LES SYSTEMES LES SYSTEMES AUTOMATISESAUTOMATISES

Et les microcontrôleursEt les microcontrôleurs

de la famille PICde la famille PIC

dede Microchip Microchip

SOMMAIRESOMMAIRE

Présentation des systèmes automaPrésentation des systèmes automatiséstisés

Organisation matérielle de l ’unité Organisation matérielle de l ’unité de traitementde traitement

Architecture minimale d ’une unité Architecture minimale d ’une unité centralecentrale

Architecture d ’un microcontrôleur Architecture d ’un microcontrôleur PICPIC

Exemple d ’exécution d ’un prograExemple d ’exécution d ’un programme dans le microcontrôleurmme dans le microcontrôleur

Présentation des systèmes Présentation des systèmes automatisésautomatisés

OpérateurUnité de

traitement

Actionneurs

Capteurs

Machine

Commandes

Informationsvisuelles et/ou

sonores

Informationsélectriques

Etat physique de la machine

Actionsmécaniques

Ordres

PARTIE COMMANDE PARTIE OPERATIVE

Organisation matérielle de Organisation matérielle de l ’unité de traitementl ’unité de traitement

Clavier

Afficheur Mémoire

InterfaceCommandes

Informations

Ordres

Etats

Unité centrale(U.C.)

OPERATEUR

MACHINE

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

ROM RAMCoupleurd ’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 processeursMotorola (68HC11 par exemple), Intel, AMD etc…mais il existe une architecture plus sophistiquée ...

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Dans l ’architecture HARVARD, les données sont séparées du programme, chacun dispose de sa propre mémoire.

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Architecture minimale Architecture minimale d ’une Unité Centraled ’une Unité Centrale

Mémoiredonnées

Coupleurd ’entrée

sortie

Bus de commandes

Micro-processeur

Architecture Harvard

Sorties

Entrées

Bus de données

Bus d ’adresses

Mémoireprogramme

Bus de Données

Bus ProgrammeCommandes

Instructions

Adresses

Architecture d ’un PICArchitecture d ’un PIC

FSR

STATUS PC RAM TIMER E/S

ROM

DECODEUR D ’INSTRUCTION

Séquenceur

W

ALU

MUX

Commandes

Instructions

Bus Programme

AdresseProgramme

Bus de données

Adresse desDonnées

Adressedes Données

MUX

Données

MémoireProgramme

MémoireDonnées

Exécution d ’une additionExécution d ’une addition

FSR

STATUS PC RAM TIMER E/S

ROM

DECODEUR D ’INSTRUCTION

Séquenceur

W

ALU

MUX

Commandes

Instructions

Bus Programme

AdresseProgramme

Bus de données

AdresseDonnées

AdresseDonnées

MUX

Données

MémoireProgramme

MémoireDonnées

RESET

Mémoire Programme

Mémoire Données

0000

0000000100020003

3012Adresse Contenu

07000082

000102

39Adresse Contenu

????

3012PC

0803

Exécution d ’une additionExécution d ’une addition

FSR

STATUS PC RAM TIMER E/S

ROM

DECODEUR D ’INSTRUCTION

Séquenceur

W

ALU

MUX

Commandes

Instructions

Bus Programme

AdresseProgramme

Bus de données

AdresseDonnées

AdresseDonnées

MUX

Données

MémoireProgramme

MémoireDonnées

RESET

Mémoire Programme

Mémoire Données

0001

0000000100020003

3012Adresse Contenu

07000082

Adresse Contenu

0700

000102

39????

12

12

12

Charger W avec la valeur présente

PC

12

0803

Exécution d ’une additionExécution d ’une addition

FSR

STATUS PC RAM TIMER E/S

ROM

DECODEUR D ’INSTRUCTION

Séquenceur

W

ALU

MUX

Commandes

Instructions

Bus Programme

AdresseProgramme

Bus de données

AdresseDonnées

AdresseDonnées

MUX

Données

MémoireProgramme

MémoireDonnées

RESET

Mémoire Programme

Mémoire Données

0002

0000000100020003

3012Adresse Contenu

07000082

Adresse Contenu

0082

000102

39????

39

39

4B

Addition avec le résultat dans W

PC

12

39

00

00

0803

Exécution d ’une additionExécution d ’une addition

FSR

STATUS PC RAM TIMER E/S

ROM

DECODEUR D ’INSTRUCTION

Séquenceur

W

ALU

MUX

Commandes

Instructions

Bus Programme

AdresseProgramme

Bus de données

AdresseDonnées

AdresseDonnées

MUX

Données

MémoireProgramme

MémoireDonnées

RESET

Mémoire Programme

Mémoire Données

0003

0000000100020003

3012Adresse Contenu

07000082

Adresse Contenu

0803

000000010002

39??4B

4B

4B

Stocker W à en mémoire PC

4B

02

02

0803

FIN

LE MICROPROCESSEUR LE MICROPROCESSEUR (µP)(µP)

Il traite les différentes données selon le Il traite les différentes données selon le programme contenu dans la mémoire. programme contenu dans la mémoire. Les références les plus connues Les références les plus connues actuellement sont les Pentium, actuellement sont les Pentium, Athlon ...Athlon ...

Lorsqu ’il possède de la mémoire et des Lorsqu ’il possède de la mémoire et des périphériques (timers, coupleurs périphériques (timers, coupleurs d ’entrée - sortie …) il porte le nom de d ’entrée - sortie …) il porte le nom de microcontrôleur microcontrôleur (PIC16F84, 68HC11…).(PIC16F84, 68HC11…).

La mémoire ROMLa mémoire ROM

ROM = Read Only Memory ou ROM = Read Only Memory ou mémoire mémoire à lecture seule, à lecture seule, appelée aussiappelée aussi mémoire mémoire morte, morte, le microprocesseur ne peut pas le microprocesseur ne peut pas en changer le contenuen changer le contenu..

Elle contient le programme (code des Elle contient le programme (code des instructions) et peut contenir aussi des instructions) et peut contenir aussi des données (ce seront des constantes données (ce seront des constantes dont les valeurs seront fixées à la dont les valeurs seront fixées à la programmation).programmation).

La mémoire RAMLa mémoire RAM

RAM = Random Acces Memory ou RAM = Random Acces Memory ou mémoire à accès aléatoire, mémoire à accès aléatoire, appelée appelée aussiaussi mémoire vive mémoire vive. Le . Le microprocesseur peut y lire et écrire.microprocesseur peut y lire et écrire.

Elle contient les données dont le Elle contient les données dont le programme a besoin. Elle peut aussi programme a besoin. Elle peut aussi contenir un programme (cas des contenir un programme (cas des ordinateurs PC, MAC …)ordinateurs PC, MAC …)

Le coupleur d ’Entrée - Le coupleur d ’Entrée - SortieSortie

Permet au microprocesseur de Permet au microprocesseur de communiquer avec le monde communiquer avec le monde extérieur.extérieur.

Les liaisons peuvent être Les liaisons peuvent être parallèlesparallèles (plusieurs lignes ou bits simultanés) (plusieurs lignes ou bits simultanés) ou ou sériesséries (une seule ligne physique (une seule ligne physique sur laquelle les bits transitent sur laquelle les bits transitent successivement)successivement)

UNITE DE TRAITEMENTUNITE DE TRAITEMENT

Reçoit les commandes de l ’opérateur Reçoit les commandes de l ’opérateur et les informations des capteurs (cela et les informations des capteurs (cela constitue les données d ’entrée).constitue les données d ’entrée).

A partir des données d ’entrée, il A partir des données d ’entrée, il détermine les ordres à transmettre détermine les ordres à transmettre aux actionneurs et les informations aux actionneurs et les informations de signalisation pour l ’opérateur (se de signalisation pour l ’opérateur (se sont les données de sortie)sont les données de sortie)

ACTIONNEURSACTIONNEURS

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

CAPTEURSCAPTEURS

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

Le registre Le registre STATUSSTATUS

Il contient les informations (bits) Il contient les informations (bits) représentatifs de l ’état interne de l ’représentatifs de l ’état interne de l ’U.A.LU.A.L. (zéro, retenue), de l ’état du . (zéro, retenue), de l ’état du processeur ou encore de choisir les processeur ou encore de choisir les zones mémoires auxquelles on zones mémoires auxquelles on souhaite accéder.souhaite accéder.

Il possède 8 bits ayant chacun une Il possède 8 bits ayant chacun une signification.signification.

L ’Unité Arithmétique et L ’Unité Arithmétique et Logique (U.A.L.).Logique (U.A.L.).

ALU = Arithmetical and Logical Unit, ALU = Arithmetical and Logical Unit, c ’est la « calculatrice » du c ’est la « calculatrice » du processeur, toutes les opérations processeur, toutes les opérations logiques et arithmétiques y sont logiques et arithmétiques y sont réalisées.réalisées.

Sa capacité de calcul est de 8 bits.Sa capacité de calcul est de 8 bits.

Le registre WLe registre W

Le registre W (pour Work = travail) Le registre W (pour Work = travail) sert à stocker les valeurs avec sert à stocker les valeurs avec lesquelles sont effectués les calculs.lesquelles sont effectués les calculs.

Sa capacité est de 8 bits.Sa capacité est de 8 bits.

Le Compteur ProgrammeLe Compteur Programme

Le compteur programme (PC = Program Le compteur programme (PC = Program Counter) est un compteur ordinal qui Counter) est un compteur ordinal qui génère les adresses auxquelles seront lues génère les adresses auxquelles seront lues les instructions successives à exécuter les instructions successives à exécuter pour que le programme accomplisse sa pour que le programme accomplisse sa tâche.tâche.

Selon le PIC utilisé, la capacité du PC varie Selon le PIC utilisé, la capacité du PC varie avec la taille de la mémoire programme avec la taille de la mémoire programme disponible (il est de 13 bits pour le 16F84).disponible (il est de 13 bits pour le 16F84).

La RAMLa RAM

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

La ROMLa ROM

La ROM (ou mémoire morte) est ici La ROM (ou mémoire morte) est ici destinée au programme.destinée au programme.

Cette mémoire est programmée à la Cette mémoire est programmée à la réalisation du système. Selon le réalisation du système. Selon le modèle, elle peut être effaçable par modèle, elle peut être effaçable par Ultra-Violets (UVPROM), Ultra-Violets (UVPROM), électriquement (EEPROM) ou ne pas électriquement (EEPROM) ou ne pas être effaçable (OTPROM).être effaçable (OTPROM).

Le TIMERLe TIMER

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

Les Entrées - SortiesLes Entrées - Sorties

Ce registre sert d ’interface avec le Ce registre sert d ’interface avec le monde extérieur.monde extérieur.

A chaque bit correspond une patte A chaque bit correspond une patte du microcontrôleur.du microcontrôleur.

On y lit les données provenant de On y lit les données provenant de l ’extérieur ou on y écrit les données l ’extérieur ou on y écrit les données que l ’on veut communiquer.que l ’on veut communiquer.

Le séquenceurLe séquenceur

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

Le décodeur Le décodeur d ’instructionsd ’instructions

Sa fonction est de séparer dans Sa fonction est de séparer dans l ’instruction reçue de la mémoire l ’instruction reçue de la mémoire programme, le code de l ’instruction programme, le code de l ’instruction appelé appelé opérateuropérateur - de la valeur - de la valeur (adresse ou constante) appelé (adresse ou constante) appelé opérandeopérande..

Le Multiplexeur (MUX)Le Multiplexeur (MUX)

C ’est un aiguillage avec, ici, deux C ’est un aiguillage avec, ici, deux entrées et une sortie.entrées et une sortie.

Une logique de commande permet Une logique de commande permet de relier une entrée et une seule à la de relier une entrée et une seule à la sortie.sortie.

L ’entrée choisie dépendra de L ’entrée choisie dépendra de l ’instruction à réaliser.l ’instruction à réaliser.

Le registre FSRLe registre FSR

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