Microélectronique appliquée GPA770 Été 2014

1. Microélectronique appliquée GPA770 Été 2014 GPA770: Microélectronique appliquée

2. 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. 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

4. (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

5. (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

6. (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

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

8. (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

9. (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

10. (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

11. (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

12. (2) Plan détaillé du cours • Évaluation: GPA770: Microélectronique appliquée

13. (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

14. (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

15. (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

16. 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

17. (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

18. (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

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

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

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

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

23. 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

24. (4) Intro aux microcontrôleurs • Origines desSystème 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

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

26. (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

27. (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

28. (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

29. (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

30. (4) Intro aux microcontrôleurs • Microprocesseur: un circuit intégré qui comporte seulement un unité CPU • Micro-ordinateur: une carte qui est composéde 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

31. (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

32. (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

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

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

35. (4) Intro aux microcontrôleurs GPA770: Microélectronique appliquée

36. (4) Intro aux microcontrôleurs GPA770: Microélectronique appliquée