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CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PÁGINA: 1 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES VIGENCIA: 2014 1. UBICACIÓN CURRICULAR DEL CURSO PROGRAMA ACADÉMICO: INGENIERÍA ELECTRÓNICA ESCUELA O DEPARTAMENTO: INGENIERÍA FACULTAD: CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA. DENOMINACIÓN DEL CURSO CÓDIGO INSTITUCIONAL ÁREA CIRCUITOS DIGITALES I 612202 PROFESIONAL TIPO DE PERÍODO ACADÉMICO (Marque con una “X”) Semestral (18 semanas) Cuatrimestral (12 semanas) Trimestral (9 semanas) X CRÉDITOS ACADÉMICOS DEL CURSO RELACIÓN DEL CRÉDITO ACADÉMICO HORAS DE TRABAJO CON ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE 4 1:1 6 6 2. DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO DE CURSO 2.1 INTRODUCCIÓN El curso de circuitos digitales I trata acerca del diseño de circuitos lógicos a partir de los cuales se construyen estructuras combinaciones y secuenciales las cuales serán parte integral de dispositivos de uso común como contadores, reproductores MP3 y máquinas de estado entre otros, los mismos serán diseñados utilizando herramientas CAD y lenguaje VHDL. 2.2 JUSTIFICACIÓN La asignatura de Circuitos Digitales I es de especial importancia en la formación profesional del estudiante de Ingeniería Electrónica, ya que en los sistemas digitales la información se representa en forma discreta (cero lógico y uno lógico) teniendo como base el Álgebra de Boole y esta a su vez es el punto de partida para el análisis y optimización de los circuitos combinacionales. Por esta razón el curso inicia con el estudio del sistema de numeración binario y el Álgebra de Boole, para finalizar con la utilización de Lógica reconfigurable y la Lógica secuencial. 2.3 CRITERIOS PARA EL DESARROLLO DEL CURSO La asistencia y puntualidad como primeras norma para un trabajo con acompañamiento directo en las proporciones de tiempo adecuadas. El respeto entre los integrantes del grupo. Bases estas de un trabajo riguroso. Esto con el fin de: • Legitimar las discusiones abiertas y la búsqueda de respuestas dentro de un trabajo respetuoso de las otras posiciones y opiniones. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES PÁGINA: 2 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 • Diseñar actividades para que su cumplimiento pueda ser realizado con éxito por alumnos con diversos intereses y niveles. • Fomentar las actividades de escritura como forma de revisar y explicitar los conocimientos adquiridos, así como también de evaluar la pertinencia de propuesta. 2.4 METODOLOGÍA GENERAL DE DESARROLLO DEL CURSO El dictado de clases se organiza en tres clases de 2 hs, la primera parte dedicada a la presentación de los contenidos a cargo del Profesor, la otra a la resolución de problemas. Se incluye además dos horas de tutoría dedicada a consultas. La metodología buscará la compresión de los contenidos presentados por el profesor mediante un Aprendizaje Basado en Problemas, donde los problemas no se contemplarán solo como cuestiones a resolver sino como desencadenantes de la discusión. El trabajo independiente incluye investigación y ejercicios, pensados de manera que en conjunto configuren una estructura de aprendizaje integrada y coherente que construya los conocimientos, las destrezas y las actitudes de un modo gradual y progresivo. 2.5 PROPÓSITO(S) Comprender los principios fundamentales del diseño de sistemas digitales Comprender los fundamentos del Álgebra Booleana, necesarios para el análisis y diseño de sistemas digitales Comprender las diferentes técnicas de síntesis, simplificación e implementación de sistemas combinacionales Analizar, diseñar e implementar sistemas digitales de baja y mediana complejidad Comprender los diferentes dispositivos lógicos reconfigurables. Comprender las características internas de los diferentes circuitos integrados utilizados en la electrónica digital. 2.6 OBJETIVO(S) Dominar los fundamentos del algebra de boole y las diferentes técnicas de simplificación de circuitos digitales. Diseñar Circuitos combinacionales usando herramientas CAD y lenguaje VHDL. Diseñar Circuitos Secuenciales usando herramientas CAD y lenguaje VHDL. 2.7 COMPETENCIAS Y UNIDADES TEMÁTICAS O PROBLEMAS DE CONOCIMIENTO CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES PÁGINA: 3 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 COMPETENCIA DEL CURSO El curso desarrolla en el estudiante habilidades y destrezas en el análisis, diseño e implementación de soluciones óptimas utilizando circuitos tanto combinacionales, secuenciales y técnicas de descripción de hardware. DIMENSIONES DE LA COMPETENCIA QUE DESARROLLA COGNITIVA Comprensión de los conceptos matemáticos de los sistemas numéricos que permiten explicar el funcionamiento y operación de los sistemas digitales. Generalización de las reglas y propiedades del álgebra de boole para la simplificación de expresiones lógicas. Comprensión del funcionamiento de los dispositivos que conforman los sistemas digitales combinacionales y secuenciales. Comprensión de los fundamentos, propiedades y características operativas de las familias lógicas digitales. Comprensión del funcionamiento de los dispositivos de lógica reconfigurable. PRAXIOLÓGICA ACTITUDINAL COMUNICATIVA Disposición para el trabajo en equipo El estudiante se inicia en la correcta utilización y manejo del lenguaje propio de los circuitos digitales, específicamente el RTL (Register Transfer Language) y los lenguajes HDL (Hardware Description Language) Dominio en la representación de códigos binarios. Manipulación y operación de circuitos lógicos combinacionales Manipulación y operación de circuitos secuenciales con dispositivos digitales del tipo flip-flop Dominio, identificación y explicación de las diferentes características de los dispositivos reconfigurables y su utilización en la construcción de soluciones combinacionales de gran integración. Iniciativa para el planteamiento de soluciones tecnológicas Valoración y compromiso social y ambiental. PROGRAMACIÓN CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES UNIDAD TEMÁTICA O PROBLEMA DE CONOCIMIENTO* SEMANAS 1. Sistema de numeración binario, operaciones y códigos. 1 CONTENIDOS TEMÁTICOS 1.1 Sistema binario. 1.2 Números binarios con y sin signo. 1.3 Operaciones aritméticas de números binarios con y sin signo. PÁGINA: 4 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 ACTIVIDAD HTAD HTI Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría. 6 6 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 6 6 1.4 Representación de números en punto flotante. 1.5 Operaciones aritméticas con números en punto flotante. 2. Fundamentos de circuitos lógicos. 1 2.1 Ecuaciones booleanas en producto de sumas y suma de productos. 2.2Implementación de funciones con compuertas lógicas. 2.3 Ejemplos de diseño de circuitos en suma de productos o productos de suma. 2.4 Diseño de circuitos combinacionales básicos usando herramientas CAD. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PÁGINA: 5 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES 3. Simplificaciónde circuitos lógicos. 1 VIGENCIA: 2014 3.1 Formas suma de productos (minterminos) y producto de sumas (maxterminos). 3.2 Mapas de Karnaugh para funciones lógicas de 5 y 6 variables. 3.3 Condiciones de no importa. 3.4 Algoritmo de Quine-Mccluskeyn o método de tabulado para seis variables en adelante. Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 6 6 CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES 4. Circuitos lógicos Combinatorios 2 4.1 Decodificadores binarios de n líneas. 4.2 Decodificadores BCD a 7 segmentos. 4.3 Registros de 3 estados. 4.4 Codificadores. 4.5 Multiplexores y demultiplexores. 4.6 Generadores de paridad. 4.7 Comparadores. 4.8 Circuitos aritméticos. 4.9 Sumador y restador de 4 bits. 4.10 Sumador BCD. 4.11 Unidad aritmética y lógica ALU. 4.12 Multiplicador combinatorio. 4.13 Diseño, síntesis implementación de circuitos utilizando descripción de hardware (VHDL). PÁGINA: 6 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 12 12 CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES 5. Dispositivos Lógicos Programables. 1 5.1 Diseño lógico hoy día. 5.2 Herramientas computacionales utilizadas en las metodologías de diseño descendente (top/down) Nota: Este capítulo se debe integrar a todo el desarrollo del curso. PÁGINA: 7 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 6 6 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 6 6 5.3 Herramientas para la automatización del diseño electrónico (EDA tools). 5.4 Principios y aplicaciones de los dispositivos lógicos. programables como los PALs y los PLDs. 5.5 Programación en lenguaje HDL. 6.Cerrojos y flipflop. 1 6.1 Definición de la lógica secuencial. 6.2 Cerrojos con compuertas. 6.3 Estado metaestable. 6.4 Interruptor sin rebote. 6.5 Flip-Flops. 6.6 Flip-Flops construidos con compuertas de transmisión e inversores. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES 7.Contadores registros y 2 7.1 Contadores de propagación. 7.2 Contadores sincrónicos. 7.3 Ejemplos de contadores en circuito integrado. PÁGINA: 8 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 12 12 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 12 12 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría 6 6 7.4 Registros de corrimiento. 7.5 Contador en anillo. 7.6 Circuitos integrados para relojes. 8. Análisis y Diseño de Circuitos Secuenciales 2 8.1 Teoría de máquinas de estado (FSM). 8.2 Análisis y diseño de circuitos secuenciales sincrónicos. 8.3 Análisis de circuitos secuenciales asincrónicos. 8.4 Ejemplos de Control Secuencial 9.PLDs Secuenciales. 1 9.1 Arquitectura de diversos PLDs secuenciales. 9.2 Ejemplos de programación. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES PÁGINA: 9 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 laboratorio. 10.Memorias. 2 10.1 Aspectos Generales sobre Memorias. 10.2 Memorias de Acceso Aleatorio. 10.3 Memorias de solo Lectura (ROM). Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 12 Clase magistral, sesión de ejercicios, lecturas y asignaciones para la casa, tutoría laboratorio. 12 10.4 Aplicaciones de las Memorias. 10.5 Memorias comerciales. 11.Procesadores digitales. 2 11.1 Configuración. 11.2 Arquitectura de un microcomputador. 11.3 Decodificadores. 11.4 Puertos. 11.5 Memorias. 11.6 Instrucciones en lenguaje ensamblador. 11.7Microcontrolador es * Para uso exclusivo del Comité de Programa ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO INDEPENDIENTE CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES ACCIONES Y FUENTES PÁGINA: 10 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 1. Lecturas e interpretaciones de materiales de interés. 2. Determinación de las ideas esenciales de un texto y de las preguntas que sobre lo leído puedan hacer al profesor y demás estudiantes del grupo. 3. Comparación de conceptos, datos, criterios o postulados teóricos importantes de la asignatura. 4. Informe crítico de lecturas ya realizadas. 5. Presentación de resultados de tareas orientadas con anterioridad o experimentos realizados. 6. Debates sobre cuestiones de carácter científico de la actualidad. 7. Solución de problemas. 8. Elaboración de cuadros resúmenes. 9. Rendición de cuentas de resultados del grupo. 10. Exposición de trabajos científicos estudiantiles. 11. Autoevaluación del proceso de aprendizaje. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PÁGINA: 11 de 13 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES VIGENCIA: 2014 CONDICIONES DE FONDO TIPO DE INFORME Texto académico científico ELEMENTOS DE FONDO CONDICIONES DE FORMA ELEMENTOS FORMALES Seguir el esquema básico y sencillo compuesto de tres partes fundamentales, aunque no necesariamente explícitas: introducción, desarrollo y conclusión. se incluye portada introducción, (a veces también objetivos como una sección independiente), materiales y métodos, resultados, discusión (resultados y discusión pueden combinarse en una sección), conclusiones y referencias bibliográficas SEGUIMIENTO EVALUACIÓN CRITERIOS DE SEGUIMIENTO (Tipo de seguimiento, alcance de las evidencias, instancias de ayuda) CRITERIOS DE EVALUACIÓN J 2.8 ESTRATEGIA(S) DE ENSEÑANZA Revisar informe individual o por equipos Revisar informe escrito de la solución del ejercicio en Clase práctica Preguntas de control en clases en Conferencia Pregunta escrita Clase Práctica basada en conocimientos de trabajo Quizes Actualización del diagnóstico individual de cada estudiante y análisis en el colectivo. Análisis de propuesta de cualidades en las que debemos trabajar con los estudiantes. Colectivismo. Atención y memoria profunda. Vocabulario rico y fluido. Flexibilidad, profundidad y amplitud del pensamiento. Dominio del vocabulario especializado. CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES PÁGINA: 10 de 11 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 • El Circuitos digitales I se desarrolla por medio de unidades de enseñanza - aprendizaje del proceso de formación del estudiante, con la articulación de problemas, conocimientos, valores, habilidades y prácticas relacionadas con las temáticas que para tal propósito se han definido. El curso es teóricopráctico, implicando actividades académicas presenciales e independientes por parte del estudiante. • Para el desarrollo del curso se plantea desarrollar las estrategias de formación correspondientes a: • Cátedras: Orientadas al conocimiento, la comprensión de metodologías principios y problemas de un campo de conocimiento y práctica profesional, mediante procesos de recepción activos, en donde el estudiante realice constantes y variadas operaciones mentales al intercomunicarse con los contenidos y formas de expresión que se desarrollan en una conferencia magistral, permitiéndose la participación del estudiante con preguntas. • Talleres: Como estrategia formativa cuyas unidades de aprendizaje son de tipo práctico donde predominan o requieren actividades de resolución de ejercicios, elaboración de diseños y el uso de software especializado. • Laboratorios: Se desarrollan actividades en donde se requiere de material e instrumental especializado y donde la actividad predominante es la experimentación y la verificación de hipótesis según temas de estudio. • Sistema Tutorial: Está dirigido a mejorar la formación y calidad de los estudiantes, induciéndolo a sumir el compromiso y responsabilidad personal de adquirir la disciplina necesaria para el auto aprendizaje y el desarrollo de su capacidad de “aprender a aprender” y “aprender a comprender”. • Lecturas: Para cada tema el profesor indicará la lectura de material bibliográfico específico, que permita complementar las clases teóricas del curso. • Para el desarrollo del curso se plantea utilizar las estrategias de: Mapas conceptuales, evaluación escrita, Evaluación grupal, Laboratorios, Estudios de caso, Informes, Proyectos, Ensayos, Métodos de Solución de problemas, Ejercicios de simulación y Sustentación. 2.9 PROCESO DE EVALUACIÓN Las pruebas consideradas en el curso para evaluar las competencias son: Prueba oral, Prueba escrita, pruebas apoyadas en guías de observación, escalas de actitudes, cuestionarios, informes de laboratorio, y finalmente las pruebas basadas en el análisis y verificación de la actuación real o simulada y en la apreciación de la calidad de productos terminados. Estos tipos de pruebas, se clasifican como: PARCIALES, evalúan el desarrollo progresivo del estudiante durante el semestre y FINALES que evalúan el desarrollo de las competencias propuestas por el curso, al final del periodo académico. Dos parciales escritos universales e individuales………………………………………. ……30% Trabajo en clase e independiente…………………………………………………….………….5% Laboratorio………………………………………………………………………………………....25% Proyecto final………………………………………………………………………………………20% Examen Final………………………………………………………………………………………20% CÓDIGO: FO-DOC-81 UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS PROCESO DOCENCIA FORMATO DISEÑO DE CURSO PROGRAMAS PRESENCIALES PÁGINA: 11 de 11 FECHA: 03/03/2014 VERSIÓN: 01 VIGENCIA: 2014 2.10 EVALUACIÓN DEL PROFESOR Apreciado estudiante: con el objeto de mejorar continuamente nuestros procesos académicos, le solicitamos diligenciar la evaluación del profesor que se encuentra en el Sistema de Información las fechas establecidas por la Institución. 2.11 BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA FLOYD, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales, Prentice Hall, 7ed. TOCCI. Sistemas Digitales principios y aplicaciones, Prentice Hall, 6ed. WAKERLY. Diseño digital principios y prácticas, Prentice Hall. MANO. Diseño digital, Prentice Hall TOKHEIM, ROGER. Principios digital, Prentice Hall NELSON, VICTOR P. Análisis y diseño de circuitos lógicos digitales, Prentice Hall Maxinez, David G. El arte de programar sistemas digitales. BROWN S. Fundamentals of Digital logic with VHDL Design, McGraw Hill, 2000. Hwang, Enoch O. Microprocessor Design, Principles and Practices With VHDL, Brooks / Cole 2004 Pedroni, Volnei A. Ciruit design with VHDL, MIT Press, Cambridge Massachusetts, London, England, 2004. 2.12 PERFIL DEL PROFESOR Docente Ingeniero Electrónico, con experiencia en el diseño de sistemas digitales basados en circuitos integrados y dispositivos reconfigurables. 2.13 DATOS DEL PROFESOR Ing. Cesar Augusto Romero Molano Ingeniero electrónico egresado de la universidad autónoma de Colombia, especialista en redes de datos egresado de la universidad Santo Tomas, amplia experiencia en diseño de circuitos digitales usando VHDL. Correo electrónico cesar.romero@unillanos.edu.co