SISTEMAS ELECTRÓNICOS DIGITALES

1^er Curso Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas. 9 Créditos. Anual

    El objetivo global de la asignatura es el estudio de la metodología de diseño lógico de los circuitos electrónicos digitales combinacionales y secuenciales en los niveles de puertas y de bloques funcionales. De los distintos niveles de abstracción en los que se puede estudiar un sistema electrónico (ver tabla), esta asignatura se centra en el nivel de puerta y en el nivel de registro, trabajando por tanto con circuitos MSI. El estudio en el nivel electrónico o de transistor de las principales familias lógicas, circuitos regenerativos y circuitos programables se llevará a cabo en la asignatura de Dispositivos Electrónicos y Electrónica Digital y el estudio en el nivel de procesador queda para el grupo de asignaturas de Tecnología de Computadores y Estructura de Ordenadores, que están adscritas al Departamento de Arquitectura de Computadores.

     Puesto que la asignatura se imparte al comienzo de la carrera, no podemos presuponer conocimientos electrónicos en la mayoría de los alumnos. Tanto el análisis como el diseño de los sistemas se realizará desde el punto de vista lógico, dejando el estudio de las características físicas y electrónicas para la realización de las prácticas de laboratorio. No obstante, desde el primer momento se tratará de realizar un estudio de la materia lo más aproximado al mundo real, utilizando desde el principio los C.I. disponibles comercialmente, utilizando la notación ANSI, manejando la documentación técnica disponible sobre ellos y valorando los diferentes criterios que influyen en un diseño, como pueden ser los económicos, de robustez, de disponibilidad de componentes, tamaño o simplemente estéticos.

    El diseño de circuitos digitales requiere de unas herramientas matemáticas que el alumno no conoce o no domina al llegar a la Universidad. Éstas son los sistemas de numeración posicionales (en especial el binario, octal y hexadecimal), el manejo de información mediante códigos binarios y el álgebra de Boole como axiomática de la lógica y su aplicación particular al diseño de circuitos lógicos. Es necesario dedicar una parte de la asignatura a introducir estos conceptos, aunque, las limitaciones temporales y el carácter de aplicación que debe tener la asignatura impone un tratamiento de estos temas como útiles de aplicación, sin profundización de tipo matemático.

 Tabla. Niveles de abstracción de un sistema electrónico.  Los niveles centrales (Puerta y Registro) serán estudiados durante el primer curso en Sistemas Electrónicos Digitales, mientras que el primer nivel (Electrónico) será estudiado en Dispositivos  Electrónicos y el último nivel en Tecnología de Computadores, Estructura de Ordenadores y Diseño basado en Microcontroladores.

      El resto de la asignatura, que constituye el cuerpo propiamente dicho, se divide en tres bloques: un primer bloque, dedicado al diseño combinacional en el que se estudia el diseño de funciones booleanas en el nivel de puerta, los principales bloques funcionales combinacionales MSI y sus C.I. asociados, y la metodología de diseño top-down en el nivel de bloques, justificándolo frente al diseño de puertas. Un segundo bloque dedicado al estudio de las técnicas de diseño de circuitos secuenciales que partirá del elemento de memoria (biestable), continuará con el estudio de las máquinas de estados finitos, el análisis y la síntesis de circuitos secuenciales síncronos y asíncronos, y terminará con los principales bloques funcionales secuenciales (registros y contadores). Un tercer y último  bloque dedicado al estudio de los dispositivos lógicos programables (PLD) con capacidad funcional equivalente a la MSI y su aplicación al diseño de circuitos combinacionales y secuenciales.

 Objetivos Generales.

 De concepto:

- Análisis lógico de circuitos digitales combinacionales en el nivel de puerta

- Diseño lógico de circuitos combinacionales en el nivel de puerta.

- Análisis de circuitos digitales combinacionales en el nivel de bloque funcional.

- Diseño lógico de circuitos electrónicos digitales con funciones integradas.

- Análisis de circuitos digitales secuenciales.

- Diseño de circuitos electrónicos digitales basados en funciones secuenciales integradas.

- Conocimiento de un sistema de representación de Bloques Funcionales.

- Desarrollo de la metodología de diseño basada en Máquinas de Estados Finitos.

- Síntesis de funciones con Dispositivos Lógicos Programables.

 De actitud: 

- Respetar las especificaciones y requisitos de un diseño.

- Aprender a trabajar en grupo.

- Respetar las normas de un centro de trabajo: el aula y el laboratorio.

De habilidad: 

- Buscar información de manera autónoma.

 - Generar documentación correcta sobre un diseño.

    Resumiendo,  se puede decir que el objetivo general de la asignatura es el estudio de la metodología de diseño lógico de circuitos electrónicos digitales combinacionales y secuenciales en los niveles de puerta y de bloques funcionales y mediante Dispositivos Lógicos Programables. Se hace hincapié en el diseño jerarquizado utilizando circuitos integrados comerciales y en su descripción mediante la norma ANSI. 

 Contenido por bloques.

 Bloque I: INTRODUCCIÓN.

 Este bloque temático está dedicado a presentar la asignatura a los alumnos. En su único tema, Introducción, se justifica el estudio de la electrónica como una de las tecnologías óptimas en el desarrollo de la Ingeniería Informática. Se ubica su contenido en el contexto de la electrónica aplicada, diferenciando los conceptos de electrónica digital y analógica. El objetivo primordial de esta introducción es dar al alumno una buena perspectiva de la asignatura y proporcionarle  una serie de hitos que le ayuden a autoevaluarse y a mantener el ritmo de aprendizaje.

 Bloque II. HERRAMIENTAS MATEMÁTICAS PARA EL DISEÑO LÓGICO.

     El bloque está dedicado a presentar las herramientas matemáticas necesarias para el diseño lógico. El primer tema se dedica a la representación de la información en un sistema digital, por tanto se centra en los sistemas de numeración binario, octal y hexadecimal, y en los principales códigos binarios. La representación de las cantidades en formatos que permitan su manipulación algebraica será esencial para el estudio posterior de bloques funcionales aritméticos.

     El segundo tema conecta el diseño de circuitos digitales con las reglas que rigen el procesamiento lógico. Se estudia el álgebra de Boole,  desarrollada en un principio para describir las leyes de la lógica, y su aplicación particular al diseño de circuitos lógicos. Se presentan los operadores lógicos básicos y los dispositivos que los implementan (puertas lógicas) y se realizan los primeros circuitos lógicos en el nivel de puerta.

 Bloque III. DISEÑO COMBINACIONAL.

     El bloque está dedicado al estudio de los circuitos combinacionales en el nivel de bloque funcional. Junto con el siguiente constituye la parte más importante de la asignatura. En el primer tema, Análisis y Síntesis de Circuitos Combinacionales, se empieza con el análisis de un circuito en el modelo lógico ideal, para acabar con la realización de cronogramas en el modelo lógico de respuestas transitorias e introduciendo los azares. En la síntesis se da la metodología basada en mapas de Karnaugh para simplificación de funciones y la implementación de éstas en dos niveles con los conjuntos completos de operadores. En el siguiente tema Bloques Funcionales Combinacionales se  justifica el diseño en el nivel de bloque frente al diseño en el nivel de puerta, y se estudian las principales funciones combinacionales y su implementación MSI. Los bloques funcionales diseñados serán utilizados en la implementación de circuitos lógicos de mediana complejidad. Aquí se explican de manera sistemática muchos de los conceptos que hemos estado utilizando a lo largo del curso sin tener conciencia de ello, - p.e. la metodología de diseño top-down - o sin conocer exactamente su significado, - p.e. la norma ANSI para la representación de circuitos -.

 Bloque IV: DISEÑO SECUENCIAL

     El bloque está dedicado al estudio de los circuitos secuenciales con especial atención al nivel de registro y al modelo de Máquinas de Estados Finitos. La metodología de introducción al diseño secuencial no está normalizada en los diferentes libros de texto. Nuestra propuesta consiste en empezar con una introducción a los circuitos secuenciales para justificar la necesidad de elementos básicos de memoria: el biestable; una descripción de los distintos tipos de biestables disponibles comercialmente y el estudio de sus características físicas. El siguiente tema tratará sobre los modelos de máquina de estados finitos de Mealy y Moore y el análisis y síntesis de circuitos secuenciales síncronos y en el esbozo de los problemas estructurales de los circuitos secuenciales asíncronos: azares y carreras. Este bloque acaba con la presentación y diseño de las funciones secuenciales como registros y contadores como un caso particular de este modelo. Finalmente, estos bloques funcionales diseñados serán utilizados en la implementación de circuitos secuenciales de mediana complejidad.

 Bloque V: LÓGICA PROGRAMABLE.

     Este bloque temático constituye la culminación del curso en un doble sentido. Por un lado, presenta una técnica de diseño puntera: el diseño con PLDs; y por otro, compendia de alguna manera el contenido de la asignatura visto hasta el momento, ya que se parte de la expresión de funciones como suma de productos, (bloque II), y  se implementan mediante PLDs  las funciones combinacionales implementadas con C.I. MSI (bloque III) y los sistemas secuenciales síncronos (bloque IV). El estudio de una OLMC  permitirá repasar el análisis de un circuito en el que intervienen inversores, multiplexores y biestables.

Bloque I.  INTRODUCCIÓN.

Tema 1: Introducción.

Objetivos específicos:

- Distinguir entre Electrónica Digital y Analógica.

- Definir los elementos que componen la estructura de un sistema digital: señales de entrada, componentes del sistema, señales de salida.

- Definir la funcionalidad de un sistema digital: sistema combinacional y sistema secuencial.

- Ubicación de la asignatura en el Plan de Estudios de la titulación.

- Conocer la metodología didáctica que se seguirá durante el curso.

 Contenidos:

    1.1. Información y señales. Electrónica digital y analógica.

    1.2. Niveles de abstracción en el estudio de un sistema electrónico. Su relación con el temario de la asignatura.

    1.3. Relación de la asignatura con la titulación de Ingeniero Informático.

    1.4. Metodología didáctica. Bibliografía.

 Tratamiento didáctico específico.

     El enfoque que se ha dado al tema exige el uso de elementos y conceptos que no han sido presentados previamente y que el alumno no conoce. Este hecho, que en principio puede parecer antipedagógico tiene un doble objetivo: poner en alerta al alumno para que a lo largo del curso realice una búsqueda activa de los conocimientos, y enfrentarlo, quizás por primera vez, a resolver un problema utilizando elementos de los que no se tiene un conocimiento total y profundo. Será necesario explicarle bien esta circunstancia, de manera que el alumno sepa que no se espera de él una comprensión exhaustiva de lo que se expone sino que obtenga una visión general de lo que se espera que aprenda.

Bloque II. HERRAMIENTAS MATEMÁTICAS PARA EL DISEÑO LÓGICO.

Tema 2: Sistemas de numeración. Codificación.

Objetivos específicos:

- Realizar operaciones aritméticas básicas en los sistemas binario, octal y hexadecimal.

- Convertir la representación de una cantidad del sistema binario al octal y hexadecimal y viceversa.

- Operar con números positivos y negativos en los distintos formatos binarios: signo-magnitud, complemento a 1 y complemento a 2.

- Expresar los números decimales en los distintos formatos de código BCD.

- Convertir una cantidad representada en binario a código Gray y viceversa.

- Explicar las características de los códigos detectores y correctores de error.

-  Manejar el instrumental del  laboratorio.

 Contenidos.

     2.1. Introducción. Sistemas de numeración posicionales. Repaso del sistema decimal.

    2.2. Sistemas de numeración binario, octal y hexadecimal. Operaciones y cambio de base.

    2.3. Representación de números enteros con signo.

            2.3.1. Representación en el formato signo-magnitud. Operaciones.

            2.3.2. Representación en el formato complemento a 1. Operaciones.

            2.3.3. Representación en el formato complemento a 2. Operaciones.

    2.4. Códigos binarios para la representación de números decimales.

            2.4.1. Código BCD natural.

            2.4.2. Código BCD-Exceso-3. Códigos autocomplementarios.

            2.4.3. Código BCD-Aiken.

    2.5. Otros códigos binarios.

2.5.1. Código Gray. Códigos continuos.

    2.6. Códigos para la detección y corrección de errores.

            2.6.1. Características de un código detector y de un código corrector de error.

2.6.2. Código de paridad.

2.6.3. Otros códigos detectores de error.

            2.6.4. Códigos correctores.

    2.7. Práctica de laboratorio: Manejo del instrumental: osciloscopio, fuente de alimentación, generador de funciones.

 Tratamiento didáctico específico

     El contexto de la asignatura no hace recomendable profundizar en los formalismos matemáticos de los diferentes conceptos que aparecen en el tema. Sí es recomendable resaltar su aplicabilidad al diseño de circuitos lógicos. A lo largo del desarrollo de este tema irán planteándose cuestiones y problemas que quedarán pendientes de resolver en distintos momentos del curso: diseñar un circuito que pase de un código a otro, que informe de si una palabra pertenece o no a un código, que realice la suma de dos cantidades en un determinado código. Una idea importante que el alumno debe adquirir es que las especificaciones en una aplicación (numéricas o lógicas) son tratadas de forma similar con un sistema de representación binario.  Se realiza la primera práctica de manejo del instrumental que se utilizará a lo largo del curso, por ello estará enfocada como lección práctica dirigida y no pretende ser una explicación exhaustiva de las prestaciones de los instrumentos, sino que se adaptará a las exigencias de la asignatura.

Tema 3: Álgebra de Conmutación y Diseño Lógico.

 Objetivos específicos: 

- Aplicar los axiomas y teoremas del álgebra de Boole a la manipulación de expresiones lógicas.

- Obtener la expresión booleana de un circuito lógico en el nivel de puerta.

- Obtener la expresión booleana de la función realizada por un circuito a partir de las especificaciones de diseño.

- Utilizar el programa de simulación OrCAD.

 Contenidos.

 3.1. Introducción. El álgebra de Boole y los circuitos lógicos.

3.2. Álgebra de Boole.

3.2.1. Definición axiomática .

3.2.2. Teoremas fundamentales.

3.3. Álgebra de Conmutación.

            3.3.1. Funciones de conmutación.

            3.3.2. Formas de expresión de una función lógica.

                        3.3.2.1. Expresión algebraica.                  

3.3.2.2. Tabla de verdad.

                        3.3.2.3. Formas canónicas. Mintérminos y Máxtérminos.

                        3.3.3.4. Mapas de Karnaugh.

3.4. Puertas lógicas.

3.5. Conjunto completo de operadores.

3.6. Práctica de laboratorio: Programa de simulación OrCAD (SDT,VST).

Tratamiento didáctico específico.

     Al igual que en el tema 2, los conceptos involucrados en este tema se presentarán como herramientas, sin profundizar en los aspectos matemáticos.  Desde el primer momento se procurará dar un enfoque práctico a la asignatura, el alumno debe comprender el razonamiento de cómo se asocia a cada operador booleano una puerta lógica que lo implemente, y cómo el mapa de Karnaugh permite una forma rápida y cómoda de realizar la simplificación de una expresión algebraica y por tanto el circuito que la implemente. La práctica será llevada a cabo como Lección práctica dirigida.

Bloque III. DISEÑO COMBINACIONAL.

 Tema 4: Análisis y Síntesis de Circuitos Combinacionales.

Objetivos específicos: 

- Analizar un circuito de forma ideal y de forma física considerando los retrasos asociados a las puertas lógicas.

- Aprender a construir cronogramas y detectar y corregir sus problemas estructurales: azares.   

- Simplificar una función booleana mediante manipulación algebraica y mapas de Karnaugh.

- Implementar una función booleana en dos niveles de puerta AND-OR, OR-AND.

- Implementar una función booleana mediante puertas NAND o  NOR.

- Simplificar funciones booleanas incompletamente especificadas.

- Analizar las hojas de características físicas de los C.I.

- Simular y montar en el laboratorio un circuito combinacional usando puertas NAND.

 Contenidos.

4.1. Introducción: Algoritmo de análisis. Modelo lógico ideal.

4.2. Modelo lógico de retraso. Respuestas transitorias. Azares.

4.3. Síntesis de circuitos. Criterios de optimización.

4.4. Simplificación de funciones.

4.4.1. Definiciones. Implicantes e implicadas. Expresiones mínimas.

            4.4.2. Método algebraico. Mapas de Karnaugh.

4.4.3. Tablas cíclicas. Método de Petrick.

4.5. Circuitos de múltiples salidas.

4.6. Funciones incompletamente especificadas.

4.7. Implementación en dos niveles con conjuntos completos de operadores.

4.8. Ejemplos de diseño lógico.

4.9. Práctica de laboratorio: Simulación y montaje con puertas NAND de un circuito combinacional.

 Tratamiento didáctico específico.

     Desde el primer momento se procurará dar un enfoque práctico a la asignatura, considerando restricciones económicas, de tamaño y de disponibilidad de los elementos del circuito a la hora de decidirse por un diseño u otro. Muchos de los problemas que se plantearon en el tema anterior pueden ser resueltos a lo largo de éste. Será recomendable recurrir a ellos cuando se necesite un ejemplo. Una idea importante que el alumno debe adquirir es que las técnicas de diseño lógico estudiadas se aplican de la misma manera a cualquier proceso de información, p.e., el circuito que sirve para contar en binario los unos de una palabra de tres bit, sirve también para decidir si el número de unos es impar o par y también,  como se verá posteriormente para sumar los tres bits. La práctica de laboratorio será de tipo Práctica guiada.

Tema 5: Bloques Funcionales Combinacionales.

 Objetivos específicos:

 - Explicar la funcionalidad y aplicaciones de los principales bloques funcionales combinacionales: multiplexor, demultiplexor, decodificador, codificador, conversores de código, comparador, generador/detector de paridad, sumadores.

- Realizar el diseño lógico de ejemplos básicos de dichos bloques funcionales.

- Extender un bloque funcional para obtener otro más complejo de la misma funcionalidad.

- Aplicar los bloques funcionales al diseño lógico de circuitos de mediana complejidad.

- Aplicar el concepto de diseño jerárquico.

Contenidos.

     5.1. Multiplexor.

            5.1.1. Descripción funcional del multiplexor. Función lógica.

            5.1.2. Diseño de un multiplexor básico.

            5.1.3. Algunos C.I. multiplexores.

            5.1.4. Asociación de Multiplexores.

            5.1.5. Implementación de funciones lógicas con multiplexores.

5.2. Demultiplexor.

5.2.1. Descripción funcional del demultiplexor. Funciones lógicas de salida.

            5.2.2. Diseño de un demultiplexor básico.

            5.2.3. Algunos C.I. demultiplexores.

            5.2.4. Aplicación a la transmisión de datos.

    5.3. Decodificador.

5.3.1. Descripción funcional del decodificador.

5.3.2. Diseño de un decodificador binario básico.

5.3.3. Algunos C.I. decodificadores. Distintas funcionalidades de un mismo C.I.

5.3.4. Aplicaciones del decodificador.

5.3.5. Otros decodificadores

5.3.5.1 Decodificador BCD/decimal.

5.3.5.2 Decodificador BCD/siete segmentos.

    5.4. Codificador

            5.4.1. Descripción funcional del codificador.

            5.4.2. Diseño de un codificador básico.

            5.4.3. Codificador de prioridad.

            5.4.4. Extensión de  un codificador de prioridad.

    5.5. Convertidores de Código.

            5.5.1. Convertidor BCD/Binario y Binario/BCD.

            5.5.2. Convertidor Binario/Gray y Gray/Binario.

    5.6. Generador/detector de paridad.

            5.6.1. Análisis de un circuito generador/detector de paridad.

    5.7. Bloques Funcionales Aritméticos.

            5.7.1. Circuitos Semi-sumador y sumador completo. Tiempo de respuesta.

            5.7.2. Sumador paralelo de cuatro bit con acarreo en serie.

                  5.7.3. Sumador paralelo de cuatro bit con acarreo anticipado.

            5.7.4. Restadores binarios.

5.7.5. Comparador.

            5.7.6. Unidad aritmético-lógica.

5.8. Diseño de circuitos combinacionales en el nivel de bloque funcional. Ejemplos.

5.9. Práctica de laboratorio: Diseño y montaje de circuitos aritméticos con MUX-151 y puertas lógicas.

 Tratamiento didáctico específico

     En el estudio de cada bloque se planteará como ejercicio su diseño en el nivel de puerta, con lo que se consolidarán las técnicas estudiadas en el tema anterior. Cuando se utilicen estos bloques en el diseño de un circuito complejo se procurará que respondan a circuitos integrados comercialmente disponibles, y se representarán mediante la norma ANSI. La norma ANSI no será desarrollada de una manera exhaustiva, ya que resulta mucho más práctico ir explicando sus símbolos conforme vayan apareciendo. Aquí se explicarán las características generales y se incidirá en la explicación de los símbolos. Con el apartado 3, se podrá reforzar la idea de que cuando trabajamos con valores binarios la forma de proceder es igual en los procesos lógicos que en los aritméticos. El diseño de un circuito sumador se realizará siguiendo los mismos pasos que el diseño de un comparador o un selector de dato. Es recomendable dedicar el mayor tiempo posible del tema a la realización de ejercicios prácticos de diseño. La práctica de laboratorio será de tipo práctica asistida.

Bloque IV. DISEÑO SECUENCIAL

 Tema  6: Circuitos secuenciales.

 Objetivos específicos: 

- Distinguir entre circuito combinacional y secuencial.

- Caracterizar a un circuito secuencial.

- Explicar el funcionamiento de los distintos biestables.

- Distinguir entre señal síncrona y asíncrona.
- Construir un tipo de biestable particular a partir de otro.

- Describir el comportamiento de un circuito secuencial mediante un cronograma.

 Contenidos.

 6.1. Introducción a los circuitos secuenciales.

            6.1.1. Definiciones básicas. Modelo estructural. Consideraciones temporales.

            6.1.2. Tabla de estados. Diagramas de estados.

6.2. Elementos básicos de memoria.

            6.2.1. Cerrojo SR. Cronogramas. 

            6.2.2. Biestables síncronos. Niveles de disparo.

            6.2.3. Biestables J-K, D y T.

6.3. Biestables Maestro-Esclavo.

6.4. Temporización en biestables: tiempos de “set-up” y “hold”.

  Tema 7: Análisis y Síntesis de Circuitos Secuenciales.

 Objetivos específicos: 

- Distinguir entre una máquina de estados finitos tipo Moore y una tipo Mealy.

- Analizar circuitos secuenciales.

- Explicar las fases de diseño de un circuito secuencial síncrono mediante el modelo de MEF.

- Describir mediante un diagrama de estados el funcionamiento de un circuito secuencial.

- Minimizar el número de estados de un circuito secuencial síncrono.

- Detectar y corregir los problemas estructurales de los circuitos asíncronos.

- Realizar una asignación de estados libre de carreras en los circuitos asíncronos.

- Obtener las funciones de excitación, para cualquier tipo de biestable, a partir de una tabla de transición de estados.

- Realizar el esquemático de un circuito secuencial a partir de las funciones de excitación y salida.

- Diseñar la parte combinacional de una  MEF usando puertas lógicas o usando Multiplexores.

- Diseñar, simular y montar un sistema secuencial síncrono

Contenidos.

 7.1. El modelo de Máquina de Estados Finitos.

            7.1.1. Máquina de Estados Finitos. Definición formal.

            7.1.2. Modelo de Moore y Modelo de Mealy. Equivalencia.

7.2. Análisis de Circuitos Secuenciales.

7.3. Diseño de sistemas secuenciales síncronos basado en Máquinas de Estados Finitos.

            7.3.1. Diagrama de estados.

            7.3.2. Tablas de próximos estados y salidas.

7.3.3. Minimización de estados. Tabla de implicación. Conjunto de estados equivalentes. Conjunto de estados compatibles.

            7.3.4. Asignación de estados. Codificación.

            7.3.5. Tabla de transición de estados.

            7.3.6. Funciones de excitación.

7.4. Circuitos secuenciales asíncronos. Problemática.

7.5. Diseño de circuitos secuenciales basados en biestables.

7.6. Práctica de laboratorio: Diseño, simulación y montaje con componentes discretos de un sistema secuencial síncrono.

Tratamiento didáctico específico.

La parte fundamental del tema, el diseño de sistemas secuenciales síncronos basado en MEF, se desarrollará sobre la base de un diseño particular. Para ello volveremos a plantear el problema que se comentó en la introducción de principio de curso, (p.e. el control de los semáforos de un cruce, el control de una barrera de paso a nivel, o el reconocimiento de una cadena de caracteres) y lo resolveremos siguiendo los pasos de diseño especificados en dicho apartado. Conviene dedicar el mayor tiempo posible a la realización de ejercicios prácticos. La práctica de laboratorio se realizará como Práctica asistida.

Tema 8: Bloques Funcionales Secuenciales MSI/LSI. 

Objetivos específicos:

- Describir el comportamiento de distintos tipos de registros a partir de su esquema lógico.

- Describir el funcionamiento de distintos contadores a partir de su esquema lógico.

- Distinguir entre los conceptos de contador síncrono y asíncrono.

- Diseñar un contador a partir de unas especificaciones particulares.

- Realizar el diseño de un circuito secuencial utilizando bloques funcionales secuenciales comerciales.

- Implementar en el laboratorio un circuito secuencial basado en bloques funcionales secuenciales.

Contenidos.

8.1. Registros.

            8.1.1. Registro paralelo.

            8.1.2. Registro serie.

            8.1.3. Registro universal.

            8.1.4. Registros integrados.

8.2. Contadores.

            8.2.1. Contador divisor por 16.

            8.2.2. Contador de décadas.

            8.2.3. Contadores síncronos.

            8.2.4. Contador síncrono universal.

            8.2.5. Contadores Integrados.

8.3. Generadores y detectores de secuencias.

8.4. Autómata celular. Generadores de números pseudo-aleatorios.

8.5. Diseño de circuitos secuenciales en el nivel de bloques funcionales.

8.6. Práctica de laboratorio: Diseño, simulación y montaje de un circuito secuencial mediante bloques funcionales secuenciales.

Tratamiento didáctico específico.

    Aunque resulta esencial que el alumno tenga en mente desde el principio la estructura secuencial de un sistema basado en biestables, el estudio de registros y contadores no se planteará como ejemplos de ese diseño, sino como dispositivos que existen en el mercado y que por tanto, es más importante aprender a utilizarlos que aprender a diseñarlos. Es recomendable dedicar el mayor tiempo posible del tema a la realización de ejercicios prácticos de diseño. Uno de los ejercicios será implementado en el laboratorio, teniendo tratamiento de Práctica asistida.

Bloque V: LÓGICA PROGRAMABLE.

 Tema 9: Diseño lógico con Dispositivos Lógicos Programables.

Objetivos específicos:

- Describir la arquitectura de los principales tipos de PLDs: PLA, PAL, PROM.

- Indicar sobre el esquema de un PLD los contactos necesarios para implementar funciones sencillas.

- Describir algunas PAL básicas.

- Describir el funcionamiento de la OLMC de la PAL10V22.

- Escribir programas sencillos en ABEL para la implementación de funciones.

-  Describir mediante ABEL circuitos combinacionales y secuenciales estudiados anteriormente sobre  una PAL10V22.

Contenidos.

9.1. Introducción. Justificación del uso de PLDs.

9.2. Arquitectura general de un dispositivo PLD.

            9.2.1. Representación gráfica.

9.3. Clasificación de los dispositivos PLDs.

            9.3.1. PLA. 

                        9.3.1.1. Características.

                        9.3.1.1. Ejemplo de diseño con un dispositivo PLA.

            9.3.2. PAL.

                        9.3.2.1. Características.

                        9.3.2.1. Ejemplo de diseño con un dispositivo PAL.

            9.3.3. PROM.

                        9.3.3.1. Características.

                        9.3.3.1. Ejemplo de diseño con un dispositivo PROM.

9.4. Casos de estudio:

9.4.1. PAL16R6.

            9.4.1.1. Arquitectura de una PAL16R6.

9.4.2. PAL22V10.

                        9.4.2.1. Arquitectura de una PAL22V10.

                        9.4.2.2.  Macrocelda Lógica de Salida (OLMC) de una PAL22V10.

9.5. Introducción a la programación de PLDs.

            9.5.1. Proceso de programación.

            9.5.2. Estructura de un programa ABEL.

9.5.2.1.   Declaraciones. Descripciones lógicas.

9.5.2.2. Operaciones Booleanas. Ecuaciones. Conjuntos. Tablas de  Verdad. Vectores de Prueba.

9.6. Ejemplos de diseño con PLDs.

            9.6.1. Cuádruple multiplexor 1 de 4.

            9.6.2. Contador en código Gray ascendente/descendente de 3 bits.

9.6.3. Otros ejemplos.

9.7. Práctica de laboratorio: Implementación de los ejemplos del apartado 9.6.

Tratamiento didáctico específico.  

Siempre que sea posible, los conceptos implicados se desarrollarán a partir de ejemplos prácticos. La implementación de circuitos estudiados anteriormente permitirá valorar las ventajas del diseño programable frente al diseño tradicional con funciones integradas. Las características del tema, como la aparición de esquemáticos complejos y el manejo de mucha información en paralelo, hacen recomendable el uso de los recursos didácticos mencionados antes como la edición de diapositivas en Power-Point y su exposición mediante un sistema de cañón.

Bibliografía de teoría

[Wakerly, 2000] WAKERLY, J. F., Diseño Digital. Principios y Prácticas Ed. Prentice Hall (7ª ed.), 2000.

[Barrón, 1994] BARRÓN, M., Lógica Programable, ejercicios resueltos con OrCAD/PLD, Ed. Mc-Graw Hill, 1994.

[Floyd, 2000]       FLOYD, T.L., Fundamentos Digitales,  Ed. Prentice Hall,  séptima edición, 2000.

[Gajski, 1997]  GAJSKI, Principios de Diseño Digital, Ed. Prentice may, 1997.

[Katz, 1994]         KANTZ, R.H., Contemporary Logic Design, The Benjamin Comming Pub., 1994.

[Lloris, 1996]       LLORIS, A. y PRIETO, A., Diseño Lógico, Ed. McGraw-Hill, 1996.

[Mandado, 1992] MANDADO, E., Sistemas Electrónicos Digitales, Ed. Marcombo, séptima edición, 1992.

[Nelson, 1996] NELSON, V., TROY, H., y otros. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales, Ed. Prentice Hall, 1996.

[Romero, 1992] ROMERO GÓMEZ, L.F., Curso de diseño con OrCAD, EAC, Elementos auxiliares de clase, nº. 46, Universidad de Málaga, 1992.

Bibliografía de problemas  

[García-Zubía, 2003]  GARCÍA ZUBÍA, J., Problemas Resueltos de Electrónica Digital, Thomson, 2003

[Almoacid, 1995], ALMOACID PUCHE, G., Desarrollo y aplicaciones de sistemas digitales, Paraninfo, 1995

[Baena, 1997]      BAENA, C. y OTROS, Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales, Ed. McGraw-Hill, 1997.

[López, 1987]      LÓPEZ, P. y MARTÍNEZ, J.M., Sistemas Digitales (Problemas). Publ. U.P. Valencia, 1987.

[Ojeda, 1994]      OJEDA CHERTA, F., Problemas de Electrónica Digital, Ed. Paraninfo, 1994

[Padilla, 1989] PADILLA, I., Ejercicios de Electrónica Digital, Servicio de Publicaciones de la  E.T.S.I. Telecomunicación,  Madrid. 1989.

[Velasco, 1995]  VELASCO, J. y OTERO, J., Problemas de Sistemas Electrónicos Digitales, Ed. Paraninfo, 1995.

 Bibliografía complementaria

 [Carter, 1997]      CARTER, J. W., Digital Designing with Programmable Logic Devices,  Ed. Prentice Hall, 1997

[Hayes, 1996]      HAYES, J.P., Introducción al Diseño Lógico Digital, Ed. Addison-Wesley Iberoamericana, 1996.

[Muñoz-Merino, 1980] MUÑOZ MERINO, E. y OTROS, Circuitos Electrónicos. Tomos 3 y 4 (digitales i y ii), Servicio de Publicaciones de la E.T.S.I. de Telecomunicación de Madrid. 1980.

[Taub, 1993]        TAUB, H., Circuitos digitales y microprocesadores, Ed. McGraw-Hill. 1993.

-         La asistencia, realización de las prácticas y entrega de la memoria correspondiente son requisitos indispensables para poder aprobar la asignatura. La calificación de las prácticas supone hasta el 30% de la calificación final.

-         Existe una prueba teórica al final del curso con los contenidos de todos los temas que supone el resto de la calificación final. En ningún caso se guarda materia para septiembre.

-         Sólo podrán realizar el examen aquellos alumnos que figuren en las actas suministradas por secretaría.

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