(4) Intro aux microcontrôleurs

Microélectronique appliquée
GPA770
Été 2015
Université du Québec
École de technologie supérieure
GPA770: Microélectronique appliquée
1
Sommaire du cours # 1
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Organisation des laboratoires
4) Introduction aux contrôleurs embarqués
(origines, définitions et applications
industrielles)
A.1 Survol de l’électronique numérique:
1) Systèmes de numérotation
2) Opérations arithmétiques binaires
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Sommaire du cours # 1
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Organisation des laboratoires
4) Introduction aux contrôleurs embarqués
(origines, définitions et applications
industrielles)
A.1 Survol de l’électronique numérique:
1) Systèmes de numérotation
2) Opérations arithmétiques binaires
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(2) Plan détaillé du cours
Encadrement:
Éric Granger (enseignant et responsable)
local: 3720
téléphone: (514) 396-8650
courriel: [email protected]
disponibilité: sur rendez-vous
Maurice Tremblay (chargé de cours)
Local des chargés de cours (local A-3539, téléphone 7085)
situé au 3ième étage à gauche de l’ascenseur non vitré
courriel: [email protected]
courriel: [email protected]
Skype: tremblma
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(2) Plan détaillé du cours
Orientation du cours vers:
L’étude de systèmes microélectroniques de pointe
l’intégration de diverses technologies électroniques et
informatiques
Objectifs spécifiques d’apprentissage:
A. caractéristiques et applications des microcontrôleurs
B. logiciel: méthodes de programmation en assembleur
C. matériel: composants et interfaces d’un
microcontrôleur
D. laboratoire: conception et synthèse en laboratoire avec
les outils de développement
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(2) Plan détaillé du cours
Stratégies pédagogiques:
adopter un microcontrôleur commun et versatile
famille 68HCS12 de Motorola Inc.
Partage du travail: (11hrs/semaine)
cours magistraux: (3hrs/semaine)
Concepts théoriques, exemples d’applications et
réalisations concrètes
Suggestion d’exercices personnels
laboratoires: (3hrs/semaine)
développement des systèmes embarqués pour la
navigation d’un robot mobile
travail personnel: (5hrs/semaine)
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(2) Plan détaillé du cours
Contenu du cours:
B. CONCEPTS
A. MISE EN
CONTEXTE
LOGICIELS
(PROGRAMMATION
EN ASSEMBLEUR ET
EN
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C)
C. CONCEPTS
MATÉRIELS
(COMPOSANTS D’UN
MICROCONTRÔLEUR)
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(2) Plan détaillé du cours
A. Mise en contexte:
A.1 Survol de l’électronique numérique
systèmes de numérotation
opérations arithmétiques binaires
circuits électroniques de base: portes, registres, etc.
systèmes électroniques universels
A.2 Architecture et programmation du 68HCS12:
architecture, sous-systèmes et mémoires
modèle du programmeur et exécution d’instructions
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(2) Plan détaillé du cours
B. Concepts logiciels:
B.1 Langage assembleur et programmation structurée:
modes d’adressage et jeu d’instructions
boucles, pile et sous-routines
programmation structurée
B.2 Microcontrôleurs à logique floue:
systèmes de contrôle à logique floue
instructions spécialisées du 68HCS12
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(2) Plan détaillé du cours
C. Concepts matériels:
C.1 Configurations matériels du 68HCS12:
architecture système, modes d’opération, et ports d’e/s
principaux sous-systèmes et expansion d’un
microcontrôleur
C.2 Gestion d’exceptions:
exceptions et réponses aux interruptions
vecteur et priorité d’exceptions
routines de service d’interruption
C.3 Module de temporisation:
module de temporisation standard
saisie des entrées, comparaison de sorties et
accumulation d’impulsions
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(2) Plan détaillé du cours
C. Concepts matériels: (suite)
C.4 Convertisseurs analogique-numérique:
concepts fondamentaux
système de conversion du 68HCS12
C.5 Interfaces sériels de communications:
communications sérielles avec un microcontrôleur
interface de communications sérielle (SCI)
interface de périphérique sérielle (SPI)
B.3 Programmation à haut niveau:
survol du langage C
comparaisons assembleur vs C
passages de paramètres
bibliothèques et compilation mixte
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(2) Plan détaillé du cours
Évaluation:
ACTIVITÉS
%
Laboratoires:
35
1. Programmation assembleur du 68HCS12
10
2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties
15
3. Navigation en temps réel du robot mobile
10
Examens:
65
intra (dans la 7ième semaine) jeudi 11 juin 18h00 – 21h00
30
final (période d’examens)
35
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation obligatoire:
1. Pack, D. J. et Barrett, S. F., Microcontroller Theory and
Applications HC12 & S12, Second Edition, PrenticeHall, 2008, ISBN 0-13-615205-8.
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation PDF obligatoire: (suite)
2. Motorola, S12CPUV2 Reference Manual, HCS12
Microcontrollers, Rev. 4.0, Freescale semiconductor, mars
2006.
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation
obligatoire: (suite)
3. Tremblay, M., Granger,
É., et Grenier, D.,
Cahier le laboratoires
pour GPA770:
Microélectronique
appliquée, École de
technologie supérieure,
rev. Décembre 2014.
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Sommaire du cours # 1
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Organisation des laboratoires
4) Introduction aux contrôleurs embarqués
(origines, définitions et applications
industrielles)
A.1 Survol de l’électronique numérique:
1) Systèmes de numérotation
2) Opérations arithmétiques binaires
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(3) Organisation des laboratoires
Série de trois laboratoires:
1. Programmation assembleur du 68HC12
2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports
d’entrées/sorties
3. Navigation en temps réel du robot mobile
Formation d’équipes et de groupes:
équipe: 2 étudiants max. par station de travail
groupes: 10 équipes maximum par plage
groupe A: mercredi soir 18h00 à 21h00
groupe B: jeudi soir 18h00 à 21h00
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(3) Organisation des laboratoires
Stations de travail:
logiciel:
environnement de développement intégré
CodeWarrior de FreeScale
matériel:
microcontrôleur MC9S12C32 de la famille
HCS12 de Motorola Inc.;
carte de développement PK-HCS12C32 de
SofTec Microsystems;
robot mobile miniature ‘Carpet Rover Basic’ de
Lynxmotion Inc.
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(3) Organisation des laboratoires
L’environnement CodeWarrior:
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(3) Organisation des laboratoires
Carte de développement PK-HCS12C32:
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(3) Organisation des laboratoires
Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’:
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(3) Organisation des laboratoires
Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’:
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Sommaire du cours # 1
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Organisation des laboratoires
4) Introduction aux contrôleurs
A.1 Survol de l’électronique numérique:
1) Systèmes de numérotation
2) Opérations arithmétiques binaires
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Origines des Système Ordiné (SO):
SO à utilité générale: (PC, tablette, cellulaire.)
Machines génériques
amélioration rapide des performances -> grande
capacité de traitement de données
accommode une grande diversité d’applications
SO embarqué: (i.e., le microcontrôleur)
machine spécialisée
moins performant, plus compact, peu coûteux
optimisé pour des applications spécifiques
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Un SO de base comprend 4 composants
matériels:
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Unité de traitement central (CPU):
fonctions:
gouverne l’ordre d’exécution des instructions
contrôle l’accès à la mémoire et aux périphériques
d’entrée/sortie
effectue les opérations arithmétiques et logiques
gère les interruptions de services
comprend − ALU, registres, buses, unité de contrôle
et composants de temporisation
performance − dépend de la fréquence d’horloge,
de l’architecture, du format d’instructions, des
temps d’accès
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Mémoire:
Fonction: stocker les instructions et les données
utilisées par le CPU
architectures mémoires:
Harvard – instructions et données dans différentes
unités de mémoires
von Neumann – instructions et données dans la
même unité de mémoire
technologies: RAM et ROM
système de mémoire hiérarchique (unités cache)
réduire le temps d’accès pour grosses mémoires
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Périphériques d’entrées/sorties:
fonction d’un périphérique d’entrée:
permet de transférer des informations du
monde externe au SO
ex.: clavier, souris, etc.
fonction d’un périphérique de sortie:
permet au SO de communiquer ses états et
données internes au monde externe
ex.: écran, imprimante, etc.
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Buses:
fonction: assure les connexions physiques entre les
composantes du SO
3 types de buses:
adresse (ADDR): transporte les adresses mémoire
correspondantes aux instructions et aux données
Données (DATA): transporte les instructions et les
données entre la mémoire et les autres composants
Contrôle (CTL): transfert des commandes de
contrôle entre composants.
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Microprocesseur: un circuit intégré qui comporte
seulement un unité CPU
Micro-ordinateur: une carte qui est composé de
tous les composants d’un SO, et qui utilise le
microprocesseur comme CPU
Microcontrôleur: un circuit intégré qui est
composé de tous les composants d’un SO
contrôleur embarqué
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Rôle important des microcontrôleurs en société
moderne:
on les retrouve partout, e.g., dans tous les
systèmes automatisés temps réel
on s’en sert pour automatiser à tous les niveaux
Revenues énormes de l’industrie des
microcontrôleurs
Diversité énorme de microcontrôleurs pour
toutes sortes d’applications
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Applications industrielles:
maison: caméra, four micro-ondes, laveuse de
vaisselle, laveuse et sécheuse, lecteur DVD,
porte de garage, système de sécurité, système de
son, etc.
bureau: calculatrice, clavier, imprimante,
modem, téléphone cellulaire, etc.
automobile: système de suspension, système
d’injection d’essence, sac gonflable
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Exemple: Compteur pour taxis
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Exemple: Compteur pour taxis (suite)
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(4) Intro aux microcontrôleurs
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(4) Intro aux microcontrôleurs
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