Download 3039 Circuitos Digitales 1

UNIVERSIDAD DE MENDOZA – FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA
INGENIERIA EN COMPUTACIÓN
ASIGNATURA
CIRCUITOS DIGITALES I
CÓDIGO
3039
CURSO
TERCERO
ÁREA
TECNOLOGÍAS APLICADAS
ULTIMA REVISIÓN
8/11/2010
MATERIAS CORRELATIVAS:
3023 TECNOLOGÍA
AÑO LECTIVO 2011
Profesor Titular:
Profesor Asociado: Osvaldo Marianetti
Profesores Adjuntos: Jorge Guglielmino
Jefes de trabajos prácticos: Luis Arce
Carga Horaria Semanal:
4
Carga Horaria Total:
120
OBJETIVOS:
OBJETIVOS GENERALES:
Que el alumno reconozca la relación entre funciones lógicas y su implementación
mediante dispositivos físicos electrónicos, interpretar representaciones esquemáticas,
diagramas de estado y diagramas de bloques de circuitos lógicos.
Que el alumno obtenga conocimientos sobre las tecnologías, herramientas y
componentes relacionados con los circuitos digitales; como así también del diseño y las
aplicaciones de circuitos digitales de lógica discreta, sistemas microprogramables y/o
basadas en dispositivos lógicos programables.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Representar, operar e implementar funciones lógicas.
Adquirir el dominio de las herramientas necesarias para el análisis y el diseño de circuitos
lógicos.
Conocer las aplicaciones de los circuitos combinacionales y secuenciales.
Identificar los componentes funcionales de los circuitos lógicos.
Identificar las características de las tecnologías de los circuitos digitales.
Implementar aplicaciones con distintos circuitos digitales LSI y MSI.
Reconocer circuitos PLD.
Identificar las características de los componentes de un sistema microprogramable,
circuitos de memoria, UCP y circuitos de entrada y salida.
Adquirir el dominio de las herramientas de diseño de sistemas microprogramados
Utilizar microcontroladores en aplicaciones de control.
PROGRAMA ANALÍTICO:
Capítulo I: Funciones Lógicas
TEMA A: Álgebra booleana: 1.A.1. Teoremas fundamentales del álgebra booleana.
1.A.2. Funciones lógicas. 1.A.3. Operaciones de las funciones lógicas. 1.A.4.
Representación de funciones lógicas. Relación con los sistemas de numeración y
códigos. Representación binaria, representación decimal. 1.A.5. Tablas de verdad,
formas algebraicas, formas canónicas.
TEMA B: Simplificación de funciones lógicas: 1.B.1. Funciones lógicas completas y
funciones lógicas incompletas. 1.A.2. Minimización de funciones. Objetivos. 1.A.3. Mapas
de Karnaugh. 1.A.4. Simplificación de funciones. Métodos y algoritmos de minimización.
Capitulo II - Electrónica Digital
TEMA A: Familias lógicas: 2.A.1Concepto de electrónica digital. Sistemas lógicos
digitales. 2.A.2. Características de los circuitos lógicos digitales. Niveles lógicos. 2.A.3
Función de transferencia. 2.A.4 Corrientes de entrada-salida. Ruido. Potencia disipada.
Velocidad de conmutación. Producto potencia disipada-retardo de propagación. Factores
de carga. 2.A.5. Familias de circuitos lógicos digitales.
TEMA B: Lógica combinatoria: 2.B.1. Circuitos combinacionales. 2.B.2. Implementar
funciones lógicas con compuertas lógicas electrónicas. 2..B.3. Diseño de circuitos
combinacionales. 2.B.4. Aplicaciones prácticas. 2.B.5. Lógica combinatoria modular:
Decodificadores. Multiplexores. Codificadores. Demultiplexores. 2.B.6. Aplicaciones.
2.B.7. Elementos de aritmética binaria. La suma y la resta lógica. La unidad aritméticológica. Comparadores. 2.B.8. Aplicaciones prácticas.
Capitulo III - Multivibradores Y Lógica Secuencial.
TEMA A: Circuitos multivibradores lógicos: 3.A.1. Circuitos astables. 3.A.2 Circuito
astable con inversores. 3.A.3. Circuito astable con puertas NAND. Circuito astable con
puertas NOR. 3.A.4. Circuito astable con cristal. 3.A.5. Circuitos monoestables. Circuito
aestable/monoestable. 3.A.6. Aplicaciones prácticas. 3.A.7. Biestables tipo RS, tipo JK,
tipo D, master-slave.
3.A.8. Registros. Registros de almacenamiento y de
desplazamiento. Registro paralelo-paralelo. Registro paralelo-serie. Registro serieparalelo. Registro serie-serie. Registro universal. 3.A.9. Aplicaciones prácticas.
TEMA B: Análisis y síntesis de circuitos secuenciales sincrónicos: 3.B.1.
Diagramas de estados. 3.B.2. Procedimientos de síntesis. 3.B.3. Tablas de estado. 3.B.4.
Ejemplos de diseño. Métodos top-down. Máquina algorítmica de estados: 3.B.5.
Diagramas de estado. 3.B.6. Método del multiplexor. Método uno en alto 3.B.7. Ejemplos
y aplicaciones.
TEMA C: Contadores y secuenciales asíncronos: 3.C.1. Contadores según su
funcionamiento. Contadores asíncronos. Contadores síncronos. 3.C.2. Contadores según
su código. Contadores binarios. Contadores de décadas. 3.C.3. Contadores según sus
prestaciones. Contadores reversibles. Contadores programables. 3.C.4. Divisores de
frecuencia. 3.C.5. Aplicaciones prácticas. 3.C.6. Circuitos secuenciales asíncronos. Tipos
de circuitos asíncronos. 3.C.7. Análisis de asíncronos de modo pulso. Análisis de circuitos
de modo fundamental.
Capitulo IV- Diseño De Sistemas Modulares Asistidos Por Computadora
TEMA A: Diseño asistidos por computadora: 4.A.1. Concepto de herramientas CADEDA. Descripción del diseño. 4.A.2. Trazado de esquemas jerárquicos. 4.A.3. Simulación
de sistemas jerárquicos. 4.A.4 Herramientas de simulación por computadora. 4.A.5.
Aplicaciones prácticas mediante captura de esquemas.
TEMA B: Circuitos lógicos programables: 4.B.1. Introducción. Clasificación de los
ASIC. Los PLD. Los ASPLD. Los FPGA. 4.B.2. Descripción de circuitos digitales.
Introducción al lenguaje VHDL. 4.B.3. Simulación y síntesis de circuitos básicos. 4.B.4.
Diseño de circuitos combinacionales y secuenciales con dispositivos lógicos
programables.
Capítulo V - Introducción A Los Sistemas Microprogramables
TEMA A: Sistemas microprogramables: 5.A.1. Introducción. Estructura interna de los
sistemas microprogramables. Elementos básicos en un sistema microprogramable. 5.A.2.
Estructura de un sistema microprogramable. 5.A.3. Interconexión de un sistema
microprogramable. 5.A.4. Arquitectura básica de una CPU. Bloque de operaciones.
Bloque de control. 5.A.5. Funcionamiento de la CPU. La instrucción. Ciclos de trabajo en
la CPU. Secuencia de operaciones elementales. Tiempo de ejecución de un programa.
5.A.6. Modos de direccionamiento. 5.A.7. Registros auxiliares.5.A.8. Interrupciones.
Vectores en un microprocesador. Interrupciones hardware. Interrupciones software.
Reset.
TEMA B: Técnicas de programación: 5.B.1. Introducción. Análisis del problema. 5.B.2.
Partición del sistema en bloques. Desarrollo del algoritmo para cada partición. 5.B.3.
Escribir el programa. 5.B.4. Programación estructurada. Diseño top-down. Recursos
abstractos. 5.B.5. Las estructuras. Ejemplos de estructuras básicas. Estructura
secuencial. Estructura alternativa. Estructura repetitiva.
Capítulo VI - Memorias Y Entrada/Salida
TEMA A: Memorias: 6.A.1.Introducción. Características generales de las memorias.
Tiempo de acceso. Capacidad. Volatilidad. Modo de acceso. Consumo. 6.A.2. Tecnología
de fabricación. 6.A.3. Tipos de memorias. 6.A.4. Estructura y operaciones básicas. 6.A.5.
Organización interna de una memoria. 6.A.6. Aumento de la memoria en un sistema
microprocesador .Aumento de la capacidad de la memoria. Aumento en la longitud de la
palabra almacenada. 6.A.7. Funcionamiento de memorias comerciales del tipo ROM.
Proceso de lectura en una memoria ROM. 6.A.8. Funcionamiento de memorias
comerciales del tipo RAM. Proceso de lectura en una memoria RAM. Proceso de
escritura en una memoria RAM. 6.A.9. Bus I2C.
TEMA B: Circuitos de entrada / salida: 6.B.1. Comunicación entre CPU y unidad de
entrada/salida. 6.B.2. Controladores de entrada/salida. 6.B.3. Sistemas de adquisición de
datos. 6.B.4. Estructura de un sistema de adquisición de datos. 6.B.5. Conversores A/D y
D/A. 6.B.6. Llaves analógicas.
Capítulo VII - Microprocesador
TEMA A: Microprocesador: 7.B.1. Introducción. Características. Distribución de los
terminales.7.B.2. Arquitectura interna. Organización de la memoria. Las interrupciones.
7.B.3. Modos de direccionamiento. Direccionamiento implícito. Direccionamiento
inmediato. Direccionamiento inmediato rápido. Direccionamiento directo a registro de
datos. Direccionamiento directo a registro de dirección. Direccionamiento absoluto largo.
Direccionamiento
absoluto
corto.
Direccionamiento
indirecto
por
registro.
Direccionamiento indirecto con postincremento. Direccionamiento indirecto con
predecremento. Direccionamiento indirecto con desplazamiento. Direccionamiento
indirecto con índice y desplazamiento. Direccionamiento relativo a PC con
desplazamiento. Direccionamiento relativo a PC con índice y desplazamiento.
TEMA B: Conjunto de instrucciones: 7.B.1. Descripción del juego de instrucciones.
7.B.2. Instrucciones de transferencia de datos. 7.B.3. Instrucciones aritméticas. 7.B.4
.Instrucciones lógicas (AND, OR, NOT, OR exclusiva o EOR). 7.B.5. Instrucciones de
control de programa
Capítulo VIII - Microcontroladores
TEMA A: Microcontroladores: 8.A.1. Introducción. Características. Distribución de los
terminales. 8.A.2. Estructura interna. Unidad central de proceso. Memoria de programa y
memoria de datos. Puertos de entrada/salida. Registros. 8.A.3. Organización de la
memoria. Memoria de programa. Memoria de datos. 8.A.4. Set de instrucciones. Modos
de direccionamiento. Tipos de operandos. 8.A.5. Instrucciones de transferencia de datos.
Transferencia de datos con direccionamiento directo sobre la RAM interna. Transferencia
de datos con direccionamiento indirecto sobre la RAM interna. Transferencia de datos
con direccionamiento indirecto sobre la RAM externa. 8.A.6. Instrucciones de salto. Salto
incondicional. Saltos condicionales. Instrucciones lógicas. 8.A.7. Operaciones AND, OR,
XOR y NOT. Instrucciones de rotación. Borrar y complementar el acumulador. 8.A.8.
Instrucciones aritméticas. Suma. Resta. Multiplicación y división. Ajuste decimal.
Incremento y decremento. Instrucciones booleanas. 8.A.9. Formas de direccionar un bit.
Instrucciones de manipulación de bit. Instrucciones de control de estado. Operaciones
lógicas con bits. Instrucciones de salto y comparación de bit. 8.A.10. Programa
ensamblador. Formato del programa ensamblador. Formato de los operandos. Directivas
del ensamblador. Ejemplos de programas. 8.A.11. Aplicaciones prácticas.
TEMA B: Los recursos del microcontrolador: 8.B.1.Introducción. Oscilador y circuito
de reloj. 8.B.2. Configuraciones de entrada/salida. 8.B.3. Temporizadores/contadores.
8.B.4. Interrupciones. Estructura de las interrupciones. Habilitación de las interrupciones.
Prioridad de las interrupciones. Cómo actúan las interrupciones. Interrupciones externas.
Tiempo de respuesta. Reset. 8.B.5. Modos de funcionamiento de bajo consumo. 8.B.6.
Comunicación serie. Comunicación entre multiprocesadores. Registro de control del
puerto serie. Velocidad de transmisión. Ejemplos de programas. 8.B.7. El WATCHDOG
TIMER y el modo de reposo (SLEEP). 8.B.8. Memoria datos EEPROM. Lectura en la
memoria de datos EEPROM. Escritura en la memoria de datos EEPROM. Verificación en
los ciclos de escritura. 8.B.9. Palabra de configuración y registros de identificación.
8.B.10. Aplicaciones prácticas básicas.
TEMA C: Entornos y herramientas de desarrollo: 8.C.1. Generación de proyectos.
8.C.2. Selección de herramientas de compilación. 8.C.3. Librerías. 8.C.4. Mensajes de
salida. 8.C.5. Herramientas de simulación.
Formación Práctica
Horas
Resolución de Problemas Rutinarios:
10
Laboratorio, Trabajo de Campo:
20
Resolución de Problemas Abiertos de ingeniería:
10
Proyecto y Diseño:
20
PROGRAMA DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
TRABAJOS PRÁCTICOS DE GABINETE
Resolución de problemas: 20 hs.
Proyecto y diseño: 10 hs.
PRACTICO 1: Sistemas de numeración
PRACTICO 2: Códigos
PRACTICO 3: Familias lógicas
PRACTICO 4: Minimización de funciones lógicas.
PRACTICO 5: Circuitos discretos. Aplicaciones.
PRACTICO 6: Circuitos de memoria y sistemas microprogramables
PRACTICO 7: Dispositivos lógicos programables.
PRACTICO 8: Microcontroladores. Programación.
PRACTICO 9: Microcontroladores. Diseño de aplicaciones.
PRACTICO 10: Microcontroladores. Proyecto.
TRABAJOS PRÁCTICOS DE LABORATORIO
Laboratorio: 20 hs.
Proyecto y diseño: 10 hs.
PRACTICO 1: Circuitos SSI y MSI (primera parte)
PRACTICO 2: Circuitos SSI y MSI (segunda parte)
PRACTICO 3: Microcontroladores. Programación básica.
PRACTICO 4: Microcontroladores. Entorno de desarrollo.
PRACTICO 5: Microcontroladores. Programación de entradas-salidas digitales.
PRACTICO 6: Microcontroladores. Proyecto de aplicación.
ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL DE CONTENIDOS:

Los contenidos abordados en esta materia se basan en conceptos de las
siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
INFORMÁTICA
ELECTROTECNIA APLICADA
TECNOLOGÍA
COMPUTACIÓN

Comparte e integra elementos horizontalmente con las siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
ELECTRONICA ANALOGICA I

1
2
2
2
3
3
Los contenidos abordados en esta materia aportan conceptos a las
siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
CIRCUITOS DIGITALES II
SISTEMAS AUTOMÁTICOS Y DE
CONTROL
ELECTRONICA ANALOGICA II
SISTEMAS EMBEBIDOS
CONDICIONES PARA REGULARIZAR
EVALUACIÓN:
Para alcanzar la regularidad el alumno deberá:
4
4
4
4
5
LA MATERIA y RÉGIMEN DE

Cumplir con el 80 % de asistencia.



Completar y aprobar el 100% de los trabajos prácticos
Presentar los proyectos requeridos en tiempo y forma
Aprobar los exámenes parciales
Se toman tres exámenes parciales
Los parciales se aprueban con el 70%
Se rinde un examen final según el programa de examen.
BIBLIOGRAFÍA:
Principal:
Autor
Título
Editorial
Tocci - Widmer
Sistemas digitales:
principios y aplicaciones
Sistemas digitales:
principios y aplicaciones
Prentice
Hall
Prentice
Hall
McGrawHill
Tocci - Widmer
Gil PadillaRemiro-Cuesta
CuencaAnguloMartinez
Electrónica Digital Y
Microprogramable
Año Ed.
2007
Disp.
1993
1
2000
1
Microcontroladores.
Solución en un chip.
Paraninfo
2002
Editorial
Martinez
Título
Desarrollo y Programación
de Sistemas Digitales
Año Ed.
2001
Hill
The Art of the Digital Design
Nelson-NagleCarroll-Irwin
Análisis y Diseño de
Circuitos Lógicos Digitales
Prentice
Hall
Prentice
Hall
De Consulta:
Autor
Parainfo
ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS UTILIZADAS:

Clases expositivas

Trabajos teórico - prácticos grupales e individuales

Trabajos prácticos individuales
RECURSOS DIDÁCTICOS UTILIZADOS:



Textos
Pizarrón y tiza
Transparencias
Disp.
1987
2003
2






Guías de trabajos prácticos
Apuntes elaborados para consulta de los alumnos
Software de simulación
Kits de circuitos digitales
Instrumentos de medición
Plataforma de aula virtual
PROGRAMA DE EXAMEN:
Programa analítico y programa de trabajos prácticos