CIRCUITOS DIGITALES II
Ultima Actualización: Septiembre 1999      English Version
OBJETIVOS
Que el estudiante, al finalizar el curso:
  • Entienda los conceptos fundamentales concernientes a los computadores digitales, los microprocesadores y los microcontroladores.
  • Posea criterios para la utilización de lógica digital y lógica programable en la creación de una solución, y dentro de la lógica programable sea capaz de seleccionar una plataforma particular (computador digital, microprocesador y microcontrolador).
  • Esté familiarizado con la solución de problemas reales utilizando el microcontrolador a nivel de componente y de tarjeta.
  • Haya trabajado en grupo en la creación de una solución, para que comprenda la necesidad de un enfoque organizacional.
    • EL COMPUTADOR DIGITAL (5H)

    Organización tipo Von Neumann. Microcomputador, microprocesador y microcontrolador. Arquitectura básica, buses, funciones de las diferentes unidades arquitectónicas. Ventajas del diseño basado en computadores digitales.

    INTRODUCCION A LOS DISPOSTIVOS LOGICOS PROGRAMABLES(3H)

    Microprocesadores y microcontroladores, PLDs y sus derivados; tecnologías de fabricación, diferencias entre RISC y CISC. Otros componentes requeridos: memoria, conversores DAC/ADC, manejadores de periféricos, entre otros. Ventajas comparativas del microprocesador y del microcontrolador a nivel de componente, criterios de selección.
    Familias de microcontroladores en el mercado.

    LA FAMILIA MCS-51 (5H)

    - Kernel o núcleo básico. Variantes y ámbito de aplicación de cada una.
    - Operación del 8051: Cada uno de sus elementos internos, interacción con el medio, conexión de memoria externa de datos y de código.
    - Procesamiento de una instrucción. Conjunto de instrucciones por clases: sintaxis y semántica. Ejemplos de codificación en Assembly.

    AMBIENTE DE DESARROLLO PARA EL 8051 (2H)

    Ciclo de desarrollo cruzado. Utilización de cada una de las herramientas, en particular el Simulador. Diferencias de los ambientes de diferentes fabricantes.

    FUNDAMENTOS PARA EL DESARROLLO DE PROYECTOS SENCILLOS (6H)

    Ciclo de vida: Manual de Usuario, SA/RT, Máquinas de estados finitos. Traducción de estos conceptos a código ejecutable. Simulación orientada a la prueba, modelamiento de condiciones reales.
    - Interfaces: elementos de entrada y de salida de información, multiplexación;manejo de diferentes voltajes, de señales analógicas y de elementos de potencia. - Otros aspectos a tener en cuenta.

    ARQUITECTURAS AVANZADAS (6H)

    - Microprocesadores de las familias Intel 80x86, Motorola 68000, SPARC, Alpha.
    - Esquemas avanzados de memoria: bancos y paginación, memoria caché primaria y secundaria, ancho de banda.
    - Esquemas avanzados de procesamiento: Pipeline, RISC, CISC, coprocesadores, sistemas multiprocesados.

    SISTEMAS DIGITALES A NIVEL DE TARJETAS: EL PC (4H)

    - Diferencias con el diseño a nivel de componente.
    - Servicios de la BIOS y del DOS. Interrupción hardware e interrupción software.
    - Uso del DEBUG y programación mixta para el manejo a bajo nivel del PC.

    METODOLOGÍA
    El curso es teórico-práctico. La distribución del tiempo es aproximadamente de 60% en clase y 40% en laboratorios.
    Con el fin de evaluar la suficiencia en inglés básico se deja material no traducido relativo a conceptos básicos de microcontroladores. Es un material de baja complejidad, corto y que es evaluado.
    Las clases en laboratorio se imparten mediante prácticas guiadas.
    Se realizan exposiciones cortas de aspectos tecnológicos puntuales, particularmente en la sección dedicada a las Arquitecturas Avanzadas.
    Al finalizar el curso se entrega un proyecto montado, basado en el microcontrolador 8051. Para la construcción de la solución se presta asesoría permanente durante las últimas semanas del semestre.
    PRACTICAS
    Todos las prácticas se realizan en grupos de 3 a 5 personas.

    MONTAJE DISCRETO (8H)

    Sistema sencillo basado en componentes discretos, que requiera utilización de memoria (volátil o no volátil), utilización de buses de datos y control.

    Objetivos: A) Demostrar la poca flexibilidad y expansibilidad de los diseños alambrados. B) Obtener experiencia en el montaje de circuitos digitales básicos. C) Emplear memorias y otros elementos de mediana complejidad.

    Sesión 1: (2H)

    Explicación de la metodología de laboratorio. Uso de memorias y conversores, programación de la EPROM, consideraciones del montaje: pruebas modulares, potencia manejada por los dispositivos, integración de módulos. Definición de cada proyecto.

    Sesiones 2 a 4: Montaje en laboratorio.

    USO DEL 8051 (10H)

    Cada sesión de 2 horas es un conjunto de prácticas dirigidas y documentadas, las cuales ilustran aspectos puntuales y complementadas con tareas evaluables. Se realiza la implementación de la misma práctica del montaje discreto con el fin de observar el cambio de paradigma por la utilización de la lógica programable.

    Sesión 1: Creación de aplicaciones: ciclo de desarrollo. Explicación general de cada herramienta y demostración con ejemplos sencillos. Utilización del simulador del 051. Tareas opcionales con énfasis en las instrucciones aritméticas.

    Sesión 2: Utilización de las instrucciones de control de flujo o de toma de decisiones. Diferenciación de las diferentes zonas de memoria: código, datos (bancos de registros, región de bits, stack, uso general, SFRs). Forma de acceso a código y a datos: ROM interna o externa, RAM interna o externa. Tipo de CPU a escoger para simulación. Tarea: diseño y utilización de una tabla Look-up.

    Sesión 3: Utilización de entradas y salidas del microcontrolador: Programación de entradas, simulación de entradas, interpretación de salidas. Bits de I/O especiales: entradas para temporizadores/contadores y para interrupciones externas. Uso del contador/temporizador: habilitación, programación, entrada externa, temporización. Uso de las interrupciones externas: habilitación, programación por nivel y por flanco (diferencias de procesamiento), atención de interrupción. Tarea: Tabla completa de interrupciones en aplicación sencilla.

    Sesiones 4 y 5: Aplicaciones ejemplo: cómo interpretar la simulación de casos completos, atención multinivel de interrupciones, interface con elemento reales: filtrado, manejo de señales, manejo de potencia, referencias digitales y analógicas.

    PROYECTO BASADO EN EL 8051 (12H)

    Cada grupo realiza un montaje que soluciona un problema real planteado a mediados del semestre. La definición detallada de requisitos se adelanta en la época entre el primero y el segundo parcial.