ELECTRÓNICA DIGITAL Y...
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ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROCONTROLADORES
Ph.D. Yeison Javier Montagut Ferizzola Ph.D. Robinson Torres Villa
Ing. Biomédica, EIA-CES Envigado, julio de 2011
OBJETIVO GENERAL Diseñar sistemas electrónicos digitales básicos apoyándose en sus principios y leyes, inculcando el sentido de responsabilidad, creatividad, pensamiento analítico y trabajo en equipo para el desarrollo de proyectos en el área de la ingeniería biomédica. METODOLOGÍA
•Clases magistrales •Laboratorios •Análisis •Diseño •Simulación
CONTENIDO •Sistemas digitales •Sistemas combinacionales de mayor integración •Sistemas secuenciales •Microcontroladores
PRÁCTICAS DE LABORATORIO OBJETIVO GENERAL
1. Compuertas digitales (2 horas)
Clasificar las diferentes compuertas digitales de
acuerdo a su respuesta lógica.
2. Sistema digital en FPGA (2 horas)
Implementar un sistema combinacional básico en
una FPGA
3. Sistema digital combinacional (2 horas)
Diseñar un sistema digital basado en lógica
combinacional.
4. Sistema digital secuencial (2 horas)
Diseñar un sistema digital basado en lógica
secuencial.
5. Microcontroladores (programación en lenguaje
ensamblador (2 horas)
Implementar una aplicación básica con
microcontroladores programados en lenguaje
ensamblador.
6.Sistema basado en microcontroladores (2
horas)
Implementar una aplicación completa de
microcontroladores (programación + hardware).
EVALUACIÓN •Parcial (20%) – Lunes 12 de septiembre. •Final (30%) - Martes 15 de noviembre. Tema: Todo. •Laboratorios (20%) -6- •Proyecto integrador (15%) •Exámenes cortos (5) y trabajos(15%)
Fechas claves: • Examen
• Parcial: lunes 12 de septiembre. • Final: Martes 15 de noviembre.
• Talleres • Taller parcial: Jueves 8 de septiembre • Taller final: Jueves 10 de noviembre
• Laboratorios: • L1: Lunes 25 de julio y lunes 1 de agosto. • L2: Lunes 8 y Martes 16 de agosto. • L3: Lunes 22 y Lunes 29 de agosto. • L4: Lunes 5 y Martes 6 de septiembre. • L5: Lunes 3 y Lunes 10 de octubre. • L6: Jueves 3 y Martes 8 de noviembre.
Fechas claves: • Quices:
• Q1: Jueves 4 de agosto. • Q2: Jueves 18 de agosto. • Q3: Jueves 1 de septiembre. • Q4: Jueves 6 de octubre. • Q5: Martes 1 de noviembre. • Trabajo experimental extra clase (jueves 10 de
noviembre)
• Asesorías (oficina 104c – sede las palmas): • Lunes: 08:00 – 10:00 • Martes: 08:00 – 10:00 • Jueves: 10:00 – 12:00
• Días sin clase:
• Jueves 28 de julio y Jueves 13 de octubre.
BIBLIOGRAFÍA
MARCOVITZ, Alan B. Diseño digital. 2 ed. México: McGraw-Hill, 2005. (621.395/M321). MANO, M. Diseño Digital. 3 ed. México: Prentice Hall, 2003. (621.395/M877). FLOYD, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. 7 ed. Upper Saddle River: Pearson/Prentice Hall, 2000. (621.382/F645/7ed). ANGULO, José María y ANGULO, Ignacio. Microcontroladores PIC: la solución en un chip. 5 ed. México : McGraw-Hill, 2006. (004.24/C965m/5ed). VALDÉS, Fernando E. y PALLÁS, Ramón. Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. México: Alfaomega S.A. 2007. (004.24/V145). UYEMURA, John. Diseño de sistemas digitales. 6. ed. México: Prentice-Hall, 1997. MANO, Morris. y KIME, Charles. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. México: Pearson, 1998. (621.39/M875/3ed). ANGULO, José María y ANGULO, Ignacio. Microcontroladores PIC: diseño práctico de aplicaciones. Primera parte: el PIC16F84. Lenguajes PBASIC y ensamblador. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003. (004.24/A594). KIME, Charles R. y MORRIS, M. Fundamentos de diseño lógico y de computadores. 3 ed. Madrid : Pearson/Prentice Hall, 2005. (621.39/M875). BROWN, Stephen y VRANESIC, Zvonko. Fundamentals of digital logic with VHDL design. 3 ed. New York: McGraw-Hill, 2009. (621.395/B877/3ed). MORRIS, M. Diseño digital. 3 ed. México: Pearson/Prentice Hall, 2003. (621.395/M877). GARCÍA, Eduardo. Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC. México: Alfaomega S.A. 2008. (005.45/G216).
CAPITULO 1: SISTEMAS DIGITALES
1.1 INTRODUCCIÓN: Mundo discreto
Forma natural de las señales. Tiene infinitos puntos: función continua
http://elizabethredmond.greenoptions.com/files/images/electric%20generator_0.jpg http://static.howstuffworks.com/gif/cd-sample0.gif
CAPITULO 1: SISTEMAS DIGITALES
1.1 INTRODUCCIÓN: Mundo discreto o muestreado
Tiene puntos finitos: Señal discontinua
http://nexus404.com/Blog/2007/04/18/animated-led-clock/ http://thestereobus.com/wp-content/uploads/2008/01/sampled_signal.png
Digitalización de una señal analógica
Cuantificador Codificador Muestreador 𝒇(𝒕) 𝒇(𝒏)
ADC
0111001
Digitalización de una señal analógica
http://rodrigocadiz.com/imc/html/img156.png
Muestreada (tiempo)
Analógica
Cuantificada (Amplitud)
Digital (Tiempo-ampitud)
Sistema de conversión A/D-D/A
http://images.apple.com/uk/pro/techniques/connectingguitar/images/image_connectingguitar2.jpg
Analógico Digital Analógico
Conversión A/D Conversión D/A
Sistema de conversión A/D-D/A
Filtro antialising
Conversor A/D
Procesamiento digital
Conversor D/A
Filtro anti-imagen
Salida analógica
Entrada analógica
Proceso de cuantización
http://www.webkinesia.com/games/images/
Resolución en amplitud
Proceso de muestreo
http://zone.ni.com/images/reference/en-XX/help/371361B-01/loc_eps_samples.gif
Resolución temporal
Teorema del muestreo
Teorema de Shanon-Nyquist: Para reproducir fielmente una señal
analógica se debe muestrear como mínimo al doble del máximo componente frecuencial de la señal
señalladefreccompMaxf
muestreodeFrecuenciaf
ff
s
m
sm
:
:
*2
El filtro antialising garantiza que la señal a muestrear tenga un rango definido de frecuencias
Representación de señales digitales
Estados lógicos: Los valores que toma una señal digital se construyen a
partir de una representación de dos estados lógicos
Apagado
Encendido
http://www.hispapanels.com/tienda/images/onoffon.jpg
http://www.opencockpits.com/catalog/images/onoff.jpg http://www.artistsvalley.com/images
Representación de señales digitales
Funciones lógicas: Es la relación que se establece entre dos variables
lógicas
Interruptor Bombilla
Apagado Apagado
Encendido Encendido
I B
Falso Falso
Verdadero Verdadero
I B
0 0
1 1
Tabla de verdad
Variables lógicas
Representación de señales digitales
Funciones lógicas de varias variables
SW1 SW2 L1
0 0
0 1
1 0
1 1
SW1
SW-SPST
SW2
SW-SPST
L1 12V
BAT1 9V
Representación de señales digitales
Funciones lógicas de varias variables
SW3 SW4 L2
0 0
0 1
1 0
1 1
SW3
SW-SPST
SW4
SW-SPST
L2 12V BAT2
9V
Compuertas lógicas
Son representaciones esquemáticas de funciones lógicas, tienen su propia tabla de verdad y permiten la formación de diagramas lógicos
http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/LabDigI/Practicas/P4/Lab_Digital_I-4_html_m41e0209.png
Compuertas lógicas
Construcción circuital
http://i43.tinypic.com/2qa5ylc.jpg
Compuertas lógicas
Construcción circuital
http://i43.tinypic.com/2qa5ylc.jpg