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Curso : 2019/2020

30315 - Electrónica digital


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
30315 - Electrónica digital
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
438 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación
581 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación
Créditos:
6.0
Curso:
438 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación: 2
581 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación: 2
Periodo de impartición:
438 - Segundo semestre
581 - Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1.Información Básica

1.1.Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El objetivo de la asignatura es formar al alumno en los fundamentos de la electrónica digital.  No solo se estudian las bases de la electrónica digital, sino que se pretende conseguir capacidad de análisis, de diseño y de mantenimiento de sistemas electrónicos digitales.

1.2.Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La electrónica digital es una de las grandes ramas de la electrónica.  Esta asignatura es la primera de tipo digital del grado.  Por un lado, para cursarla se requieren conocimientos de "Introducción a los computadores" (30371) y "Fundamentos de Electrónica" (30307).  Por otro lado, sobre esta asignatura se apoyan otras asignaturas del grado, como  "Sistemas Electrónicos con Microprocesadores" (30319) y "Electrónica Digital para Comunicaciones".

1.3.Recomendaciones para cursar la asignatura

Se requieren conocimientos de sistemas lógicos presentados en la asignatura "Introducción a los Computadores" (30317).

El estudio y trabajo continuado, desde el primer día del curso, son fundamentales para superar con el máximo aprovechamiento la asignatura. 

Es importante resolver cuanto antes las dudas que puedan surgir, para lo cual el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a ello.

2.Competencias y resultados de aprendizaje

2.1.Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Esta asignatura contribuye a formar en las siguientes competencias (algunas de las cuales son objeto de varias asignaturas del grado):

I) Competencias específicas

1. Capacidad para utilizar herramientas informáticas de búsqueda de recursos bibliográficos o de información relacionada con las telecomunicaciones y la electrónica

2. Capacidad de análisis y diseño de circuitos combinacionales y secuenciales, síncronos y asíncronos, y de utilización de circuitos integrados

3. Conocimiento y aplicación de los fundamentos de lenguajes de descripción de dispositivos de hardware

 

II) Competencias genéricas

1. Capacidad para combinar los conocimientos básicos y los especializados de Ingeniería para generar propuestas innovadoras y competitivas en la actividad profesional

2. Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico

3. Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma

4. Capacidad de gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnicas y la legislación necesarias para la práctica de la Ingeniería

5. Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo

6. Capacidad para aplicar las tecnologías de la información y las comunicaciones en la Ingeniería

 

 

 

2.2.Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

  • Comprende el fundamento de la abstracción digital que permite implementar sistemas que procesan señales digitales, considerando los distintos aspectos tecnológicos: alimentación, retraso, consumo, niveles lógicos, alta impedancia
  • Es capaz de diseñar y verificar sistemas lógicos utilizando circuitos electrónicos digitales combinacionales y secuenciales

  • Comprende la funcionalidad e interfaz de los subsistemas digitales a nivel lógico temporal y físico.

  • Es capaz de diseñar sistemas digitales utilizando dispositivos lógicos programables.

  • Aplica herramientas CAD para la captura y simulación de circuitos digitales simples.

  • Comprende el modelado HDL de circuitos combinacionales y secuenciales síncronos simples, utilizando distintos niveles de abstracción.

  • Verifica bloques digitales de implementados de cierta complejidad

2.3.Importancia de los resultados de aprendizaje

Durante muchos años, las aplicaciones de la electrónica digital se limitaron a los sistemas informáticos. Hoy día, la tecnología digital tiene aplicación en un amplio rango de áreas además de la informática, como los sistemas de comunicaciones, de radar, instrumentación médica, control de procesos industriales, electrónica de consumo etc.

Esta asignatura presenta la electrónica digital y su implementación en aplicaciones reales, usando herramientas 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

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Prácticas de Laboratorio (20%)

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 CL de 0 a 10 puntos, supondrá el 20% de la calificación global del estudiante.

Para superar las prácticas en el periodo docente es necesario asistir a todas las sesiones de prácticas y obtener una puntuación mínima de 5 puntos en cada una de ellas.

Examen teórico-práctico (80%)

Compuesto por cuestiones teórico-prácticas y problemas, a realizar en las convocatorias oficiales.

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 (80%). Se valorará la corrección de las respuestas, los desarrollos, diseños y resultados numéricos.

- Examen de laboratorio: calificación CL de 0 a 10 puntos (20%). Sólo deberá ser realizado por los estudiantes que no hayan superado las prácticas durante el periodo docente. 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. Para superar este examen se requiere que CL 5.

La calificación final se corresponderá con la media ponderada entre la nota de la parte de prácticas (CL, 20%), y la nota del correspondiente examen final (CT, 80%). No obstante, será necesario obtener una calificación mínima de 4 puntos en cada una de las partes por separado para poder promediar y aprobar la asignatura.

4.Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1.Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

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

- En las clases de teoría se expondrán las bases teóricas de los sistemas electrónicos digitales, ilustrándose con numerosos ejemplos. 

- En las clases de problemas se desarrollarán problemas y casos tipo con la participación de los estudiantes. 

- Se desarrollarán prácticas de laboratorio en grupos reducidos, donde el estudiante montará y comprobará el funcionamiento de circuitos electrónicos digitales.

4.2.Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

trabajo presencial: 2.4 ECTS (60 horas):

  1. Clase magistral.
  2. Clases teóricas: Sesiones expositivas y explicativas de contenidos. Se presentarán los conceptos y fundamentos de los sistemas electrónicos digitales, ilustrándolos con ejemplos reales.Se fomentará la participación del estudiante a través de preguntas y breves debates.
  3. Clases de resolución de problemas: Se desarrollarán problemas y casos con la participación de los estudiantes, coordinados en todo momento con los contenidos teóricos.Se fomenta que el estudiante trabaje previamente los problemas. 
  4. Prácticas de laboratorio. Consistirá en la implementación de circuitos digitales, donde se valorará la metodología de diseño, el funcionamiento del circuito, el manejo del instrumental y de las herramientas software del laboratorio.El estudiante dispondrá de un guión de cada práctica, que tendrá que preparar antes de su desarrollo en el laboratorio.

trabajo no presencial: 3.6 ECTS (90 horas)

  1. Trabajos docentes.
    Se incluye en este apartado la elaboración del trabajo previo requerido en la preparación de las prácticas de laboratorio, así como la elaboración de los informes de las prácticas realizadas
  2. Estudio.
    Se fomentará el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje.
    Periódicamente se propondrá al estudiante ejercicios y casos a desarrollar por su cuenta, algunos de los cuales se resolverán en las clases presenciales.
    Las tutorías permiten una atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación en la asignatura, atención a ejercicios y trabajos…
  3. Pruebas de evaluación.
    Además de la función calificadora, la evaluación también es una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación alcanzado.

4.3.Programa

Temario teórico: 

U. DIDÁCTICA 1. Diseño digital en PLDs utilizando VHDL.

 

Tema 1: Implementación Hardware de Sistemas Lógicos. 

  • Opciones de implementación
  • Introducción a los Dispositivos lógicos programables (PLDs). FPGAs
  • Lenguaje de descripción de Hardware VHDL
    • Elementos básicos
      • Objetos, clases y tipos
      • Operadores
    • Estructura de un archivo VHDL
      • Entidad
      • Arquitectura
    • Sentencias
      • Sentencias concurrentes y secuenciales
      • Estilos de modelado
    • Simulación
      • Entornos de test
  • Diseño de sistemas electrónicos digitales
    • Metodología, herramientas y flujo de diseño

 

Tema 2: Modelado en VHDL de sistemas digitales.

  • Sistemas Combinacionales
    • Conversores de código
      • Decodificadores y codificadores
    • Distribuidores de información
      • Multiplexores y demultiplexores
    • Adaptadores triestado
    • Generadores/Comprobadores de paridad
    • Operadores aritméticos
      • Packages aritméticos en VHDL
      • Comparadores de magnitud
      • Sumadores y restadores
      • Multiplicadores
    • Look-up table (ROM)
  • Sistemas secuenciales
    • Biestables
    • Registros
    • Contadores
    • Máquinas de estados (MEF)
    • Circuito iterativo secuencial
  • Reglas de diseño de circuitos digitales
    • Descripción VHDL orientada al HW

Tema 3: Diseño RTL.

  • Arquitectura RTL
    • Camino de datos
    • Control
  • Ejemplos de diseño:
    • Procesado de señal. Filtro FIR
    • Interfaz. Control conversor A/D ADC7476
  • Verificación funcional.

 

U. DIDÁCTICA 2. Tecnologías de los C.I. Digitales

 

Tema 4: Tecnologías de los circuitos digitales.

  • Tecnología de dispositivo. Tecnología CMOS
  • Estructuras especiales de Entrada/Salida
    • Salidas en drenador (colector) abierto
    • Salidas triestado
    • Entradas Schmitt-trigger
    • Generación del reloj
  • Características operacionales y parámetros básicos de c.i. digitales
  • Interconexión
  • Tecnologías de implementación
    • Circuitos integrados de función fija
    • Dispositivos lógicos programables (SPLD, CPLD y FPGA)

 

Temario práctico: 

  • Introducción a las herramientas de diseño. Sistema de alarma de incendios. 
  • Sistemas combinacionales. Visualizador de 7 segmentos.
  • Sistemas secuenciales. Transmisión serie asíncrona.
  • Máquinas de estados. Recepción serie asíncrona.
  • Sistemas de numeración. Conversor D/A sigma-delta. 
  • Ejercico de diseño.

 (Los ejercicios/diseños concretos de cada práctica pueden modificarse

 

 

 

 

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

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro y es publicado con anterioridad a la fecha de comienzo del curso.

Cada profesor informará de su horario de atención de tutoría.

El resto de actividades se planificará en función del número de alumnos y se dará a conocer con la suficiente antelación. Podrá consultarse en http://moodle.unizar.es.

El calendario detallado de las diversas actividades a desarrollar se establecerá una vez que la Universidad y el Centro hayan aprobado el calendario académico (el cual podrá ser consultado en la web del Centro).

La relación y fecha de las diversas actividades, junto con todo tipo de información y documentación sobre la asignatura, se publicará en http://moodle.unizar.es/ (Nota. Para acceder a esta web el estudiante debe estar matriculado). 

A título orientativo:

  • Período de clases: segundo cuatrimestre (Primavera).
  • Clases teoría y problemas-casos: cada semana hay programadas 3 horas de clase.
  • Sesiones prácticas: el estudiante realizará 6 sesiones prácticas de 2,5 horas de laboratorio.
  • Habrá una prueba global en 1ª convocatoria y otra en 2ª convocatoria en las fechas concretas que indique el Centro.

4.5.Bibliografía y recursos recomendados

Bibliografía recomendada para la asignatura:

1. Transparencias (apuntes) de la asignatura. Disponibles en http://moodle.unizar.es.

2. Enunciados de problemas, guiones de prácticas y exámenes de convocatorias anteriores. Disponibles en http://moodle.unizar.es.

3. Libros de referencia y textos complementarios:

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30315&year=2019


Curso : 2019/2020

30315 - Digital Electronics


Información del Plan Docente

Academic Year:
2019/20
Subject:
30315 - Digital Electronics
Faculty / School:
110 -
Degree:
438 - Bachelor's Degree in Telecomunications Technology and Services Engineering
581 - Bachelor's Degree in Telecomunications Technology and Services Engineering
ECTS:
6.0
Year:
581 - Bachelor's Degree in Telecomunications Technology and Services Engineering: 2
438 - Bachelor's Degree in Telecomunications Technology and Services Engineering: 2
Semester:
438 - Second semester
581 - Second semester
Subject Type:
Compulsory
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)

4.Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1.Methodological overview

The process of teaching and learning designed for this subject is based on the following. It will involve two different training activities with increasing student participation as the course progresses: lectures and laboratory sessions.

  • Face-to-face sessions will have an eminently practical orientation. In the more theoretical lectures, the basis of digital systems design will be presented, setting out the fundamental aspects. 1/3rd of these sessions will be dedicated to solving and discussing design problems.
  • The second training activity will focus on the laboratory sessions in small groups, where the students will work with design CAD tools.

4.2.Learning tasks

The program, offered to the students to achieve the learning goals, includes the following activities:

IN-PERSON ACTIVITIES.

Lectures (A01) and exercises and cases solving (A02):

In this activity, the fundamental contents of the subject will be presented, with a practical orientation based on the digital systems design. This activity will take place in person. The necessary materials will be available to students through the ADD.

Laboratory sessions (A03):

This activity is structured in 6 practical sessions of 2.5 hours each. The scripts will be available to students in the ADD well in advance. In these sessions, the required CAD tools for digital electronic design will be used, so that students will acquire the skills and abilities necessary to address digital design.

Evaluation tests (A08): Evaluation activity includes performing a global test.

NOT IN PERSON ACTIVITIES.

Study (T7):

This activity includes personal work aimed at achieving the adequate pursuit of the subject, conducting lab sessions and the tutoring process.

4.3.Syllabus

The course will address the following topics: 

UNIT 1. Digital design in PLDs using VHDL.

1: Hardware Implementation of Logical Systems.

  • Implementation options
  • Introduction to Programmable Logic Devices (PLDs). FPGAs
  • Hardware description language VHDL
    • Core items
    • Objects, classes and types
    • Operators
    • Structure of a VHDL file
      • Entity
      • Architecture
    • Sentences
    • Concurrent and sequential statements
    • Modeling styles
    • Simulation
    • Test environments
    • Design of digital electronic systems
    • Methodology, tools and design flow

2: VHDL Modeling of digital systems.

  • Combinational Systems
    • Code converters
    • Decoders and encoders
    • Information distributors
    • Multiplexers and demultiplexers
    • Tristate adapters
    • Generators / Parity testers
    • Arithmetic operators
    • Arithmetic Packages in VHDL
    • Comparators of magnitude
    • Summers and subtractors
    • Multipliers
    • Look-up table (ROM)
  • Sequential systems
    • Bistables
    • Registers
    • Counters
    • State machines (FSM)
    • Sequential iterative circuit
  • Digital circuit design rules
    • Description VHDL oriented to HW

3: RTL design.

  • RTL architecture
    • Data path
    • Control
  • Design examples:
    • Signal processing FIR filter
    • Interface. A / D converter control ADC7476
    • ...
  • Functional verification.

UNIT 2. Technologies of the C.I. Digital

4: Technologies of digital circuits.

  • Device technology CMOS technology
  • Special Input/Output structures
    • Open drain(collector) outputs
      Tristate departures
      Schmitt-trigger tickets
      Generation of the clock
      Operational characteristics and basic parameters of c.i. digital
      Interconnection
      Implementation technologies
      Fixed function integrated circuits
      Programmable logic devices (SPLD, CPLD and FPGA)

Labs:

  • Introduction to design tools. Fire alarm system.
  • Combinational systems. 7 segment display.
  • Sequential systems. Asynchronous serial transmission.
  • Finite State Machines. Asynchronous serial reception.
  • Numbering systems. Sigma-delta D A converter.
  • Design exercise.

    (the concrete exercises/designs in each lab can be modified)

4.4.Course planning and calendar

Both theoretical classes and laboratory sessions are held according to the schedule set by the center (available on the corresponding website). The other activities will be planned depending on the number of students and will be announced well in advance.

Each teacher will inform of the particular tutoring hours.

4.5.Bibliography and recommended resources

1. Basic teaching materials. Available in http://add.unizar.es (To access this resource, the student must be enrolled in the subject).

  • Slides. They are considered the notes of the subject.
  • Practices scripts.
  • Supplementary teaching materials. Set of useful materials for the course: catalogs of manufacturers, component data sheets, CAD tools, manuals, etc. 

2. Reference and complementary books

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30315&year=2019