Información de la asignatura

1. Detalles de la asignatura

1.1. Materia

Circuitos Electrónicos y Microprocesadores

1.2. Carácter

Obligatoria

1.3. Nivel

756 - Grado (MECES 2)
759 - Grado (MECES 2)
536 - Grado (MECES 2)
795 - Estudios Propios (MECES 2)

1.4. Curso

1

1.5. Semestre

Segundo semestre

1.6. Número de créditos ECTS

6.0

1.7. Idioma

Español

1.8. Requisitos previos

Es necesario conocer conceptos básicos de electricidad, aprendidos en el instituto, tales como la Ley de Ohm. Esta asignatura se imparte en el segundo semestre del primer curso, por lo que no se establece ningún otro requisito previo. 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, asignatura de tercer curso, donde se retoman los temas de CED con un enfoque orientado a circuitos integrados de alta densidad tipo FPGA.

1.9. Recomendaciones

Es necesario conocer conceptos básicos de electricidad, aprendidos en el instituto, tales como la Ley de Ohm. Esta asignatura se imparte en el segundo semestre del primer curso, por lo que no se establece ningún otro requisito previo. 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, asignatura de tercer curso, donde se retoman los temas de CED con un enfoque orientado a circuitos integrados de alta densidad tipo FPGA.

Se recomienda verificar la comprensión de los contenidos y habilidades básicas de la asignatura mediante la resolución de las Guías de Problemas, las cuales pueden complementarse con otros casos propuestos y/o resueltos en los textos de la bibliografía. Algunos ejercicios de estas guías también se encuentran resuelto en las aplicaciones Android del DSLab UAM, disponibles en:

https://play.google.com/store/apps/developer?id=DSLab+UAM&hl=es_419

La información permanente de la asignatura está en la página web:

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

En ella podrá encontrar:

• Planificación semanal de teoría y clases de lab.
• Profesor responsable de cada práctica.
• Días de fiestas.
• Horarios.
• Principales normas y método de aprobación.
• Bibliografía.
• Transparencias de clase.

En la Plataforma Moodle se concentra la información sobre notas, temas de exámenes, fechas, tablón de noticias, y otros aspectos de organización. En la página web de la asignatura se condensa la información general, de carácter más permanente. Toda la información entre ambas páginas se encuentra enlazada por hipervínculos.

1.10. Requisitos mínimos de asistencia

Las prácticas son obligatorias hasta llegar a la nota de 5 puntos. La asistencia se controlan a través de la nota de laboratorio. Faltar a una o varias prácticas puede tener por consecuencia que no se pueda alcanzar aritméticamente el puntaje mínimo de 5 puntos.

1.11. Coordinador/a de la asignatura

Eduardo Ivan Boemo Scalvinoni

1.12. Competencias y resultados del aprendizaje

1.12.1. Competencias

CO9 Capacidad de análisis y diseño de circuitos combinacionales y secuenciales, síncronos y asíncronos, y de utilización de microprocesadores y circuitos integrados.

ITT1 - Capacidad para redactar, desarrollar y firmar proyectos en el ámbito de la ingeniería de telecomunicación que tengan por objeto, de acuerdo con los conocimientos adquiridos según lo establecido en el apartado 5 de esta orden, la concepción y el desarrollo o la explotación de redes, servicios y aplicaciones de telecomunicación y electrónica.

ITT2 - Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el desarrollo de la profesión de Ingeniero Técnico de Telecomunicación y facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

ITT3 - Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

ITT4 - Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética y profesional de la actividad del Ingeniero Técnico de Telecomunicación.

ITT5 - Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planificación de tareas y otros trabajos análogos en su ámbito específico de la telecomunicación.

ITT6 - Facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

ITT9 - Capacidad de trabajar en un grupo multidisciplinar y en un entorno multilingüe y de comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados e ideas relacionadas con las telecomunicaciones y la electrónica.

CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.

CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.

CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.

CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

1.12.2. Resultados de aprendizaje

- El alumno habrá aprendido a utilizar aplicaciones de comunicación e informáticas (ofimáticas, bases de datos, cálculo avanzado, gestión de proyectos, visualización, etc.) para apoyar el desarrollo y explotación de redes, servicios y aplicaciones de telecomunicación y electrónica.

- Ser capaz de analizar y diseñar circuitos digitales tanto combinacionales como secuenciales.

- Ser capaz de distinguir y evaluar ventajas e inconvenientes entre circuitos secuenciales síncronos y asíncronos, y de utilizar una señal de reloj.

- Adquirir conocimientos básicos sobre circuitos integrados y familias lógicas.

1.12.3. Objetivos de la asignatura

CEDG es una asignatura de introducción a los circuitos digitales. Se pretende que el estudiante adquiera unos conocimientos básicos sobre circuitos combinacionales y secuenciales, junto con los detalles prácticos del montaje de prototipos. La asignatura intenta desarrollar el ingenio, la tenacidad, el hábito de optimización y la capacidad para resolver problemas desconocidos, dentro del campo de los sistemas digitales. El diseño (por ejemplo, la síntesis de una FSM) se realiza manualmente, aún cuando existan herramientas automáticas que pueden realizar parte del trabajo. Se enfatiza un diseño de tipo gráfico, dejando lenguajes tipo VHDL para el curso que sigue en esta área digital.

1.13. Contenidos del programa

1.- ÁLGEBRA DE BOOLE

Numeración binaria y hexadecimal

Variable y Funciones Lógicas.

Tabla de Verdad.

Puertas básicas.

Mintérminos y Maxtérminos

Simplificación.

Teorema De Morgan.

Mapas K

Problemas

2.- CIRCUITOS COMBINACIONALES BÁSICOS

Bloques básicos

Multiplexor-Demultiplexor.

Concepto de señal activo bajo o alto.

Codificadores.

Conversor BCD-7 segmentos.

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

Funciones a partir de multiplexores y codificadores. K-LUT

El estilo de diseño TTL.

3.- BIESTABLES, REGISTROS Y CONTADORES

Biestables RS y Flip-flop tipo D

Señales síncronas y asíncronas de control de un flip-flop.

Tipos de codificación para contadores.

Bloques contadores integrados tipo xx163

Síntesis de Contadores

4.- SISTEMAS SECUENCIALES: MAQUINAS DE ESTADOS

Modelos de máquinas de estado: Moore y Mealy

Síntesis de máquinas de estado

Análisis de la secuenciación de señales en una máquina de estados.

Síntesis de máquinas de estados y minimización de estados.

Ejercicios

5.- CIRCUITOS ARITMÉTICOS

Circuito Sumador de acarreo serio

Resta binaria. Representación de números en complemento a dos.

Sumador carry-look ahead

Unidad Aritmético Lógica (ALU).

Circuito Multiplicador.

Aritmética Serie basada en FSMs

6.- MEMORIAS INTEGRADAS y CIRCUITOS PROGRAMABLES DE BAJA DENSIDAD

Driver de tercer estado.

Memorias Tipo EPROM

Utilización de EPROM como tablas de Look Up (LUT). Generación de ondas complejas.

Formato HEX.

Estructura de una PAL. Notación.

Ejemplos de algunos dispositivos comerciales tipo PLD's y FPGA's

FPGAs: Diagrama de flujo de diseño.

7. ASPECTOS ELECTRICOS DEL DISEÑO DIGITAL

Niveles lógicos y márgen de ruido

Fan-in y Fan-out.

Tiempos asociados a un circuito digital

Familias de circuitos digitales

Pull-ups y Pull-downs

Drivers, Buffers de tercer estado y tranceivers

Open collector, Schmitt-trigger

Antirebote

1.14. Referencias de consulta

Esta asignatura no sigue un libro en concreto. Las lecturas recomendadas son las indicadas abajo. Junto a cada libro se adjunta un breve comentario.

“Fundamentos de Diseño Lógico”, Charles Roth Jr., Thomson 2005, ISBN: 9706863737. Libro con una excelente colección de problemas complejos y originales. Probablemente el libro más didáctico de toda la lista.

"Diseño digital: principios y prácticas", Wakerly, Jonh F. Pearson educación, 2001, ISBN: 970-26-0720-5. Libro ameno y didáctico, apropiado para primera lectura sobre temas de la asignatura.

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

"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 útil para practicar la resolución de problemas.

Nota: En la biblioteca de la EPS puede encontrar una copia de la mayoría de los libros publicados sobre Electrónica Digital o Diseño Lógico.

Material electrónico de trabajo: los documentos electrónicos de trabajo (Prácticas, métodos de trabajo para el laboratorio, recomendaciones de estudio y hojas de datos de componentes se publican en la sección de noticias CEDG en plataforma Moodle (http://uam-virtual.es) y en la página de la asignatura.

2. Metodologías docentes y tiempo de trabajo del estudiante

2.1. Presencialidad

2.2. Relación de actividades formativas

3. Sistemas de evaluación y porcentaje en la calificación final

3.1. Convocatoria ordinaria

El examen ordinario tiene la siguiente forma:

Para estudiantes que siguen la Evaluación Continua (evaluación por defecto): 

• Primera parte (Escrito): Temas que no han sido cubiertos en los exámenes parciales.
• Segunda parte (Escrito): Temas de los exámenes parciales para aquellos que los hayan suspendidos
• Tercera parte (Práctico en Lab de simulación y/o montajes HW): Recuperación de prácticas suspendidas.

Para estudiantes que abandonan la Evaluación Continua:

• Primera parte (Escrito y/o en el Laboratorio con herramienta ISE): Todos los temas de la asignatura (no se convalida algún parcial aprobado).
• Segunda parte (Laboratorio con herramienta ISE y montajes HW): Realización de una práctica que engloba todos los temas del Lab. Este examen es naturalmente difícil pues resume el trabajo realizando a lo largo del curso en el laboratorio.

Desde el punto de vista de la forma de aprender, la asignatura se divide en:

Teoría: Pesa el 80 %  de la nota de la asignatura

Laboratorio (Prácticas): pesa el 20 %  de la nota de la asignatura. Tiene 4 o más prácticas que en total suman 10 puntos. Se aprueba con 5. 

Aspectos a resaltar sobre las prácticas de Laboratorio:

• Durante el examen ordinario se asigna una franja horaria para la recuperación de prácticas suspendidas. En tal caso, la nota de la práctica recuperada se multiplica por 0,8. 
• Los parciales 2 y 3 se realizan en ISE. Por ello, a veces pueden convalidar prácticas suspendidas sobre los mismos temas (usualmente contadores y FSM Moore) si la temática coincide. En tal caso, nota de la práctica recuperada se multiplica por 0,8 y además es proporcional a la nota obtenida en el parcial. Ejemplo: si el parcial 3 es sobre FSM Moore y se aprueba con 6 puntos, en tal caso se convalida la Práctica de FSM Moore con un factor 0,8 x 0,6 de la nota de dicha práctica.
• La calificación refleja el funcionamiento de los circuitos siguiendo las siguientes líneas:
  
  • La nota es máxima cuando funciona correctamente y la solución es eficiente (en función de parámetros que se especifiquen) o novedosa. Si funciona pero no es eficiente, la nota también es aprobado pero en un rango que no llega a la nota máxima.
  • Suspenso: cuando no se cumple que el circuito "hace lo que debe y no hace lo que no debe".

Temas de Teoría: Los exámenes de teoría (sea convocatoria ordinaria o extraordinaria) siempre tienen el mismo formato separado en:

• Temas no evaluados en parciales (común a todos)
• Temas evaluados en parciales (para aquellos que hayan suspendido parciales).

Si no se obtiene al menos 5 puntos en Teoría y 5 puntos en el Lab, no se aprueba la asignatura.

Si se aprueba el Laboratorio pero no la Teoría, la nota del acta es la corresponde a la obtenida en Teoría (suspenso o no consume).

Los bloques de Teoría son:

• Bloque 1. Álgebra de Boole y Circuitos combinacionales básicos.
• Bloque 2. Biestables y FF tipo D. Su uso en síntesis de contadores.
• Bloque 3. Registros, Análisis de Contadores, Codificación, Contadores tipo 74HC163.
• Bloque 4. Sistemas secuenciales: FSM Modelo Moore (Análisis y síntesis).
• Bloque 5. Sistemas Secuenciales: FSM Modelo Mealy (Análisis y síntesis).
• Bloque 6. Circuitos aritméticos (series y paralelos) y Funciones en ROMs (LUTs)
• Bloque 7. Puestas CMOS. Aspectos eléctricos del diseño digital.

La nota de la asignatura combina:

• Trabajo de Laboratorio en Grupo: Se minimiza este tipo de tareas, normalmente restringida a montaje hardware El trabajo en equipo se fomenta en la resolución de las guías de problemas. 

• Trabajo individual de Laboratorio: Son ejercicios de simulación y/o montaje hardware diferentes para cada estudiante, de acuerdo a los dígitos de su DNI. Revisan conceptos de teoría, ayudan a comprender la asignatura y fomentan el trabajo individual.

• Parciales Individuales de Laboratorio: Son ejercicios breves de diseño y simulación que cada estudiante hace individualmente en el turno de Laboratorio. A diferencia de un examen escrito, esta prueba es más realista: el estudiante tiene la posibilidad de descubrir y corregir los errores de su solución, al poder simularlo. La evaluación es oral y consiste en verificar los pasos intermedios y los resultados de simulación.

• Exámenes escritos: Bloques temáticos divididos entre parciales y conv ordinaria.

3.1.1. Relación actividades de evaluación

La relación 80% Teoría y 20% Lab en la nota final requiere obtener la nota mínima de aprobado (5) tanto en Teoría como en Laboratorio. Es decir, no se supera la asignatura si no se supera el Laboratorio y la Teoría (ambos).

3.2. Convocatoria extraordinaria

El examen extraordinario es un examen escrito que abarca todos los temas de la asignatura. Tiene dos partes:

Examen de Teoría: De tipo escrito, abarca todos los temas del curso. 

Examen Práctico de Laboratorio: Es para aquellos estudiantes que no lo hayan superado el Laboratorio por Evaluación Continua (se guarda la nota del Laboratorio, si es aprobado, 5 o más puntos). Este examen puede aliviar de temas al examen escrito de Teoría. Por ejemplo, el tema FSM Moore puede ser solo escrito para los estudiantes con el Laboratorio aprobado, pero práctico (en el laboratorio) y basado en especificación-simulación para los que no hayan aprobado el Laboratorio.

Los ejercicios de laboratorio son diferentes a los desarrollados en el curso, aunque los temas serán los mismos: MUX, Contadores, FSMs, Circuitos Aritméticos- LUTs con ROMs y montaje HW.

Al igual que en la convocatoria ordinaria, el Laboratorio pesa 20% de la nota final y el examen de teoría el 80% restante. 

Si no se obtiene al menos 5 puntos en Teoría (sobre 10) y 5 puntos en el Laboratorio (sobre 10), no se supera la asignatura.

3.2.1. Relación actividades de evaluación

4. Cronograma orientativo

Semana 1:  µ-Presentación de la asignatura. Números binarios. Variables lógicas. Operaciones básicas (NAND, NOR, INV, OR, AND y XOR). Tablas de Verdad. Teorema de De Morgan. Mintérminos y Maxtérminos. Simplificación algebraica. No hay Lab en la primera semana.

 Semana 2:  Simplificación algebraica. Profundidad de Lógica. Gate-count. Mapas K. Ejemplos de simplificación. Circuitos Combinacionales: Numeración BCD. Conversor BCD-7 segmentos.  Práctica 0 - Herramienta Xilinx

Semana 3: Redundancia y su utilización en mapas K. MUX y DEMUX. COD y DECOD. Prioridad. Concepto de activo alto-bajo. Funciones a partir de multiplexores y codificadores. Números BCD. Redundancia y mapas K. Nomenclatura PAL. Resolución de Problemas de Circuitos Combinacionales. SIM bloques combinacionales simples

Semana 4:  Resolución de Problemas de Circuitos Combinacionales. 

Semana 5:  Circuitos Secuenciales. Latches y FFs. Señales de control. Señales síncronas y asíncronas. Síntesis de contadores a partir de FF tipo D. Tipos de contadores: Binario, decimal, one-hot, Gray, Johnson, etc. Ejercicios de Síntesis de contadores. Caso de contadores con repetición. Reset, Set. HW bloques combinacionales

Semana 6: Análisis de contadores. Contador 74HC163: Conexión en cascada, división de frecuencia, construcción de otros contadores a partir del 163. Máquinas de Estados Moore. Síntesis. SIM Síntesis de Contadores.

Semana 7: Máquinas de Estados Moore. Síntesis. Simplificación estados redundantes. Implicantes primos. SIM & HW contador tipo 74HC16

 Semana 8: Máquinas de Estados Mealy. Resolución de problemas. Síntesis. SIM y HW  FSMs

Semana 9: Máquinas de Estados Mealy. Simplificación estados redundantes. Implicantes primo

Semana 10: Ejercicios de FSMs Mealy. Circuitos Aritméticos. HW FSMs

Semana 11: Circuitos Aritméticos. Complemento a 2. Suma, resta y multiplicación. ALU. Ejercicios de Circuitos Aritméticos.

Semana 12: Formato Intel HEX. Circuitos aritméticos complejos en ROM. Tablas de look-ups. PAL. Aspectos Eléctricos. 

Semana 13: HW Aritméticos. Aspectos Eléctricos. Puertas MOS.

Semana 14: Resolución de problemas.