PROTOCOLO ACADÉMICO 1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO ACADÉMICO

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Protocolo Académico del curso Sistemas Digitales Básicos

PROTOCOLO ACADÉMICO

1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO ACADÉMICO IDENTIFICACIÓN DEL CURSO ACADÉMICO Nombre del curso Sistemas Digitales Básicos

Palabras clave Algebra Booleana, Operaciones Binarias, Sistemas de Numeración, Compuertas Lógicas, Tablas de Verdad, Lógica Combinacional, Circuitos Integrados, Lenguaje VHDL

Institución Universidad Nacional Abierta y a Distancia

Ciudad Bogotá D.C

Año 2011

Unidad Académica Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Campo de formación Profesional Específica

Área de conocimiento Ingeniería

Créditos 2

Tipo de curso Metodológico

Destinatarios A estudiantes de la escuela de Ciencias Básicas e Ingeniería en el pregrado de Ingeniería Electrónica Competencia general Habilidad para diseñar funciones lógicas elementales y

complejas como sumadores, decodificadores. Denominación de la

unidades didácticas

Unidad 1

Sistemas Digitales Básicos Unidad 2

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2. INTRODUCCIÓN

El curso de Circuitos Digitales Básicos es del Campo de Formación Profesional específica para el programa de Ingeniería Electrónica, con os créditos académicos, es Metodológico y a distancia. Busca darle la capacidad de describir al estudiante de manera suficiente las nociones, los conceptos y los procedimientos necesarios para el análisis y diseño de Circuitos Digitales.

Este curso es un abre bocas al maravilloso mundo digital, y pretende dar una formación básica a los futuros diseñadores digitales, que con dispositivos como PLDs, FPGAs, DSPs, etc. podrán llevar a la vida real aquellas ideas que le permitan interactuar al hombre con la máquina.

La Electrónica Digital ha experimentado un rápido crecimiento tecnológico; Los circuitos digitales son comúnmente usados en productos de consumo, equipos industriales y de control, equipos de oficina, equipos médicos, militares y de comunicaciones. Este uso extensivo de los circuitos digitales ha sido gracias a los avances tecnológicos que han reducido los costos en los circuitos integrados y la capacidad de los mismos, así como la aplicación de displays, memorias y tecnología computarizadas.

El curso consiste de dos Unidades, la primera detalla todos los conceptos básicos, procedimientos y métodos de reducción de circuitos digitales; la segunda unidad es una fundamentación en el uso del Lenguaje VHDL, el cual es empleado para el diseño asistido por Computador de los Circuitos Digitales.

El enfoque para el aprendizaje autónomo de este curso es del tipo teórico práctico, en donde la teoría es fácilmente llevada a la práctica por medio de talleres diseñados para tal fin. De tal manera, que el estudiante pueda depurar su conocimiento y dominio del tema por medio de su aplicación inmediata. Inicialmente el estudiante entenderá como desde una ecuación Booleana se puede construir físicamente un circuito digital y cómo estos cumplen con las operaciones básicas del Algebra de Boole.

Este enfoque será gracias al estudio independiente que se desarrolla a través del trabajo personal y del trabajo en pequeños grupos colaborativos de aprendizaje, y de acompañamiento tutorial desarrollado a través de la tutoría individual, en pequeños grupos colaborativos y de tutoría en grupo de curso.

Así mismo busca fomentar la cultura investigativa y de lectura en el estudiante a través del uso de tecnologías que faciliten el acceso a la información y la obtención de fuentes bibliográficas, de manera que fortalezca su aprendizaje autónomo.

En cuanto al sistema de evaluación del curso, este se basa en lo contemplado y definido en el Reglamente General Estudiantil, de forma que permita comprobar el nivel de avance del auto-aprendizaje alcanzado a lo largo del curso. Por lo tanto, se emplearán tres tipos de evaluación alternativas y complementarias:

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Autoevaluación: evaluación que realiza el estudiante para valorar su propio proceso de aprendizaje.

Coevaluación: se realiza a través de los grupos colaborativos, y pretende la socialización de los resultados del trabajo personal.

Heteroevaluación: Es la valoración que realiza el tutor. Para el desarrollo del curso es importante el papel que juegan los siguientes recursos tecnológicos como medio activo, buscando la relación tutorestudiante:

Módulos y guías escritos para estudio temático y orientación pedagógica.

El Computador como herramienta informática para estudio con CD ROM, conexión a Internet y editores de texto.

Sistemas y plataformas tecnológicas institucionales para favorecer la comunicación sincrónica, tales como; videoconferencia, Chat. Estas permiten encuentros presénciales directos o mediados, favoreciendo una interacción inmediata.

Y las comunicaciones asincrónicas tales como: Grupos de interés, páginas WEB, Correo electrónico, grupos de noticias, servidores FTP. Estas permiten la comunicación en forma diferida favoreciendo la disposición del tiempo del estudiante para su proceso de aprendizaje.

Para facilitar el auto-aprendizaje es necesario consultar la bibliografía recomendada, utilizar la biblioteca virtual y el acceso a Internet, con esto se está también potenciando en los estudiantes la capacidad de investigación y de auto gestión para adquirir conocimiento según sean sus necesidades y/ó debilidades encontradas durante cada uno de los pasos del proceso a seguir, es decir el modelo pedagógico a desarrollar son las habilidades de pensamiento.

El acceso a documentos adquiere una dimensión de suma importancia en tanto la información sobre el tema exige conocimientos y planteamientos preliminares, por tal razón es imprescindible el recurrir a diversas fuentes documentales y el acceso a diversos medios como son: bibliotecas electrónicas, hemerotecas digitales e impresas, sitios Web especializados.

En la medida que el estudiante adquiera su rol, se interiorice y aplique los puntos abordados anteriormente, podrá obtener los logros propuestos en este curso. Es importante ser consciente de las fortalezas y debilidades, prestando atención a pulir las primeras y mejorar en las segundas, y lo mejor para llevarlo a cabo con Disciplina.

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3. JUSTIFICACIÓN

En el mundo actual los sistemas digitales tienen una gran importancia en cada uno de los ámbitos donde el hombre se desarrolla tales como aplicaciones en: computadores, automatización, robots, ciencia, tecnología médica, transportación, entretenimiento, telefonía, exploración espacial, etc., en el curso de Sistemas Digitales Básicos se dan los fundamentos y los conceptos teóricos de los circuitos secuenciales; así como las metodologías de análisis y diseño de sistemas digitales fundamentales, con el fin que el estudiante pueda afrontar con el diseño de sistemas digitales programables. Del mismo modo, se incorporan para el uso de herramientas de simulación y diseño HDL, que permiten al estudiante adentrarse a esta metodología que es la tendencia en el ámbito del diseño digital.

El Ingeniero Electrónico requiere del conocimiento básico de la electrónica digital para comprender el manejo, operación y mantenimiento de equipos, máquinas y herramientas de control numérico digital, así como para participar en el diseño de nuevos sistemas.

Para que el estudiante se apropie de los marcos referenciales de la electrónica digital se realizarán prácticas y simulaciones de circuitos electrónicos combinacionales, donde el estudiante diseñara, e implementará sistemas digitales combinaciones basándose en técnicas de simplificación digitales. El desarrollo de dichas prácticas y simulaciones permitirá comprobar los fundamentos y los conceptos teóricos de los circuitos secuenciales síncronos y asíncronos; así como la solución de los problemas reales que se presentan en la implementación de este tipo de circuitos, preparando al estudiante para afrontar el diseño y la implementación de sistemas digitales utilizando circuitos programables.

Existe una gran demanda de profesionales en el sector específico de la electrónica en todos los sectores del país y del mundo; de manera que se puede responder al reto de la sociedad actual y más aún en una economía globalizada. En este sentido este curso teórico lleva a centrar la atención en la misma conceptualización de la ciencia, ingeniería y tecnología desde un marco histórico, hasta las formas más pertinentes de transmisión y el método ingenieril amparado en un proceso intelectual que parte del aprendizaje y pensamiento creativo.

A nivel local y regional, es de vital importancia la formación de Ingenieros Electrónicos, como una dinámica que coloca a nuestras sociedades a la vanguardia de los grandes avances que gesta día a día la Ciencia y la tecnología. El territorio que anhela estar a la par con el desarrollo científico, no desconoce los resultados positivos de la calificación del talento humano que alberga sus comunidades. Las necesidades de especializarse por ramas permiten desarrollos que se aplican en diversos campos, donde se solucionen problemas de gran interés en la comunidad.

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Dentro de las necesidades de atención en el campo de la electrónica, el profesional puede aplicar su conocimiento ingenieril, en la investigación de necesidades reales; selección de alternativas y presentación de la solución propuesta, realización física de los diseños, los esquemas de mantenimiento y reparación y los mismos mercados diseños y productos.

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4. INTENCIONALIDADES FORMATIVAS 4.1 PRÓPOSITOS

- Aporta al estudiante herramientas teóricas que lo lleven a conceptualizar los marcos referenciales de la ingeniería como base para la fundamentación de los sistemas digitales. - Fomentar la capacidad de autocrítica, disposición al encuentro de procesos orientados hacia el aprendizaje autónomo en temáticas relacionadas en el ámbito de los sistemas digitales

- Animar al estudiante en el desarrollo de competencia cognitivas para la comprensión las funciones lógicas elementales

- Promover el trabajo investigativo, el uso de diferentes fuentes del conocimiento e información y la incorporación de la tecnología en los procesos de enseñanza-aprendizaje 4.2 OBJETIVOS

4.2.1 OBJETIVO GENERAL DEL CURSO

Capacitar al estudiante en el diseño de sistemas digitales combinaciones óptimos acudiendo a las herramientas de diseño así, como realizar el análisis, puesta en marcha y prueba de los circuitos combinacionales ya implementados

4.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL CURSO

- Brindar las herramientas conceptuales básicas para el estudio de los sistemas digitales como son la identificación de las variables involucradas y los diferentes niveles de diseño. - Elaborar prácticas de laboratorio donde el estudiante podrá comprender las funciones lógicas elementales, a la vez tendrá la habilidad para diseñar funciones lógicas más complejas.

- Incorporar el uso de herramientas de simulación y de diseño HDL, que permiten al estudiante enfrentarse a los retos del diseño digital.

- Utilizar técnicas de simplificación para optimizar el circuito lógico diseñado.

- Dar solución a los problemas que se presentan al momentos de diseñar e implementar sistemas digitales secuenciales.

- Implementar circuitos digitales en simuladores que usan modelos lógicos de circuitos integrados.

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4.3 COMPETENCIAS

- Comprender las funciones lógicas elementales

- Comprender los enfoques y teorías de los sistemas digitales y su impacto en el mundo actual en un estudio cercano a su realidad

- Identificar las situaciones problemicas, con el fin de dar soluciones óptimas en las diferentes áreas relacionados con los sistemas digitales

- Fomentar la capacidad de identificación de problemas mediante el análisis y síntesis de la situación.

- Apoyar la capacidad de innovación y cambio ante nuevos desarrollos y formas de pensamiento divergente

- Promover el trabajo en equipo, con el fin de compartir un propósito en común haciendo los aportes requeridos según sea el caso

- Fomentar la capacidad para la autocrítica, disposición al encuentro de procesos orientados hacia el aprendizaje autónomo relacionados con su desempeño tanto laboral y profesional propios de la educación a distancia.

4.4 METAS

Al finalizar el curso:

- El estudiante desarrollará competencias estipuladas para el curso al realizar las actividades didácticas propuestas, por lo tanto, al presentar la evaluación final nacional se manifestará la aprehensión, el conocimiento, comprensión y análisis de la conceptualización del mismo.

- El estudiante presentará y sustentará en un grupo dos trabajos colaborativos en donde aplique los conocimientos adquiridos en el curso

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5. UNIDADES DIDÁCTICAS UNIDAD 1: SISTEMAS DIGITALES BÁSICOS

Capítulo 1: Operaciones binarias y circuitos digitales Lección 1: Sistemas de numeración

Lección 2: Sistemas octal Lección 3: Sistema binario Lección 4: Sistema hexadecimal Lección 5: Circuitos digitales

Capítulo 2: Principios de diseño de lógica combinacional Lección 1: Algebra de conmutación

Lección 2: Análisis y síntesis de circuitos combinacionales Lección 3: Minimización de circuitos combinacionales Lección 4: Mapas de Karnaugh

Lección 5: Ejercicio Práctico

Capítulo 3: Principales circuitos integrados

Lección 1: Decodificadores BCD a Decimal y BCD a siete segmentos Lección 2: Sumadores

Lección 3: Multiplicadores combinacionales Lección 4: Dispositivos lógico programables UNIDAD 2: LENGUAJE VHDL

Capítulo 1: Introducción al lenguaje VHDL Lección 1: Introducción al VHDL

Lección 2: Diseño jerárquico Lección 3: Tipos y subtipos

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Lección 4: Organización de diseño

Capítulo 2: Diseño lógico combinacional con VHDL Lección 1: Multiplexores 4 a 1

Lección 2: Convertidores BCD a siete segmentos Lección 3: Sumadores

Lección 4: Multiplicadores paralelos

Capítulo 5: Diseño de control lógico con VHDL Lección 1: Seguidor de secuencias

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6. METODOLOGÍA GENERAL

Para responder coherentemente con los propósitos formativos del curso, es de vital importancia que se desarrollen diversos momentos que se trazan en el marco de las estrategias de la Educación a Distancia.

El estudiante puede distribuir su tiempo en función de las diversas actividades teniendo en cuenta el siguiente formato:

ACTIVIDADES DISTRIBUCIÓN DE HORAS DE

ESTUDIO PARA DOS CRÉDITOS ACADÉMICOS

Aprendizaje y estudio independiente 80

Trabajo en pequeños grupos de trabajo colaborativo

16 Acompañamiento tutorial en grupo del curso 12

Acompañamiento y seguimiento tutorial 36

Total horas 144

Estudio independiente

Se desarrolla a través del trabajo personal y del trabajo en pequeños grupos colaborativos de aprendizaje. Por cada crédito académico el estudiante debe dedicar en promedio 32 horas al trabajo académico en estudio independiente.

Trabajo personal

Implica la mirada del aprendizaje autónomo y se constituye en la fuente básica del aprendizaje y de la formación e implica responsabilidades específicas del estudiante con respecto al estudio en cada curso académico del plan analítico, guía didáctica, módulo, lecturas complementarias, consultas en biblioteca, consultas de sitios especializados a través de Internet, desarrollo de actividades programadas en la guía didáctica, elaboración de informes, realización de ejercicios de autoevaluación, presentación de evaluaciones.

Trabajo en pequeños grupos colaborativos de aprendizaje

Se considera al igual parte del estudio independiente y atiende el aprendizaje mediante el trabajo en equipo, la socialización de los resultados del trabajo personal, desarrollo de actividades en equipo, elaboración de informes según actividades programadas en la guía didáctica. La participación en un pequeño grupo colaborativo de aprendizaje tiene un carácter obligatorio en cada curso académico.

Acompañamiento tutorial

Se enmarca dentro del plan de acompañamiento en la construcción del conocimiento, ofertado por la institución, lo cual brinda al estudiante diversas motivaciones y estrategias para potenciar el aprendizaje y la formación. Por cada crédito académico el programa

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dedicará en promedio 16 horas al acompañamiento tutorial. El acompañamiento es de carácter obligatorio y se realiza a través de:

Tutoría individual

Proceso que el tutor otorga al estudiante con carácter de asesoría al aprendizaje de los contenidos temáticos, consejería sobre pertinencia de métodos, técnicas y herramientas para potenciar los procesos de aprendizaje, interlocución sobre criterios para la valoración de los conocimientos aprendidos, revisión de informes, evaluación de las actividades y seguimiento de su proceso formativo y de aprendizaje.

Tutoría a pequeños grupos colaborativos

Proceso que el tutor ejerce a las actividades desarrolladas en pequeños grupos, interlocución sobre criterios utilizados, revisión de informes, consejería sobre métodos, técnicas y herramientas para potenciamiento del aprendizaje colaborativo, sugerencia sobre escenarios productivos de aprendizaje, valoración de actividades y evaluación de informes.

Tutoría en grupo de curso

Proceso que el tutor realiza al conjunto de los estudiantes a su cargo, mediante estrategias de socialización de las actividades desarrolladas en el trabajo personal y en los pequeños grupos colaborativos de aprendizaje, valoración de informes, intercambio de criterios en el aprendizaje y tratamiento de las temáticas. El encuentro en grupo de curso puede ser presencial, virtual o mixto, según las posibilidades tecnológicas incorporadas por la institución.

Los diversos productos del desarrollo del curso académico se consolidaran en una herramienta para la valoración del aprendizaje denominada PPD Portafolio Personal de Desempeño.

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7. SISTEMA DE EVALUACIÓN

El sistema de evaluación para el curso tiene las siguientes características: Personal, procesos de actualización cognitiva y metacognitiva 30% Proceso de aprendizaje pequeños grupos colaborativos 15% Métodos y técnicas de socialización de la información 15%

Aplicación de pruebas nacionales 40%

La autoevaluación en los propios procesos aprendizaje: la valoración del trabajo personal por parte del propio estudiante, la determinación de sus alcances y limitaciones, cumple un papel fundamental en la búsqueda de estrategias cognitivas para potenciar la productividad del aprendizaje.

La coevaluación es un procedimiento en el que el grupo colaborativo cumple aquí un papel fundamental, en tanto sus miembros se convierten en actores y pares de la calidad del aprendizaje y del proceso formativo; y la metaevaluación en los procesos de aprendizaje soportados en la sustentación de los diversos trabajos.

La heteroevaluación la realiza el tutor, no por exclusividad de los resultados del aprendizaje, sino además de los procesos experimentados por el estudiante. El carácter de “acompañante” de los procesos de aprendizaje que cumple el tutor define al mismo tiempo el carácter de la heteroevaluación.

Etapa Actividad Tema de

evaluación

Recurso Máximo puntaje

Reconocimiento del curso

1. Revisión de presaberes Individual automática Lección evaluativa 10 2. Reconocimiento del curso Individual manual FORO-TAREA 20

Actividades Unidad 1

3. Reconocimiento Unidad 1 Individual manual Lección Evaluativa 10 4. Lección evaluativa N° 1 Individual automática Lección evaluativa

de la unidad

25 5. Quiz 1 Individual automática Quiz corto de la

unidad

25 6. Trabajo colaborativo N° 1 Grupal Manual FORO-TAREA

trabajo colaborativo Unidad y desarrollo de componente práctico 75 Actividades Unidad 2

7. Reconocimiento Unidad 2 Individual manual Lección Evaluativa 10 8. Lección evaluativa N° 2 Individual automática Lección evaluativa

de la unidad

25 9. Quiz 2 Individual automática Quiz corto de la

unidad

25 10. Trabajo colaborativo N° 2 Grupal Manual FORO-TAREA

trabajo colaborativo Unidad y desarrollo de componente práctico

75

Prueba final 11. Cuestionario final Individual automática Comprende todo el

curso 200

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8. SISTEMA DE INTERACTIVIDADES

El sistema de interactividades vincula a los actores del proceso mediante diversas actividades de aprendizaje que orientan el trabajo de los estudiantes hacia el logro de los objetivos que se pretenden, de la siguiente manera:

Tutor – estudiante: a través del acompañamiento individual.

Estudiante – estudiante: mediante la participación activa en los grupos colaborativos de aprendizaje.

Estudiantes – tutores: a través del acompañamiento a los pequeños grupos colaborativos de aprendizaje.

Tutor – estudiante: mediante el acompañamiento en grupo de curso. 

Estudiantes – estudiantes: en los procesos de socialización que se realizan en el grupo del curso

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9. BIBLIOGRAFIA

NAYLOR, D y Jones S. (1997). VHDL: a logic synthesis approach. Chapman & Hall. COHEN, Ben (1995). VHDL: Coding styles and methodologies. Kluwer Academic Publisher.

PEDRONI, Volnei A (2004), Circuit Design with VHDL. MIT Press. ASHENDER, Peter J. (1990), the VHDL Cookbook. First Edition, Department

Computer science, University of Adelaide, South Asutralia. Department of Computer Science & Electrical Engineering, University of Maryland, Batimore County (2005). "VHDL reference material". En: http://www.csee.umbc.edu/help/VHDL.html

PARDO, F y José A. B. (2004). VHDL: Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos. Alfaomega Ra-Ma, 2° Edición.

SALAZAR, R. Roberto. EL MATERIAL DIDÁCTICO, UNAD, 2004

GRUPO DE INNOVACIONES TECNOPEDAGÓGICAS, Lineamientos sobre la estructura de los cursos virtuales en campus virtual, UNAD 2008