Module M11 : Architecture des systèmes à processeurs (PDF)

1 Module M11  Architecture des systèmes à processeurs (Cas des Microcontrôleurs PIC)  Transmission et acquisition de données  Eléments du Module Arduino Lahoussine BOUHOUCH [email protected] ...

1 Module M11  Architecture des systèmes à processeurs (Cas des Microcontrôleurs PIC)  Transmission et acquisition de données  Eléments du Module Arduino Lahoussine BOUHOUCH [email protected]  2 Plan PARTIE 1 Systèmes de numération Introduction aux systèmes à processeurs Microsystèmes Microsystèmes simplifiés Modèle générique des microprocesseurs Notion de microcontrôleur Microcontrôleurs PIC Architectures des PIC Différentes familles de PIC Fonctions intégrées aux PIC Référence des µC PIC Architectures du PIC16F84 Horloges, Mémoires, Registres du PIC16F84 [email protected]  3 Plan PARTIE 2 Interruptions Interfaces graphiques de MikroC for PIC Eléments de programmation MikroC for PIC Fonctions intégrées à MikroC for PIC Bibliothèques intégrées à MikroC for PIC Conversion Analogique Numérique (ADC) Contrôleur LCD Module USART (UART) Modules CCP (PWM) Timer & Interruptions Généralités sur les Bus d’acquisition et de transmission de données Bus RS232 (USART ou UART ou Port Série) Bus CAN Bus I2C Aperçu sur le module Arduino [email protected]  4 Systèmes de numération Rappels : Nombres Binaires Signés sur 8 Bits  C2 +7 0000 0111 +6 0000 0110 Avantage du C2 +5 0000 0101 par rapport aux +4 0000 0100 MSB = 0 pour les positifs autres +3 0000 0011 +2 0000 0010 +1 0000 0001 Un seul '0' +0 0000 0000 est représenté -0 ----- -1 1111 1111 -2 1111 1110 -3 1111 1101 -4 1111 1100 -5 1111 1011 MSB = 1 pour les négatifs -6 1111 1010 -7 1111 1001 -8 1111 1000 [email protected]  5 Systèmes de numération Opérations en Binaire : – Addition (Règle) : 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 avec Retenue = 1 – Exemple : (12 + 07)10 = (19)10 = (0000 1100)2 + (0000 0111)2 = (0001 0011)2 = (13)16 Remarque : Pour les nombres signés, si le MSB = 1 alors le nombre est Négatif [email protected]  6 Systèmes de numération Opérations en Binaire : – Soustraction (Notion de Complément) : Complément à 1 : "C1" C1(0) = 1 C1(1) = 0 Complément à 2 : "C2" C2(x) = C1(x) + 1 – Soustraction (Règle) : X–Y X + C2(Y) IMPORTANT : Toujours travailler en 8, 16, 32 bits ou plus [email protected]  7 Systèmes de numération Opérations en Binaire : – Soustraction (Exemple) : (12 - 07)10 = (05)10 = (0000 1100 - (0000 0111))2 = (0000 1100 + C2(0000 0111))2 C2(0000 0111)2 = C1(0000 0111)2 + 1 = (1111 1000)2 + 1 = (1111 1001)2  (12 - 07)10 = (0000 1100)2 + (1111 1001)2 = 1 (0000 0101)2 = (05)10 & 16 [email protected]  8 Architecture des systèmes à processeurs [email protected]  9 Introduction aux systèmes à processeurs Familles de processeurs : Famille Fonction Microprocesseur Généraliste Microcontrôleur Applications Embarquées Processeur de Signal (DSP) Spécialisé Traitement du signal ASIC Spécifique à une application FPGA Laboratoire configurable par l’utilisateur [email protected]  10 Introduction aux systèmes à processeurs Où trouve-t-on les processeurs ? [email protected]  11 Microsystèmes Modem Interfaces Écran Horloge Informatique Clavier Souris µP RAM Imprimante Mémoire de masse ROM Informatique Industrielle Capteur Unité de transfert Interface de Moteur TOR de donnée puissance CNA Commande Capteurs CAN … Bus CAN Commande [email protected]  12 Microsystèmes Horloge L'horloge marque le temps et toute l'activité du microprocesseur. Le µp utilise l’horloge pour exécuter les tâches selon une séquence préétablie programme instruction Cycle bus Période d'horloge Fréquence d'horloge, c’est la fréquence de l'horloge interne du µP, ce qui explique qu'on l'appelle aussi parfois « Fréquence interne ». Elle conditionne la rapidité à laquelle le processeur peut traiter les données. [email protected]  13 Microsystèmes simplifié Bus de contrôle Horloge µP (Interruption) Bus d’adresses 16 bits Coupleur d’interface Bus de Données 8 bits Unité RAM ROM Entrée/Sortie données programme Autoroute assurant TRANSPORT de Bus de données Bidirectionnel données vers Intérieur ou Extérieur du µP Unidirectionnel  De l'UCT vers la Bus d’adresses Unidirectionnel mémoire et organes d'entrées-sorties Bus de Contrôle Mixte Contrôle le flux des données [email protected]  14 Modèle générique des microprocesseurs ALU ou UAL Registres de données Registres d’adresse Pointeurs de pile Pointeur de programme (PC) Registre d’Etat (Status) [email protected]  15 Modèle générique des microprocesseurs UAL : Unité Arithmétique et Logique * Addition ; * Soustraction ; * Décalage ; * ET logique ; * OU logique ; … [email protected]  16 Modèle générique des microprocesseurs PC : COMPTEUR PROGRAMME (ou Compteur Ordinal) Le PC contient sous forme binaire l'adresse de la prochaine instruction à exécuter. Exemple : 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 PC Bus d’adresses Mémoire Instructions du programme centrale [email protected]  17 Modèle générique des microprocesseurs Status : Registre d’ETAT Associé au fonctionnement de l'UAL et a pour rôle d'enregistrer l' "état" de certaines opérations. Il contient des bits qui ont chacun une affectation bien particulière tel que : … … … … … … Z DC C STATUS * Indicateur de Retenue après Addition (C : Carry =1 s’il y a Retenue ) ou bit de Signe après Soustraction (C=0 si Résultat Négatif) * Indicateur de Zéro (Z : Zero, Résultat = 0  Z=1 ) * Indicateur de demi-Retenue (DC : Digit Carry) *… [email protected]  18 Notion de microcontrôleur  Structure générale Bus adresses décodage Micro- Sorties Périphériques Processeur ROM RAM (Interfaces) Entrées Bus données Horloge [email protected]  19 Microcontrôleurs PIC – Gammes des PIC [email protected]  20 Architectures des PIC – Architecture matérielle Harvard : Un bus pour chaque Mémoire (Données et Programme). Occupation mémoire Fixe pour toutes les instructions. Cas des PIC [email protected]  21 Architectures des PIC – Architecture Logicielle RISC (Reducted Instruction Set Computers) : Instructions simples (et rapides). Les instructions lisent leurs opérandes dans des registres. Beaucoup de registres. Instructions de longueur et de temps d'exécution fixes. Programmes plus longs. Machines simplifiées et plus rapide. [email protected]  22 Différentes familles de PIC – Il existe 3 familles de PIC : Base-Line : – Instructions codées sur 12 bits Middle-Range : – Instructions codées sur 14 bits High-End : – Instructions codées sur 16 bits [email protected]  23 Fonctions intégrées aux PIC – Points communs à tous les µC : Timer 8 bits I/O (Entrées / Sorties) WDT (Watchdog Timer) Gestion du RESET Equipés d'un Oscillateur intégré Equipés de Résistances de Tirages internes configurables par programme Surveillance d’alimentation … [email protected]  24 Fonctions intégrées aux PIC – Spécificités par µC : EEPROM (Mémoire reprogrammation) : Exemple PIC16C84 1 ou 2 Timer 16 bits ADC 8 ou 10 bits (Entrées Analogiques) DAC 8 bits Comparateur Analogique Tensions de référence CCP (Capture Compare PWM) ECCP (PWM à 4 canaux) Contrôleur de LCD Communications : I2C, SPI, USART, Bus CAN, USB, … [email protected]  25 Référence des µC PIC PIC16 F 84 - 4 Catégorles : 10, 12, 16, 17 ou 18 Fréquence Max Type de Mémoire & d’Alimentation  F Flash 4,5 à 6V  C EEPROM ou EPROM 4,5 à 6V Référence à 2 à 4 chiffres  CR ROM 4,5 à 6V  LF Flash 2 à 6V  LC EEPROM ou EPROM 2,5 à 6V  LCR ROM 2,5 à 6V [email protected]  26 Architectures du PIC16F84 Introduction – Le PIC16F84 de Microchip : Architecture Harvard. Famille Middle-Range (Instructions codées sur 14 bits). Type RISC : – Jeu d 'instruction réduit : que 35 instructions, et – Temps d'exécution réduit. Vitesse Typique 4 MHz. Données sur 8 bits. 13 Entrées - Sorties configurables individuellement. [email protected]  27 Architectures du PIC16F84 Architecture interne (Structure) [email protected]  28 Architectures du PIC16F84 Architecture externe – Le microcontrôleur est réalisé en Technologie CMOS. – Les signaux sont Compatibles TTL. – Broches du PIC16F84 : Vss et Vdd alimentation : – De 3 à 5,5 V. OSC1, OSC2 : signaux d’Horloge – Circuit RC ou un Quartz. MCLR (Master CLear) : Reset ou Vpp. CLKIN peut être connectée à Horloge externe : – 0 à 4 ou 20 MHz. RA0... RA4 : – 5 Entrées/Sorties du Port A. RB0... RB7 : – 8 E/S du port B. T0CKI : Entrée d’Horloge externe du Timer TMR0. INT : Entrée d’Interruption externe. [email protected]  29 Horloges du PIC16F84 – 1 cycle machine ( = 4 coups d’horloge) pour exécuter 1 instruction.  FQ: 0 à 4 MHz ou 0 à 20 MHz selon le type de µC 1. Horloge Interne Résonateur Quartz ou Céramique. Circuit oscillant externe RC.  FH = FQ/4  FH = 1/(4RC) [email protected]  30 Horloges du PIC16F84 2. Horloge Externe GBF, NE555, Oscillateur 74LS... Horloge externe pour synchroniser le PIC sur un processus particulier. Broche OSC2 est alors inutilisée. [email protected]  31 Mémoires du PIC16F84 Mémoires du PIC16F84 : – La Mémoire de programme (Mémoire non volatile) : – Le PIC16F84 Intègre mémoire de programme du type "Flash EEPROM"  EEPROM rapide ("F"de 16F84): – La Mémoire de données : La RAM (Mémoire Volatile) : – Là où le µC, lorsque un programme "Tourne", stocke les résultats de calculs intermédiaires (Exemple un décomptage pour une temporisation …). L'E2PROM (Mémoire non volatile) : – Là où sont sauvegardés des événements survenant au cours d'un programme en exécution (Exemple une alarme …). [email protected]  32 Mémoires du PIC16F84 Mémoire de programme – Contient le programme à exécuter. – 1k "mots" = 1024 cases de 14 bits : De 000h à 3FFh (1024 lignes de programme) Organisation de la mémoire programme et de la pile. [email protected]  33 Mémoires du PIC16F84 Mémoires de données (2 zones) Zone 1 : La RAM avec ces 2 parties : – La 1ère : les SFR (Special Function Registers) : Pour le contrôler les opérations sur le circuit. – La 2ème : les GPR (General Purpose Registers) ou registres généraux  68 octets libres pour l'utilisateur appelé A usage général. Zone 2 : 1 EEPROM : – Contient 64 octets. Organisation de la Zone 1 de mémoire de données. [email protected]  34 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : – Réparties sur 2 pages ("Bank") : » "Bank 0" et » "Bank 1". [email protected]  35 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : Fonction de chacun des bits de ces registres. [email protected]  36 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR :  STATUS : État de l’UAL + Bits de sélection des "Bank". État de l’UAL : Bit C : Retenue d’une opération d’ADDITION ou Bit de SIGNE pour la SOUSTRACTION Bit DC : Retenue d’une opération sur 4 bits Bit Z : Mis à 1 si résultat d’une opération arithmétique et logique est nul. Sélection des "Bank" (Pages) : seul bits RP0 est utilisé RP1=0 Bit RP0 = 0  Bank 0. Bit RP0 = 1  Bank 1. [email protected]  37 Registres du PIC16F84 Ports d’entrée / sortie du PIC16F84 – Le PIC16F84 est équipé de 13 lignes d’E/S réparties en 2 Ports Parallèles Bidirectionnels. 5 lignes  Port A : RA4... RA0. 8 lignes  Port B : RB7... RB0.  2 registres de Travail PORTA & PORTB + 2 registres de Configuration TRISA & TRISB [email protected]  38 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : Registres de Configuration des Ports  Sens de direction des données (Entrée ou sortie)  Registres TRISA (TRansfert Input Set port A) ou TRISB. – TRISA  Direction de ligne RA4, … RA0 – TRISB  Direction de ligne RB7, … RB0 – Bit x = 0 dans TRISA ou TRISB  Sortie et – Bit x = 1  Entrée. [email protected]  39 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : 0 [email protected]  40 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : 1 [email protected]  41 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : Registres de Travail des Ports 5 lignes  Port A : RA4... RA0. 8 lignes  Port B : RB7... RB0. PORTA  Ligne RA4, … RA0 PORTB  Ligne RB7, … RB0  PORTA : Accès en lecture ou écriture au port A. Le bit 4 utilisé en entrée de comptage.  PORTB : Accès en lecture ou écriture au port B. Le bit 0 utilisé en entrée d'interruption. [email protected]  42 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : registre OPTION_REG  OPTION_REG : Bits de configuration pour divers périphériques. /RBPU (RB Pull Up) : Résistances de tirage à Vdd des entrées du port B (Validé par 0) [email protected]  43 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : registre OPTION_REG  OPTION_REG : Bits de configuration pour divers périphériques. /RBPU (RB Pull Up) : Résistances de tirage à Vdd des entrées du port B (Validé par 0) Résistance de tirage ou de Pull-Up interne SiNON Pull-Up externe Activer la résistance de pull-up interne  /RBPU = 0 Si Appui  PB0=0 Si Relâché  PB0=1 /RBPU = 0 active toutes les résistances de pull-up des broches en Entrées du Port B. Le Port A ne dispose pas de cette option. [email protected]  44 Registres du PIC16F84 – Registres Spéciaux - SFR : registre OPTION_REG  OPTION_REG : Bits de configuration pour divers périphériques. INTEDG (Interrupt Edge) : Front actif (1 pour montant) qui provoquera une interruption sur la borne RB0 (si interruption activée). T0CS (TMR0 Clock Source) : Source utilisée par le Timer (0 : horloge interne, 1 : RA4). T0SE (TMR0 Source Edge) : Front actif sur RA4 qui fait avancer le compteur (0 : front montant) PSA (Prescaler assignment) : 0 pour Timer0 et 1 pour chien de garde WDT. PS2... 0 (Prescaler) : Valeur du Diviseur de fréquence pour les Timers. Valeur des Diviseur Diviseur Valeur des Diviseur Diviseur Bits (TMR0) (WDT) Bits (TMR0) (WDT) 000 1:2 1:1 100 1 : 32 1 : 16 001 1:4 1:2 101 1 : 64 1 : 32 010 1:8 1:4 110 1 : 128 1 : 64 011 1 : 16 1:8 111 1 : 256 1 : 128 [email protected]  45 Interruptions Interruption: Mécanisme d'un microcontrôleur lui permettant de répondre à certains événements au moment où ils se produisent, indépendamment de ce qu’il fait à cette époque. Exemple: Interruption externe sur la broche RB0/INT. [email protected]  46 Interruptions PIC16F84  4 sources d'interruption: 1. Fin d'écriture de données sur EEPROM. 2. Interruption TMR0  Cause débordement du Compteur/Temporisateur. 3. Interruption due aux transition sur les broches RB4, RB5, RB6 et RB7. 4. Interruption externe sur la broche RB0/INT. [email protected]  47 Interruptions – Registre INTCON  INTCON : Masque d'interruptions. * GIE (Global lnterrupt Enable)  Mis à 1  Autorise toutes les interruptions non masquées par leur bit individuel. * EEIE (EEprom write completed lnterrupt Enable)  Mis à 1  Autorise les interruptions de fin d'écriture dans l'EEprom. * T0IE (Timer 0 lntmupt Enable)  Mis à 1  Autorise les interruptions dues au débordement du Timer 0. * T0IF (Timer 0 lnterrupt Flag)  Mis à 1 si débordement du Timer 0. * INTE (lNTerrupt Enable)  Mis à 1  Autorise les interruptions sur RB0/INT. (Front montant si bit INTEDG du registre OPTION est à 1; sinon front descendant). * INTF (lNTerrupt Flag)  Mis à 1 si interruption externe est générée sur RB0/INT. * RBIE (RB lnterulpt Enable)  Mis à 1  Autorise les interruptions sur RB4 à RB7. * RBIF (RB Interupt Flag)  Mis à 1 si changement d'état sur lignes RB4 à RB7. [email protected]  48 Interfaces graphiques de MikroC for PIC Accès rapide à un endroit Fenêtre principale de Barre des menus Explorateur spécifique du code saisie du code source et d’outils de projet Configurations de Liste de la majorité des Messages d’erreurs ou autres. [email protected] base du µC choisi bibliothèques prédéfinies  Eléments de programmation MikroC for PIC49 – Structure du programme C : Header de la bibliothèque standard in/out. #include (pour printf). Rarement utilisée pour les PIC #define pi 3.14 Equivalence : Le préprocesseur remplacera tous les pi par 3.14 float x, y ; Déclaration de deux variables réelles globales En-tête du programme principal void main() Début de la fonction main { Calculs x = 2.0 ; Appel de la fonction puts (envoie une chaîne y = pi*x ; de caractères sur le périphérique de sortie puts("bonjour à tous\n") ; avec retour à la ligne) printf("la circonférence est %f \n",c) ; Appel de printf (affiche des chaînes } formatés, ici y est affiché sous format réel) Fin de la fonction main [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC50 – Autre programme C : Clignoter une LED void LED() ; Prototype : Déclaration d’une fonction après main(): void Init_Port() Il indique au compilateur le type de la fonction et ses { TRISB = 0 ; paramètres de passage (Ici pas de paramètres). PORTB = 0 ; } En tête de la fonction principale (main) void main() { Appel de la fonction Init_Port. (Pas de paramètre) Init_Port() ; while(1) { Appel de la fonction LED. (Mettre un bit à 0 puis à 1) LED() ; Delay_ms(1000) ; Appel de fonction interne. (Attente 1 seconde) } } void LED() Fonction LED. (Pas de paramètres) { PORTB.F0 = ~PORTB.F0 ; Inversion de l’état du Bit 0 du Port B } [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC51 – Types de données standard : Type Longueur (bits) Domaine de valeurs unsigned char 8 0 à 255 unsigned short (ou int) char ou signed char 8 -128 à 127 signed short (signed) int 16 -32768 à 32767 unsigned int 16 0 à 65535 long 32 -2 147 483 648 à 2 147 483 647 unsigned long 32 0 à 4 294 967 295 Float 32 ±3,4.10-38 à ±3,4.10+38 double 64 ±1,7.10-308 à ±1,7.10+308 [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC52 – Séquences d'échappement (Escape Sequences) : Caractères ASCII non imprimables. Ou également en précisant son code hexadécimal, après une barre oblique inverse (\x). Séquence Valeur Hexa Caractère d'échappement \a 0x07 BEL (Sonne) \b 0x08 BS (Backspace ou Retour arrière) \t 0x09 HT (Tabulation horizontale) \n 0x0A LF (Saut de ligne) \v 0x0B VT (Tabulation verticale) \f 0x0C FF (Saut de page) \r 0x0D CR (retour chariot) [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC53 – Déclaration exemples : char toto, tonton, blabla ; Trois caractères int table ; Tableau de 100 entiers non initialisés char tableau[ ] = {10, 0x1C, ’A’, 55, 4} ; Tableau de 5 valeurs énumérés char *p ; * Désigne un Pointeur sur un type défini p pointe sur des caractères Remarque: - Nombre entier Hexadécimal est précédé de 0x ou 0X. (Exemple 0x1FB9) - Nombre entier en Décimal n'a pas de préfixe. - Nombre Réel se note 13.145 ou 1.3145e+1. - Dans les compilateurs pour µC : Notation binaire 0b11010001 [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC54 – Affectations et Auto-affectations : Symbole Description Notation = Affectation simple a=b; *= Affectation produit a *= 2 ;  (a = a*2) /= Affectation quotient a /= 2 ;  (a = a/2) %= Affectation reste a %= 2 ;  (a = le reste de a/2) += Affectation somme a += 2 ;  (a = a+2) &= Affectation ET entre bits a &= 5 ;  (a = a&5) ^= Affectation OU EX entre bits a ^= 5 ;  (a = a^5) |= Affectation OU entre bits a |= 5 ;  (a = a|5) 5) [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC55 – Opérateurs binaires : Symbole Description Notation * Multiplication c = a*b ; / Division c = a/b ; + Plus binaire c = a+b ; -= Moins binaire c = a-b ; >b ; & ET entre bits c=a&b; ^ OU exclusif entre bits c = a ^b ; | OU entre bits c=a|b; [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC56 – Tests : Symbole Description Notation < Strictement inférieur if (a < b) ; = b) ; > Strictement supérieur if (a > b) ; >= Supérieur ou égal if (a >= b) ; == Egal if (a ==b) ; != Différent if (a != b) ; && ET logique if ((a==5) && (b==2)) ; || OU logique if ((a==5) || (b==2)) ; ?: Condition z=(a>b)?a:b ; (Si a>b a z=a sinon z=b) [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC57 – Instruction conditionnelle : if … else if (Condition) Action1 ; Fausse else Action2 ; Condition ? Si la Condition est vrai Vrai Faire l’Action 1 Action 1 Action 2 Sinon faire l’Action 2 [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC58 – Instruction conditionnelle : if … else Exemples : Action1 et Action2 sont Action1 et Action2 une seule instruction sont un bloc d’instructions if( a > b ) c=c–a; if( a > b ) else c = c- b ; { c=c–a; d=c–a; } ELSE n’existe pas else { c=c–b; if( a > b ) d=c–b; { c=c–a; } d=c–a; } Condition multiples if( (a > b) && ( b > 0) ) c=c–a; else c=c-b; [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC59 – Instruction conditionnelle : switch … case Structure équivalente à la structure Si... Alors … Sinon mais permet une meilleur compacité du code. Exemples : Selon la valeur de (c ) switch (c ) Début Selon { Si = '+' : resultat  a+b, Sort case '+' :resultat = a+b ; break ; Si = '-' : resultat  a-b , Sort case '-' : resultat = a-b ; break ; Si = '*' : resultat  a*b , Sort case '*' : resultat = a*b ; break ; Si = '/' : resultat  a/b , Sort case '/' : resultat = a/b ; break ; Par defaut : resultat  a+b default : resultat = a+b ; Fin Selon } [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC60 – Boucle : for Action(s) à effectuer en dernier dans la boucle Initialisation Action(s) à effectuer dans la boucle for ( Initialisation ; Condition ; Modification ) { Condition action ; ? Sortie de …; la boucle } Action Action(s) de départ Condition pour rester dans la boucle Modification [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC61 – Boucle : for Exemples : 2 boucles identiques : Action exécutée 5 fois. // Version 2 simplifiée // Version 1 // Version 2 for( x = 5 ; x ; x-- ) for( x = 0 ; x < 5 ; x++ ) for( x = 5 ; x > 0 ; x-- ) { { { action ; action ; action; } } } x est vrai si x > 0 donc la boucle sera exécutée Traduction Version 1 : tant que x>0 x0 Tant que (x < 5)) faire action x  x+1 Répéter Tant que [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC62 – Boucle : while Tant que condition vraie faire... while (condition) { action ; …; } Condition ? Sortie de while(1) : Boucle la boucle exécutant indéfiniment un bloc d’instructions. Action while ( 1 ) { action ; …; } [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC63 – Boucle : while Exemples : Boucle dont l’action ne sera jamais Boucle identique exécutée car la condition est à une boucle FOR fausse dès le départ. x=0; x = 10 ; while ( x < 5 ) while ( x < 5 ) { { action ; action ; x++ ; x++ ; } } Soit un bouton poussoir donnant 0 s’il est appuyé. while ( bouton == 0 ) Ici on fait l’action tant que le poussoir est maintenu appuyé. { On sort de la boucle quant le bouton n’est plus appuyé. action ; } [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC64 – Boucle : do … while Faire... tant que condition vraie Action toujours exécutée au moins une fois que do la condition soit vraie ou fausse. { Action action ; …; Condition } while (condition) ; ? x=0; total = 0 ; Nombre d’exécutions de la boucle : 5 do Sortie de la boucle A la sortie de la boucle total = 10 { total = total + x ; x++ ; } while ( x < 5 ) ; [email protected]  Eléments de programmation MikroC for PIC65 – Les fonctions : void buzzer (void) { … Début … } Initialisation des ports void init_port (void) { Led1 éteinte … … } BP activé ? void main (void) { init_port(); Led1 éteinte Led1 allumée Led1 = 0; while(1) { Gestion du if(bp == 0) buzzer { Led1 = 1; buzzer(); } else Led1 = 0; } } [email protected]  66 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Quelques fonctions : Fonction Description Lo Renvoie le plus faible octets (bits 0 à 7) d’un nombre Hi Renvoie le 2ème plus faible octets (bits 8 à 15) d‘un nombre Higher Renvoie le 3ème plus faible octets (bits 16 à 23) d'un nombre Highest Retourne le 4ème plus faible octets (bits 24 à 31) d'un nombre Delay_us Crée le retard dans les unités de microseconde (10-6 s) Delay_ms Crée le retard constant dans les unités de millisecondes (10-3 s) Vdelay_ms Crée le retard en millisecondes en utilisant des variables de programme Delay_Cyc Crée le retard basé sur l'horloge de microcontrôleur (10x le paramètre) Clock_Khz Régler l’horloge de microcontrôleur en KHz Clock_Mhz Régler l’horloge de microcontrôleur en MHz [email protected]  67 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Exercices : Une LED est connectée au PORTB (broche RB0) du µC PIC16F84A à travers une résistance R de limitation de 220W. Ecrire un programme qui fera clignoter la LED (ON et OFF) en permanence dans un intervalle d'une seconde. Procédure : Une LED peut être connectée à un µC de deux façons : "Source de courant" et "Absorption de courant". En mode "Absorption de courant" (voir figure) une broche de la LED est reliée à +5 V à travers la résistance R et l'autre broche est reliée à une broche du port de sortie du µC. La LED sera allumée lorsque le port de sortie du µC est au niveau logique 0 (0 V). En mode "Source de courant" (voir figure) une broche de la LED est reliée au port de sortie du µC et l'autre broche est reliée à la masse à travers la résistance R. La LED sera allumé lorsque le port de sortie du µC est au niveau logique 1 (+5 V). [email protected]  68 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Programme version 1 (LED Clignotante) : void main () { TRISB = 0 ; // Configurer tout le PORTB en sortie for (;;) // Boucle sans fin { PORTB.F0 = 1 ; // Allume la LED avec un « 1 » Delay_ms (1000) ; // Retard 1 seconde PORTB.F0 = 0 ; // Éteint la LED avec un « 0 » Delay_ms (1000) ; // Retard de 1 seconde } } [email protected]  69 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Programme version 2 (LED Clignotante) : #define LED PORTB.F0 // LED reliée au port RB0 du PORTB #define ON 0 // « 0 » allume la LED #define OFF 1 // « 1 » éteint la LED #define Retard Delay_ms(1000) void main () { TRISB = 0 ; // Configurer tout le PORTB en sortie for (;;) // Boucle sans fin { LED = ON ; // LED allumée (ON) Retard ; // Retard de 1 seconde LED = OFF ; // LED éteinte (OFF) Retard ; // Retard 1 seconde } } [email protected]  70 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Programme version 1 (Afficheur 7 segments) : void main () Sorties { TRISB = 0x80 ; // Configuration PORTB (1000 0000) while (1) // Boucle sans fin Entrée { PORTB = 0xB0 ; // Code 7 seg du chiffre 3 Delay_ms(300) ; // Temporisation PORTB = 0x99 ; // Code 7 seg du chiffre 4 Delay_ms(300) ; // Temporisation } } [email protected]  71 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Programme version 2 (Afficheur 7 segments) : void main () { TRISB = 0x80 ; // Configuration PORTB (1000 0000) PORTB = 0 ; TRISC = 0x81 ; // (RC0, RC1) Entrées, les autres Sorties PORTC = 0 ; while (1) // Boucle sans fin { if (PORTC.F0 == 0) // Si BP1 est mis à la masse PORTB = 0xB0 ; // Code 7 seg du chiffre 3 else if (PORTC.F7 == 0) // Sinon Si BP2 est mis à la masse PORTB = 0x99 ; // Code 7 seg du chiffre 4 else PORTB =0xC0 ; // Si aucun ==> Affiche 0 } } [email protected]  72 Fonctions intégrées à MikroC for PIC – Utilisation de la fonction Delay_ms : Programme version 3 (Afficheur 7 segments) : int i ; char Tab = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90} ; void main () { TRISB = 0x80 ; // Configuration PORTB (1000 0000) PORTB = 0 ; while (1) // Boucle sans fin { for (i=0; i Si Déc. Droit) if (J == 0) J = 1 ; // Si Led8  RUN de J  Allume Led1 (128 si Décalage Droite) cmpt=0 ; } } [email protected]  92 Timer & Interruptions – Utilisation de TMR0 : Programme (Suite) : … void main() { TRISC = 0 ; // PORTC en sortie PORTC = 0 ; // Eteindre Leds // Autoriser Interruptions Timer (GIE PEIE T0IE INTE RBIE T0IF INTF R0IF) INTCON = 0b10100000 ; // Pré-diviseur Tmr0 = 16 (RBPU INTEDG T0CS T0SE PSA PS2 PS1 PS0 ) OPTION_REG = 0b00000011 ; while (1) { } } [email protected]  93 Acquisition et Transmission Série de données [email protected]  94 Généralités – Exemples de Bus Série : SATA, Ethernet , RS485, RS232, I2C, SPI, CAN, USB, 1 WIRE, … Multipoints Point à Point [email protected]  95 Généralités – Bus courants dans les systèmes embarqués : RS232 : - Bus Lent (9600 – 115200 bps), Full-duplex, Point à Point - Courant dans les systèmes embarqués RS485 : - Rapide, Différentiel, Half-duplex, Multipoints CAN : - Bus Semi-rapide (1 Mbps), Multi-maîtres, … - Peu sensible au bruit, … - Variante : LIN, FlexRay, … I2C (Philips) : - Relativement Lent (400 Kbps), Half-duplex, Multi-Maîtres, Multipoint, … - Variante : SMBUS, DDC, TWI, … [email protected]  96 Généralités – Bus courants dans les systèmes embarqués : SPI : - Bus Assez rapide (10 Mbps), Full-duplex, … - 1 Maitre - n Esclaves (Mélange Point à Point & Multipoints), … - Variante : I2S, … - Utilisation : Flash EEPROM, EEPROM, MMC/SD, Ethernet, Son, LCD, Capteurs, … 1 WIRE (Dallas Semiconductor) : - Bus Lent (16 ou 144 Kbps), Half-duplex, … - 1 Maitre - n Esclaves (Mélange Point à Point & Multipoints), … - peu sensible au bruit, … - Utilisation : Domotique, Thermométries, Instruments de mesure météorologiques, Horloge temps-réel, Circuits de gestion de l'énergie, Batteries, Onduleurs, … USB : - Bus multi-vitesse (LS, FS, HS), Différentiel, … - 1 Maitre - n Esclaves, … - Très courant [email protected]  97 RS232 – Signaux du Port série (Protocole RS232) : Un port série en RS232 utilise le connecteur DB9 (9 voies). Broche Nom Sens Signification Data Carrier Detect. Active à l'état haut. 1 DCD Entrée Signale au PC qu'une liaison a été établie avec un correspondant. Receive Data 2 RxD Entrée Où transitent les informations du correspondant vers le PC. Transmit Data 3 TxD Sortie Ici transitent les données du PC vers le correspondant. Data Terminal Ready. Active à l'état haut. Le PC signale au 4 DTR Sortie correspondant que le port série a été libéré et peut être utilisé. 5 GND - Masse. Data Set Ready. Active à l'état haut. 6 DSR Entrée Le correspondant signale qu'une donnée est prête. Request To Send. Active à l'état haut. 7 RTS Sortie Indique au correspondant que le PC veut transmettre des données. Clear To Send. Active à l'état haut. 8 CTS Entrée Indique au PC que le correspondant est prêt à recevoir des données Ring Indicator. Active à l'état haut. Permet au PC de savoir qu'un 9 RI Entrée [email protected] correspondant veut initier une communication avec lui.  98 RS232 – Paramètres du Protocole RS232 : USART (Port Série)  Interface de communication (Asynchrone) séries entre 2 app. 2 fils (Rx et Tx) plus la Masse sont nécessaires. Repos (Mark) : 1, -3 V à -15 V Actif (Space) : 0, +3 V à +15 V Format des données envoyées (Trames) en série (bit par bit) : Transmission commence lorsque le niveau logique passe de 1 à 0. Débit  Vitesse de communication (Bauds ou Bps) : 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, etc. Start  1ier bits envoyés : Bit de départ de niveau logique 0. Data  Suite de 7 ou 8 bits de données envoyées suivie par 1 bit de parité Parity   Détection d’erreur : 0 ou 1 bit. Stop  Dernier(s) bit(s) envoyé(s) : 1 ou 2 bits d'arrêt de niveau logique 1. [email protected]  99 RS232 – Paramètres du Protocole RS232 :  Exemple de trame envoyée en série : 1 Start + 8 Data + 0 Parity + 1 Stop. [email protected]  100 Paramètres du module USART – Paramètres du Protocole RS232 :  Exemple de trame de caractère "A" envoyée en série : 1 Start + 8 Data + 0 ou 1 Parity + 1 Stop. (01000001)2 = 0x41 = Code ASCII de "A" Après "Start", le bit envoyé = le LSB de la donnée "01000001". Parité Parité Paire Parité Impaire [email protected]  101 Bibliothèque UART de MikroC for PIC – Fonctions essentielles des bibliothèques : Bibliothèque Fonction Description Spécifie le débit y de communication série choisi. UARTx_Init(y) C’est la première fonction appelée sur le module x. Le module x Reçoit 1 octet à partir de la broche Rx UARTx_Read() du port série. UART Le module x Transmet un octet à travers la broche UARTx_Write Tx du port configuré en série. =1 Si données prêtes pour la lecture UART_Data_Ready() =0 Si pas de données dans le registre de réception [email protected]  Programme de l’UART en MikroC 102 – Utilisation de l’UART : [email protected]  Programme de l’UART en MikroC 103 – Utilisation de l’UART : Programme : char Octet_Lu ; // Variables globales void main() { TRISC = 0x80 ; // 1000 0000 --> PORTC en sortie sauf bit 7 PORTC.F0 = 1 ; // Led reliée à RC0 éteinte UART1_Init(9600) ; // Configuration RS232  9600 Bps Delay_ms(100) ; // Petite pause pour établir la communication UART1_Write_Text("Connexion etablie") ; // Envoi du texte vers l’UART UART1_Write(13) ; // Retour chariot (CR  0x0D) UART1_Write(10) ; // Début de ligne (LF  0x0A) [email protected]  Programme de l’UART en MikroC 104 – Utilisation de l’UART : Programme (Suite) : … while(1) // Boucle infinie { if (UART1_Data_Ready() == 1) // Si la connexion est établie { PORTC.F0 = 0 ; // Led reliée à RC0 allumée Delay_ms(100) ; Octet_Lu = UART1_Read() ; // Données reçues via UART UART1_Write(0x20) ; // Espace (SP  0x20) UART1_Write(Octet_Lu) ; // Renvoyer la donnée reçus UART1_Write(0x0D) ; // Retour chariot (CR  0x0D) } // Fin de If Delay_ms(100) ; PORTC.F0 = 1 ; // Led reliée à RC0 éteinte } // Fin de Boucle while } // Fin du main [email protected]  Bus CAN 105 – Introduction au Bus CAN : Bus CAN (Controller Area Network) : Bus de communication série développé à la fin des années 80 par l'entreprise Robert Bosch. Objectif : Fournir à l'industrie automobile un Bus peu coûteux pour l'électronique embarquée (éviter les encombrants des câbles). Efficacité et Robustesse du protocole Bus CAN : Utilisé dans plusieurs applications industrielles nécessitant un débit important jusqu'à 1 Mbits/s avec un très faible taux d'erreur. Bus CAN devenu un standard international reconnu par l'ISO en 1994. Protocole et paramètres électriques de ligne de transmission : Fixés par la Norme 11898. Transmission physique : par Paire Torsadée ou par liaison Infrarouge, Hertzienne ou par Fibre Optique. [email protected]  Bus CAN 106 – Introduction au Bus CAN : Contrôle Suspension Moteur Clim Réduction des Sièges coûts de câblage Tableau et de maintenance de Bord Plafonnier Boite de ABS Centralisation Vitesses Tableau Contrôle Suspension de Bord Moteur Clim Sièges Contrôleur Contrôleur Contrôleur CAN Contrôleur CAN CAN CAN Contrôleur CAN Contrôleur CAN CAN high speed CAN low speed Contrôleur CAN Contrôleur CAN Contrôleur CAN Contrôleur CAN Boite de Centralisation Plafonnier ABS Vitesses Question câblage :  R25 (fin 80’s) : 2 km de câbles cuivre ! >80kg Conséquences de réduction du câblage  40% de poids pour une portière Mercedes  40% de longueur de câble pour les Peugeot 306 et 307 [email protected]  Bus CAN 107 – Description : Bus CAN : Stations de mêmes droits (organes de commande, capteurs ou actionneurs) sont reliées par un Bus série. Le protocole CAN de base permet d'échanger 2048 variables. [email protected]  Bus CAN 108 – Topologie du réseau : Topologie d'un réseau CAN : Le BUS Résistances de Terminaison RT (120 à 180 W) : placées aux extrémités du câble de transmission. A 1 Mbits/s les dérivations (Stubs) ne dépassent pas 30 cm. [email protected]  Bus CAN 109 – Topologie du réseau :  Longueur du médium Longueur max. dépend du retard accumulé lors de transmission : Temps de Propagation + Temps de Traitement matériel. Débit ou Vitesse de propagation Longueur 1 Mbit/s 40 m 500 Kbit/s 100 m 250 Kbit/s 250 m 100 Kbit/s 500 m 20 Kbit/s 1000 m Configurations recommandées en fonction de la Vitesse de transmission. [email protected]  Bus CAN 110 – Topologie du réseau :  Nombre de nœuds fonction de : Technologie du driver de ligne et Type de câble Type de câble n = 32 n = 64 n = 100 Thin cable L = 200 m L = 170 m L = 150 m Thick cable L = 800 m L = 690 m L = 600 m AWG 20/ 0.5 mm² L = 360 m L = 310 m L = 270 m AWG 18/0.75 mm² L = 550 m L = 470 m L = 410 m n = Nombre de nœuds L = Longueur maximum du support de transmission. [email protected]  Bus CAN 111 – Format des Trames de données du Bus CAN :  Norme CAN 2 formats de protocole :  Standard (Version 2.0 A) et  Extended (Version 2.0 B). Différence :  longueur ID (Identificateur) : 11 bits de base  18 bits supplémentaires en mode Extended.  Augmenter le nombre de variables échangées, et  Nombre de stations sur le réseau. [email protected]  Bus CAN 112 – Format des Trames de données du Bus CAN :  Composition de la trame : [email protected]  Bus CAN 113 – Format des Trames de données du Bus CAN :  Composition de la trame : 2.0A 2.0B  SOF (Start Of Frame) :  1 Bit de Début de Trame.  Mis à 0 par la station débutant la transmission Si Bus libre. [email protected]  Bus CAN 114 – Format des Trames de données du Bus CAN : 2.0A 2.0B Zone d’Arbitrage :  Format « Standard » (Version 2.0A) :  11 Bits +  1 Bit RTR (Remote Transmission Request) : RTR = 0 Si Trame de Données ou RTR = 1 Si Trame de Demande de message. [email protected]  Bus CAN 115 – Format des Trames de données du Bus CAN : 2.0A 2.0B Zone d’Arbitrage :  Format « Étendu » (Version 2.0B) :  29 Bits (11+18) +  1 Bit SRR (Substitute Remote Request) ; se substitue au bit RTR en Standard.  1 Bit RTR (Remote Transmission Request). [email protected]  Bus CAN 116 – Format des Trames de données du Bus CAN : 2.0A 2.0B  Champ de Contrôle :  1 Bit IDE : Distinction entre formats Standard et Étendu IDE = 0 Si Format Standard ou IDE = 1 Si Format Étendu.  4 Bits DLC (en Standard & Étendu) : Taille en Nombre d’Octets contenus dans la zone de Données +  1 Bit r0 = 0 (en Standard & Étendu) : Réservé pour utilisation Future.  1 Bit r1 = 0 (en Étendu) : Réservé pour utilisation Future. [email protected]  Bus CAN 117 – Format des Trames de données du Bus CAN : 2.0A 2.0B  Champ de Données :  0 à 8 Octets : Longueur de Donnée  Champ du CRC (Cyclic Redundancy Code) :  16 Bits Recalculés à la Réception et Comparés aux bits Reçus. Si différents  Erreur CRC est déclarée.  Champ ACK (ACKnowledge) ou ACQ (ACQuitement) :  1 Bit à l'état récessif +  1 Bit séparateur ou Délimiteur.  Champ EOF (End Of Frame) :  7 Bits identifiant la Fin de Trame. [email protected]  Bus CAN 118 – Principe d’Arbitrage :  Traiter les données en Temps réel  Transmission rapide.  Voie physique de transmission atteignant 1 Mbit/s + Assignation rapide du bus s’il y a des conflits.  L’Urgence d’informations Échangées sur Bus peut être très diverse :  Valeur Variant rapidement (État d'un Capteur, Asservissement d'un moteur, …) : transmission avec un retard moindre,  Autres valeurs Évoluent lentement (Température d’un moteur, …).  Nécessité d’un Arbitrage pour libérer ou occuper le Bus.  Identificateur de message (11 bits ou 29 bits), détermine sa Priorité. [email protected]  Bus CAN 119 – Principe d’Arbitrage :  Procédé d'attribution du bus :  Basé sur le principe de L’ "Arbitrage bit à bit".  Nœuds en Compétition, émettant simultanément sur le bus,  Comparent bit à bit l’Identificateur de leur message avec celui des messages concurrents.  Stations de Priorité Moins Élevées Perdrons la compétition face à celle qui a la Priorité la Plus Élevée. [email protected]  Bus CAN 120 – Principe d’Arbitrage :  Définitions :  "État Dominant" : État logique 0  "État Récessif" : État logique 1  En cas de Conflit ( Émission Simultanée) : 0 écrase 1.  Lors de l’Arbitrage bit à bit,  Dès qu'une station Émettrice en État Récessif, si elle  Détecte un État Dominant, elle Perd la compétition  Arrête d'émission.  Tous les Perdants deviennent des Récepteurs (Listening only), Ne tentent à nouveau d’Émettre que lorsque le Bus se libère. [email protected]  Bus CAN 121 – Principe d’Arbitrage :  Exemple : 3 stations émettent en même temps :  Qui gagne l’arbitrage ? Station 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0écoute 1 1 Station 2 1 1 0 0 1 1 0 0 écoute 1 0 1 0 Station 3 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 Signal sur le 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 bus La station 2 perd la compétition La station 1 perd la compétition La station 3 gagne la compétition donc l’accès au bus [email protected]  Bus CAN 122 – Principe d’Arbitrage :  Autre exemple : 1 0  Station en Etat Récessif qui Détecte un État Dominant, Perd la compétition  Elle Arrête d'émettre. [email protected]  123 Bus I2C : Présentation I2C (Inter-Integrated Circuit-Communication)  Bus de communication série synchrone. Electriquement : 2 fils (SCL "Serial Clock" / SDA "Serial Data"), collecteur ouvert. Repos (Etat 1) : 3.3 à 5V Niveau électrique Récessif. Actif (Etat 0) : 0V Niveau électrique Dominant. Bus libre : Les 2 fils sont au Niveau 1. [email protected]  124 Bus I2C : Protocole Le maître impose l'horloge sur la ligne SCL et transmet les adresses Condition de départ et d’Arrêt : - Si Transition sur SDA lorsque SCL = 1  Start ou Stop Remarque : Les conditions de départ et d’arrêt sont toujours générées par le maître du bus. [email protected]  125 Bus I2C : Protocole Echange de trames de données: - Transition possible sur SDA uniquement lorsque SCL = 0  Donnée Les esclaves ne font que répondre par le mécanisme de requête/réponse. Après Start  7 bits d’Adresse unique Ensuite le 8ème bit = R/W : Indique la direction du transfert Adresse : Partie fixe (Firmware) + Partie configurable (User Address) R/W = 0  Ecriture  Maitre Parleur et Esclave Écouteur : Donnée envoyée à esclave par le Maître. R/W = 1  Lecture  Maitre Écouteur et Esclave Parleur : Esclave revoie une donnée au Maître. La transmission se fait MSB first. [email protected]  126 Bus I2C : Protocole Exemple : En général chaque CI possède 3 broches A2, A1 et A0 de sélection d‘adresse basse. Broches de sélection  Placer jusqu'à 8 CI de fonction identique sur le bus. Cas d'EEPROM I2C 64 Kbits type 24C64 possède l'adresse 1010xxx. Adresse choisie en fonction des niveaux logiques appliqués sur broches A2, A1, A0. Exemple : En reliant A0 à 5V et A1 et A2 à 0V, le CI répondra à l'adresse I2C 1010001. (Firmware) (User Address) [email protected]  127 Bus I2C : Cas général de Communication – Transmission d'un octet : A chaque impulsion sur SCL, 1 bit est transmis correspondant au niveau de SDA. Cette opération est répétée pour les 8 bits. Le bit de poids fort est transmis en premier. [email protected]  128 Bus I2C : Cas général de Communication – Acquittement : Après les 8 bits transmis, le récepteur acquitte la transmission au 9ème bit. L’émetteur met sa ligne SDA au niveau Haut. Le récepteur met sa ligne au niveau Bas. Or sorties à collecteur ouvert  Le récepteur l’emporte, SDA sera au niveau Bas. Au coup d’horloge suivant, 2 possibilités : - Le maitre voit un niveau Bas  Octet bien reçu. - Le maitre voit un niveau Haut  Erreur de transmission donc arrêt. [email protected]  129 Bus I2C : Cas général de Communication – Exemple de Trame : Envoi de l’octet 0xB5 = (1011 0101) 1 0 1 1 0 1 0 1 SDA doit être stable aussi longtemps que le signal SCL est actif. Changement d'état de SDA pendant que SCL est au niveau Haut  Condition de départ ou d'arrêt. [email protected]  130 Bus I2C : Cas général de Communication – Transmission d'une adresse : 1ier octet transmis est une adresse correspondant à l’esclave choisi. Bit A0 de l’adresse est réservé : - Si R/W = 1  Maître demande une Lecture à l'esclave. - Si R/W = 0  Maître demande une Ecriture à l'esclave. [email protected]  131 Bus I2C : Cas général de Communication – Écriture d'une donnée : Si bit R/W de l’adresse = 0  Maître doit transmettre 1 ou plusieurs octets de données. Après chaque bit ACK valide, le maître peut soit : - Continuer d'envoyer des octets à l'esclave. - Décider de terminer le dialogue par une condition d'arrêt. [email protected]  132 Bus I2C : Cas général de Communication – Lecture d'une donnée : Si bit R/W de l’adresse = 1  Maître veut lire des données issues de l'esclave. Toujours maître génère signal d'horloge SCL. Esclave prend le contrôle de la ligne SDA. Après que l'esclave ait transmis les 8 bits de données  Maître génère le bit ACK. 2 possibilités d’acquittement : - Bit ACK = 0  Maître désire lire des octets supplémentaires. - Bit ACK = 1  Maître décide que lecture terminée. (ACK = 1  Pas d'erreur mais fin de transfert). [email protected]  133 Bus I2C : Cas général de Communication – Restart : Possible d'enchaîner écriture et lecture de l'esclave sans passer par condition arrêt. Restart permet de lire une donnée après écriture sans générer de stop entre les 2. – Conflits et prise de contrôle du bus : Si 2 maitres parlent en même temps, il y a possibilité de conflits. Un maitre relit à chaque fois le bit qu’il cherche à imposer sur le bus. S’il impose un 0, il relira obligatoirement un 0. S’il impose un 1  2 cas : - S’Il relit un 1  il continue à transmettre. - S’il relit un 0  un autre maitre a pris la parole, il perd le contrôle du bus. Cas rare: Si divers maitres envoient mêmes données simultanément  Pas de conflit [email protected]  Bus I2C : Exemple d’Esclave EEPROM 134 – Présentation et connexions : Certains PIC possèdent une interface I2C intégrée. Lignes SCL et SDA sont connectées respectivement à RC3 et RC4. – Exemple de circuit 24C04 : 24C04 : EEPROM série constituée de 2 blocs de 256 Ko utilisant le protocole I2C. [email protected]  Bus I2C - Exemple d’Esclave EEPROM 135 – Eléments constitutifs de la trame I2C :  devsel : Octet d'identification  1ier octet émis par le maître : Permet de sélectionner le circuit ainsi que la nature des opérations à effectuer (R/W). - Bits 7 à 2 : ID du circuit (partie fixe = 1010 (bits 7 à 4) et partie variable (bits 3 et 2) fixée par les états logiques des broches E2 et E1. - Bit 1 : Accès à un des 2 blocs de 256 Ko. - Bit 0 : Sélectionne le mode Lecture (1) ou mode Ecriture (0). Exemple : Soit à écrire dans le bloc 0 d'un circuit 24C04 dont les pattes E2 et E1 sont connectées respectivement à 1 et à 0.  1ier mot à envoyer sera 10101000.  addr : Octet d'adresse - Mot indiquant l'adresse à laquelle doivent s'effectuer la lecture ou l’écriture.  data : Octet de donnée - Mot indiquant la donnée à lire ou écrire. [email protected]  Bus I2C - Exemple d’Esclave EEPROM 136 – Algorithme d'écriture (mode direct) : Donnée rangée à l'adresse spécifiée par l'octet addr  Trame envoyée par le maître : – Algorithme d'écriture (mode séquentiel) : Une fois l'adresse spécifiée, les données ont inscrites aux adresses suivantes tant que la condition de stop n'est pas envoyée. [email protected]  Bus I2C - Exemple d’Esclave EEPROM 137 – Algorithme de lecture (mode direct) :  Lecture : D’abord envoyer l'adresse au circuit en mode écriture. Puis repositionner le circuit en mode lecture afin d'obtenir la (les) donnée(s). – Algorithme de lecture (mode séquentiel) : En mode séquentiel, après réception d'une donnée, le bit ACK est forcé à 0 par le maître lorsqu'il désire une nouvelle donnée. [email protected]  138 Module Arduino [email protected]  139 Généralités sur les modules Arduino  Les modules Arduino™ sont des plates-formes de prototypage micro contrôlées "open-source".  Programmables via un langage proche du "C" (disponible en libre téléchargement), les modules Arduino™ peuvent fonctionner de façon autonome.  Leur taille physique est standardisée.  Un nombre important de cartes filles sont disponibles (Shield).  Le logiciel de programmation : gratuit et open source, développé en Java doté d’une grande simplicité d'utilisation.  Le matériel : cartes électroniques dont les schémas sont en libre circulation sur internet. [email protected]  140 Arduino UNO Microcontrôleur : ATmega328P Tension de fonctionnement : 5V Tension d'alimentation (Recommandée) : 7-12V Tension d'alimentation (Limites) : 6-20V Broches E/S numériques : 14 (dont 6 disposent de sortie PWM) Broches d'entrées analogiques : 6 Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) : 20 mA Intensité maxi disponible par broche E/S (3.3V) : 50 mA Mémoire Programme Flash : 32 KB dont 0.5 KB utilisés par le Bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) : 2 KB Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) : 1 KB Vitesse d’horloge : 16 MHz Dimensions : 53 mm x 68 mm [email protected]  Broches d’Arduino UNO 141 * SPI : Interface Série pour périphérique D10 : /SS D11 : MOSI D12 : MISO et D13 : SCLK. AREF Tension de Port SPI* référence analogique D10 – D13 Port Série E/S digitales D0 – D13 D0 – D1 (Tx & Rx) Port USB de Programmation permettant d’alimenter l’Arduino. Max 500 mA Port de Programmation ISP Port I2C* A4 – A5 Entrée DC 7-12 V 2,1 mm * I2C : A4 (SDA), A5 (SCL) Alimentations Entrées Analogiques A0 – A5 [email protected]  142 Description E/S : ATMEGA 328 [email protected]  143 IDE de programmation Arduino L’IDE (Espace de développement Intégré) permet d’écrire, compiler et Barre de Menu transférer un programme (Sketch) Barre de Boutons vers la carte Arduino par l’USB. Onglets des fichiers ouverts Logiciel gratuit disponible à : http://arduino.cc/en/Main/Software Extensions de fichier, selon les versions: o.PDE Fenêtre d’édition o.INO des programmes Vérifier / Compiler Nouveau code Sauver fichier Zone de messages des actions en cours Ouvrir Moniteur Série Ouvrir fichier Console d’affichage des messages de compilation Transférer programme vers la carte Arduino [email protected]  144 Programmation Arduino Fonctions du code Arduino : Essentiellement dans le code Arduino on trouve 2 fonctions :  Configuration  La fonction setup() exécutée en 1ier, une seule fois dès que le programme fonctionne. On appelle cette fonction : "Fonction d'initialisation ou de configuration".  Mise en place des différentes Entrées et/ou Sorties et autres réglages. void setup() { // Insérer ici votre code de configuration ou d’initialisation }  Boucle infinie – Programme pricncipal  La fonction loop() où l'on écrit le contenu du programme. Cette fonction est bouclée infiniment. void loop() { // Insérer ici le code de la fonction principale bouclante } [email protected]  145 Programmation Arduino Types de variables les plus répandus : Quel nombre il Valeurs maximales Nombre de Nombre Type stocke ? du nombre stocké X bits d'octets int Entier -32 768 à +32 767 16 2 long Entier -2 147 483 648 à +2 147 483 647 32 4 char Entier -128 à +127 8 1 float Décimale -3.4 x 1038 à +3.4 x 1038 32 4 double Décimale -3.4 x 1038 à +3.4 x 1038 32 4 Si une variable ne prend jamais de valeur négative, alors utiliser un type non-signé.  unsigned Quel nombre il Valeurs maximales Nombre de Nombre Type stocke ? du nombre stocké X bits d'octets unsigned char Entier non négatif 0 à 255 8 1 unsigned int Entier non négatif 0 à 65 535 16 2 unsigned long Entier non négatif 0 à 4 294 967 295 32 4 byte Entier non négatif 0 à 255 8 1 word Entier non négatif 0 à 65 535 16 2 boolean Entier non négatif 0à1 8 1 [email protected]  146 Programmation Arduino – Références : Structure Fonctions de base : Opérateurs arithmétiques : Opérateurs de comparaison : 2 fonctions obligatoires dans tout = (égalité) == (égal à) programme en C Arduino: + (addition) != (différent de) void setup() - (soustraction) < (inférieur à) void loop() * (multiplication) > (supérieur à) / (division) = (supérieur ou égal à) if if... else Opérateurs booléens : Opérateurs composés : for && (ET booléen) switch … case ++ (incrémentation) || (OU booléen) while -- (décrémentation) (à revoir) ! (NON booléen) do... while += (addition composée) break Opérateurs bit à bit : -= (soustraction composée) continue *= (multiplication composée) return & (ET bit à bit) /= (division composée) goto | (OU bit à bit) &= (ET bit à bit composée) ^ (OU Exc. bit à bit) |= (OU bit à bit composée) Syntaxe de base : ~ (NON bit à bit) ; (point virgule) > (décalage à droite) // (commentaire sur 1 ligne) (commentaire sur plusieurs lignes) #define #include [email protected]  147 Programmation Arduino – Références (Suite) : Variables et constantes Types des variables Variables utilisées pour stocker des valeurs Peuvent être de type variés décrits ci-dessous : Exemple: Tension de sortie d'un capteur présente boolean sur une broche analogique. char byte Constantes prédéfinies du langage Arduino : int Valeurs particulières ayant unsigned int une signification spécifique. long unsigned long float (nombres à virgules) HIGH | LOW double (nombres à virgules) INPUT | OUTPUT Chaînes de caractères true | false Tableaux de variables void (fonctions) Conversion de types char() byte() int() long() float() [email protected]  148 Programmation Arduino – Références (Suite) : Fonctions Entrées/Sorties Numériques Temps Trigonométrie pinMode(broche, mode) unsigned long millis() sin(rad) digitalWrite(broche, valeur) unsigned long micros() cos(rad) int digitalRead(broche) delay(ms) tan(rad) delayMicroseconds(us) Entrées analogiques Nombres randomisés int analogRead(broche) Math (hasard) min(x, y) randomSeed(seed) Sorties "analogiques" max(x, y) long random(max) (Génération d'impulsion PWM) abs(x) long random(min, max) constrain(x, a, b) analogWrite(broche, valeur) map(valeur, fromLow, toLow, Communication fromHigh, toHigh) Serial Entrées/Sorties Avancées pow(base, exposant) tone() sq(x) noTone() sqrt(x) shiftOut(broche, BrocheHorloge, OrdreBit, valeur) unsigned long pulseIn(broche, valeur) [email protected]  149 Programmation Arduino – Libraires (Micros programmes) : Pour chaque interface il existe des librairies facilitant l’élaboration d’applications. Librairies à télécharger et copier dans le dossier arduino/libraries/ Exemple : Librairie pour lire ou écrire sur une carte SD. #include #include #include #include #include #include #include #include #include [email protected]  150 Programmation Arduino – Exemple : Lecture d’Entrées digitales avec Ecriture sur des Sorties digitales const int Led1 = 2 ; // Broche 2 nommée Led1 const int Led2 = 3 ; // Broche 3 nommée Led2 const int Led3 = 4 ; // Broche 4 nommée Led3 const int BP1 = 12 ; // Broche 12 nommée BP1 const int BP2 = 11 ; // Broche 11 nommée BP2 const int BP3 = 10 ; // Broche 10 nommée BP3 void setup() { pinMode(Led1, OUTPUT) ; // Led1 est une broche de sortie pinMode(Led2, OUTPUT) ; // Led2 est une broche de sortie pinMode(Led3, OUTPUT) ; // Led3 est une broche de sortie pinMode(BP1, INPUT); // BP1 est une broche d’entrée pinMode(BP2, INPUT); // BP2 est une broche d’entrée pinMode(BP3, INPUT); // BP3 est une broche d’entrée } void loop() { if(digitalRead(BP1)==HIGH) digitalWrite(Led1, LOW) ; // Si BP1 est enfoncé  Allume Led1 else digitalWrite(Led1, HIGH) ; // Sinon on éteint Led1 if(digitalRead(BP2)==HIGH) digitalWrite(Led2, LOW) ; // Si BP2 est enfoncé  Allume Led2 else digitalWrite(Led2, HIGH) ; // Sinon on éteint Led2 if(digitalRead(BP3)==HIGH) digitalWrite(Led3, LOW) ; // Si BP3 est enfoncé  Allume Led3 else digitalWrite(Led3, HIGH) ; // Sinon on éteint Led3 // Temporisation de 50 millisecondes delay(50) ; } [email protected]  151 Programmation Arduino – Exemple : Ecriture sur une sortie analogique pour commander une LED Tricolore // Définition des broches utilisée const int led_verte = 9 ; const int led_bleue = 10 ; const int led_rouge = 11 ; // Variable permettant de changer de couleur int compteur_defilement = 0 ; void setup() { // Définition des broches en sortie pinMode(led_rouge, OUTPUT) ; pinMode(led_verte, OUTPUT) ; pinMode(led_bleue, OUTPUT) ; } void loop() { couleur(compteur_defilement) ; // Appel de la fonction d'affichage compteur_defilement++ ; // Incrémentation de la couleur à afficher if(compteur_defilement > 6) compteur_defilement = 0 ; // Raz Si le compteur dépasse 6 couleurs delay(500); } [email protected]  152 Programmation Arduino – Exemple : Ecriture sur une sortie analogique pour commander une LED multicolore (SUITE) void couleur(int numeroCouleur) { switch(numeroCouleur) { case 0 : // Rouge analogWrite(led_rouge, 0); // Rapport cyclique au minimum pour une meilleure luminosité de la LED // qui est commandée en "inverse" // (0  LED Allumée ; 255  LED Eteinte) analogWrite(led_verte, 255); analogWrite(led_bleue, 255); break; case 1 : // Vert analogWrite(led_rouge, 255); analogWrite(led_verte, 0); analogWrite(led_bleue, 255); break; case 2 : // Bleu analogWrite(led_rouge, 255); analogWrite(led_verte, 255); analogWrite(led_bleue, 0); break; case 3 : // Jaune analogWrite(led_rouge, 0); analogWrite(led_verte, 0); analogWrite(led_bleue, 255); break; [email protected]  153 Programmation Arduino – Exemple : Ecriture sur une sortie analogique pour commander une LED multicolore (SUITE) case 4 : // Violet analogWrite(led_rouge, 0); analogWrite(led_verte, 255); analogWrite(led_bleue, 0); break; case 5 : // Bleu ciel analogWrite(led_rouge, 255); analogWrite(led_verte, 0); analogWrite(led_bleue, 0); break; case 6 : // Blanc analogWrite(led_rouge, 0); analogWrite(led_verte, 0); analogWrite(led_bleue, 0); break; default : // "Noir" analogWrite(led_rouge, 255); analogWrite(led_verte, 255); analogWrite(led_bleue, 255); break; } } [email protected]  154 Programmation Arduino – Exemple : Lecture de tension appliquée sur une broche analogique const int potar = 0 ; // Potentiomètre branché sur la broche analogique 0 int valeurLue ; // Variable pour stocker la valeur lue après conversion AN float tension ; // On convertit cette valeur en une tension void setup() { // Démarrage de la liaison série pour visualiser la valeur Serial.begin(9600) ; } void loop() { // On convertit en nombre binaire la tension lue en sortie du potentiomètre valeurLue = analogRead(potar) ; // On traduit la valeur brute en tension tension = valeurLue * 5.0 / 1024 ; // On affiche la valeur lue sur la liaison série Serial.print("valeurLue = ") ; Serial.println(valeurLue) ; // On affiche la tension calculée Serial.print("Tension = ") ;