MATERIA: ELECTRÓNICA III
CUARTO AÑO
4 práctica
Objetivo:
En esta materia el alumno aprenderá los conceptos y
herramientas básicas para el análisis y diseño de circuitos lógicos, tanto combinacionales como secuenciales. Conocerá también los
estándares comerciales en circuitos integrados digitales así como sus
características de operación. Aplicará también estos conocimientos en la
solución de problemas típicos de diseño digital, tales como alarmas, sensores, controladores, arrancadores de motor, secuenciadores, etc. Además aprenderá los conceptos
fundamentales en la operación y diseño de sistemas basados en microprocesador.
Bibliografía:
1.- Lógica digital y
diseño de computadoras
M. Morris Mano. Prentice Hall
2.- Introducción a las
microcomputadoras, Vol I.
Adam Osborne. Mc Graw Hill.
Consulta:
1.- Sistemas Digitales.
Principios y Aplicaciones
Ronald J. Tocci. Prentice Hall
2.- An engineering approach to digital design
William I. Fletcher.
Prentice Hall
3.- Fundamentos
de sistemas digitales
T. L. Floyd. Prentice Hall
4.- Diseño
Digital, Principios y Aplicaciones
J. F. Wakerly. Prentice Hall
5.- Principios Digitales
R. L.
Tokheim. Mc. Graw Hill, Schaum’s
6.- Interconexión de
periféricos a microprocesadores
Serie Mundo Electrónico.
Mc Graw Hill.
7.- Microprocessors
and interfacing, programming and hardware.
D. V. Hall. Mc Graw Hill
8.- Apuntes de la Materia
José Juan Rincón Pasaye
Manuales:
1.- The TTL data book for design engineers
Texas Instruments Inc.
2.- Motorola Fast and LS TTL Data
3.- Motorola CMOS Logic Data
Direcciones
de internet:
http://www.scfie.fie.umich.mx/~jrincon
http://users.otenet.gr/~athsam/database.htm
Programa
Sintético.
1.-
Introducción (Sistemas Numéricos y Códigos Binarios)........................................................ . 4 Hrs.
2.-
Algebra de Boole.............................................................................................................. . 6 Hrs.
3.-
Circuitos de Conmutación y Familias Lógicas.
.................................................................... 10 Hrs.
4.-
Técnicas de Reducción de Funciones Lógicas.
.................................................................. 18 Hrs.
5.-
Diseño de Circuitos Combinacionales con Circuitos
Integrados SSI y MSI. ........................... 18 Hrs.
6.-
Introducción a los Circuitos Secuenciales........................................................................... . 15 Hrs.
7.-
Monoestables y Osciladores............................................................................................... . 3 Hrs.
8.-
Contadores, Divisores y Registros de Corrimiento. .............................................................. 12 Hrs.
9.-
Introducción a los Microprocesadores............................................................................... . 18
Hrs.
Cinco evaluaciones parciales 8 Hrs.
Total 112 Hrs.
Programa
Desarrollado.
1.- Introducción. (Sistemas Numéricos y Códigos Binarios) 4
hrs
1.1.- El sistema de
numeración binario.
1.2.- El sistema hexadecimal.
1.3.- Conversión
binario – decimal – hexadecimal.
(2
hrs)
1.4.- Códigos BCD.
1.5.- Código de paridad.
1.6.- Código Gray. (2
hrs)
2.-
Algebra
de Boole. 6
hrs
2.1.- Introducción (breve
esbozo histórico).
2.2.- Postulados y teoremas
de álgebra booleana. (3
hrs)
2.3.- Funciones booleanas, tablas de verdad y símbolos.
2.4.- Simplificación de
expresiones booleanas. (3 hrs)
3.- Circuitos de Conmutación y Familias Lógicas 10
hrs
3.1.- Introducción, puertas
lógicas básicas.
3.2.- Construcción de puertas
lógicas con dispositivos discretos (switches,
relevadores, transitores, etc.) (2
hrs)
3.3.- Las primeras familias
lógicas de circuitos integrados: DCTL, RTL, DTL.
3.4.- Familia TTL y
subfamilias S, L, LS y F. (2
hrs)
3.5.- Características
eléctricas de TTL: VIL, VIH, VOL, VOH, IIL, IIH, IOL, IOH, inmunidad al ruido.
3.6.- Manejo de entradas y
salidas: líneas en cortocircuito, líneas abiertas, Fan Out,
compuertas driver. (2
hrs)
3.7.- Puertas de colector
abierto y AND alambrado.
3.8.- Puertas con tercer
estado.
3.9.- Puertas con disparador Schmitt. (2
hrs)
3.10.- Familia CMOS.
3.11.- Otras familias (ECL,
HNIL, IIL) (2
hrs)
4.- Técnicas de Reducción de Funciones Lógicas 18
hrs
4.1.- Definiciones: términos
producto, términos suma, minitérminos, maxtérminos, formas SP y PS, formas canónicas SP y PS,
relación con la tabla de verdad. (3
hrs)
4.2.- Diagramas de Venn de funciones lógicas.
4.3.- Mapas de Karnaugh. (2
hrs)
4.4.- Simplificación de
funciones usando mapas de Karnaugh.
4.5.- Condiciones sin cuidado. (4
hrs)
4.6.- Implementación de
funciones lógicas usando puertas AND, OR, NOT. Implementación usando sólo
puertas NAND y usando sólo puertas NOR.
4.7.- Ejemplos de diseño
lógico. (5
hrs)
4.8.- Simplificación de
funciones lógicas por computadora.
(Método de Quine Mc Kluskey) (4
hrs)
Segundo Examen Parcial (2 horas)
5.- Diseño de Circuitos Combinacionales
con Circuitos Integrados SSI y MSI. 18
hrs
5.1.- Introducción
5.2.- Suma binaria. El
circuito sumador binario. El medio sumador y el sumador completo de un bit. Sumadores en circuito integrado. (3
hrs)
5.3.- Multiplexores y demultiplexores/decodificadores. Principio de operación,
multiplexores y demultiplexores/decodificadores en
circuito integrado. (3
hrs)
5.4.- Implementación de
funciones lógicas en base a multiplexores. Introducción de variables a la tabla
de verdad y al mapa de Karnaugh. (3
hrs)
5.5.- Decodificadores de BCD
a siete segmentos. (2
hrs)
5.6.- Implementación de
funciones lógicas usando demultiplexores.
5.7.- Memorias ROM (2
hrs)
5.8.- Arreglos programables
(PAL’s, GAL’s,etc.) (2
hrs)
5.9.- Método extendido del
mapa de Karnaugh (reducción de mapas de Karnaugh con variables introducidas) (3
hrs)
Tercer
Examen Parcial (1 hora)
6.- Introducción a los Circuitos Secuenciales 15
hrs
6.1.- Introducción.
6.2.- Herramientas de
análisis y diseño. Diagramas de estado clásico, tablas de verdad, tabla
característica, tabla de excitación, diagramas de tiempo y diagramas de flujo
de estado.
6.3.- Ejemplos de análisis y
diseño de circuitos secuenciales asíncronos. (8
hrs)
6.4.- Flip
– Flops básicos.
6.5.- Sincronización, Flip-Flops con señales de preset y de clear. (3 hrs)
6.6.- Diseño de circuitos síncronos con Flip-Flops. (4
hrs)
7.- Monoestables y Osciladores 3
hrs
7.1.- Monoestable no redisparable (74121).
7.2.- Monoestable redisparable (74122).
7.3.- Monoestable, retardo y
oscilador con NE555.
7.4.- Osciladores con
monoestables.
7.5.- Osciladores basados en
cristal
7.6.- Aplicaciones.
Cuarto
examen parcial (2 horas)
8.- Contadores, Divisores y Registros de Corrimiento 12
hrs
8.1.- Definiciones. Contador,
módulo de un contador, divisor de frecuencia, relación entre módulo y número de
estados.
8.2.- Contadores asíncronos. 2
hrs
8.3.- Decodificación de
cuentas específicas.
8.4.- Desventajas de los
contadores asíncronos, cuentas falsas. 2
hrs
8.5.- Contadores Síncronos.
8.6.- Contadores irregulares
y truncados. 3
hrs
8.7.- Contadores en circuito
integrado.
8.8.- Contadores arriba/abajo
con precarga en circuito integrado.
8.9.- Aplicaciones. 3
hrs
8.10.- Registros
de corrimiento. 2
hrs
9.
- Introducción a los
microprocesadores. 18
hrs
9.1.- Introducción. Breve
historia de los microprocesadores, microcomputadoras, microcontroladores,
entrenadores y sistemas mínimos, controladores lógicos programables (PLC’s). Un
sistema de microcomputadora típico.
9.2.- Lógica alambrada y lógica programada.
9.3.- Arquitectura de una CPU. Registros, U.L.A., Unidad de control, bus de datos y bus de (direcciones. (4 hrs)
9.4.- Aritmética binaria:
suma y resta.
9.5.- Manejo de números
negativos: el sistema de numeración en complemento a dos.
9.6.- Aritmética usando
complementos.
9.7.- El registro de banderas (4
hrs)
9.8.- Decodificación de
memoria RAM y ROM.
9.9.- Decodificación de
puertos de entrada/salida. Mapeo a memoria y a puerto. (4 hrs)
9.10.- Criterios para
seleccionar un microprocesador.
9.11.- Ejemplos de
microprocesadores de 8 bits. (2
hrs)
9.12.- Memorias ROM, EPROM y
RAM estáticas comerciales.
9.13.- Ejemplos de puertos
sencillos basados en registros (74244, 74374) (2
hrs)
9.14.- Interrupciones
9.15.- Acceso Directo a la
Memoria (DMA). (2
hrs)
Quinto Examen Parcial (2 horas)
PRACTICAS DE LABORATORIO
1.-
SISTEMAS NUMERICOS Y CONVERSIONES.
Familiarización con la conversión entre diferentes sistemas numéricos y códigos
y familiarización con los componentes usados en circuitos lógicos. En esta
práctica el estudiante ejercita su habilidad para las conversiones usando un
programa de computadora y dos convertidores armados en protoboar
previamente por el técnico académico.
2.-
CIRCUITOS LOGICOS CON TRANSISTORES.
Implementación y prueba del funcionamiento de algunas puertas lógicas
realizadas en base a transistores BJT.
3.-
PUERTAS LOGICAS TTL. Familiarización con el
Laboratorio Lógico y con los circuitos integrados SSI de la familia TTL 74XX y
con la operación de las compuertas básicas a nivel de circuito integrado.
4.-
IMPLEMENTACION DE FUNCIONES LOGICAS BASICAS.
Comprobación en la práctica de las técnicas de reducción de funciones booleanas vistas en la teoría. Para esto el alumno deberá
diseñar una alarma doméstica combinacional y probar
el diseño realizado durante la sesión de práctica.
5.-
CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LA FAMILIA TTL.
Comprobación mediante medición de las características de voltaje y corriente
VIH, VIL, VOH, VOL, IIH, IIL, IOH e IOL, de la familia TTL.
6.-
PUERTAS TTL ESPECIALES. Comprobación del
funcionamiento de las puertas de colector abierto, puertas con disparador Shcmitt y puertas con capacidad de tercer estado.
7.-
SUMADOR BINARIO. Implementación de un
sumador binario de 1 y de 4 bits usando compuertas lógicas SSI. Y usando un
sumador de circuito integrado.
8.-
MULTIPLEXORES. Comprobación del funcionamiento de los
multiplexores usando un multiplexor de circuito integrado para multiplexar 4 fuentes de señales digitales.
9.-
DEMULTIPLEXORES. Comprobación del
funcionamiento de los demultiplexores usando un demultiplexor de circuito integrado para seleccionar uno de
cuatro dispositivos digitales a controlar mediante una sola señal de control.
10.-
EL FLIP FLOP. Comprobación del funcionamiento de los Flip-Flops. En esta práctica se
implementan un Flip-Flop Set-Reset y uno No-Set-No-Reset
mediante compuertas lógicas básicas y se analiza su respuesta a un tren de
entradas asíncrono.
11.-
DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES ASINCRONOS I.
Comprobación de las técnicas vistas en clase para el diseño de circuitos
secuenciales asíncronos. Esto se realiza mediante la implementación de un
circuito arrancador de un motor de C.D. en dos pasos
de velocidad.
12.-
DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES ASINCRONOS II.
Comprobación de las técnicas de diseño de circuitos asíncronos mediante la
implementación y prueba de un controlador de un sistema de dos depósitos y una
bomba.
13.-
EL MULTIVIBRADOR MONOESTABLE. Aplicación del
74121 (multivibrador monoestable no-redisparable) en
la implementación de un secuenciador para las luces
de un semáforo.
14.-
CONTADORES I. Comprobación del funcionamiento de los
contadores asíncronos y el efecto de los rebotes en interruptores no filtrados.
15.-
CONTADORES II. Comprobación del funcionamiento de los contadores
arriba/abajo cascadeables 74192, e implementación con
ellos de un divisor de frecuencia programable.
16.-
SUMAS Y RESTAS BINARIAS. Practica
y evaluación de la capacidad del alumno para la realización de sumas y restas
en binario. Esto será realizado mediante un circuito sumador/restador binario
implementado en protoboard por el técnico académico.
17.-
DECODIFICADOR DE PUERTOS PARA PC. Diseño
de un decodificador para interfazar puertos de
entrada/salida a la computadora PC.
18.-
PUERTO DE SALIDA. Conexión y prueba de un
puerto sencillo de salida con la PC.