Asignaturas de grado
Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos (DCSE)
La asignatura "Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos", última troncal del Plan de Estudios 94 en el área Electrónica, pretende completar lo que se podría denominar “formación básica electrónica" del Ingeniero de Telecomunicación. Así, por una parte, se completan aspectos generales y clásicos dentro de la enseñanza de la electrónica que se deriven de la docencia de las asignaturas electrónicas previas. Por otra parte, se incorporan aspectos tan esenciales como metodóloga de diseño y herramientas de ayuda, sin las cuales no se concibe el diseño electrónico actual.
La práctica docente en el marco de esta asignatura se basa en facilitar tanto la adquisición de los nuevos conocimientos por parte de los alumnos, como su capacitación para saber valorar dichos conocimientos y ver su aplicación en la práctica de la profesión del Ingeniero de Telecomunicación. Con la visión global que se ofrezca en esta asignatura, el Ingeniero de Telecomunicación deberá ser capaz de comprender y, en su caso, abordar el diseño de un sistema electrónico de complejidad media. Para ello, se estudian:
- los conceptos involucrados en el diseño electrónico (tanto analógico como digital) con un nivel de abstracción medio-alto y su impacto en las decisiones de diseño;
- las alternativas de diseño existentes, identificando sus ventajas e inconvenientes y factores de compromiso;
- las fases de diseño involucradas y los parámetros que se manejan en cada una de ellas;
- las herramientas existentes, su uso y su influencia en la solución obtenida.
La primera parte de la asignatura (subsistemas electrónicos analógicos) incorpora los conocimientos necesarios sobre diseño de bloques analógicos y su papel en el acondicionamiento de señales para su posterior tratamiento (digital). Se tratan todos los conceptos asociados a esta etapa del procesado de señal (limitaciones estáticas y dinámicas, amplificación, muestreo, etc.), relacionando su influencia en las características globales del sistema. Se analizan también los circuitos no lineales con amplificador operacional y los generadores de señal no sinusoidales. Finalmente se analizan los convertidores analógico-digitales y digital-analógicos.
En la segunda parte (subsistemas electrónicos digitales) se estudian los distintos subsistemas digitales tanto para procesamiento de datos como para control (sumadores, multiplicadores, registros, contadores), haciendo énfasis en sus características arquitecturales. También se trata la temporización, clave en el diseño de circuitos digitales, analizando aspectos tales como la segmentación y el paralelismo. De nuevo, el impacto de los mismos en las prestaciones a nivel de sistema se estudia en detalle.
1. Introducción al Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos (0,2 créditos)
2. Sistemas electrónicos analógicos (3,4 créditos)
2.1 El amplificador operacional (a.o.) ideal y real. Circuitos lineales con a.o.
2.2 Circuitos no lineales basados en a.o.
2.3 Generadores de señal. Osciladores de relajación.
2.4 Conversión A/D y D/A.
3. Diseño de Sistemas Digitales (2,4 créditos)
3.1 Diseño de subsistemas secuenciales síncronos: conceptos, cálculo de la frecuencia de funcionamiento, problemas y soluciones (skew, jitter), arquitecturas segmentadas.
3.2 Diseño de subsistemas combinacionales: conceptos, enfoques de diseño (optimización), consideraciones según la tecnología, problemas y sus soluciones (por ejemplo: carreras, glitches).
3.3 Diseño de bloques aritméticos combinacionales: sumadores, restadores, comparadores, multiplicadores.
3.4 Problemas prácticos de diseño de arquitecturas de procesadores simples: diseño de bloques combinacionales, temporización del procesador, unidad de control, etc.
Examen sobre toda la asignatura: martes 3 de febrero de 2015, 09:00-12:00 horas.
Sin la utilización de textos de consulta o apuntes, habrá que resolver problemas o cuestiones basados en los aspectos desarrollados en clase (en cursos anteriores), tanto de la parte analógica como de la parte digital.
Laboratorio de Circuitos Electrónicos (LCEL)
El objetivo fundamental de esta asignatura de Laboratorio es permitir al alumno el desarrollo experimental de los conocimientos de electrónica circuital, tanto analógica como digital, que ha adquirido en los cursos anteriores. En base a ellos, y con la ayuda y supervisión de los profesores de la asignatura, el alumno diseñará, construirá y medirá circuitos reales que cumplan especificaciones razonables para su nivel de conocimientos de electrónica. Igualmente, se comenzará a abordar el desarrollo de nociones básicas de diseño de alto nivel de sistemas más o menos complejos, como aptitud fundamental en la evolución de un ingeniero. El soporte teórico lo ofrecen, fundamentalmente, las asignaturas de Circuitos Electrónicos Analógicos y Circuitos Electrónicos Digitales.
Programa Por su diferente temática, el alumno deberá realizar una práctica en la que se combinan circuitos analógicos y digitales. El enfoque está orientado a la construcción de un sistema más o menos real, pero completo desde el punto de vista de su funcionalidad, y en el que se trata de aportar una visión modular que ayude al alumno en el proceso. Este enfoque eminentemente basado en el diseño se complementará con alguna aportación apoyada en el análisis de circuitos y la justificación de los resultados experimentales obtenidos. El desarrollo del Laboratorio implica el análisis de unas especificaciones, el diseño y/o análisis de los circuitos correspondientes a cada módulo o subsistema planteado, el montaje de aquéllos y la medida sobre el circuito real, comprobando finalmente su correcto funcionamiento de acuerdo con las especificaciones. Opcionalmente, el alumno tiene a su disposición herramientas de análisis y diseño electrónico, tanto analógico como digital, de forma que pueda simular y optimizar el correcto funcionamiento de su circuito a lo largo de la fase de diseño y pruebas del mismo.
La evaluación de la asignatura estará basada principalmente en la realización de un examen oral sobre cada una de las prácticas, así como en la presentación de una memoria explicativa sobre el trabajo realizado. En el examen se harán preguntas sobre el proceso de análisis y síntesis, la problemática encontrada, así como la justificación de las alternativas y soluciones adoptadas.
Sistemas Electrónicos Digitales (SEDG)
- Esta asignatura trata fundamentalmente del estudio de los microprocesadores/microcontrladores y de su utilización en el diseño de sistemas electrónicos. Avanza, por tanto, en el estudio de los circuitos digitales con un nuevo caso no considerado en la asignatura de Circuitos Electrónicos Digitales: los sistemas programables.
- Tras una revisión de los conceptos básicos de arquitectura de ordenadores vistos en Fundamentos de los Ordenadores, la asignatura se estructura alrededor de un microcontrolador concreto, el Motorola ColdFire MCF5272, sobre el que se introducen los aspectos básicos presentes en cualquier sistema realizado con éste o con cualquier otro microcontrolador.
- En la asignatura se tratan tanto los aspectos hardware (conexión, utilización de periféricos, temporizaciones, interrupciones, etc.), como software (programación en lenguaje ensamblador) de un sistema basado en microcontrolador. El dominio de ambos aspectos resulta fundamental para el posterior Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales.
Introducción (0,1 créditos): Presentation del curso.
El sistema microprocesador (0,3 créditos): Elementos de un sistema microprocesador. El mercado actual de los microprocesadores.
Programación de la familia ColdFire (1 crédito): Programación en ensamblador. El modelo de programación del ColdFire. El juego de instrucciones del ColdFire: datos. El juego de instrucciones del ColdFire: control.
Arquitectura hardware del MCF5272 (0,8 créditos): Arquitectura del sistema. Terminales y señales externas. Configuración del sistema de memoria.
Excepciones en el sistema microprocesador (0,8 créditos): Excepciones. Interrupciones. Protección del sistema y gestión del consumo.
Entrada/Salida en el sistema microprocesador (1 créditos): Entrada/Salida. Entrada/Salida en paralelo. Entrada/Salida en serie.
Módulos de temporización en el sistema microprocesador (0,8 créditos): Temporizadores programables. Modulación por anchura de pulso.
Memorias en el Sistema Microprocesador (0,6 créditos): Memorias integradas VLSI. Memorias dinámicas.
- La asignatura se evalúa continuamente durante el curso y mediante un examen final realizado en la convocatoria de exámenes de Febrero. Si un alumno no asiste a clase y, por tanto, no se beneficia de la evaluación continua, su calificación final se obtiene sólo del examen de Febrero, necesitando al menos 5 de los 10 puntos del examen para aprobar la asignatura. Dicho examen incluye un problema relativo a un sistema completo como los realizados en clase a lo largo del curso, así como preguntas conceptuales o de orden práctico.
- Los alumnos que asistan a clase pueden sumar a la nota del examen final hasta 2 puntos adicionales como resultado de la evaluación continua durante el curso. Para ello se deben cumplir dos condiciones: obtener al menos un 0,8 en la evaluación continua (40% de los 2 puntos) y obtener al menos 4 de los 10 puntos del examen de Febrero. La evaluación continua se basa, entre otros, en la asistencia a clase, la participación en la misma con dudas o respondiendo a preguntas que pueda realizar el profesor, en la realización de exámenes breves en clase sin previo aviso, etc. Estos exámenes breves constan de preguntas cortas, tanto teóricas como prácticas, sobre la materia impartida hasta ese momento.
- Caso de no aprobarse la asignatura en Febrero, la nota de la evaluación continua se guarda hasta la convocatoria de Septiembre, obteniéndose la nota final en dicha convocatoria del mismo modo que en Febrero.
- Todos los exámenes de la asignatura se realizan sin libros ni apuntes. Sin embargo, no se pretende que los alumnos conozcan todos los detalles del microcontrolador ColdFire. Por ello, aquella información del Resumen Básico del ColdFire MCF5272 disponible en la página web de la asignatura que sea necesaria para la realización de un examen, será suministrada como parte del enunciado del mismo. Por tanto, es recomendable que el alumno se familiarice previamente con la forma de organización de la información en dicho documento, para así no perder tiempo en localizarla durante el examen.
Circuitos Electrónicos Digitales (CEDG)
El principal objetivo de esta asignatura es la obtención de un nivel básico de conocimientos en Electrónica Digital y sentar las bases para poder realizar el análisis y diseño de circuitos electrónicos digitales complejos, que se completará en asignaturas de cursos posteriores. La evolución más relevante de la Electrónica Digital durante los últimos años ha sido en el grado de complejidad de los sistemas que con ella se realizan, pasando de componentes sencillos a la realización de sistemas completos. Para abordar el problema de la elevada complejidad se ha optado por realizar un enfoque en el que se definen nuevos de niveles de abstracción sobre el clásico nivel lógico, como el RTL y el funcional. En el planteamiento del programa de la asignatura se parte con una introducción de los niveles eléctrico y lógico para centrar a continuación el mayor peso de la asignatura en los niveles estructural y funcional, para lo que se introduce el lenguaje de descripción hardware VHDL.
1. Introducción (0,1 créditos)
Información administrativa. Descripción del temario.
2. Principios básicos (0,4 créditos)
Niveles lógicos en lógica binaria. Carga y descarga de capacidades en CMOS. Temporización básica
3. Codificación de la información y álgebra de conmutación (0,7 créditos)
Principios de numeración. Lógica booleana. Axiomas y ecuaciones. Representación de circuitos. Simplificación por Karnaugh.
4. Circuitos combinacionales (1 crédito)
Puertas lógicas simples y complejas. Multiplexores. Elementos varios: codificadores y decodificadores, comparadores y operadores. Memorias ROM, RAM y EPROM.
5. Circuitos secuenciales (1 crédito)
Báscula R-S. Latches y biestables. Registros. Contadores. Registros de desplazamiento.
6. Teoría de autómatas (0,6 créditos)
Máquinas de Mealy y Moore. Diseño de máquinas de estados.
7. Descripciones funcionales y estructurales (0,7 créditos)
Descripciones funcionales y estructurales. Introducción al lenguaje VHDL. Descripciones en VHDL. Componentes sobre los que realizar la síntesis: CPLD y FPGA. Ejemplos adicionales y ejercicios
La evaluación de la asignatura se realiza mediante un examen en el que no se permite la utilización de libros ni apuntes. Su duración estimada será de unas tres horas y que generalmente constará de problemas de aplicación donde se ponga de manifiesto el dominio de los conocimientos teóricos de la asignatura.
Fundamentos Electrónicos de las Comunicaciones (FELC)
Esta asignatura pretende ofrecer un planteamiento que abarque una panorámica lo más global posible de la Electrónica y su incidencia en los diferentes entornos de la sociedad. El enfoque que se adoptará será el histórico que servirá de hilo conductor para analizar los diferentes planteamientos posibles. No sólo se verán los desarrollos habidos y sus logros sino también las razones del paso de una tecnología a otra. Con ello se enseñará al alumno que no es sólo importante conocer qué puede lograr una técnica sino también hasta dónde puede llegar y cómo se la puede sustituir cuando haya alcanzado su zenit. Este enfoque acostumbrará al alumno a aprender de las lecciones que proporciona la historia y a comprobar que el no-conocimiento de la historia hace repetir, a veces, fallos y errores cometidos antes. Y, al mismo tiempo que lo anterior, también se deberán extraer las consecuencias de que es la sociedad, en muchos casos, la que determina un camino a seguir aunque los técnicos pudieran haber pronosticado otro.
Programa Nacimiento de las Telecomunicaciones. Algunas etapas de su avance en los siglos XVIII y XIX (0,8 crd.) Los inicios de la Electrónica. La etapa de las válvulas de vacío. Primeros avances. Desarrollo de la televisión (0,5 crd.) Inicio de una nueva era: los semiconductores y primeros dispositivos (0,8 crd.) La familia del transistor. Repercusiones en las comunicaciones y otras tecnologías afines (0,7 crd.) Tecnología planar: del nacimiento de la Microelectrónica a la Nanoelectrónica (1,0 crd.) El Microprocesador: camino y triunfo de la miniaturización (0,6 crd.) Diseño de Sistemas Electrónicos (0,4 crd.) La Electrónica en Comunicaciones e Informática (0,5 crd.) Incorporación de la Óptica a la Electrónica. Antecedentes. Tecnologías previas. Láser, fibras ópticas y comunicaciones. Otras aplicaciones del láser (0,7 crd.)
Un examen final, en forma de test, en el que se plantean preguntas de carácter conceptual y aplicado, así como de los hitos fundamentales de la Electrónica y las Comunicaciones. A lo largo del curso, cada profesor podrá indicar trabajos que pueden contribuir a la nota final. El primer día de clase se indicarán detalles al respecto.
Laboratorio de Diseño Microelectrónico (LDIM)
El Laboratorio de Diseño Microelectrónico constituye el complemento práctico de la asignatura Microelectrónica (cuarto curso, P94). Pretende introducir al alumnado en el conjunto de herramientas CAD habitualmente empleadas en la industria para el diseño físico de circuitos integrados.
Tiene como objetivo el aprendizaje y la comprensión de cada etapa involucrada en los flujos de trabajo estándar del diseño full-custom y semi-custom. Tras unas sesiones tutoriales guiadas, el alumnado se enfrenta a dos prácticas abiertas, una para cada estilo de diseño.
El curso emplea herramientas CAD comerciales para diseño físico empleadas habitualmente en la industria:
- Simulación analógica: Spectre
- Edición y síntesis de trazados: Virtuoso XL
- Verificación de trazado (DRC y LVS): Assura
- Extracción de parásitos: QRC
- Síntesis lógica: Synopsys
- Colocación y rutado: Encounter
- Simulación lógica: Modelsim
El laboratorio se realizara en parejas en el laboratorio del edificio B (B-043). A cada pareja se le asignará un turno a elegir entre manana o tarde. Cada turno será de 3 horas, en principio de 10 a 13 h. por la mañana y de 15 a 18 h. por la tarde.
Parte 1: Diseño Full-Custom
- Semana 0 (10-14 Febrero 2014): Elección de turno e inicio del curso el viernes 15 a las 13.00 en el laboratorio B-043.
- Semana 1 (17-21 Febrero 2014): Aprendizaje de la herramienta icfb. Diseño, simulación y caracterización de un inversor. Diseño, simulación y caracterización de dos células básicas: NAND, NOR de dos entradas o similar.
- Semana 2 (24-28 Febrero 2014): Parámetros, análisis de corners y análisis estadístico.
- Semana 3 (3-7 Marzo 2014): Trazados, DRC, LVS y backannotation.
- Semanas 4-6 (10-28 Marzo 2014) Realización de la práctica final de la parte 1, diseño, simulación, caracterización y trazado de un bloque de complejidad media-baja.
Parte 2: Diseño Semi-Custom
- Semana 7 (31 Marzo - 4 Abril 2014): Síntesis lógica con Synopsys. Simulación. Optimización de consumo.
- Semana 8 (6-11 Abril 2014): Colocación y rutado con Encounter. Utilización de scripts.
- Semanas 9-10 (22 Abril - 6 Mayo 2014): Realización de la práctica final de la parte 2. Diseño físico de un circuito digital de complejidad alta descrito en VHDL.
La calificación final de la asignatura se obtendrá en función del trabajo realizado en las prácticas propuestas. Para ello es obligatoria la realización de todas las prácticas en las sesiones que se han establecido.
Laboratorio de Sistemas Electrónicos (LSEL)
El objetivo fundamental de esta asignatura es que el alumno aprenda a diseñar y construir un prototipo funcional de un sistema empotrado pasando por todas las fases del proceso, desde la concepción y la especificación del sistema, hasta la redacción de una memoria técnica y la defensa en público del proyecto realizado.
La asignatura profundiza en conceptos básicos presentados en asignaturas previas como Sistemas Electrónicos Digitales y Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales abordando el diseño de sistemas empotrados desde una perspectiva industrial.
La asignatura se basa en la realización de un único proyecto, donde cada alumno se responsabiliza del diseño e implementación de una parte de un sistema. Las fases iniciales en las que se establece el sistema a diseñar, la organización del trabajo y el reparto de tareas según las preferencias de cada alumno, se realizan en paralelo con un conjunto de clases teóricas introductorias en las que se presentan:
- los conceptos de sistema empotrado y sistema operativo,
- la plataforma Antares basada en el microcontrolador MCF5272,
- el sistema operativo uCLinux,
- el desarrollo de controladores (drivers) para un sistema operativo GNU/Linux,
- el desarrollo de aplicaciones específicas para sistemas empotrados en lenguajes de alto nivel (C), y
- las herramientas de desarrollo disponibles en el laboratorio.
Una vez establecidas las bases teóricas de la asignatura y la división de tareas entre los alumnos, éstos pasan a diseñar e integrar los elementos que conforman el sistema empotrado, aplicando su imaginación y su capacidad de trabajo en equipo para enfrentarse a los problemas de ingeniería (temporización, mecánica, costes) que aparecen en el diseño de estos sistemas. Durante el curso se realizan reuniones periódicas de carácter semanal o quincenal en las que los alumnos presentan tanto los avances obtenidos en cada una de las tareas, como las dificultades encontradas y el progreso previsto. Estas reuniones son de gran importancia porque permiten a los alumnos seguir la evolución del proyecto más allá de sus propias tareas individuales y además constituyen la base de la evaluación continua con la que se determina gran parte de la calificación en la asignatura. Al final del curso, los alumnos deben coordinarse para que cada uno presente públicamente el trabajo realizado dentro de una presentación global del proyecto y, asimismo, refleje dicho trabajo en una memoria técnica.
-
Sistemas empotrados: Definición de sistema empotrado, ventajas e inconvenientes. Especificación de un sistema empotrado. -
Sistemas operativos: Definición de sistema operativo, ventajas e inconvenientes. El sistema operativo uCLinux como extensión de un sistema GNU/Linux. -
Desarrollo de sistemas empotrados: Entorno, materiales y herramientas de trabajo para el desarrollo de sistemas empotrados. La técnica de wire-wrapping. La placa Antares basada en el microcontrolador MCF5272. -
Desarrollo de controladores: Diseño y programación de controladores en sistemas GNU/Linux. -
Prototipos funcionales de sistemas empotrados: Diseño e implementación de un prototipo funcional. Diseño (opcional) de la placa de circuito impreso. Plan de pruebas del prototipo. -
Memorias técnicas y presentación de proyectos: Estructura y contenido de una memoria técnica. Presentación pública de un proyecto.
Aunque el desarrollo del prototipo de sistema empotrado se realiza conjuntamente por todo el grupo, la calificación es individual. La evaluación se realiza en base a dos parámetros bien diferenciados:
- una evaluación continua basada en las reuniones semanales o quincenales destinadas a controlar el progreso del trabajo realizado (60%) en las que se evalúa la regularidad en la asistencia y en el trabajo, la dificultad y coherencia entre objetivos parciales y resultados obtenidos, la calidad del trabajo realizado y la participación en las decisiones globales del proyecto, y
- el resultado final del sistema empotrado incluyendo la memoria técnica final y la presentación pública del trabajo realizado (40%). En las memorias y la presentación se valoran especialmente la estructuración, la claridad y el contenido, mientras que en el prototipo se consideran la dificultad de cada una de las tareas involucradas y la calidad del hardware o el software desarrollados en cada una de ellas, así como el acabado funcional del conjunto.
Electrónica Analógica (ELAN)
Con esta asignatura se pretende el dominio de la metodología de análisis de la respuesta en frecuencia de los circuitos
electrónicos y su representación como diagrama asintótico de Bode (módulo y fase) así como el dominio de la metodología de
análisis de circuitos realimentados y su respuesta en frecuencia con análisis de su estabilidad, su compensación o su oscilación.
Competencias
CECT1 - Capacidad para aprender de manera autónoma nuevos conocimientos y técnicas adecuados para la concepción, el
desarrollo o la explotación de sistemas y servicios de telecomunicación
CG2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las
competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas
dentro de su área de estudio
CG5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios
posteriores con un alto grado de autonomía
Resultados de Aprendizaje
RA3 - Comprensión de la realimentación y la oscilación.
RA202 - Capacidad para el análisis de la respuesta en frecuencia de los circuitos electrónicos y su representación como
diagrama asintótico de Bode (módulo y fase).
RA203 - Capacidad para el análisis de circuitos realimentados y su respuesta en frecuencia con análisis de su estabilidad, su
compensación o su oscilación.
1. Análisis de la respuesta en frecuencia de los circuitos electrónicos y su representación como diagrama asintótico de Bode
(módulo y fase).
1.1. Respuesta en bajas frecuencias
1.2. Diagramas de Bode
1.3. Respuesta en altas frecuencias
2. Análisis de circuitos realimentados y su respuesta en frecuencia con análisis de su estabilidad, su compensación o su
oscilación.
2.1. Introducción. Teoría de la realimentación
2.2. Efectos sobre la sensibilidad. Ancho de banda y distorsión
2.3. Topologías básicas de amplificadores realimentados
2.4. Análisis de amplificadores realimentados
2.5. Estabilidad de amplificadores realimentados
2.6. Osciladores sinusoidales
Filosofía general de evaluación:
* Evaluación continua: (5% + 5%) de dos ejercicios en clase + 20% de prueba P1 + 70% de prueba P2
* Evaluación final: 100% examen
Procedimiento:
Los estudiantes serán evaluados, por defecto, mediante evaluación continua. La calificación de la asignatura se realizará
entonces del siguiente modo:
NOTA FINAL = 20% Primera prueba (P1) + 10% Ejercicios excritos en clase + 70% Segunda prueba (P2)
Los estudiantes tendrán una segunda oportunidad de mejorar la nota de P1 presentándose a la prueba P1R que se hará en las
mismas fechas que la prueba P2.
En cumplimiento de la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de Madrid, los estudiantes que lo deseen serán
evaluados mediante un único examen final siempre y cuando lo comuniquen al Director del Departamento de Ingeniería
Electrónica mediante solicitud presentada en el registro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación
antes del día 15 de mayo de 2015. Esta opción supone la renuncia a la evaluación continua e implica la realización de las
pruebas P1R (20% de la nota) y P2 (70% de la nota) el día del examen de junio más unas preguntas adicionales para completar
el peso restante del 10%.
Ingeniería Neurosensorial (INSN)
Gran número de sistemas de comunicaciones o ingeniería van dirigidos a la interacción con el ser humano, quien es el emisor o receptor de la información procesada, a través de sus órganos sensoriales y bajo el control del sistema nervioso y el cerebro. El objetivo fundamental de la asignatura es el estudio del sistema nervioso, el cerebro y los sistemas sensoriales, con vistas a su simulación y su integración en sistemas electrónicos, incluyendo algunas aplicaciones de la ingeniería neurosensorial como son las prótesis y las interfaces multisensoriales. En la asignatura se abordará el estudio detallado del sistema nervioso y el cerebro, el sistema auditivo, el visual, el somato-sensorial (tacto) y los del olfato y el gusto, junto con sistemas como el de producción del habla, que contribuyen a la interacción entre el ser humano y su entorno. De forma general, en cada tema se aborda una descripción de la fisiología y funcionamiento de cada sistema, para pasar a la descripción de soluciones de ingeniería que pretenden simularlos, con vistas a su aplicación protésica, fundamentalmente.
- Fundamentos del procesamiento de información en el sistema nervioso.
- Estimulación eléctrica funcional y neurorehabilitaciónComunicación cerebro-ordenador
- Introducción al modelado de sistemas nerviosos
- Introducción al funcionamiento del oído
- Prótesis auditivas
- Sistemas de producción y reconocimiento de habla
- Introducción al funcionamiento de la vista
- Prótesis visuales
- Sentidos químicos: Olfato y gusto artificial
- Sistema somato-sensorial
- Sistemas de realidad virtual
- Comunicación alternativa y aumentativa
La evaluación de la asignatura se realiza a partir de dos elementos: + La calificación de un examen final, esencialmente teórico sobre los temas tratados en la asignatura. Dicha calificación constituirá hasta 8 puntos sobre la nota final. + La calificación de un trabajo relacionado con alguno de los temas expuestos en la asignatura. Dicho trabajo es voluntario y se realizará en grupos de dos personas, constituyendo hasta dos puntos sobre la nota final. La realización del trabajo implica la redacción de una memoria explicativa y su presentación oral en clase, dentro de las fechas asignadas para tal fin en el calendario.
Ingeniería de Sistemas Electrónicos (ISEL)
El objetivo de esta asignatura es que el alumno comprenda cómo funcionan los sistemas empotrados basados en
microprocesador y las herramientas de diseño HW y SW asociadas, así como las restricciones de los sistemas empotrados, que
sea capaz de analizar errores de diseño HW y SW, y diseñar optimizadamente el software de un sistema empotrado teniendo en
cuenta las posibles restricciones de memoria, tiempo y energía impuestas por dominios de aplicación TIC o no TIC, como los
sistemas optoelectrónicos, los neurosensoriales, los portátiles o los móviles.
El curso cuenta con unas clases teóricas donde el alumno recibirá formación sobre análisis y diseño de sistemas y subsistemas
empotrados basados en microprocesadores, y unas entregas prácticas evaluadas en equipo en las que aplicarán los
conocimientos teóricos adquiridos. Finalmente, el alumno tendrá que realizar un examen final teórico/práctico.
Objetivos docentes:
El objetivo principal de esta asignatura es que el alumno sea capaz de enfrentarse al diseño de un sistema empotrado (hardware y software), considerando las restricciones de recursos. Al acabar la asignatura el alumno debe ser capaz de analizar, diseñar, implementar, explotar y gestionar este tipo de sistemas.
Las competencias específicas de la asignatura son:
- Entender el funcionamiento de sistemas empotrados basados en microcontrolador
- Entender las limitaciones de los sistemas empotrados
- Entender el funcionamiento de los sistemas de síntesis (HW y SW) de sistemas empotrados
- Analizar errores de diseño en base a los defectos observados y el conocimiento de las herramientas de desarrollo.
- Analizar propiedades básicas sobre el comportamiento de los sistemas empotrados
- Optimizar el software de un sistema empotrado para restricciones de memoria, a nivel de aplicación, configurando las herramientas de desarrollo o seleccionando componentes.
- Optimizar el software de un sistema empotrado para restricciones estrictas de tiempo, a nivel de aplicación, configurando las herramientas de desarrollo o seleccionando componentes.
- Optimizar el software de un sistema empotrado para restricciones de consumo, a nivel de aplicación, configurando las herramientas de desarrollo o seleccionando componentes.
- Optimizar el software de un sistema empotrado para restricciones de seguridad, a nivel de aplicación, configurando las herramientas de desarrollo o seleccionando componentes.
- Conocer las tendencias actuales en verificación formal.
Programa:
Los contenidos que constituyen la asignatura son los siguientes:
Tema 1: Introducción
1.1 Conceptos básicos
1.2 Programación de Sistemas Empotrados
1.3 Herramientas de desarrollo
1.4 Microcontroladores. AVR
Tema 2: Programación de sistemas empotrados
2.1 Relación con el resto de la asignatura
2.2 Conceptos generales de desarrollo cruzado
2.3 Compiladores
2.4 Soporte en tiempo de ejecución
Tema 3: Herramientas de desarrollo
3.1 Introducción
3.2 Herramientas de desarrollo cruzado de GNU
3.3 El compilador GCC, técnicas para evitar errores
3.4 El enlazador de GNU y definición del mapa de memoria
3.5 Depuración de sistemas empotrados. El depurador de GNU: GDB
3.6 Técnicas avanzadas de depuración
Tema 4: Sistemas empotrados de tiempo real
4.1 Introducción
4.2 Planificación con ejecutivos cíclicos.
4.3 Realización de sistemas con prioridades
4.4 Otros métodos de planificación
Tema 5: Gestión eficiente de la memoria
5.1 Compilación para memorias limitadas.
5.2 Técnicas básicas de programación para el ahorro de memoria.
5.3 Técnicas de gestión de memoria dinámica.
Tema 6: Diseño de Sistemas basados en Microcontrolador 6.1 Esquema general
6.2 Arquitectura
6.3 Procesadores
6.4 Memoria
6.5 Sistemas de entrada/salida
Tema 7: Microcontroladores para sistemas empotrados 7.1 Microchip PIC
7.2 AVR
7.3 MIPS
7.4 ARM y comparación
Tema 8: Seguridad en Sistemas Empotrados
8.1 Ataques lógicos. Buffer overflow y contramedidas
8.2 Ataques de canal auxiliar
8.3 Análisis de tiempos
8.4 Análisis de consumo
8.5 Ataques diferenciales
8.6 Contramedidas a nivel lógico, arquitectural y algorítmico
Tema 9: Fiabilidad
9.1 Modelos de computación y propiedades formales
9.2 Requisitos de fiabilidad
9.3 Técnicas de análisis
9.4 Métodos formales
9.5 Verificación formal con Model Checking
Tema 10: Aplicaciones y diseños
10.1 Ejemplos de aplicaciones y diseños de sistemas empotrados
La asignatura se realizará en forma individual. La evaluación se realizará en base a:
- Examen final teórico-práctico: 50% de la nota final
- Ejercicios entregados a lo largo del curso: 15 % de la nota final
- Participación en paneles y debates: 15 % de la nota final
- Presentación sobre un aspecto concreto de la asignatura: 20% de la nota final
