CHAPITRE 17: Architecture élémentaire des ordinateurs: les entrées-sorties et autres périphériques

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1 Circuits Numériques CHAPITRE 17: Architecture élémentaire des ordinateurs: les entrées-sorties et autres périphériques BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 1/16

2 Objectifs A la fin de ce chapitre, vous devriez être capables: D expliquer les principes des différents périphériques d entrée-sortie décrits, sans entrer dans le détail de leur fonctionnement ou de leur programmation BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 2/16

3 Sommaire 1. Vue d ensemble 2. Les ports d entrée-sortie 3. Autres périphériques: les compteurs/timers 4. Autres périphériques: la liaison série SPI 5. Glossaire BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 3/16

4 1. Vue d ensemble Entrées-sorties (E/S ou I/O) et périphériques: ensemble de ressources qui permet d utiliser le calculateur dans un environnement réel: Stockage de masse: disque dur, clé USB, CD/DVD Liaisons: vers interfaces homme-machine vers capteurs et actionneurs entre calculateurs protocoles: RS232, SPI, USB, Centronics, I2C, CAN, GPIB, etc... Microprocesseur / Processeur: puissance de calcul mais pas vraiment d E/S Exemple du Pentium4: virgule flottante sur 128bits, instructions spécialisées multimédia, mémoire cache, pipeline... Microcontrôleur: moindre puissance de calcul mais nombreuses E/S sur le circuit Exemple du ST7: opérations sur 8bits, interfaces SCI, SPI, I2C, PWM, LCD, DAC, ADC... Gestion des E/S: soit par scrutation continue sous le contrôle du processeur (Polling), soit par interruptions BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 4/16

5 2. Les ports d entrée-sortie Vue d ensemble: Permettent le transfert de données numériques Peuvent être programmés en entrée ou en sortie par groupe de bits ou bit à bit Peuvent être utilisés comme entrée de déclenchement d interruption Peuvent être associés à des fonctions analogiques (conversion A/N et N/A) Sont contrôlés via 3 registres spécialisés: Data Register (DR) Data Direction Register (DDR) Option Register (OR) entrée analogique sortie numérique entrée numérique BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 5/16

6 2. Les ports d entrée-sortie Exemple S7Lite: 2 ports d entrée-sortie PA (8bits) et PB (7bits) Exemples: configurer le bit 6 du port A en sortie push-pull: écrire un 1 dans le bit 6 du registre PADDR = sortie écrire un 1 dans le bit 6 du registre PAOR = push-pull utiliser le port: écrire la donnée à sortir (0/1) dans le bit 6 du registre PADR BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 6/16

7 2. Les ports d entrée-sortie Les différentes configurations VDD DR Sortie PUSH-PULL VDD pull-up éventuel VDD DR DR Sortie drain ouvert entrée analogique Entrée BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 7/16

8 2. Les ports d entrée-sortie Exemple S7Lite: entrée sur convertisseur analogique-numérique (port B) configuration entrées résultat (8 ou 10 bits) BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 8/16

9 3. Autres périphériques: les compteurs/timers Vue d ensemble: Compteurs à fréquence d horloge sélectionnable Fonctions possibles: rechargement automatique à une valeur particulière (autoreload) capture de la valeur instantanée du compteur par un signal d entrée (input capture) déclenchement d une action sur une valeur instantanée particulière du compteur (output compare) Applications: temporisations diverses (utilisation de la fonction "autoreload" ou "output compare") mesure d intervalles de temps (utilisation de la fonction "input capture") génération de signaux PWM veille de sécurité (fonction "watchdog") BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 9/16

10 3. Autres périphériques: les compteurs/timers Exemple S7Lite: compteur 12 bits avec autoreload, input capture, output compare et PWM registre de configuration génération d interruptions sur évènement sélection de l horloge registre de rapport cyclique pour PWM ou output compare génération de PWM BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 10/16

11 3. Autres périphériques: les compteurs/timers La fonction input capture: stocke la valeur courante du compteur à chaque front montant ou descendant de l entrée extérieure ATIC broche extérieure action résultat courant Par exemple, sur un signal périodique: la différence entre la valeur n et la valeur n+1 correspond à une largeur d impulsion la différence entre la valeur n et la valeur n+2 correspond à la période du signal BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 11/16

12 3. Autres périphériques: les compteurs/timers La fonction PWM: A fréquence d horloge donnée: la valeur du registre ATR fixe la fréquence du signal PWM la valeur du registre DCR fixe le rapport cyclique du signal PWM t on Duty Cycle = rapport cyclique = t on / T T La valeur moyenne du signal PWM vaut: VPWM avg = VDD t on T La valeur moyenne est obtenue par filtrage passe-bas, c est une sorte de conversion N-A Remarque: l inertie est assimilable à un filtrage passe-bas BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 12/16

13 3. Autres périphériques: les compteurs/timers La fonction watchdog Utilisé pour détecter une condition d erreur (interférence extérieure, condition non prévue par le logiciel) qui déroute le programme de sa séquence normale Génération d une remise à zéro de l unité centrale à la fin d une durée Tw programmée à moins d avoir ré initialisé le circuit activation du watchdog RAZ quand T6 passe à 0 programmation de la durée Nw Exemple S7Lite Tw = Nw f CPU BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 13/16

14 4. Autres périphériques: la liaison série SPI Liaison série, full-duplex, synchrone entre un maître et plusieurs esclaves La transmission est initiée par le maître Une donnée transmise par le maître implique une donnée transmise par l esclave Le maître fournit l horloge de synchronisation sélection maître-esclave MISO = Master In Slave Out MOSI = Master Out Slave In BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 14/16

15 4. Autres périphériques: la liaison série SPI Exemple S7Lite: contrôleur SPI Registre de données interruption SPI registres de configuration programmation de la vitesse de transmission BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 15/16

16 5. Glossaire SPI (Serial Peripheral Interface): interface et protocole de liaison série développés par Motorola SCI (Serial Communication Interface) I2C (Inter Circuit Communication): protocole série développé par Philips pour les liaisons basse vitesse entre circuits intégrés sur une même carte CAN (Controller Area Network): protocole série asynchrone multi-maître développé à l origine pour les applications automobiles PWM (Pulse Width Modulation): modulation de largeur d impulsion LCD (Liquid Crystal Display): afficheur à cristaux liquides USB (Universal Serial Bus) GPIB / IEE488: protocole de liaison parallèle développé à l origine par Hewlett-Packard principalement utilisé pour les appareils de mesure Centronics: port parallèle développé à l origine pour les imprimantes, tend à devenir obsolète RS232: liaison série d usage général, maintenant obsolète DAC (Digital to Analog Converter): convertisseur numérique/analogique (CNA) ADC (Analog to Digital Converter): convertisseur analogique/numérique (CAN) BRS - N3/U3 - Mars Archi E/S 16/16