TH6 Leçon µC

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THEME 6
LES MICROCONTRÔLEURS
Situation déclenchante : (Réaliser l’activité 1 page 134)
Partie 1 : Les microcontrôleurs de type PIC
I. Introduction
Un microcontrôleur (µC), MCU signifiant Micro Controller Unit en anglais, est un circuit intégré
programmable destiné à la commande des systèmes et objets techniques. Il exécute les instructions
d’un programme grâce à une unité de traitement d’informations et des périphériques inclus dans le
même boîtier. Un microcontrôleur a, donc, les mêmes éléments essentiels d’un ordinateur.
Il existe plusieurs familles de µC (figure1)
Dans ce qui suit, seuls les microcontrôleurs de type PIC (Peripheral Interface Controller) de
Microchip seront étudiés.
II. Présentation générale
II.1. Introduction
Tous les microcontrôleurs, quels que soient leurs fabricants, leurs types et leurs formes de boitiers,
possèdent des broches permettant l’envoie et la réception des informations.
EXEMPLE : Le microcontrôleur de type PIC16F84A (figure 2).
Ce microcontrôleur comporte :
 Deux ports rassemblant chacun un nombre de broches destinés à l’envoie ou à la
réception d’informations selon le programme implanté dans sa mémoire interne ;
 Deux boches pour la polarisation ;
 Une broche pour l’initialisation ayant comme fonction de forcer l’exécution du
programme à partir de sa première ligne d’instruction ;
 Deux broches pour utiliser une horloge externe ayant pour but d’accélérer la vitesse
d’exécution d’un programme implanté par l’utilisateur.
Fig. 1
Fig. 2

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THEME 6
II.2. Brochage des PICs
II.4.a. Broches de polarisation : VSS et VDD
Ce sont les broches de polarisation du microcontrôleur (figure 3)
• VSS : Masse (0V) ;
• VDD : Tension de polarisation
II.4.b. Broche d’initialisation MCLR :
La broche MCLR (figure 4) est destinée à l’initialisation
du programme : forcer le programme à débuter par la
première instruction
II.4.c. Broches d’oscillateur :
Les broches OSC1 et OSC2 (figure 5) permettent de
brancher un oscillateur externe pour synchroniser le
rythme d’exécution du microcontrôleur à une horloge
externe.
Il existe trois gammes de fréquences
d’horloge reconnues par le PIC :
 LP (Lower power) : La fréquence du quartz dans ce cas entre 32KHz et 200KHz.
 XT (Xtal) : La fréquence du quartz dans ce cas entre 100Khz et 4MHz.
 HS (High Speed) : Il concerne les montages équipés d’un quartz ayant une fréquence
entre 4 et 20 MHz.
II.3. Classification des PICs de Microchip
Actuellement les modèles Microchip, sont classés en 3 grandes familles, comportant chacune
plusieurs références. Ces familles sont :
 Base-line : les instructions sont codées sur 12 bits.
 Mid-line ou mid-range : les instructions sont codées sur 14 bits.
 High-End : les instructions sont codées sur 16 bits.
II.4. Identification des PICs
Un PIC est identifié par une référence (figure 6) de la forme suivante : ww(LX)xxx-yy-zz
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6

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Exemple d’application : PIC 16F84 –04
PIC : ………………………...……………
16 : …………………......………………..
(Sans L) : ……....…….……………..
F : …......………..………………………..
84 : ……………………………….......
04 : …………………………………….
Sans I : …………………………….
P: ………………..……………………..
III. Exécution d’une instruction d’un programme
La figure 7 illustre d’une manière simplifiée le déroulement de l’exécution d’une instruction de
calcul (logique ou arithmétique) par l’unité de calcul.
Une instruction d’un programme, stockée dans la mémoire programme, est
exécutée selon le cycle suivant :
 Le compteur programme (2) pointe l'instruction à exécuter dans la mémoire programme (1) ;
 Cette instruction est envoyée aux registres d'instructions et de décodage ;
 Les registres d'instructions et de décodage (3) :
 fixent la stratégie de déroulement de cette opération ;
 analysent et décodent cette instruction ;
 fixent l'opération à exécuter en informant l'unité de calcul ;
 donnent l’ordre d’envoi des opérandes et de l’opérateur à l'unité de calcul ;
 Exécution de l'opération par l'unité de calcul (5) ;
 Chargement du résultat dans les registres de travail (6).
Les registres de travail (6) sont reliés via des bus internes à une variété de registres
où ce résultat sera récupéré et stocké. Ce résultat, selon les instructions du
programme, peut être communiqué sur une ou plusieurs broches du microcontrôleur.
Les étapes de cette opération de calcul se déroulent selon un rythme fixé soit par une
horloge interne soit par une horloge externe du microcontrôleur.
Fig. 7

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THEME 6
IV. Architecture simplifiée d’un microcontrôleur type PIC16F84A
La figure 8 représente une architecture simplifiée d’un microcontrôleur du type PIC16F84.
Fig. 8
Le tableau suivant rassemble le nom et la fonction de chaque élément évoqué dans cette
architecture.
1 - Mémoire programme
Stocker le programme.
2 - Compteur du programme
Choisir l'instruction à exécuter (pointeur).
3- Ports entrées/sorties
Pour la communication des informations.
4- Unité de calcul
Exécuter les opérations de calcul.
5- RAM
Mémoire vive : enregistrement temporaire des
données.
6- EEPROM
Mémoire morte programmable et effaçable
électriquement.
7- Horloge
Rythmer le cycle d'exécution du microcontrôleur.
8- Registre de décodage
Décoder une instruction.
9- Registre d'état
Enregistrer le dernier état du calculateur.
10 - Registre de travail
Enregistrer le dernier résultat de calcul de l'UAL
11- Registre d'instructions
Stocker une instruction à exécuter.
12- Timer
Fournir ou reçoit le résultat de comptage.
13 - multiplexeur
Suite à une autorisation, il cède le passage à une
information parmi plusieurs présentes en entrée.
14- Reset
Initialiser le microcontrôleur.

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THEME 6
IV.1. Mémoire programme
La mémoire programme (figure 9) sert à enregistrer le
programme à exécuter. Elle est composée de 1024 mots
de 14 bits.
Un mot est une ligne composée de 14 mémoires
élémentaires appelées (bits) accessibles en lecture et en
écriture.
Dans chaque mémoire élémentaire on peut stocker ou lire
un état logique (soit 1 : 5V soit 0 : 0V).
Les bits de chaque ligne de la mémoire programme
comportent :
 L’opérande de l’instruction ;
 Un opérateur s’il en existe ;
Chaque ligne de la mémoire programme est identifiée par une adresse composée d’un nombre fini
de bits. Ces bits offrent la possibilité de plusieurs combinaisons (par leurs états logiques 1 ou 0). A
chaque combinaison correspond une ligne.
IV.2. Bit mémoire
La figure 10 illustre la fonction réalisée pour un bit du
mot de la mémoire programme. Celle-ci est
composée :
 D’une mémoire élémentaire à base de fonctions
logiques.
 D’un sélecteur permettant de choisir le mode
(écriture dans la mémoire ou lecture de la
mémoire).
 D’un sélecteur permettant de choisir le bit à
enregistrer (Soit : 1Logique, soit : 0 Logique).
Réellement ces opérations sont synchronisées avec
l’horloge du microcontrôleur.
IV.3. Mémoire RAM
La mémoire RAM est composée de deux parties (figure
11). Chaque partie est appelée Banque. Dans chaque
banque on n’y trouve que des registres. Ces registres
sont :
 Des registres spécifiques aux microcontrôleurs ;
 Des registres réservés aux données de
l’utilisateur pour y stocker les variables
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11