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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA SÍLABO ASIGNATURA: MICROELECTRONICA 1. DATOS GENERALES 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 2. CÓDIGO: IEE508 DEPARTAMENTO ACADÉMICO ESCUELA PROFESIONAL CICLO DE ESTUDIOS CRÉDITOS CONDICIÓN PRE-REQUISITOS HORAS DE CLASE SEMANAL HORAS DE CLASE TOTAL PROFESORES RESPONSABLES AÑO LECTIVO ACADEMICO : : : : : : : : : : Ing. Electrónica e Informática Ingeniería Electrónica IX ciclo- Quinto Año 03 Obligatorio Microprocesadores I 04 68 h. Ing. Javier Barriga Hoyle 2014 - I SUMILLA La asignatura de Microelectrónica es teórico- aplicativo, y tiene como propósito proporcionar al estudiante los conocimientos y aplicaciones de técnicas avanzadas modernas en la tecnología de diseño, desarrollo y programación de los Circuitos Integrados y Microprocesadores. Por tanto la efectividad y calidad en el diseño de equipos electrónicos dependen del nivel de integración de los circuitos integrados digitales, circuitos integrados analógicos y de los circuitos integrados híbridos, de su posibilidad de poder efectuarse tecnológicamente en áreas de automatización, sistemas integrados de manufactura, procesos tecnológicos de fabricación de circuitos integrados (C.I.) y uso de software EDA para diseño de C.I. Los tópicos generales de estudio son: Circuitos Integrados, FPGAs y Microcontroladores; Lenguaje de Descripción Hardware VHDL; Plataforma de Desarrollo Microprogramable ISE; Programación de Código en el FPGA SPARTAN 3E; Estructura e Instrucciones del PIC16F877A; Periféricos del PIC16F877A. 3. COMPETENCIA GENERAL Comprende las técnicas y análisis que se presentan al momento del diseño, desarrollo y programación de circuitos integrados llevando un proceso de modelado, síntesis, simulación y depuración; trabajando en equipo con la debida responsabilidad y empeño que demanda dicha asignatura. 4. ORGANIZACIÓN DE LAS UNIDADES DE APRENDIZAJE 1 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA UNIDAD I II III IV V VI 5. DENOMINACIÓN Circuitos Integrados, FPGAs, y Microcontroladores Lenguaje de Descripción Hardware VHDL Plataforma de Desarrollo ISE 12.3 de Xilinx Programación de Código en el FPGA Spartan 3E Estructura e Instrucciones del PIC 16F877A Periféricos del PIC16F877A Evaluaciones Total Horas: Nº DE HORAS 8 12 08 08 12 10 10 68 PROGRAMACIÓN DE LAS UNIDADES DE APRENDIZAJE UNIDAD I: CIRCUITOS INTEGRADOS, FPGAs y MICROCONTROLADORES Competencia específica 1: Comprende de manera global el diseño, programación y fabricación de los circuitos integrados en la industria electrónica.. Contenidos: CONCEPTUAL Conceptúa los tipos de procesos en el diseño y fabricación de chips. PROCEDIMENTAL Resuelve las diferencias entre procesos de fabricación de chips y programación mediante comparativa de tecnologías en la industrias electrónicas ACTITUDINAL Participa activamente, con responsabilidad y puntualidad. Introducción a la microelectrónica, metodología de diseño, proceso de fabricación de chips; concepto de herramientas CAD-EDA; clasificación de los circuitos integrados de acuerdo a su funcionalidad; fabricantes de FPGAs y microcontroladores, forma de programación, simulación y depuración de estos chips; características internas de los FPGAs y microcontroladores; introducción a los FPGAs del fabricante Xilinx; introducción a los Microcontroladores del fabricante Microchip. UNIDAD II: LENGUAJE DE DESCRIPCIÓN HARDWARE VHDL 2 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA Competencia específica 1: Desarrolla circuitos electrónicos usando el lenguaje de descripción hardware VHDL para el modelado con compuertas lógicas de sistemas y subsistemas. Competencia específica 2: Genera circuitos secuenciales para el modelado en VHDL y utiliza las instrucciones de este. Comprende la programación secuencial como también los sistemas síncronos y asíncronos.. Contenidos: CONCEPTUAL Conceptúa el procedimiento de programación en VHDL. PROCEDIMENTAL ACTITUDINAL Desarrolla programas de Participa activamente, descripción hardware en el con responsabilidad e cual utiliza entidades y intervención en clase. arquitecturas para el respectivo modelado de circuitería. Lenguaje de descripción hardware, VHDL, características del lenguaje; la declaración de entidad y el cuerpo de arquitectura; operadores y expresiones; circuitos combinacionales; código concurrente: operadores en VHDL, sentencia “WHEN” y “GENERATE”; diseño jerárquico, componentes y packetes; código secuencial, procesos y sus sentencias; circuitos combinacionales usando procesos; uso de señales y variables; concepto de memoria, utilización de circuitos secuenciales en procesos, sentencia IF, sentencia CASE, bucles; código secuencial, Flip-Flops, sistemas síncrono y asíncrono; máquinas de estado. UNIDAD III: PLATAFORMA DE DESARROLLO ISE 12.3 DE XILINX Competencia específica 1: Utiliza una plataforma de desarrollo para programar en VHDL y describir circuitos el comportamiento de circuitos digitales. Competencia específica 2: Analiza el proceso de síntesis y simulación usando el ISE e ISIM de XILINX respectivamente. Genera archivo en formato bitstream para programarlo en el FPGA. Contenidos: CONCEPTUAL Conceptúa y aprende PROCEDIMENTAL ACTITUDINAL Resuelve el diseño de Participa activamente 3 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA a utilizar el software ISE 12.3 para el modelado de circuitos en VHDL . circuitos digitales que con responsabilidad e se plantean en clase intervención en clase. utilizando el software ISE 12.3 y el uso del VHDL. Introducción al software ISE 12.2, creando un proyecto de desarrollo, añadiendo un código fuente existente al proyecto; resumen del diseño y reportes; servicios de diseño, sintetizar y comprobación de sintaxis; ver el esquema RTL; creación de archivos para el uso de esquemas; diseño y utilización de compuertas lógicas, simulación con el simulador ISIM del ISE; diseño jerárquico y comprobación de conexionado; creación de archivos para la programación en lenguaje VHDL; comprobación de sintaxis, sintetización de código para su posterior análisis y simulación con el simulador ISIM del ISE; generación del archivo bitstream para programarlo en el FPGA. UNIDAD IV: PROGRAMACIÓN DE CÓDIGO EN EL FPGA SPARTAN 3E Competencia específica 1: Comprende el proceso de programación del FPGA SPARTAN 3E. Competencia específica 2: Diseña y programa en el FPGA diferentes tipos de circuitería secuencial. Contenidos: CONCEPTUAL Conceptúa la forma de programar un FPGA SPARTAN 3E. PROCEDIMENTAL ACTITUDINAL Resuelve los diseños Participa activamente, propuestos en clase con responsabilidad e programando código en intervención en clase. el FPGA SPARTAN 3E. Diseño, programación y depuración de: decodificador (2 a 4), (3 a 8), (4 a 16), convertidor de hexadecimal a 7 segmentos, codificador de (4 a 2) con y sin prioridad, línea activa y habilitación, codificador de 4 a 2 con conversión a 7 segmentos; extensión de la capacidad de un codificador: codificador de 8 a 3 a partir de codificadores de 4 a 2; diseño, programación y depuración de: Comparadores de un bit, dos bits, comparadores en cascada, multiplexor, sumador, sumador/restador, unidad lógica aritmética, multiplicador por 2, circuito comparador, elementos de memoria. 4 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA UNIDAD V: ESTRUCTURA E INSTRUCCIONES DEL PIC16F877A Competencia específica 1: Comprende la estructura interna de los microcontroladores PIC, su forma de programación y sus instrucciones. Competencia específica 2: Utiliza plataformas de desarrollo para programar microcontroladores de una manera adecuada. Aprende a utilizar el lenguaje ensamblador para programar estos chips. Contenidos: CONCEPTUAL Conceptúa la estructura interna del microcontrolador y su lenguaje de programación. PROCEDIMENTAL ACTITUDINAL Procede a utilizar el Participa activamente, MPLAB para programar con motivación e utilizando instrucciones intervención en clase. del microcontrolador en la resolución de problemas planteados en clase Introducción, características internas y diagramas de bloques del PIC16F877A, descripción del CPU, conjunto de instrucciones para la gama media de microcontroladores de microchip; escritura y compilación de un programa en ensamblador; instalación del software MPLAB-IDE V8.2; diseño de un entrenador básico para el PIC16F877A; organización de la memoria de programa y datos del PIC16F877A; instrucciones con literales, operación suma y resta utilizando el registro de trabajo W; constantes, instrucciones de transferencia, instrucciones de acceso a la memoria de datos (F), instrucciones de manipulación de bits, instrucciones de testeo. Llamadas a subrutinas. UNIDAD VI: PERIFÉRICOS DEL PIC16F877A Competencia específica 1: Configura los pines del microcontrolador como entrada o salida de acuerdo al proyecto a realizar. Competencia específica 2: Genera retardos para la realización de proyectos electrónicos, simula y programa la memoria del microcontrolador. Contenidos: CONCEPTUAL Comprende la forma PROCEDIMENTAL ACTITUDINAL Resuelve los diseños Participa activamente, 5 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA de configuración y uso de sus respectivos pines del microcontrolador propuestos en clase con motivación e programando código intervención en clase. en el PIC16F877A. Puertos de entrada/salida y descripción de los pines del microcontrolador, configuración de los puertos A, B, C, D y E para el modo de trabajo de sus pines. Tablas de búsqueda, simulación y programación del PIC16F877A. 6. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS MÉTODOS DIDÁCTICOS La naturaleza de la asignatura exige un trabajo teórico – práctico permanente en la que se alterna los métodos inductivo, deductivo y experimental. TÉCNICAS DIDÁCTICAS La motivación, Exposición interactiva, Debate, Trabajos de complementación, reafirmación e investigación. MEDIOS DIDÁCTICOS Programación y simulación usando el software ISE 12.2. Programación y simulación usando el software MPLAB 8.2 y PROTEUS 7.6 Uso de la tarjeta de desarrollo SPARTAN3E, y del PIC16F877A. 7. EQUIPOS Y MATERIALES Se requiere un laboratorio con computadoras en los cuales deben estar instalados el software ISE 12.2, MPLAB v8.2 y PROTEUS 7.6. Los materiales que se utilizarán son: pizarra acrílica, pulmones de colores y proyector multimedia que serán proporcionados al docente. 8. EVALUACIÓN La evaluación es continua y apunta hacia el establecimiento de relaciones significativas entre los distintos conceptos, así mismo toma en cuenta la retroalimentación. PROMEDIO FINAL se obtiene: PF = (PP + EP + EF ) / 3 (PP) promedio de prácticas: (3 prácticas calificadas)/3 (EP) Examen parcial (EF) Examen final 6 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 1. http://www.xilinx.com/ 2. http://www.microchip.com/ 3. Circuit Design with VHDL - Volnei A. Pedroni 4. VHDL-Programming by example - Douglas L. Perry 5. The Designer's Guide to VHDL - Peter J. 6. Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design - Stephen Brown 7. Diseño práctico de aplicaciones PIC16F87X – José M. Angulo 7