En en campo de la cyberseguridad y la tecnología digital, comprender los circuitos y sistemas digitales emerge como una habilidad esencial. Estos conceptos forman la base que sustenta toda la tecnología moderna, desde los dispositivos móviles hasta las supercomputadoras. En este curso, se explorará cómo se construyen y operan los sistemas digitales combinacionales, las bases de los circuitos secuenciales y las familias de memorias con sus características y aplicaciones.
Con un enfoque learning by doing, el curso se articula alrededor de un proyecto transversal: el desarrollo de una maquina secuencial con funcionalidades progresivas. Mediante cuatro retos secuenciales, los estudiantes integran teoría y práctica: desde operaciones básicas hasta el diseño de la máquina secuencial usando componentes electrónicos digitales. Esta metodología no solo fortalece habilidades técnicas (diseño y modelación y simulación), sino que también fomenta el pensamiento crítico para descomponer problemas complejos en módulos manejables, preparando a los futuros ingenieros para abordar desafíos reales en entornos tecnológicos dinámicos.
RESULTADOS DE APRENDIZAJE
RDA 1: Identificar los componentes electrónicos básicos y su funcionamiento en circuitos digitales.
Criterio de evaluación 1: Identifica los conceptos básicos de los sistemas digitales combinacionales, incluyendo la descripción y análisis de sus componentes principales.
Criterio de evaluación 2: Aplica conceptos básicos de los sistemas digitales combinacionales para la resolución de problemas o proyectos.
Criterio de evaluación 3: Texto
RDA 2: Diseñar circuitos digitales y sistemas digitales complejos, empleando las herramientas adecuadas.
Criterio de evaluación 1: Demuestra conocimiento teórico sobre los conceptos básicos de los sistemas digitales secuenciales, incluyendo la descripción y análisis de sus componentes principales.
Criterio de evaluación 2: Diseña máquinas secuenciales básicas respondiendo a requerimientos específicos.
Criterio de evaluación 3: Texto
RDA 3: Realizar pruebas y depuración de circuitos utilizando las herramientas adecuadas, para llegar a la identificación y solución de problemas de manera eficiente.
Criterio de evaluación 1: Desarrolla circuitos digitales mixtos usando herramientas de simulación.
Criterio de evaluación 2: Evalúa circuitos digitales mixtos usando herramientas de simulación.
Criterio de evaluación 3: Texto
El proyecto final es la evaluación sumativa de los 3 retos, se considera como el entregable final de la asignatura.
Objetivo general
Implementar la simulación de una máquina secuencial que muestre un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia, un contador de diseño propio y almacene el mensaje en una memoria.
Objetivos específicos
Implementar la simulación de un Circuito Combinacional que sirva como interface entre números binarios de 4 dígitos y letras a presentarse en un display de 7 segmentos que presente un mensaje que contenga entre 13 y 15 caracteres.
Implementar la simulación de una máquina secuencial que cuente en hexadecimal del cero a la F alimentando el reloj con divisores de frecuencia.
Integrar los distintos módulos desarrollados como una máquina secuencial que presente un mensaje de hasta 15 caracteres y almacenando el mensaje en memoria.
Descripción del proyecto
El proyecto consiste en diseñar y simular una máquina secuencial que integre módulos de circuitos combinatoriales, MUX’s, Flip-flops y memorias. Esta máquina debe operar dentro de un entorno de simulación. El objetivo principal es entender cómo estos componentes interaccionan para procesar entradas secuenciales y producir salidas correspondientes, lo que representa una experiencia práctica para adquirir habilidades en la comprensión y diseño de los Circuitos y Sistemas Digitales.
Actividades:
Reto 1: Diseñar una interfaz que convierta la secuencia de números hexadecimales del 0 a la F, a un mensaje de texto entre 13 y 15 caracteres a presentarse en un display de 7 segmentos
Definir el mensaje a presentarse.
Diseñar el circuito combinacional.
Diseñar la interfaz de switchs electrónicos.
Simular la implementación
Reto 2: Diseñar un contador secuencial hexadecimal que cuente del cero a la F con un reloj de 1 Hz.
Diseñar el contador secuencial
Diseñar el reloj.
Simular la implementación.
Reto 3: Diseñar una máquina secuencial que muestra un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia y un contador de diseño propio.
Integrar los módulos desarrollados
Simular la implementación..
Reto 4: Simular una máquina secuencial que muestre un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia, un contador de diseño propio y almacene el mensaje en una memoria.
Integrar los módulos desarrollados
Incorporar la memoria de almacenamiento
Simular la implementación.
Metodología:
Desarrollo incremental: Cada reto corresponde a una entrega parcial del proyecto.
Pruebas unitarias: Verificar cada módulo individualmente antes de integrarlo.
Control de versiones: Usar Git para gestionar cambios y colaboración (opcional para equipos).
Criterios de Evaluación del Proyecto
Funcionalidad completa
Ponderación: 40%
Cumplimiento de los 4 retos con operaciones básicas y avanzadas.
Estructura del diseño
Ponderación: 25%
Tablas de verdad y diseño del circuito
Simulación
Ponderación: 20%
Funcionamiento correcto de cada módulo.
Documentación
Ponderación: 15%
Informe de cada módulo/reto.
Cronograma de entregables del Proyecto.
Clase 4 — Reto 1
Entregable: Interfaz que convierte la secuencia de números hexadecimales del 0 a la F, a un mensaje de texto entre 13 y 15 caracteres a presentarse en un display de 7 segmentos
Contenido: Simulación del circuito funcionando
Clase 8 — Reto 2
Entregable: Contador secuencial hexadecimal que cuenta del cero a F con un reloj de 1 Hz.
Contenido: Simulación del circuito funcionando
Clase 12 — Reto 3
Entregable: Máquina secuencial que muestra un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia y un contador de diseño propio.
Contenido: Simulación del circuito funcionando. .
Clase 16 — Reto 4
Entregable: Máquina secuencial que muestre un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia, un contador de diseño propio y almacene el mensaje en una memoria.
Contenido: Simulación del circuito funcionando.
RETO 1: Interfaz hexadecimal a 7 segmentos
Objetivo: Diseñar una interfaz que convierta la secuencia de números hexadecimales del 0 a la F, a un mensaje de texto entre 13 y 15 caracteres a presentarse en un display de 7 segmentos
Indicaciones:
Entrada/Salida de datos:
Entrada: Números hexadecimales de 0 a F
Salida: Caracteres de 7segmentos
Operaciones básicas:
Construir la tabla de verdad para decodificar la entrada hexadecimal a caracteres de 7 segmentos
Implementar la simulación
Validación simple:
Validar la simulación
RETO 2: ontador hexadecimal
Objetivo: Diseñar un contador hexadecimal que cuente del cero a la F con un reloj de 1 Hz.
Indicaciones:
Diagrama de estados:
Secuencia: 0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8 → 9 → A → B → C → D → E → F → 0...
Tabla de verdad:
Estado actual (Q3Q2Q1Q0) Próximo estado (D3D2D1D0)
0000 (0) 0001 (1)
0001 (1) 0010 (2)
…… …..
Implementación con flip-flops D o contadores:
Para cada bit (i=0 a 3), determinar la función de entrada Di:
D0 = Q0' (toggle cada ciclo)
D1 = Q1 XOR (Q0)
D2 = Q2 XOR (Q1 AND Q0)
D3 = Q3 XOR (Q2 AND Q1 AND Q0)
Conexión del reloj oscilador
Diseñar el oscilador con un oscilador 555 o similar.
RETO 3: Máquina secuencial
Objetivo: Diseñar una máquina secuencial que muestra un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia y un contador de diseño propio.
Indicaciones:
Definición del mensaje:
Determinar los caracteres exactos (ej. "DEJA_TU_HUELLA" = 14 caracteres)
Crear tabla de código para cada carácter (ASCII o propio)
Integración:
Desarrollar un diagrama de bloques
Integrar los módulos desarrollados previamente.
RETO 4: Máquina secuencial con almacenamiento
Objetivo: Simular una máquina secuencial que muestre un mensaje de 13 a 15 caracteres con, MUX, divisores de frecuencia, un contador de diseño propio y almacene el mensaje en una memoria.