INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Curso: Código: Tipo de curso: Créditos: Horas por semana: Requisito: Correquisito: Suficiencia: Asistencia: Profesor: Semestre: Horario: Consulta: Diseño Lógico EL-3302 Teórico 4 4 CA-3125 EL-3301 No Obligatoria Roberto Pereira Arroyo I semestre - 2006 M 9:30-11:20, V 10:30-12:20 M 15:00-16:50 Descripción Durante el curso se presentarán los fundamentos del diseño lógico y el diseño digital electrónico, así como las prácticas más comunes utilizadas en este campo, con la finalidad de desarrollar sistemas digitales avanzados que combinen características combinacionales y secuenciales. Con el avance de las tecnologías digitales de procesamiento de información, es prácticamente imposible hallar hoy en día una actividad humana que no dependa en gran medida de los sistemas digitales, desde los ámbitos de comunicaciones y transporte hasta la producción automatizada de bienes y servicios, pasando por los campos de la salud y la educación. Por ello, en este curso el estudiante recibirá los fundamentos de las técnicas y herramientas disponibles hoy en día para el diseño de sistemas digitales que resuelvan problemas de distinta índole. 1. Objetivo general Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso para el desarrollo de destrezas en el diseño de circuitos digitales combinacionales y secuenciales. 2. 2.1 2.2 Objetivos específicos Definir los conceptos básicos y el rango de acción de los sistemas digitales. Dominar los distintos sistemas numéricos de representación de datos y los códigos binarios usados en el proceso digital de información. 2.3 Comprender las características de las tecnologías electrónicas esenciales usadas en la fabricación de sistemas digitales. 2.4 Decidir el uso de diversos tipos de compuertas lógicas para el correcto funcionamiento eléctrico de los circuitos digitales. 2.4 Conocer los principios del diseño lógico combinacional, los axiomas que lo gobiernan, y las técnicas para su análisis. 2.5. Dominar las prácticas fundamentales de diseño de sistemas combinacionales lógicos y aritméticos. 2.6. Decidir sobre el uso de circuitos combinacionales lógicos y aritméticos en la solución de problemas. 2.7. Conocer los principios del diseño lógico secuencial, los axiomas que lo gobiernan, y las técnicas para su análisis. 2.8. Dominar las prácticas fundamentales de diseño y análisis de sistemas secuenciales de almacenamiento de información y control. 2.9. Decidir sobre el uso de circuitos secuenciales en la solución de problemas. 2.10. Desarrollar el hardware de un controlador digital. 2.11. Aplicar correctamente los criterios de diseño del software para un controlador digital. 2.12. Discutir el diseño y uso de diversas máquinas secuenciales de estados finitos para la solución de problemas específicos. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 3. Contenido 3.1 Principios y usos de los sistemas digitales (1/2 semana) a) b) c) d) e) f) g) 3.2 Características internas de las compuertas lógicas (1 y 1/2 semanas) a) b) c) d) e) f) 3.3 b) c) d) e) f) g) h) i) j) Representación de funciones lógicas Álgebra de conmutación Análisis de circuitos combinacionales Síntesis de circuitos combinacionales Riesgos de temporización Circuitos Combinacionales (1 semana) a) b) c) d) e) 3.6 Sistemas numéricos posicionales - Sistema binario - Sistemas octal y hexadecimal Conversiones generales entre sistemas numéricos posicionales Suma y resta de números no decimales Representación de números signados Suma y resta con complemento a la base Multiplicación y división binaria Códigos binarios Cubos n y distancia Códigos de detección y corrección de error Códigos para el almacenamiento y transmisión en serie Funciones y circuitos lógicos (2 semanas) a) b) c) d) e) 3.5 Implementación electrónica de funciones lógicas. Tecnologías de fabricación de compuertas: CMOS y TTL. Análisis de circuitos electrónicos de compuertas lógicas. Características eléctricas estáticas y dinámicas de las familias lógicas: Familias lógicas comerciales. Transceptores y buses. Sistemas numéricos y códigos binarios (1 semana) a) 3.4 Diseño. Definición de sistema digital. Diferencias entre sistema analógico y sistema digital. Diferentes usos de los sistemas digitales. Representación de información digital por medio de variables y funciones binarias. Definición de operadores lógicos. Tablas de verdad. Codificadores. Decodificadores. Multiplexadores (MUX). Demultiplexadores (DEMUX). Memorias combinacionales (ROM). Circuitos Aritméticos (2 semanas) INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA a) b) c) d) e) f) g) h) 3.7 Circuitos secuenciales (3 semanas) a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) 3.8 Medio sumador. Sumador completo. Sumador paralelo. Cálculo adelantado del acarreo. Aritmética en complemento a dos. Resta binaria Unidades lógico-aritméticas (ALU) Desplazadores circulares Elementos biestables Cerrojos y Flip-flops Análisis de una máquina de estados finitos sincrónica temporizada (FSM) Diseño de una FSM sincrónica temporizada Diseño de una FSM con diagramas de estado Cerrojos y flip-flops SSI Registros y cerrojos de bits múltiples PLD secuenciales Contadores Registros de corrimiento Metodología del diseño sincrónico Impedimentos para el diseño sincrónico Sesgo del reloj Disparo del reloj Entradas asincrónicas Metastabilidad y fallas de sincronía Circuitos aritméticos avanzados (1 semana) a) Circuitos para multiplicación y división binaria b) ALUs complejas y registros de banderas 3.8 Controladores avanzados (4 semanas) a) b) Diseño de controladores complejos con dispositivos PLD Diseño de controladores basados en memorias (microprogramados) 4. Metodología Clases magistrales: el profesor desarrollará los temas del curso, en algunas ocasiones se podrán proyectar presentaciones. Trabajo individual: espacio para la producción y reflexión de cada participante a través de ejercicios propuestos por el profesor. Exámenes: Se realizarán exámenes escritos. El primero abarcará la materia vista durante las primeras ocho semanas. El segundo se aplicará en la fecha establecida por Admisión y Registro para la evaluación final y comprenderá toda la materia vista durante el curso. 5. Evaluación 50% Primer examen, semana 9 50% Segundo examen: todos los temas Fecha asignada por Oficina de Registro INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Nota: Si el promedio de ambos exámenes está entre 60 y 67.5 se tiene derecho a examen de reposición. Fecha estipulada por Registro. 6. Bibliografía Wakerly, J.F. Diseño digital. Principios y prácticas Prentice Hall: México DF, 2001. Mano, M. Morris. Diseño Digital. Tercera edición. Pearson-Prentice Hall: México DF, 2003. RPA 3 de febrero 2006