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Curso : 2019/2020

440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática

29852 - Diseño digital y control con FPGA


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
29852 - Diseño digital y control con FPGA
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1.Información Básica

1.1.Objetivos de la asignatura

En esta asignatura se pretende formar profesionales que conozcan las técnicas de diseño digital actuales y en particular las técnicas de implementación de controles digitales. No solo se estudian las bases para implementar de forma eficiente con FPGA sistemas digitales de cierta complejidad, sino que se pretende conseguir capacidad de análisis y de diseño.

1.2.Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura optativa se encuentra dentro de la materia de Sistemas Electrónicos de la titulación. Como es sabido, en la ingeniería electrónica pueden considerarse grandes ramas, como la analógica y la digital. Esta asignatura es la más avanzada de tipo digital del grado; con los conocimientos adquiridos el estudiante será capaz de diseñar sistemas electrónicos digitales profesionales.

1.3.Recomendaciones para cursar la asignatura

Se requieren conocimientos de Electrónica Digital y de Sistemas Electrónicos Programables. De hecho, esta asignatura puede considerarse la continuación natural de Electrónica Digital.

2.Competencias y resultados de aprendizaje

2.1.Competencias

Competencias genéricas:

  • Capacidad para combinar los conocimientos generalistas y los especializados de Ingeniería para generar propuestas innovadoras y competitivas en la actividad profesional.
  • Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.
  • Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma.
  • Capacidad de gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnicas y la legislación necesarias para la práctica de la Ingeniería.

Competencias específicas:

  • Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica digital y microprocesadores.
  • Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia.

2.2.Resultados de aprendizaje

  • Sabe seleccionar una FPGA en base a su arquitectura, estructura interna y características.
  • Es capaz de analizar, diseñar, simular y validar experimentalmente circuitos digitales utilizando FPGA.
  • Conoce la metodología de diseño de sistemas digitales en FPGAs utilizando VHDL, es capaz de identificar los bloques básicos elementales necesarios para construir un sistema digital, y realizar descripciones comportamentales y sintetizables de los mismos en VHDL.
  • Es capaz de diseñar en VHDL bancos de pruebas (test-bench) para los sistemas digitales diseñados.
  • Tiene experiencia en el trabajo con herramientas CAD de diseño digital con FPGA: captura de diseño, implementación en la FPGA, aplicación de restricciones, análisis temporal.
  • Es capaz de validar experimentalmente en el laboratorio el sistema diseñado en una placa de desarrollo comercial.

2.3.Importancia de los resultados de aprendizaje

Esta asignatura enseña a diseñar sistemas electrónicos digitales de cierta complejidad, abarcando desde el uso avanzado de un lenguaje de descripción de hardware, hasta su implementación en aplicaciones reales, a través de montajes en el laboratorio y el uso de herramientas profesionales de diseño asistido por ordenador.

3.Evaluación

3.1.Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

La calificación de cada actividad será de 0 a 10 y se le asigna un peso para obtener la calificación global.

1) Prácticas de Laboratorio (50 %)

Se valorarán las prácticas de laboratorio y los posibles trabajos asociados. Se calificarán mediante observación del trabajo de los estudiantes en el laboratorio y mediante análisis del trabajo preparatorio previo y de los informes de prácticas elaborados por los estudiantes.

Calificación de 0 a 10 puntos, supondrá el 50 % de la calificación global del estudiante.

2) Examen escrito (50 %)

Se realizará un examen escrito individual compuesto por cuestiones teórico-prácticas tipo test y/o de respuesta corta y/o problemas, a realizar en las convocatorias oficiales. En el examen se podrán consultar los materiales del curso.

Calificación de 0 a 10 puntos, supondrá el 50% de la calificación global del estudiante.

PRUEBA GLOBAL (CONVOCATORIAS OFICIALES)

En las dos convocatorias oficiales se realizará la evaluación global del estudiante.  En ambas fechas se realizarán las siguientes pruebas:

- Examen teórico-práctico: calificación CT de 0 a 10 puntos (50 %). Se valorará la corrección de las respuestas, los desarrollos, diseños y resultados numéricos.

- Examen de laboratorio: calificación de 0 a 10 puntos (50 %). De este examen estarán eximidos los estudiantes que hayan obtenido una calificación de prácticas durante el curso mayor o igual que 4 puntos. El examen consistirá en la implementación de circuitos digitales similares a los desarrollados durante el curso en las sesiones de prácticas de laboratorio. Se valorará la metodología de diseño, el funcionamiento del circuito y el manejo del instrumental y de las herramientas software del laboratorio.

La calificación global de prácticas CL será la máxima de la calificación de prácticas durante el curso y la calificación del examen de laboratorio. Si el estudiante ha obtenido una calificación CL mayor o igual que 4 puntos, la calificación global de la asignatura será (0.5xCL + 0.5xCT). En otro caso, la calificación global será: mín (4, (0.5xCL + 0.5xCT)). La asignatura se supera con una calificación global de 5 puntos sobre 10.

4.Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1.Presentación metodológica general

El proceso de enseñanza se desarrollará en tres niveles principales: clases de teoría, problemas y laboratorio, con creciente participación del estudiante.

  • En las clases de teoría se expondrán las bases teóricas del diseño digital con FPGA.
  • En las clases de problemas se desarrollarán problemas y diseños representativos con la participación de los estudiantes.
  • Se realizarán prácticas de laboratorio en grupos reducidos en las que se realizarán diseños digitales en VHDL, se simularán y se probarán en una placa de desarrollo con FPGA.

4.2.Actividades de aprendizaje

Actividades presenciales (2.4 ECTS, 60 horas):

Clase magistral (20 horas)

Sesiones expositivas y explicativas de contenidos, siempre acompañadas de ejemplos. Se presentarán los conceptos importantes y novedosos del diseño, simulación e implementación de circuitos digitales y de control en FPGA. Los materiales que se expondrán en las clases magistrales estarán a disposición de los alumnos a través del Anillo Digital Docente.

Resolución de problemas y casos (10 horas)

En esta actividad se resolverá un conjunto de problemas representativos. Esta actividad se realizará en el aula de forma presencial. Los materiales que se expondrán en las clases magistrales estarán a disposición de los alumnos a través del Anillo Digital Docente

Prácticas de laboratorio (30 horas)

Las prácticas están estructuradas en 10 sesiones de 3 horas cada una. Es necesario venir al laboratorio con el trabajo preparatorio previo realizado. Los enunciados de las prácticas estarán a disposición de los alumnos a en el Anillo Digital Docente.

Actividades no presenciales (3.6 ECTS, 90 horas):

Trabajos docentes (38 horas)

En esta actividad se realizarán los trabajos relacionados con las prácticas. Los trabajos se realizarán en grupos de dos personas.

Estudio (50 horas)

Esta actividad comprende tanto el estudio personal encaminado a lograr el seguimiento adecuado de la asignatura, la realización de las prácticas, la preparación del examen y las tutorías.

Pruebas de evaluación (2 horas)

La actividad de evaluación comprende la realización del examen y la revisión de las calificaciones del examen y de los trabajos.

4.3.Programa

El programa por temas que se propone para alcanzar los resultados de aprendizaje previstos es el siguiente:

  • Tema 1. VHDL avanzado
  • Tema 2. Operaciones aritméticas en VHDL
  • Tema 3. Implementación sistemas LTI discretos en FPGA
  • Tema 4. Arquitectura FPGAs
  • Tema 5. Diseño digital avanzado

El programa tentativo de las sesiones de prácticas consistirá en 7 sesiones de prácticas dirigidas, dónde se desarrollarán diseños digitales con FPGA y se trabajará con las opciones avanzadas que ofrecen las herramientas CAD. Algunos de los  diseños a implementar son:

  • Lectura de sensor de temperatura 1-wire
  • Transmisor y receptor serie asíncrono
  • Controlador de pantalla VGA
  • Control digital de un convertidor de potencia reductor tipo Buck:
    • Interfaz con conversor A/D.
    • Desarrollo del entorno de test y controlador con tipo real.
    • Controlador sintetizable en coma fija.

Además, se dedicarán las 3 últimas  sesiones de laboratorio para desarrollar un diseño libre que contenga algunos elementos de los trabajados a lo largo del curso, como por ejemplo IP cores, sistemas LTI, periféricos de la placa (VGA, ratón o teclado PS/2, puerto serie...)

4.4.Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro.

Hay programadas 2 horas semanales para clases magistrales y de problemas, y 10 sesiones de laboratorio de 3 horas cada una.

4.5.Bibliografía y recursos recomendados

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29852&year=2019


Curso : 2019/2020

440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering

29852 - Digital Design and Control with FPGA


Información del Plan Docente

Academic Year:
2019/20
Subject:
29852 - Digital Design and Control with FPGA
Faculty / School:
110 -
Degree:
440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1.General information

1.1.Aims of the course

1.2.Context and importance of this course in the degree

1.3.Recommendations to take this course

2.Learning goals

2.1.Competences

2.2.Learning goals

2.3.Importance of learning goals

3.Assessment (1st and 2nd call)

3.1.Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The final grade for this course is based on the following weighting:

  • Final exam (50 % of grade)
  • Laboratory work, attendance, attitude, accomplishment during laboratory session, and reports (50 %)

4.Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1.Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives. It is based on participation and the active role of the student that favor the development of communication and decision-making skills. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures, guided assignments, laboratory sessions, autonomous work, and tutorials.

Students are expected to participate actively in the class throughout the semester.

Classroom materials will be available via Moodle. These include a repository of the lecture notes used in class, the course syllabus, as well as other course-specific learning materials.

Further information regarding the course will be provided on the first day of class.

4.2.Learning tasks

The course includes 6 ECTS corresponding to 150 hours of student work, organized according to:

  • Lectures (30 hours).
  • Laboratory sessions (30 hours).
  • Guided assignments (38 hours).
  • Autonomous work (50 hours).
  • Assessment (2 hours).

4.3.Syllabus

The course will address the following topics:

Lectures

  • Topic 1. Advanced concepts in VHDL
  • Topic 2. Arithmetic operations in VHDL
  • Topic 3. FPGA implementation of  LTI discrete systems
  • Topic 4. FPGA architecture
  • Topic 5. Advanced digital design

Laboratory sessions

  • Interface to a 1-wire digital temperature sensor
  • Asynchronous serial transmitter and receiver
  • VGA display controller
  • Digital control of a Buck Converter
    • ADC interface
    • Test bench and controller implemented with real type
    • Fixed point controller

Moreover, the last 3 laboratory sessions will be dedicated to develop a free design that contains some of the circuit blocks introduced in the course: IP cores, LTI systems, and FPGA board peripherals.

4.4.Course planning and calendar

Lectures run for 2 weekly hours. Laboratory sessions will take place every week (10 sessions in total) and the last 3 hours each.

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website (eina.unizar.es).

4.5.Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29852&year=2019