ALGORITHMIQUE PROGRAMMATION DE MICROCONTROLEUR «PIC» EN LANGAGE ALGORITHMIQUE SOMMAIRE

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1 Classe de TS Cours ALGORITHMIQUE PROGRAMMATION DE MICROCONTROLEUR «PIC» EN LANGAGE ALGORITHMIQUE SOMMAIRE 1. Démarche algorithmique, algorithme et algorigramme... page 2 2. Les différentes structures d'algorigrammes page 3 2.a La structure linéaire page 3 2.b Les structures alternatives (ou conditionnelles)... page 4 2.c Les structures itératives ou répétitives. pages 4, 5 3. Types de variables ou de constantes. page 6 4. Entrées -Sorties de données sur un port du microcontrôleur... page 6 5. Fonctions d'attente page 6 6. Expressions (ou calculs) Opérateur d affectation..... page 6 Opérateurs bit à bit sur un octet... page 6 Opérateurs logiques sur un octet page 7 Opérateurs de décalage sur un octet..... page 7 Opérateurs arithmétiques. page 7 Opérateurs relationnels... page 7 Ce document s appuie en partie sur les spécificités du progiciel Flowcode utilisé pour la programmation de microcontrôleurs à partir d algorigrammes. Les symboles d'algorigrammes utilisés par Flowcode sont conformes à la norme internationale ISO 5807 (*), très proche de la norme française NF Z La différence principale se situe au niveau des itérations (boucles répétitives) pour lesquelles la norme ISO utilise un symbole spécifique alors que la norme NF utilise le symbole de décision (alternative). Flowcode effectue une 1 ère compilation de l'algorigramme en langage C, puis en assembleur, puis en langage machine. Ce passage par le langage C transparaît dans la mise en œuvre de certaines fonctionnalités du logiciel (par exemple le symbole d affectation est le signe «=» au lieu du «:=» ou du prescrits par la norme.

2 Systèmes logiques et 1. Algorithme et algorigramme (ou ordinogramme) : Un algorithme est un ensemble de règles opératoires rigoureuses ordonnant, à un processeur particulier, d'exécuter dans un ordre déterminé, un nombre fini d'opérations élémentaires pour résoudre tous les problèmes d'un type donné (NF Z ) Un algorithme peut être représenté : soit littéralement grâce au langage algorithmique en respectant un formalisme d'écriture, soit graphiquement à l'aide de l'algorigramme en respectant un formalisme de symboles et de structure. Algorigramme : les symboles décrivant un algorigramme sont définis par des normes (NF Z et ISO 5807) : 2. Les différentes structures algorithmiques : Un algorithme fait appel à diverses structures et met en œuvre un ensemble d opérations et d actions élémentaires appelées primitives et constituant un répertoire. Comme nous l'avons vu dans le paragraphe précédent, un problème étant posé, il sera décomposé pour s écrire en une succession de fonctions et d actions élémentaires faisant appel aux primitives de la machine théorique. L algorithme sera ensuite traduit dans le langage de la machine réelle (pour nous le langage C) et constituera un programme. Chaque primitive pourra être convertie en une ou plusieurs instructions.

3 Systèmes logiques et Principales primitives : Affectation, transfert Opérations arithmétiques : addition, soustraction, multiplication, division, incrémentation, décrémentation Opérations logiques : oui, non, et, ou, ou exclusif Opérations de décalage. Présentation d'un algorithme littéral : Nota : les primitives doivent être différenciées des autres textes (en gras souligné par exemple). Les commentaires doivent être délimités par des accolades. Algorithme «nom_algorithme» Déclarations : type octet non signé : chiffre1, chiffre2, type entier : codebon, codelu, type Début programme principal Initialisations codebon 4375 Répéter à l infini Sous-programme Acquérir_état _capteurs Fin répéter à l infini Fin programme principal a. Structure linéaire : La structure linéaire consiste en une suite d actions à exécuter dans l ordre de leur énoncé. ALGORITHME : L algorithme de la structure linéaire se traduit par l écriture de la suite d instructions caractérisant le processus ou la partie du processus considéré. Début algorithme Structure linéaire Exécuter Exécuter Instruction 2 Exécuter Instruction n Fin algorithme Structure linéaire ALGORIGRAMME : Nota : les systèmes automatisés nécessitent le plus souvent la mise en œuvre de structures plus complexes que la structure linéaire, à savoir : les structures alternatives lorsque des traitements sont liés à des choix (voir 2.b) les structures itératives lorsque le traitement nécessite la répétition de boucles (voir 2.c)

4 b. Structures alternatives : Les structures alternatives (ou conditionnelles) mettent en œuvre une fonction de choix (décision) entre : l exécution ou non d'un traitement alternative simple l exécution d'un traitement ou d'un autre alternative complète (double) l'exécution de différents traitements en fonction des valeurs d'une variable alternative généralisée Structure alternative simple Algorigramme Algorithme littéral Langage C condition Action si <condition e> alors <exécuter action1> fin_si if (<condition e>) <exécuter action1> ; Structure alternative complète si <condition e> alors <exécuter action1> sinon <exécuter action2> fin_si if (<condition e>) <exécuter action1> ; else <exécuter action2> ; Structure alternative généralisée X=c1 X=c2 Action 1 Action 2 X=c3 Action 3 Action 4 switch (X) case c1 : <action1> ; break case c2 : <action2> ; break case c3 : <action3> ; break default <action4> ; Remarque X est une variable pouvant prendre les valeurs c1, c2, c3 ou autre. c. Structures itératives ou répétitives (boucles) : Les structures itératives, ou structures répétitives, se caractérisent par la répétition de l exécution d un traitement. Il existe trois types principaux de structures itératives : Itération 0..N : Le nombre de boucles n'est pas préalablement connu et l'action peut ne jamais être exécutée. Itération 1..N : Le nombre de boucles n'est pas préalablement connu et l'action est exécutée au moins une fois. Itération 0..Nf avec variable de contrôle : Le nombre de boucles est préalablement connu. Règles de conception : La conception du programme principal doit permettre une vision globale du fonctionnement du système technique. Pour cela l'utilisation de sous-programmes permet d'alléger le programme principal. Le traitement se fera ensuite dans l ordre suivant : 1- Lecture d une entrée, 2- Modifier la ou les variables, effectuer des calculs, 3- Agir sur une ou plusieurs sorties. Important : Les boucles peuvent être successives ou imbriquées, par contre, sauf rare exception, il ne faut jamais qu elles soient enchevêtrées car elles sont déstructurantes (risques de dysfonctionnements). Flowcode ne permet pas de créer des boucles enchevêtrées sauf dans le cas d'utilisation de sauts inconditionnels (points de jonction). L outil «point de jonction» est donc à utiliser avec beaucoup de précautions.

5 Itération 0..N Itération 1..N Algorigramme NF Z Algorigramme ISO 5807 (*) Algorithme littéral Langage C tant que <condition e> while (<condition e>) faire Condition ; fin_faire Proposition inverse Proposition inverse Condition Condition Condition Proposition inverse Proposition inverse Variante avec proposition inverse : jusqu'à <condition e> répéter fin_répéter faire tant que <condition e> Variante avec proposition inverse : répéter jusqu'à <condition e> while!(<condition e>) ; while (1) //cette boucle est infinie do ; while (<condition e>) ; do ; while!(<condition e>) ; Itération 0..Nf avec variable de contrôle X := Xi X>Xf X:=X+pas Xi est la valeur initiale de X Xf est la valeur finale de X Pas de 1 pour X:=Xi jusqu'à Xf faire fin_pour Si le pas est différent de 1 écrire : pour X:=Xi jusqu'à Xf pas Y faire fin_pour for (X = Xi ; X Xf ; X+pas) ; Explication for (<initialisation> ; <condition> ; <opération>) // la boucle est réalisée tant que la condition est e for (a=0 ; a<=10 ; a++) // la boucle est réalisée 11 fois for ( ; ;) // cette boucle est infinie Début algorithme Structure linéaire

6 3. Types de constantes ou de variables : Type des constantes Aucun préfixe* ou 0d le nombre est exprimé en décimal Exemple : 219 (0d219) Préfixe 0b le nombre qui suit est exprimé en binaire Exemple : 0b Préfixe 0x le nombre qui suit est exprimé en hexadécimal Exemple : 0xfa (*) ne pas utiliser le préfixe 0d sous Flowcode (pas reconnu) Variables Les noms des objets (variables, fonctions* ou «sous-programmes») sont des identifieurs. Leur écriture doit : utiliser : les lettres de l'alphabet, de a à z, et de A à Z, les chiffres de 0 à 9 (sauf pour le premier caractère), le souligné ( _ ). ne contenir ni espace, ni caractère accentué. (*) sous Flowcode les fonctions s appellent des «macros» Attention : dans Flowcode, pour les noms de variables, caractère en minuscule = caractère en MAJUSCULE Type des variables Il existe un assez grand nombre de types de variables. Flowcode permet de spécifier les types de variables suivants : Octet la variable est du type entier non signé, codé sur un octet, soit 8 bits => 0 < variable < +255 Entier la variable est du type entier signé, codé sur deux octets (16 bits) => < variable < Tableau d octets ou d entiers [x] tableau à une dimension et x cellules. Attention : l indice des cellules débute par 0 => table[0], table[1], table[2], etc Nombre réel à virgule flottante (ou «flottant») codé sur 32 bits Chaîne de caractères la variable contient des caractères alpha 4. Entrées - Sorties de données sur un port du microcontroleur : Un port correspond à un groupe de broches du microcontrôleur (8 en général), configurables en entrées ou en sorties. Sous Flowcode l utilisation de l icône «Entrée» ou de l icône «Sortie», qui ont le même graphisme, permet au progiciel de programmer automatiquement le registre de direction de port correspondant. 5. Fonction d'attente : Pour réaliser des «temporisations» on peut utiliser la fonction d attente préimplantée dans le progiciel. La fonction d attente est réglable de 1 microseconde à 1000 secondes. Attention : pendant l exécution de cette fonction le processeur exécute des opérations et n est pas réceptif aux événements extérieurs sauf dans le cas d utilisation de la fonction «interruption». La valeur d'attente est paramétrée par le progiciel en fonction de la fréquence d horloge du processeur. Il est donc important que la fréquence spécifiée en configuration corresponde à celle du quartz utilisé. 6. Expressions (calculs) : Une expression est composée d au moins une constante ou une variable et d un opérateur. Opérateur d'affectation : = Flowcode utilise le même signe qu en langage C alors qu en algorithmique on utilise := ou Opérateurs bit à bit (sur octet) : AND ou & pour le ET binaire, réalisant un ET logique, bit à bit, entre les opérandes OR ou pour le OU binaire qui réalise un OU logique, bit à bit, entre les opérandes XOR ou ^ pour le OU exclusif binaire, réalisé bit à bit entre les opérandes NOT pour la complémentation à un sur chaque bit

7 Opérateurs logiques (sur octet) : Ces opérateurs agissent principalement sur des comparaisons ; ils supposent agir sur des valeurs logiques et donner un résultat logique ( 0 ou 1 ). Ils peuvent s appliquer sur n importe quel nombre : 0 comme valeur d entrée étant considéré comme FAUX, toute valeur non nulle est prise pour VRAI ; en sortie, FAUX sera représenté par 0 et VRAI par 1. && pour le ET logique Exemple : c = a && b c=1 si a et b sont différents de 0 pour le OU logique Exemple : c = a b c=0 si a et b sont égaux à 0! pour la complémentation logique Exemple : b =!a b=1 si a=0, b=0 si a 0 Rappel : a, b et c sont des variables de type octet. L'octet de sortie c n'a que deux états possibles : 0 ou 1 Opérateurs de décalage (sur octet) : << pour le décalage de bits vers la gauche Exemple : b = a << 3 b est le résultat d'un décalage de 3 bits à gauche de a, les 3 bits de droite de b prennent la valeur 0 >> pour le décalage de bits vers la droite Attention : le résultat est évidemment toujours un octet. Opérateurs arithmétiques : + pour l addition - pour la soustraction * pour la multiplication / pour la division MOD pour le reste de la division entière (modulo) Ex : 7 MOD 3 est égal au reste de la division entière de 7/3 soit 1 Opérateurs relationnels : Ils sont utilisés pour les structures conditionnelles ou les structures itératives comme expliqué dans les rubriques qui suivent. > pour supérieur à renvoie VRAI si le 1 er opérande est plus grand que le 2 ème, et FAUX dans le cas contraire >= pour supérieur ou égal à renvoie VRAI si le 1 er opérande est supérieur ou égal au 2 ème, et FAUX dans le cas contraire <= pour inférieur ou égal à renvoie VRAI si le 1 er opérande est inférieur ou égal au 2 ème, et FAUX dans le cas contraire < pour inférieur à renvoie VRAI si le 1 er opérande est plus petit que le 2 ème, et FAUX dans le cas contraire = pour égal à renvoie VRAI si le 1 er opérande est égal au 2 ème, et FAUX dans le cas contraire <> pour différent de renvoie VRAI si le 1 er opérande est différent du 2 ème, et FAUX dans le cas contraire Remarque : sauf exceptions précisées plus haut, sous Flowcode les opérateurs s appliquent aux types de variables octet, entier ou «flottant». D autres opérateurs plus puissants sont également disponibles, concernant notamment les opérations arithmétiques sur les «flottants». Consulter pour cela la documentation du progiciel. Opérateurs sur chaînes de caractères : Des opérateurs spécifiques à la manipulation de variables de type «chaîne de caractères» sont disponibles sous Flowcode. Consulter pour cela la documentation du progiciel.

8 Les Variables utilisées par ARDUINO UNO Syntaxe type valeurs maximales du nombre stocké Nombre sur X bits Nombre d'octets int entier à bits 2 octets long entier à char caractères ASCII de 0 à bits 4 octets -128 à bits 1 octet double décimale -3, à 3, bits 4 octets unsigned long entier positif 0 à bits 4 octets byte entier positif 0 à bits 1 octet word entier positif 0 à bits 2 octets Variables signées, lorsqu'on choisit ce type de variable, le microcontrôleur doit interprèter le bit de poids le plus fort comme un bit de signe. Lorsque le bit est à zéro le nombre est > 0, Lorsque le bit est à 1 le nombre est < 0. Variables non signées, lorsqu'on choisit ce type de variable, le microcontrôleur doit pas interpréter le bit de poids le plus fort comme un bit de signe. boolean entier positif 0 à 1 1 bits 1 bit Il faut adapter la variable à l'utilisation que l'on veut en faire, ce n'est pas la peine de prendre systématiquement des variables doubles. Elles vont prendre de la place en mémoire, réduire les possibilités du microcontrôleur et rendre le programme plus lent. Je dois savoir : Identifier une structure d'algorigramme structure linéaire structures alternatives (ou conditionnelles structures itératives ou répétitives Identifier les symboles différentier les variables différentier un opérateur bit à bit d'un opérateur logique Compléter un algorithme ou faire un algorithme simple