Digital electronics

El objetivo principal de la asignatura es proporcionar al@ alumn@ los fundamentos básicos de la electrónica digital. Los resultados del aprendizaje perseguidos son:
• Capacidad de análisis y diseño de circuitos combinacionales y secuenciales, síncronos y asíncronos.
• Capacidad de análisis y diseño de circuitos digitales con utilización de circuitos integrados.
• Aplicar tecnologías digitales para la resolución de problemas y aplicaciones en diversos campos de la ingeniería.
• Planificar de forma correcta la estructura global de un sistema digital, así como la interrelación entre sus diferentes elementos.
• Manejar las herramientas de diseño y programación necesarias que permitan el correcto desarrollo de un sistema digital.
• Seleccionar dispositivos lógicos programables sencillos.
• Conocimiento y aplicación de los fundamentos de lenguajes de descripción hardware.
• Programar y simular el comportamiento de sistemas digitales mediante un lenguaje de descripción hardware.

Los contenidos de esta asignatura están encaminados a proporcionar una introducción a la electrónica
digital desde una perspectiva práctica.

De acuerdo al programa acordado los contenidos generales de la materia son:


- Funciones lógicas.
- Álgebra de Boole.
- Puertas lógicas.
- Implementación física: familias lógicas.
- Síntesis de funciones lógicas.
- Minimización.
- Bloques combinacionales.
- Sistemas secuenciales síncronos y asíncronos.
- Dispositivos lógicos programables.
- FPGAs.
- Lenguajes de descripción de hardware


Estos contenidos se estructuran en el siguiente programa


Tema 1: Introducción al procesamiento digital de la información
(2 horas presenciales, 2 no presenciales)

• Variables y operadores lógicos
• Funciones lógicas: formas canónicas
• Representaciones completas con operadores NAND y NOR
• Minimización de funciones

Tema 2: Puertas lógicas y su implementación física: familias lógicas
(3 horas presenciales, 6 no presenciales)

• Caracterización de las distintas familias lógicas
• Familias TTL, ECL, MOS y CMOS
• Comparación


Tema 3: Lógica combinacional
(4 horas presenciales, 10 no presenciales)

• Funciones aritmético-lógicas
• Sistemas de numeración
• Sumadores y restadores
• Comparadores
• Unidades aritmético-lógicas
• Funciones de ruta de datos
• Multiplexores y demultiplexores
• Codificadores

Tema 4: Lenguajes de descripción hardware orientados a la síntesis lógica
(3 horas presenciales, 12 no presenciales)
• Introducción a lenguajes HDL.
• Simuladores lógicos tipo Netlist vs HDL


Tema 5: Lógica combinacional programable
(2 horas presenciales, 6 no presenciales)

• Arquitecturas PROM, PAL y PLA

Tema 6: Lógica secuencial
(5 horas presenciales, 20 no presenciales)


• Concepto de estado
• El tiempo en digital: comportamiento síncrono y asíncrono
• Biestables
• Contadores y registros
• Temporizadores y relojes

Tema 7: Memorias RAM y CAM
(2 horas presenciales, 4 no presenciales)

• Memorias de lectura/escritura volátiles

Tema 8: Lógica secuencial programable
(3 horas presenciales, 12 no presenciales, 4 horas de prácticas)

• Dispositivos lógicos programables complejos (CPLD)
• FPGAs
• Familias, arquitecturas, programación


Las horas no presenciales contabilizan también el tiempo estimado del alumno a resolver trabajos asignados en cada una de los apartados.

En las prácticas se cubren aspectos de aplicación directa de los temas presentados anteriormente. Se asignan a las prácticas un total de 12 horas presenciales y 30 de trabajo de estudio y elaboración de memorias por parte del/de la alumn@.

Se realizarán en 3 sesiones cubriendo distintos aspectos del temario, correspondientes a 3 temáticas fundamentales:

Parte 1 (4 horas)
Prácticas de desarrollo de aplicaciones con protoboard y chips de portas lóxicas. Acoplamientos entre circuitos digitales funcionando a diferentes tensiones de trabajo, uso de optoacopladores y buffers. Se incidirá sobre aspectos de conexión de señales lógicas de campo a la circuitería.

Parte 2 (4 horas)
Simulador digital tipo Netlist: Logisim
Desarrollo de circuitos de mayor complejidad de tipo combinacional y secuencial sobre simulador. En este caso se incidirá en aspectos como la aritmética binaria y el desarrollo de bloques funcionales reutilizables.

Parte 3(4 horas)
Descripción HDL: Lenguaje Verilog sobre software de diseño y simulación. Paradigmas de diseño orientados a FPGA basados en el desarrollo por separado de módulos de circuito y módulos de testeo. Se realizarán sobre el simulador EDA y se descargaran sobre placas de prototipado con FPGA.

Bibliografía Básica:
Floyd. Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. 11ª edición. Pearson-Prentice Hall, Madrid 2016
J. Mira, A.E. Delgado, S. Dormido, M.A. Canto. Electrónica digital. Editorial Sainz y Torres, S.L., 2001.

Bibliografía en inglés:
Floyd. Thomas L. Digital Fundamentals. 11ª edición. Pearson Educational Limited.

Al terminar con éxito esta asignatura, el alumnado será capaz de:
Conocimiento:
Con14. Conocer los fundamentos de lenguajes de descripción de dispositivos hardware.
Con15. Conocer las herramientas de diseño y programación de un sistema digital, así como la interacción entre sus
diferentes elementos.
Destreza:
H/D13. Planificar de forma correcta la estructura global de un sistema digital, así como la interacción entre sus
diferentes elementos y simular su comportamiento.
H/D14. Analizar y diseñar circuitos combinacionales y secuenciales, síncronos y asíncronos.
H/D15. Manejar herramientas de diseño y programación que permitan el correcto desarrollo de un sistema digital.
Competencia:
Comp05. Conocer los fundamentos y aplicaciones de la electrónica digital y microprocesadores

La asignatura consta tanto de contenidos teóricos como prácticos y de seminario. En la clase de teoría el profesor expondrá los contenidos teóricos de la materia apoyándose en materiales multimedia. Estas clases se completarán con la discusión de problemas sobre análisis y síntesis de circuitos digitales a realizar en los seminarios. Para la realización de las prácticas los alumnos dispondrán de guiones que reflejarán sus objetivos, material y métodos. La realización de las prácticas será obligatoria.
Para el estudio de la asignatura el alumno dispondrá de la bibliografía básica de la asignatura, así como del material de apoyo que use el profesor, al que se podrá acceder también desde la USC virtual.


Los cauces de comunicación telemáticos viables entre alumno e profesor serán todos los que la USC ponga a disposición del alumnado: aula virtual Moodle, Teams (chat y comunicación de voz con video opcional) y correo electrónico.

Como regla general la evaluación de la materia estará determinada por 3 partes: una evaluación contínua de las tareas asignadas a lo largo del curso, una evaluación del trabajo en las prácticas de laboratorio y un examen final.

Las tareas asignadas consistirán en problemas de diseño de circuitos digitales de aplicación de los contenidos desarrollados en las clases expositivas y en los seminarios.
Respecto a las prácticas se evaluarán tanto los trabajos en laboratorio (caso presencial) y el nivel de comprensión de lo que se está haciendo mediante entrevista, como de memorias explicativas del proceso, incluyendo ficheros de código fuente en las prácticas que incluyen programación de equipos.

Se usarán los siguiente porcentajes para valorar el nivel de aprendizaje:


Prácticas: 15% da nota final. Carácter obligatorio.
Tareas entregables: 25% de la nota final. Será obligatorio entregar o 80% de las asignación con una calidade aceptable, que demuestre que fueron realizadas de manera personal, no fraudulenta, y con un nivel de desarrollo mínimo para ser considerados. Una baja calidad de las entregas, inferior a 5 puntos/ 10 en cada una las invalidará para su consideración de “entregadas”.
Examen final: Será presencial y supondrá el 60% de la nota final. Es examinable en esta prueba la materia que, por su naturaleza se desarrolle exclusivamente en el laboratorio de prácticas. Será requisito obtener un mínimo de 4 /10 puntos para poder compensar con tareas entregables y/o prácticas y superar la asignatura.


Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de
aplicación lo recogido en la "Normativa de avaliación do rendemento académico dos
estudantes e de revisión de cualificacións”


Los alumnos repetidores no tendrán ninguna consideración especial y deberán realizar todas las tareas en cada uno de los escenarios.

Los alumnos con dispensa no tendrán que asistir a las clases teóricas pero deberán presentar todas las tareas y realizar las prácticas de laboratorio según los criterios de cada escenario, así como entregar las memorias exigidas.

Evaluación en segunda oportunidad:
Las tareas asignadas que deben entregarse en cada uno de los escenarios para la evaluación contínua deben tener un nivel de aprobado para poder superar la asignatura exclusivamente con un examen de segunda oportunidad.
En otro caso le será asignado al alumno un conjunto de nuevas tareas de duracción y dificultad equivalente a las realizadas durante el curso para la evaluación contínua, que deberá realizar y entregar para su evaluación antes de la fecha de evaluación de segunda oportunidad.


Las competencias generales y específicas se evalúan a través de los distintos sistemas propuestos y serán de consideración para evaluación. El resto de competencias no están sujetas a evaluación en esta asignatura.

En un caso normal, el alumno dedicará 24 horas a la asistencia a las clases presenciales, 12 horas a realizar prácticas en el laboratorio. otras 12 horas a la realización de seminarios y 72 horas al trabajo personal. Esta distribución temporal sería suficiente para que un alumno promedio optase a la máxima nota posible.

Debido a la alta correlación existente entre los conceptos desarrollados en las clases de teoría y los contenidos de las prácticas y los seminarios, se recomienda a los alumnos constancia en el estudio de la materia, acudiendo a las sesiones de prácticas y seminarios con los conceptos ya trabajados. Con la realización de las prácticas y los seminarios, éstos quedarán claros y asentados, facilitándose así el estudio y comprensión de la materia.