Systèmes numériques à base de microcontrôleurs

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1 S si Systèmes numériques à base de microcontrôleurs COURS 1. Présentation Ex : Microcontrôleur PIC16F877a Un microcontrôleur (µc) est un composant programmable qui intègre dans un même boîtier : - un microprocesseur (CPU ou µp) qui traite des données logiques et arithmétiques et réalise le séquencement des opérations - une mémoire de programme - une mémoire de données - des interfaces d entrée sortie qui permettent de communiquer avec des périphériques externes. 2. Identification de la fonction réalisée Les systèmes numériques organisés autour de microcontrôleurs (PIC 16F877a, 68HC11 ) réalisent la fonction TRAITER de la chaîne d'information : 3. Structure matérielle interne et simplifiée du PIC16F877a Unité centrale de traitement des informations numériques Bus de communication interne Périphériques internes et interfaces d Entrée / Sortie programme (EPROM Flash) Horloge (CLOCK) Communication Série (UART) Compteur (Timer) données (RAM) Unité de traitement (CPU) sauvegarde Convertisseur Analog / Num (A/N) Port A Port E RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RC7 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 RE0 RE1 RE2 Configurables en Entrées ou en Sorties Page 1/5

2 3.1 L unité de traitement (CPU : Central Processing Unit) L'unité de traitement numérique exécute les instructions du programme (codées sur 14 bits). Il traite et produit des opérations sur des informations numériques uniquement. 3.2 Les mémoires Elles se divisent en trois blocs distincts : la mémoire de programme de type EPROM Flash de capacité (8 kilo mots de 14 bits). Cette mémoire est destinée à être lue uniquement. Elle contient les ordres (instructions) que doit effectuer le CPU. la mémoire de données de type RAM de capacité (368 octets) est utilisée pour le stockage temporaire des données et résultats. Le CPU peut lire cette mémoire mais aussi modifier son contenu. la mémoire de sauvegarde de type EEPROM (256 octets) qui peut être lue et écrite depuis le programme. Ces octets sont conservés après une coupure de courant et sont très utiles pour conserver des paramètres semi-permanents. 3.3 L horloge Signal qui cadence l'exécution des instructions. Chacune des instructions du programme est traitée en un cycle machine : une période de l'horloge avec une division interne par 4. Exemple : avec une horloge externe de 8MHz, la fréquence cycle est de 2 MHz soit une durée d'exécution d'une instruction de 500ns. 3.4 Les ports d entrée / sortie Pour communiquer avec l'extérieur le PIC dispose de 5 ports (PORT A, PORT B, PORT C, PORT D et PORT E). Les ports sont bi-directionnels, ce qui signifie qu'ils peuvent être configurés et utilisés comme des entrées ou des sorties. Exemple : BP +5V L état de la broche RA0 dépend de l action sur BP PIC 16F877a RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 R R1 LED Lorsque BP est ouvert alors RA0 = 0 Une lecture du registre PORTA donnera RA7 RA6 RA5 RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 PORTA x x x x 0 Lorsque BP est fermé alors RA0 = 1 Une lecture du registre PORTA donnera RA7 RA6 RA5 RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 PORTA x x x x 1 L état de la LED dépend de l état logique présent sur la broche RB0. Une écriture dans le registre PORTB donnera : Si RB0 = 0, la LED sera éteinte Si RB0 = 1, la LED sera allumée Généralisation RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 PORTB x x x x x x x 0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 PORTB x x x x x x x 1 Le microcontrôleur Reçoit les informations sur un port d'entrée (Matériel) Traite ces informations (Logiciel) Utilise ces informations pour commander des circuits connectés sur un port de sortie (Matériel). Page 2/5

3 4. Outils de description l algorithme Un algorithme est un modèle universel de description d un système numérique. Il existe deux types de représentation : «l organigramme» et «une représentation littérale algorithmique». 4.1 L organigramme d un programme Un organigramme est la représentation graphique d une suite structurée d instructions. Voici les symboles graphiques normalisés à utiliser : Symbole Désignation Symbole Désignation Début, fin, interruption Début, fin ou interruption d'un programme interne Opération ou calcul sur des données dont le résultat est stocké dans le microcontrôleur. Sous-programme Portion de programme considérée comme une simple opération. Lecture ou Ecriture d une donnée externe Mise à disposition d'une information (écriture sur un port de sortie) ou enregistrement d'une information (lecture d'un port d'entrée). Branchement Test, exploitation de conditions variables impliquant le choix d'une parmi deux. Symbole utilisé pour représenter une décision. 4.2 Les structures algorithmiques Structure Organigramme Algorithme Séquence linéaire Instruction N 1 1 FAIRE «traitement 1» FAIRE «traitement 2» Instruction N 2 2 Bloc FAIRE «traitement 3» La structure linéaire se caractérise par une suite d'actions à exécuter successivement dans l'ordre de leur écé. Instruction N n 3 Séquence alternative ou conditionnelle Une structure alternative n'offre que deux issues possibles s'excluant Condition mutuellement. Les structures alternatives définissent une fonction de choix ou de sélection entre l'exécution de l'un ou de l'autre des deux traitements. 1 2 SI «condition» vraie ALORS FAIRE «traitement 1» SINON FAIRE «traitement 2» FIN SI Séquence répétitive ou itérative ( boucle avec pré-test ) Dans cette structure on commence par tester la condition, si elle est vraie alors le traitement est exécuté. Condition TANT QUE «condition» vraie FAIRE «traitement» FIN TANT QUE Page 3/5

4 Structure Organigramme Algorithme Séquence répétitive ou itérative ( boucle avec post-test ) Dans cette structure le traitement est exécuté une première fois puis sa répétition se poursuit jusqu'à ce que la condition soit vérifiée. Condition REPETER «traitement» JUSQU'A «condition» vraie Boucle avec comptage N= x N = 0 Instructions N= N - 1 POUR N = x A 0 REPETER FIN POUR «traitement» 5. Environnement de développement «FLOWCODE» L environnement de développement FLOWCODE utilise un langage graphique de haut niveau pour la programmation des microcontrôleurs PIC. Les programmes sont représentés sous forme d algorigrammes. Simulation du programme Composants de simulation : LED, Compilation du programme et transfert vers puce Microcontrôleur cible : PIC 16F877a Composants connectés aux entrées / sorties du microcontrôleur Symboles d un algorigramme Page 4/5

5 Schéma structurel Partie matérielle Algorithme de programmation Algorigramme de programmation Partie logicielle DEBUT Tant que (condition 1) Faire Si BP appuyé (RA0 =1) Alors Allumer Led «Mettre le bit RB0 à 1» Si Eteindre Led «Mettre le bit RB0 à 0» Fin Si Configuration des Entrée / Sortie Broche RA0 : Entrée Broche RB0 : Sortie Fin de Tant que FIN Notion de variable Une variable désigne une information qui peut changer au cours du programme. Sous FLOWCODE la taille d'une variable est de 8 bits : c'est donc un nombre qui pourra être compris entre 0 et 255. Utiliser une variable permet de : - mémoriser une information provenant de l'extérieur, - stocker le résultat d'une opération. Notion de masque Les masques permettent : - de tester l'état d'un seul bit parmi les 8 bits d'un port, sans se préoccuper de l'état des 7 autres (en les masquant). - d'écrire une valeur sur un seul bit parmi les 8 d'un port de sortie sans modifier les autres. La variable RA0 est l image de l état logique appliqué à la broche A0 du Port A. Lecture réalisée sur le Port A Lecture unique du bit A0 et masquage des sept autres. Page 5/5