cours microcontroleur pic 16f84LES MICROCONTROLEURS PRESENTATION D’UN MICROCONTROLEUR Objectifs : Identifier un microcontrôleur. Réaliser des applications à bases de microcontrôleurs. I- MISE EN SITATION I-1- Activité de découverte : Réaliser l’activité de découverte du manuel d’activités II- EXEMPLE DE SYSTEMES A BASE DE MICROCONTROLEUR : Les systèmes et les objets techniques à base de microcontrôleur(s), prennent de plus en plus de place dans notre quotidien : Téléviseur Téléphone mobile Lave linge Clé USB et Playstation II-1- Activité : Commande classique d’une perceuse : Commande par microcontrôleur : Le microcontrôleur à pour rôle de gérer le fonctionnement de la perceuse. Observer les animations de la perceuse, des feux tricolores et de l’afficheur 7 segments. II-2- Avantages: Le microcontrôleur présente les avantages suivants : La simplicité de mise en œuvre ; La grande capacité de traitement ; Le coût relativement faible. III- TYPE ET MODELE USUELS DE MICROCONTROLEUR : III-1- Activité : 1- Relever l’identification des microcontrôleurs sur les systèmes présentés précédemment : 16 C 84 2- En se référant au document technologique, déterminer les différentes familles des Microcontrôleurs : Microchip, Atmel, Philips et Motorola 3- Réaliser l’activité 1 du manuel d’activité TP A4-1 page 48. Remarque : On fait l’étude des microcontrôleurs de Microchip soit le 16F84. Les microcontrôleurs de Microchip sont désignés par le synonyme PIC. P I C Programmable integred circuit. Programmable intelligent circuit. IV- IDENTIFICATIONS DES MICROCONTROLEURS DE MICROCHIP : Les microcontrôleurs de Microchip sont désignés par le synonyme PIC (PeripheralInterface Controller). Un PIC est généralement identifié par une référence de la forme suivante : xxXXyy-zz xx : famille du composant, actuellement « 12, 14, 16, 17 et 18 ». Il existe trois familles de PIC : - Base-Line : les instructions sont codées sur 12 bits. - Mid-Line : les instructions sont codées sur 14 bits. - High-Line : les instructions sont codées sur 16 bits. XX : type de mémoire programme : - C : EPROM ou EEPROM ; - CR : PROM ; - F : Flash ; yy : Identificateur ; zz : vitesse maximale du quartz de pilotage. Exemple : IV-1- Activité : Réaliser l’activité 2 du manuel d’activités TP A4-1 page 49. Cette architecture, fait apparaître les modules suivants : Une unité centrale ou CPU (Central Processing Unit) : exécute séquentiellement les instructions du programme. Une mémoire Flash, cette mémoire à la particularité de sauvegarder en permanence les informations qu’elle contient même en absence de tension. Une mémoire vive également appelée RAM (Random Access Memory) :sauvegarder temporairement des informations (circuit alimenté). Le microcontrôleur peut être utilisé pour stocker des variables temporelles ou faire des calculs intermédiaires. Des ports entrées-sorties permettant de dialoguer avec l’extérieur tel que l’acquisition de l’état des capteurs, des interrupteurs, ou encore le pilote d’un relais ( via de transistor)…etc. VI-1- Activité : Réaliser l’activité 4 du manuel d’activités TP A4-1 page 50. VI- CRITERE DE CHOIX D’UN MICROCONTROLEUR : Le choix judicieux d’un microcontrôleur, pour une application donnée dépend : Du nombre d’entrées/sorties de l’application cible ; Du type de mémoire programme : flash, Eprom, OTP… et de sa taille ; De la présence ou de l’absence des convertisseurs Analogiques/Numériques CAN ; De l’existence ou non d’une mémoire EEPROM ; De l’existence ou non d’un bus I2C. Viennent ensuite les critères suivants : La disponibilité du composant sur le marché local ; La facilité de mise en œuvre ; Le prix ; L’approvisionnement multi source. ARCHITECTURE DU MICROCONTROLEUR 16 F84 de MICROCHIP V- BROCHAGE : V-1- Exemple de PIC : V-2- Activité : Réaliser l’activité 3 du manuel d’activités TP A4-1 page 49. VI- STRUCTURE INTERNE D’UN MICROCONTROLEUR : LES MICROCONTROLEURS PRESENTATION D’UN MICROCONTROLEUR GUIDE I- INTRODUCTION : L’évolution amène de plus en plus souvent les concepteurs, à remplacer la commande câblée, généralement à base de nombreux circuits intégrés, par un seul et unique circuit programmable, capable à lui seul de remplir toutes les fonctions exigées par le système. Parmi les circuits qui font partie de cette famille, on cite les : PLD, CPLD, FPLD, les microcontrôleurs. Un microcontrôleur peut être assimilé à un circuit logique complexe exécutant une à une des ordres (instructions) enregistrés dans une mémoire de programme externe. Le grand avantage de cette logique programmation est que la modification d’une fonction ou d’une tache ne nécessite pas de câblage supplémentaire, mais uniquement un nouveau programme à loger en mémoire. L’année 1970 a connu la fabrication du 1 er microcontrôleur 4004 par Intel : essor de la logique programmé. Un microcontrôleur est un microprocesseur auquel on a intégré les périphériques tels queRAM, ROM, les entrées-sorties dans le même circuit. Les montages et les applications deviennent encore plus simple à mettre en œuvre, avec un gain de temps de vitesse et un coût réduit. II- TYPE DE MICROCONTROLEUR : Plusieurs types de microcontrôleurs : Microchip : PIC ; familles 12Cxxx, 16Cxxx, 16Fxxx, 18Fxxx, … Atmel: AT; familles AT89Sxxxx, AT90xxxx, … Philips: P89C51RD2BPN, … Motorola: famille 68HCxxx, … II-1- Microchip : Nom Description Fabricant 12C672 Spécifications De Programmation De Mémoire d'cEprom Microchip 12CE673 8-Goupilles/microcontrôleur de 8 bits de CMOS avec de la mémoire ANALOGIQUE-numérique de convertisseur et de données d'cEeprom Microchip 12F629 Les 8-Goupilles Flash-Ont basé Des Microcontrôleurs De 8-Bit CMOS Microchip 12F629 8-Goupilles, microcontrôleur de 8-Bit CMOS avec de la mémoire ANALOGIQUE-NUMÉRIQUE de convertisseur et de données d'EEPROM Microchip 16C554 Microcontrôleur De 8 bits EPROM-Basé de CMOS Microchip 16C62X Microcontrôleur De 8 bits EPROM-Basé de CMOS Microchip 16F628 Microcontrôleurs De 8 bits Flash-Basés de CMOS Microchip 16F84 Microcontrôleurs De 8 bits De la 18-goupille Flash/EEPROM Microchip 16F84A La 18-goupille A augmenté Le Microcontrôleur De 8 bits De Flash/EEPROM Microchip 16F871 Microcontrôleurs INSTANTANÉS De 8 bits Des 28/40-Goupilles CMOS Microchip II-2- Atmel : Devices F.max (MHz) CPU Core Power Supply (V) Pb-Free Packages AT91FR40162S 75 ARM7TDMI 1.65 -1.95 Core 2.7-3.6 IO TFBGA 121 AT91M40800 40 ARM7TDMI 1.8-3.6 LQFP 100 AT91R40008 75 ARM7TDMI 1.65-1.95 Core 2.7-3.6 IO LQFP 100 AT91RM3400 66 ARM7TDMI 1.65-1.95 Core 1.65-3.6 IO LQFP 100 AT91SAM7A3 60 ARM7TDMI 3.0-3.6 LQFP 100 AT91SAM7S256 55 ARM7TDMI 3.0-3.6 QFN 64 LQFP 64 AT91SAM7S32 55 ARM7TDMI 3.0-3.6 QFN 48 LQFP 48 AT91SAM7SE256 48 ARM7TDMI 3.0-3.6 LBGA 144 LQFP 128 AT91SAM7SE32 48 ARM7TDMI 3.0-3.6 LBGA 144 LQFP 128 AT91SAM7SE512 48 ARM7TDMI 3.0-3.3 LBGA 144 LQFP 128 AT91SAM7X128 55 ARM7TDMI 3.0-3.6 LQFP 100 AT91SAM7XC256 55 ARM7TDMI 3.0-3.6 LQFP 100 AT91SAM9260 180 ARM926EJ-S 1.65-1.95 Core 3.0-3.6 IO PQFP 208 LFBGA 217 II-3- Philips : Microcontrôleur Philips 80C552 Microcontrôleur Philips cmos 8 bits dérivé du 80C51, remplaçant le PCB80C552-5-24WP. Caractéristiques: 256 octets de RAM - 64 K de programme - 64 K de données - 40 lignes d'E/S bidirectionnelles et adressables individuellement - 8 lignes d'entrées analogiques ou digitales - convertisseur A/D 10 bits 8 canaux - 2 sorties PWM 8 bits - 3 timer/compteurs 16 bits - watchdog timer - full duplex USART - interface I²C - 15 interruptions internes (2 niveaux de priorité) - 6 interruptions externes - Fréquence d'horloge: 24 MHz. Alim.: 5 V. Boîtier PLCC68. Microcontrôleurs Philips 87xxx MICROCONTROLEURS 87C75x Microcontrôleurs Philips cmos 8 bits série 87C750/1. Caractéristiques: 64 octets de RAM - 19 lignes d'E/S bidirectionnelles et adressables individuellement - sorties pour la commande directe de LEDs - timer/compteur 16 bits - 5 interruptions internes - 2 interruptions externes - Alimentation: 5 V. Boîtiers DIL24 et DIL28. MICROCONTROLEURS 87C5x Microcontrôleurs Philips 8 bits dérivés du 80C51 à faible consommation. 32 E/S. 3 temporisateurs/compteurs 16 bits. 6 sources d'interruption. Port E/S série. UART full duplex. Alimentation de 2.7V à 5.5 V. MICROCONTROLEURS 87LPCxxx Microcontrôleurs Philips 8 bits dérivés du 8051 - alimentation de 2.7 à 6.0 Vcc - watchdog intégré - 2 timers/compteurs 16 bits - 2 comparateurs analogiques - UART full duplex - bus I²C. Référence OTP RAM BOITIER COD E Prix ttc P87LPC762BN 2kB 128 x 8 DIL20 163 40 3.90 € P87LPC764BN 4kB 128 x 8 DIL20 163 41 5.30 € P87LPC767BN 2kB 128 x 8 DIL20 163 42 5.90 € P87LPC768BN 2kB 128 x 8 DIL20 163 43 7.90 € MICROCONTROLEUR P89C51RD2HBP Microcontrôleur Philips ISP cmos 8 bits dérivé du 80C51 - remplace le P89C81RD+IN - programmation possible sur le circuit sans démonter le composant - 512 x 8 octets de RAM - 64 kB de mémoire flash - 4 ports R/S 8 bits - 3 temporisateurs 16 bits - Fréquence d'horloge: 33 MHz - boîtier DIP40. II-3- Motorola : Nom de partie Description Fabricant 68HC05B16 Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05B32 Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05B6 Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05BD5 Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05C8A Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05J1A Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05J5A Microcontrôleur Freescale (Motorola) 68HC05JB3 Microcontrôleur Freescale (Motorola) III- CARACTERISTIQUES GENERALES DES PIC : Caractéristiques du PIC 16 F 84 - Boitier DIL 18 - 10MHz fréquence maximale. - 1 KO de mémoire Flash pour le programme. - 68 octets de RAM ; 64 octets d’Eprom. - 13 E/S configurables. IV- IDENTIFICATION DES MICROCONTROLEURS DE MICROCHIP: Exemple de PIC 16 F 84 : PIN 17, 18, 1, 2,3 : lignes d’E/S du port A, avec RA4 (PIN3) joue également le rôle d’entrée d’horloge du timer. PIN4 : MCLR/ est une broche active à 0, elle permet le reset du pic lorsqu’elle est à l’état bas. PIN5 : est le 0v de l’alimentation PIN6, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13 : lignes d’E/S du port B, avec RB4 (PIN6) peut être utilisé également comme entrés d’interruption PIN14 : V DD est relié au +5v de l’alimentation MISE EN ŒUVRE D’UNE APPLICATION A BASE DE MICROCONTROLEURS LES MICROCONTROLEURS MISE EN ŒUVRE D’UNE APPLICATION A BASE DE MICROCONTROLEURS Objectifs : Définir un microcontrôleur. Identifier les principales familles des microcontrôleurs. I- MISE EN SITATION I-1- Activité de découverte : Réaliser l’activité de découverte du manuel d’activités TP A4-2. I-2- Conséquences : La mise en oeuvre d’une application à base de microcontrôleur, nécessite : - L’achat de ce composant électronique ; - L’élaboration d’un programme en fonction du cahier des charges fonctionnelles. II- RESOLUTION PAR LA METHODE GRAPHIQUE : La résolution par la méthode graphique des problèmes de logiques combinatoire ou séquentielle, nécessite le passage par les étapes suivantes, quelque soit le type et la famille du microcontrôleur. III-1- Cahier des charges : On désire automatiser la gestion d’un feu de croisement, réglant la circulation d’un carrefour à deux voies. Le cahier des charges stipule la possibilité de modifier les temporisations par l’opérateur en fonction de la densité de la circulation. L’étude se limitera à un seul feu. Le fonctionnement normal est décrit par le chronogramme suivant : III-2- Activité : Réaliser l’activité 1 du manuel d’activités TP A4-2. III-3- Notion d’algorithme : III-3-1- Définitions : a- Définition d’un algorithme : C’est un ensemble des règles opératoires rigoureuses, ordonnant à un processeur d’exécuter dans un ordre déterminé un nombre fini d’opérations élémentaires ; il oblige à une programmation structurée. Un algorithme peut être : • représenté, graphiquement par un organigramme, algorigramme ou Grafcet. • écrit sous forme littérale, avec un langage algorithmique. b- Définition d’un algorigramme : C’est une représentation graphique de l’algorithme. Pour le construire, on utilise des symboles normalisés. Les principaux symboles utilisés dans la construction d’un algorigramme sont données dans le tableau syuivant : Le sens général des lignes de liaison doit être : De haut en bas De gauche à droite Lorsque le sens général ne peut pas être respecté, des pointes de flèche à cheval sur la ligne indiquent le sens utilisé. III-3-2- Les structures algorithmiques fondamentales : (Voir manuel de cours de la page 126 à la page 130). IV- APPLICATION : « FEUX DE CARREFOUR » : Entrée : Port RA0 Sorties : Port RB0-RB1-RB2-RB4-RB5-RB6 Condition : Si RA0 = 0 on a clignotement de J1 et J2 (0,5 s). Si RA0 = 1 on a fonctionnement normal. Fonctionnement : Dans le cas de 2 ème condition (RA0=1) on a le cycle de fonctionnement résumé dans le tableau suivant : Etapes V2 J2 R2 V1 J1 R1 1 1 0 0 0 0 1 2 0 1 0 0 1 0 3 0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 0 1 0 1- Traduire le fonctionnement par un algorigramme. 2- A l’aide de l’éditeur graphique Logipic a- Réaliser l’algorigramme de fonctionnement de feux de carrefour. b- Assembler le fichier source puis compiler le fichier obtenu. c- Simuler le fonctionnement. d- Transférer le fichier d’extension (.Hex) vers le microcontrôleur.