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Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée 1 Microélectronique appliquée GPA770 Été 2014.

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1 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée 1 Microélectronique appliquée GPA770 Été 2014

2 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée2 Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: 1)Présentation personnelle 2)Plan détaillé du cours 3)Organisation des laboratoires 4)Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de lélectronique numérique: 1)Systèmes de numérotation 2)Opérations arithmétiques binaires

3 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée3 Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: 1)Présentation personnelle 2)Plan détaillé du cours 3)Organisation des laboratoires 4)Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de lélectronique numérique: 1)Systèmes de numérotation 2)Opérations arithmétiques binaires

4 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée4 (2) P lan détaillé du cours Encadrement: Éric Granger (enseignant et responsable) local: 3720 téléphone: (514) courriel: disponibilité: sur rendez-vous Maurice Tremblay (chargé de cours) local: A-3580 courriel: courriel: Skype: tremblma

5 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée5 (2) P lan détaillé du cours Orientation du cours vers: Létude de systèmes microélectroniques de pointe lintégration de diverses technologies électroniques et informatiques Objectifs spécifiques dapprentissage: A. caractéristiques et applications des microcontrôleurs B. logiciel: méthodes de programmation en assembleur C. matériel: composants et interfaces dun microcontrôleur D. laboratoire: conception et synthèse en laboratoire avec les outils de développement

6 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée6 (2) P lan détaillé du cours Stratégies pédagogiques: adopter un microcontrôleur commun et versatile famille 68HCS12 de Motorola Inc. Partage du travail: (11hrs/semaine) cours magistraux: (3hrs/semaine) Concepts théoriques, exemples dapplications et réalisations concrètes Suggestion dexercices personnels laboratoires: (3hrs/semaine) développement des systèmes embarqués pour la navigation dun robot mobile travail personnel: (5hrs/semaine)

7 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée7 (2) P lan détaillé du cours Contenu du cours:

8 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée8 (2) P lan détaillé du cours A. Mise en contexte: A.1 Survol de lélectronique numérique systèmes de numérotation opérations arithmétiques binaires circuits électroniques de base: portes, registres, etc. systèmes électroniques universels A.2 Architecture et programmation du 68HCS12: architecture, sous-systèmes et mémoires modèle du programmeur et exécution dinstructions

9 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée9 (2) P lan détaillé du cours B. Concepts logiciels: B.1 Langage assembleur et programmation structurée: modes dadressage et jeu dinstructions boucles, pile et sous-routines programmation structurée B.2 Microcontrôleurs à logique floue: systèmes de contrôle à logique floue instructions spécialisées du 68HCS12

10 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée10 (2) P lan détaillé du cours C. Concepts matériels: C.1 Configurations matériels du 68HCS12: architecture système, modes dopération, et ports de/s principaux sous-systèmes et expansion dun microcontrôleur C.2 Gestion dexceptions: exceptions et réponses aux interruptions vecteur et priorité dexceptions routines de service dinterruption C.3 Module de temporisation: module de temporisation standard saisie des entrées, comparaison de sorties et accumulation dimpulsions

11 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée11 (2) P lan détaillé du cours C. Concepts matériels: (suite) C.4 Convertisseurs analogique-numérique: concepts fondamentaux système de conversion du 68HCS12 C.5 Interfaces sériels de communications: communications sérielles avec un microcontrôleur interface de communications sérielle (SCI) interface de périphérique sérielle (SPI) B.3 Programmation à haut niveau: survol du langage C comparaisons assembleur vs C passages de paramètres bibliothèques et compilation mixte

12 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée12 (2) P lan détaillé du cours Évaluation: ACTIVITÉS% Laboratoires:35 1. Programmation assembleur du 68HCS Exploitation en temps réel du matériel et des ports dentrées/sorties15 3. Navigation en temps réel du robot mobile10 Examens:65 intra (dans la 7ième semaine) lundi 9 juin 13h30 – 16h3030 final (période dexamens)35

13 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée13 (2) P lan détaillé du cours Documentation obligatoire: 1.Pack, D. J. et Barrett, S. F., Microcontroller Theory and Applications HC12 & S12, Second Edition, Prentice- Hall, 2008, ISBN

14 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée14 (2) P lan détaillé du cours Documentation PDF obligatoire: (suite) 2.Motorola, S12CPUV2 Reference Manual, HCS12 Microcontrollers, Rev. 4.0, Freescale semiconductor, mars 2006.

15 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée15 (2) P lan détaillé du cours Documentation obligatoire: (suite) 3.Tremblay, M., Granger, É., et Grenier, D., Cahier le laboratoires pour GPA770: Microélectronique appliquée, École de technologie supérieure, rev. avril 2013.

16 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée16 Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: 1)Présentation personnelle 2)Plan détaillé du cours 3)Organisation des laboratoires 4)Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de lélectronique numérique: 1)Systèmes de numérotation 2)Opérations arithmétiques binaires

17 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée17 (3) Organisation des laboratoires Série de trois laboratoires: 1.Programmation assembleur du 68HC12 2.Exploitation en temps réel du matériel et des ports dentrées/sorties 3.Navigation en temps réel du robot mobile Formation déquipes et de groupes: équipe: 2 étudiants max. par station de travail groupes: 10 équipes maximum par plage groupe A: jeudi pm 13h30 à 16h30 groupe B: jeudi soir18h00 à 21h00

18 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée18 (3) Organisation des laboratoires Stations de travail: logiciel: environnement de développement intégré CodeWarrior de FreeScale matériel : microcontrôleur MC9S12C32 de la famille HCS12 de Motorola Inc.; carte de développement PK-HCS12C32 de SofTec Microsystems; robot mobile miniature Carpet Rover Basic de Lynxmotion Inc.

19 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée19 (3) Organisation des laboratoires Lenvironnement CodeWarrior:

20 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée20 (3) Organisation des laboratoires Carte de développement PK-HCS12C32:

21 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée21 (3) Organisation des laboratoires Robot mobile miniature Carpet Rover:

22 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée22 (3) Organisation des laboratoires Robot mobile miniature Carpet Rover:

23 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée23 Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: 1)Présentation personnelle 2)Plan détaillé du cours 3)Organisation des laboratoires 4)Introduction aux contrôleurs A.1 Survol de lélectronique numérique: 1)Systèmes de numérotation 2)Opérations arithmétiques binaires

24 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée24 (4) Intro aux microcontrôleurs Origines des Système Ordiné (SO): SO à utilité générale: (i.e., le PC) Machine générique amélioration rapide des performances -> grande capacité de traitement de données accommode une grande diversité dapplications SO embarqué: (i.e., le microcontrôleur) machine spécialisée moins performant, plus compact, peu coûteux optimisé pour des applications spécifiques

25 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée25 (4) Intro aux microcontrôleurs Un SO de base comprend 4 composants matériels:

26 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée26 (4) Intro aux microcontrôleurs Unité de traitement central (CPU): fonctions: gouverne lordre dexécution des instructions contrôle laccès à la mémoire et aux périphériques dentrée/sortie effectue les opérations arithmétiques et logiques gère les interruptions de services comprend ALU, registres, buses, unité de contrôle et composants de temporisation performance dépend de la fréquence dhorloge, de larchitecture, du format dinstructions, des temps daccès

27 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée27 (4) Intro aux microcontrôleurs Mémoire: Fonction: stocker les instructions et les données utilisées par le CPU architectures mémoires: Harvard – instructions et données dans différentes unités de mémoires von Neumann – instructions et données dans la même unité de mémoire technologies: RAM et ROM système de mémoire hiérarchique (unités cache) réduire le temps daccès pour grosses mémoires

28 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée28 (4) Intro aux microcontrôleurs Périphériques dentrées/sorties: fonction dun périphérique dentrée: permet de transférer des informations du monde externe au SO ex.: clavier, souris, etc. fonction dun périphérique de sortie: permet au SO de communiquer ses états et données internes au monde externe ex.: écran, imprimante, etc.

29 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée29 (4) Intro aux microcontrôleurs Buses: fonction: assure les connexions physiques entre les composantes du SO 3 types de buses: adresse (ADDR): transporte les adresses mémoire correspondantes aux instructions et aux données Données (DATA): transporte les instructions et les données entre la mémoire et les autres composants Contrôle (CTL): transfert des commandes de contrôle entre composants.

30 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée30 (4) Intro aux microcontrôleurs Microprocesseur: un circuit intégré qui comporte seulement un unité CPU Micro-ordinateur: une carte qui est composé de tous les composants dun SO, et qui utilise le microprocesseur comme CPU Microcontrôleur: un circuit intégré qui est composé de tous les composants dun SO contrôleur embarqué

31 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée31 (4) Intro aux microcontrôleurs Rôle important des microcontrôleurs en société moderne: on les retrouve partout, e.g., dans tous les systèmes automatisés temps réel on sen sert pour automatiser à tous les niveaux Revenues énormes de lindustrie des microcontrôleurs Diversité énorme de microcontrôleurs pour toutes sortes dapplications

32 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée32 (4) Intro aux microcontrôleurs Applications industrielles: maison: caméra, four micro-ondes, laveuse de vaisselle, laveuse et sécheuse, lecteur DVD, porte de garage, système de sécurité, système de son, etc. bureau: calculatrice, clavier, imprimante, modem, téléphone cellulaire, etc. automobile: système de suspension, système dinjection dessence, sac gonflable

33 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée33 (4) Intro aux microcontrôleurs Exemple: Compteur pour taxis

34 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée34 (4) Intro aux microcontrôleurs Exemple: Compteur pour taxis (suite)

35 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée35 (4) Intro aux microcontrôleurs

36 Université du Québec École de technologie supérieure GPA770: Microélectronique appliquée36 (4) Intro aux microcontrôleurs


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