Travaux Dirigés - Université de Savoie

Université de Savoie
Travaux Dirigés
Microprocesseur et Microcontrôleur
Sylvain MONTAGNY
[email protected]
Bâtiment chablais, bureau 13
04 79 75 86 86
TD1 : Rappels et jeu d’instruction
TD2 : Timer, Port E/S d’un microcontrôleur
TD3 : Les interruptions
TD4 : Gestion d’afficheur 7 segments
TD5 : Conversion Analogique/Numérique
Retrouver tous les documents de Cours/TD/TP sur le site
www.master-electronique.com
Université de Savoie
Module ETRS-604
Microprocesseurs & Microcontrôleurs
TD 1
Rappels et jeu d’instruction
I. Système à microprocesseur
Un processeur 64 bits stocke les données binaires qu’il traite dans des circuits intégrés de
mémoire RAM. La capacité de chaque circuit mémoire est de 4 Mo, les données binaires étant
organisées en mots de 64 bits. La capacité totale de l’ensemble des mémoires vives est de 32
Mo.
Q1. De combien de circuits différents est constitué l’ensemble de la mémoire vive associée
à ce processeur ?
Q2. Donner le nombre de cases mémoires disponibles dans chaque circuit RAM ainsi que
le nombre total de cases mémoires pour l’ensemble des circuits.
Q3. Quelle doit être la taille minimum du bus d’adresse de ce processeur ? Quelle est
l’adresse la plus haute et l’adresse la plus basse (en hexadécimal) accessible par le
processeur ?
La taille du bus d’adresse sera désormais la taille minimum que vous venez de trouvez.
Q4. Parmi l’ensemble des bits constituant le bus adresse, donner le nombre de bits
réservés à la sélection d’un circuit mémoire (boitier) et le nombre de bits réservés à la
sélection d’un emplacement dans cette mémoire.
Q5. Donner les adresses de début et de fin des quatre premiers circuits en complétant le
tableau ci-dessous.
Circuits
A21 A20 A19
A16
A15
A12
A11
A8
A7
A4
A3
A0
Adresses Hexadécimal
Fin
RAM 3
Début
Fin
RAM 2
Début
Fin
RAM 1
Début
Fin
RAM 0
Début
Tableau 1 : Adressage des circuits RAM
Q6. Représentez sur un schéma l’ensemble des circuits, du processeur et des bus (on ne
représentera que deux RAMs). On devra faire apparaitre clairement le nombre de fils sur
chaque partie des bus.
Q7.
Donnez un exemple d’architecture réalisant le décodage d’adresse.
II. Instructions dans un PIC 16F877
Vous trouverez toutes les informations nécessaires dans la documentation du microcontrôleur
PIC16877A.
1.
Taille des mémoires
Q8. Quelle est la quantité mémoire disponible pour stocker le programme dans votre
microcontrôleur ? Pouvez vous retrouver la cohérence entre la taille de la mémoire
programme et la taille du registre PC (Program Counter).
Q9. Quelle est la quantité mémoire disponible pour stocker des données dans votre
microcontrôleur ?
2.
Jeu d’instruction
Q10. Combien de cycle instruction prend chacune des instructions ?
Q11. Combien de cycle horloge prend chacune des instructions ?
Le programme suivant est écrit en assembleur. Il fait varier la valeur de sortie du bit 0 du
PORTB. L’utilisateur voudrait réaliser un signal carré en sortie.
BOUCLE
MOVLW
MOVWF
BCF
BSF
GOTO
FEh ;
TRISB ;
TRISB,0;
TRISB,0;
BOUCLE;
// Configuration du bit PORTB.0 en sortie
Q12. Donner le code C correspondant.
Q13. En prenant en compte les temps de chacune des instructions, tracer le chronogramme
du PORTB. Quelle remarque peut-on faire sur le rapport cyclique du signal par rapport au
souhait initial du programmeur ?
Application du TP :
Q14. Quelle mesure pouvez-vous effectuer pour mesurer le temps de cycle instruction de ce
microcontrôleur ?
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Module ETRS-604 : Microprocesseurs & Microcontrôleurs
TD 2
Timer, Port E/S d’un microcontrôleur
I.Les Timers du PIC 16F87XA
1.
Présentation des Timer
1.1. Choix du mode compteur / temporisateur.
Q1. Quel est la différence entre un compteur et un temporisateur ? Donner deux exemples
extrêmement simples d’utilisation de ces deux modes.
Q2. Quels sont les bits qui permettent de sélectionner le mode compteur ou temporisateur
pour les Timers 0 et Timer 1 ? Quelle est la particularité du Timer 2 vis-à-vis de ces deux
modes de fonctionnement ?
Q3. Lors du fonctionnement en mode compteur pour le Timer 0, comment peut-on décider
du front déclenchant une incrémentation du compteur ?
1.2. Caractéristiques des Timers
Q4.
Quelle est la plage de valeur que peut prendre le Timer 0, Timer 1 et Timer 2 ?
On considère maintenant un cadencement du PIC à 4Mhz, et une utilisation en mode
temporisateur du Timer 0.
Q5.
Expliquer l’utilité et le fonctionnement du module PRESCALER.
Q6. Dans le cas ou le timer n’utilise pas de prescaler (PSA=1) quelle sera la période de
positionnement du bit de fin de comptage (overflow) TMR0IF.
Q7. Quelle valeur doit-on placée dans le TMR0 si nous souhaitons mesurer un temps de
156µs.
La période maximal du timer est très faible au regard de beaucoup d’applications. Ainsi, un
« Prescaler » peut être implémenté dans le fonctionnement des Timers.
Q8. Remplir le tableau suivant relatif au temps de débordement du Timer 0 en fonction du
prescaler utilisé.
PSA PS2 PS1 PS0 Timer 0 prescaler
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Temps de débordement du Timer 0 (en µs)
2
4
8
16
32
64
128
256
Q9. Donner la configuration que vous choisiriez pour un débordement du Timer au bout
de 1,3ms.
2.
Programmation du timer
Une méthode classique pour attendre un certain temps dans un programme est de réaliser une
boucle de temporisation souvent appelée par l’étiquette : TEMPO. Cette méthode est basée
sur la programmation d’une boucle en langage assembleur. En effet, en connaissant le nombre
d’instructions utilisées ainsi que le nombre de cycles pour exécuter ces instructions, on peut
aisément effectuer un temps d’attente. Cette méthode est cependant assez lourde puisque qu’il
faut prendre en compte toutes les instructions de notre boucle. Une méthode plus rigoureuse
est donc d’utiliser le timer disponible dans le microcontrôleur.
Q10. Proposez un organigramme qui permettra de compter un temps de 256µs (temps le
plus élevé sans prescaler) qui servira de période pour exécuter un petit programme
quelconque. La fin du comptage sera surveillée par le flag d’overflow qui correspond à la fin
de comptage du timer.
256µs → Programme quelconque → 256 µs → Programme quelconque → 256 µs etc à
l’infini….
Note : Un organigramme est une succession de rectangles (actions à mener) et de losanges
(tests) qui représentent l’algorithme du programme à réaliser.
Q11. Proposez un code langage C pour cet organigramme.
II.Port d’entrée sortie du PIC 16F87XA
1.
Structure logique des entrées / sorties
L’architecture des bits 0:3 du port A est présentée dans la datasheet.
Q1. Quel doit être le fonctionnement des transistors P et N pour obtenir un « 1 » logique
en sortie ? Pour obtenir un « 0 » ?
Q2. Quelle doit être le fonctionnement des transistors P et N pour une configuration du
port A en entrée ? Quelle est le nom de cette structure de sortie logique.
Que le port soit configuré en entrée ou en sortie, il est toujours possible d’effectuer une
lecture du port.
Q3. Expliquez le fonctionnement d’une lecture du port A vers le bus de donnée interne
(Data Bus).
L’architecture du bit 4 du port A est présentée dans la datasheet.
Q4.
Quel est le nom de cette structure logique de sortie.
Q5.
Quelle particularité possède la structure logique d’entrée de RA4 (bit 4 du port A) ?
2.
Programmation des entrées / sorties
Le schéma ci-dessous représente une application simple d’allumage d’une led par appuis d’un
bouton poussoir.
Figure 1 : Allumage d'une led par bouton poussoir
Q6. Donner l’organigramme du programme qui allume la led lors de l’appui du bouton
poussoir, et qui éteint la led lors du relâchement.
Note : Prenez soin de vérifier comment fonctionne le PORTA en sortie et le PORTB en
entrée.
Q7.
Ecrire le programme C correspondant.
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Module ETRS-604
Microprocesseurs & microcontrôleurs
TD 3
Les interruptions
Nous allons étudier deux microcontrôleurs dont la gestion des interruptions est sensiblement
différente.
I. Interruption dans un ADuC812
Le fabriquant de microcontrôleur Analog Device est très réputé pour l’utilisation
d’électronique embarqué dans le domaine de la mesure. Dans le microcontrôleur ADuC812, il
intègre un cœur 8051 très connu et extrêmement utilisé.
1.
Configuration des interruptions
La documentation technique du microcontrôleur ADUC812 d’Analog Device est donnée en
annexe.
Q1.
Combien de sources différentes peuvent interrompre le µC ?
Q2.
Qu’appelle t-on le masquage d’interruption ? Quel registre est concerné ?
Q3. Donnez la procédure pour autoriser l’ensemble des interruptions suivantes : le timer0,
la liaison série et le convertisseur A/D.
Q4. L’événement lié au module timer qui crée une interruption, est son débordement.
Retrouver les évènements liés aux autres modules qui créent interruptions. Vous remplirez la
2ème et la 3ième colonne du Tableau 1.
2.
Hiérarchisation : niveau de priorité
Q5. Combien de niveaux de priorités peut-on choisir pour les interruptions ? Comment le
niveau est- il sélectionné ?
Q6. D’après le paragraphe « interrupt priority » et le tableau XXV, expliquez ce qu’il se
passe si une interruption d’une priorité supérieure intervient pendant une routine
d’interruption de priorité inférieure ?
Q7. Si deux interruptions de niveau de priorité différent arrivent en même temps, c’est
l’interruption qui a la plus forte priorité qui s’exécutera en premier. Comment fait-on pour
départager deux priorités de même niveau qui arrivent en même temps ?
3.
Vectorisation
Q8. Qu’est ce qu’un vecteur d’interruption ? Qu’est ce qu’une table des vecteurs
d’interruption ?
Remplir la 4ème colonne du Tableau 1.
Q9.
Source
Module matériel
Explication de l’évènement
Adress Vector
IE0
TF0
IE1
TF1
RI+TI
ADCI
PSMI
Tableau 1 : Source d'interruption, vecteur et évènements
Q10. Lors d’une interruption du Timer 0, à quelle adresse le microcontrôleur trouvera le
sous-programme d’interruption correspondant ?
Q11. Combien de place mémoire possède t on pour coder l’ensemble de ce sous programme
d’interruption ? Que convient-il de faire si nous devons utiliser plus de place pour coder ce
sous programme ?
4.
Traitement de l’interruption
On a vu que les évènements créant des interruptions sont gérés par le positionnement de flag
dans des registres.
Q12. Nous nous plaçons dans le cas ou nous avons pris en compte une interruption qui était
survenue. Quelle action faut-il alors éventuellement réaliser pendant le sous programme
d’interruption concernant ces flags liés à l’interruption.
Q13. Quelles sont les autres actions à réaliser au début du sous programme, et à la fin du
sous programme d’interruption ?
II. Interruption dans un PIC 16F87XA
On se propose de reprendre l’application vu dans le TD précédent en modifiant le cahier des
charges. La led doit s’allumer par un appui du bouton poussoir. L’extinction se fait par un
second appui du bouton poussoir. Les interruptions devront être mises en œuvre pour le
développement de cette application.
1.
Mise en œuvre d’une seule interruption
Figure 1 : Allumage d'une led par bouton poussoir
Q1.
Quel est l’avantage de gérer ce système par interruption ?
Q2.
Définir le mot de configuration du registre INTCON.
Q3. D’après le paragraphe « 14.12- Context Saving During Interrupt » de la
documentation, quel est la sauvegarde qui est faite automatiquement par le microcontrôleur ?
Q4. A quelle adresse du microcontrôleur devons nous implémenter le code de notre sous
programme d’interruption.
Q5.
Réaliser l’organigramme complet pour le programme de cette application.
2.
Mise en œuvre de deux interruptions
2.1. Fonctionnement des interruptions dans le PIC
Dans le microcontrôleur ADuC812, chaque interruption possédait un vecteur d’interruption
particulier. Ici, nous n’en possédons qu’un. Vous pourrez vous référer au paragraphe « 14.11Interrupts » pour répondre aux questions suivantes.
Q6. Une fois que notre programme principal a bifurqué vers l’adresse 0x0004, comment
fait t on pour savoir qu’elle interruption est réellement survenue ?
Dans le microcontrôleur ADuC812, chaque interruption pouvait être définie par deux niveaux
de priorité, ici il n’y a pas de niveau affecté. Si une interruption arrive alors qu’une autre est
déjà en cours, elle sera traitée lorsque la première routine se terminera.
Q7. Dans le cas ou deux interruptions arrivent en même temps, comment le
microcontrôleur fait pour choisir la routine d’interruption qu’il exécutera ?
2.2. Application
En réalité, le fonctionnement de notre application comme nous l’avons vu jusqu’ici ne
fonctionne pas. Ceci est du aux problèmes des rebonds du bouton poussoir.
Q8.
Expliquez ce phénomène et proposer une solution pour le résoudre.
Q9. Proposez un organigramme pour réaliser cette application sachant que toute la
gestion de ce système devra se dérouler en interruption.
Note 1 : Le programme principal ne fera que boucler sur lui-même
Note 2 : Nous utiliserons le timer 1 pour inhiber les interruptions du bouton poussoir pendant
un certain temps.
III. Annexes : Documentation du µC ADuC812
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Microcontrôleur et Microprocesseurs
TD 4
Gestion d’afficheur 7 segments
L’afficheur 7 segments de la carte de développement est constitué de la façon suivante :
Q1. Reprenez le schéma précédent en représentant seulement l’afficheur DIS3, et en le
remplaçant par les LED qui constituent un afficheur 7 segments?
Q2.
Donner les valeurs à donner au port D afin d’afficher les nombres de 0, 1 et 2.
Q3. Réaliser l’organigramme d’un programme réalisant l’affichage du chiffre 0 sur
l’afficheur DIS3
Q4. Réaliser l’organigramme d’un programme réalisant l’affichage de deux chiffres
différents sur DIS3 et sur DIS2.
Q5. Réaliser l’organigramme d’un programme réalisant l’incrémentation des deux chiffres
affichés toutes les secondes.
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Microcontrôleur et Microprocesseurs
TD 5
Conversion Analogique/Numérique
1. Datasheet du CAN 10 bits PIC16F877
La figure ci-dessous montre les différents temps de la séquence de conversion :
Q1.
Quelles sont les étapes d’une conversion AN ? Expliquer les 2 temps qui
constituent ces étapes ?
Q2.
Quelle recommandation importante est citée dans la documentation au
chapitre 11.1 au sujet du temps d’acquisition ? Donner le temps d’acquisition typique
que nous rencontrons pour un montage classique.
Lire le chapitre 11.2
Q3.
Expliquer ce qu’est le temps TAD. Quel est le temps minimum que l’on peut
admettre pour le temps TAD ?
Q4.
Quel sera donc le temps de conversion : « conversion time » ? En déduire le
temps total de la conversion A/N.
Reprendre les 7 étapes de la documentation sur la réalisation d’une conversion analogique
numérique. Nous réaliserons une application avec un échantillonnage d’une valeur sur la voie
1 toutes les 500 ms. Nous fonctionnerons sans interruption avec un quartz à 8 MHz.
Q5.
Donner l’organigramme entier de votre programme.
Q6.
Donner le code en langage C de chacune des étapes de votre organigramme.