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Institut Supérieur des Technologies Médicales
de Tunis
Cours : Architecture des
systèmes à processeurs 3ème année Licence Appliquée en GBM
Cours Préparé par :
M. Hedi ABDELKRIM M. Slim BEN OTHMAN M. Ahmed Karim BEN SALEM M. Taoufik Majoul (Classés par ordre alphabétique de noms) 2021/2022 Chapitre 4 Programmation Avancée des microcontrôleurs
4.1 Le CAN 4.2 La liaison série 4.3 Le watchdog Le Convertisseur Analogique Numérique
Dans les microcontrôleurs, les canaux de conversion
analogique/numérique sont souvent multiplexés. Ceci signifie que la fréquence maximale de conversion analogique numérique est divisée par le nombre de voies utilisées.
Très souvent, il faut configurer les entrées de conversion en « entrée
analogique » car celles-ci peuvent aussi être utilisées en entrées numériques.
3 Illustration du fonctionnement d’un CAN Etude du CAN du 16F877a
D’après le document technique du 16F877a :
Quel est le nombre de bits du Convertisseur AN ? Dans quels registres est stocké le résultat ? Combien possède t-on de voies multiplexées ? A quoi correspondent Vref+ et Vref- ? Comment configure-t-on une entrée en analogique ?
5 Bloc diagramme du CAN du 16F87XA
6 Exemple d’application Sur l’application ci-dessous, quelle est la résolution maximale possible ?
Donner l’expression de la résolution en fonction de Vref+, Vref- et du nombre
de bits du convertisseur. Exprimer la valeur analogique en fonction de Vref+, Vref- et de la valeur 7
numérique donnée par le convertisseur.
Récupération des valeurs converties Donner le code C permettant d’obtenir un entier représentatif de la valeur de conversion en fonction des valeurs de ADRESH et ADRESL. #Byte ADRESL=0x9E #Byte ADRESH=0x1E
8 Les tensions de références Le schéma représente les plages de valeurs possibles pour Vref+ et Vref-.
9 Etude de cas pratique
La tension d’une batterie est celle d’une cellule lithium-ion qui possède les caractéristiques suivantes : Umin=2,5 V Umax= 4,3V Danger si en dehors de cette zone
Udéchargée=3 V Un=3,6 V Uchargée=4,2 V
Donner les valeurs de votre choix pour les tensions de références
Donner la résolution de la conversion Donner l’expression de la tension en fonction de la valeur numérique de la conversion. 10 Vitesse maximale du convertisseur
11 Exemple de codes #include <16F877A.h> #device ADC=10 //N=10bits pour le CAN interne #use delay(clock=8000000) //Horloge à 8 MHz #fuses HS,NOWDT,NOLVP
void main() { int16 valeur; //Déclaration d’une variable valeur en entier 16 bits int tension; setup_adc_ports(ALL_ANALOG); //Configuration des 8 voies du CAN en analogique setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); //Utilisation de l’horloge interne while(1) //Boucle infinie { set_adc_channel(1); //Utilisation de la voie 1 du micro-contrôleur (broche A1) valeur=read_adc(); //Lecture de la broche A1, dans la variable valeur Tension=(int)(5/1023)*valeur; } } 12 Chapitre 4 Programmation Avancée des microcontrôleurs
4.1 Le CAN 4.2 La liaison série 4.3 Le watchdog La liaison série La liaison série USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) est le mode le plus répondu pour communiquer (et aussi le plus vieux).
Une liaison série
permet de transmettre des données sur un nombre limité de fils
14 Principe Connexions (1) d’une communication série Cette liaison peut être « half duplex » (liaison synchrone) ou « full duplex » (liaison asynchrone).
Sur le microcontrôleur PIC16F877A, la liaison série asynchrone peut être mise en œuvre à l’aide des pins RxD et TxD. Elle est réalisée par un USART : - RxD, signal de réception de l’USART - TxD, signal de transmission de l’USART
15 Détails des connexions de la liaison série 1ère étape : Configurer la transmission #use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7)
2ème étape : Envoyer et recevoir des données
printf("Hello World!"); // Affichage Message sur port série
val = gethex(); // Lecture d’une valeur hexadécimale sur 8 bits dir=getc(); // Lecture d’un caractère putc(carac); // Affichage d’un caractère 16 Exemple de codes #include <16F877A.h> #use delay(clock=8000000) //Horloge à 8 MHz #use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, ERRORS) #include <input.c> void main() { BYTE speed, steps; char dir; while(1) //Boucle infinie { printf("\n\r Speed (hex): "); //Affichage de message avec retour à la ligne speed = gethex(); //Lecture d’une valeur hexadécimale printf("\n\rDirection (F,R): "); dir=getc(); //Lecture d’un caractère putc(dir); //Affichage d’un caractère printf("\n\rSteps (hex): "); steps = gethex(); cmd_moteur(speed,dir,steps); 17
} } Liaison SPI (Serial Peripheral Interface) - Protocole de communication série proposé par Motorola dans les années 1980
- Communication synchrone fonctionnant en full-duplex
- Communication maître-esclave (ex. entre un microcontrôleur et un périphérique : mémoires, cartes
SD, RTC, capteur, etc.)
- SPI : utilisation d’un signal de synchronisation entre maître et esclave et d’une ligne de données
- Le signal CLK parvient du maître à l’esclave
18 Principes de la communication SPI (1/2) Bus SPI : un seul maître et au moins un esclave
Le bus SPI se base sur 4 signaux :
- Master – Out / Slave – In (MOSI) : données envoyées du maître vers l’esclave
- Master – In / Slave – Out (MISO) : données issues de l’esclave - Serial Clock (SCLK) : signal d’horloge généré par le maître - Chip Select (CS) ou Slave Select (SS) : selection de l’esclave par le maître
19 Principes de la communication SPI (2/2) - La liaison SPI est une communication full-duplex : à chaque cycle d’horloge un bit de donnée est échangé simultanément du maître vers l’esclave (ligne MOSI) et de l’esclave vers le maître (ligne MISO)
- Après 8 cycles d’horloge 1 octet de données est échangé dans les deux sens
- Il est possible d’avoir plusieurs esclaves mais il n’est possible au maître que de communiquer avec un seul d’entre eux, en utilisant la ligne CS (ou SS)
20 Configurations SPI Dans un bus SPI, deux configurations sont possibles : “Independent Slave Configuration” ou “Daisy Chain Configuration”
“Independent Slave” “Daisy Chain”
- Le maître réserve une ligne CS pour chaque esclave - Une seule ligne CS pour tous les esclaves du bus SPI - Connexions MOSI-M/MOSI-E1, MISO-E1/MOSI- - Toutes les lignes MOSI et MISO des esclaves sont E2,…, MISO-En/MISO-M reliées aux lignes MOSI et MISO du maître
21 Commandes SPI (compilateur CCS) Directive de configuration du bus SPI #use spi (options)
Principales fonctions setup_spi(mode), setup_spi2(mode) : configuration du mode SPI
spi_data_is_in(), spi_data_is_in2() : retourne TRUE si le buffer associé à la
reception SPI dispose d’un octet de données
spi_write(value), spi_write2(value) : transmet une valeur sur l’interface SPI
spi_read(value), spi_read2(value) : récupère une valeur sur l’interface SPI
22 Liaison série I2C (Inter-Integrated Circuit) - Bus de communication développé par la société Philips dans les années 1980
- Bus série synchrone bifilaire : SDA (Serial Data Line) : ligne de données bidirectionnelle, half-duplex et SCL (Serial Clock Line) : horloge de synchronisation bidirectionnelle
- Il est contrôlé par un maître (un microcontrôleur généralement) et possède au moins un
esclave, identifié par une adresse unique écrite sur 7 bits (fixée par le constructeur et donc non modifiable)
23 Communication maître/esclave
- Le dialogue se fait uniquement entre LE maître et UN esclave
- Seul le maître peut initier (condition Start) ou terminer (condition Stop) le dialogue
- Le signal d’horloge est généré par le maître. 3 fréquences possibles :
- La fréquence d’horloge du bus I2C est imposée par l’élément le plus lent
- Le maître et l’esclave utilisent la ligne SDA pour échanger les données
24 Spécificités du protocole I2C (1/2) - Les données échangées présentent la disposition suivante :
- Condition Start : le maître fait passer la ligne SDA du niveau haut au niveau bas, SCL étant au niveau haut. - Condition Stop : une fois l’échange est terminée, le maître fait passer la ligne SDA du niveau bas au niveau haut, SCL étant au niveau haut.
25 Spécificités du protocole I2C (2/2)
- Bits d ’adresse : l’adresse de l’esclave avec qui le maître échange (émet/reçoit) des données. Elle est envoyée à tous les esclaves connectés au bus I2C - Bit Read/Write : spécifie le sens des données échangées (0 : maître vers esclave et 1 : esclave vers maître) - Bit ACK/NACK : prend 0 si un esclave connecté au bus dispose de l’adresse diffusée par le maître sinon prend 1 (valeur par défaut) - 8 bits de données : présente l’information envoyée par l’émetteur (maître ou esclave). Le bit ACK prendra 0 si le récepteur a reçu les données. La séquence 8 bits de données suivi par le Bit ACK/NACK se répète jusqu’à ce que toutes les données sont envoyées 26 Commandes I2C (compilateur CCS) Directive de configuration du bus I2C #use I2C(options) - #use i2c(master, fast, SCL=PIN_C3, SDA=PIN_C4, Force_HW) master : déclaration du bus I2C pour un PIC fonctionnant en maître fast : échange à une vitesse de 400 kHz. (Par défaut le bus fonctionne en mode slow : 100 kHz) - #use i2c(slave, SCL=PIN_C3, SDA=PIN_C4, address=0xA0) slave : déclaration du bus I2C pour un PIC fonctionnant en esclave
Principales fonctions - i2c_start() : lancement (ou changement du sens) d’un dialogue I2C par un maître - i2c _stop() : arrêt d’un dialogue I2C - i2c _write(data) : envoie d’une information - i2c _read() : réception d’une information - i2c_poll() : retourne TRUE si le hardware a reçu un octet dans le buffer. Ne concerne que le mode esclave. 27 Exemple : communication PIC16F877/DS1621 (1/2) DS1621 : thermomètre numérique et thermostat
Trame de données échangée
28 Exemple : communication PIC16F877/DS1621 (1/2) Adressage du DS1621 Ici A2, A1 et A0 seront reliées au GND L’adresse du DS1621 est donc 0x90 en écriture(bit R/W=0) et 0x91 en lecture(bit R/W=1) Commandes/Valeurs de contrôle
i2c_start(); // initialisation du bus I2C { i2c_start(); i2c_write(0x90); // adresse du DS1621 en écriture i2c_write(0x90); delay_ms(10); i2c_write(0xAA); // dernière valeur convertie i2c_write(0xAC); // écriture de la configuration de température delay_ms(10); delay_ms(10); i2c_write(0x09); // conversion en continu i2c_start(); i2c_stop(); //arrêt i2c_write(0x91); i2c_start(); temp_high= i2c_read(0); // octet de poids fort i2c_write(0x90); // adresse du DS1621 en écriture i2c_start(); delay_ms(10); i2c_write(0x91); i2c_write(0xEE); // conversion de température en continu temp_low= i2c_read(0); // octet de poids faible i2c_stop(); i2c_stop(); delay_ms(1000); // temps de conversion }} 31 Récapitulatif : UART – SPI - I2C
Communication Nombre de PINs Description
UART 2 Simplex, Half-duplex ou Full-duplex Liaison entre 2 éléments uniquement Asynchrone, pas de contrôle SPI 4 Full-duplex Liaison entre 1 maître et 1 esclave Possibilité de connecter plusieurs esclaves Synchrone, mécanismes de contrôle I2C 2 Half-duplex Liaison entre 1 maître et 1 esclave Possibilité de connecter plusieurs esclaves Synchrone, mécanismes de contrôle 32 Chapitre 4 Programmation Avancée des microcontrôleurs
4.1 Le CAN 4.2 La liaison série 4.3 Le watchdog Le Watchdog (1) Le chien de garde (watchdog) est un dispositif matériel et logiciel qui permet de se prémunir contre les plantages accidentels. L’idée est de provoquer un RESET du CPU afin de relancer l’application (les données sont bien sur perdues). Le plantage est défini lorsque le programme n’est pas venu à temps faire signe au watchdog. Instructions « Clear Watchdog »
Si je reçoit rien, j’appuie sur le RESET!!! Le Watchdog (2)
