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SISTEMAS DIGITALES II
INGENIERÍA
23-44-CV SID 19-43-CV
DIRECTORIO
Secretario de Educación Pública
Dr. Reyes Taméz Guerra Subsecretario de Educación Superior Dr. Julio Rubio Oca Coordinador de Universidades Politécnicas
Dr. Enrique Fernández Fassnacht
PAGINA LEGAL
Dr. Abel García Barrientos– (Universidad Politécnica de Pachuca) Profesor Investigador Titular Departamento de Mecatronica Grupo de Sistemas Digitales Ext: 2442 E-mail: [email protected] Primera Edición: Mayo 2007 DR © 2007 Secretaría de Educación Pública México, D.F. ISBN-----------------
ÍNDICE
Introducción------------------------------------------------------------------------------------------1
Ficha técnica ----------------------------------------------------------------------------------------2
Identificación de resultados de aprendizaje -----------------------------------5
Planeación del aprendizaje----------------------------------------------------------------9
Lineamientos de evaluación----------------------------------------------------------- 14
Desarrollo de práctica---------------------------------------------------------------------- 15
Instrumentos de evaluación ----------------------------------------------------------- 27
Glosario ---------------------------------------------------------------------------------------------- 39
Bibliografía ---------------------------------------------------------------------------------------- 40
1
INTRODUCCIÓN
Esta asignatura contribuye con los conocimientos y habilidades del estudiante de ingeniería en materia de sistemas digitales II. Un sistema o dispositivo digital es un sistema en el que la información se presenta y procesa en forma discreta en vez de continua. Las unidades de aprendizaje de esta guía esta dividida en 6 grupos. El primer grupo comprende los conceptos básicos acerca de los sistemas digitales secuénciales. Adicionalmente se realizará un repaso acerca de los circuitos biestables y latches; el segundo grupo proporciona al alumno los principios de operación de registros de corrimiento para su aplicación en circuitos secuénciales; el tercer grupo proporciona al alumno los principios fundamentales de diseño de circuitos secuénciales y los principales problemas existentes en los sistemas digitales secuénciales; el cuarto grupo proporciona al alumno el análisis y diseño de circuitos secuénciales aritméticos más importantes; el quinto grupo proporciona al alumno los principios fundamentales acerca del funcionamiento de los elementos de memoria que conforman los sistemas digitales y finalmente el sexto grupo proporciona al alumno los elementos de diseño de sistemas secuénciales avanzados mediante la exhibición del método de diseño de máquinas de estados algorítmicas, así como también la introducción de dispositivos lógicos programables PLDs.
FICHA TÉCNICA
Nombre: Sistemas Digitales II
Clave:
Justificación:
En esta asignatura el alumno el alumno será capaz de diseñar sistemas y circuitos lógicos digitales secuénciales en varios niveles de abstracción: a nivel sistema utilizando herramientas de descripción de hardware como VHDL para definir bloques de diseño básicos; diseño a nivel lógico mediante la interconexión de celdas básicas para realizar una función específica; y a nivel circuito, en donde se realizan interconexiones, bloques fundamentales e interfaces utilizando elementos de circuito lógicos.
Objetivo:
Proporcionar al alumno los conocimientos fundamentales en el diseño de sistemas digitales, teniendo como enfoque principal el diseño de circuitos digitales secuénciales, para su aplicación en la resolución de problemas relacionados a la ingeniería mecatrónica.
Pre requisitos: Sistemas Digitales I.
Capacidades y/o Habilidades
• Comprensión de circuitos lógicos combinacionales y secuénciales.
• Lógica síncrona.
• Lógica asíncrona.
• Diseño de circuitos lógicos secuénciales.
• Contadores y registros de corrimiento.
• Diseño de circuitos secuénciales síncronos.
• Memorias.
• Máquinas de estado algorítmicas y dispositivos lógicos programables
FICHA TÉCNICA
(Asignatura)
TEORÍA PRÁCTICA UNIDADES DE APRENDIZAJE
presencial No
presencial
presencial No
presencial Introducción a los sistemas digitales secuenciales
11 4 3 0
Contadores y registros de corrimiento 10 4 3 0
Diseño de circuitos secuenciales síncronos. 10 4 3 0
Diseño de circuitos aritméticos. 10 3 6 0
Memorias. 10 4 5 0
Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje:
Máquinas de estado algorítmicas y dispositivos lógicos programables
10 4 3 0
Total de horas por cuatrimestre: 107 Total de horas por semana: 6 Créditos:
Bibliografía:
1. Nelson, Victor P., Troy N. H., Carroll, D. Bill, and Irwin D. J. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Printice-Hall,1996. (Debe adquirirse).
2. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Sistemas Digitales, Principios y Aplicaciones,
Ed. Prentice-Hall, 2003 (10 Ejemplares)
3. Álvarez Ruiz de Ojeda, L.J, Diseño De Aplicaciones Mediante PLDs Y FPGAs, Santiago de Compostela, 2001. (Debe adquirirse).
4. Mandado Pérez, E., Álvarez Ruiz de Ojeda, L.J., Valdés Peña, M.D,
Dispositivos Lógicos Programables Y Sus Aplicaciones, Thomson-Paraninfo, Madrid, 2002. (Debe adquirirse).
5. Walkerly F. John. Diseño Digital: Principios y Practicas. Ed. Prentice Hall,
México 2001. (3 Ejemplares)
6. Martin Eugenio C., Usategui J. Ma. Angulo, Martínez Angulo I. Microcontroladores PIC, la clave del diseño. Ed. Thomson. España 2003. (3 Ejemplares).
7. M. Morris Mano, Charles R. Kime. Lógic and Computer Desing Fundamentals.
New Jersy, USA. Printice Hall. 2000. (1 Ejemplar)
8. David G. Maxinez, Jessica Alcalá, VHDL, El arte de programar sistemas digitales, Ed. CECSA, 2004 (Debe de adquirirse)
9. M. Morris Mano, Lógica digital y diseño de computadores, Ed. Prentice-Hall,
1990. (3 Ejemplares)
IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Total Unidades de
Aprendizaje Resultados de
Aprendizaje Criterios de Desempeño
La persona es competente cuando:
Evidencias (EC, EP, ED, EA) Hrs.
El alumno describirá el concepto de señales de temporizacion.
Identifique y describa el concepto de las señales de temporizacion.
EC: Tiempos de subida y de bajada en una onda cuadrada.
3
El alumno analizará el funcionamiento de los latches.
Interpreta y entiende el comportamiento de los latches
EC: los diferentes tipo de latches y su tabla de excitación.
4
EC: Diferenciar los diferentes tipos d Flip-Flops: RS, D y JK
El alumno analizará el funcionamiento de los circuitos biestables.
Interpreta el comportamiento de cualquier Flip-Flop.
EP: Tablas de excitación de cada uno de los Flip-flops.
7
Introducción a los sistemas digitales secuénciales
El alumno definirá los conceptos de lógica sincrona y asíncrona.
Interpreta y comprenda la función de los circuitos lógicos digitales sincronos y asincronos.
EC: Diseño de circuitos sincronos y asíncronos. 4
Contadores y registros de corrimiento
El alumno analizará y diseñara los registros de almacenamiento y corrimiento
Diseñe un registro de corrimiento con flip-flops.
EC: Diseño de circuitos contadores
7
IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Total Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando:
Evidencias
(EC, EP, ED, EA) Hrs.
EC: Diseño, simulación y armado de un contador ascendente/descendente de décadas.
El alumno diseñara contadores ascendentes y descendentes, así como también contadores de anillo y Jonson.
Analiza, simula y diseña contadores ascendentes, descendentes así como también contadores síncronos y asíncronos y además contadores de anillo y Jonson.
EP: Reporte de armado de un contador de 0 al 99, con reset.
10
EC Diseñar un contador o secuencia de números binarios a partir del diagrama de estados.
Diseño de circuitos
secuénciales síncronos
El alumno analizará y diseñará circuitos secuénciales a partir de diagrama de estados. El alumno entenderá la metodología general de diseño de circuitos secuénciales.
Diseña circuitos secuénciales a partir de diagrama de estados para un problema especifico. EP: Reporte de armado de los
circuitos secuénciales: secuencias de información binaria.
17
EC: Sumador y restador de 4 bits.
EC: Multiplicador y divisor de4 bits.
Explica las características de los sumadores, restadores, multiplicadores y divisores. EP: Reporte armado del
sumador, restador, multiplicador, divisor.
7
EC: Unidad Aritmética Lógica.
EC: Simulación con VHDL de un ALU.
Explica las características de un ALU
EP: Reporte de la simulación de un ALU con VHDL
6
EC: Diseñar e implementar un ALU de 4 bits en un FPGA
Diseño de circuitos
aritméticos
El alumno diseñara circuitos aritméticos binarios, sumadores, restadores, multiplicadores y divisores.
El alumno diseñara una Unidad Aritmética Lógica (ALU)
Implementar un ALU de 4 bits en un PLD
ED: Diseñar y simular un ALU en un PLD.
6
Total Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando:
Evidencias
(EC, EP, ED, EA) Hrs.
EP: Reporte de armado del ALU en un PLD, GAL o FPGA EC: Diferentes modos de almacenamiento de información. ED: Investigar los principios de almacenamiento en dispositivos lógicos programables.
Analiza, los principios de almacenamiento de información binaria
EP: Reporte de la investigación realizada.
7
EC: Almacenar información en una memoria ROM. ED: Lectura de datos en una memoria PROM
Analiza y entiende lo que es una memorias ROM
EP: Reporte armado de la lectura de datos de una memoria PROM.
5
EC: Almacenamiento de Información binaria en una RAM. ED: Información en una memoria RAM.
Analiza y entiende lo que es una memoria RAM.
EP: Simulación del almacenamiento de una memoria RAM.
5
EC: Lectura/Escritura de información binaria en la memoria EPROM . ED: Leer y escribir información binaria en una memoria EPROM.
Memorias
El alumno analizará los principios de almacenamiento de información en: celdas básicas de memoria, memorias ROM, RAM, EPROM.
Analiza y entiende lo que es una memoria EPROM
EP: Reporte de armado de un desplegador de mensajes en un matriz de leds o en un LCD de aplicación comercial.
5
EC: Lógica secuencial en VHDL. Máquinas de
estado algorítmicas y dispositivos
lógicos programables.
El alumno reconocerá y diseñara maquinas de estado e implementara su diseño en los dispositivos lógicos programables.
Diseño de circuitos lógicos secuénciales utilizando dispositivos lógicos programables. ED: Implementación de un
diseño de circuito lógica secuencial en un dispositivo lógico programable, PAL,FPGA etc.
14
9
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
Total de horas Espacio educativo
Teoría Práctica Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Aula Lab. otro HP HNP HP HNP
El alumno identificara los circuitos lógicos secuencias.
Diseño de circuitos lógicos secuénciales.
EC: Características de un circuito lógico secuencial
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor X 3 1 3 0
El alumno entenderá las tablas de excitación de los latches y flip-flops.
Tablas y diagramas de estados de los latches y flip-flops.
EC: latch SR, latch con compuertas, latch con retardo. Flip-Flops; SR, JK,
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor X 3 1 0 0
EC: Tablas de excitación de los latches y flip flops; para circuitos lógicos sincronos y asíncronos.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 3 1 0 0 El alumno
entenderá la diferencia de una lógica asíncrona y sincrona
Implantación de diseño de circuitos lógicos asíncronos y sincronos.
EP: Reporte de armado de circuitos de lógicos asíncronos y sincronos.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 3 0
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
10
Total de horas Espacio educativo
Teoría Práctica Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Aula Lab. otro HP HNP HP HNP
El alumno analizará el funcionamiento de los principios básicos de los contadores y registros de corrimiento.
Implemente contadores ascendentes/descendentes para un problema en específico.
EC: Contadores ascendentes/descendentes, contadores de anillo y Jonson y contadores síncronos y asíncronos
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 3 1 0 0
El alumno diseñara registros de almacenamiento y registros de corrimiento.
Diseño y construcción de registros de corrimiento.
EC: Registros de almacenamiento, registros de corrimiento e introducción a diagramas de estado.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 5 2 0 0
EC: Diseño de diferentes tipos de contadores o secuencia de números con flip-flops.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 5 2 0 0
El alumno diseñara contadores ascendentes y descendentes. Contadores de anillo y Johnson.
Analiza, simula y diseña aplicaciones electrónicas que tengan contadores para un problema en específico. EP: Reporte armado de los
circuitos lógicos sincronos; contador 0-99
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 3 0
EC: Diseño de una secuenciencía de números.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 10 4 0 0
El alumno analizará y diseñará circuitos secuénciales síncronos.
Analiza y diseña circuitos lógicos secuénciales sincronos.
EP: Reporte de armado de los circuitos lógicos sincronos secuénciales: Números primos.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 3 0
11
Total de horas Espacio educativo
Teoría Práctica Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Aula Lab. otro HP HNP HP HNP
EC: Circuitos secuénciales sincronos con diagramas temporales.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 2 1 0 0
ED: Análisis y simulación de los circuitos secuénciales con diagramas clock skew y ruido jitter.
Lista de cotejo Simulación X 2 0 0 0
Diseño de circuitos secuénciales síncronos con diagramas temporales: Clock skew y ruido de Jitter.
EP: Reporte de armado de los circuitos lógicos secuénciales sincronos con diagramas de temporales.
Lista de n cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Circuitos lógicos secuénciales a partir de un diagrama de estado para un problema en específico.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 2 1 0 0
ED: Análisis y Simulación de los circuitos lógicos secuénciales a partir de diagramas de estado.
Lista de cotejo Simulación X 1 0 0 0
Diseño de circuitos secuénciales a partir de diagramas de estado.
EP: Reporte de armado de los circuitos lógicos secuénciales con un diagrama en específico.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Metodología general de diseño de circuitos secuénciales.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 2 1 0 0
El alumno diseñara circuitos secuénciales a partir de diagramas de estado.
Metodología general de diseño de circuitos secuénciales.
ED: Análisis y Simulación de circuitos lógicos secuénciales.
Lista de cotejo Simulación X 1 0 0 0
12
Total de horas Espacio educativo
Teoría Práctica Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Aula Lab. otro HP HNP HP HNP
EP: Reporte de armado de un circuito lógico secuencial especifico.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Sumador y restador binario de 4 bits
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 2 1 0 0
ED: Análisis y Simulación de sumadores y restadores binarios.
Lista de cotejo Simulación X 2 0 0 0
Analiza, simula y diseña sumadores y restadores
EP: Reporte de armado de un sumador de 4 bits.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Multiplicador de 4 bits. Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 1 1 0 0
ED: Análisis y Simulación de los filtros un multiplicador de 4 bits
Lista de cotejo Simulación X 1 0 0 0
Analiza, simula y diseña Multiplicadores
EP: Reporte de la simulación de multiplicador de 4 bits
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Divisor de 4 bits Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 1 1 0 0
ED: Análisis y Simulación de un divisor de 4 bits.
Lista de cotejo Simulación X 1 0 0 0 Analiza, simula y diseña divisores
EP: Reporte de armado de un divisor de 4 bits.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
El alumno analizará y diseñará circuitos aritméticos.
Analiza, simula y diseña Unidades Aritméticas Lógicas (ALU)
EC: ALU Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 1 1 0 0
13
Total de horas Espacio educativo
Teoría Práctica Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Aula Lab. otro HP HNP HP HNP
ED: Análisis y Simulación de una ALU con líneas de control
Lista de cotejo Simulación X 1 0 0 0
EP: Reporte de armado de un ALU de 4 bits.
Lista de cotejo
Práctica mediante la
acción X 0 0 2 0
EC: Diseño de circuitos secuénciales utilizando dispositivos lógicos programables.
Cuestionario Ejercicio
Exposición del profesor
X 7 4 0 0
El alumno reconocerá y diseñara máquinas de estado algorítmicas y dispositivos lógicos programables
Diseño de circuitos secuénciales utilizando dispositivos lógicos programables. Construcción de máquinas de estado. ED: Diseño y simulación de
maquinas de estado. Lista de cotejo Simulación X 3 0 0 0
14
LINEAMIENTOS DE EVALUACIÓN Los lineamientos de evaluación pueden variar dependiendo de las políticas de evaluación de cada Universidad. La evaluación será por evidencias EVIDENCIAS DESEMPEÑO PRODUCTO CONOCIMIENTOS
Desempeño del alumno Ejercicios Cuestionarios por evidencia o conjunto de evidencias
Practicas Proyecto integrador Evaluación Integradora
La evaluación de cada evidencia será mediante un instrumento de evaluación La Evaluación integradora puede ser la recopilación de evidencias no alcanzadas o evaluación departamental, la cual evalúa que se ha alcanzado el objetivo general de la asignatura. El Proyecto Integrador puede ser la presentación, el reporte y armado de un proyecto final que involucre los conocimientos adquiridos que puede ser evaluado junto al profesor titular con otros profesores que le den una vista objetiva al proyecto.
15
DESARROLLO DE PRÁCTICA
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
Diseñar un Contador 0-99
Número :
1
Duración (horas) :
3
Resultado de aprendizaje:
El alumno analizará y diseñara la estructura de un contador ascendente de 0 al 99
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase contadores
Sector o sub-sector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Arma la primera sección; un circuito 0 al 9 usando TTL. 2. Arma la segunda sección; un circuito de décadas. 3. Conectar en cascada las dos secciones para obtener el contador del 0-99.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado del circuito contador del 0 al 99.
DESARROLLO DE PRACTICA
16
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
DISEÑAR UN CONTADOR DE ANILLO TRENZADO QUE TENGA 10 ESTADOS
UNICOS
Número :
2
Duración (horas) :
3
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñara un contador de anillo tranzado que tenga 10 estados únicos, usando módulos lógicos de la serie SN7400
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el diseño y armado de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Diseñar y armar un contador de anillo trenzado que tenga 10 estados únicos. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte armado de un circuito de anillo trenzado que tenga 10 estados únicos.
DESARROLLO DE PRACTICA
17
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
Juego de Ping Pong
Número :
3
Duración (horas) :
3
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñará un circuito lógico que simule el juego Ping Pong, la pelota va a ser un LED que recorra de izquierda a derecha.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el diseño y armado de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Armar un circuito lógico que simule el juego de Ping Pong, con registros de corrimiento. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado del circuito lógico.
DESARROLLO DE PRACTICA
18
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
Convertidor de datos paralelo - serie
Número :
4
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñara un circuito lógico que sea capaz de convertir datos de paralelo a serie.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y mediciones de los circuitos propuestos.
Sector o sub-sector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Armar un circuito lógico que cargue datos en paralelo. 2. Armar un circuito lógico que envié los datos en forma serial
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado de los circuitos lógicos.
DESARROLLO DE PRACTICA
19
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTMAS DIGITALES II
Nombre:
Cerradura con código de seguridad
Número :
5
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñara un circuito lógico que contenga un código de seguridad en una cerradura de uso común.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y simulación de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Armar un circuito lógico que guarde una configuración de datos introducidos por un teclado.
2. Armar un circuito lógico que compare la información almacenada con la información introducida por el usuario y si es incorrecta activar una alarma.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte del circuito lógico armado.
DESARROLLO DE PRACTICA
20
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
Sumador y Restador de 4 Bits
Número :
6
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñara un sumador y restador de 4 Bits, partes importantes del ALU
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el la simulación, el armado y diseño circuitos lógicos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Diseñar y armar un circuito lógico sumador de 4 Bits. 2. Diseñar y armar un circuito lógico restador de 4 Bits.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado de los circuitos lógicos.
DESARROLLO DE PRACTICA
21
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
Multiplicador y Divisor de 4 Bits
Número :
7
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñará un multiplicador y divisor binario de 4 bits filtros.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y mediciones de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Diseñar y armar un multiplicador y divisor binario de 4 bits 2. Complementar con la practica 6 para formar una Unidad Aritmética Lógica
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte del circuito lógico armado de la unidad aritmética lógica
DESARROLLO DE PRACTICA
22
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
COMUNICACIÓN DE CIRCUITOS LOGICOS CON LA PC
Número :
8
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno diseñara circuitos lógicos para tener comunicación por el puerto paralelo con la PC
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y mediciones de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Diseñar y armar un circuito lógico para el control de un elevador de 5 pisos. 2. Usar el puerto paralelo de la PC.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado del circuito lógico.
DESARROLLO DE PRACTICA
23
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
DESPLEGADOR DE MENSAJES EN UN LCD
Número :
9
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno analizará y diseñará un circuito lógico que sea capaz de desplegar mensajes.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y mediciones de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Armar un circuito lógico que sea capaz de desplegar mensajes en un LCD.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado del circuito lógico.
DESARROLLO DE PRACTICA
24
Fecha: Nombre de la asignatura:
SISTEMAS DIGITALES II
Nombre:
TERMOMETRO DIGITAL
Número :
10
Duración (horas) :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno analizará y diseñará un termómetro digital.
Justificación
La práctica reafirmará el conocimiento que se adquirió en clase mediante el armado y mediciones de los circuitos propuestos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar:
1. Diseñar y armar un termómetro digital. 2. Se recomienda usar un PIC 16FXXX
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: EP: Reporte de armado del termómetro digital.
DESARROLLO DE PRACTICA
25
EVALUACIÓN Unidades de aprendizaje
Resultados de aprendizaje
Enfoque: (DG)Diagnóstica, (FO)
Formativa, (SU) Sumativa
Técnica Instrumento Total de horas
El alumno analizara el funcionamiento de los latches.
DG,FO,SU Exposición del profesor
Cuestionario Ejercicio
El alumno analizará el funcionamiento de circuitos biestables.
DG,FO,SU Exposición
del profesor
Cuestionario Ejercicio
El alumno reconocerá y analizará el funcionamiento de la lógica síncrona.
DG,FO,SU
Exposición del profesor y Práctica
mediante la acción
Cuestionario Ejercicio y Lista de Cotejo
Introducción a los sistemas digitales secuénciales
El alumno reconocerá y analizará el funcionamiento de la lógica asíncrona.
DG,FO,SU Exposición del profesor
Cuestionario Ejercicio
18
El alumno analizará el funcionamiento de un registro de corrimiento y de almacenamiento.
DG,FO,SU Exposición del profesor
Cuestionario Ejercicio
Contadores y registros de corrimiento
El alumno analizara y diseñara diferentes tipos de contadores; contadores ascendentes y descendentes. Contadores de anillo y Johnson. Contadores síncronos y asíncronos.
DG,FO,SU
Exposición del profesor y Práctica
mediante la acción
Cuestionario Ejercicio y Lista de Cotejo
17
MÉTODO DE EVALUACIÓN
26
Diseño de circuitos secuénciales
síncronos
El alumno analizará y diseñará circuitos secuénciales a partir de diagramas de estado.
DG,FO,SU
Exposición del profesor y Práctica
mediante la acción
Cuestionario Ejercicio y Lista de cotejo
17
Diseño de circuitos aritméticos
El alumno analizara y diseñara una Unidad Aritmética Lógica
DG,FO,SU
Exposición del profesor Simulación
y Práctica
mediante la acción
Cuestionario Ejercicio y Lista de cotejo
19
Memorias
El alumno analizará los principios de almacenamiento de información en una memoria ROM, RAM y EPROM. Así como también la escritura y lectura de los datos en estos tipos de memoria.
DG,FO,SU
Exposición del profesor Simulación
y Práctica
mediante la acción
Cuestionario Ejercicio y Lista de cotejo
22
Máquinas de estado
algorítmicas y dispositivos
lógicos programables
El alumno analizara el funcionamiento de los diagramas de máquinas de estado. El alumno diseñara circuitos secuénciales utilizando dispositivos lógicos programables.
DG,FO,SU
Exposición del profesor
y Simulación
Cuestionario Ejercicio y Lista de cotejo
14
27
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA,
SISTEMAS DIGITALES II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. ¿Que es un latch? y ¿Qué es un Flip-Flop?
CUMPLE : SI NO
2. Construya un diagrama de estados a partir de la siguiente tabla de estados. ¿Cuál es la ecuación lógica para la
variable de salida Z?
X
0 1
A D/1 B/0
B D/1 C/0
C D/1 A/0
D B/1 C/0
CUMPLE: SI NO
3. Dada la siguiente tabla de estados, determine las secuencias de salida y de estados de la secuencia de entrada
X=010101. Si el circuito inicia en el estado A:
X
0 1
A D/0 B/0
B C/0 B/0
C B/0 C/0
D B/0 C/1
28
CUMPLE: SI NO
4. Determine la tabla de excitación del circuito latch de la figura 1 y describa su comportamiento con palabras.
Figura 1. Latch
CUMPLE: SI NO
29
Flip-FlopS
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
Sistemas Digitales II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. Construya los diagramas de estados de los siguientes: (a) Flip-Flop D (b) Flip-Flop SR (c) Flip-Flop T (d) Flip- Flop JK
CUMPLE : SI NO
2. Diseñe un flip-flop JK maestro-esclavo con entradas preset y clear asíncronas que solo utilice compuertas NOR.
CUMPLE : SI NO
30
CONTADORES
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
Sistemas Digitales II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1) Diseñar un contador de anillo de 5 bits mediante el registro de corrimiento SN7496 e ilustre su funcionamiento mediante un diagrama de tiempos.
2) Diseñar un contador de anillo de 13 estados con salidas activas bajas mediante un contador y un codificador.
CUMPLE : SI NO
31
REGISTROS DE CORRIMIENTO
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
SISTEMAS DIGITALES II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. Utilice un decodificador 2 a 4, compuertas NAND y flip-flops D disparados por transición para diseñar un modulo de registro de corrimiento de 4 bits con la siguiente tabla funcional.
S1 S0 MODO 0 0 Corrimiento a la derecha 0 1 Corrimiento a la izquierda 1 0 Clear común sincrono 1 1 Carga en paralelo sincrona
Trace un diagrama lógico para su modulo.
CUMPLE : SI NO
32
2. Desarrolle una tabla funcional para el registro de corrimiento bidireccional de 8 bits SN74198.
CUMPLE : SI NO
3. Utilice un decodificador 3 a 8, compuertas NAND y flip-flops D disparados por transición para diseñar un modulo de registro de corrimiento de 4 bits con la siguiente tabla funcional.
S2 S1 S0 MODO 0 0 0 Corrimiento a la derecha 0 0 1 Corrimiento a la izquierda 0 1 0 Clear común sincrono 0 1 1 Carga en paralelo sincrona 1 0 0 Preset sincrono del bit mas significativo
en 1 y clear a los demás bits 1 0 1 Retención sincrona 1 1 0 Contador de anillo 1 1 1 Contador de anillo trenzado
Trace un diagrama lógico para su modulo
CUMPLE : SI NO
33
Diseño de circuitos secuénciales síncronos
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
SISTEMAS DIGITALES II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. Definir el termino Clock skew y ruido de Jitter?
CUMPLE : SI NO
2. Determine la respuesta de salida del circuito secuencial del modelo de Mealy con la secuencia de entrada x = 011010.
CUMPLE : SI NO
34
Diseño de circuitos aritméticos y Unidades de Memoria
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
SISTEMAS DIGITALES II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. Diseñar un ALU a bloques de 4 bits, con sus entradas de control.
CUMPLE : SI NO
2. Explicar como funciona una memoria RAM, ROM, EPROM.
CUMPLE : SI NO
3. Cuales son los principios básicos del almacenamiento de información.
CUMPLE : SI NO
35
Máquinas de estado algorítmicas y dispositivos lógicos programables CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN MATRICULA: NOMBRE DEL ALUMNO
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
SISTEMAS DIGITALES II
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos.
• Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
• Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO ASPECTO
1. Utilizar el método de participación para reducir la siguiente tabla de estados.
x
0 1
A E/0 D/0
B A/1 F/0
C C/0 A/1
D B/0 A/0
E D/1 C/0
F C/0 D/1
G H/1 G/1
H C/1 B/1
CUMPLE : SI NO
2. Diseñar un circuito con una PAL que compare dos números binarios sin signo de 4 bits, A = (a3
a2 a1 a0)2 y B=(b3 b2 b1 b0) y produzca tres salidas:
X=1 si A=B, Y=1 si A>B y Z=1
Si A<B
CUMPLE : SI NO
1. Diseñar un Decodificador a BCD con VHDL.
CUMPLE : SI NO
36
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
EVALUACIÓN DE SIMULACIÓN
LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: MATRICULA: FIRMA DEL ALUMNO:
PRODUCTO: PARCIAL: FECHA:
MATERIA: CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO: FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo (esencial o importante)
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
CUMPLE Código Valor Característica a cumplir (Reactivo)
SI NO OBSERVACIONES
Actitudes Realiza las investigaciones y tareas requeridas de acuerdo a lo indicado, manteniendo el orden y pulcritud.
Presentación El ejercicio simulado es presentado en forma ordenada y limpia
Desarrollo. Aplica adecuadamente los procedimientos al simular los circuitos.
Realizó todas las operaciones y despejes correctamente previos a la simulación.
Aprendizajes. Se alcanzaron al 100% los resultados de aprendizaje
Funcionalidad. Los valores de las incógnitas a determinar coinciden con los de la simulación.
Habilidades. Trabaja en equipo.
Responsabilidad. Entregó las evidencias en la fecha y hora señalada
CALIFICACIÓN:
37
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
EVALUACIÓN PRÁCTICAS
LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: MATRICULA: FIRMA DEL ALUMNO:
PRODUCTO: PARCIAL: FECHA:
MATERIA: CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO: FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo (esencial o importante. Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” ” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
CUMPLE Código Valor Característica a cumplir (Reactivo)
SI NO OBSERVACIONES
Presentación El reporte cumple con los requisitos de:
a. Buena presentación b. No tiene faltas de ortografía c. Maneja el lenguaje técnico
apropiado.
Contenido. El reporte contiene los campos según formato (Número mínimo de cuartillas, antecedentes, justificación, introducción, desarrollo, indicadores de resultados, conclusiones, fuentes bibliográficas, etc.).
Introducción y Objetivo. La introducción y el objetivo dan una idea clara del contenido del reporte.
Sustento Teórico. Presenta un panorama general del tema a desarrollar y lo sustenta con referencias bibliográficas
Desarrollo. Sigue una metodología y sustenta todos los pasos que se realizaron.
Resultados. Cumplió totalmente con el objetivo esperado
Conclusiones. Las conclusiones son claras y acordes con el objetivo esperado
Responsabilidad. Entregó el reporte en la fecha y hora señalada
CALIFICACIÓN:
38
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
INGENIERÍA MECATRÓNICA EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO DEL ALUMNO
GUIA DE OBSERVACIÓN
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: MATRICULA: FIRMA DEL ALUMNO:
PRODUCTO: PARCIAL: FECHA:
MATERIA: CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO: FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
Esté tipo de evidencia se evalúa durante el desarrollo de la asignatura
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo (esencial o importante
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES”indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
CUMPLE Código Valor Característica a cumplir (Reactivo)
SI NO OBSERVACIONES
Actitudes
Realiza las tareas requeridas de acuerdo a lo indicado, manteniendo el orden y pulcritud.
Respeto hacia los demás
Presentación
La actividad de aprendizaje es presentada en forma ordenada y limpia
Uso de Instalaciones
Uso adecuado de mobiliario No ingerir alimentos en el lugar de trabajo
Participación en el Aula
Resolución de ejercicios
Explicación de tareas
Lluvia de ideas
Habilidades
Trabaja en equipo.
Responsabilidad
Entregó las evidencias en la fecha y hora señalada Asistencia
CALIFICACIÓN:
39
GLOSARIO
A AND. La compuerta AND o Y lógica es una de las compuertas más simples dentro de la Electrónica Digital. B BJT (Transistor Bipolar de unión). Dispositivo controlado por corriente y que usualmente se utiliza para amplificar señales. C Compuertas Lógicas. Compuertas OR, AND, NOT Codificador. Modulo lógico combinatorio que asigna un código de salida único a cada señal de entrada aplicada al dispositivo. D Digital. La palabra "digital" tiene origen latino: digitus = dedos (contar con los dedos). En la técnica digital solamente existen dos posibles valores de la señal “0” y “1”. Demultiplexor. Función inversa a un multiplexor. F Función de conmutación representan el concepto correspondiente para el álgebra de conmutación. M Multiplexor. Selector de datos O OR. Compuerta OR representa la suma. S Sistemas Digitales. Sistema basado en circuitos lógicos.
40
BIBLIOGRAFÍA
1. Nelson, Victor P., Troy N. H., Carroll, D. Bill, and Irwin D. J. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Printice-Hall,1996. (Debe adquirirse).
2. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Sistemas Digitales, Principios y Aplicaciones, Ed. Prentice-Hall, 2003 (10 Ejemplares)
3. Álvarez Ruiz de Ojeda, L.J, Diseño De Aplicaciones Mediante PLDs Y FPGAs, Santiago de Compostela, 2001. (Debe adquirirse).
4. Mandado Pérez, E., Álvarez Ruiz de Ojeda, L.J., Valdés Peña, M.D, Dispositivos Lógicos Programables Y Sus Aplicaciones, Thomson-Paraninfo, Madrid, 2002. (Debe adquirirse).
5. Walkerly F. John. Diseño Digital: Principios y Practicas. Ed. Prentice Hall, México 2001. (3 Ejemplares)
6. Martin Eugenio C., Usategui J. Ma. Angulo, Martínez Angulo I. Microcontroladores PIC, la clave del diseño. Ed. Thomson. España 2003. (3 Ejemplares).
7. M. Morris Mano, Charles R. Kime. Lógic and Computer Desing Fundamentals. New Jersy, USA. Printice Hall. 2000. (1 Ejemplar)
8. David G. Maxinez, Jessica Alcalá, VHDL, El arte de programar sistemas digitales, Ed. CECSA, 2004 (Debe de adquirirse)
9. M. Morris Mano, Lógica digital y diseño de computadores, Ed. Prentice-Hall, 1990. (3 Ejemplares)