ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROCONTROLADORES Ph.D. Yeison Javier Montagut Ferizzola Ph.D. Robinson Torres Villa Ing. Biomédica, EIA-CES Envigado, julio de 2011
OBJETIVO GENERAL 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. METODOLOGÍA Clases magistrales Laboratorios Análisis Diseño Simulación
CONTENIDO Sistemas digitales Sistemas combinacionales de mayor integración Sistemas secuenciales Microcontroladores
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).
EVALUACIÓN Parcial (20%) Lunes 12 de septiembre. Final (30%) - Martes 15 de noviembre. Tema: Todo. Laboratorios (20%) -6- Proyecto integrador (15%) Exámenes cortos (5) y trabajos(15%)
Fechas claves: Examen Parcial: lunes 12 de septiembre. Final: Martes 15 de noviembre. Talleres Taller parcial: Jueves 8 de septiembre Taller final: Jueves 10 de noviembre Laboratorios: L1: Lunes 25 de julio y lunes 1 de agosto. L2: Lunes 8 y Martes 16 de agosto. L3: Lunes 22 y Lunes 29 de agosto. L4: Lunes 5 y Martes 6 de septiembre. L5: Lunes 3 y Lunes 10 de octubre. L6: Jueves 3 y Martes 8 de noviembre.
Fechas claves: Quices: Q1: Jueves 4 de agosto. Q2: Jueves 18 de agosto. Q3: Jueves 1 de septiembre. Q4: Jueves 6 de octubre. Q5: Martes 1 de noviembre. Trabajo experimental extra clase (jueves 10 de noviembre) Asesorías (oficina 104c sede las palmas): Lunes: 08:00 10:00 Martes: 08:00 10:00 Jueves: 10:00 12:00 Días sin clase: Jueves 28 de julio y Jueves 13 de octubre.
BIBLIOGRAFÍA MARCOVITZ, Alan B. Diseño digital. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2005. (621.395/M321). MANO, M. Diseño Digital. 3 ed. México: Prentice Hall, 2003. (621.395/M877). FLOYD, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. 7 ed. Upper Saddle River: Pearson/Prentice Hall, 2000. (621.382/F645/7ed). ANGULO, José María y ANGULO, Ignacio. Microcontroladores PIC: la solución en un chip. 5 ed. México : McGraw-Hill, 2006. (004.24/C965m/5ed). VALDÉS, Fernando E. y PALLÁS, Ramón. Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. México: Alfaomega S.A. 2007. (004.24/V145). UYEMURA, John. Diseño de sistemas digitales. 6. ed. México: Prentice-Hall, 1997. MANO, Morris. y KIME, Charles. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. México: Pearson, 1998. (621.39/M875/3ed). 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, 2003. (004.24/A594). KIME, Charles R. y MORRIS, M. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. 3 ed. Madrid : Pearson/Prentice Hall, 2005. (621.39/M875). BROWN, Stephen y VRANESIC, Zvonko. Fundamentals of digital logic with VHDL design. 3 ed. New York: McGraw-Hill, 2009. (621.395/B877/3ed). MORRIS, M. Diseño digital. 3 ed. México: Pearson/Prentice Hall, 2003. (621.395/M877). GARCÍA, Eduardo. Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC. México: Alfaomega S.A. 2008. (005.45/G216).
CAPITULO 1: SISTEMAS DIGITALES 1.1 INTRODUCCIÓN: Mundo discreto http://elizabethredmond.greenoptions.com/files/images/electric%20generator_0.jpg http://static.howstuffworks.com/gif/cd-sample0.gif Forma natural de las señales. Tiene infinitos puntos: función continua
CAPITULO 1: SISTEMAS DIGITALES 1.1 INTRODUCCIÓN: Mundo discreto o muestreado http://nexus404.com/blog/2007/04/18/animated-led-clock/ http://thestereobus.com/wp-content/uploads/2008/01/sampled_signal.png Tiene puntos finitos: Señal discontinua
Digitalización de una señal analógica ADC f(t) Muestreador Cuantificador Codificador f(n) 0111001
Digitalización de una señal analógica Analógica Muestreada (tiempo) Cuantificada (Amplitud) Digital (Tiempo-ampitud) http://rodrigocadiz.com/imc/html/img156.png
Sistema de conversión A/D-D/A Analógico Digital Analógico Conversión A/D Conversión D/A http://images.apple.com/uk/pro/techniques/connectingguitar/images/image_connectingguitar2.jpg
Sistema de conversión A/D-D/A Entrada analógica Filtro antialising Conversor D/A Conversor A/D Procesamiento digital Filtro antiimagen Salida analógica
Proceso de cuantización Resolución en amplitud http://www.webkinesia.com/games/images/
Proceso de muestreo Resolución temporal http://zone.ni.com/images/reference/en-xx/help/371361b-01/loc_eps_samples.gif
Teorema del muestreo Teorema de Shanon-Nyquist: Para reproducir fielmente una señal analógica se debe muestrear como mínimo al doble del máximo componente frecuencial de la señal f m 2* f s f m : Frecuencia de muestreo f s : Max comp frec de la señal El filtro antialising garantiza que la señal a muestrear tenga un rango definido de frecuencias
Representación de señales digitales Estados lógicos: Los valores que toma una señal digital se construyen a partir de una representación de dos estados lógicos Apagado http://www.hispapanels.com/tienda/images/onoffon.jpg Encendido http://www.opencockpits.com/catalog/images/onoff.jpg http://www.artistsvalley.com/images
Representación de señales digitales Funciones lógicas: Es la relación que se establece entre dos variables lógicas Interruptor Apagado Encendido Bombilla Apagado Encendido Variables lógicas I Falso Verdadero B Falso Verdadero Tabla de verdad I B 0 0 1 1
Representación de señales digitales Funciones lógicas de varias variables SW1 SW-SPST SW2 SW-SPST L1 12V BAT1 9V SW1 SW2 L1 0 0 0 1 1 0 1 1
Representación de señales digitales Funciones lógicas de varias variables SW3 SW-SPST BAT2 9V SW4 SW-SPST L2 12V SW3 SW4 L2 0 0 0 1 1 0 1 1
Compuertas lógicas Son representaciones esquemáticas de funciones lógicas, tienen su propia tabla de verdad y permiten la formación de diagramas lógicos http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/labdigi/practicas/p4/lab_digital_i-4_html_m41e0209.png
Construcción circuital Compuertas lógicas http://i43.tinypic.com/2qa5ylc.jpg
Construcción circuital Compuertas lógicas http://i43.tinypic.com/2qa5ylc.jpg