Microélectronique appliquée GPA770 Été 2014 GPA770: Microélectronique appliquée

GPA770: Microélectronique appliquée Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: Présentation personnelle Plan détaillé du cours Organisation des laboratoires Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de l’électronique numérique: Systèmes de numérotation Opérations arithmétiques binaires GPA770: Microélectronique appliquée

GPA770: Microélectronique appliquée Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: Présentation personnelle Plan détaillé du cours Organisation des laboratoires Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de l’électronique numérique: Systèmes de numérotation Opérations arithmétiques binaires GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Encadrement: Éric Granger (enseignant et responsable) local: 3720 téléphone: (514) 396-8650 courriel: eric.granger@etsmtl.ca disponibilité: sur rendez-vous Maurice Tremblay (chargé de cours) local: A-3580 courriel: maurice.tremblay@umontreal.ca courriel: cc.maurice.tremblay@etsmtl.ca Skype: tremblma GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Orientation du cours vers: L’étude de systèmes microélectroniques de pointe l’intégration de diverses technologies électroniques et informatiques Objectifs spécifiques d’apprentissage: A. caractéristiques et applications des microcontrôleurs B. logiciel: méthodes de programmation en assembleur C. matériel: composants et interfaces d’un microcontrôleur D. laboratoire: conception et synthèse en laboratoire avec les outils de développement GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan 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 d’applications et réalisations concrètes Suggestion d’exercices personnels laboratoires: (3hrs/semaine) développement des systèmes embarqués pour la navigation d’un robot mobile travail personnel: (5hrs/semaine) GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Contenu du cours: GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours A. Mise en contexte: A.1 Survol de l’électronique 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 d’instructions GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours B. Concepts logiciels: B.1 Langage assembleur et programmation structurée: modes d’adressage et jeu d’instructions boucles, pile et sous-routines programmation structurée B.2 Microcontrôleurs à logique floue: systèmes de contrôle à logique floue instructions spécialisées du 68HCS12 GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours C. Concepts matériels: C.1 Configurations matériels du 68HCS12: architecture système, modes d’opération, et ports d’e/s principaux sous-systèmes et expansion d’un microcontrôleur C.2 Gestion d’exceptions: exceptions et réponses aux interruptions vecteur et priorité d’exceptions routines de service d’interruption C.3 Module de temporisation: module de temporisation standard saisie des entrées, comparaison de sorties et accumulation d’impulsions GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan 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 GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Évaluation: ACTIVITÉS % Laboratoires: 35 1. Programmation assembleur du 68HCS12 10 2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties 15 3. Navigation en temps réel du robot mobile Examens: 65 intra (dans la 7ième semaine) lundi 9 juin 13h30 – 16h30 30 final (période d’examens) GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Documentation obligatoire: Pack, D. J. et Barrett, S. F., Microcontroller Theory and Applications HC12 & S12, Second Edition, Prentice-Hall, 2008, ISBN 0-13-615205-8. GPA770: Microélectronique appliquée

(2) Plan détaillé du cours Documentation PDF obligatoire: (suite) Motorola, S12CPUV2 Reference Manual, HCS12 Microcontrollers, Rev. 4.0, Freescale semiconductor, mars 2006. GPA770: Microélectronique appliquée

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

GPA770: Microélectronique appliquée Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: Présentation personnelle Plan détaillé du cours Organisation des laboratoires Introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles) A.1 Survol de l’électronique numérique: Systèmes de numérotation Opérations arithmétiques binaires GPA770: Microélectronique appliquée

(3) Organisation des laboratoires Série de trois laboratoires: Programmation assembleur du 68HC12 Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties Navigation en temps réel du robot mobile Formation d’équipes 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 GPA770: Microélectronique appliquée

(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. GPA770: Microélectronique appliquée

(3) Organisation des laboratoires L’environnement CodeWarrior: GPA770: Microélectronique appliquée

(3) Organisation des laboratoires Carte de développement PK-HCS12C32: GPA770: Microélectronique appliquée

(3) Organisation des laboratoires Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’: GPA770: Microélectronique appliquée

(3) Organisation des laboratoires Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’: GPA770: Microélectronique appliquée

GPA770: Microélectronique appliquée Sommaire du cours # 1 Organisation du cours GPA770: Présentation personnelle Plan détaillé du cours Organisation des laboratoires Introduction aux contrôleurs A.1 Survol de l’électronique numérique: Systèmes de numérotation Opérations arithmétiques binaires GPA770: Microélectronique appliquée

(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 d’applications SO embarqué: (i.e., le microcontrôleur) machine spécialisée moins performant, plus compact, peu coûteux optimisé pour des applications spécifiques GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs Un SO de base comprend 4 composants matériels: GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs Unité de traitement central (CPU): fonctions: gouverne l’ordre d’exécution des instructions contrôle l’accès à la mémoire et aux périphériques d’entrée/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 d’horloge, de l’architecture, du format d’instructions, des temps d’accès GPA770: Microélectronique appliquée

(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 d’accès pour grosses mémoires GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs Périphériques d’entrées/sorties: fonction d’un périphérique d’entrée: permet de transférer des informations du monde externe au SO ex.: clavier, souris, etc. fonction d’un périphérique de sortie: permet au SO de communiquer ses états et données internes au monde externe ex.: écran, imprimante, etc. GPA770: Microélectronique appliquée

(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. GPA770: Microélectronique appliquée

(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 d’un SO, et qui utilise le microprocesseur comme CPU Microcontrôleur: un circuit intégré qui est composé de tous les composants d’un SO contrôleur embarqué GPA770: Microélectronique appliquée

(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 s’en sert pour automatiser à tous les niveaux Revenues énormes de l’industrie des microcontrôleurs Diversité énorme de microcontrôleurs pour toutes sortes d’applications GPA770: Microélectronique appliquée

(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 d’injection d’essence, sac gonflable GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs Exemple: Compteur pour taxis GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs Exemple: Compteur pour taxis (suite) GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs GPA770: Microélectronique appliquée

(4) Intro aux microcontrôleurs GPA770: Microélectronique appliquée