Informatique Industrielle

Informatique Industrielle Cours Master SIS

Micro-contrôleurs Microchip

Intervenants :

Marc Allain

- [email protected]

Julien Marot

- [email protected]

Coordonnées

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Marc Allain [Maître de conférence] [email protected] Equipe physique et traitement dima!e" #nstitut $resnel" %ureau &'(

Julien Marot [Maître de conférence] [email protected] Equipe )roupe *i!nau+ Multidimensionnels #nstitut $resnel" %ureau &,

Note  les intervenants sont sur le domaine Universitaire de St-Jérôme. 2

Organisation de l'enseignement Contenu horaire : 20 h de cours + 10 h de TD [Julien Marot] /≃10+ ,h0 1résentation de linformatique industrielle" des syst2mes micropro!rammés /architecture" principes !énérau+" ...0. 3tude dun microcontr4leur Microchip 1#5 '6$7(&8. 1ro!rammation en lan!a!e Assem%leur et lan!a!e 5. ●

35 h de travaux rati!ues [Allain 9 Marot] /'&+ 7h0 Mise en pratique des connaissances sur la carte de démonstration 1#5:EM& plus. ;tilisation du micro-contr4leur Microchip 1#5 '6$7(&8.

●

!

Merci d"#tre $ l"heure en cours % T& ' 3

!

Contrôle des connaissances

(ous #tes rinciale)ent *valu*s sur la ase des T& ,15 oints%20-

/'0 Atre >tre co))ent*s " /,0 v*ri/ication des ro.ra))es en simulation et sur carte dessai" /70 cha!ue *tudiant sera not* individuelle)ent ? nous é
xa)en ,5 oints%20-  contr4le des connaissances a
4

« Boite à outils »

●

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es di//*rentes ases de nu)*rotation /binaire, octal, décimal, hexadécimal 0 Conversions et o*rations sur les no)res inaires Notions d"*lectroni!ue nu)*ri!ue / fonctions fonctions logiques logiques combinatoires combinatoires et séquentielles séquentielles 0 Notion de ro.ra))ation /algorigramme, concept de variable, fonction " etc.0

5

Objectifs du cours "oecti/ de ce cours est de
●

!léments constitutifs [dun syst2me micro-pro!rammé] micro-pro!rammé]

●

"onctionnement [dun syst2me micro-pro!rammé] micro-pro!rammé]

●

!léments de choix [dun syst2me micro-pro!rammé] micro-pro!rammé] D*di* $ un )icrocontrleur ●

5onnaissances des différents types dinstruction otion dinterruption 1ro!rammation en Assem%leur 1ro!rammation en lan!a!e 5

●

●

●

●

6

&lan &r*sentation de l"in/or)ati!ue industrielle et des s4st)es )icro6ro.ra))*s Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a
1résentation de fonctions inté!rées au microcontr4leur /timer" 1DM" etc.0 1resentation du lan!a!e 5 pour le microcontr4leur  spécificité pour le 1#5 '6$7(&8

7

L'informatique industrielle industrielle

« L'informatique industrielle est une branche de l'informatique appliquée qui couvre l'ensemble des techniques de conception et de programmation, de systèmes informatisés à vocation industrielle, qui ne sont pas des ordinateurs.  !"ource # $i%ipédia& Source : Ascom S.A.

8

L'informatique industrielle Do)aines d"alications : Alarme" automo%ile" a
9

Imae !ournie par Microchip

L'informatique industrielle industrielle

Alications : Automates" ro%otique" Mesures de !randeurs physiques" *yst2mes temps-réel" *yst2mes em%arqués.

●

●

●

●

Source : Ascom S.A.

"#

Les différents systmes systmes !rogrammables !rogrammables ●

es circuits s*cialis*s ou A7IC ,Alication 7eci/ic Inte.rated Circuit- : Ces circuits spécialisés sont des circuits spécialisés d2s leur conception pour une application donnée. xe)les  :*1 /#igital Signal $rocessing0" co-processeur arithmétique" processeur ,-:" contr4leur de %us" ...

Source : $e%as Instruments Source : &'i(ia

Avantages : ●

●

●

r2s rapide 5onsommation moindre Fptimisé pour une application

Inconvénients : ●

●

●

$ai%le modularité 1ossi%ilité dé
""

Les différents systmes systmes !rogrammables !rogrammables es s4st)es s4st)es en lo.i!ue lo.i!ue ro.ra))*e et%ou et%ou en lo.i!ue lo.i!ue ro.ra))ale ro.ra))ale sont connus connus sous la programmable logic device, circuit logique programmable0 d*si.nation de &D / programmable ●

●

●

field-programmable gate arra%, réseau de portes programmables in-situ0" 8&9A / 8&9A / field-programmable &A / &A / programmable programmable arra% logic, réseau logique programmable0" ...

Source : Altera

Source : Altera

« n circuit logique programmable, ou réseau logique programmable, programmable, est un circuit intégré logique qu peut (tre reprogrammé après sa fabrication. )l est composé de nombreuses cellules logiques élémentaires pouvant (tre librement assemblé. !$i%ipédia&

Avantages : $orte modularité Bapidité ●

●

●

●

Inconvénients : Mise en oeu
"2

Les différents systmes systmes !rogrammables !rogrammables ●

es s4st)es )icro6ro.ra))*s :

Ces micro-contr4leurs sont typiquement des syst2mes micro-pro!rammés. micro-pro!rammés.

Micro-contrôleur Microchip )I*"6+69# en ,otier I/2#

;n )icro6contrleur est un  « *ircuit intégré comprenant essentiellement un microprocesseur, ses mémoires, et des éléments personnalisés selon l'application.  !+rr(té franais du - septembre -//0 relatif à la terminologie des composants électroniques.&

;n micro-contr4leur contient un microprocesseur.

Avantages : Mise en oeu
●

Inconvénients : 1lus lent ;tilisation sous optimale ●

●

"3

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des )icro6contrleurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a
1résentation de fonctions inté!rées /timer" 1DM" etc.0 1resentation du lan!a!e 5 pour le microcontr4leur  spécificité pour le 1#5 '6$7(&8

"4

"eu# ty!es de !rocesseurs !rocesseurs ●

CI7C  &omplex 'nstruction Set &omputer

)rand nom%re dinstructions" ype de processeur le plus répandu

●

I7C  (educed 'nstruction Set &omputer

om%re dinstructions réduit /sélection des instructions pour une e+écution plus rapide0 :écoda!e des instructions plus rapide

"5

$%olution et Loi de &oore Intel &entiu) = North>ood C /&88&0 architecture interne ,& %its fréquence dKhorlo!e &"7,"7 )h= /%us processeur  &88Mh=0 plus de 7& millions de transistors" !ra<és en 8"', m 7(8 M#1* Source : Intel

Source : Intel

Intel ;0;< /'H60 architecture interne 'I %its %us 'I %its fréquence dhorlo!e 7"'8 Mh= ,H 888 transistors" !ra<és en ,m

"6

$%olution et Loi de &oore

Intel Core i? 9ul/to>n /&8''0 architecture interne I7 %its 7I coeurs fréquence dhorlo!e ,"7I )h= $réquence de %us ,"& )L= $réquence de transfert des données &(.I )%sec. '"' Milliards de transistors" !ra<és en ,&nm I888 M#1*  he Oall P  limite industrielle et physique"

Intel &entiu) = North>ood C /&88&0 architecture interne ,& %its fréquence dKhorlo!e &"7,"7 )h= $réquence de %us 8"& )L= plus de 7& millions de transistors" !ra<és en 8"', m 7(8 M#1*

&8 nm performance  Datt consommé

"7

Les structures des systmes systmes micro!rogrammés micro!rogrammés ●

es di//*rents us d"un s4st)e )icro6ro.ra))*s

« n bus est un 1eu de lignes partagées pour l2échange de mots numériques.  !3raité de l2électronique, 4aul 5oro6it7 8 $infield 5ill&

D*/inition : ;n %us permet de faire transiter /liaison sérieparall2le0 des informations codées en %inaire entre deu+ points. ypiquement les informations sont re!roupés en mots  octet /6 %its0" Oord /'I %its0 ou dou%le Oord /,& %its0.

5aractéristiques dun %us nom%res de li!nes" fréquence de transfert. ●

●

"8

●

B ar.eur du us  ;

●

nidirectionnel

●

idirectionnel

Issu (e la (ocumentation techniue (u )I*"6+628 "9

(tructures des systmes micro!rogramm micro!rogrammés és Il existe 3 T4es de us : ●

●

●

us de donn*es  permet de transférer entre composants des données" exE  résultat dune opération, valeur dune variable, etc. us d"adresses  permet de transférer entre composants des adresses" exE  adresse dune case mémoire, etc. us de contrle  permet léchan!e entre les composants dinformations de contr4le [%us rarement représenté sur les schémas]. périphérique pr)t*occupé, pr)t*occupé, erreur*exécution erreur*exécution réussie, réussie, etc. exE  périphérique

D*/inition : ;ne adresse est un nom%re %inaire qui indique un emplacement dans une =one mémoire 2#

(tructures des systmes micro!rogramm micro!rogrammés és ●

7tructure de (on Neu)ann

%traits (u cours intitul  /es sstmes micro-proramms  ●

7tructure de Farvard

a di//*rence se di//*rence se situe au ni
2"

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs &r*sentation des di//*rents *l*)ents d"un )icro6contrleurG *l*)ents de choix Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

22

(a%oir lire le sc)éma bloc d*un micro contrôleur

?

Issu (e la (ocumentation techniue (u )I*"6+628 23

(a%oir lire le sc)éma bloc d*un micro contrôleur es )*)oires : AM /Bandom Access Mem.0 mémoire rapide qui permet de stoc+er temporairement des données.

HM /Bead Fnly Memory0 mémoire  lecture seule, programmée  vie.

&HM

/Elec. Erasa%le 1ro!ramma%le Bead Fnly Memory 0 mémoire lente qui permet de stoc+er des données m)me

24

(a%oir lire le sc)éma bloc d*un micro contrôleur ●

&C /1ro!ram 5ounter0

●

e.istre/case mémoire0

●

A

●

Multilexeur

●

D*codeur dinstructions

●

horlo.e

●

7tac ,ileLIFO (Last In First Out) FIFO (First In First Firs t Out)

25


e.istre /case mémoire0

●

A

●

&C /1ro!ram 5ounter0

●

Multilexeur

●

D*codeur dinstructions

●

horlo.e

●

7tac ,ileLIFO (Last In First Out) FIFO (First In First Out)

Issu (e la (ocumentation techniue (u )I*"6+628

26


●

&orts dentr*es%sorties

7AT /;ni
●

CC& /5apture5ompare1DM0 /odulation en largeur dimpulsions

●

●

●

●

●

●

Ti)er Co)arateur CAN%CNA */*rence de tension Module F8 iaison 7G EEE

27

Les éléments de c)oi# Architecture : AC; /6" 'I" ,&" I7 %its0 *tructure du processeur /Lar
●

●

Caract*risti!ues *lectri!ues : $réquence dKhorlo!e ensions dKalimentation 5onsommation dKéner!ie" modes fai%le consommation dKéner!ie" ...

●

●

●

●

●

Caract*risti!ues h4si!ues : ype de %oîtier  :#C" 1C55" ...

●

8onctionnalit*s : $onctions analogiques  5A" 5A" 5omparateur" ... $onctions de timing  imer" Datchdo!" ... $onctions de communication  ;AB /5ommunication série0" ;*R" #&5" ... $acilité de pro!rammation  #n-5ircuit *erial 1ro!rammin!" *elf 1ro!rammin!" ... ●

●

●

●

Mise en oeuvreG )aintenance : 5oGt de dé
●

●

28

Source Source : Microchip

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ aels sur les no)res inaires et les di//*rents coda.es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

29

Binaire+ octal+ décimal et )e#adécimal )e#adécimal Fn rappelle tout da%ord les différentes %ases qui nous seront utiles  le inaire /%ase &0 est constitué de & chiffres  0G 1

loctal /%ase 60" est constitué de 6 chiffres  0G 1G 2G 3G =G 5G
le d*ci)al /%ase '80" est constitué de '8 chiffres  0G 1G 2G 3G =G 5G
lhexad*ci)al /%ase 'I0" est constitué de 'I chiffres  0G 1G 2G 3G =G 5G
Codes !ondérés

:ans une %ase donnée" le nom%re se+prime comme une somme pondérée. 1ar e+emple" le nom%re '&6 d*ci)ale /%ase '80 est constitué de , chiffres  ●

●

●

le chiffre 6 est affecté du poids de le chiffre & est affecté du poids de le chiffre chiffre ' est affecté du poids de

' /unités0 '8 /di=aines0  ;n Téro P '88 /centaines0 /centaines0  ;n Téro TéroP TéroP

Ce nom%re peut donc sécrire ' + '88 U & + '8 U 6 + ' V / 12;0d 5hiffre

1oids 3"

Codes !ondérés

Ce nom%re '8 inaire /%ase &0 est constitué de & chiffres  ●

●

le chiffre 8 est affecté du poids de le chiffre ' est affecté du poids de

' '8 /e+primé en %ase &0

Ce nom%re peut donc sécrire ' + '8 U 8 + ' V / 100 % 5hiffre

1oids

s ous-entend que le nom%re e)ar!ue  le nom%re '8 inaire ne sexprime pas di+ car ceci sous-entend est e+primé en décimal... 32

Codes !ondérés :ans une %ase donnée" le nom%re se+prime comme une somme pondérée. 1ar e+emple" le nom%re hexad*ci)al /%ase 'I0 est constitué de , chiffres  '$6 hexad*ci)al /%ase

●

●

●

le chiffre 6 est affecté du poids de le chiffre $ est affecté du poids de le chiffre chiffre ' est affecté du poids de

' /unités0 '8 /di=aines0 '88 /centaines0 /centaines0

Ce nom%re peut donc sécrire ' + '88 U $ + '8 U 6 + ' V / 18;0h Conversion inaire6hexad*ci)al  inaire6hexad*ci)al  le coda!e he+adecimal a été créé afin dallé!er le+ploitation des si)le par regroupement des bits par 0 en nom%res %inaires. #l permet en particulier une conversion si)le par partant de la droite " chaque paquet paquet étant alors simple S con
888' '''' 1

8

'888 ;

V /18;0h

33

Con%ersion Conversion en d*ci)al : dé
,1

1 ×2

7oit

0

3

0 ×2

1 ×2

3

0

2

0 ×2

2

1

1- 1

1 ×2

0

0

 0 × 2 0 ×2  1 × 2 = 8  1 =9 b

,3

3 × 16

3 × 16

2

2 2

8-h 2 × 16

1

1

15 ×16

0

0

2 ×16 15 ×16 =768 32 15 =815 b 34

Conversion d*ci)al

inaire : di
,1=-d L ,1 1 1 0-

0

2 ? 1

* e n s d e l e c t u r e . ..

Conversion d*ci)al

2 3

2

1

1

hexad*ci)al : di
,2;2-d L ,11A-h

1< 10LA 1? 1 *

e n s d e l e c t u r e .. .

1< 1

35

Binaire+ octal+ décimal et )e#adécimal )e#adécimal xercices 1 : con
/'''0 % " /'8'80 % " /'88' '''80 % xercices 2 : con
6" '&" &(I" '8&, xercices 3 : con
/'''0 % " /'8'80 % " /'88' '''80 % xercices = : con
6" '&" I" &(I" '8&," '&,7'

36

Binaire+ octal+ décimal et )e#adécimal )e#adécimal 1our indiquer le si.ne dKun nom%re %inaire" on ajoute un %it en t>te du nom%re. Fn peut ainsi coder les entier relatifs et les nom%res réels. Rit de si!ne

;n octet /6%its0 

'

8

8

'

8

'

8

8

V -'86 /decimal0

7  CoO *i!nificant Rit M7  Most *i!nificant Rit

;n octet /6 %its0 ;n mot ou Oord /'I %its0 ;n dou%le mot ou dou%le Oord /,& %its0

37

O!érations arit)métiques binaires Ces techniques de calcul des opérations arithmétiques peuvent )tre transposées du décimal au %inaire. ●

Addition

: Q V A U R"

Exemple  /8''80 % U /8'8'0 % V /'8''0 %

●

Multilication

 Q V A + R"

Exemple : ,8''80 % . /8'8'0 % V /8''''80 %

7oustraction : Q V A W R" 1our calculer Q" on calcule la somme entre A et le complément  deux de R Exemple  /8''80 % W /8'8'0 % V /888'0 %

●

NHT IN EEE ne )ultilication ,division- ar 2 corresond $ un d*cala.e $ .auche ,$ droite-E Co)l*)ent $ deux : remplacer les un par des =éros /et
xercices 1 : effectue= les additions %inaires sui
xercices 2 :

xercices 3 :

xercices = : di
&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es es instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

4#

Instructions ;n eu dinstruction est un ensem%le dKopérations directement réalisa%les sur un syst2me micro-pro!rammé donné. &ar exe)le  le 1#5'6$7(&8 /B#*50 poss2de un jeu dKinstructions composé de ( instructions. CKe+écution dKune instruction peut nécessiter un ou plusieurs c4cles dhorlo.es sui
NHT  ;n c4cle dhorlo.e correspond S une période de lhorlo.e /si!nal de référence temporelle0. Ca /r*!uence dhorlo.e est le nom%re de cycles effectués par une horlo!e en une seconde.

4"

Instructions ;ne instruction est composée au minimum de deu+ parties Instruction L H&CHD + o*rande,sH&CHD ,Heration CHD- : partie dKune instruction qui précise quelle opération doit >tre réalisée

%trait (u (atasheet (ocumentation techniue; (u )I*"8+452#.

42

,i!eline et flot d*instructions 3 *taes our l"ex*cution d"une instruction  ✔

✔

✔

'

&

Cecture de lKinstruction /'0 :écoda!e de lKinstruction /&0 E+écution de lKinstruction /,0 emps

, '

&

, '

&

,

5réation dKun pipeline VX permet une e+écution plus rapide des instructions '

emps

&

,

'

&

,

'

&

,

43

Les différents modes modes d'adressage Ca nature et le nom%re dKopérandes qui constituent une instruction déterminent le )ode dadressa.e de lKinstruction. 1n distingue 0 modes dadressage principaux.

Oadressa.e inh*rent : il : il nKy a pas dKopérande Y e+  NOP, RESET, CLRWDT ? :escription de linstruction BE*E e+traite de la notice technique /le  datasheet P0 du 1#5 '6$7(&8 [microcontr4leur utilisé en 1].

ATTNTIHN  ;n nom%re important dinformation utiles fi!ure sur ces fiches...

44

Les différents modes modes d'adressage Ca nature et le nom%re dKopérandes qui constituent une instruction détermine le )ode dadressa.e de lKinstruction. 1n distingue 0 modes dadressage principaux.

adressa.e i))*diat : lKopérande est une
2xécution de linstruction 3pipeline  0 niveaux4

45


adressa.e direct ,*tendu- : lKopérande est lKadresse /%its de poids fai%les de ladresse compl2te0 de la donnée dans la pa!e mémoire acti
46


●

●

ladressa.e indirect ,index*- : lKopérande : lKopérande est lKadresse dKun re!istre qui contient lKadresse de la donnée.

En )ode indirect index* " rapport S lKadresse. index* " on ajoute un décala!e par rapport

NHT  NHT  #l e+iste de nom%reu+ autres modes dKadressa!e /e+. implicite" inhérent" relatif0  leur nom%re
47

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions aels sur la lo.i!ue co)inatoire et s*!uentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

48

Logique combinatoire et séquentielle séquentielle a co)r*hension du /onctionne)ent dun microcontr4leur sappuie sur des connaissances élémentaires de lo!ique com%inatoire et séquentielle.

●

●

un s4st)e est dit co)inatoire si létat /lo!ique0 des sorties ne dépend que de létat /lo!ique0 présent appliqué S ses entrées.

un s4st)e est dit s*!uentiel si létat /lo!ique0 de la sortie du syst2me $ l"instant t dépend de létat /lo!ique0 présent appliqué au+ entrées et des et des états de la sortie dans le passé.

49

-able de %érité Consid*rons tout d"aord le cas de la lo!ique com%inatoire S ' sortie /le cas S plusieurs sorties nest pas tr2s différent0. 1our connaître létat du syst2me au+ di
2

1

2

3

Hn notera !ue pour !ue pour une fonction lo!ique S une seule variable dentrée " il e+iste & &V7 com%inaisons de sorties. 1

:e m>me" pour deu+
2

5#

O!érateurs élémentaires Dans ces con/i.urations " con/i.urations " on e+trait typiquement 5 fonctions logiques dintér)t que sont les opérateurs NHN /une NHN /une entrée0" T " H " T6NHN " H6NHN " et H6PC7I8 /deu+ H6PC7I8 /deu+ entrées0. 1



NHN

1

2

H6P

2

1

2

1

2

H

1

2

T6NHN

T

H6NHN

es o*rateurs T6NHN et H6NHN /or)ent un .roue co)let " co)let " c.S.d. que toute fonction lo!ique comple+e peut >tre construite sur la %ase de lune de ces fonctions élémentaires. 5"

.lgbre de BOOL/ BOOL/ es o*rateurs lo.i!ues *l*)entaires permettent la construction dune al!2%re dite  al.re de oole P. Ainsi" si on consid2re deu+ entrées %inaires A et B " on adopte alors la con
 A A⋅ B A B

A⋅ B = A B A B = A⋅ B

T6NHN "

A B

H6NHN "

A ⊕ B

H6PC7I8

es di//*rentes o*rations %énéficient o*rations %énéficient des propriétés sui
&ommutativité : :

6ssociativité : :  A⋅ B ⋅C = A⋅ B⋅C  A B  C = A B  C  A ⊕ B  ⊕C = A ⊕ B ⊕C

#istributivité : :

A⋅ B = B⋅ A

A⋅ B = B⋅ A

A B = B  A

A B = B  A

A ⊕ B = B ⊕ A

7ois de #e /organ : /organ :

A B⋅C = A B ⋅ A C 

A⋅ B = A  B

A⋅ B  C = A⋅ B  A⋅C

A B = A⋅ B

52

Le c)ronogramme Dans les )icrocontrleurs " )icrocontrleurs " les états du syst2me chan!ent en fonction dune ase de te)s qui est lhorlo!e. 5eci conduit naturellement S introduire les chrono.ra))es comme outil danalyse des états lo!iques dun syst2me.

Ce chrono!ramme a pour o%jet de tracer létat %inaire de la /des0 sortie/s0 en fonction de lé
53

Les bascules async)rones &our l"essentielG une ascule as4nchrone as4nchrone est est une fonction  mémoire P qui est commandée. 5e type de fonction est notamment utilisé pour créer des re!istres du microcontr4leur.

e verrou D ,atch D-

Ce
54

/#ercice 0 étude de la bascule 1( Qcrire la tale de v*rit* et v*rit* et compléter le chrono!ramme pour le
B * Z Z

55

Les bascules sync)rones est une %ascule qui ne chan!e détat que sur front montant ou descendant ne ascule s4nchrone s4nchrone est appliqué sur son entrée de commande. 5e type de %ascule %a scule est S la %ase du fonctionnement du microcontr4leur.

a ascule D ,8li68lo D5est la
56

Les bascules sync)rones a ascule JR / Jump-8noc+ Jump-8noc+ out0

J 

57

(tructures des !orts d*entrées2sorties d*entrées2sorties n ort dentr*es%sorties est ar d*/inition un ort idirectionnel idirectionnel.. :e fait" il est donc nécessaire de confi!urer la direction du port /in ou out0. :ans le microcontr4leur" des re!istres spécifiques sont dédiés S la !estion de ces ports...

%trait (e la (ocumentation techniue (u )I *"8+452# (e Microchip.

58

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle Qtude du /onctionne)ent d"un )icro6contrleur : le &IC 1;8=520 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

59

Les registres ;n re.istre 6 %its est synonyme dun ensem%le de 6 cases mémoire. :e nom%reu+ re!istres sont utilisés pour !érer le microcontr4leur. microcontr4leur. e re.istre S ,accu)ulateure co)teur ro.ra))e ,&Ce re.istre d*tat ,8la.ses re.istres de con/i.uration :

les re!istres de directions pour les ports dKentréessorties /B#*" *$B0" les re!istres de !estion des interruptions" de !estion de la mémoire /R*B" )1B" etc.0 ATTNTIHN : tous les re.istres du )icrocontrleur ne sont as rer*sent*s sur le sch*)aEEE

6#

,ar e#em!le 0 le registre registre d'état e re.istre d"*tat /*tatus Be!ister0 Be!ister0 contient des des %its dinformations dinformations sur les opérations arithmétiques menées par lAC; /e+." le dépassement de format apr2s a
6"

,)ase de démarrage démarrage du microcontrôleur 7uite $ une o*ration de re)ise $ *ro /BE*E0" le micro-contr4leur effectue une phase de démarra!e  1% 7T : il peut >tre déclenché par la mise sous tension du micro-contr4leur" la réception dKun si!nal sur la %roche BE*E du micro-contr4leur" une instruction de BE*E" ...

2% Initialisation du )icro6contrleur : le micro-contr4leur effectue une temporisation afin de !arantir la sta%ilité des si!nau+ dKhorlo!e.

3% //ace)ent des re.istres : le micro-contr4leur efface le contenu des re!istres /
=% ecture du vecteur 7T Ce micro-contr4leur lit lKadresse du pro!ramme principal dans la mémoire pro!ramme.

5% D*ut de lex*cution du ro.ra))e rincialE 62

Organisation de la mémoire !rogramme !rogramme Co)teur de ro.ra))e /150 le compteur de pro!ramme

&ile /*tac\0 une pile pour !érer les appels pro!rammes et les interruptions

(ecteur eset pointeur
(ecteurs d"interrution pointeur
M*)oire ro.ra))e =one mémoire réser<ée au stoc\a!e des pro!rammes écrits par lKutilisateur

e)ar!ue : ;n ointeur est une
63

/#écution d*une instruction Adressa.e inh*rent CKinstruction ne comporte pas dKopérande et a!it implicitement sur un re!istre. 2xemples  SLEEP, RESET, NOP

Adressa.e i))*diat CKinstruction comporte une opérande et a!it e+plicitement sur un re!istre 2xemples  ADDLW, MOVLW

D*roule)ent: /'0 Ce compteur pro!ramme indique lKadresse de lKinstruction sui
/#écution d*une instruction Adressa.e direct ,*tenduCKinstruction comporte une opérande qui indique lKadresse mémoire sur laquelle sKeffectue lKopération. 2xemples  CLRF /direct0" MOVFF /étendu0

D*roule)ent: /'0 Cecture de lKinstruction dans la mémoire pro!ramme S ladresse pointée par le compteur pro!ramme. /&0 Cecture de lKinstruction et décoda!e. /,0 1our lKadressa!e direct" lKopérande constitue la partie %asse de lKadresse mémoire sur laquelle sKeffectue lKopération" la partie haute est complétée a
?

65

Organisation de la mémoire données 7 /9an+ Select (egister 0 1ermet de pré-sélectionner la pa!e pour un acc2s mémoire plus rapide. VX notion de a.ination de a.ination de la )*)oire

9& /:eneral $urpose (egisters 0 Espaces mémoires qui permet le stoc\a!e de données temporaires /
Access an pointeurs
78 /Special "unction (egisters 0 Be!istres de contr4le et dKétat pour les 66 périphériques /notamment...0

,agination de la mémoire  Ca pa!ination de la mémoire consiste S di
1artie Rasse

Dans le cas dune instruction avec adressa.e direct " " on transmet seulement la partie %asse de lKadresse. Ce micro-contr4leur utilise le re!istre R*B pour compléter lKadresse.

Attention '' En adressa!e direct" on doit sKassurer que lKon tra
/#écution d*une instruction Adressa.e direct ,*tenduCKinstruction comporte une opérande qui indique lKadresse mémoire sur laquelle sKeffectue lKopération. 2xemples  CLRF /direct0" MOVFF /étendu0

D*roule)ent: /'0 Cecture de lKinstruction dans la mémoire pro!ramme S ladresse pointée par le compteur pro!ramme. /&0 Cecture de lKinstruction et décoda!e. /,0 1our lKadressa!e direct" lKopérande constitue la partie %asse de lKadresse mémoire sur laquelle sKeffectue lKopération" la partie haute est complétée a
/#écution d*une instruction Adressa.e indirect ,index*CKinstruction comporte une opérande indiquant un pointeur" c.S.d. une adresse de la case mémoire sur laquelle sKeffectue lKopération. 2xemples  ADDWF, NDF, 

D*roule)ent: /'0 Cecture de lKinstruction dans la mémoire pro!ramme S ladresse pointée par le compteur pro!ramme. /&0 Cecture de lKinstruction et décoda!e. /,0 Ca
7#

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 &ro.ra))ation en Asse)leur 66 ael sur les al.ori.ra))es 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

7"

Conce!tion d'un systme embarqué

8or)elle)entG la concetion d"un s4st)e e)ar!u* %asé sur un microcontr4leur peut >tre décomposée en , étapes distinctes. ,1- e d*veloe)ent )at*riel sappuie sur un cahier des charges " c..d. la définition des fonctionnalités et des performances du syst2me. 5ette étape doit permettre de spécifier les caractéristiques du microcontr4leur" de ses périphériques et de lélectronique associée. ,2- e d*veloe)ent lo.iciel sappuie sur létape précédente pour construire un al!ori!ramme" puis le code qui tre testé. 5ette étape requiert que tre menée pour <érifier que le cahier des char!es initial est %ien rempli. 5ette phase de test  finale P nemp>che pas da
72

Chacune de ces trois *taes r*c*dente peut >tre relati
:é
:é
ests du syst2me complet

73

Le dé%elo!!ement dé%elo!!ement du logiciel a construction d"un code )achine ex*cutale sappuie sur un certain nom%re de composantes /fichiers sources" li%rairies0 qui sui
,3- "*diteur de lien permet de construire un e+écuta%le S partir des o%jets issus soit des sources soit de li%rairies pré-e+istantes. 74

La !rogrammation en en .ssembleur e lan.a.e Asse)leur /a%ré!é A*M0 est un lan.a.e de ro.ra))ation de as6niveau " as6niveau " qui fait la correspondance entre des instructions en lan!a!e machine /mots %inaires0 et des sym%oles appelés mnémoniques plus simples S utiliser. Source : Microchip

e lan.a.e Asse)leur est un lan.a.e co)il*G c"est $ dire : '. CKutilisateur écrit son pro!ramme en lan!a!e Assem%leur. 5e fichier est assem%lé pour traduire le pro!ramme en lan!a!e machine /atre e+écuté.

75

Les ty!es d*instructions en .ssembleur .ssembleur AE es instructions rores au )icro6contrleur : ●

●

●

●

Ces instructions de transfert Ces instructions arithmétiques Ces instructions lo!iques Ces instructions de %ranchement

   

!"#$% " !"#& " ...

" *''%& " ... '()& +"$% " *-'$% " ... b. /branch if
E es instructions r*6rocesseur permettent au pro!rammeur de donner des indications au compilateur" elles sont destinées au 15 et non pas au micro-contr4leur Y #l e+iste différents types dKinstruction pré-processeur  ●

●

●

●

les instructions de contr4le  "/ V dé%ut du pro!ramme" (-' V fin du pro!ramme" etc. ? les inst nstruct ructio ionns con cond ditio itionnnell nelles es  & " ($( " (-'& " etc. ? les instructions relati
.lgorigrammes .lgorigrammes a descrition du ro.ra))e ar un al.ori.ra))e al.ori.ra))e er)et er)et de : ●

●

●

●

.a.ner en e//icacit* lors de la phase de coda!e du pro!ramme" dKoti)iser la structure du pro!ramme" de clari/ier le /onctionne)ent du pro!ramme" le rendre co)r*hensile S une personne e+térieure.

:é%ut" $in" #nterruption

*ous-pro!ramme

#nitialisation est dune condition

#nstruction

Qrai

$au+

77

,remier !rogramme !rogramme en assembleur :é%ut Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique

Rroche ' du 1FBR S létat haut _

Rroche & du 1FBR S létat haut

Rroche & du 1FBR S létat %as 78

(tructure d*un !rogramme !rogramme en assembleur Dans un ro.ra))e en asse)leur " asse)leur " on peut distin!uer une artie r*li)inaire qui est systématique c.S.d. qui ne chan!e pas dun pro!ramme S lautre. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

:é%ut

Filename : premier_programme.asm Description :Recopie de l'état de la broche 1 du PORT sur la broche ! du PORT "uthor: #ric $agraner %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**+,*-

list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur utilisé 5include 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres ; 8a con0iguration du micro3contr4leur est dé0inie a(ec $P8" ; 98ogiciel de dé(eloppement $icrochip

79

a re)ire artie concerne l"en6t#te l"en6t#te !ui d*/initG d*/initG le lus claire)ent ossile " ossile " la fonction du pro!ramme ainsi que di
:é%ut

Filename : premier_programme.asm Description : Recopie de l'état de la broche 1 du PORT sur la broche ! du PORT "uthor: #ric $agraner %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**+,*-

list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur utilisé 5include 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres ; et con0igurations matérielles par dé0aut 5include 6$"_%OF<=.inc7 ; $odi0ication des con0igurations matérielles par dé0aut 8#

a d*claration du )icro6contrleur permet au compilateur compilateur de !énérer un code machine machine qui soit compréhensi%le pour le microcontr4leur que
:é%ut


list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur utilisé 5include 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres ; et con0igurations matérielles par dé0aut 5include 6$"_%OF<=.inc7 ; $odi0ication des con0igurations matérielles par dé0aut

8"

ne directive au r*6rocesseur de)ande l"inclusion d"un /ichier de d*/inition spécifique au microcontr4leur qui définit certaines confi!urations matérielles par défaut et permet de simplifier lécriture des pro!rammes" cf. transparent sui
:é%ut


list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur utilisé

5include 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres ; et con0igurations matérielles par dé0aut 5include 6$"_%OF<=.inc7 ; $odi0ication des con0igurations matérielles par dé0aut

82

xtrait du /ichier p18f4510.inc de d*/initions rore au )icro6contrleur

;33333 Register Files PORT" #> ?'*F/*' PORT #> ?'*F/1' PORT% #> ?'*F/!' PORTD #> ?'*F/@' PORT# #> ?'*F/' 8"T" #> ?'*F/A' 8"T #> ?'*F/"' 8"T% #> ?'*F/' 8"TD #> ?'*F/%' 8"T# #> ?'*F/D' . . . . . .

83

ne directive au r*6rocesseur sul*)entaire peut >tre spécifiée de mani2re S modifier la confi!uration par défaut éta%lie dans 8&54-). Note  pour sa
:é%ut

Filename : premier_programme.asm Description :Recopie de l'état de la l a broche 1 du PORT sur la broche ! du PORT "uthor: #ric $agraner %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**+,*-

list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur utilisé 5include 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres re gistres ; et con0igurations matérielles par dé0aut

; 5include 6$"_%O8F9.inc7 ; $odi0ication des con0igurations matérielles par dé0aut

84

xe)le de ce !ue ourrait #tre le /ichier MACONF4-)

;33333 tilisation de l'oscillateur ;33333 en mode haute (itesse %OF<= OB%  ?B

85

Hn eut distin.uer ensuite une seconde artie qui correspond S la confi!uration des éléments du microcontr4leur qui entrent directement en jeu dans la fonction réalisée... a re)ire o*ration consiste systématiquement S initialiser le vecteur 7T. 7T . ote= que cette étape na pas été notée dans lal!ori!ramme /ce qui pourrait >tre considéré comme une lacune...0.

Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique

org h'****' goto init init

clr0 mo(lC mo(C0

PORT b'*******1' TR
clr0 mo(lC mo(C0

8"T *Fh "D%O1

; initialisation du (ecteur R##T

; %on0iguration de la direction ; du PORT. roche 1 en entrée. ; roche !  / en sortie ; %on0iguration des broches 1   ; du PORT en #,B numériEue

86

a seconde o*ration correspond S la con/i.uration du &HT  telle que décrite par lal!ori!ramme... 5ette confi!uration est directement fourni par le #atasheet du 1#5 '6$7(&8...

Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique

org h'****' goto init

init

clr0 PORT mo(l< b'*******1' b'*******1' mo(<0 TR9 clr0 >"T mo(l< *Fh mo(<0 "D%O81

; initialisation du (ecteur R#B#T

; %on0igurat %on0iguration ion de la direction direction ; du PORT. roche 1 en entrée. ; roche ! = / en sortie ; %on0igurat %on0iguration ion des des broches broches 1 =  ; du PORT en #, numéri?ue 87

a troisi)e artie du ro.ra))e est dédiée S la réalisation de la fonction principale" c.S.d. la %oucle et le test.

Rroche ' du 1FBR S létat haut _

Rroche & du 1FBR S létat haut

boucle

allumer eteindre

bt0ss PORT@* PORT@* goto bs0 goto bc0 goto

eteindre PORT@1 boucle PORT@1 boucle

Rroche & du 1FBR S létat %as

; roche roche 1 du du PORT PORT = l'état l'état haut haut A ; saute l'instruction sui(ante si ; état haut ; roche ! du PORT = l'état haut ; roche ! du PORT = l'état bas

#8D 88

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes &r*sentation des interrutions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a

89

Les interru!tions « ne interruption est un arr(t temporaire de l'e9écution normale d'un programme informatique par le microprocesseur afin d'e9écuter un autre programme !appelé routine d'interruption&. Les interruptions matérielles sont utilisées lorsqu'il est nécessaire de pouvoir réagir en temps réel à un événement asynchrone, ou bien, de manière plus générale, afin d'économiser le temps d'e9écution lié à une boucle de consultation !polling loop&. (Source : $i%ipédia) $i%ipédia)

ne interrution eut avoir di//*rentes sources  périphérique dKentréesortie" timer " =atchdog /cf. e+plications plus loin0" ... es interrutions sont utilis*es pour a
Les interru!tions es interrutions sontG en .*n*ralG contrl*es ar 3 its  n it de /la. indique quKune interruption a été déclenchée et indique la source.

●

n it de validation permet S lKutilisateur dKacti
●

n it de riorit* permet de sélectionner la priorité /haute%asse0 de lKinterruption.

●

9estion des riorit*s : Il existe des interrutions de riorit* hautes et asses. ` chaque type de priorité correspond un vecteur dinterrution et donc potentiellement une !estion différente des interruptions sui
(c)éma de la logique d*interru!tion d*interru!tion Ce sch*)a er)et de co)rendre - le fonctionnement de la lo!ique dKinterruption" - la priorité accordée S une interruption" - la confi!uration de la lo!ique S mettre en place pour lKapplication souhaitée Hn notera nota))ent !ue si une interruption de haute priorité est en concurrence a
92

"éroulement d'une interru!tion interru!tion /'0. *cetion de linterrution : le micro-contr4leur reoit une interruption. /&0. 7auve.arde des donn*es ,sauver.arde du contexte- : le micro-contr4leur sauté.

/,0. ecture de ladresse du vecteur dinterrution et char.e)ent dans le &CE /70. x*cution de la routine dinterrutionG Attention '' CKutilisateur doit penser S effectuer une sauve.arde de donn*es du pro!ramme principal pour ne pas les effacer pendant la routine dKinterruption et é!alement S suri)er le /la. dinterrution qui a déclenché lKinterruption.

: le micro-contr4leur réta%lit les données stoc\ées dans la pile. /(0. *talisse)ent des donn*es : le

/I0. e )icro6contrleur rerend son /onctionne)ent nor)alEEE

93

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions Qtude d"un ro.ra))e en Asse)leur avec .estion des interrutions


94

,remier !rogramme !rogramme a%ec interru!tion :é%ut

#nterruption

Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique #nterruption S chaque front montant sur la %roche ' du 1FBR

*au
*uppression du fla! dinterruption

F1

5han!e létat de la %roche & du 1FBR

$in

Bestauration du conte+te Betour au pro!ramme principal 95

e d*ut d"un ro.ra))e en assem%leur" ame remarquer des directi
Filename : premier_programme_interru premier_programme_interruption.asm ption.asm %hange l'état de la broche ! du PORT  chaEue 0ront montant sur la broche 1 du PORT 9gestion par interruption "uthor: #ric $agraner %ompan&: ni(ersité Paul %é)anne Re(ision: 1.** Date: !**+,*-

list p1/02!* ; Dé0inition du micro3contr4leur micro3contr4leur utilisé

:é%ut 5include 6p1/021*.inc7 6p1/021*.inc7 ; Dé0initions des emplacements mémoires des registres ; et con0igurations con0igurations matérielles par dé0aut 5include 6$"_%OF<=.inc7 6$"_%OF<=.inc7 ; $odi0ication des con0igurations con0igurations matérielles par dé0aut

B_T#$P R# 1 ; Réser(ation Réser(ation d'un octet en mémoire T"T T"T _T _T#$ #$PR# PR#  1 ; Rés Réser er(a (ati tion on d'un d'un octe octet t en en mém mémoi oire re R_T#$P R# 1 ; Réser(ation d'un octet en mémoire 96

les étapes classiques classiques dinitialisation dinitialisation du
init

Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique #nterruption S chaque front montant sur la %roche ' du 1FBR

F1

h'****' goto init

;
org goto

h'***/' ; 9nit. du (ecteur 98T#RRPT9O8 routine_interruption

clr0 mo(lC mo(C0 clr0 mo(lC mo(C mo(C0 0

PORT b'*******1' TR
mo(l< mo(<0

boucle nop goto

b'1**1****'; *C* 37 < 98T%O8 ; < 37 98T%O8 98T%O8 E9nit. du registre registre d'interrup. d'interrup.

$in

boucle

#D 97

e re.istre d"interrution INTCHN permet" dune part dacti
98

e d*clenche)ent d"une interrution conduit le microcontr4leur S sau
#nterruption

*au
; au(egarde du conteCte mo(<0 B_T#$P mo(00 T"T@ T"T_T#$P T"T_T#$P mo(00 R@ R_T#$P R_T#$P

; au(egarde au(egarde de B ; au(egarde au(egarde de T"T ; au(egarde au(egarde de R

; identi0ication de l'origine de l'interruption bt0sc 98T%O8@1 goto interruption_98T* bra restauration_conteCte restauration_conteCte

99

#l faut ensuite s4st*)ati!ue)ent /,0 mettre S *ro le it d"interrution puis" /70 ex*cuter la /onction pour laquelle linterruption a été pré
Bestauration du conte+te Betour au pro!. principal

bc0

98T%O8@1

; uppression du 0lag d'interruption d'interruption

mo(l< Cor<0 goto

*C*! ; *C*! 37 < PORT ; < Cor PORT 37 PORT restauration_conteCte

; Restauration du conteCte restauration_conteCte mo(00 R_T#$P@ R mo(00 B_T#$P@ B mo(00 T"T_T#$P@ T"T T"T

; Restauration Restauration de R ; Restauration Restauration de B ; Restauration Restauration de T"T

ret0ie

"##

(tructure générale d*un !rogramme !rogramme Beset Qector

#nterrupt Qector

:é%ut du pro!ramme

:é%ut de la routine dKinterruption

:éclarations

*au
5onfi!uration

#dentification de lKinterruption et suppression du fla! dKinterruption Boutine dKinterruption

1ro!ramme principal

$in

Béta%lissement des données Betour au pro!ramme principal "#"

&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a
&r*sentation de /onctions int*.r*es ,ti)erG &SMG etcE1resentation du lan!a!e 5 pour le microcontr4leur  spécificité pour le 1#5 '6$7(&8

"#2

3onctions intégrées du ,IC ,IC 4536789 es )icrocontrleurs int*.rent des /onctionnalit*s quil est sou
!

●

es co)teurs ...................................................................

●

Ces modules  5apture 5apture 5ompare 5ompare 1DM P .............................

●

Ces comparateurs ........................................................ ................................................................. ......... &omparator

●

Ces modules de con
●

7es chiens chiens-de -de-ga -garde rde

●

7es différents modes de gestion de lalimentation

...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......

>imer &&$

&6N*&N6

?atch ?at chdog dog

;ne présentation compl2te des différentes fonctions sort du cadre de ce cours. ous nous limiterons S ici S la présentation du module #MEB que nous utiliserons en 1...

"#3

La fonctionnalité « -imer » es ti)ers sont des re.istres incr*)ent*s S chaque réalisation dKun é<énement" la tre pré-positionnée S une
es *v*ne)ents !ui commandent l"incr*)entation l"incr*)entation sont ●

●

un cycle dKhorlo!e" cest la fonction  timer P ? un front montant sur une %roche en entrée" cest la fonction  counter P.

Il en d*coule !ue le )odule timer eut re)lir les /onctions suivantesG ●

●

tilisation B ti)er  : permet de fournir une référence temporelle S partir de lKhorlo!e du micro-contr4leur" notamment notamment dans le cadre dKapplications temps réel. tilisation B counter  : sert S compter un nombre dévénements as%nchrones sur une %roche dKentrée du micro-contr4leur. micro-contr4leur. "#4

Illustration !ar un e#em!le sim!le;;; sim!le;;; Cahier des char.es :

Fn cherche S utiliser le  module timer P du microcontr4leur pour faire cli!noter une CE: connectée sur le port BR'. Ca période est fi+ée S une fréquence de ' L=.

ne )*thode .*n*raleEEE ,1- ire dans la docu)entation /data-sheet0 la section traitant du module. ,2- D*duise6en les re.istres S confi!urer lors de la phase dinitialisation. ,3- Construise l"al.ori.ra))e préala%le S lécriture du pro!ramme. ,=- Qcrive le ro.ra))e asse)leurG teste6le et d*u..e6leEEE

"#5

xtrait du data6sheet du &IC1;8=520G E 1236125

"#6

xtrait du data6sheet du &IC1;8=520G E 1236125

"#7

uestions : ,1- E+plique= comment fonctionne le module #MEB8 _ 5omment peut-on lutiliser pour faire %asculer la sortie BR' toute les 8.( seconde _ ,2- :onne= les
"#8

: ' 0 T 1 Q & M H A C

.lgorigramme :é%ut

F1

$in "#9

A

,rogramme assembleur assembleur

: ' 0 Q T 1 & M C H ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Filename : timer*.asm Description : énération d'un signal carré sur la broche 1 du PORT par utilisation du module T9$#R* "uthor: %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**-,*

:é%ut

""#

A

: ' 0 Q T 1 & M C H

,rogramme ,rogramme assembleur [suite]

"""

Ca!ture+ Com!are+ ,<& es )odules CC&M ossde trois )odes de fonctionnement 

●

cature

pré-déterminé apparaît /e+  e )ode capture d*clenche une action si un é<énement pré-déterminé chan!ement dKétat sur une %roche0. ;tilisé a
co)are e )ode compare e//ectue une co)araison permanente entre le contenu dKun timer et une
●

&ulse >idth )odulation ,&SMe )ode &SM .*nre un si.nal rectan.ulaire de fréquence et de rapport cyclique choisis par lKutilisateur. ""2


Fn cherche S utiliser le  module 551 P du microcontr4leur pour !énérer un si!nal rectan!ulaire sur la %roche B5&. Ca période du 1DM est fi+ée S une fréquence de I88 L= et le rapport cyclique S 8"(. uestions : ,1- E+plique= comment les modules 551' et #MEB& fonctionnent ensem%le pour produire un si!nal rectan!ulaire de période et de rapport c%clique donné. ,2- #dentifie= les re!istres S initialiser et les
""3

: ' 0 T 1 Q & M H A C

.lgorigramme :é%ut

F1

$in ""4

A

,rogramme assembleur assembleur

: ' 0 Q T 1 & M C H ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Filename : p
:é%ut

""5

Les com!arateurs es co)arateurs er)ettent de comparer le si!nal analo!ique présent sur un %roche du micro-contr4leur micro-contr4leur S une valeur de référence . Cette valeur de r*/*rence eut #tre ●

●

soit un si.nal analogique dont on fait lacquisition sur une autre %roche du micro-contr4leur / convertisseur analogique numérique0" soit une tension de référence !énérée en interne par le microcontr4leur S lKaide du module de !énération de tension de référence.

Ce rincie de /onctionne)ent décrit ci-contre permet typiquement deffectuer une commande de type tout-ou-rien /FB0. ""6


Fn reprend le cahier des char!es posé pour faire cli!noter un CE: %ranché sur BR8 /cf. " " illustration du module #MEB p.0 mais on cherche maintenant S ajuster la fréquence de cli!notement en fonction dune tension présentée sur la %roche BA, du microcontr4leur. Ca fréquence sera de ,88L= si la tension est de inférieure S Q ::& et de I88 L= si elle est es t supérieure S Q::&. uestions : ,1- Fn utilise une référence interne de tension pour !énérer la tre confi!uré pour cela. E+plique= ensuite comment le module de comparaison peut >tre utilisé pour réaliser le cahier des char!es. ,2- #dentifie= les re!istres S initialiser et les
""7

: ' 0 T 1 Q & M H A C

.lgorigramme

""8

A

: ' 0 Q T 1 & M C H

,rogramme assembleur assembleur ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Filename : comparator.asm Description : énération d'un signal carré sur la broche R* par T9$#R* et aGustement de la 0ré?uence en 0onction d'une comparaison = une tension de ré0érence. "uthor: %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**-,*

:é%ut

""9

A

: ' 0 Q T 1 & M C H


"2#

&odule de con%ersion analogique2numérique e )odule de conversion analo.i!ue%nu)*ri!ue permet de con
●

●

la leine *chelle du module de con
Notes  Notes  /'0 la pleine échelle et la dynamique permettent de calculer la résolution en tension du module de con
"2"


Fn reprend le cahier des char!es posé pour !énérer un si!nal rectan!ulaire ames de fréquence attei!na%les. :éduise= de ce qui préc2de la
Illustration !ar un e#em!le sim!le;;; sim!le;;; uestions : ,1- #dentifie= les re!istres S initialiser et les
"23

: ' 0 T 1 Q & M H A C

.lgorigramme

"24

A

: ' 0 Q T 1 & M C H

,rogramme assembleur assembleur ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Filename : %"8.asm Description : énération d'un signal carré sur la par le module PB$ a(ec aGustement de la 0ré?uence en continu par con(ersion "8 sur broche "8*. "uthor: %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne Re(ision: 1.** Date: !**-,*

:é%ut

"25

A

: ' 0 Q T 1 & M C H


"26

Le « c)ien de garde » (
;ne >atchdo. /D:0 est un dispositif de protection pour é
5oncr2tement" lKutilisateur affecte une
1our que le micro-contr4leur ne redémarre pas" le pro!ramme doit périodiquement réinitialiser le re!istre /Datchdo! counter0. "27

Les différents modes modes de fonctionnement n lus du )ode de /onctionne)ent ar d*/aut /$rimar% (un /ode 0" les microcontr4leurs poss2dent de nom%reu+ autres modes de fonctionnement. Ce+istence de ces modes
●

●

run )ode 666 mode de fonctionnement par défaut du micro-contr4leur" toutes les fonctions sont acti<ées" la consommation dénergie est maximale. slee )ode 666 le micro-contr4leur est placé en mode sommeil" la consommation déner!ie est minimale" le micro-contrôleur peut-)tre réveillé par une interruption " ID )ode 666 le processeur du micro-contr4leur est arr>té" plus aucune instruction nest e+écutée" lutilisateur peut choisir de désacti
&lan 1résentation de linformatique industrielle et des syst2mes micro-pro!rammés Architecture des micro-contr4leurs micro-contr4leurs 1résentation des différents éléments dun micro-contr4leur" éléments de choi+ Bappels sur les nom%res %inaires et les différents coda!es Ces instructions Bappels sur la lo!ique com%inatoire et séquentielle 3tude du fonctionnement dun micro-contr4leur  le 1#5 '6$7(&8 1ro!rammation en Assem%leur -- Bappel sur les al!ori!rammes 1résentation des interruptions 3tude dun pro!ramme en Assem%leur a
1résentation de fonctions inté!rées /timer" 1DM" etc.0 &resentation du lan.a.e C our le µ-contrleur % s*ci/icit* &IC 1;8=520

"29

Langage C = microcontrôleur De lus en lus " les pro!rammes pour micro-contr4leur sont écrits en lan!a!e 5. 5e lan!a!e permet de détre ensuite utilisées sur différentes machines.

&our!uoi un lan.a.e tel !ue le C U ●

niversel  il nKest pas dédié S une application Y

●

Moderne  structuré" déclaratif" récursif" a
●

●

●

&roche de la )achine  manipulations de %its" pointeurs" possi%ilité dincorporer de lassem%leur" etc. &ortale  le m>me code peut >tre utilisé sur plusieurs machines [ il faut toutefois faire attention  ne pas créer des fonctions spécifiques  une machine ]. xtensile  il est possi%le de créer des %i%lioth2ques ou den incorporer.

Docu)entation Microchi

/$769 &BC & &1/$'72( &1/$'72( US2(S :U'#2 3#SDBECCJ4 F

"3#

Construction d'un e#écutable >4? Alors !ue l"asse)leur fait une con
Ri%lioth2ques Ri%lioth2ques 5

$ichiers header

Ri%lioth2que précompilée

fichier te+te .c

fichier te+te .h

fichier o%jet .o

include stdio.hX main/0 int MA" cpt? MA V 8+7(? for/cptV8? cpt MA? cptUU0 g

&6&HC77

Bemplace les define et effectue les include

!

CHM&IAT ,C1;ransforme le source 5 en un fichier o%jet /code machine0

;n code compilé est systématiquement plus lent et plus !ourmand en mémoire quun code assem%lé Y

QDIT D IN7 Cie tous les fichiers o%jets et crée un e+écuta%le

E+écuta%le

"3"

Construction d'un e#écutable >8? Asse)leur et co)ilateur peutre utilisés pour construire un seul e+écuta%le" cf. ci-dessous. CS encore" léditeur de lien soccupe de construire le code machine e+écuta%le S partir des différents fichiers o%jets.

!ntrées (sources)

Assembleur

Compilateur C (ici C18)

Fichiers pré compilés

Construction de librairies Scriptes de configuration de l'éditeur de lien

"diteur de liens

Sorties (exécutable, etc) "32

(ous ave accs $ la )aorit* des /onctionnalit*s du C de la norme A*# 5. Qous pou
pour faire laffectation dune variable codée sur 6 %its" ou encore if(vi if(vites tes s e == lim lim ite) ite)

pour effectuer un test dégalité entre deu+
●

●

●

●

●

!

au+ déclaration de variables, constantes, tableaux, pointeurs, structures, etc. au+ opérateurs arithmétiques et logiques " au+ opérateurs daffectation, incrémentation et décrémentation " au+ opérateurs de contr4le de flu+ / test et boucles0 , , S la conversion de t%pe, S lintégration de routines en assembleur. &ar contre " les instructions !érant les entrées et sorties /écran" cla
@n !remier !rogramme en C ,, ,,  ,, Filename: PremierProgramme.% PremierProgramme.% ,, ,,  ,, "uthor: marc "88"< ,, %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne ,, Re(ision: 1.** ,, Date: !**+,*,, ,,  5include 6p1/02!*.h7 5de0ine duree 1**** 5pragma con0ig DT  OFF ,, Déclaration des (ariables globales char c; 0loat pht; ,, Protot&pes des 0onctions (oid tempo9unsigned int count; ,, Programme Principal (oid main9 G PORT  *H**; TR
$ichier des en-t>tes de fonction pré-compilées spécifiques au microcontr4leur considéré. 5ontient notamment les équi
:éclaration de
:éclaration dune fonction

Affectation de re!istres du microcontr4leur ? 1FBR et B#*R sont déclarés dans p'6f7(&8.h "34

Les o!érateurs du langage C H*rateurs arithmétiques et relationnels 

H*rateurs logiques et de manipulation de its  !

"35

H*rateurs d!acc"s # la mémoire$ etc%

"36

!

-y!es de données

e taleau ci6dessous r*sente les t4es de variales supportés par le compilateur 5'6 ainsi que leur format de coda!e.

e /or)at est celui du us de donnée pour les types )h* et -/-(' )h* . Cutilisation de
conduit au stoc\a!e mémoire sui
(tructures = c)am!s de de bits es structures sont des t4es co)osites dans lesquels des 3?< )h* (-"!>3?< )h* $*b">3?< -9 9($< -9 @ETD< <

-9 !*-= 9)9 "& DEPSDM>?< DEPSDM>?49($ : 2878< 9)DEPSDM>?4-"!,GG*$$*-GG< 9)DEPSDM>?4(-"!,GG!*)GG< 444 

es structures B cha)s de its  permettent daccéder d accéder e+plicitement S des sousensem%les dune
xe)le  on acc2de S la patte BR8 par une instruction PORTAb94RA : <

"38

@nions Dans une unionG les cha)s arta.ent la )#)e adresse. 5ette construction permet dutiliser des dénominations différentes pour adresser les m>me %its. cf. le fichier de header. extern volatile near union = struct = -/-(' REB< -/-(' REB< -/-(' RE2B< -/-(' RE3B< < struct = -/-(' RDB< -/-(' WRB< -/-(' CSB< -/-(' MCLRB< < struct = -/-(' NOTRDB< NOTRDB< -/-(' NOTWRB< NOTWRB< -/-(' NOTCSB< NOTCSB< -/-(' NOTMCLRB< NOTMCLRB< < struct = -/-(' B3< -/-(' VPPB< < struct = -/-(' AN5B< -/-(' AN6B< -/-(' AN7B< <  POR!"its <

xe)le 

PORTEb94RE et PORTE4NOTRD parta!e la m>me adresse.

"39

"e l'assembleur dans du C A

!

C1; er)et l"utilisation d"instructions en asse)leur res!ue comme si tre dans un  %loc P délimité par *! et (-'*!. #a #a s m MOVLW  MOVWF )"-9,  9*9B DECFSJ )"-9, ,  OTO '"-( ;RA 9*9 '"-(B #e #e n $a s m

HI ( *(!b$ )"'( IH HH M"#( '()!*$  9" )"-9 HI L"" -9$ )"-9   IH

Cet asse)leur di//re n*an)oins de M&A7M sur les oinst suivant : ●

●

●

●

●

●

pas les directitre spécifiés" la con
"4#

La con%ersion de ty!e >cast?

ne conversion de t4e intervient lorsquun opérateur doit a!ir sur des opérandes de types différents. En !énéral" les opérandes sont alors con
char  int  lon!  float  dou%le Il est aussi ossile de /orcer une con
()*9:2425

&$"*9 ()*9, '9*-)( -9 9"-K(, -b : 5<

: <

()*9 : '9*-)( H &$"*9 -b  < 9"9"-K K( ( : -9 9 ()* ()*9< 9< ()*9:2 "4"

&odificateurs de ty!e ty!e Associ* $ chacun des t4es " le compilateur 5'6 supporte les modificateurs de t%pe classiques qui sont const



une constante stoc+ée en (1/ qui ne pourra pas )tre modifiée. ex. )"-9 -9 MA : <

volatile



une variable stoc+ée en (6/ ou en pile qui peut )tre modifiée

/défaut0. ex.

-/-(' )h* PORT; : +F<

n lus de ces )odi/icateursG 5'6 en introduit deu+ autres pour contr4ler les acc2s au+ différentes formes de mémoire... ra m

 ex.

ro m

 ex.

une donnée placée dans la mémoire donnée (6/ /défaut0 -/-(' )h* PORT; : +F<

une donnée stoc+ée dans la mémoire programme (1/ "! )"-9 -9 MA : <

"42

ariables globales+ locales;;; a ro.ra))ation en lan.a.e C se %ase enti2rement sur des fonctions dont la principale est !*-. Ca déclaration de tre faite S lintérieur ou S lextérieur dune fonction a
A l"ext*rieur d"une /onction " une déclaration est .loale  la
-)$'( )8&524h -9 MA< !*-=444

A l"int*rieur d"une /onction " la


variable stoc+ée en (6/  une adresse fixe. ex.. #"' &-)9"-= ex 9*9) -9 MA<444

"43

auto

%

une variable stoc+ée en pile 3défaut4. ex. #"' &-)9"-= -9 MA<444

re&ister

%

la variable est allouée dans un registre de travail. ote  3i4 correspondance obligatoire entre format de la variable et format du registre G 3ii4 inutile pour le $'& qui ne possde quun registre de travail.

n lus de ces classes de stoca.e standardG 5'6 en introduit la classe sui
B

ex. ex.

#"' &-)9"-= "#( "#($* $*  -9 -9 + : 5< (9 (9- +< +< #"' &-)9"-2= "#( "#($* $*  -9 -9  : 2< (9 (9- < < "44

Les directi%es « !ragma !ragma »

!

%onne pro+imité pro+imité a
permet de désacti
co$e

HH * B $*)(!(-9 libre '*- $* !Q!"(

permet de placer instructions- S ladresse 0

de la mémoire pro!ramm

"45

Les directi%es « !ragma !ragma » >8?

!

Ceci er)et en articulier de con/i.urer les d"interrutions : une premi2re directi
 p ra ra & m a c o $ e

pra&ma interruptlo "9-(-9$"% #"' "9-(-9$"% "9-(-9$"%= = 444<

uel!ues re)ar!ues  /10 une fonction dinterruption ne poss2de ni entrée ni sortie ? / 20 une sautre complétée en modifiant la seconde directi
.loale S sau
"46

estion des interru!tions >4? #nterruption :é%ut Rroche & S  du 1FBR en sortie Rroche ' du 1FBR en entrée BAT du 1FBR Rroche ' S 7 du 1FBR en E* numérique #nterruption S chaque front montant sur la %roche ' du 1FBR 1FBR F1

$in

#dentification de linterruption

*uppression du fla! dinterruption

5han!e létat de la %roche & du 1FBR

Betour au pro!ramme principal "47

estion des interru!tions >8? ,, ,, Filename: premier_programme_% premier_programme_%.% .% ,, ,, "uthor: $arc "llain ,, %ompan&: ni(ersite Paul %e)anne ,, Re(ision: 1.** ,, Date: !**-,1* ,, 5include 6p1/02!*.h7 5pragma con0ig DT  OFF ,, Protot&pes des 0onctions (oid Kecteur_interruption Kecteur_interruption9(oid; 9(oid; (oid Routine_gestion_inte Routine_gestion_interruption9(oid; rruption9(oid; ,, Programme Principal (oid main9 G PORT  *; TR
"48

estion des interru!tions >D? ,,
"49

Euelques astuces2!iges en langage C

tiliser le assa.e des ar.u)ents ar adresse Ca fonction ne tra
●

es /onctions r*cursives Elles sont S é
"5#

Informatique Industrielle

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