Prototypage ProTIS - Université Paris-Saclayhebergement.u-psud.fr/villemejane/IOGS/ProTIS/... · 2018. 2. 9. · Règles de fonctionnement du LEnsE Absences La présence des étudiant·e·s

Prototypage ProTIS

PROcédés de Traitement de l’Information et du Signal

Procédés de Traitement de l’Information et du Signal / ProTIS

Tutoriels « A la carte »

ProTIS 2018

Créer un projet sous MBED

0

Tester ma première applica�on sur Nucléo

0

Piloter une LED1

Déboguer son prog.Interface Série

1Caractériser un

traitement numérique

2

Faire une ac�onà intervalle régulier

2 Faire des ac�onsà intervalle régulier

2

Supprimer unefréquence parasite

2

Récupérer un signal analogique

1

Supprimer unebande fréquen�elle

3 Me,re en placeun -ltrage plus

e.cace

3

Récupérer une informa�on numérique

1 Câbler unbouton-poussoir

1

Régler la luminosité d’une LED

2

Générer unetension analogique

1

Contrôler unmouvement angulaire

(Servomoteur)

2

Faire varier la vitesse d’un moteur

à courant con�nu

3

Générer un signal d’horloge

1 Faire une ac�onà une fréquence précise

3

Faire une ac�onaprès un événement

2

Me,re en place un asservissement

numérique

4

Faire communiquerdeux systèmes

1 Echanger des données entre un PC et un uC

3

Con-gurer unréseau point à point

SPI

2

Con-gurer un réseau adressable

I2C

3 Interfacer unaccéléromètre en I2C

4

Trouver des infosdans la documenta�on

0

Di9érencier unmicrocontrôleur d’un

micro-ordinateur

0

U�liser una.chage LCD

1

Interfacer unconver�sseur numérique

analogique en SPI

3

Ajouter dela mémoire de données en SPI

3

+

+

+

Con-gurer unecommunica�on

point à point RS232

2

Connecter unesource sonore

1

Cycle Ingénieur - 2eme année - PalaiseauFilières classique et CFAAnnée 2017-2018

Version du 9 février 2018

Fabien ADAMHenri BENISTY

Pierre GODETJulien VILLEMEJANE

Fabienne BERNARD

ii

Table des matières

Calendrier v

Règles de fonctionnement du LEnsE vii

I Modalités 1

1 Objectifs et démarche 3

2 Livrables et évaluation 7

II Catalogue des tutoriels. 11

Comment utiliser ce catalogue ? 13

1 Premiers pas 15

2 Interfaçage 25

3 Gestion du temps & Interruptions 39

Index 48

iii

iv TABLE DES MATIÈRES

Calendrier

Version du 9 février 2018, il sera mis à jour sur le site du LEnsE : hebergement.u-psud.fr/lense/

v

vi TABLE DES MATIÈRES

Règles defonctionnement duLEnsE

Absences

La présence des étudiant·e·s à toutes les séances de travaux pra-tiques prévues à l’emploi du temps est obligatoire et impérative. Encas de difficulté majeure, si un membre d’un binôme est toute-fois absent, l’autre doit venir à la séance et faire le TP. Et, enOptique, chacun des membres du binôme rendra un compte-rendu in-dividuel.

Absence excusée. Justificatif Le justificatif d’absence doit êtredéposé au secrétariat, les élèves concerné·e·s doivent aussi pré-venir directement les responsables du LEnsE du motif de l’ab-sence (à l’avance, si l’absence est prévisible).

Absence excusée. Rattrapage L’élève doit impérativement prendrecontact avec les enseignant·e·s de TP pour étudier la possibi-lité de rattrapage (suivant la disponibilité des enseignant·e·s,du matériel et des salles). L’élève rattrape alors le TP et :En optique, l’élève rédige un CR qui sera noté. S’il n’est pas

possible de trouver une date de rattrapage suite à une im-possibilité du service des TP, le TP ne sera ni rattrapé ni noté(la moyenne sera faite sur les notes restantes). Ce TP resteranéanmoins au programme de l’examen et l’étudiant·e pourraêtre interrogé·e sur ce TP lors de l’examen de TP.

vii

viii TABLE DES MATIÈRES

En ETI et ProTIS, la synthèse du thème concerné, rédigée parle binôme, devra contenir des résultats des deux séances in-dividuelles (la séance normale et celle de rattrapage).

Si l’élève refuse la date de rattrapage proposée, il ou elle seraconsidéré·e comme absent·e non excusé·e.

Absence non excusée Toute absence non justifiée entraîne :En optique, un zéro pour la séance et l’impossibilité de tra-

vailler sur ce TP avant la période de révision. En cas d’ab-sences répétées, le responsable d’année interdira à l’étudiant·ede passer l’examen en fin d’année.

En ETI et ProTIS, un zéro pour la note de synthèse concer-née.

Retards

Aucun retard n’est acceptable et en cas de retard important (ou deretards fréquents) d’un·e étudiant·e, celui-ci ou celle-ci se verra refuserl’accès au laboratoire. Les conséquences en seront identiques à cellesd’une absence non excusée (voir plus haut).

Plagiats

Le plagiat est le fait de s’approprier un texte ou partie de texte,image, photo, données... réalisé par quelqu’un d’autre sans préciserqu’il ne s’agit pas de son travail personnel. On plagie quand on ne citepas l’auteur des sources que l’on utilise. Exemples de plagiat :

— Copier textuellement un passage d’un livre ou d’une page Websans le mettre entre guillemets et/ou sans en mentionner lasource.

— Insérer dans un travail des images, des graphiques provenantde sources externes (hors énoncé du TP) sans en indiquer laprovenance.

— Utiliser le travail d’un·e autre élève et le présenter comme lesien (et ce, même si cette personne a donné son accord !).

— Résumer l’idée originale d’un auteur en l’exprimant dans sespropres mots, mais en omettant d’en indiquer la source.

— Traduire partiellement ou totalement un texte sans en men-tionner la provenance.

TABLE DES MATIÈRES ix

Tout binôme convaincu de plagiat dans un compte-rendu ou unesynthèse de TP se verra attribuer la note de 0/20 à ce TP ou cettesynthèse et encourt les sanctions disciplinaires prévues au règlementintérieur.

Respect du matériel et des locaux

Le LEnsE met à votre disposition une très grande quantité de ma-tériel scientifique.

Ces matériels sont très fragiles, sensibles à la poussière, aux tracesde doigts, aux rayures, etc. Merci d’en prendre le plus grand soin.Il est donc formellement interdit d’apporter de la nourritureou des boissons dans l’ensemble du service (couloirs compris).Merci de veiller aussi à laisser les locaux particulièrement propres (sivos chaussures sont sales, retirez-les et laissez-les à l’entrée !)

Pour toute demande d’accès en dehors des séances de TP, vous de-vez impérativement (et à l’avance) vous adresser au responsable tech-nique du LEnsE, Thierry AVIGNON ou à Cédric LEJEUNE (bureauS1.18).

x TABLE DES MATIÈRES

Première partie

Modalités

1

1

Objectifs et démarche

Sommaire1 Objectifs pédagogiques . . . . . . . . . . . . . . . 32 Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Déroulement des séances . . . . . . . . . . . . . . 44 L’espace numérique de travail . . . . . . . . . . . 4

1 Objectifs pédagogiquesA l’issue de ce module, vous serez capables de :— concevoir un dispositif d’interfaçage et de traitement du signal,— mettre en œuvre un tel dispositif en associant un microcontro-

leur sur carte de type Nucleo et des circuits électroniques demise en forme.

2 Organisation

2.1 Objectif technique globalLes 9 séances sont consacrées à la réalisation d’un prototype fonc-

tionnel et documenté d’un dispositif à microcontroleur, par équipe de4 élèves.

3

4 1. OBJECTIFS ET DÉMARCHE

2.2 DémarcheLa séance 00 a pour objectif de réunir les élèves par équipe de 4autour d’un projet de prototypage. Avant cela, une première étape estde découvrir la cible matérielle. La séance est découpée en 4 parties :

1. Découverte de l’outil de prototypage (2h - travail en binôme).2. Formation des équipes et choix des sujets de projets (1h30 - tra-

vail en groupe).3. Découpage fonctionnel du projet (1h00 - travail en équipe).

Les séances 01 à 08 sont des créneaux de TP|projet à la carte selonune répartition et un rythme choisis par chaque équipe de 2 binômes.

3 Déroulement des séancesPour vous guider dans la prise en main technique du microcontrô-

leur, un catalogue de modules de TP (tutoriels) vous est proposé (àpartir de la page 13 de ce document), dans lequel vous pourrez piocheren fonction de vos besoins et /ou de votre curiosité.

Le nombre et le choix des modules sont laissés libres, il vous estcependant demandé de tenir à jour une grille personnelle de compé-tences indiquant les notions que vous maîtrisez.

L’objectif est de savoir mettre en œuvre, à l’issue de la séance 04,au moins une expérience de niveau 3 , au choix. Un test individuelvalidera cette compétence au cours des séances 05 et 06.

4 L’espace numérique de travailIl est indispensable d’utiliser un outil de travail collaboratif en

ligne. Cette version moderne et interactive du « cahier de manipula-tion » gardera en particulier la trace de tous les programmes, circuitset mesures que vous aurez réalisés. Ce document reste un documentinterne à l’équipe. L’équipe enseignante s’assurera que vous disposezbien d’un tel outil à chaque séance et pourra vous aider à sa mise enœuvre.

Vous devrez donc organiser un espace de travail partagé (au choix) :— sur le "nuage" de l’Institut d’Optique (https://cloud.institutoptique.fr),— sur la plateforme Trello (https://www.trello.com),

4. L’ESPACE NUMÉRIQUE DE TRAVAIL 5

— dans une sphère Whaller ,— dans un espace Slack,— dans un répertoire GoogleDrive,— ou sur toute autre plateforme de travail collaboratif en ligne

adaptée à un environnement professionnel.Il est en particulier important que chaque membre de l’équipe

puisse accéder à l’ensemble des documents lors de chaque séance.L’accès aux documents est autorisé (voire indipensable) lors des

tests individuels d’évaluation.

6 1. OBJECTIFS ET DÉMARCHE

2

Livrables et évaluation

Sommaire1 Livrables de projet (par équipe) . . . . . . . . . . 72 Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Vue d’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1 Livrables de projet (par équipe)Des livrables intermédiaires sont attendus à la fin de la séance

03, documents qui seront complétés en fin de projet par des livrablesfinaux.

1.1 Livrables intermédiairesPar équipe, il est attendu à l’issue de la séance 03 :— le cahier des charges précis, donnant plusieurs versions pos-

sibles.— le schéma des différentes fonctions techniques réalisées par le

prototype— le plan de formation, argumenté, des deux binômes (1 page max)

1.2 Livrables finauxA l’issue du projet, sont attendus :

7

8 2. LIVRABLES ET ÉVALUATION

1. Un dossier technique (pdf ou site web/blog/etc.) comprenant :

(a) la description de la problématique à laquelle le prototyperépond.

(b) un schéma complet de l’architecture du prototype où on trou-vera :— Les entrées-sorties,— Le découpage fonctionnel du projet (fonctions matérielles

et logicielles),(c) la nomenclature et le coût de votre projet(d) un mode d’emploi succinct (moins de 2 pages). Sur ce mode

d’emploi figurera des photos commentées du projet. On connaî-tra ainsi tous les branchements nécessaires ainsi que le modeopératoire.

2. Une page d’analyse du planning effectivement tenu et de retourde votre expérience de travail de projet.

3. Tous les programmes (commentés) et les schémas électriquesdes circuits réalisés dans une archive zip.

4. Vous nous remettrez de plus un document présentant le projetsous forme soit soit d’un mini-site web, d’un poster, soit d’unmontage vidéo. Le public auquel devra s’adresser ce documentcorrespond aux élèves de 1ère année.

2 ValidationLes notes pondérées de ProTIS constituent la note de l’UE 8P-151-SCI

ProTIS. La pondération détaillée est la suivante :

25 % pour une note de séance individuelle. Au cours des 8 séancesseront évalués par l’équipe enseignante :— le soin apporté à la réalisation des prototypes (qualité du

câblage, choix des instruments de mesure et leur réglage,qualité du code réalisé, lisibilité, modularité),

— l’autonomie (conception : choix de la solution, des compo-sants et des algorithmes, réalisation : capacité a dépanner,utilisation des tests d’autoévaluation) et l’utilisation effi-cace d’un espace de travail collaboratif,

— le respect du cahier des charges.

2. VALIDATION 9

30 % pour la note d’examen pratique individuel. Une échelle in-dicative de notation est la suivante :

0/20 Note attribuée en cas d’absence non justifiée

5/20 Pas de circuit ni de programme fonctionnel, même avecaide.

8/20 Une partie des fonctionnalités visées est réalisée, avecaide. Démarche incorrecte.

11/20 Une partie des fonctionnalités visées est réalisée, avecaide. Démarche correcte.

15/20Les fonctionnalités (circuits et/ou programmes) viséesont été réalisées de manière autonome. Quelques er-reurs dans la démarche.

20/20L’ensemble des fonctionnalités visées a été réalisé demanière autonome dans le temps imparti. Démarche ri-goureuse.

15 % pour la note des livrables intermédiaires (6 points pour le ca-hier des charges, 8 points pour le schéma fonctionnel et 6 pointspour le plan de formation)

30 % pour la note des livrables finaux (6 points pour les docu-ments techniques, 2 points pour l’analyse, 2 points pour les pro-grammes et schémas et enfin 10 points pour la qualité du sup-port de présentation)

Points de pénalité

Des points de pénalité peuvent être attribués aux binômes n’ayantpas rangé leur poste de travail à l’issue des séances de TP |projet.

10 2. LIVRABLES ET ÉVALUATION

3 Vue d’ensemble

FIGURE 2.1 – Une vue d’ensemble du déroulement et des évaluationsde ProTIS

Deuxième partie

Catalogue des tutoriels.

11

Comment utiliser cecatalogue ?

Les tutoriels sont disponibles sur le site :http://hebergement.u-psud.fr/villemejane/eiti/index.php/protis/

protis-auto-formation/

Ils sont organisées en 5 grandes catégories et classés selon leur niveaude complexité (voir figure 2).

PREMIERS PAS AVEC NUCLÉO

CATÉGORIES

INTERFAÇAGE

GESTION DU TEMPS / INTERRUPTIONS

TRAITEMENT / ASSERVISSEMENT

COMMUNICATION

1 2 3 4NIVEAUX

FIGURE 2 – Les catégories de tutoriels et leurs niveaux

Vous ne trouverez ici que la liste des tutoriels des 3 premières ca-tégories : Premier Pas, Interfaçage et Gestion du temps. Le cataloguedes deux autres catégories (Traitement/Asservissement et Communi-cation) vous sera présenté dans un document séparé.

Ce document se veut une aide pour construire votre plan de forma-

13

14

tion en fonction des besoins de votre projet et/ou de votre curiosité.Vous trouverez ainsi pour chaque tutoriel :— la description de ses objectifs,— un bref test d’autoévaluation sous forme de QCM dont les solu-

tions sont disponibles dans la salle de TPEnfin, vous trouverez un index des termes techniques à la fin de cedocument.

Catégorie 1

Premiers pas

Sommaire1 Créer un projet sous MBED . . . . . . . . . . . . . . 152 Tester un premier programme sur Nucléo . . . 163 Piloter une LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Déboguer son programme et utiliser l’affichage

série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Différencier un microcontroleur d’un micro-ordinateur 176 Trouver des informations dans la documenta-

tion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Pour se tester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1 Créer un projet sous MBEDNiveau 0 Pré-requis : -

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Créer un compte sur MBED Compiler— Associer une carte de développement de type Nucléo— Créer un projet pour cette carte de développement

Mots clés : Interface MBED

15

16 CATÉGORIE 1. PREMIERS PAS

2 Tester un premier programme sur Nucléo

Niveau 0 Pré-requis : Créer un projet sous MBED

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Reconnaître les différents connecteurs de la carte— Compiler et téléverser un programme sur la carte— Tester une première application

3 Piloter une LEDNiveau 1 Pré-requis : Tester un premier programme sur Nucléo

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Utiliser une sortie numérique pour piloter un composant ex-

terne— Câbler une LED pour afficher une information binaire

Mots clés : Sortie numérique / LED

4 Déboguer son programme et utiliser l’af-fichage série

Niveau 1 Pré-requis : Piloter une LED

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Utiliser une sortie numérique pour déboguer un code source— Afficher l’état d’une variable via la console série

Mots clés : Débogage , Oscilloscope, Console Série

5. DIFFÉRENCIER UN MICROCONTROLEUR D’UN MICRO-ORDINATEUR17

5 Différencier un microcontroleur d’un micro-ordinateur

Niveau 0 Pré-requis : -

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Trouver l’information sur les différentes fonctions disponibles

en ligne.— Importer de nouvelles bibliothèques de fonctions.— Décrire la structure simplifiée d’un microcontroleur.

Mots clés : Microcontroleurs et microprocesseurs

6 Trouver des informations dans la docu-mentation

Niveau 1 Pré-requis : Tester un premier programme sur Nucléo

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Décrire la structure d’un microcontroleur.— Définir ses performances et ses limites.— Ecrire un code structuré pour un microcontroleur.

Mot clé : Documentation


Pour se tester1 Créer un projet sous MBED

1. L’interface dedéveloppement MBED

(a) est un logiciel payant

(b) est accessible en ligne

(c) est installé sur tous les ordinateurs del’IOGS

2. Ce logiciel (a) est une variante des compilateurs deC/C++ habituels

(b) a une fonction de compilateur C/C++

(c)nécessite que l’on précise la cible ma-térielle sur laquelle le programme vafonctionner

6. TROUVER DES INFORMATIONS DANS LA DOCUMENTATION19

2 Tester un premier programme sur Nucléo

1. La LED câbléesur la carte etappelée LED1

(a) est connectée à la broche D13 du mi-crocontrôleur

(b) n’est connectée à aucune broche du mi-crocontrôleur

(c) est connectée à la broche PA_5 du mi-crocontrôleur

2. Le programme« Blinky LED »

(a) permet d’afficher « Hello World ! » surl’ordinateur

(b) fait clignoter la LED LED1 de la carte

(c) allume la LED LED1 pendant 2s puisl’éteint.

3. Remplacer laligne 8 duprogramme « BlinkyLED » par :wait(2)a pour conséquence :

(a) d’augmenter la durée pendant laquellela LED LED1 est éclairée

(b) de réduire la durée pendant laquelle laLED LED1 est éteinte

(c) de modifier la fréquence de clignote-ment de la LED LED1.

4. Un programmepour une applicationembarquée :

(a) s’écrit toujours en langage C

(b) a besoin d’un ordinateur pour être exé-cuté

(c)est téléversé après compilation sur lemicrocontrôleur pour fonctionner enautonomie

(d) possède une boucle infinie qui ne s’ar-rête jamais


3 Piloter une LED

1. La ligne :include "mbed.h"

(a)permet d’importer une bibliothèquedécrivant les entrées et les sorties dela carte Nucleo

(b)contient une ligne du typeDigitalOut myled(D13); per-mettant de définir quelle broche estutilisée en sortie.

(c) doit être présente dans l’en-tête detous les programmes

2. La ligne de codeDigitalOuttoto(D10);

(a)est incorrecte, on doit écrireDigitalOut toto(D10,1); ouDigitalOut toto(D10,0);

(b) permet de déclarer la broche D10comme une sortie numérique

(c) permet de déclarer la broche totocomme une sortie numérique

3. La tensiond’alimentation de lacarte Nucleo estégale à :

(a) 5V

(b) 3.3V

(c) 5A

4. Le montage 1 dututoriel

(a) doit être préféré au montage 2

(b)permet d’allumer la LED quand unetension de 3.3V est appliquée à labroche D10

(c)permet d’allumer la LED quand unetension de 0V est appliquée à labroche D10


5. Le montage 2 dututoriel

(a) doit être préféré au montage 1

(b)comprend une résistance RLED quel’on peut calculer par la même formuleque lors du montage 1.

(c)permet d’allumer la LED quand unetension de 0V est appliquée à labroche D10

Dans le montage 1 du tutoriel, on souhaite limiter le courant à20mA. La LED possède un seuil de 2.3V.

6. On doit doncchoisir une valeurRLED

(a) inférieure à 10 k⌦

(b) supérieure à 10⌦

(c) supérieure à 50⌦

4 Déboguer son programme et utiliser l’affichage sé-rie

On souhaite mesurer le temps d’exécution d’une série d’instruc-tion à l’oscilloscope en affichant l’évolution de la tension aux bornesd’une broche.

1. Pour cela il fautajouter descommandes dutype :

(a) yourtest = 1; avant le code des ins-tructions et yourtest = 0; après.

(b) yourtest = 0; avant le code des ins-tructions et yourtest = 1; après.

(c) char c = 300;à la suite du programme

(d)DigitalOut yourtest(PA_4,0);dans la partie initialisation du pro-gramme


2. Connaître lavaleur d’unevariable entièreinterne aumicrocontrôleur, àun instant donné :

(a) n’est pas possible.

(b)est possible en utilisant un ordinateurrelié au microcontrôleur par une liai-son série.

(c) est réalisable en utilisant un oscillo-scope.

3. Le logicielTeraTerm :

(a) établit une communication de proto-cole RS232 côté microcontroleur.

(b) établit une communication de proto-cole RS232 côté ordinateur.

(c) est conçu pour fonctionner avec lacarte Nucleo seulement.


5 Différencier un microcontroleur d’un micro-ordinateur

1. Les élémentsindispensables aubon fonctionnementd’un microcontrôleursont :

(a) des espaces mémoires RAM/ROM

(b) des entrées analogiques

(c) un gestionnaire d’interface graphique

2. Unmicroprocesseur :

(a) équipe les systèmes embarqués desautomobiles

(b) est un calculateur généraliste

(c) permet d’exécuter uniquement desprogrammes en C

(d)est capable d’exécuter 2000 instruc-tions élémentaires différentes (Inteli7)

3. Unmicrocontrôleur :

(a) intègre tous les éléments nécessaires àl’exécution d’une tâche spécifique

(b) possède des ressources matérielles illi-mitées

(c) possède systématiquement une unitéde calcul en virgule flottante

(d) contient une zone de mémoire de don-nées

4. Lesmicrocontrôleurs :

(a) ne peuvent être programmés qu’enlangage machine

(b) permettent de répondre rapidement àdes événements extérieurs

(c) intègrent une matrice de portes lo-giques

5. Un programmepour systèmeembarqué :

(a) doit s’arrêter systématiquement

(b)doit en permanence scruter les entréeset mettre à jour les sorties en consé-quence

(c) doit pouvoir répondre dans un tempslimité à toute sollicitation extérieure


6 Trouver des informations dans la documentation

1. Les pages dedocumentation desfonctions présentesdans l’API de MBED

(a) ne sont pas utiles pour apprendre àutiliser les fonctions

(b) sont écrites en anglais

(c) sont disponibles en ligne

(d) font uniquement la liste des classes

2. Sous MBEDCompiler, je peux :

(a) importer des bibliothèques que j’aimoi-même réalisées

(b) changer de carte de développement,sans avoir à modifier le code

(c) partager mon code avec d’autres

(d) vendre mon code

3. La bibliothèqueRN41 :

(a) contient 1 classe(b) contient 2 classes(c) contient la fonction getLine()

(d) ne contient aucune fonction

Catégorie 2

Interfaçage

Sommaire1 Récupérer une information numérique . . . . . 252 Câbler un bouton-poussoir . . . . . . . . . . . . . 263 Utiliser un écran LCD . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Récupérer un signal analogique . . . . . . . . . . 265 Régler la luminosité d’une LED . . . . . . . . . . 276 Générer une tension analogique . . . . . . . . . . 277 Contrôler un mouvement angulaire à l’aide s’un

servomoteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Faire varier la vitesse d’un moteur à CC . . . . . 289 Connecter un capteur sonore et un haut-parleur

au microcontroleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Pour se tester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1 Récupérer une information numérique

Niveau 1 Pré-requis :Piloter une LEDDéboguer son programme et utili-ser l’affichage série

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Configurer une broche du microcontrôleur en entrée numérique.— Lire l’état d’une entrée numérique.

25

26 CATÉGORIE 2. INTERFAÇAGE

Mots clés : Entrée numérique

2 Câbler un bouton-poussoirNiveau 1 Pré-requis : Récupérer une information numérique

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Réaliser le circuit de câblage d’un bouton-poussoir connecté à

une entrée numérique

Mots clés : Bouton poussoir

3 Utiliser un écran LCD

Niveau 2 Pré-requis : Déboguer son programme et utili-ser l’affichage série

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Connecter un écran LCD de type EA DOG 163 à la carte Nucleo— Afficher des caractères ou des chaînes de caractères sur cet écran

Mots clés : Écran LCD , Protocole SPI , Affichage

4 Récupérer un signal analogique

Niveau 1 Pré-requis :Piloter une LEDDéboguer son programme et utili-ser l’affichage série

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Configurer et utiliser les entrées analogiques du microcontro-

leur— Mesurer la valeur d’une tension appliquée à une broche d’entrée

5. RÉGLER LA LUMINOSITÉ D’UNE LED 27

Mots clés : Entrée analogique

5 Régler la luminosité d’une LED


A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Expliquer le principe de la modulation en largeur d’impulsion

(ou Pulse Width Modulation : PWM).— Configurer le microcontroleur pour piloter un signal de ce type.— Utiliser un tel signal pour piloter l’intensité lumineuse d’une

LED.

Mot clé : Sortie PWM, LED

6 Générer une tension analogique


A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Configurer et utiliser les sorties analogiques du microcontroleur— Générer une tension variable au cours du temps (signal analo-

gique) à l’aide du circocontroleur

Mots clés : Sortie analogique

7 Contrôler un mouvement angulaire à l’aides’un servomoteur

Niveau 2 Pré-requis : Régler la luminosité d’une LED


A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Définir le type d’application typique d’un servo-moteur.— Définir quels signaux envoyer à un servomoteur pour le piloter.— Utiliser un microcontroleur pour le contrôler.

Mot clé : Sortie PWM, Servomoteur

8 Faire varier la vitesse d’un moteur à CCNiveau 3 Pré-requis : Régler la luminosité d’une LED

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Définir le type d’application typique d’un moteur à courant continu— Définir quels signaux envoyer à un moteur à courant continu

pour le piloter.— Utiliser un microcontroleur pour le contrôler.

Mot clé : Sortie PWM, Servomoteur

9 Connecter un capteur sonore et un haut-parleur au microcontroleur

Niveau 1 Pré-requis Déboguer son programme et utili-ser l’affichage série

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Câbler le circuit d’un microphone afin d’enregistrer le signal sur

le microcontroleur— Câbler le circuit d’un haut-parleur afin de le piloter avec le mi-

crocontroleur

Mots clés : Microphone

9. CONNECTER UN CAPTEUR SONORE ET UN HAUT-PARLEUR AU MICROCONTROLEUR29

Pour se tester

1 Récupérer une information numérique

1. Pour récupérerune informationnumérique sur uneentrée, il faut :

(a)configurer la broche associée en en-trée en la déclarant via l’instructionDigitalIn

(b) s’assurer que la tension appliquée surcette broche soit égale à 0V ou 5V

(c) lui associer un nom de variable in-cluant le préfixe in**

2. Une entréenumérique est bienadaptée pour :

(a) réaliser le filtrage numérique d’un si-gnal

(b) tester l’état d’un interrupteur fin decourse

(c) récupérer l’information issue d’uncomparateur à ALI

(d) r l’information d’un capteur de tempé-rature

3. Le boutonpoussoirUSER_BUTTON :

(a) est connecté physiquement à l’entréenumérique PC_13

(b) est connecté au niveau haut (3, 3V)par une résistance de 4, 7 k⌦

(c) est connecté au niveau bas (0V) parune résistance de 4, 7 k⌦

2 Câbler un bouton-poussoir

1. Dans le montageproposé dans letutoriel, quelle est lavaleur de la tensionappliquée à labroche D7 au repos ?

(a) 0

(b) 1

(c) 0V

(d) 5V


2. Dans le montageproposé dans letutoriel, quelle est lavaleur de la tensionappliquée à labroche D7 quand onappuie sur lebouton ?

(a) 0

(b) 1

(c) 0V

(d) 5V

3. Un boutonpoussoir :

(a)doit être câblé sur l’entrée d’un ADCcar la tension qu’il délivre est compriseentre 0V et 3, 3V

(b) est un capteur de type tout ou rien(TOR)

(c) est un composant électronique passif

4. Lors de l’appuisur le boutonpoussoir BP :

(a) l’entrée numérique D7 voit un niveaulogique haut

(b) l’entrée numérique D7 voit un niveaulogique bas

(c) le courant qui circule au travers de larésistance RBP est égale à 0, 33mA

(d) le courant qui circule au travers de larésistance RBP est nul

5. La ligne de codea =

mon_bouton.read();

(a) est automatiquement appelée lors del’appui sur le bouton poussoir

(b)permet de lire une entrée numériqueet de stocker sa valeur dans la variablea

(c)doit être écrite à chaque endroit duprogramme où l’état du bouton pous-soir doit être testé

(d) peut précéder l’instructionDigitalIn mon_bouton(D7);


3 Utiliser un écran LCD

1. L’écran LCD estrelié aumicrocontrôleur :

(a) par l’intermédiaire de 3 fils (et l’ali-mentation)

(b) par l’intermédiaire d’une liaison série

(c) par l’intermédiaire d’une liaison Blue-Tooth

(d) par l’intermédiaire d’un protocole pa-rallèle

2. Lorsqu’on exécutela ligne suivante,spi.write(’a’);,de l’exempleEcriture d’uncaractère dututoriel :

(a) la valeur de la variable a est affichéesur l’écran LCD

(b)la série binaire 01100001 est trans-mise sur la broche MOSI de la carteNucleo

(c) le caractère ’a’ est affiché à l’endroit oùse trouve le curseur sur l’écran LCD

(d) l’écran LCD est rempli du caractère ’a’

3. Lorsqu’on exécutela ligne suivante :LCD_DOG_setPosition(2,

3); :

(a)la série binaire 10010011 est trans-mise sur la broche MOSI de la carteNucléo

(b) le curseur de l’écran LCD se place à laligne 3 et à la colonne 2

(c) le curseur de l’écran LCD se place à laligne 2 et à la colonne 3

(d) l’écran LCD est effacé

4. Dans l’exemplecomplet du tutoriel :

(a)la série binaire 10010011 est trans-mise sur la broche MOSI de la carteNucléo

(b) le curseur de l’écran LCD se place à laligne 3 et à la colonne 2

(c) le curseur de l’écran LCD se place à laligne 2 et à la colonne 3

(d) l’écran LCD est effacé


4 Récupérer un signal analogique

1. Lesconvertisseursanalogique-numérique dumicrocontrôleur dela carte Nucleo :

(a)quantifient la tension appliquée à uneentrée analogique avec un quantum de3, 3/(212 � 1)V

(b)quantifient la tension appliquée à uneentrée analogique avec un quantum de3, 3/(216 � 1)V

(c)échantillonnent la tension appliquée àune entrée analogique à la fréquencemaximale de 5MHz

(d) peuvent se voir appliquer une tensionsinusoïdale d’amplitude 3, 3V

2. Les entréesanalogiques :

(a) sont au nombre de 6 sur le connecteurarduino de la carte Nucleo

(b)sont reliées à 3 ADC 16bits fonction-nant à 5MHz de fréquence d’échan-tillonnage maximale

(c) sont adaptées à la lecture de l’état d’unbouton poussoir

(d) acceptent des tensions comprises entre�3, 3V et 3, 3V

3. La fonctionanalog_in.read_u16()

(a) renvoie un entier compris entre 0 et65536

(b) renvoie un entier compris entre 0 et216 � 16

(c)permet de récupérer le résultat de laconversion analogique-numérique del’entrée u16


5 Régler la luminosité d’une LED

1. La principalevariable quidétermine laluminosité d’uneLED perçue par unœil humain est

(a) La tension moyenne à ses bornes.

(b) La puissance moyenne qu’elleconsomme.

(c) Le courant moyen qui la traverse.

2. La modulationpar largeurd’impulsion est laméthode utiliséepour faire varier laluminosité d’uneLED

(a)Car il suffit de moduler à une fré-quence supérieure à 40Hz pour mettreà profit la persistance rétinienne

(b)Car il est plus facile de générer unetension de ce type qu’une tension ana-logique continue avec un microcontro-leur

(c)Car on s’assure ainsi de la proportion-nalité de la luminosité moyenne obte-nue avec la commande

3. La syntaxed’utilisation d’unesortie modulée enlargeur d’impulsionnécessite desinstructions du type

(a)PwmOut Ma_Led_Pwm(D3) dansl’en-tête avant le main etMa_Led_Pwm.period(RC) dansla boucle

(b)PwmOut(D3) dans l’en-tête avant lemain et PwmOut.write(value) dansla boucle

(c) Ma_Led_Pwm.pulsewidth_us(Tpulse)ou Ma_Led_Pwm.pulsewidth(Tpulse)


6 Générer une tension analogique

1. La carte Nucleoa un système deconversion DAC sur12 bits qui permetd’obtenir unetension

(a)réglable entre 0 et 3, 3V par pas de3,3V1024 sur les trois broches PA_5, PA_6et PA_7

(b) réglable entre 0 et 1V au pas de 240µVsur la seule broche PA_5.

(c) réglable entre 0 et 3, 3V par pas de240µV sur la seule broche PA_5

(d) de rapport cyclique variable entre 0 à4095 sur la broche PA_4

2. L’écriture du motde 12 bits du DACdans un mot de 16bits se fait

(a)En commençant à gauche par le MSBà l’aide d’un décalage quadruple c’està dire une commande du type «4

(b) Directement, sans décalage.

(c)En commençant à gauche par le MSBet en remplissant les 4 LSB de 1 avecune instruction du typeDAC = 0x10*a+0x0F

3. La mise en œuvrelogicielle du DACnécessite desinstructions dutype :

(a)AnalogOut(PA_5) dansl’en-tête avant le main etAnalogOut.write(value) dansla boucle

(b)AnalogOut MyVar(PA_5) dansl’en-tête avant le main etAnalogOut.write(MyVar(value))dans la boucle

(c)AnalogOut MyVar(PA_5) dansl’en-tête avant le main etMyVar.write(value) dans la boucle


7 Contrôler un mouvement angulaire à l’aide s’unservomoteur

1. Appliquer unetension à unservomoteurstandard sous formed’impulsions depériode 20ms a pourconséquence :

(a)de rendre sa vitesse de rotation pro-portionnelle au rapport cyclique desimpulsions

(b)de modifier sa position angulairelorsque le rapport cyclique est comprisentre 0 et 100%

(c)de modifier sa position angulaire entre�90 deg à +90deg , selon le rapport cy-clique, selon une fonction affine

2. Parmi lespropositionssuivantes, lesquellessont correctes ?

(a)Un servomoteur standard doit êtrealimenté à l’aide d’une alimentationcontinue de 5 à 6V

(b)Le contrôle de l’angle d’un servomo-teur standard est fait à l’aide d’unetension continue variable entre 0 et5V

(c) Le signal de commande doit avoir unepériode de 1ms

(d)Le signal de commande doit avoir unrapport cyclique compris entre 0 et 0.1,pour une période de 20ms.


(a)Lorsqu’on supprime l’alimentationd’un servomoteur, il reste dans saposition

(b)Lorsqu’on supprime le signal de com-mande d’un servomoteur, il reste danssa position

(c)Lorsqu’on applique un signal de com-mande de rapport cyclique de 0.15, leservomoteur revient à un angle de 0�


8 Faire varier la vitesse d’un moteur à CC

1. Le principe de lamodulation delargeur d’impulsion :

(a) ne peut pas s’appliquer à un moteur àCC sans filtrage

(b) peut s’appliquer à un moteur à CC dufait de son inertie

(c)peut directement être appliqué via lasortie du microcontrôleur au moteur àCC

(d) nécessite un transistor (ou autre cir-cuit) qui "booste" la commande PWM

2. Dans le cas de laCommanderéversible ensens de rotationdu tutoriel, quelle(s)propositions est(sont) correcte(s) ?

(a)Commander T1 et T3 en même temps(sans commander T2 et T4) permetd’arrêter le moteur

(b) Commander T1 et T2 en même tempsn’a aucun effet sur le montage

(c) Ce type de commande nécessite 2 si-gnaux PWM indépendants

(d) Ce type de commande nécessite 2 si-gnaux PWM complémentaires

9 Connecter un capteur sonore et un haut-parleurau microcontroleur

1. Le signalélectrique issu d’unmicrophone :

(a) est directement applicable sur une en-trée analogique de la carte Nucleo

(b)doit être amplifié pour atteindre les3, 3V de tension d’entrée maximale del’ADC

(c)est à valeur moyenne nulle et doit doncêtre décalé de 1, 65V pour s’adapter àl’ADC


2. Sur le schéma decâblage proposédans le tutoriel :

(a)

l’ensemble C = 10µF;R = 47 k⌦est placé en amont de l’échantillon-neur et constitue donc un filtre anti-repliement

(b)le filtre R = 1, 5 k⌦;C = 4, 7 nF a unefréquence de coupure compatible avecle signal sonore

(c) la tension de sortie du CNA (DAC) està valeur moyenne nulle.

(d) la tension Vs peut directement être ap-pliquée à un haut parleur

3. Le code de testfourni :

(a)peut servir sans modification à trai-ter le signal issu de l’enregistrementd’une chauve souris

(b)est adapté au filtrage numérique detout signal audio car la fréquenced’échantillonnage de 33 kHz est supé-rieure à 20 kHz

(c)gère la fréquence d’échantillonnage autravers d’une interruption associée àun timer

(d) peut servir de point de départ à la miseen œuvre d’un filtre numérique


Catégorie 3

Gestion du temps &Interruptions

Sommaire1 Faire une action à intervalle régulier . . . . . . 392 Faire des actions à intervalle régulier . . . . . . 403 Générer un signal d’horloge sans GBF . . . . . . 404 Faire une action instantanément suite à un évé-

nement externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 Faire une action périodique à une fréquence

précise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Pour se tester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1 Faire une action à intervalle régulier


A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Mettre en œuvre la gestion du temps par le Timer matériel du

microcontroleur

39

40 CATÉGORIE 3. GESTION DU TEMPS & INTERRUPTIONS

Mots clés : Timer, Interruptions

2 Faire des actions à intervalle régulier

Niveau 2 Pré-requis : Faire une action à intervalle régulier

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Programmer une gestion du temps logicielle sur le microcontro-

leur

Mots clés : Timer, Modes monostable et astable

3 Générer un signal d’horloge sans GBF


A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Réaliser un circuit oscillateur pour générer un signal d’horloge

à une fréquence particulière.— Mettre en oeuvre un quartz pour générer un signal d’horloge à

une fréquence précise.

Mots clés : Horloge , Circuit oscillateur , Quartz

4 Faire une action instantanément suite àun événement externe

Niveau 2 Pré-requis : Récupérer une information numé-rique

5. FAIRE UNE ACTION PÉRIODIQUE À UNE FRÉQUENCE PRÉCISE41

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— Motiver la présence de modes d’interruption externe sur un mi-

crocontroleur— Configurer leur fonctionnement sur un microcontroleur STM32

Mots clés : Interruptions

5 Faire une action périodique à une fré-quence précise

Niveau 3 Pré-requis :Générer un signal d’horloge sansGBFFaire une action instantanémentsuite à un événement externe

A l’issue de ce tutoriel, vous saurez :— utiliser un oscillateur externe combiné à une interruption du

microcontroleur

Mots clés : Interruptions , Circuit oscillateur


Pour se tester

1 Faire une action à intervalle régulier

1. Qu’appelle-t-ontimer ?

(a) l’horloge interne du microcontroleur

(b)un module générant une interruptionau bout d’un certain nombre de coupsd’horloge

(c) Un oscillateur à une fréquence trèsprécise

On considère le code suivant :Ticker toggle_led_ticker;void toggle_led(void);int main() {toggle_led_ticker.attach(&toggle_led, 1);while (1) {}}

2. toggle_leddésigne :

(a) une fonction(b) un pointeur

(c) un signal d’interruption

3. Dans ce code, laroutined’interruption estappelée

(a) à chaque front montant de l’horloge in-terne

(b) toutes les secondes(c) toutes les millisecondes(d) jamais


2 Faire des actions à intervalle régulier

1. Quelle est lapropositioncorrecte ?

(a) Un timer logiciel peut fonctionnersans timer matériel

(b) Un timer matériel peut fonctionnersans timer logiciel.

2. Dans lesexemples de code dece tutoriel, TIMER1est :

(a) une variable

(b) une fonction

(c) une constante symbolique

3. En ayant déclaréInterruptInbp_int (PA_8),que faut-il mettredans le main pourappeler la fonctionroutine_bp àchaque frontdescendant de labroche PA_8 ?

(a) bp_int.fall(routine_bp);

(b) PA_8.fall(routine_bp);

(c) bp_int.fall(&routine_bp);

(d) if (bp_int.fall){routine_bp();}


3 Générer un signal d’horloge sans GBF

1. Le composantNE555 :

(a) permet de générer des signaux trian-gulaires

(b) permet de générer des signaux rectan-gulaires

(c)permet de générer des signaux rectan-gulaires de rapport cyclique inférieurà 50%

(d) permet de générer des signaux de fré-quence de 3 à 10 MHz

2. Lorsque lecomposant NE555est en modemonostable :

(a)un front descendant sur l’entréeTRIGGER déclenche le passage à ’1’ dela sortie

(b)le temps haut du signal de sortie nedépend pas du temps à l’état bas de labroche TRIGGER

(c) la plus courte impulsion est de 200 nssur sa sortie

(d)un nouveau passage à l’état bas del’entrée TRIGGER, alors que la sortien’est toujours pas revenu à l’état bas,relance le délai du monostable

3. Un quartz à32, 768 kHz :

(a) est un composant qui n’a pas besoind’une alimentation externe

(b) est souvent utilisé dans les montrespour obtenir une fréquence de 1Hz

(c) est associé à des composants actifs per-mettant de le faire osciller

(d)

permet d’obtenir un signal trian-gulaire lorsqu’il est mis dans lemontage proposé dans la partieMontage oscillateur à based’un quartz du tutoriel


4 Faire une action instantanément suite à un évé-nement externe

1. Le fonctionnement par interruptionpermet d’éviter de vérifier en permanencel’état des différents composants/capteurs

⇤ V

⇤ F

2. Une interruption bloque l’exécution duprogramme principal pour effectuer unetâche particulière

⇤ V

⇤ F

3. Une routined’interruption est : (a) un signal qui interrompt l’execution

du programme principal

(b) un événement extérieur au microcon-troleur

(c) une fonction appelée lorsqu’une inter-ruption est générée

4. Ayant déclaréInterruptIntest(PA_12) aupréalable, poureffectuer une actionlors du passage de 0à 1 de la brochePA_12 on utilise :

(a) test.attach(&ma_fct, UP);

(b) test.rise(&ma_fct);

(c) test.fall(&ma_fct);

5. Quellebibliothèque faut-ilinclure pour gérerles interruptions :

(a) mbed.h

(b) interrupts.h

(c) Aucune, on utilise des fonctions dulangage C


5 Faire une action périodique à une fréquence pré-cise


(a) Il est possible d’utiliser autant d’objetsde type Ticker que l’on souhaite

(b)Il est possible d’utiliser autant d’en-trées d’interruption que l’on souhaite,associées à des oscillateurs différents

(c) Les Ticker permettent de descendreà des périodes de 100 ns

(d) Les Ticker permettent de descendreà des périodes de 1µs

Index

Affichage, 26astable, 40

Bouton poussoir, 26

Circuit oscillateur, 40Console Série, 16

Débogage, 16Documentation, 17

Entrée analogique, 27Entrée numérique, 26

Horloge, 40

Interruptions, 40, 41

LCD, 26LED, 16, 27

MBED Interface, 15Microcontroleurs et microproces-

seurs , comparaison17Microphone, 28monostable, 40Moteur à courant continu, 28

Nucléo , Premiers pas sur 16

Oscillateur, 41Oscilloscope, 16

Quartz, 40

Servomoteur, 28Sortie analogique, 27Sortie numérique, 16Sortie PWM, 27, 28SPI, 26

Timer, 40

47

48

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Prototypage ProTIS - Université Paris-Saclayhebergement.u-psud.fr/villemejane/IOGS/ProTIS/... · 2018. 2. 9. · Règles de fonctionnement du LEnsE Absences La présence des étudiant·e·s