Microprocesseurs et Microcontrôleurs - UVT e-doc

Microprocesseurs
et Microcontrôleurs
Représentation de l’information en
numérique
Jlassi Khaled
Université Virtuelle de Tunis
2008

Ce module « Microprocesseurs et Microcontrôleurs » s’intéresse aux systèmes
microprogrammés à base de microprocesseurs et/ou de microcontrôleurs.
Les sujets choisis, le niveau auquel ils sont abordés, ont été sélectionnés de manière à
coïncider avec les cours enseignés au niveau de certaines filières d'ingénieurs (Génie
Électrique, Télécommunication, Informatique et certaines maîtrises technique).
Concevoir une interface matérielle, pour un microprocesseur ou une application
spécialisée, et arriver à un résultat raisonnablement optimisé, nécessite des
connaissances assez vastes, et il faut sans cesse les compléter. La maîtrise des méthodes
traditionnelles des systèmes logiques est insuffisante pour la conception d'un système à
base de microprocesseur ou microcontrôleur. La pratique de plusieurs réalisations est
nécessaire pour acquérir une connaissance réelle. Toutefois ce cours a pour ambition de
montrer à de jeunes étudiants et à des ingénieurs désireux de se mettre à jour et recycler
leurs connaissances sur un sujet en perpétuelle évolution les facettes principales de la
conception de systèmes à microprocesseur. Les sujets abordés ici sont similaires à ceux
qui sont le plus fréquemment traités dans certains ouvrages de références et certains
sites Internet. Nous avons volontairement découpé ce cours en cinq parties
indépendantes mais complémentaires. L'étudiant ou l'étudiante devrait avoir une
connaissance de base en systèmes logiques et informatique. Toutefois Dans la première
partie nous avons fait un rappel sur les systèmes numériques. C'est un pré requis
nécessaire pour le reste du cours
Ce « Guide d'étude » a pour objectif de vous préparer à suivre le cours. Il définit en
quelque sorte un mode d'emploi, non seulement pour le matériel didactique du cours,
mais aussi pour le cheminement que vous devez adopter et les différentes exigences
auxquelles vous devez répondre.
Bonne lecture et bon cours!

Le but de ce module est de se familiariser avec les principes de base des circuits
numériques. Plus spécifiquement ce cours a pour ambition de montrer, à de jeunes
étudiants et à des ingénieurs désireux de se mettre à jour et recycler leurs connaissances
sur un sujet en perpétuelle évolution, les facettes principales des systèmes
microprogrammés.
Au terme de ce cours les étudiants seront en mesure :
 d’expliquer les différente représentations des données numérique et
alphanumériques.
 d’analyser et pourquoi pas de concevoir des systèmes minimales a base de
microprocesseurs; quoique la pratique de plusieurs réalisations est nécessaire
pour acquérir une connaissance réelle de conception de systèmes à base de
microprocesseurs.
 de proposer certaines solutions relatives à des applications simples de commande
et de contrôle impliquant un microprocesseur ou un microcontrôleur.
 de donner un avis professionnel sur les différentes familles de microcontrôleurs et
leurs champ d’application.
 de définir des critères de choix d’un microcontrôleur pour une application donnée.
En effet il existe plusieurs famille de microcontrôleurs dont les plus connues
sont : Atmel AT91 , Atmel AVR , le C167 de Siemens/Infineon, Hitachi H8, Intel
8051,Motorola 68HC11, PIC de Microchip, ST6 de STMicroelectronics, ADuC d' Anal
og Devices, PICBASIC de Comfile Technology . Il est bien évident que, dans le
cadre de ce cours dont le nombre de pages doit forcément rester limité, il ne va
pas être possible de donner toutes les informations, matérielles et logicielles,
relatives à tous ces microcontrôleurs. Le manuel technique de chacun d'entre eux
comporte en effet plusieurs dizaines de pages, voir parfois une centaine. Nous
allons nous intéresser dans le cadre de ce cours à la famille Intel C51. Après une
brève présentation de cette famille nous avons orienté notre étude vers le
microcontrôleur 80C51. C’est un microcontrôleur 8 bits avec un jeu d'instructions
réduit (101 instructions). Ses instructions sont organisées autour d'un
accumulateur et de registres (quatre banques de huit registres). L'unité centrale
du 80C51 incorpore un processeur booléen qui accroît considérablement la vitesse
de traitement des instructions de manipulation de bits.
Nous avons consacre la dernière partie de ce cours à la programmation des
microcontrôleurs et notamment la famille C51. Pour cela nous avons pris le cas du

microcontrôleur 80C552 de PHILPS. Ce microcontrôleur incorpore une liaison série
RS232S et un bus I2C (réseau local) et 8 entrées analogiques. L’environnement de
programmation que nous avons choisi pour illustrer nos exemples et l’environnement
Keil. Cet environnement extrêmement puissant présente une plateforme logicielle
complète pour la programmation des microcontrôleurs. L’environnement Keil intègre un
débogueur avec µVision. Il peut être utilisé en mode simulateur ou moniteur temps réel
chargé sur cible. Le dialogue se faisant à travers une liaison série ou USB suivant les
architectures.
Le déboguage est facilité grâce à une intégration complète des microcontrôleurs, on a
ainsi une visibilité sur l’état de tous les périphériques internes en mode simulation. Keil
fournit tous les fichiers de démarrage (Startup, header..) pour chacune des architectures
ainsi que de nombreux projets d’exemples utilisant le CAN, l’I2C, l’Ethernet et les
périphériques internes. Le moniteur temps réel est pré-configuré pour la plupart des
cartes d’évaluation du marché.
Grâce à son Editeur de liens étendue (LX51), Keil supporte aujourd’hui tous les dérivés
8051 ayant un adressage supérieur à 64K. Un RTOS est aussi fourni en version allégée et
peut être complété optionnellement (RTX 51, RTX 166 ou ARTX sur ARM, suivant
l'architecture). Il supporte les dernières architectures XC166 d'Infineon et Super 10 de ST
Microelectronics, incluant leurs fonctionnalités DSP.

2 Jlassi Khaled
I. Présentation du binaire.
Vers la fin des années 30, Claude Shannon démontra qu'à l'aide de "contacteurs"
(interrupteurs) fermés pour "vrai" et ouverts pour "faux" il était possible d'effectuer des
opérations logiques en associant le nombre " 1 " pour "vrai" et "0" pour "faux". Ce codage de
l'information est nommé base binaire. C’est avec ce codage que fonctionnent les ordinateurs.
Il consiste à utiliser deux états (représentés par les chiffres 0 et 1) pour coder les informations.
L'homme travaille quant à lui avec 10 chiffres (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9), on parle alors de base
décimale.
I.1 Le bit.
Bit signifie "binary digit", c'est-à-dire 0 ou 1 en numérotation binaire. C'est la plus petite unité
d'information manipulable par une machine numérique. Il est possible de représenter
physiquement cette information binaire :
- par un signal électrique ou magnétique, qui, lorsqu'elle atteint une certaine valeur,
correspond à la valeur 1.
- grâce à des bistables, c'est-à-dire des composants électroniques qui ont deux états d'équilibre
(un correspond à l'état 1, l'autre à 0)
Avec un bit il est ainsi possible d'obtenir deux états: soit 1, soit 0. 2 bits rendent possible
l'obtention de quatre états différents (2*2):
2 bits
0 0
0 1
1 0
1 1
Avec 3 bits il est possible d'obtenir huit états différents (2*2*2):
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
Pour un groupe de n bits, il est possible de représenter 2n valeurs.