Ce cours donne les bases théoriques et pratiques nécessaires à une bonne compréhension et utilisation des microcontrôleurs. De nombreux exemples seront abordés. Des exercices seront proposés, compatibles avec les cartes à microcontrôleurs Arduino ou LaunchPad MSP430G.
Pratique : Comment se présente un microcontrôleur
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Из курса от партнера École Polytechnique Fédérale de Lausanne
Comprendre les Microcontroleurs
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Langage C et entrées-sorties
La compréhension des entrées-sorties et des opérations logique est délicate, c'est pourquoi Arduino s'efforce de cacher le comportement détaillé du microcontrôleur, au détriment de la performance. Le C permet la maîtrise complète du microcontrôleur. C'est ce qui a fait son succès depuis 40 ans... et votre motivation pour l'apprendre !
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Jean-Daniel NicoudHon. Prof.
Informatique
Pierre-Yves RochatChargé de cours
EPFL, Génie mécanique
Bonjour.
J'aimerais vous montrer aujourd'hui un
peu comment se présentent les microcontrôleurs.
Certes, vous avez déjà l'habitude de l'Arduino, avec son microcontrôleur,
du LaunchPad, sur lequel se trouve aussi un socle avec
un microcontrôleur, mais vous avez
probablement compris que les microcontrôleurs
correspondent à des produits qui
s'étendent sur une gamme extrêmement large.
Vous avez de tout petits microcontrôleurs
qui ont huit pattes, seulement, peut-être même
six pattes seulement, vous avez aussi des
microcontrôleurs qui ont beaucoup plus de pattes.
Au niveau de la taille des
mémoires, celle-ci peut varier d'une manière absolument
considérable, vous avez des petits processeurs qui
ont tout juste un kilo de mémoire
flash, donc de mémoire de programme, aujourd'hui
on trouve également sur le marché des
microcontrôleurs qui ont jusqu'à quatre mégas octets
de mémoire flash, ce qui est considérable.
De la même manière, pour la mémoire vive, vous trouvez des processeurs qui
n'ont presque pas de mémoire, ou quelques dizaines ou quelques centaines d'octets de
mémoire vive, et on trouve également sur la marché aujourd'hui des microcontrôleurs
qui ont 512 kilos de mémoire sur le circuit intégré, ce qui est considérable.
Alors regardons un petit peu de
plus près comment se présentent ces microcontrôleurs.
Sur ce LaunchPad, vous constatez qu'il y a un microcontrôleur qui a 20
pattes, et son boîtier est ce qu'on appelle un boîtier dual inline.
Voilà le circuit intégré comme il se présente.
À noter que cette technologie de boîtier existe depuis extrêmement longtemps.
les premiers circuits intégrés étaient déjà
fabriqués avec cette technologie, mais aujourd'hui
ça n'est plus la manière la
plus habituelle de présenter un circuit intégré.
Si vous prenez par exemple ici un Diduino,
vous voyez que le microcontrôleur se présente sous
forme d'un circuit beaucoup plus petit, il a
toutefois davantage de pattes, elles sont beaucoup plus serrées.
On apelle ça des circuits montés en surface.
En anglais ça s'appelle Surface Mounted Devices, SMD, et cette notation
parfois s'entend aussi en français Composants Montés en Surface, CMS.
Mais souvenez-vous de cette expression SMD,
donc des composants montés en surface.
Voila ici une autre carte, qui est un
processeur un petit peu plus puissant, un processeur arm,
voyez que c'est aussi un composant qui est
monté en surface, avec évidemment beaucoup plus de pattes.
Et si on prend un circuit encore plus dense,
ici, vous reconnaissez le Raspberry Pi, qui est un petit
ordinateur, une petite carte mère, eh bien vous voyez qu'ici
ce circuit intégré, les pattes, on ne les voit pas.
Elles sont dessous, elles sont sous le circuit intégré, on appelle ça des Ball
Grid, des grilles de petites boules qui sont soudées sous le circuit intégré.
C'est évidemment des technologies qui sont assez inaccessibles pour les amateurs.
Même s'il fallait souder un circuit de ce type-là, ça n'est pas tout à fait facile
si on n'a pas un outillage bien adapté
et les amateurs souvent évitent ce type de technologie.
Alors, posons-nous la question: comment fait-on lorsqu'on est
un amateur pour mettre en oeuvre un microcontrôleur.
Alors on est bien d'accord, une des
solutions c'est prendre une carte toute faite,
telle que l'Arduino.On va pouvoir rajouter sur
les connecteurs différentes extensions à notre microcontrôleurs.
Mais il y a aussi la possibilité de
réaliser des montages, par exemples sur des Breadboard.
Voilà ici un montage qui utilise un microcontrôleur MSP 430,
avec donc une plaque d'expérimentation qu'on appelle aussi Breadboard.
Vous savez probablement que ces plaques présentent des
groupes de cinq trous qui sont connectés ensemble.
Par exemple le circuit intégré ici, chacune des pattes offre
donc quatre trous supplémentaires, pour connecter ici et là les alimentations.
Ici quelques interrupteurs, ici quelques diodes lumineuses, et cetera.
C'est évidemment très pratique parce qu'il n'y a pas
besoin de fer à souder, il n'y a pas besoin
de connaissance particulière, c'est par contre relativement difficile de
faire des jolis montages, avec des fils coudés bien propres.
Souvent on utilise également des fils de ce type-là, mais
on a souvent alors comme résultat un câblage qui devient un
petit peu un plat de spaghettis, mais c'est très pratique
pour ajouter quelques connections sur un montage qu'on aurait déjà utilisé.
Vous savez certainement que les montages
professionnels sont réalisés sur des circuits imprimés.
Voilà ici une carte mère d'ordinateur, voyez
ces nuées de petits composants montés en
surface, on comprend bien évidemment que cette
technologie n'est pas à la portée des amateurs.
Mais il existe malgré tout des techniques qui sont adaptées à faire des montages
définitifs, soudés, proprement réalisés, sans faire des circuits imprimés.
En particulier, je propose cette technique qui
est basée sur des circuits qu'on appelle Veroboard.
Vous voyez ici que cette plaque est constituée de bandes de
cuivre et de trous, sur lesquels on va pouvoir insérer les composants.
Voilà comment se présente ce petit montage.
On voit un microcontrôleur, on voit d'autres composants.
les connexions qui sont faites par-dessous apparaissent simplement sous forme de
traits sur le petit papier qu'on a mis pour faciliter le montage.
Ces traits correspondent aux pistes qui sont dessous.
Par contre, les connexions verticales
ici sont faites avec des petits fils qui permettent ainsi de réaliser le montage.
J'aimerais vous encourager à réaliser des montages avec cette technologie, elle est
tout à fait facile, vous n'avez besoin que d'un fer à souder, d'une pince coupante.
Ces plaques, elles se trouvent très facilement dans
le commerce, même dans les grandes villes africaines,
et donc c'est une technique qui est à
la fois peu coûteuse et vraiment accessible à tous.
Bien évidemment, il faut pas improviser, je vous encourage vivement à dessiner
votre circuit avec un logiciel de
conception de circuits imprimés, j'utilise souvent
un logiciel qui s'appelle TCI 4, c'est un logiciel extrêmement simple, qui a été
réalisé par un professeur Français pour dessiner des petits circuits imprimés.
Si vous voulez le faire de manière
un peu plus professionnelle, vous pouvez utiliser un
logiciel open source qui s'appelle KiCad, qui
est disponible sur les plateformes telles que Windows,
Linux et cetera, et qui permet alors
de dessiner les circuits de manière très professionnelle,
en commençant par réaliser le schéma électrique, électronique,
puis ensuite de faire l'association avec des modules,
avec des composantes, puis ensuite de faire l'implémentation physique.
Alors vous aurez à réaliser des circuits imprimés un peu
particulier, qui ont des règles
différentes des circuits imprimés traditionnels,
de telle manière que ça corresponde à la logique, en
quelque sorte en X, Y, horizontale, verticale de ce Veroboard.
La réalisation de circuits imprimés est aussi tout à
fait possible, ça n'est pas si compliqué d'utiliser un logiciel
de dessin, de produire les fichiers nécessaires à leur
fabrication et ensuite de faire le montage sur le circuit imprimé.
Voilà ici un circuit que j'ai dessiné il y a quelques années, que
j'ai produit en quelques centaines d'exemplaires, c'était
justement un programmateur pour des microcontrôleurs AVR.
Alors souvenons-nous que les microcontrôleurs
correspondent à des produits d'une très
grande gamme, qu'il y a des petits microcontrôleurs faciles à mettre en
oeuvre, dans des boîtiers qui nous sont accessibles, que beaucoup d'autres sont
moins faciles à souder mais qu'on peut l'utiliser sur des cartes pré-existantes,
et finalement le conseil que je peux vous donner, c'est, ne
vous attaquez pas à un problème
trop compliqué pour vous, maîtrisez progressivement
ces techniques des microcontrôleurs, faites des montages de plus en plus
compliqués et vous verrez que vous pourrez aller très loin avec ces microcontrôleurs.
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