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BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 1/16
Circuits Numériques
CHAPITRE 17:
Architecture élémentaire des ordinateurs:les entrées-sorties et autres périphériques
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 2/16
Objectifs
A la fin de ce chapitre, vous devriez être capables:
D’expliquer les principes des différents périphériques d’entrée-sortie
décrits, sans entrer dans le détail de leur fonctionnement ou de leur
programmation
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 3/16
Sommaire
1. Vue d’ensemble
2. Les ports d’entrée-sortie
3. Autres périphériques: les compteurs/timers
4. Autres périphériques: la liaison série SPI
5. Glossaire
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 4/16
1. Vue d’ensemble
Entrées-sorties (E/S ou I/O) et périphériques: ensemble de ressources qui permet d’utiliserle calculateur dans un environnement réel:
Stockage de masse: disque dur, clé USB, CD/DVD
Liaisons:
protocoles: RS232, SPI, USB, Centronics, I2C, CAN, GPIB, etc....
vers interfaces homme-machine
vers capteurs et actionneurs
entre calculateurs
Microprocesseur / Processeur: puissance de calcul mais pas vraiment d’E/S
Microcontrôleur: moindre puissance de calcul mais nombreuses E/S sur le circuit
Exemple du Pentium4: virgule flottante sur 128bits, instructions spécialisées multimédia,mémoire cache, pipeline ....
Exemple du ST7: opérations sur 8bits, interfaces SCI, SPI, I2C, PWM, LCD, DAC, ADC ...
Gestion des E/S: soit par scrutation continue sous le contrôle du processeur (Polling),
soit par interruptions
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2. Les ports d’entrée-sortie
Vue d’ensemble:
Permettent le transfert de données
Peuvent être programmés en entrée
Peuvent être utilisés comme entrée de
Peuvent être associés à des fonctions
Sont contrôlés via 3 registres spécialisés:
numériques
ou en sortie par groupe de bits ou bit à bit
déclenchement d’interruption
analogiques (conversion A/N et N/A)
Data Register (DR)
Data Direction Register (DDR)
Option Register (OR)
entrée analogique
entrée numérique
sortie numérique
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2. Les ports d’entrée-sortie
Exemple S7Lite: 2 ports d’entrée-sortie PA (8bits) et PB (7bits)
Exemples:
configurer le bit 6 du port A en sortie push-pull:
écrire un 1 dans le bit 6 du registre PADDR = sortie
écrire un 1 dans le bit 6 du registre PAOR = push-pull
écrire la donnée à sortir (0/1) dans le bit 6 du registre PADR
utiliser le port:
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2. Les ports d’entrée-sortie
Les différentes configurations
VDD
Sortie PUSH-PULL
Sortie drain ouvert
Entrée
DR
DR
DR
VDD
VDD
pull-up éventuel
entrée analogique
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 8/16
2. Les ports d’entrée-sortie
Exemple S7Lite: entrée sur convertisseur analogique-numérique (port B)
entrées
résultat (8 ou 10 bits)
configuration
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 9/16
3. Autres périphériques: les compteurs/timers
Vue d’ensemble:
Compteurs à fréquence d’horloge sélectionnable
Fonctions possibles:
rechargement automatique à une valeur particulière (autoreload)
capture de la valeur instantanée du compteur par un signal d’entrée (input capture)
déclenchement d’une action sur une valeur instantanée particulièredu compteur (output compare)
Applications:
temporisations diverses (utilisation de la fonction "autoreload" ou "output compare")mesure d’intervalles de temps (utilisation de la fonction "input capture")
génération de signaux PWM
veille de sécurité (fonction "watchdog")
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 10/16
3. Autres périphériques: les compteurs/timers
Exemple S7Lite: compteur 12 bits avec autoreload, input capture, output compare et PWM
registre deconfiguration
sélection de l’horloge
registre derapport cycliquepour PWM ououtput compare
génération de PWM
génération
sur évènement d’interruptions
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 11/16
3. Autres périphériques: les compteurs/timers
La fonction input capture: stocke la valeur courante du compteur à chaque front montantou descendant de l’entrée extérieure ATIC
broche extérieure
résultat courant
action
Par exemple, sur un signal périodique:
la différence entre la valeur n et la valeur n+1 correspond à une largeur d’impulsion
la différence entre la valeur n et la valeur n+2 correspond à la période du signal
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 12/16
3. Autres périphériques: les compteurs/timers
La fonction PWM:
ton
T
A fréquence d’horloge donnée:
la valeur du registre ATR fixe lafréquence du signal PWM
la valeur du registre DCR fixe lerapport cyclique du signal PWM
Duty Cycle = rapport cyclique = ton / T
La valeur moyenne du signal PWM vaut: VPWMavg VDDtonT
--------⋅=
La valeur moyenne est obtenue par filtrage passe-bas, c’est une sorte de conversion N-A
Remarque: l’inertie est assimilable à un filtrage passe-bas
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3. Autres périphériques: les compteurs/timers
La fonction watchdog
Utilisé pour détecter une condition d’erreur (interférence extérieure, condition non
prévue par le logiciel) qui déroute le programme de sa séquence normale
Génération d’une remise à zéro de l’unité centrale à la fin d’une durée Tw programmée
à moins d’avoir ré initialisé le circuit
RAZ quand T6 passe à 0
programmation de la durée Nw
activation duwatchdog
Tw 16000 NwfCPU---------------⋅=
Exemple S7Lite
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 14/16
4. Autres périphériques: la liaison série SPI
Liaison série, full-duplex, synchrone entre un maître et plusieurs esclaves
La transmission est initiée par le maître
Une donnée transmise par le maître implique une donnée transmise par l’esclave
Le maître fournit l’horloge de synchronisation
sélection maître-esclave
MOSI = Master Out Slave InMISO = Master In Slave Out
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 15/16
4. Autres périphériques: la liaison série SPI
Exemple S7Lite: contrôleur SPI
programmation de la vitessede transmission
registres deconfiguration
interruption SPI
Registre de données
BRS - N3/U3 - Mars 2005 - Archi E/S 16/16
5. Glossaire
SPI (Serial Peripheral Interface): interface et protocole de liaison série développés par Motorola
SCI (Serial Communication Interface)
PWM (Pulse Width Modulation): modulation de largeur d’impulsion
I2C (Inter Circuit Communication): protocole série développé par Philips pour les liaisons
LCD (Liquid Crystal Display): afficheur à cristaux liquides
CAN (Controller Area Network): protocole série asynchrone multi-maître développé
GPIB / IEE488: protocole de liaison parallèle développé à l’origine par Hewlett-Packard
USB (Universal Serial Bus)
à l’origine pour les applications automobiles
basse vitesse entre circuits intégrés sur une même carte
principalement utilisé pour les appareils de mesure
Centronics: port parallèle développé à l’origine pour les imprimantes, tend à devenir obsolète
RS232: liaison série d’usage général, maintenant obsolète
DAC (Digital to Analog Converter): convertisseur numérique/analogique (CNA)
ADC (Analog to Digital Converter): convertisseur analogique/numérique (CAN)
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