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LES SYSTEMES AUTOMATISES Et les microcontrôleurs de la famille PIC de Microchip.

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1 LES SYSTEMES AUTOMATISES Et les microcontrôleurs de la famille PIC de Microchip

2 SOMMAIRE n Présentation des systèmes automatisés Présentation des systèmes automatisés Présentation des systèmes automatisés n Organisation matérielle de l unité de traitement Organisation matérielle de l unité de traitement Organisation matérielle de l unité de traitement n Architecture minimale d une unité centrale Architecture minimale d une unité centrale Architecture minimale d une unité centrale n Architecture d un microcontrôleur PIC Architecture d un microcontrôleur PIC Architecture d un microcontrôleur PIC n Exemple d exécution d un programme dans le microcontrôleur Exemple d exécution d un programme dans le microcontrôleur Exemple d exécution d un programme dans le microcontrôleur

3 Présentation des systèmes automatisés Opérateur Unité de traitement Actionneurs Capteurs Machine Commandes Informations visuelles et/ou sonores Informations électriques Etat physique de la machine Actions mécaniques Ordres PARTIE COMMANDEPARTIE OPERATIVE

4 Organisation matérielle de l unité de traitement Clavier Afficheur Mémoire Interface Commandes Informations Ordres Etats Unité centrale (U.C.) OPERATEUR MACHINE

5 Architecture minimale d une Unité Centrale ROMRAM Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Von Neumann Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses C est l architecture de base utilisée par les processeurs Motorola (68HC11 par exemple), Intel, AMD etc… mais il existe une architecture plus sophistiquée...

6 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme Dans l architecture HARVARD, les données sont séparées du programme, chacun dispose de sa propre mémoire.

7 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

8 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

9 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

10 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

11 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

12 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

13 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

14 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

15 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

16 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

17 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

18 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

19 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

20 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme

21 Architecture minimale d une Unité Centrale Mémoire données Coupleur d entrée sortie Bus de commandes Micro- processeur Architecture Harvard Sorties Entrées Bus de données Bus d adresses Mémoire programme Bus de Données Bus Programme Commandes Instructions Adresses

22 Architecture d un PIC FSR STATUSPCRAMTIMERE/S ROM DECODEUR D INSTRUCTION Séquenceur W ALU MUX Commandes Instructions Bus Programme Adresse Programme Bus de données Adresse des Données Adresse des Données MUX Données Mémoire Programme Mémoire Données

23 Exécution d une addition FSR STATUSPCRAMTIMERE/S ROM DECODEUR D INSTRUCTION Séquenceur W ALU MUX Commandes Instructions Bus Programme Adresse Programme Bus de données Adresse Données Adresse Données MUX Données Mémoire Programme Mémoire Données RESET Mémoire Programme Mémoire Données AdresseContenu AdresseContenu ?? 3012 PC 0803

24 Exécution d une addition FSR STATUSPCRAMTIMERE/S ROM DECODEUR D INSTRUCTION Séquenceur W ALU MUX Commandes Instructions Bus Programme Adresse Programme Bus de données Adresse Données Adresse Données MUX Données Mémoire Programme Mémoire Données RESET Mémoire Programme Mémoire Données AdresseContenu AdresseContenu ?? 12 Charger W avec la valeur présente PC

25 Exécution d une addition FSR STATUSPCRAMTIMERE/S ROM DECODEUR D INSTRUCTION Séquenceur W ALU MUX Commandes Instructions Bus Programme Adresse Programme Bus de données Adresse Données Adresse Données MUX Données Mémoire Programme Mémoire Données RESET Mémoire Programme Mémoire Données AdresseContenu AdresseContenu ?? 39 4B Addition avec le résultat dans W PC

26 Exécution d une addition FSR STATUSPCRAMTIMERE/S ROM DECODEUR D INSTRUCTION Séquenceur W ALU MUX Commandes Instructions Bus Programme Adresse Programme Bus de données Adresse Données Adresse Données MUX Données Mémoire Programme Mémoire Données RESET Mémoire Programme Mémoire Données AdresseContenu AdresseContenu ?? 4B Stocker W à en mémoire PC 4B

27 FIN

28 LE MICROPROCESSEUR (µP) n Il traite les différentes données selon le programme contenu dans la mémoire. Les références les plus connues actuellement sont les Pentium, Athlon... n Lorsqu il possède de la mémoire et des périphériques (timers, coupleurs d entrée - sortie …) il porte le nom de microcontrôleur (PIC16F84, 68HC11…).

29 La mémoire ROM n ROM = Read Only Memory ou mémoire à lecture seule, appelée aussi mémoire morte, le microprocesseur ne peut pas en changer le contenu. n Elle contient le programme (code des instructions) et peut contenir aussi des données (ce seront des constantes dont les valeurs seront fixées à la programmation).

30 La mémoire RAM n RAM = Random Acces Memory ou mémoire à accès aléatoire, appelée aussi mémoire vive. Le microprocesseur peut y lire et écrire. n Elle contient les données dont le programme a besoin. Elle peut aussi contenir un programme (cas des ordinateurs PC, MAC …)

31 Le coupleur d Entrée - Sortie n Permet au microprocesseur de communiquer avec le monde extérieur. n Les liaisons peuvent être parallèles (plusieurs lignes ou bits simultanés) ou séries (une seule ligne physique sur laquelle les bits transitent successivement)

32 UNITE DE TRAITEMENT n Reçoit les commandes de l opérateur et les informations des capteurs (cela constitue les données d entrée). n A partir des données d entrée, il détermine les ordres à transmettre aux actionneurs et les informations de signalisation pour l opérateur (se sont les données de sortie)

33 ACTIONNEURS n Reçoivent les ordres de l unité centrale et les convertissent en énergie mécanique, thermique, optique...

34 CAPTEURS n Ils convertissent en signaux électriques les états physiques de la machine: vitesse, position, température...

35 Le registre STATUS n Il contient les informations (bits) représentatifs de l état interne de l U.A.L. (zéro, retenue), de l état du processeur ou encore de choisir les zones mémoires auxquelles on souhaite accéder. U.A.L n Il possède 8 bits ayant chacun une signification.

36 L Unité Arithmétique et Logique (U.A.L.). n ALU = Arithmetical and Logical Unit, c est la « calculatrice » du processeur, toutes les opérations logiques et arithmétiques y sont réalisées. n Sa capacité de calcul est de 8 bits.

37 Le registre W n Le registre W (pour Work = travail) sert à stocker les valeurs avec lesquelles sont effectués les calculs. n Sa capacité est de 8 bits.

38 Le Compteur Programme n Le compteur programme (PC = Program Counter) est un compteur ordinal qui génère les adresses auxquelles seront lues les instructions successives à exécuter pour que le programme accomplisse sa tâche. n Selon le PIC utilisé, la capacité du PC varie avec la taille de la mémoire programme disponible (il est de 13 bits pour le 16F84).

39 La RAM n La RAM (ou mémoire vive) est ici destinée aux données. On ne peut pas y mettre des lignes de code du programme.

40 La ROM n La ROM (ou mémoire morte) est ici destinée au programme. n Cette mémoire est programmée à la réalisation du système. Selon le modèle, elle peut être effaçable par Ultra-Violets (UVPROM), électriquement (EEPROM) ou ne pas être effaçable (OTPROM).

41 Le TIMER n Le TIMER est un registre couplé à un compteur qui permet de réaliser simplement des temporisations par comptage d impulsions à fréquence constante.

42 Les Entrées - Sorties n Ce registre sert d interface avec le monde extérieur. n A chaque bit correspond une patte du microcontrôleur. n On y lit les données provenant de l extérieur ou on y écrit les données que l on veut communiquer.

43 Le séquenceur n Sa fonction est de générer les signaux de contrôle qui permettront la communication entre les différent blocs du microcontrôleur afin de réaliser l instruction programmée.

44 Le décodeur d instructions n Sa fonction est de séparer dans l instruction reçue de la mémoire programme, le code de l instruction appelé opérateur - de la valeur (adresse ou constante) appelé opérande.

45 Le Multiplexeur (MUX) n C est un aiguillage avec, ici, deux entrées et une sortie. n Une logique de commande permet de relier une entrée et une seule à la sortie. n L entrée choisie dépendra de l instruction à réaliser.

46 Le registre FSR n FSR = File Select Register, registre de sélection de mémoire. Ce registre permet l adressage indirect qui est un mode plus sophistiqué d accès aux données.


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