MATERIA: ELECTRÓNICA III

 

CUARTO AÑO

 

Ciclo Escolar 2003/2004      

Hrs./Semana: 4 Teoría

4 práctica

Hrs. Totales: 112 horas

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:

 

Textos

 

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

http://www.ti.com/

 

 

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)

 

Primer Examen Parcial   (1 hora)

 

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.-     FlipFlops 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.

 

 

Revisión: Agosto de 2003