circuitos digitales

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

PROGRAMA SINTÉTICO

CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

ASIGNATURA: Circuitos Digitales SEMESTRE: Quinto

OBJETIVO GENERAL:

El alumno diseñará y construirá circuitos digitales combinatorios y secuenciales para la solución de problemas de ingeniería, mediante la aplicación de fundamentos teóricos y técnicas experimentales. CONTENIDO SINTÉTICO:

I. Introducción II. Circuitos Lógicos Combinatorios

III. Diseño de Circuitos Secuenciales IV. Dispositivos Programables METODOLOGÍA: *Estudio y análisis, por parte del alumno, de la información bibliográfica que complemente el material teórico que expone el profesor en el aula. *Búsqueda y selección, por parte del alumno, de la información técnica, contenida en manuales, que respalde el funcionamiento de los circuitos integrados, que utilizará en la parte experimental de la materia, bajo la orientación permanente del profesor. * Diseño y construcción por parte del alumno de cada uno de los circuitos contenidos en la guía de prácticas, comprobando su funcionamiento bajo la aprobación del profesor. * Elaboración, por parte del alumno, de los reportes correspondientes a cada una de las prácticas, las cuales, el profesor revisará para su correcta estructuración, en un proceso de retroalimentación permanente. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: * Tres exámenes parciales y, en su caso, un examen extraordinario para evaluar la parte teórica. * Participación del alumno en el desarrollo de ejercicios propuestos. * Reportes de todas las prácticas realizadas en el laboratorio para evaluar la parte práctica. * Trabajos extra clase realizados. BIBLIOGRAFÍA: Hill Frederick & Peterson G.R. “Teoría de Conmutación y Diseño Lógico”; Limusa. 1987, 644 pp. Morris Mano M. “Diseño Digital”; Prentice Hall, México 1995, 520 pp. Nelson P. Victor; Nagle H. Troy; Carroll D. Hill; Irwin J. David. “Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales” Prentice-Hall. México, 1996, 842 pp. Tocci Ronald J.; Widmer Neal. S. “Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones”. Prentice Hall, 8ª. Edición. México, 2003, 886 pp. Wakerly John F. “Diseño Digital. Principios y Prácticas” Pearson. 3ra. edición. México, 2001, 946 pp.



ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academia de Computación DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

ASIGNATURA: Circuitos Digitales SEMESTRE: Quinto CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA TEORÍA: 3.0 HORAS/SEMANA PRÁCTICA: 1.5 HORAS/SEMESTRE TEORÍA: 54.0 HORAS/SEMESTRE PRÁCTICA: 27.0 HORAS/TOTALES: 81.0

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: ESIME Culhuacan y ESIME Zacatenco

REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejos Técnicos Consultivos Escolares de la ESIME Culhuacan y ESIME Zacatenco M. en C. Miguel Ángel Rodríguez Zuno ESIME-CULHUACAN M. en C. Jesús Reyes García ESIME-ZACATENCO

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.



ASIGNATURA: Circuitos Digitales CLAVE: HOJA 2 DE 8

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

El espectacular avance de la microelectrónica durante los últimos años y su aplicación en casi todas las áreas del conocimiento, así como las ventajas que ofrecen las técnicas de procesamiento digital en comparación con las técnicas de procesamiento analógico, son algunos de los motivos para que en la actualidad, la mayor parte de los sistemas electrónicos se diseñen y construyan con tecnologías digitales. Por lo tanto, el conocimiento de los conceptos fundamentales, de las aplicaciones y perspectivas futuras en el área de circuitos lógicos y sistemas digitales es indispensable en las especialidades de la carrera de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica: Computación, Electrónica, Comunicaciones, Control y Acústica. En particular, el conocer las técnicas de diseño y análisis de Circuitos Lógicos de tipo combinatorio y secuencial, constituyen los fundamentos para un estudio más profundo acerca de las tecnologías digitales modernas, y son en sí mismas, una valiosa herramienta que permite la solución de problemas de ingeniería en forma eficaz y confiable. El conocimiento adquirido en esta asignatura permite a su vez, realizar posteriormente estudios más profundos relacionados con el procesamiento digital de información en los niveles de licenciatura o posgrado. La presente materia tiene como asignaturas antecedentes: Corriente Alterna y Mediciones; las asignaturas colaterales más relevantes son: Dispositivos y Máquinas eléctricas; y las asignaturas consecuentes son: Microprocesadores y Electrónica Digital.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno diseñará y construirá circuitos digitales combinatorios y secuenciales para la solución de problemas de ingeniería, mediante la aplicación de fundamentos teóricos y técnicos experimentales.




No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción

OBJETIVOS PARTICULARES DE L A UNIDAD

El alumno interpretará los conceptos básicos de los circuitos digitales, utilizando compuertas y circuitos integrados a pequeña escala de integración (SSI), asociados a la aplicación de técnicas de simplificación de arreglos lógicos.

No. TEMA

T E M A S HORAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC

1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.3 1.3.1 1.3.1.1 1.3.1.2 1.3.1.3 1.3.1.4 1.3.2 1.3.2.2 1.3.2.3 1.3.2.4 1.3.2.5

Diferencias entre Señal Analógica y Señal Digital. Conceptos básicos de Lógica Simbólica y Álgebra de Proposiciones. Sistemas Numéricos Compuertas lógicas básicas. (and, or, not, nand, nor) Métodos de reducción Álgebra de Boole Definiciones Postulados, Leyes y Teoremas Implementaciones Función Booleana Mapas de Karnaugh Procedimientos de utilización Mapas de 2 a 5 variables Condiciones de indiferencia Aplicaciones: Convertidores de Código

Subtotal

4.0

4.0

6.5

14.5

3.0

1.5

1.5

6.0

1.5

1.5

2.0

5.0

1B, 2B, 3B, 4B, 5B 6C, 7C, 8C, 9C

ESTRATEGIA DIDÁ CTICA: Identificación de los conceptos y fundamentos teóricos de los temas de la unidad I, con la guía del profesor, reforzándolos con lecturas complementarias. Participación en la resolución de ejercicios y problemas tipo, seleccionados por el profesor. Búsqueda de información técnica, vertida en manuales para llevar a cabo las prácticas 1,2 y 3 en el laboratorio con la orientación del profesor. Realización de trabajos extra clase para comprobar en forma preliminar los circuitos que se evaluarán en el laboratorio. Integración de equipos de trabajo para la realización de la parte experimental. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓ N: Al finalizar la unidad I se hará el primer examen parcial, tomando en cuenta la participación del alumno en la solución de ejercicios. En la fase experimental el alumno deberá haber realizado las tres primeras prácticas con sus reportes debidamente estructurados, las cuales se tomarán en cuenta para la calificación final. El primer examen parcial abarcará totalmente la unidad I.




No. UNIDAD II NOMBRE: Circuitos Lógicos Combinatorios

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará las técnicas de diseño para la realización modular de circuitos combinatorios, así como circuitos integrados de mediana escala de integración (MSI) en el manejo de datos.

No. TEMA

T E M A S HORAS


2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2

Circuitos Aritméticos Operaciones Aritméticas Representación de números con signo Sumadores, Restadores y Sumador Restador. Comparador Lógico Codificadores-Decodificadores El Decodificador como generador de Minitérminos Decodificador del BCD a Siete segmentos. Codificador para Teclado Multiplexores-Demultiplexores Aplicaciones del multiplexor en la solución de funciones booleanas Método de Optimización del multiplexor.

Subtotal

5.0

3.5

4.0

12.5

3.0

1.5

3.0

7.5

2.0

2.0

2.0

6.0

1B, 2B, 3B, 4B, 5B 6C, 7C, 8C, 9C

ESTRATEGIA DIDÁ CTICA: Identificación de los conceptos y fundamentos teóricos de los temas de la unidad II, con la guía del profesor, reforzándolos con lecturas complementarias. Participación en la resolución de ejercicios y problemas tipo, seleccionados por el profesor. Búsqueda de información técnica, vertida en manuales para llevar a cabo las prácticas 4, 5 y 6 en el laboratorio con la orientación del profesor. Realización de trabajos extra clase para comprobar en forma preliminar los circuitos que se evaluarán en el laboratorio. Integración de equipos de trabajo para la realización de la parte experimental. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓ N: Al finalizar la unidad II se hará el segundo examen parcial, tomando en cuenta la participación del alumno en la solución de ejercicios. En la fase experimental el alumno deberá haber realizado las prácticas 4, 5 y 6 con sus reportes debidamente estructurados, las cuales se tomarán en cuenta para la calificación final. El segundo examen parcial abarcará totalmente la unidad II y los primeros temas de la unidad III.




No. UNIDAD III Nombre: Diseño de Circuitos Secuenciales

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos secuenciales en sus modalidades síncrona y asíncrona. Los circuitos secuenciales serán aplicados a la generación de secuencias de conteo y condiciones de funciones de control.

No. TEMA

T E M A S HORAS


3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.1.4 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.1.1 3.5.1.2

Introducción Modelo General de los Circuitos Secuenciales. Clasificación Algoritmo de Análisis y Diseño Multivibradores (Flip-Flops) Tabla de Estados y Excitación Circuitos Secuenciales Síncronos Modalidad de Reloj Análisis Diseño Reducción por observación Registros de Corrimiento Métodos Formales de Reducción Partición de estados Implicación de estados Circuitos Secuenciales Asíncronos Modalidad de Pulso Diseño de Máquinas de Estado Tipo Mealy Tipo Moore

Subtotal

1.5

3.0

5.0

5.0

5.0

19.5

1.5

1.5

1.5

3.0

7.5

1.5

2.0

2.0

2.0

7.5

1B, 2B, 3B, 5B 6C, 8C, 9C

ESTRATEGIA DIDÁ CTICA: Identificación de los conceptos y fundamentos teóricos de los temas de la unidad III, con la guía del profesor, reforzándolos con lecturas complementarias. Participación en la resolución de ejercicios y problemas tipo, seleccionados por el profesor. Búsqueda de información técnica, vertida en manuales para llevar a cabo las prácticas 7, 8, 9 y 10 en el laboratorio con la orientación del profesor. Realización de trabajos extra clase para comprobar en forma preliminar los circuitos que se evaluarán en el laboratorio. Integración de equipos de trabajo para la realización de la parte experimental. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓ N: Al finalizar la unidad III se hará el tercer examen parcial, tomando en cuenta la participación del alumno en la solución de ejercicios. En la fase experimental el alumno deberá haber realizado las prácticas 7, 8, 9 y 10 con sus reportes debidamente estructurados, las cuales se tomarán en cuenta para la calificación final. El tercer examen parcial abarcará totalmente la unidad III.




No. UNIDAD IV NOMBRE: Dispositivos Programables

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los diferentes tipos de memorias semiconductoras y en el contexto de un sistema de cómputo, a su vez, probará los medios de implementación lógica a gran escala en el laboratorio mediante el uso de PLD’s.

No. TEMA

T E M A S HORAS


4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1

Contexto de la Memoria en un sistema de Cómputo. Clasificación y Tecnologías Memoria EPROM Dispositivos de Lógica Programable (PLD´s ) Arreglos Lógicos Programables (GAL´s )

Subtotal

Total

3.0

4.5

7.5

54.0

6.0

6.0

27.0

3.0

3.0

21.5

ESTRATEGIA DIDÁ CTICA: Identificación de los conceptos y fundamentos teóricos de los temas de la unidad IV, con la guía del profesor, reforzándolos con lecturas complementarias. Participación en la resolución de ejercicios y problemas tipo, seleccionados por el profesor. Búsqueda de información técnica, vertida en manuales para llevara a cabo la práctica 11 en el laboratorio con la orientación del profesor. Realización de trabajos extra clase para comprobar en forma preliminar los circuitos que se evaluarán en el laboratorio. Integración de equipos de trabajo para la realización de la parte experimental. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓ N: La unidad IV se evaluará en su aspecto experimental y el alumno deberá haber realizado la última práctica con su reporte debidamente estructurado, la cual se tomará en cuenta para la calificación final. Esta unidad está planeada para dar continuidad a la materia de microprocesadores que se impartirá en el sexto semestre de este plan de estudios.




RELACION DE PRÁCTICAS PRACT.

No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE

REALIZACIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

Compuertas lógicas básicas Arreglo con compuertas usando Postulados y Algebra Aplicaciones con mapas de Karnaugh Circuitos aritméticos Codificadores y decodificadores Multiplexores y Demultiplexores Multivibradores (Flip-Flops) Análisis de contadores Diseño de contadores. Máquinas de estado Memoria EPROM y PLD

I I I II II II

III

III

III

III

IV

3.0

1.5

1.5

3.0

1.5

3.0

1.5

1.5

1.5

3.0

6.0

Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio




PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3

I II

III y IV

80% examen escrito + 20% prácticas de laboratorio y participaciones. 80% examen escrito + 20% prácticas de laboratorio y participaciones. 80% examen escrito + 20% prácticas de laboratorio y participaciones. La calificación final se obtendrá de promediar las evaluaciones anteriores. NOTA: En caso de que la calificación final del laboratorio no sea aprobatoria, el alumno no aprobará la asignatura.

CLAVE 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

B X

X

X

X

X

C

X

X

X

X

X

X

X

BIBLIOGRAFÍA Hill Frederick & Peterson G.R. “Teoría de Conmutación y Diseño Lógico”; Limusa. 1987, 644 pp. Morris Mano M. “Diseño Digital”; Prentice Hall, México 1995, 520 pp. Nelson P. Victor; Nagle H. Troy; Carroll D. Hill; Irwin J. David. “Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales” Prentice-Hall. México, 1996, 842 pp. Tocci Ronald J.; Widmer Neal. S. “Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones”. Prentice Hall, 8ª. Edición. México, 2003, 886 pp. Wakerly John F. “Diseño Digital. Principios y Prácticas” Pearson 3ra. edición México, 2001, 946 pp. Daniels D. Jerry. “Digital Design from Zero to One”. John Wiley & Sons, Inc. U.S.A., 1996, 616 pp. Hayes John P., “Introducción al Diseño Lógico Digital”, Addison Wesley Iberoamericana. U.S.A., 1996, 942 pp. Mandado Enríque “Sistemas Electrónicos Digitales”; Marcombo-Alfaomega, 8va. edición. España, 2004, 2004 pp. R. Tokheim. “Principios digitales”. Ed. McGraw-Hill, 1995, 480 pp. Sharma, Ashok K., “Programable Logic Handbook. PLDs, CPLDs and FPGAs”. Mc Graw Hill. U.S.A., 1998, 435 pp. Taub, Herbert. “Electrónica Digital y Microprocesadores”; Mc Graw Hill, 1982, 549 pp. Vyemura John P. “Diseño de Sistemas Digitales “. Thomson, 2000, 495 pp.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica semestre Quinto ÁREA: C. BASICAS C, INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. Y HUM. ACADEMIA: Computación ASIGNATURA: Circuitos Digitales ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica o carrera afín,

requerido con un nivel mínimo de licenciatura y amplia experiencia profesional en el diseño y manejo de proyectos que utilicen circuitos digitales.; de preferencia con especialidad o estudios de posgrado en el área de Sistemas Digitales y/o Instrumentación Electrónica.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

El alumno diseñará y construirá circuitos digitales combinatorios y secuenciales para la solución de problemas de ingeniería, mediante la aplicación de fundamentos teóricos y técnicos experimentales.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS

Dominio de los siguientes temas:Circuitos Electró-nicos, Mediciones electró-nicas, Dispositivos Electró-nicos y Circuitos Integra-dos. Paquetes de Simula-ción de Circuitos Lógicos Digitales.

EXPERIENCIA PROFESIONAL

Haber trabajado en la industria o haber realizado proyectos de aplicación en el área afin o preferente-mente tener estudios de maestría en el área. Se recomienda que el profesor haya tomado un Curso de Formación Docente.

HABILIDADES Las mínimas necesarias para el profesor son: Manejo de dispositivos y circuitos integrados digita-les para su montaje en tablilla de experimenta-ción. Manejo del equipo de medición electrónica. Manejo de programas de cómputo básicos y de simulación.

ACTITUDES Las principales del profesor son: Actitud propositiva y carácter ante el grupo. Liderazgo y ecuanimidad ante el grupo. Tener sólida ética profesional, ser honesto y tener com-promiso social.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

Ing. José Luis Bravo León Ing. Guillermo Santillán Guevara M. en C. Jesús Reyes García Ing. Aurelio Gómez Velázquez M. en C. Alberto Paz Gutiérrez M. en C. Miguel Ángel Rodríguez Zuno PRESIDENTES DE ACADEMIA SUBDIRECTORES ACADÉMICOS DIRECTORES

FECHA: 05 de enero del 2005

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