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Academic Year/course: 2023/24

30315 - Digital Electronics


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
30315 - Digital Electronics
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
438 - Bachelor's Degree in Telecommunications Technology and Services Engineering
581 - Bachelor's Degree in Telecommunications Technology and Services Engineering
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
Second semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

The objective of the subject is to train the student in the fundamentals of digital electronics. The aim is to achieve the capacity of analysis, design and maintenance of digital electronic systems.

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/). Specifically, the learning activities planned in this subject will contribute to the achievement of target 7.3 of Goal 7 and target 13.3 of Goal 13.

2. Learning results

In order to pass this subject, the students shall demonstrate they has acquired the following results:

  • Understand the fundamentals of digital abstraction that allows the implementation of systems that process digital signals, considering the different technological aspects: power supply, delay, consumption, logic levels, high impedance.
  • Be capable of designing and verifying logic systems using combinational and sequential digital electronic circuits.
  • Understand the functionality and interface of the digital subsystems at the temporal and physical logic level.
  • Be capable of designing digital systems using programmable logic devices.
  • Apply CAD tools to capture and simulate simple digital circuits.
  • Understand HDL modeling of simple synchronous sequential and combinational circuits, using different levels of abstraction.
  • Verify digital blocks of implementations of a certain complexity

3. Syllabus

Theoretical agenda:

UNIT 1. Digital design in PLDs using VHDL.

Topic 1: Hardware Implementation of Logic Systems.

  • Implementation options.
  • Introduction to Programmable Logic Devices (PLDs). FPGAs.
  • Hardware description language VHDL: Basic elements, structure of a VHDL file, statements, test environments.
  • Design of digital electronic systems: Methodology, tools and design flow.

Topic 2: VHDL modeling of digital systems.

  • Combinational Systems: Code converters. Information distributors. Tri-state adaptor. Parity generators/checkers. Arithmetic operators. Look-up table (ROM).
  • Sequential systems: Bistable. Records. Accountants.
  • Digital circuit design rules, HW oriented VHDL description.

Topic 3: RTL design.

  • RTL architecture.
    • Control: State Machines (FEM).
    • Input/output interface: AXI4-Stream interface.
    • Data path: Sequential iterative circuit.

UNIT 2. Digital I.C. Technologies

Topic 4: Digital circuit technologies.

  • Device technology. CMOS technology.
  • Special Input/Output structures.
  • Operational characteristics and. basic parameters of digital i.c.
  • Interconnection.
  • Implementation technologies: Fixed function integrated circuits. Programmable logic devices (SPLD, CPLD and FPGA).

Practical topics:

  • Introduction to design tools. Fire alarm system.
  • Combinational systems. 7-segment display.
  • Sequential systems. Asynchronous serial transmission.
  • State machines. Asynchronous serial reception.
  • Numbering systems. Sine generator with AXI4-Stream interface.
  • Design exercise.

4. Academic activities

1.- Block A: 2.4 ECTS (60 hours)

1) Lectures (45 classroom hours).

1.1) Theoretical classes: Expository and explanatory sessions of contents. The concepts and fundamentals of digital systems will be presented and illustrated with real examples. The participation of the studentwill be encouraged through questions and brief discussions.

1.2) Problem solving classes: Problems and cases will be developed with the participation of the students, coordinated at all times with the theoretical contents. The student is encouraged to pre-work the problems.

2) Laboratory practicals (15 classroom hours).

It will consist of the implementation of applications in a development system, where the methodology of design, the operation of the application and the use of the tools will be assessed. The student will have a script for each practical, which they will have to prepare before its development in the laboratory.

2.- Block B: 3.6 ECTS (90 hours)

1) Teaching assignments (24 hours). This section includes the elaboration of the previous work required in the preparation of the laboratory practices, as well as the elaboration of the reports of the practices carried out.

2) Study (60 hours). The continuous work of the student will be encouraged through the homogeneous distribution throughout the semester of the various learning activities. The tutorials allow direct attention to the student, identification of learning problems, guidance in the subject, attention to exercises and assignments..

3) Assessment tests (6 hours) In addition to the grading function, the evaluation is also a tool of learning with which the student checks the degree of understanding and assimilation achieved.

5. Assessment system

The student must demonstrate that they have achieved the intended learning results through the following assessment activities:

Laboratory Practices (20%): They will be graded by observation and analysis of the students' work and of the practice reports elaborated. To pass the internship during the teaching period it is necessary to complete all the practices and obtain a minimum score of 5 points.

Theoretical-practical exam (80%): Composed of theoretical-practical questions and problems, to be carried out at the official.

GLOBAL TEST (OFFICIAL CALLS)

The student's global assessment will be carried out in the two official exams.

- Theoretical-practical exam: CT grade from 0 to 10 points (80%).

- Laboratory exam: CL grade from 0 to 10 points (20%). It should only be taken by students who have not passed the practice during the teaching period. The exam will consist of the implementation of digital circuits similar to those developed during the course in the laboratory practice sessions.

The final grade will correspond to the weighted average between the grade of the practical part (CL, 20%), and the grade of the corresponding final exam (CT, 80%). However, it will be necessary to obtain a minimum grade of 4 points in each of the parts in order to pass the subject.


Curso Académico: 2023/24

30315 - Electrónica digital


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
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:
2
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

El objetivo de la asignatura es formar al alumno en los fundamentos de la electrónica digital. Se pretende conseguir capacidad de análisis, de diseño y de mantenimiento de sistemas electrónicos digitales.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/). En concreto, las actividades de aprendizaje previstas en esta asignatura contribuirán al logro de la meta 7.3 del Objetivo 7 y de la meta 13.3 del Objetivo 13.

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

3. Programa de la asignatura

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, estructura de un archivo VHDL, sentencias, 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. Distribuidores de información. Adaptadore triestado. Generadores/Comprobadores de paridad. Operadores aritméticos. Look-up table (ROM).
  • Sistemas secuenciales: Biestables. Registros. Contadores.
  • Reglas de diseño de circuitos digitales, descripción VHDL orientada al HW.

Tema 3: Diseño RTL.

  • Arquitectura RTL.
    • Control: Máquinas de estados (MEF).
    • Interfaz entrada/salida: Interfaz AXI4-Stream.
    • Camino de datos: Circuito iterativo secuencial.

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.
  • 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. Generador senoidal con interface AXI4-Stream. 
  • Ejercicio de diseño.

4. Actividades académicas

1.- Bloque A: 2.4 ECTS (60 horas)

1) Clase magistral (45 horas presenciales).

1.1) Clases teóricas: Sesiones expositivas y explicativas de contenidos. Se presentarán los conceptos y fundamentos de los sistemas digitales, ilustrándolos con ejemplos reales. Se fomentará la participación del estudiante a través de preguntas y breves debates.

1.2) 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.

2) Prácticas de laboratorio (15 horas presenciales).

Consistirá en la implementación de aplicaciones en un sistema de desarrollo, donde se valorará la metodología de diseño, el funcionamiento de la aplicación y el manejo de las herramientas. El estudiante dispondrá de un guion de cada práctica, que tendrá que preparar antes de su desarrollo en el laboratorio.

2.- Bloque B: 3.6 ECTS (90 horas)

1) Trabajos docentes (24 horas). 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 (60 horas). Se fomentará el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje. 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 (6 horas). 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.

5. Sistema de evaluación

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

Prácticas de Laboratorio (20%): Se calificarán mediante observación y análisis del trabajo de los estudiantes y de los informes de prácticas elaborados. Para superar las prácticas en el periodo docente es necesario realizar todas las prácticas y obtener una puntuación mínima de 5 puntos.

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

- Examen teórico-práctico: calificación CT de 0 a 10 puntos (80%).

- 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. 

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 para poder aprobar la asignatura.