Rapport - Aymeric Dorkel

DORKEL Aymeric
CHEVRET Anthony
TTravaux d'Initiative
Personnelle Encadrés
Les microcontrôleurs 8-bits
Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Années 2005/2006
STH 2 – ST 5

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Les microcontrôleurs 8-bits
Durant le vingtième siècle l’électronique telle que nous la connaissons actuellement
est née. L’invention du transistor durant les années 50 a permis la création des
microprocesseurs qui ont ouvert l’ère de l’électronique programmable. Que sont les
microcontrôleurs, et pourquoi sont-ils des éléments essentiels des applications
électroniques aujourd’hui ?
Les microcontrôleurs représentent une évolution des microprocesseurs en
diminuant le nombre de composants annexes nécessaires à leur fonctionnement. Ils se
développent parallèlement à leurs pères et sont destinés à des applications nécessitant
moins de puissance de calcul mais un fort taux d’intégration et des coûts réduits.
Il existe une très large variété de microcontrôleurs, des plus petits modèles aux
fonctions extrêmement basiques, généralement basés sur des architectures 8-bits, au plus
imposants, exploitant des architectures 32-bits, en passant par des modèles spécialisés,
que ce soit dans le traitement du signal comme les DSP (« Digital Signal Processor »,
processeur pour signaux analogiques) ou dans la sécurité comme les microcontrôleurs
sécurisés.
Nous limiterons notre étude aux microcontrôleurs 8-bits, dont les principes de
fonctionnement sont souvent extensibles aux architectures plus complexes. Nous
n’étudierons pas le fonctionnement des périphériques qu’ils intègrent mais nous
présenterons tout de même leur base sur le principe des entrées – sorties.
Les connaissances nécessaires pour pouvoir aborder ce rapport sont très réduites,
elles se limitent à des notions d’électricité, d’automatisme et de programmation. Toutefois
les annexes renforceront certains points nécessaires à la compréhension ou à
l’approfondissement du dossier.
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Sommaire
Introduction au sujet 3
I Présentation 7
1. Définitions essentielles 7
2. Utilisation 8
3. Dates clés pour les microcontrôleurs 8-bits 9
4. Le marché du microcontrôleur 10
5. Boîtiers pour microcontrôleurs 11
6. Caractéristiques électriques 13
II Le choix d’un exemple : le digicode 15
1. Utilisation de notre circuit 15
2. Schéma du circuit et explications de son fonctionnement 16
3. La carte et son typon 17
4. Fonctionnement du programme C 18
III Le fonctionnement du C.P.U. 25
A. Eléments nécessaires à la compréhension 25
1. Mémoire et notion d’adresse (extension : modes d’adressage) 25
2. Les entrés – sorties 26
B. Traitement des instructions de base : instructions logiques, arithmétiques,… 31
1. Instruction 31
2. Registre de travail 32
3. Compteur ordinal 33
4. Traitement de l’instruction : décomposition, séquençage, pipeline 33
C. Traitement des instructions complexes : branchements, routines, interruptions 37
1. Branchements et implications sur le pipeline 37
2. Routines & pile 37
3. Interruption 39
D. Compilation 41
1. Notions de langage 41
2. La compilation 42
3. Exemples 42
Synthèse 47
Annexes 49
Annexe A : Bascules, compteurs & registres 51
Annexe B : Jeu d’instructions, concepts CISC & RISC 59
Annexe C : Architectures Von Neumann & Harvard 65
Annexe D : Code source de l’exemple 69
Bibliographie 77
Index 79
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