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Roger D. HERSCH : Professeur à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne Département d’informatique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les microcontrôleurs sont et continueront à être largement utilisés pour les applications de régulation et de commande de processus. Ce sont de véritables micro-ordinateurs intégrés sur une puce de silicium qui comportent une unité centrale, de la mémoire ou une interface à de la mémoire externe, des ports d’entrée-sortie, une interface pour lignes série (RS-232) ainsi qu’une unité de gestion de temps et d’événements. Les signaux d’entrée-sortie du microcontrôleur peuvent être facilement interfacés à des coupleurs optiques afin d’interfacer des capteurs et des actuateurs industriels.
Pratiquement tous les fabricants de microprocesseurs (Motorola, Intel, Hitachi, Texas Instrument, Toshiba, ST Microélectronique-ex SGS-Thomson, etc.) proposent une ou plusieurs gammes de microcontrôleurs. Les microcontrôleurs 4 bits servent essentiellement à des tâches simples. De tels microcontrôleurs sont par exemple utilisés au sein d’objets ménagers grand public, tels que des cuisinières, machines à laver ou aspirateurs. Les microcontrôleurs 8 bits sont capables de répondre à des exigences plus élevées et sont utilisés pour la commande de dispositifs informa-tiques tels que des joysticks, tablettes graphiques et modems. Ils sont également utilisés pour la programmation de petits robots ainsi que pour l’acquisition de données (convertisseurs A/D, etc.). Les microcontrôleurs 16/32 bits sont utilisés pour la commande de machines ou le contrôle de processus, lorsque les contraintes temps réel sont sévères ou lorsque les algorithmes de régulation nécessitent une puissance de calcul importante. Des variantes de microcontrôleurs avec canaux d’accès mémoire direct offrant un grand débit entre mémoire et entrées-sorties sont utilisés dans les applications multimédia et pour le contrôle d’imprimantes laser.
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5. Conclusions
Nous avons présenté de manière détaillée le fonctionnement des microprocesseurs. Les microcontrôleurs incorporent en plus de leur microprocesseur les éléments primordiaux pour la commande de systèmes industriels tels que l’unité de gestion du temps et des événements, les ports d’entrée-sortie et la logique programmable pour la gestion des interruptions. Les systèmes de commande industriels comportent un noyau logiciel offrant des services plus étendus. Par exemple, de nombreuses cartes industrielles incorporent dans leur mémoire morte un moniteur temps réel permettant de créer et de gérer des processus légers (en anglais threads), des sémaphores ainsi que des exclusions mutuelles. Grâce à ces éléments, la programmation de systèmes de commande peut s’effectuer en utilisant un processus léger séparé pour la commande de chaque sous-système. Par exemple, pour la régulation d’un robot à plusieurs degrés de liberté (axes), on pourra associer un processus léger par axe et synchroniser ces processus avec un processus maître qui gère l’ensemble de la commande du robot. Souvent, les dispositifs de régulation offrent également des routines librairie pour la commande de moteurs, par exemple par régulation proportionnelle, intégrale et différentielle (PID).
Déjà très répandus aujourd’hui pour le contrôle des processus de fabrication, les microcontrôleurs seront encore plus répandus dans l’avenir. À titre d’exemple, la voiture de haute technologie incorpore de nombreux microcontrôleurs qui communiquent entre eux à grande vitesse afin d’offrir, par le biais de capteurs appropriés (mesure de distance par rapport au véhicule précédent, positionnement de la voiture sur la piste, etc.) un dispositif de sécurité capable de prendre des mesures adéquates en cas d’urgence.Pour compléter cette étude, on pourra se reporter aux références , ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CLEMENTS (A.) - Microprocessor Systems Design : 68000 Hardware - . Software and Interfacing, PWS Publishing Company, 1997.
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(2) - HERSCH (R.D.) - Informatique Industrielle - . Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1997.
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(3) - MC68331 User’s Manual - . Motorola Inc., 1991 : http://ebus.motsps.com/mcu/documentation/pdf/331umr1.pdf
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(4) - PREDKO (M.) - * - Handbook of Microcontrollers, McGraw Hill, July 1998.
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