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PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
Curso académico 2011/12
Identificación y características de la asignatura
Electrónica Digital
Denominación
Titulación
Licenciatura en Física
Centro
Facultad de Ciencias
Curso
5º
Descriptores
(BOE)
Profesor/es
Temporalidad
1er Cuatrimestre
Troncal
Electrónica Digital. Sistemas Digitales. Conversores. Muestreo,
retención. Sistemas de adquisición de datos.
Nombre
Fernando J.
Álvarez Franco
Despacho
Correo-e
B110
[email protected]
Área de
conocimiento
Electrónica
Departamento
Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática
Profesor
coordinador (si
hay más de
uno)
101670
9 (6+3)
Créditos (T+P)
Carácter
Código
Página web
Objetivos y/o competencias
1.- Objetivos relacionados con competencias académicas y disciplinares
1. Conocer las herramientas matemáticas utilizadas para el análisis y diseño de los circuitos
digitales y las tecnologías de fabricación más importantes de este tipo de dispositivos.
2. Conocer las metodologías de análisis y diseño de los circuitos combinacionales y
secuenciales, así como los bloques básicos de este tipo de sistemas.
3. Conocer las características funcionales y eléctricas de las memorias semiconductoras.
4. Conocer
las
características
funcionales
y
eléctricas
de
los
convertidores
analógicos/digitales y digitales/analógicos.
5. Adquirir destreza en el montaje experimental de circuitos digitales básicos, así como en la
búsqueda en catálogo de sus principales características.
6. Conocer las características funcionales y eléctricas de los dispositivos lógicos
programables y manejar los principales programas de diseño, simulación y test de estos
dispositivos.
7. Conocer los fundamentos de los sistemas de adquisición de datos y el procesamiento
digital de la señal.
8. Conocer la estructura interna de un sistema digital basado en microprocesador,
comprender el funcionamiento de estos dispositivos e iniciarse en la programación en
ensamblador.
9. Conocer las capacidades de los modernos microcontroladores y procesadores digitales de
señal.
2.- Objetivos relacionados con otras competencias personales y profesionales
10. Resolver problemas con creatividad y confianza en los propios conocimientos.
11. Ser capaz de comunicar conocimientos especializados de forma estructurada, coherente y
razonada.
12. Ser capaz de actualizar conocimientos de forma continuada manejando las principales
fuentes de información relacionadas con la disciplina tanto en castellano como en inglés.
13. Aprender a trabajar de forma autónoma y adquirir capacidad de decisión.
14. Aprender a trabajar en equipo de forma organizada.
Temas y contenidos
(especificar prácticas, teoría y seminarios, en su caso)
PROGRAMA DE TEORÍA
TEMA 1. CONCEPTOS GENERALES Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN
1.1.
Conceptos generales
▪ Señales y sistemas
▪ Señales y sistemas analógicos y digitales
▪ Puertas lógicas
1.2.
Circuitos integrados digitales (CIDs)
▪ Generalidades
▪ Encapsulados y clasificación
▪ Parámetros de comportamiento eléctrico
1.3.
Tecnologías de fabricación de CIDs
▪ Familias y subfamilias lógicas
▪ Familia TTL
▪ Familia CMOS
▪ Interconexión entre familias lógicas
TEMA 2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN Y ÁLGEBRA DE BOOLE
2.1.
Sistemas de numeración
▪ Sistemas de numeración simbólicos y posicionales
▪ Sistemas posicionales en base-b
▪ Sistemas binario, octal y hexadecimal
2.2.
Aritmética binaria
▪ Aritmética de números naturales. Operaciones básicas.
▪ Aritmética de números enteros. Sistema de representación Ca2
▪ Aritmética en coma flotante. El estándar IEEE 754/1985
2.3.
Códigos binarios
▪ Codificación de la información
▪ El código BCD
▪ El código Gray
▪ Códigos alfanuméricos: códigos ASCII y UNICODE
▪ Códigos de detección y corrección de errores
2.4.
Álgebra de Boole
▪ Generalidades
▪ Postulados y Teoremas del álgebra de Boole
▪ Representación de funciones booleanas
TEMA 3. DISEÑO DE SISTEMAS COMBINACIONALES
3.1.
Introducción a la lógica combinacional
▪ Generalidades
▪ Análisis de sistemas combinacionales
3.2.
Implementación de sistemas combinacionales
▪ Implementación directa
▪ Implementación básica de dos niveles
▪ Implementación basada en puertas NAND y NOR
3.3.
Simplificación de funciones lógicas
▪ Justificación
▪ Simplificación basada en la aplicación de las leyes del Álgebra de Boole
▪ Simplificación basada en mapas de Karnaugh
▪ Simplificación basada en el método de Quine-McCluskey
▪ Funciones parcialmente especificadas
▪ Funciones de salida múltiple
TEMA 4. FUNCIONES DE LA LÓGICA COMBINACIONAL
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
Comparadores
▪ Descripción
▪ Circuitos comerciales
Codificadores y decodificadores
▪ Descripción
▪ Circuitos comerciales
▪ Diseño basado en decodificadores
Convertidores de código
▪ Descripción
▪ Circuitos comerciales
Multiplexores y demultiplexores
▪ Descripción
▪ Circuitos comerciales
▪ Diseño basado en multiplexores
Sumadores y restadores binarios
▪ El semisumador
▪ El sumador completo de un bit
▪ El sumador de n bits con propagación de acarreo (RCA)
▪ El sumador de n bits con acarreo anticipado (CLA)
▪ El sumador-restador
Unidades Aritmético-Lógicas
▪ Descripción
▪ Circuitos comerciales
TEMA 5. SISTEMAS SECUENCIALES BÁSICOS
5.1.
5.2.
Introducción a la lógica secuencial
Biestables
▪ Concepto
▪ Clasificación funcional: S-R, J-K, D y T
▪ Biestables asíncronos o latches
▪ Biestables síncronos o flip-flops
▪ Parámetros de funcionamiento de los biestables
5.3.
Registros
▪ Generalidades
▪ Registros de almacenamiento
▪ Registros de desplazamiento
▪ Aplicaciones
5.4.
Contadores
▪ Generalidades
▪ Contadores asíncronos
▪ Contadores síncronos
▪ Diseño basado en detección de transiciones
▪ Aplicaciones
TEMA 6. DISEÑO DE SISTEMAS SECUENCIALES
6.1.
6.2.
Introducción
Metodología general de diseño
▪ Los contadores como ejemplo de sistemas secuenciales
▪ El diagrama de estados y la tabla de transición de estados
▪ La codificación de estados
▪ La tabla de transiciones del biestable
▪ Las tablas de excitación del sistema y de salida
▪ Resumen de la metodología de diseño
▪ Ejemplos reales de diseño con CIs y sobre lógica reconfigurable
6.3.
Detectores de secuencias
▪ Generalidades
▪ Ejemplo de diseño
6.4.
Máquinas de Moore y de Mealy
▪ Arquitectura de la máquina de Moore
▪ Arquitectura de la máquina de Mealy
▪ Metodología general de diseño de máquinas Mealy
▪ Comparativa Moore Vs Mealy
▪ Ejemplo de diseño
6.5.
Eliminación de estados redundantes
▪ Concepto de estado redundante
▪ Eliminación directa
▪ Eliminación por partición
TEMA 7. MEMORIAS
7.1.
7.2.
Introducción
Principios de las memorias semiconductoras
▪ Generalidades y clasificación
▪ Estructura general de terminales
▪ Descripción funcional
7.3.
Memorias de Acceso Aleatorio (RAM)
▪ Memorias RAM estáticas (SRAM)
▪ Memorias RAM dinámicas (DRAM)
7.4.
Memorias de sólo lectura (ROM)
▪ Memorias ROM de máscara
▪ Memorias ROM programables (PROM)
▪ Memorias ROM programables y borrables (EPROM)
▪ Memorias Flash
7.6.
Expansión de Memorias
▪ Concepto
▪ Expansión de la longitud de palabra
▪ Expansión del número de palabras
▪ Módulos de memoria
TEMA 8. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES PROGRAMABLES
8.1.
8.2.
Clasificación de los circuitos integrados digitales (CIDs)
CIDs Programables de Arquitectura Fija
▪ Concepto y clasificación
▪ La PAL (Lógica de matriz programable)
▪ La GAL (Lógica de matriz genérica)
▪ La PLA (Matriz lógica programable)
8.3.
CIDs Programables de Arquitectura Configurable I: PLDs
▪ Concepto y clasificación
▪ Dispositivos lógicos programables simples (SPLDs)
▪ Dispositivos lógicos programables avanzados (APLDs)
▪ Dispositivos lógicos programables complejos (CPLDs)
▪ Ejemplos de CPLDs comerciales
8.4.
CIDs Programables de Arquitectura Configurable II: FPGAs
▪ Concepto y clasificación
▪ Módulos Hardware
▪ Ejemplos de FPGAs comerciales
8.5.
Flujo de diseño de la lógica programable
▪ Elementos básicos de programación
▪ Etapas de diseño
TEMA 9. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
9.1.
Introducción
▪ Los sistemas de adquisición de datos
▪ Procesamiento digital de la señal
▪ Muestreo de señales analógicas
9.2.
Conversión Digital-Analógica
▪ Generalidades
▪ El convertidor D/A con ponderación binaria
▪ El convertidor D/A en escalera R/2R
9.3.
Conversión Analógica-Digital
▪ Generalidades
▪ El ruido de cuantización
▪ Convertidores A/D sin realimentación.
▪ Convertidores A/D con realimentación.
9.4.
Desviaciones respecto del comportamiento ideal
▪ Error de offset
▪ Error de ganancia
▪ Error de no-linealidad integral (INL)
▪ Error de no-linealidad diferencial (DNL)
▪ Monotonicidad y códigos perdidos
▪ Tiempo de conversión y tiempo de establecimiento
▪ Incertidumbre en el tiempo de muestreo
TEMA 10. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS BASADOS EN MICROPROCESADOR
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
10.5.
10.6
Introducción
El microprocesador
▪ Concepto y estructura interna
▪ Clasificación de los procesadores
▪ Evolución de los microprocesadores
La Memoria
▪ La Jerarquía de Memorias
▪ Parámetros característicos
▪ La Memoria Caché
El sistema de Entradas/Salidas
▪ Concepto
▪ Dispositivos de E/S
▪ Interconexión. Concepto de bus y tipos
Programación de sistemas basados en microprocesador
▪ Lenguajes máquina y ensamblador
▪ Tipos de instrucciones
▪ Modos de direccionamiento
▪ Introducción a los lenguajes de alto nivel
Microcontroladores y Procesadores Digitales de Señal
▪ Microcontroladores
▪ Procesadores Digitales de Señal (DSPs)
PROGRAMA DE PRÁCTICAS
PRÁCTICA 1 –COMPARATIVA DE FAMILIAS LÓGICAS
PRÁCTICA 2 – DISEÑO DE SISTEMAS COMBINACIONALES SIMPLES
PRÁCTICA 3 – DISEÑOS CON FUNCIONES DE LA LÓGICA COMBINACIONAL
PRÁCTICA 4 – DISEÑO DE UN SISTEMA SECUENCIAL BÁSICO
PRÁCTICA 5 – DISEÑO DE UN SISTEMA SECUENCIAL COMPLEJO
PRÁCTICA 6 – DISEÑO DE UN SISTEMA DIGITAL BASADO EN MEMORIA
PRÁCTICA 7 – DISEÑO SOBRE LÓGICA RECONFIGURABLE
PRÁCTICA 8 – ESTUDIO DEL CONVERTIDOR ANALÓGICO/DIGITAL
PRÁCTICA 9 – ESTUDIO DE UN SISTEMA BASADO EN PROCESADOR RISC
Criterios de evaluación
Criterios de evaluación
1. Asimilación de los conocimientos de la asignatura
Vinculación con
los objetivos
1 - 9, 13
2. Resolución de problemas a partir de los conocimientos teóricos
1 -4, 7 - 8, 10
3. Preparación previa de las prácticas de la asignatura y correcta
interpretación de los resultados obtenidos
1-8, 14
4. Organización, capacidad de síntesis y elaboración de conclusiones en
los trabajos de seguimiento de cada tema
11- 13
Actividades e instrumentos de evaluación
Seguimiento y
Tutorías ECTS
Examen final
Realización de las tareas de seguimiento de cada tema
10% (NR)
Trabajo previo, actitud y resultados obtenidos en las
prácticas de laboratorio
30%
Resolución de cuestiones teórico/prácticas
60%
Nota: Para superar la asignatura es imprescindible alcanzar una nota mínima de 3 sobre 10 en
cada una de las cuatro partes evaluadas (tareas de seguimiento, prácticas de laboratorio,
examen de teoría y examen de problemas)
Bibliografía
[Anasagasti, 1998] Pedro de Miguel Anasagasti. Fundamentos de los Computadores (6ª
Edición). Paraninfo, 1998
[Angulo y otros, 2007] J. M Angulo, I. Angulo y A. Etxebarría. Microcontroladores PIC. Diseño
práctico de aplicaciones 1ª parte (4ª Edición). McGraw-Hill, 2007
[Angulo y otros, 2006] J. M Angulo, B. García, I. Angulo y J. Vicente. Microcontroladores
Avanzados dsPIC. Thomson, 2006
[Baena y otros, 1997] C. Baena, M. J. Bellido, A. J. Molina, M. P. Parra y M. Valencia. Problemas
de Circuitos y Sistemas Digitales. McGraw-Hill, 1997.
[Blanco, 2005] Cecilio Blanco. Fundamentos de Electrónica Digital. Thomson, 2005
[Deschamps, 2002] Jean-Pierre Deschamps. Síntesis de Circuitos Digitales. Un enfoque
algorítmico. Thomson, 2002.
[Fiore, 2002] James M. Fiore. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales.
Thomson, 2002
[Floyd, 2006] Thomas L. Floyd. Fundamentos de Sistemas Digitales (9ª Edición). Prentice-Hall,
2006
[García, 2003] Javier García. Problemas resueltos de Electrónica Digital. Thomson, 2003.
[García y Pérez, 2006] José M. García y Emilio J. Pérez. Dispositivos Lógicos Programables
(PLD). Ra-Ma, 2006.
[Hayes, 1996] John P. Hayes. Introducción al diseño lógico digital. Addison-Wesley, 1996.
[Johns y Martin, 1997] David Johns y Ken Martin. Analog Integrated Circuit Design. John Wiley &
Sons, 1997.
[Mandado y otros, 2002] E. Mandado, L. J. Álvarez y M. D. Valdés. Dispositivos Lógicos
Programables y sus aplicaciones. Thomson, 2002.
[Mazo y otros, 1995] M. Mazo, I. Fernández, J. Ureña, J. L. Lázaro, L. M. Bergasa, E. Santiso, P.
Martín, J. M. Villadangos y F. Espinosa. Circuitos Electrónicos Digitales. Servicio de
publicaciones de la Universidad de Alcalá, 1995.
[Mazo y otros, 1997] M. Mazo, J. Ureña, C. Matáix, I. Fernández, J. L. Lázaro, L. M. Bergasa, E.
Santiso, P. Martín, J. M. Villadangos, M. A. Sotelo y R. Mateos. Problemas de Electrónica
Digital. Servicio de publicaciones de la Universidad de Alcalá, 1997.
[Marcovitz, 2005] Alan B. Marcovitz. Diseño digital (2ª Edición). McGraw-Hill, 2005.
[Roth, 2004] Charles H. Roth, Jr. Fundamentos de diseño lógico (5ª Edición). Thomson, 2004.
[Stallings, 2006] W. Stallings. Organización y Arquitectura de Computadores (7ª Edición).
Prentice-Hall, 2006.
[Taub, 1982] Herbert Taub. Circuitos digitales y microprocesadores. McGraw-Hill, 1982
[Tavernier, 1994] Christian Tavernier. Circuitos lógicos programables. Paraninfo, 1994.
[Uyemura, 2000] John P. Uyemura. Diseño de Sistemas Digitales. Un enfoque integrado.
Thomson, 2000.
Tutorías
Horario
Lugar
12:00 - 14:00
Despacho B110 del Edificio
de Físicas
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
12:00 - 14:00
Despacho B110 del Edificio
de Físicas
Viernes
12:00 - 14:00
Despacho B110 del Edificio
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