La asignatura de Diseño Lógico tiene como propósito desarrollar los fundamentos necesarios para analizar, diseñar, simular y construir sistemas digitales, utilizando tanto componentes electrónicos discretos como herramientas de descripción de hardware. Al finalizar el curso, el estudiante será capaz de diseñar sistemas digitales simples mediante lenguaje gráfico y VHDL, así como circuitos de conversión analógico-digital (A/D) y digital-analógico (D/A) para la interconexión entre señales analógicas y sistemas digitales.
A lo largo del curso se abordarán los siguientes temas:
1. Sistemas numéricos y códigos: sistemas binario y hexadecimal, conversiones entre sistemas, representación de números con signo, complementos, punto flotante y códigos BCD y ASCII.
2. Compuertas lógicas y álgebra de Boole: operaciones lógicas, tablas de verdad, tipos de compuertas, formas canónicas, diagramas lógicos, leyes del álgebra de Boole y técnicas de simplificación mediante reducción algebraica, mapas de Karnaugh y el método de Quine–McCluskey.
3. Dispositivos lógicos programables y lenguajes de descripción de hardware: estudio de dispositivos PLD, CPLD y FPGA, fundamentos de los lenguajes HDL, organización y arquitectura del diseño digital, diseño jerárquico en VHDL, tipos de datos, síntesis e implementación.
4. Circuitos combinacionales: diseño y aplicación de codificadores, decodificadores, convertidores de código, multiplexores, demultiplexores y dispositivos lógicos programables.
5. Aritmética digital: medio sumador, sumador completo, sumadores binarios, restadores, operaciones con números con signo, detección de desbordamiento, multiplicación binaria, algoritmo de Booth, división binaria y fundamentos de la unidad aritmético-lógica (ALU).
6. Circuitos secuenciales: diagramas de tiempo, latches, flip-flops SR, D y JK, circuitos maestro-esclavo, disparo por flanco y diseño mediante diagramas de estado.
7. Contadores, registros y memorias: registros de carga y corrimiento, contadores síncronos, ascendentes y descendentes, diseño de contadores mediante flip-flops, así como fundamentos de memorias RAM y ROM.
8. Convertidores D/A y A/D: diferencias entre señales analógicas y digitales, proceso de conversión, características de los convertidores y estudio de configuraciones básicas de conversión entre ambos dominios.
El curso tiene un importante componente práctico. Se realizarán ejercicios de diseño y simplificación, simulaciones y prácticas de laboratorio relacionadas con compuertas lógicas, circuitos combinacionales, aritméticos y secuenciales, contadores, registros, memorias y convertidores A/D y D/A. También se contempla el desarrollo de sistemas digitales mediante componentes discretos y VHDL.
La evaluación considera principalmente ejercicios y problemas resueltos, reportes de prácticas de laboratorio, actividades de investigación, diseño de sistemas digitales y exámenes escritos.
En síntesis, Diseño Lógico permitirá pasar desde los fundamentos matemáticos de la lógica digital hasta el diseño e implementación de sistemas combinacionales y secuenciales, incorporando dispositivos programables y VHDL, con énfasis en la resolución de problemas, simulación y comprobación experimental en laboratorio.
A lo largo del curso se abordarán los siguientes temas:
1. Sistemas numéricos y códigos: sistemas binario y hexadecimal, conversiones entre sistemas, representación de números con signo, complementos, punto flotante y códigos BCD y ASCII.
2. Compuertas lógicas y álgebra de Boole: operaciones lógicas, tablas de verdad, tipos de compuertas, formas canónicas, diagramas lógicos, leyes del álgebra de Boole y técnicas de simplificación mediante reducción algebraica, mapas de Karnaugh y el método de Quine–McCluskey.
3. Dispositivos lógicos programables y lenguajes de descripción de hardware: estudio de dispositivos PLD, CPLD y FPGA, fundamentos de los lenguajes HDL, organización y arquitectura del diseño digital, diseño jerárquico en VHDL, tipos de datos, síntesis e implementación.
4. Circuitos combinacionales: diseño y aplicación de codificadores, decodificadores, convertidores de código, multiplexores, demultiplexores y dispositivos lógicos programables.
5. Aritmética digital: medio sumador, sumador completo, sumadores binarios, restadores, operaciones con números con signo, detección de desbordamiento, multiplicación binaria, algoritmo de Booth, división binaria y fundamentos de la unidad aritmético-lógica (ALU).
6. Circuitos secuenciales: diagramas de tiempo, latches, flip-flops SR, D y JK, circuitos maestro-esclavo, disparo por flanco y diseño mediante diagramas de estado.
7. Contadores, registros y memorias: registros de carga y corrimiento, contadores síncronos, ascendentes y descendentes, diseño de contadores mediante flip-flops, así como fundamentos de memorias RAM y ROM.
8. Convertidores D/A y A/D: diferencias entre señales analógicas y digitales, proceso de conversión, características de los convertidores y estudio de configuraciones básicas de conversión entre ambos dominios.
El curso tiene un importante componente práctico. Se realizarán ejercicios de diseño y simplificación, simulaciones y prácticas de laboratorio relacionadas con compuertas lógicas, circuitos combinacionales, aritméticos y secuenciales, contadores, registros, memorias y convertidores A/D y D/A. También se contempla el desarrollo de sistemas digitales mediante componentes discretos y VHDL.
La evaluación considera principalmente ejercicios y problemas resueltos, reportes de prácticas de laboratorio, actividades de investigación, diseño de sistemas digitales y exámenes escritos.
En síntesis, Diseño Lógico permitirá pasar desde los fundamentos matemáticos de la lógica digital hasta el diseño e implementación de sistemas combinacionales y secuenciales, incorporando dispositivos programables y VHDL, con énfasis en la resolución de problemas, simulación y comprobación experimental en laboratorio.
- Profesor: Mario Óscar Ordaz Oliver