PROGRAMA DE ASIGNATURA INGENIERÍA BIOMÉDICA NIVEL 6 CRÉDITOS DE LA ASIGNATURA HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE 86. FECHA DE REVISIÓN 1 de julio de 2010

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1 PROGRAMA DE ASIGNATURA INGENIERÍA BIOMÉDICA NOMBRE DE LA ASIGNATURA ELECTRONICA DIGITAL Y MICROCONTROLADORES DISCIPLINA CURRICULAR A LA QUE PERTENECE PROGRAMA ACADÉMICO ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INGENIERIA BIOMEDICA NIVEL 6 PRERREQUISITO(S) ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA PROGRAMACIÓN CORREQUISITO(S) CRÉDITOS DE LA ASIGNATURA HORAS CON ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO (teóricas y prácticas) 3 créditos 46 Teóricas + 12 prácticas HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE 86 FECHA DE REVISIÓN 1 de julio de 2010 JUSTIFICACIÓN La Bioinstrumentación y el procesamiento de señales es una de las esferas de actuación del ingeniero Biomédico; y sistemas electrónicos digitales son elementos fundamentales dentro de los sistemas de medición y acondicionamiento de señales, por tanto, es de vital importancia desarrollar competencias en análisis, simulación y diseño de tales sistemas y de las leyes y principios que los rigen. PROBLEMA (Parte del problema formulado en la disciplina curricular). Se requieren soluciones tecnológicas innovadoras, que apoyados en los sistemas electrónicos digitales, conlleven al desarrollo de equipos, dispositivos, ayudas diagnósticas, sistemas de rehabilitación, entre otros. OBJETO DE ESTUDIO Electrónica digital. OBJETIVO GENERAL DE FORMACIÓN DE LA ASIGNATURA Diseñar sistemas electrónicos digitales básicos apoyándose en sus principios y leyes, inculcando el sentido de responsabilidad, creatividad, pensamiento analítico y trabajo en equipo para el desarrollo de proyectos en el área de la ingeniería biomédica. CONTENIDO SISTEMA DE HABILIDADES Diseñar aplicaciones básicas empleando los conceptos fundamentales de los sistemas digitales. Implementar circuitos electrónicos digitales aplicando la lógica combinacional. Implementar circuitos electrónicos digitales aplicando la lógica secuencial. Implementar sistemas básicos de procesamiento digital basados en microcontroladores

2 SISTEMA DE CONOCIMIENTOS ELECTRONICA DIGITAL Y MICROCONTROLADORES Sistemas digitales o Introducción Diagrama general de un sistema de procesamiento digital de señales Muestreo y retención Conversión de datos A/D, D/A o Compuertas lógicas o Algebra booleana o Forma canónica de funciones de Boole en miniterms y maxiterms o Simplificación de expresiones boolenas o Sistemas numéricos y aritmética binaria o Método de mapas de Karnaugh o Minimización de problemas de más de cuatro variables o Introducción a las FPGA s en diseño esquemático Lógica combinacional de mayor integración o Comparadores o Sumadores y otros circuitos aritméticos o Decodificadores o Codificadores o Multiplexores o Demultiplexores o Compuertas de tres estados o Conversores de códigos o Diseño de aplicaciones Lógica secuencial o Tablas y diagramas de estado o Latches y flip flops o Análisis de sistemas secuenciales o Contadores síncronos y asíncronos. o Registros de memoria y de desplazamiento o Máquinas de estados finitos o Diseño de sistemas con lógica secuencial. o Conversión A/D-D/A. Microcontroladores o Introducción a los microcontroladores y microprocesadores o Definición de microcontrolador o Familias de microcontroladores: RISC, CISC o Partes de un microcontrolador o Programación de un microcontrolador o Recursos especiales de los microcontroladores o Implementación de una aplicación con microcontroladores o Familia de microcontroladores de Microchip o Arquitectura interna o Organización de la memoria de programa o Organización de la memoria de datos o Arquitectura externa o El reset, el reloj o Juego de instrucciones: Formatos y tipos de operaciones o Aplicaciones básicas en lenguaje ensamblador o Manejo de software MPLAB y programador o Recursos fundamentales de los microcontroladores PIC Principales Registros de Control Puertos de E/S

3 o o o Rotación de bits Interrupciones Los Temporizadores Conversor A/D Módulo de Comunicación Serie Programación de microcontroladores con lenguajes de alto nivel: PICC Simulación con Proteus Desarrollo de aplicaciones con microcontroladores Conversión A/D Control de LCD s Comunicación serial Modulación de anchura de pulsos, PWM SISTEMA DE VALORES Observación detallada de fenómenos. Actitud reflexiva y analítica para enfrentar situaciones retadoras. Orden para la solución sistemática de problemas. Rigor científico. Honestidad, tanto en el proceso de desarrollo como en las soluciones propuestas. Creatividad y criterios de selección en el empleo de diversas herramientas para el desarrollo de soluciones eficaces. Trabajo en equipo. Integrar los conocimientos de la electrónica para el desarrollo de otras ciencias y de la sociedad. ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA POR TEMAS Habilidad del sistema de habilidades de la asignatura (Objetivo de cada tema) Diseñar aplicaciones básicas empleando los conceptos fundamentales de los sistemas digitales. Implementar circuitos electrónicos digitales aplicando la lógica combinacional. Implementar circuitos electrónicos digitales aplicando la lógica secuencial. Implementar sistemas básicos de control basados en microcontroladores. METODOLOGÍA Tema SISTEMAS DIGITALES Horas con acompañamiento Horas independientes LÓGICA COMBINACIONAL 5 7 LÓGICA SECUENCIAL MICROCOCONTROLADORES MÉTODOS Se combinan actividades prácticas (laboratorios, talleres y simulación) con la clase expositiva y el uso de tecnología educativa. Se estimula la actividad cognoscitiva del estudiante y el pensamiento creativo utilizando el método problémico de búsqueda parcial: o El profesor prepara los contenidos ( conocimientos, habilidades y valores) que serán objeto de análisis en cada clase, propone el problema por resolver y orienta al estudiante a desarrollar uno a uno los pasos del método científico, o El estudiante indaga y encuentra los elementos que le permiten resolver el problema. Medios: Se combinan los medios tradicionales (tiza y tablero), medios audiovisuales, textos guías, documentos preparados por el profesor con prácticas de laboratorio, prácticas de simulación con el software ORCAD, PROTEUS y Matlab; medios virtuales complementarios de aprendizaje (página web del área de Electricidad y Electrónica) y otras ayudas didácticas. Formas: El proceso docente se organiza con dos componentes importantes: trabajo individual y trabajo de grupo

4 durante las clases. El trabajo individual estará compuesto por consultas, autopreparación, estudio independiente y preparación de materiales a ser tratado en la clase. El trabajo de grupo en clases promoverá la participación activa de los estudiantes a través solución de problemas (ABP), conversaciones heurísticas, prácticas de laboratorio y talleres. Las clases se complementan con las siguientes prácticas de laboratorio: Nota: Las prácticas de laboratorio se encuentran disponibles en el sitio web del área de Bioinstrumentación y procesamiento de señales, KIRON ( en el apartado Electrónica digital y microcontroladores. De igual manera toda la documentación de apoyo del curso aparece en este sitio. PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1. Compuertas digitales (2 horas) OBJETIVO GENERAL Clasificar las diferentes compuertas digitales de acuerdo a su respuesta lógica. 2. Sistema digital en FPGA (2 horas) Implementar un sistema combinacional básico en una FPGA 3. Sistema digital combinacional (2 horas) Diseñar un sistema digital basado en lógica combinacional. 4. Sistema digital secuencial (2 horas) Diseñar un sistema digital basado en lógica secuencial. 5. Microcontroladores (programación en lenguaje ensamblador (2 horas) 6. Sistema basado en microcontroladores (2 horas) Implementar una aplicación básica con microcontroladores programados en lenguaje ensamblador. Implementar una aplicación completa de microcontroladores (programación + hardware). SISTEMA DE EVALUACIÓN En la EIA, la evaluación se concibe como un proceso continuo que aporta al aprendizaje, mediante el cual se logra verificar el avance en el cumplimiento de los objetivos -metas de aprendizaje- de la asignatura y emprender las acciones de refuerzo que en forma oportuna se requieran. La evaluación tendrá un carácter integral propiciando, siempre que sea posible, la autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación. La evaluación debe valorar, y en algunos momentos calificar, tanto el desarrollo de las habilidades de pensamiento como el desarrollo de las competencias propuestas en la asignatura. El examen final debe verificar el cumplimiento del objetivo definido para la asignatura, o sea la integración de las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) logradas durante el proceso. Por ello, el examen final es diseñado por el grupo de profesores de la asignatura, y aprobado por el coordinador de área. El sistema de calificación definido para el curso es el siguiente: Examen final 30% Examen parcial 20% Proyecto integrador 15% Laboratorios 20% Seguimiento 15% BIBLIOGRAFÍA BÁSICA LIBROS

5 1. MARCOVITZ, Alan B. Diseño digital. 2 ed. México: McGraw-Hill, ( /M321). 2. MANO, M. Diseño Digital. 3 ed. México: Prentice Hall, ( /M877). 3. FLOYD, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. 7 ed. Upper Saddle River: Pearson/Prentice Hall, ( /F645/7ed). 4. ANGULO, José María y ANGULO, Ignacio. Microcontroladores PIC: la solución en un chip. 5 ed. México : McGraw-Hill, (004.24/C965m/5ed). 5. VALDÉS, Fernando E. y PALLÁS, Ramón. Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. México: Alfaomega S.A (004.24/V145). 6. UYEMURA, John. Diseño de sistemas digitales. 6. ed. México: Prentice-Hall, MANO, Morris. y KIME, Charles. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. México: Pearson, (621.39/M875/3ed). 8. ANGULO, José María y ANGULO, Ignacio. Microcontroladores PIC: diseño práctico de aplicaciones. Primera parte: el PIC16F84. Lenguajes PBASIC y ensamblador. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, (004.24/A594). 9. KIME, Charles R. y MORRIS, M. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. 3 ed. Madrid : Pearson/Prentice Hall, (621.39/M875). 10. BROWN, Stephen y VRANESIC, Zvonko. Fundamentals of digital logic with VHDL design. 3 ed. New York: McGraw-Hill, ( /B877/3ed). 11. MORRIS, M. Diseño digital. 3 ed. México: Pearson/Prentice Hall, ( /M877). 12. GARCÍA, Eduardo. Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC. México: Alfaomega S.A (005.45/G216). SITIOS WEB 13. Bioinstrumentacion. Kiron. [En línea] [Citado el: 23 de junio de 2010.] Labcenter Proteus. [En línea] [Citado el: 23 de junio de 2010.]

6 15. Xilinx. [En línea] [Citado el: 23 de junio de 2010.] Microchip. [En línea] [Citado el: 23 de junio de 2009.] Custom Computer Services, CCS. [En línea] [Citado el: 23 de junio de 2009.] REVISTAS ESPECIALIZADAS 18. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. New York : IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. (Disponible en biblioteca). Revisado por: JESÚS MARIA SOTO CASTAÑO Director programa Ingeniería Biomédica MAURICIO ARIAS-RÓBINSON TORRES Coordinador área de Electricidad y Electrónica