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اﻟﺟﻣﮭورﯾﺔ اﻟﺟزاﺋرﯾﺔ اﻟدﯾﻣﻘراطﯾﺔ اﻟﺷﻌﺑﯾﺔ République Algérienne Démocratique et P

اﻟﺟﻣﮭورﯾﺔ اﻟﺟزاﺋرﯾﺔ اﻟدﯾﻣﻘراطﯾﺔ اﻟﺷﻌﺑﯾﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘﻌﻠﯿﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Electrique Filière d’Automatique Support de cours du module : Présentée par : MEGHERBI Hassina Préparer par : Dr. Hassina MEGHERBI Pour les étudiants de1er année Master, Option : - Automatique avancée; - Génie des systèmes industriels. Année universitaire : 2013-2014 Microcontrôleurs دﻣﺣﻣﺔﻌﻣﺟﺎ ﺧﯾﺿر ﺑﺳﻛرة ﺔﻛﻠﯾ اﻟﻌﻠوم و اﻟﺗﻛﻧوﻟوﺟﯾﺎ ﻗﺳم:اﻟﮭﻧدﺳﺔ اﻟﻛﮭرﺑﺎﺋﯾﺔ ﺷﻌﺑﺔ :اﻵ ﻟﯾــــــــﺔ i Table des matières Chapitre 1 : Généralité sur les mémoires.................................................................................... 1 1 Terminologie et Fonctionnement Générale des Mémoires:............................................ 1 1.1 Définition :.............................................................................................................. 1 1.2 Structure générale d’une mémoire :........................................................................ 1 1.3 Caractéristiques :..................................................................................................... 2 1.4 Organisation interne de la mémoire:....................................................................... 2 2 Les Différentes Types de Mémoires............................................................................... 3 2.1 Les Mémoires Volatiles :........................................................................................ 3 2.2 Les Mémoires Non-Volatiles :................................................................................ 4 3 Application des mémoires ROM .................................................................................... 7 Chapitre 2 : Présentation Générale d’un Microordinateur.......................................................... 9 1 Définition d'un micro-ordinateur .................................................................................... 9 2 Architecture d'un micro-ordinateur................................................................................. 9 2.1 Le MicroProcesseur ................................................................................................ 9 2.2 L'horloge ................................................................................................................. 9 2.3 La mémoire........................................................................................................... 10 2.4 L’unité d’entrée/de sortie...................................................................................... 10 2.5 Le bus d’adresse.................................................................................................... 10 2.6 Le bus de donnée .................................................................................................. 10 2.7 Le bus de commande ............................................................................................ 11 3 Mots machines et leurs formats : .................................................................................. 11 3.1 Définition.............................................................................................................. 11 3.2 Format d’un mot de donnée.................................................................................. 11 3.3 Format d’un mot d’instruction :............................................................................ 11 4 Les processeurs spécialisés........................................................................................... 13 4.1 Micro-contrôleurs ................................................................................................. 13 4.2 Digital Signal Processor (DSP)............................................................................. 13 4.3 Processeurs de traitement d’image........................................................................ 14 4.4 Processeurs spécialisés d’entrées/sorties .............................................................. 14 ii Chapitre 3 : Les Microprocesseurs ........................................................................................... 15 1 Architecture et constituants d'un microprocesseur ....................................................... 15 1.1 L'Unité Arithmétique et Logique (UAL).............................................................. 15 1.2 L’unité de commande ........................................................................................... 15 1.3 Registres du microprocesseur ............................................................................... 16 2 Séquencement interne pour l'exécution d'instructions.................................................. 20 2.1 Phase 1 : Recherche de l'instruction à traiter (cycle fetch)................................... 20 2.2 Phase 2 : Décodage de l’instruction et recherche de l'opérande........................... 20 2.3 Phase 3 : Exécution de l'instruction (cycle d’exécution)..................................... 20 3 Le jeu d'instruction: ...................................................................................................... 21 3.1 Instructions de transfert......................................................................................... 21 3.2 Instructions arithmétiques..................................................................................... 22 3.3 Instructions logiques ............................................................................................. 22 3.4 Instructions de décalage et de rotation.................................................................. 22 3.5 Instructions de comparaison ................................................................................. 22 3.6 Instructions de branchement ................................................................................. 22 3.7 Autres instructions spécifiques au microprocesseur............................................. 23 4 Mode d'adressage.......................................................................................................... 23 4.1 Adressage implicite :............................................................................................. 23 4.2 Adressage immédiat (de niveau 0) :...................................................................... 23 4.3 Adressage registre :............................................................................................... 23 4.4 Adressage direct absolu (de niveau 1) : ................................................................ 23 4.5 Adressage indirect :............................................................................................... 24 4.6 Adressage indexé :................................................................................................ 24 4.7 Adressage basé :.................................................................................................... 24 4.8 Adressage relatif : ................................................................................................. 24 5 Langage de programmation .......................................................................................... 27 5.1 Le langage machine (non-symbolique)................................................................. 27 5.2 Le langage d'assemblage (langage symbolique bas niveau)................................. 27 5.3 Le langage évolué (langage symbolique haut niveau).......................................... 27 6 Notion des Technologies RISC et CISC....................................................................... 28 iii 6.1 Les microprocesseurs CISC.................................................................................. 28 6.2 Les microprocesseurs RISC.................................................................................. 28 6.3 La technologie RISC contre celle de CISC........................................................... 29 Chapitre 4 : Généralité sur les microcontrôleurs ...................................................................... 31 1 Définition d’un microcontrôleur :................................................................................. 31 2 Les avantages du microcontrôleur : .............................................................................. 31 3 Les inconvénients du microcontrôleur :........................................................................ 32 1 Les familles des microcontrôleurs ................................................................................ 32 4 Le choix du microcontrôleur :....................................................................................... 33 5 Applications des microcontrôleurs : ............................................................................. 33 6 Architecture d’un microcontrôleur : ............................................................................. 34 7 Modes de fonctionnement électrique du microcontrôleur : .......................................... 36 Chapitre 5 : Micro-Contrôleur ATtiny 2313............................................................................. 37 1 Description du Microcontrôleur ATtiny 2313 .............................................................. 37 2 Description des broches du µC ATtiny 2313 : ............................................................. 41 3 ALU-Arithmetic Logic Unit (Unité Arithmétique et Logique):................................... 42 4 Registre d'état (SREG):................................................................................................. 44 5 Registres généraux (General Purpose Working Registers).......................................... 45 6 Exécution des instructions: ........................................................................................... 46 7 Les ports d'entrées/sorties (Input/Output port): ............................................................ 46 7.1 Configuration des pins:......................................................................................... 47 7.2 Utilisation des interrupteurs et boutons poussoirs ................................................ 48 8 Les modes de basse consommation (de sauvegarde de puissance)............................... 49 9 Mémoire de programme................................................................................................ 50 10 Mémoire de donnée....................................................................................................... 50 10.1 La mémoire de donnée interne SARM ................................................................. 50 10.2 La mémoire EEPROM.......................................................................................... 51 Chapitre 6 : Timers dans le microcontrôleur ATtiny2313........................................................ 55 1 Généralités sur le Timer/counter................................................................................... 55 2 Les timer/counter dans le µC ATtiny 2313 .................................................................. 55 3 Circuit de sélection du signal horloge........................................................................... 55 iv 4 Timer/counter0 à 8 bits:................................................................................................ 56 5 Les registres du timer/counter0..................................................................................... 56 5.1 Le registre TCNT0................................................................................................ 56 5.2 Les registres OCR0A et OCR0B .......................................................................... 57 5.3 Les registres TCCR0A, TCCR0B......................................................................... 57 5.4 Le registre TIFR.................................................................................................... 58 5.5 Le registre TIMSK................................................................................................ 58 5.6 Unité de sortie de comparaison............................................................................. 59 6 Le fonctionnement du Timer/Compteur0 ..................................................................... 59 6.1 Les modes d’opération du timer/counter0 ............................................................ 59 7 Programmation du timer/counter0 en mode normal..................................................... 60 8 Programmation du timer/counter0 en mode CTC (Clear Timer on Compare match). 60 9 La modulation de largeur d’impulsion (Pulse Width Modulation -PWM)................... 61 10 Programmation du timer/counter0 en mode fast PWM ............................................ 62 10.1 Fast PWM Mode avec TOP= MAX=0xFF (WGM02=0)..................................... 63 10.2 Fast PWM Mode avec TOP=OCR0x (WGM02=1) ............................................. 64 11 Programmation du timer/counter0 en mode Phase Correct PWM: .............................. 66 Bibliographie............................................................................................................................. 77 1 Chapitre 1 : Généralité sur les mémoires 1 Terminologie et Fonctionnement Générale des Mémoires: 1.1 Définition : Une mémoire est un dispositif (circuit intégré, support magnétique, etc.) qui emmagasine les informations et les restitue à la demande. Les informations peuvent être des instructions d'un programme, des données associées ou des résultats intermédiaires. Chaque mot est identifiée par une adresse. On ce limite dans ce cours par l'étude des mémoires à semi-conducteurs. 1.2 Structure générale d’une mémoire : Un bloc mémoire peut être représenté comme sur la figure 1. Pour pouvoir identifier individuellement chaque mot (donnée) on utilise n lignes d'adresse. Une ligne de commande (R/W) indique si la mémoire est accédée en écriture (l'information doit être mémorisée) ou en lecture (l'information doit être restituée). La ligne de validation ou de sélection du bloc (CS) permet de valider le bloc mémoire (l'information mémorisée se retrouve sur la ligne de sortie et permet de inhiber ce bloc (les lignes des données Figure 1: Structure générale d’une mémoire Données (m bits) (Chip select) Ligne de sélection Adresses (n bits) Mémoire (écriture ou/et lecture) Command R/W 2 sont isolées). Les lignes de données véhiculent aussi bien les données à stocker que les données lus. 1.3 Caractéristiques : Format : représente le nombre de bits de la donnée (m). Nombre de cases mémoires : Nombre de données pouvant être stockées (N). N=2n (où n est le nombre de bits d ’adresse) Capacité : représente le nombre total de bits peuvent être stockés C=N x m. Exemple : Calcul de la capacité d’une mémoire. Soit une mémoire de 8 bits de données et de 16 bits d’adresse. Format : m=8; Nombre de cases mémoires : N = 216 = 65536 Capacité : C = m N = 8 65536 = 524288 bits Pour des raisons de simplification, on exprime la capacité : en kilo-octets (Ko) 1 octet= 8 bits 1 Ko = 210 = 1024 octets en méga-octets (Mo) 1 Mo = 220 octets = 1048576 octets en giga-octets (Go) 1 Go = 230 octets = 1073741824 octets en tera-octets (To) 1 To = 240 octets = 1099511627776 octets Pour l’exemple précédent C = 524288 bits C = 524288/8 = 65536octets = 65536/1024 = 64 Ko Temps d’accès : temps d'obtention d'une information contenue dans la mémoire 1.4 Organisation interne de la mémoire: Une mémoire est constituée d'un ensemble de cellules organisées sous une forme matricielle, figure 2. Chacune de ces cellules peut stockée un seul bit et chaque ligne de la matrice correspond à un mot (une donnée) de m bits. octet (francais) = byte (englais) Attention : bit byte (=8bits) 3 2 Les Différentes Types de Mémoires On distingue deux grandes catégories de mémoires: les mémoires volatiles et le mémoires non-volatiles. 2.1 Les Mémoires Volatiles : Dès que l'alimentation électrique est coupée, on perd le contenu de ce genre de mémoire. Il s'agit donc d'une mémoire temporaire. En revanche, tant que l'alimentation électrique est maintenue, on peut accéder à leur contenu, le lire ou le modifier à volonté. Dans cette catégorie on trouve les mémoires dites "vives" ou RAM (Random Access Memory, mémoire à accès aléatoire). Le processus de mémorisation s'effectue:  soit à l'aide d'une bascule de type D. Il s'agit dans ce cas d'une mémoire SRAM, ou RAM statique. Les figures 5 et 6 donnent deux structures de base différentes pour une cellule mémoire de type SRAM. Figure 5: Structure de base d'une cellule mémoire SRAM avec entrées/sorties séparées D Q R/W CS Din Dout D Q H CS R/W Din/out Figure 6: Structure de base d'une cellule mémoire SRAM avec entrées/sorties non séparées 4  soit à l'aide d'un micro-condensateur (condensateur grille-substrat d'un transistor MOS). La mémoire est dite DRAM, ou RAM dynamique. Le transistor MOS fondamental comporte une série de condensateurs parasites figure 7.a, qui se réduise à la plus importante, figure 7.b, celle du grille-substrat qu'on l'appelle uploads/s1/ cours-micro-control-eurs-3.pdf