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A)
Nombre del Curso
Electrónica digital II
B)
Datos básicos del curso
Semestre Horas de teoría
por semana práctica por Horas de semana Horas trabajo adicional estudiante Créditos IV 2 2 2 6
C)
Objetivos del curso
Objetivos
generales Diseñar circuitos digitales secuenciales utilizando las técnicas básicas y modernas de análisis y diseño secuencial y combinacional. Diseñar y simular circuitos secuenciales Objetivos
específicos Unidades1. Flip-flops y Objetivo específico
registros Conocer los diferentes tipos de celdas básicas de 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.
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.
3. Principios de
diseño secuencial Emplear las técnicas básicas y modernas de diseño de circuitos secuenciales para diseñar e implementar los mismos. 4. HDL en circuitos
secuenciales Aplicar un lenguaje de descripción de hardware para diseñar, representar, simular y sintetizar circuitos secuenciales. 5. Circuitos
secuenciales con dispositivos programables.
Diseñar circuitos secuenciales y los implementará utilizando diseño, simulación y síntesis en circuitos programables.
6. Análisis y diseño de circuitos secuenciales básicos.
Analizar, representar, simular e implementar circuitos secuenciales básicos utilizando lenguaje HDL y síntesis en dispositivos programables.
7. Consideración de problemas de implementación.
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.
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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 recursos
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.
Actividades de
aprendizaje 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 8h
Tema 2.1 Diferencias entre circuitos combinacionales y secuenciales 1h
Tema 2.2 El concepto de memoria 1h
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Tema 2.4 Diagrama de bloques y clasificación de máquinas de estados finitos 2h
Tema 2.5 Dispositivos secuenciales 2h
Tema 2.6 Dispositivos programables secuenciales 1h
Lecturas y otros
recursos 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 reafirmar los conocimientos adquiridos en el salón de clases.
Actividades de
aprendizaje 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
3.2.1 Latches: SR, D.
0.5h 3.2.2 Tabla característica, tabla de exitaciones, diagrama de bloques y
circuito de un flip flop
3.2.3 Flip-Flops: D, SR, JK, T, maestro esclavo
Tema 3.3 Diseño tradicional de máquinas secuenciales 1h
3.3.1 Diagramas de Estados
1h 3.3.2 Diseño del Decodificador de Estado Siguiente
3.3.3 Diseño del Decodificador de salida
3.3.4 Manejo de distintos tipos de flip flops como elementos de memoria Tema 3.4 Diseño de máquinas secuenciales utilizando Cartas ASM 1h
3.4.1 Diseño tradicional
1h 3.4.2 Diseño con multiplexores
3.4.3 Diseño por método One Hot 3.4.4 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 1h Lecturas y otros
recursos 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.
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Actividades de
aprendizaje 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 8h
Tema 4.1 Descripción del comportamiento síncrono en VHDL 2h
Tema 4.2 Escribiendo VHDL para síntesis 2h
4.2.1 Flip flops
2h 4.2.2 Registros
4.2.3 Contadores
Tema 4.3 Descripción de máquinas de estado en VHDL 2h
Lecturas y otros
recursos 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. Actividades de
aprendizaje 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 16 h
Tema 5.1 Dispositivos programables con registros 1h
Subtemas
5.1.1 Secuenciador lógico programable mediante campos
3h 5.1.2 PAL con registro
5.1.3 PLD
Tema 5.2 Arreglos programables de compuertas 1h
Subtemas 5.2.1 Arreglos de celdas lógicas 3h
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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.
Actividades de
aprendizaje 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 8 h
Tema 6.1 Documentación de circuitos secuenciales 1h
Tema 6.2 Latches y flip-flops 1h
6.2.1 Latches y flip-flops SSI
1h 6.2.2 Inhibidor de rebotes para interruptor
6.2.3 Circuito retenedor de bus 6.2.4 Registros multibit y latches
Tema 6.3 Contadores 1h
Tema 6.4 Contadores en HDL y PLDs 1h
Tema 6.5 Registros de corrimiento 1h
6.5.1 Estructura
1h 6.5.2 Registros de corrimiento MSI y aplicaciones
6.5.3 Conversión serial/paralelo
6.5.4 Contadores con registros de corrimiento
Tema 6.6 Registros de corrimiento en HDL y PLDs 1h
Lecturas y otros
recursos 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
Métodos de enseñanza 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.
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Actividades de aprendizaje
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
7.1.1 Sesgo del reloj (clock skew) 0.5h
7.1.2 Disparo del reloj 0.5h
7.1.3 Entradas asíncronas 0.5h
Tema 7.2 Fallas del sincronizador y metastabilidad 1h
Tema 7.3 Distribución de la señal de reloj 1h
Tema 7.4 Osciladores de reloj 1h
Tema 7.5 Sistemas de poder y distribución de poder 1h
Tema 7.6 Líneas de transmisión y sus terminaciones 1h
Tema 7.7 Planos de tierra 1h
Actividades de aprendizaje
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.
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E)
Estrategias de enseñanza y aprendizaje
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 aprendizaje 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 aprendizaje tendrán como objetivos, además del aprendizaje, 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
4 semanas
( Programado ) Unidad 1 y 2. 20% Segundo examen parcial y evaluación del
desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño
4 semanas
( Programado ) Unidad 3 y 4. 20%
Tercer examen parcial y evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño
4 semanas
( Programado ) Unidad 5. 20% Cuarto examen parcial y
evaluación del desarrollo de las competencias a través de las evidencias de desempeño
4 semanas
( Programado ) Unidad 6 y 7.
20%
Actividad 1 Durante todo el
curso Asistencia a clase Requisito
Actividad 2 Proyecto
integrador Todo el curso 20%
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Examen ordinario. Se evalúa como el
promedio del total de evaluaciones parciales. Al terminar el curso El contenido del curso. 100% 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.
El contenido del
curso. 100%
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.
El contenido del
curso. 100%
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.
El contenido del
curso. 100%
G)
Bibliografía y recursos informáticos
Textos básicos
1. M. Morris Mano. DISEÑO DIGITAL, 3e. Prentice Hall ISBN: 9702604389. ISBN-13: 9789702604389 (2003).
2. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer Y Gregory L. Moss. SISTEMAS DIGITALES. PRINCIPIOS Y APLICACIONES 10a Edición (Prentice Hall)
ISBN: 9702609704. ISBN-13: 9789702609704, 2007
3. Santiago Fernández Gómez; Enrique Soto Campos; Serafín Pérez López; DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES CON VHDL, Ed. Paraninfo, ISBN: 8497320816. ISBN-13: 9788497320818, 2006
Textos complementarios
4. Gil Padilla. ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROPROGRAMABLE. Grado Medio. Editorial Mcgraw-Hill. ISBN: 8448157001. ISBN-13: 9788448157005, 3ª Edición (15/01/2007).
60
Programas de simulación electrónica. 1.- PSIM.
2.- MATLAB. 3.- PSPICE. 4. MULTISIM.
Programas de simulación matemática. 1.- MAPLE
2.- MATLAB 3.- MATHEMATICA 4.- MATHCAD
