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Circuitos Electrónicos Digitales

 

Información General de la Asignatura

 

Eduardo Boemo

 

Laboratorio

 

Are you interested in TFG, Master Thesis or PhD Degree at the DSLab UAM?

 

Profesores:

 

o   Eduardo Boemo (Teoría y Labs Martes y Miércoles)

o   Federico García Salzmann (Labs Jueves y Viernes)

 

 

Planificación (última modificación 10ABRIL19):

http://arantxa.ii.uam.es/~cedeps/planific.pdf

 

 

Ficha Asignatura:

 

o   Curso: Primero - Grado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación

o   Semestre: 2º (Enero - Mayo)

o   Créditos: 6 ECTS

o   Página del Laboratorio de CED: pulse aquí

o   Página de la tecnología FPGA utilizada en CED: Xilinx

 

o   La información de esta asignatura relacionada con los resultados de evaluación se enviará a través de la plataforma Moodle

 

 

Requisitos Previos:

Esta asignatura se imparte en el segundo semestre del primer curso, por lo que no se establece ningún requisito previo. Sin embargo, algunas habilidades son fundamentales para la aprobación de la misma. Entre ellas, pueden mencionarse:

o   Conseguir la comprensión de los contenidos de la asignatura mediante la resolución – no memorización - de las guías de problemas.

o   Resolver otros casos propuestos durante las teorías y/o problemas extras de libros.

o   Conocer el idioma inglés a nivel de lectura, pues toda la documentación de los fabricantes de componentes electrónicos (hojas de datos, herramientas de diseño y notas de aplicación) se encuentra redactada únicamente en dicha lengua.

o   Desarrollar iniciativa personal y tenacidad para el diseño y puesta en funcionamiento de los diversos circuitos propuestos en el laboratorio.

o   Predisposición y empatía para el trabajo en equipo.

o   Interés por la tecnología y la ingeniería.

Circuitos Electrónicos Digitales forma parte de la “Materia Circuitos Electrónicos y Microprocesadores” (18 créditos ECTS) del plan de estudios. Esta materia está desglosada en tres asignaturas semestrales que van presentando diferentes conocimientos: Circuitos Electrónicos Digitales, Circuitos Analógicos y de Potencia, y Fundamentos de microprocesadores. Es también la asignatura previa fundamental para Dispositivos Integrados Especializados donde se retoman los temas de CED con un enfoque orientado a circuitos integrados de alta densidad tipo FPGA.

 

Horarios:

 

o   Teoría: Lunes 9 a 11 hs y Miércoles 10 a 11 hs. Aula A10 (2576 en decimal).

o   Laboratorios:  5A y 5B (90 y 91 en decimal)

 

·         Eduardo Boemo, Martes y Miércoles de 13 a 15 hs.

·         Federico García Salzmann, Jueves y Viernes de 9 a 11 hs.

 

o   Horarios completos 1º curso EPS: pulse aquí

 

 

 

 

Consulte la planificación periódicamente pues puede sufrir cambios. Verifique que su navegador no le devuelve una copia antigua “cacheada”.

La persona Responsable-Coordinador de la sesión de laboratorio se indica como:

 

·         EIB: E. Boemo

·         FGS: F. García Salzmann

 

 

Objetivos de CED

CED es una asignatura de introducción a los circuitos digitales. Se pretende que el estudiante adquiera conocimientos básicos sobre circuitos combinacionales y secuenciales. En el laboratorio además se enfatizan aspectos prácticos como el montaje de prototipos, pasar a circuitos especificaciones técnicas abstractas, e interpretar hojas de datos de componentes. Adicionalmente, la asignatura intenta desarrollar el ingenio, la tenacidad, la intuición, el sentido común para analizar-resolver problemas y encontrar soluciones óptimas para cada caso.

 

 

Programa detallado de la Asignatura:

1.- Álgebra de Boole

 

o   Variable binaria.

o   Conceptos básicos de numeración binaria.

o   Operadores lógicos

o   Funciones Lógicas.

o   Tabla de Verdad.

o   Mintérminos y Maxtérminos

o   Simplificación algebraica y gráfica (Mapas Veich Karnaugh).

o   Teorema De Morgan.

o   Circuitos digitales.

o   Problemas

 

2.- Circuitos Combinacionales Básicos

 

o   Multiplexor-Demultiplexor.

o   Concepto de señal activo bajo o alto.

o   Codificadores.

o   Conversor BCD-7 segmentos.

o   Redundancia: su uso para reducir el área y su efecto en la tolerancia a errores

o   Funciones a partir de multiplexores y codificadores. Concepto de K-LUT

o   El estilo de diseño TTL.

 

3.- Biestables, Registros y Contadores

 

o   Flip-flops y Latches tipo D.

o   Señales síncronas y asíncronas de control en un FF.

o   Bloques contadores integrados tipo xx163

o   Conexión en cascada de xx163 en modo Diseño Síncrono.

o   xx163 como divisor de frecuencia

o   Tipos de codificación de estados.

o   Síntesis de Contadores

o   Esquema interno de un FF tipo D (Biestables RS)

 

4.- Sistemas Secuenciales: Maquinas de Estados

 

o   Modelos de máquinas de estado: Moore y Mealy

o   Análisis de la secuencia temporal de señales en una máquina de estados.

o   Síntesis de máquinas de estados y minimización de estados.

o   Ejercicios.

 

5.- Circuitos Aritméticos

 

o   Operaciones con Numeración Binaria y Hexadecimal

o   Circuito Sumador de acarreo serio

o   Resta binaria. Representación de números en complemento a dos.

o   Sumador carry-look ahead

o   Unidad Aritmético Lógica (ALU).

o   Multiplicador.

o   Aritmética Serie con FSMs

 

6.- Memorias Integradas y Circuitos Programables de Baja Densidad

 

o   Driver de tercer estado.

o   Memorias Tipo EPROM

o   Utilización de EPROM como tablas de Look Up (LUT).

o   Generación de ondas complejas mediante un esquema memoria-contador

o   Formato HEX.

o   Estructura de una PAL. Notación.

o   Presentación de dispositivos comerciales actuales tipo FPGA

o   Diagrama de flujo de diseño en una Herramienta EDA.

 

 7. Aspectos Eléctricos del Diseño Digital

 

o   Niveles lógicos y márgen de ruido

o   Fan-in y Fan-out.

o   Tiempos asociados a un circuito digital.

o   Familias de circuitos digitales.

o   Pull-ups y Pull-downs

o   Drivers, Buffers de tercer estado y tranceivers.

o   Open drain, open collector.

o   Schmitt-trigger.

o   Anti-rebote (debouncing)

o   Circuitos CMOS a nivel transistor.

 

VIDEOS DE TEORÍA DE CED

Clases cortas para reforzar temas durante la educación a distancia

Tema FSMs Moore

Clase 1: Introduc. comunicaciones serie en banda base.

·         UAM_CED_Clase_1_Intro_Serial_Comm.mp4

Clase 2: Detector Moore de la secuencia 1001

·         UAM_CED_Clase_2_fsm_1001_1de4_operador humano.mp4

·         UAM_CED_Clase_2_fsm_1001_2de4_hasta_diagrama.mp4

·         UAM_CED_Clase_2_fsm_1001_3de4_desde_diagrama.mp4

·         UAM_CED_Clase_2_fsm_1001_4de4_hasta_simulac.mp4

Clase 3: Detector Moore de múltiplos de 8

·         UAM_CED_Clase_3_fsm_multiplode8.mp4

Clase 4: Detector Moore de números (pares e impares). Parte 1.

Clase 5: Detector Moore de la secuencia 1001 en una ventana fija de 4 bits

·         UAM_CED_Clase_5_fsm_1001_enventanado_1de2.mp4

·         UAM_CED_Clase_5_fsm_1001_enventanado_2de2.mp4

 

Clase 6: FSM Moore para control de máquina expendedora de huevos Kinder.

·         UAM_CED_Clase_fsm_Kinder_1de3.mp4

·         UAM_CED_Clase_fsm_Kinder_2de3.mp4

·         UAM_CED_Clase_fsm_Kinder_3de3.mp4

 

Apps Android / iOS para CED

Las guías de problemas de CED se entregan por e-mail a través de Moodle. Sirven como ejemplo del tipo de problemas “que caen” en el examen. Sean en pdf o  papel, estas guías no permite verificar soluciones o resolver ejercicios durante el trayecto a casa en metro o bus. Para mitigar este problema, algunos problemas de CED han sido adaptados a teléfonos móviles Android por TFGs del DSLab. Los temas disponibles, que se amplían cada cuatrimestre, son:

 

o   Células MOS.

o   Circuitos Combinacionales.

o   Circuitos Aritméticos.

o   Contadores.

o   Máquinas de Estado.

o   Calculadora de Mapas Veich-Karnaugh (también disponible en el Apple Store)

 

Los/las estudiantes interesados en estas apps gratuitas, pueden descargarlas de:

 

https://play.google.com/store/apps/developer?id=DSLab+UAM

 

 

 

Bibliografía:

Se recomienda comenzar por los siguientes libros:

 

“Diseño Digital: Principios y Prácticas” Wakerly J., Signatura en la EPS UAM: 621.3/WAK (varios ejemplares). Libro ameno y práctico. Ideal para iniciarse en el tema.

 

“Introducción al Diseño Lógico Digital”,  Hayes J., Addison-Wesley, 1996.  ISBN: 0201625903. Libro formal y muy completo. Importante para ampliar temas.

 

“Fundamentos de Diseño Lógico”, Charles Roth Jr., Thomson 2005, ISBN: 9706863737. Libro con una excelente colección de problemas complejos y originales.

 

“Circutos Lógicos Programables”, Tavernier, C. Editorial Paraninfo. Libro muy completo para estudiar los dispositivos tipo PAL.

 

“Electrónica digital”, Tomás Pollán Santamaría, Zaragoza Prensas Universitarias de Zaragoza 2007. ISBN: 9788477339786. Libro completo y práctico. Importante para estudiantes interesados en la construcción de circuitos digitales.

 

“Diseño lógico”, A. Lloris Ruiz y A. Prieto, McGraw-Hill, Interamericana, 1996. Libro con problemas resueltos; muy útil en el caso que pueda evitar la tentación de estudiar de memoria las soluciones, en vez de ejercitarse en la resolución de problemas desconocidos.

 

 

o   Transparencias del curso:

 

o   PAL

o   Aspectos Eléctricos del Diseño Digital 

 

o   Bibliografía adicional sobre Circuitos Digitales disponible en el Campus de la UAM: pulse aquí

 

o   Biblioteca UAM: pulse aquí

 

 

Aprobación Teoría CED

Formato evaluación continua: Un parcial de “lápiz y papel” más dos una evaluación en el laboratorio (en el turno que corresponda) sobre contadores y FSM Moore. A ello se suman los temas que se evalúan directamente en el  examen final.

 

Cada examen se aprueba con el 50% de la nota. Se deben repetir  en el examen final los temas de parciales que hayan sido suspendidos.

 

 

Más detalles pueden consultarse en la Guía Docente de CED.

 

o   Parcial 1: Álgebra de Boole y Circuitos Combinacionales (1,5 puntos)

o   Parcial 2: Contadores (1,0 puntos). Se evalúa en el Lab

o   Parcial 3. FSM Moore (1,5 puntos). Se evalúa en el Lab

 

o   Examen final: 6,0 puntos

 

 

Aprobación Laboratorio CED

Se deben obtener al menos 5 puntos sobre 10. El peso de cada práctica es:

o   Práctica 1 (MUX): 1 puntos.

o   Práctica 2 (Contadores): 2 puntos.

o   Práctica 3 (FSM): 3 puntos.

o   Práctica 4 (ALU, y utilización de ROMs para realizar FSM y Funciones Aritméticas complejas): 4 puntos.

Las prácticas de HW se pueden recuperar en una sesión al final de curso y la nota se reduce multiplicando por 0,8. Las sesiones de simulación no se recuperan. Un 10 en el Lab certifica una cualidad muy apreciada en Ingeniería: completar  el trabajo asignado en el breve tiempo asignado, cumpliendo con la especificación del problema.

 

Nota Acta CED: 0,3 LAB + 0,7 Teoría

La nota se pesa con la fórmula anterior si se obtiene al menos un 5 en Lab y Teoría. En caso contrario, es la nota del suspenso de Teoría. La nota del Lab aprobado se guarda indefinidamente.

Información complementaria:

o   Algunas direcciones de tiendas de componentes electrónicos:

o   http://www.e-merchan.com/ (en Alcobendas)

o   http://es.farnell.com/

o   http://www.digikey.com

o   Manual componentes 74XXX: pulse aquí

o   Base de Datos de Componentes: pulse aquí

o   Algunas sugerencias para las sesiones de montaje hardware: pulse aquí