LES SYSTEMES AUTOMATISES

1
LES SYSTEMES AUTOMATISES

• Et les microcontrôleurs
• de la famille PIC
• de Microchip

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SOMMAIRE

• Présentation des systèmes automatisés
• Organisation matérielle de l unité de traitement
• Architecture minimale d une unité centrale
• Architecture d un microcontrôleur PIC
• Exemple d exécution d un programme dans le
  microcontrôleur

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Présentation des systèmes automatisés
Informations électriques
Etat physique de la machine
Informations visuelles et/ou sonores
Capteurs
Machine
Commandes
Opérateur
Actionneurs
Unité de traitement
Actions mécaniques
Ordres
PARTIE COMMANDE
PARTIE OPERATIVE
4
Organisation matérielle de l unité de traitement
MACHINE
Interface
Clavier
Ordres
Commandes
Etats
Unité centrale (U.C.)
OPERATEUR
Afficheur
Mémoire
Informations
5
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
ROM
RAM
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Architecture Von Neumann
C est l architecture de base utilisée par les
processeurs Motorola (68HC11 par exemple), Intel,
AMD etc mais il existe une architecture plus
sophistiquée ...
6
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Mémoire programme
Entrées
Dans l architecture HARVARD, les données sont
séparées du programme, chacun dispose de sa
propre mémoire.
Architecture Harvard
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Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Mémoire programme
Entrées
Architecture Harvard
8
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
9
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
10
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
11
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
12
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
13
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
14
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
15
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
16
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
17
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
18
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
19
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
20
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
21
Architecture minimale d une Unité Centrale
Sorties
Mémoire données
Coupleur d entrée sortie
Micro- processeur
Entrées
Mémoire programme
Architecture Harvard
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Architecture d un PIC
Bus de données
Mémoire Données
STATUS
PC
RAM
TIMER
E/S
Adresse Programme
Adresse des Données
ROM
Mémoire Programme
MUX
Bus Programme
FSR
Instructions
Adresse des Données
DECODEUR D INSTRUCTION
Données
MUX
Séquenceur
ALU
Commandes
W
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Exécution d une addition
Bus de données
Mémoire Données
STATUS
PC
RAM
TIMER
E/S
Adresse Programme
Adresse Données
0000
Mémoire Programme
ROM
Mémoire Programme
MUX
Adresse
Contenu
Bus Programme
0000
3012
3012
PC
FSR
Instructions
Adresse Données
0001
0700
DECODEUR D INSTRUCTION
0002
0082
0003
0803
Données
MUX
Mémoire Données
Séquenceur
Adresse
Contenu
00
39
ALU
01
??
02
??
Commandes
W
RESET
24
Exécution d une addition
Bus de données
Mémoire Données
STATUS
PC
RAM
TIMER
E/S
Adresse Programme
Adresse Données
0001
Mémoire Programme
ROM
Mémoire Programme
MUX
Adresse
Contenu
Bus Programme
0000
3012
0700
FSR
Instructions
Adresse Données
0001
0700
DECODEUR D INSTRUCTION
0002
0082
PC
0003
Charger W avec la valeur présente
0803
12
Données
MUX
Mémoire Données
Séquenceur
12
12
Adresse
Contenu
00
39
ALU
01
??
02
??
12
Commandes
W
RESET
25
Exécution d une addition
Bus de données
39
Mémoire Données
STATUS
PC
RAM
TIMER
E/S
Adresse Programme
Adresse Données
0002
00
Mémoire Programme
ROM
Mémoire Programme
MUX
Adresse
Contenu
Bus Programme
0000
3012
0082
00
FSR
Instructions
Adresse Données
0001
0700
DECODEUR D INSTRUCTION
0002
0082
Addition avec le résultat dans W
0003
PC
0803
Données
39
MUX
Mémoire Données
Séquenceur
39
12
Adresse
Contenu
00
39
ALU
01
??
02
??
4B
Commandes
W
RESET
26
Exécution d une addition
Bus de données
4B
Mémoire Données
STATUS
PC
RAM
TIMER
E/S
Adresse Programme
Adresse Données
0003
02
Mémoire Programme
ROM
Mémoire Programme
MUX
Adresse
Contenu
Bus Programme
0000
3012
0803
02
FSR
Instructions
Adresse Données
0001
0700
DECODEUR D INSTRUCTION
0002
0082
Stocker W à en mémoire
0003
0803
Données
PC
MUX
Mémoire Données
Séquenceur
Adresse
Contenu
0000
39
ALU
0001
??
4B
0002
4B
Commandes
W
4B
RESET
27
FIN
28
LE MICROPROCESSEUR (µP)

• Il traite les différentes données selon le
  programme contenu dans la mémoire. Les références
  les plus connues actuellement sont les Pentium,
  Athlon ...
• Lorsqu il possède de la mémoire et des
  périphériques (timers, coupleurs d entrée -
  sortie ) il porte le nom de microcontrôleur
  (PIC16F84, 68HC11).

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La mémoire ROM

• ROM Read Only Memory ou mémoire à lecture
  seule, appelée aussi mémoire morte, le
  microprocesseur ne peut pas en changer le
  contenu.
• Elle contient le programme (code des
  instructions) et peut contenir aussi des données
  (ce seront des constantes dont les valeurs seront
  fixées à la programmation).

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La mémoire RAM

• RAM Random Acces Memory ou mémoire à accès
  aléatoire, appelée aussi mémoire vive. Le
  microprocesseur peut y lire et écrire.
• Elle contient les données dont le programme a
  besoin. Elle peut aussi contenir un programme
  (cas des ordinateurs PC, MAC )

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Le coupleur d Entrée - Sortie

• Permet au microprocesseur de communiquer avec le
  monde extérieur.
• Les liaisons peuvent être parallèles (plusieurs
  lignes ou bits simultanés) ou séries (une seule
  ligne physique sur laquelle les bits transitent
  successivement)

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UNITE DE TRAITEMENT

• Reçoit les commandes de l opérateur et les
  informations des capteurs (cela constitue les
  données d entrée).
• A partir des données d entrée, il détermine les
  ordres à transmettre aux actionneurs et les
  informations de signalisation pour l opérateur
  (se sont les données de sortie)

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ACTIONNEURS

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

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CAPTEURS

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

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Le registre STATUS

• Il contient les informations (bits)
  représentatifs de l état interne de l U.A.L.
  (zéro, retenue), de l état du processeur ou
  encore de choisir les zones mémoires auxquelles
  on souhaite accéder.
• Il possède 8 bits ayant chacun une signification.

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

• ALU Arithmetical and Logical Unit, c est la
   calculatrice  du processeur, toutes les
  opérations logiques et arithmétiques y sont
  réalisées.
• Sa capacité de calcul est de 8 bits.

37
Le registre W

• Le registre W (pour Work travail) sert à
  stocker les valeurs avec lesquelles sont
  effectués les calculs.
• Sa capacité est de 8 bits.

38
Le Compteur Programme

• Le compteur programme (PC Program Counter) est
  un compteur ordinal qui génère les adresses
  auxquelles seront lues les instructions
  successives à exécuter pour que le programme
  accomplisse sa tâche.
• Selon le PIC utilisé, la capacité du PC varie
  avec la taille de la mémoire programme disponible
  (il est de 13 bits pour le 16F84).

39
La RAM

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

40
La ROM

• La ROM (ou mémoire morte) est ici destinée au
  programme.
• Cette mémoire est programmée à la réalisation du
  système. Selon le modèle, elle peut être
  effaçable par Ultra-Violets (UVPROM),
  électriquement (EEPROM) ou ne pas être effaçable
  (OTPROM).

41
Le TIMER

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

42
Les Entrées - Sorties

• Ce registre sert d interface avec le monde
  extérieur.
• A chaque bit correspond une patte du
  microcontrôleur.
• On y lit les données provenant de l extérieur ou
  on y écrit les données que l on veut communiquer.

43
Le séquenceur

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

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Le décodeur d instructions

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

45
Le Multiplexeur (MUX)

• C est un aiguillage avec, ici, deux entrées et
  une sortie.
• Une logique de commande permet de relier une
  entrée et une seule à la sortie.
• L entrée choisie dépendra de l instruction à
  réaliser.

46
Le registre FSR

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