilizando un programa de aplicación de captura esquemática y comprobar su tabla de verdad. IV 7 Aplicación de la metodología de diseño combinacional, implementándolo en un dispositivo lógico programable. IV 8 Aplicación de la metodología de diseño combinacional, que no este completamente definido implementándolo en un dispositivo lógico programable. IV 9 Aplicación de la metodología de diseño secuencial sincrono, implementándolo en un dispositivo lógico programable IV 10 Implementación de circuitos combinatorios y secuenciales básicos por medio de diagramas de escalera (usados en PLC's). V Implementación de problemas prácticos, utilizando PLC s I. VI Implementación de problemas prácticos, utilizando PLC s II. VI 4.5

11 ASIGNATURA: Circuitos Lógicos CLAVE: HOJA: 10 DE: 10 PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE VALUACIÓN Primero Segundo Tercero Unidad I y II. Unidades III y IV. Unidades V y VI Primer Examen Departamental. Segundo Examen Departamental. Tercer Examen Departamental. La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un valor del 60%. La calificación de laboratorio se realizara mediante los reportes técnicos por cada práctica de laboratorio y un proyecto final con un valor del 40%.La calificación definitiva será la suma de ambas evaluaciones, siempre que estas sean aprobatorias y se cumpla con los lineamientos institucionales vigentes. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 x Ronald J. Tocci, Sistemas digitales principios y aplicaciones, Prentice Hall, X Victor P. Nelson, H.Troy Nagle, Bill D. Carroll, J.David Irwin, Análisis y diseño de circuitos lógicos digitales, Prentice Hall, x M. Morris Mano, Lógica digital y diseño de computadores, Prentice Hall, x John P. Vyemura. Diseño de sistemas digitales, un enfoque integrado, Thomson Editores, España, x David Pellerin, Michael Holley. Practical design using programmable logic, Prentice Hall, x William Kleitz, Digital electronics a practical approach, Prentice Hall, x Fernando Remiro Dominguez, Antonio J. Gil Padilla, Luis, M. Cuesta García, Lógica digital y microprogramable, Mc Graw Hill, x David G. Maxinez, Jessica Alcalá, VHDL EL ARTE DE PROGRAMAR Sistemas digitales, CECSA, x Timothy J. Maloney. Electrónica industrial moderna, Prentice Hall, x Thomas L. Floyd. Fundamentos de sistemas digitales, Prentice Hall, X Roldan Villoria. Automatismos y cuadros eléctricos, Editorial Paraninfo, Segunda Edición, X W. Bolton. Mecatronica sistemas de control electrónico en ingeniería mecánica y eléctrica, Alfaomega, Segunda Edición, x Salvador Millan. Automatización neumática y electroneumática. Alfaomega, 1998.

12 1. DATOS GENERALES PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: CARRERA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE 4, 5 ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Ingeniería Electrónica ASIGNATURA: Circuitos Lógicos ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en control, o eléctrico con especialidad en o control industrial. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará circuitos lógicos combinatorios y secuenciales y, resolverá problemas técnicos-prácticos sobre circuitos digitales. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS 1. Ingeniería eléctrica 2. Dispositivos electrónicos digitales de mediana escala de integración 3. Interfaces con de potencia EXPERIENCIA PROFESIONAL Cinco años en el diseño y aplicación de sistemas digitales al control de procesos industriales Experiencia docente HABILIDADES Comunicación Establecimientos de climas favorables al aprendizaje Transferencia del conocimiento teórico a la solución de problemas Análisis y síntesis Para motivar al auto estudio, el razonamiento y la investigación Manejo de grupos. Diseño de secuencias lógicos de control complejas. Asimilación rápida de nuevas tecnologías ACTITUDES Critica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la docencia Ética Responsabilidad científica Colaboración Superación docente profesional Actualización constante y ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ ING. José Luis Bravo León M en C Gabriel Mendoza_Figueroa _Ing. Guillermo Santillán Guevara Dr. Alberto Cornejo Lizarralde PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA: marzo-2004