A) Nombre del Curso. B) Datos básicos del curso. C) Objetivos del curso. Electrónica digital II. Semestre. Créditos. Horas de teoría por semana

Transcripción

1 A) Nombre del Curso Electrónica digital II B) Datos básicos del curso Semestre Horas de teoría por semana Horas de práctica por semana Horas trabajo adicional estudiante Créditos IV C) Objetivos del curso Objetivos generales Objetivos específicos Diseñar circuitos digitales secuenciales utilizando las técnicas básicas y modernas de análisis y diseño secuencial y combinacional. Diseñar y simular circuitos secuenciales Unidades Objetivo específico 1. Flip-flops y Conocer los diferentes tipos de celdas básicas de registros almacenamiento (flip-flops) y su funcionamiento, así como los registros que se forman a partir de conjunto de flip-flops. 2. Conceptos fundamentales de máquinas secuenciale s. 3. Principios de diseño secuencial 4. HDL en circuitos secuenciales Aprender a formular soluciones a problemas que requieren el uso de máquinas secuenciales. Conocer los tipos diferentes de máquinas secuenciales y será capaz de determinar el tipo de máquina secuencial que necesita para resolver problemas específicos. Emplear las técnicas básicas y modernas de diseño de circuitos secuenciales para diseñar e implementar los mismos. Aplicar un lenguaje de descripción de hardware para diseñar, representar, simular y sintetizar circuitos secuenciales. 5. Circuitos secuenciales con dispositivos programables. 6. Análisis y diseño de circuitos secuenciales básicos. 7. Consideración de problemas de implementación. Diseñar circuitos secuenciales y los implementará utilizando diseño, simulación y síntesis en circuitos programables. Analizar, representar, simular e implementar circuitos secuenciales básicos utilizando lenguaje HDL y síntesis en dispositivos programables. Analizar y resolver problemas de instrumentación de circuitos y sistemas digitales relacionados con fenómenos físicos no considerados en la metodología de diseño de circuitos digitales. Contribución al Perfil de Egreso Esta materia proporciona al alumno el conocimiento para analizar y diseñar sistemas electrónicos digitales combinacionales y desarrollará en él las habilidades para instrumentarlos e integrarlos en sistemas mecatrónicos. 52

2 Competencias a Desarrollar Competencias Transversales Razonamiento Científico-Tecnológico Comunicación en español e inglés Ético-valoral Competencias Profesionales Elaboración de soluciones a problemas de automatización y control. Elaboración de soluciones a problemas de manufactura automatizada. Elaboración de soluciones a problemas de automatización de robots manipuladores. Elaboración de soluciones a problemas de mecatrónica. D) Contenidos y métodos por unidades y temas UNIDAD 1 FLIP FLOPS Y REGISTROS 8h Tema 1.1 El flip flop SR 1.5h Tema 1.2 El flip flop latch D 1.5h Tema 1.3 El flip flop JK 1.5h Tema 1.4 El flip flop JK maestro esclavo 0.5h Tema 1.5 flip flop sincronizados 1.5h Tema 1.6 Registros con flip - flops 1.5h Lecturas y otros Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida. Métodos de enseñanza En el salón de clase se impartirá mediante sesiones interactivas por el maestro y los alumnos. Se utilizarán programas de simulación electrónica para una mejor comprensión de los temas. Los trabajos de investigación, y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Se realizará práctica de laboratorio para corroborar el funcionamiento y las propiedades de los diferentes tipos de flip-flops. UNIDAD 2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MÁQUINAS SECUENCIALES Tema 2.1 Diferencias entre circuitos combinacionales y secuenciales Tema 2.2 El concepto de memoria Tema 2.3 Fundamentos de operación de las máquinas de estados finitos 53 8h

3 Tema 2.4 Diagrama de bloques y clasificación de máquinas de estados finitos Tema 2.5 Dispositivos secuenciales Tema 2.6 Dispositivos programables secuenciales Lecturas y otros Métodos de enseñanza Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida. En el salón de clase se impartirá mediante sesiones interactivas por el maestro y los alumnos. Se utilizarán programas de simulación electrónica para reafirmar los conocimientos adquiridos en el salón de clases. Los trabajos de investigación, y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Se realizarán ejercicios de diseño de máquinas secuenciales y con ayuda de programas de simulación de hardware se comprobará su funcionamiento. Se realizarán prácticas de laboratorio para corroborar el funcionamiento de las máquinas secuenciales diseñadas. UNIDAD 3 PRINCIPIOS DE DISEÑO SECUENCIAL 8h Tema 3.1 Comportamiento monoestable, biestable, astable y metaestable. 0.5h Tema 3.2 Latches y flip-flops 0.5h Latches: SR, D Tabla característica, tabla de exitaciones, diagrama de bloques y circuito de un flip flop Flip-Flops: D, SR, JK, T, maestro esclavo Tema 3.3 Diseño tradicional de máquinas secuenciales Diagramas de Estados Diseño del Decodificador de Estado Siguiente Diseño del Decodificador de salida Manejo de distintos tipos de flip flops como elementos de memoria Tema 3.4 Diseño de máquinas secuenciales utilizando Cartas ASM Diseño tradicional Diseño con multiplexores Diseño por método One Hot Diseño basado en EPROM Tema 3.5 Diseño de máquinas secuenciales utilizando Diagramas MDS 1.5h Tema 3.6 Obtención del circuito utilizando mapas de entradas variables Lecturas y otros Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Métodos de enseñanza Se impartirá mediante sesiones interactivas por el maestro y los alumnos con ayuda de programas de simulación electrónica para una mejor comprensión de los temas. 0.5h 54

4 Los trabajos de investigación, y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Se realizarán ejercicios de diseño de máquinas secuenciales y con ayuda de programas de simulación de hardware se comprobará su funcionamiento. Se realizarán prácticas de laboratorio para corroborar el funcionamiento de las máquinas secuenciales diseñadas. UNIDAD 4 HDL EN CIRCUITOS SECUENCIALES Tema 4.1 Descripción del comportamiento síncrono en VHDL 8h Tema 4.2 Escribiendo VHDL para síntesis Flip flops Registros Contadores Tema 4.3 Descripción de máquinas de estado en VHDL Lecturas y otros Métodos de enseñanza Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se impartirá mediante sesiones interactivas por el maestro y los alumnos con ayuda de programas de simulación electrónica para una mejor comprensión de los temas. Los trabajos de investigación, y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Se realizarán ejercicios de diseño de máquinas secuenciales utilizando lenguaje HDL y con ayuda de programas de simulación de hardware se comprobará su funcionamiento. Se realizarán prácticas de laboratorio de síntesis de las arquitecturas VHDL para las máquinas secuenciales diseñadas, con el objeto de implementarlas en circuitos lógicos programables. UNIDAD 5 CIRCUITOS SECUENCIALES CON DISPOSITIVOS PROGRAMABLES Tema 5.1 Dispositivos programables con registros 16 h Subtemas Secuenciador lógico programable mediante campos PAL con registro 3h PLD Tema 5.2 Arreglos programables de compuertas Arreglos de celdas lógicas Subtemas FPGA 3h 55

5 Tema 5.3 Diseño de circuitos secuenciales y selección de dispositivos PLD 4h Tema 5.4 Ejemplos de diseño. 4h Métodos de enseñanza Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y de los alumnos, y sesiones de solución de problemas. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de minimización de funciones lógicas. Los alumnos diseñaran sistemas digitales basados en máquinas secuenciales y realizarán la simulación de estos y la síntesis de los mismos en dispositivos lógicos programables. UNIDAD 6 ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES BÁSICOS Tema 6.1 Documentación de circuitos secuenciales 8 h Tema 6.2 Latches y flip-flops Tema 6.3 Contadores Latches y flip-flops SSI Inhibidor de rebotes para interruptor Circuito retenedor de bus Registros multibit y latches Tema 6.4 Contadores en HDL y PLDs Tema 6.5 Registros de corrimiento Estructura Registros de corrimiento MSI y aplicaciones Conversión serial/paralelo Contadores con registros de corrimiento Tema 6.6 Registros de corrimiento en HDL y PLDs Lecturas y otros Métodos de enseñanza Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se consultarán ayuda en línea de programas de descripción de hardware como Active VHDL o ise VHDL Se consultarán en Internet tutoriales sobre VHDL Con ayuda de equipo multimedia el profesor explicará casos reales de diseño utilizando VHDL, tomados de sesiones de programación y simulación HDL. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar ejercicios de diseño HDL tomados de simulaciones en llevadas a cabo en laboratorio de cómputo. 56

6 Los trabajos de investigación y simulación de circuitos, ejercicios resueltos en clase y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. El alumno aprenderá a utilizar los programas simuladores para comprobar el funcionamiento de los circuitos diseñados utilizando HDL. A través de prácticas de laboratorio dirigidas por el Maestro el alumno aprenderá a: - Implementar circuitos electrónicos digitales programados con HDL y sintetizados en dispositivos lógicos programables tales como PLD, GALs y PLA. - Comprobar el funcionamiento de los circuitos digitales implementados utilizando equipo de instrumentación especializado como: Fuente de voltaje, Generador de señales, Multímetro y Osciloscopio. UNIDAD 7 CONSIDERACIÓN DE PROBLEMAS DE IMPLEMENTACIÓN 8 h Tema 7.1 Problemas del diseño síncrono 0.5h Sesgo del reloj (clock skew) 0.5h Disparo del reloj 0.5h Entradas asíncronas 0.5h Tema 7.2 Fallas del sincronizador y metastabilidad Tema 7.3 Distribución de la señal de reloj Tema 7.4 Osciladores de reloj Tema 7.5 Sistemas de poder y distribución de poder Tema 7.6 Líneas de transmisión y sus terminaciones Tema 7.7 Planos de tierra Los trabajos de investigación y simulación de circuitos, ejercicios resueltos en clase y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. A través de prácticas de laboratorio dirigidas por el Maestro el alumno aprenderá a comprobar el funcionamiento de los circuitos digitales implementados utilizando equipo de instrumentación especializado como: Fuente de voltaje, Generador de señales, Multímetro y Osciloscopio. 57

7 E) Estrategias de enseñanza y UNIDAD ACADÉMICA MULTIDISCIPLINARIA ZONA MEDIA Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y de los alumnos, y sesiones de solución de problemas, con apoyo de las TIC. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de diseño y solución a problemas reales planteados. Se expondrán por parte del maestro, con ayuda de equipo multimedia, la teoría que requiera una explicación amplia para su comprensión, y se buscará el significativo, colaborativo y constructivista, fomentando en los estudiantes el aprender a aprender. Los alumnos aprenderán a utilizar programas para simular el comportamiento de circuitos digitales. Los trabajos de investigación y simulación de circuitos, ejercicios resueltos en clase y tareas de parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. A través de prácticas de laboratorio dirigidas por el Maestro el alumno aprenderá a implementar circuitos electrónicos digitales que realizan funciones lógicas específicas. El alumno comprobar el funcionamiento de los circuitos electrónicos digitales implementados utilizando equipo de instrumentación especializado como: fuente de voltaje, generador de señales, multímetro y osciloscopio. Todas las estrategias de enseñanza y tendrán como objetivos, además del, que el alumno desarrolle las competencias marcadas en su perfil de egreso. F) Evaluación y acreditación Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño Segundo examen parcial y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño Tercer examen parcial y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño Cuarto examen parcial y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño 4 semanas ( Programado ) 4 semanas ( Programado ) 4 semanas ( Programado ) 4 semanas ( Programado ) Unidad 1 y 2. 20% Unidad 3 y 4. 20% Unidad 5. 20% Unidad 6 y 7. 20% Actividad 1 Durante todo el Asistencia a Requisito curso clase Actividad 2 Proyecto Todo el curso 20% integrador TOTAL 100% 58

8 Examen ordinario. Se evalúa como el promedio del total de evaluaciones parciales. Examen Extraordinario. Examen en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen a título. Examen en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen de regularización. Examen en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Al terminar el curso El contenido del curso. El contenido del curso. El contenido del curso. El contenido del curso. 100% 100% 100% 100% G) Bibliografía y informáticos Textos básicos 1. M. Morris Mano. DISEÑO DIGITAL, 3e. Prentice Hall ISBN: ISBN-13: (2003). 2. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer Y Gregory L. Moss. SISTEMAS DIGITALES. PRINCIPIOS Y APLICACIONES 10a Edición (Prentice Hall) ISBN: ISBN-13: , Santiago Fernández Gómez; Enrique Soto Campos; Serafín Pérez López; DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES CON VHDL, Ed. Paraninfo, ISBN: ISBN-13: , 2006 Textos complementarios 4. Gil Padilla. ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROPROGRAMABLE. Grado Medio. Editorial Mcgraw-Hill. ISBN: ISBN-13: , 3ª Edición (15/01/2007). 59

9 Programas de simulación electrónica. 1.- PSIM. 2.- MATLAB. 3.- PSPICE. 4. MULTISIM. Programas de simulación matemática. 1.- MAPLE 2.- MATLAB 3.- MATHEMATICA 4.- MATHCAD 60