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El término digital se deriva de la forma en que las computadoras realizan las operaciones contando dígitos. Durante muchos años, las aplicaciones de la electrónica digital se limitaron sólo a los sistemas informáticos. Hoy en día, la tecnología digital tiene aplicaciones en un amplio rango de áreas además de la informática. Aplicaciones como la televisión, los sistemas de comunicaciones, de radar, sistemas de navegación y guiado, sistemas militares, instrumentación médica, control de procesos industriales y electrónica de consumo, usan todos ellos técnicas digitales. A lo largo de los años, la tecnología digital ha progresado desde los circuitos de válvulas de vacío hasta los transistores discretos y los circuitos integrados, conteniendo algunos de ellos millones de transistores. Esta asignatura presenta los conceptos teórico-prácticos, componentes y herramientas de análisis y diseño de sistemas digitales combinacionales y secuenciales básicos.

PRESENTACIÓN DEL CURSO

El término digital se deriva de la forma en que las computadoras realizan las operaciones contando dígitos. Durante muchos años, las aplicaciones de la electrónica digital se limitaron sólo a los sistemas informáticos. Hoy en día, la tecnología digital tiene aplicaciones en un amplio rango de áreas además de la informática. Aplicaciones como la televisión, los sistemas de comunicaciones, de radar, sistemas de navegación y guiado, sistemas militares, instrumentación médica, control de procesos industriales y electrónica de consumo, usan todos ellos técnicas digitales. A lo largo de los años, la tecnología digital ha progresado desde los circuitos de válvulas de vacío hasta los transistores discretos y los circuitos integrados, conteniendo algunos de ellos millones de transistores. Esta asignatura presenta los conceptos teórico-prácticos, componentes y herramientas de análisis y diseño de sistemas digitales combinacionales y secuenciales básicos.

Portada 

OBJETIVOS GENERALES

  • Comprender los conceptos fundamentales para analizar sistemas digitales y las técnicas que existen para su diseño.
  • Aprender la matemática subyacente al proceso de análisis y diseño de sistemas digitales.
  • Ser capaz de emplear herramientas de software para la simulación de sistemas digitales.
  • Entender la relación existente con la arquitectura de computadores.

 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Conocer la diferencia entre los sistemas analógicos y digitales.
  • Conocer aplicaciones típicas de los sistemas digitales tales como: Transferencia de datos digitales, generación de funciones lógicas, contadores, registros de desplazamiento, etc.
  • Aprender y aplicar el álgebra de booleana, leyes, reglas y teoremas básicos necesarios para el proceso análisis y diseño de circuitos digitales.
  • Comprender y aplicar las metodologías existentes para llevar a cabo el proceso de análisis de circuitos combinacionales.
  • Comprender y aplicar las metodologías existentes para llevar a cabo el proceso de diseño de circuitos combinacionales.
  • Comprender y aplicar las metodologías existentes para realizar el análisis de circuitos secuenciales.
  • Comprender y aplicar las metodologías existentes para realizar el diseño de circuitos secuenciales.
  • Entender cómo aplicar los conceptos aprendidos en la asignatura para la realización de circuitos digitales más complejos como microprocesadores, computadoras, entre otros.
  • Conocer y hacer uso de herramientas de software orientadas al análisis y diseño de circuitos digitales tales como PROTEUS, MULTISIM o PSPICE.

 

METODOLOGÍAS

El curso “Sistemas Digitales” está diseñado en formato de unidades o temas. Cada unidad va acompañada de recursos multimedia a través de los cuales el lector podrá adquirir los conocimientos teórico-prácticos apropiados para el entendimiento de los temas tratados. Las unidades están estructuradas con un grado de complejidad creciente por lo que se recomienda estudiarlas de manera secuencial. Los contenidos del curso se entregan mediante sesiones y/o clases presenciales, complementando además con tutorías virtuales mediante el empleo de herramientas de comunicación y apoyo multimedia.

Para propósitos de evaluación del curso, se realizan tres pruebas de cátedra. La primera cubre las unidades 1, 2, 3, 4; la segunda las unidades 5, 6, 7, 8; y, la tercera, cubre las unidades 9 y 10. Además, la evaluación se complementa con la realización de tareas de trabajo en grupo cuyo objetivo es aplicar los contenidos al análisis y diseño de circuitos que den solución a problemas reales. En esta etapa se fomenta además la utilización de herramientas de software para simular los diseños logrados. El rol del profesor y del ayudante será guiar el proceso de aprendizaje de los estudiantes mediante clases presenciales (profesor), tutorías para la resolución de ejercicios (ayudante) y atención de dudas del alumnado tanto de forma presencial o virtual a través del aula virtual.

 

CONTENIDOS

 

UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS CONCEPTOS DIGITALES

  • Introducción
  • Sistemas Analógicos y Digitales
  • Magnitudes binarias y niveles lógicos
  • Transferencia de datos (serie y paralelo)
  • Operaciones y funciones lógicas
  • Circuitos integrados e instrumentación

 

UNIDAD 2: SISTEMAS DE NUMERACIÓN, OPERACIONES Y CÓDIGOS

  • Sistemas de numeración decimal, binario, octal y hexadecimal
  • Conversiones entre sistemas de numeración
  • Aritmética binaria (suma, resta, multiplicación y división)
  • Códigos BCD, GRAY y ASCII
  • Detección y corrección de errores en códigos binarios

 

UNIDAD 3: PUERTAS LÓGICAS

  • Puertas lógicas básicas NOT, AND, OR
  • Puertas NOR, NAND, XOR, XNOR
  • Familias de lógica de función fija TTL y CMOS (análisis de datasheets)
  • Características y parámetros de funcionamiento

 

UNIDAD 4: ÁLGEBRA DE BOOLE Y SIMPLIFICACIÓN LÓGICA

  • Operaciones y expresiones booleanas
  • Leyes y reglas del álgebra de Boole
  • Teoremas de DeMorgan
  • Análisis booleano de circuitos lógicos
  • Simplificación lógica mediante el álgebra booleana
  • Simplificación lógica mediante Mapas de Karnaugh

 

UNIDAD 5: ANÁLISIS DE LA LÓGICA COMBINACIONAL

  • Circuitos lógicos combinacionales básicos
  • Implementación de la lógica combinacional
  • Propiedad universal de las puertas NAND y NOR
  • Tablas de verdad, cronogramas de tiempo, circuito

 

UNIDAD 6: FUNCIONES DE LA LÓGICA COMBINACIONAL

  • Sumadores y comparadores combinacionales
  • Codificadores y decodificadores
  • Convertidores de código
  • Multiplexores y demultiplexores
  • Comprobadores de paridad

 

UNIDAD 7: LATCHES, FLIP-FLOPS Y TEMPORIZADORES

  • Componentes básicos de la lógica secuencial
  • Latches RS, D, T
  • Flip-flops RS, JK, D, T
  • Aplicaciones típicas con flip-flops
  • Monoestables y temporizadores

 

UNIDAD 8: ANÁLISIS Y SÍNTESIS DE CIRCUITOS SECUENCIALES

  • Concepto de máquinas de estados finitos
  • Modelos secuenciales y sus representaciones
  • Proceso de análisis de circuitos secuenciales
  • Proceso de síntesis (diseño) de circuitos secuenciales

 

UNIDAD 9: APLICACIONES DE CIRCUITOS SECUENCIALES

  • Contadores
  • Registros de desplazamiento
  • Unidades aritméticas ALU

 

UNIDAD 10: INTRODUCCIÓN A LA ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

  • Componentes de un computador
  • Memorias y almacenamiento
  • Introducción a los microprocesadores


BIBLIOGRAFÍA

 

  • Libro base: [1] Thomas L. Floyd, “Fundamentos de Sistemas Digitales”, Prentice-Hall, España, 2006.


BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

 
  • [2] Daniel D. Gajski, “Principios de Diseño Digital”, Prentice-Hall, España, 1997.
  • [3] Ronald J. Tocci, “Sistemas digitales. Principios y aplicaciones”, Prentice-Hall, México, 2007.
  • [4] C. Baena, M.J. Bellido, A.J. Molina, M. Parra, M. Valencia, “Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales”, Mc Graw Hill, España, 1997.
Copyright 2009, Autores y colaboradores. Reconocer autoría/Citar obra. Programa. (2011, June 15). Retrieved July 22, 2017, from PUCV OPENCOURSEWARE Web site: http://ocw.pucv.cl/cursos-1/sistemas-digitales/programa. Todos los derechos reservados