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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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1. Microprocesseurs et microcontrôleurs
Dans ce paragraphe, nous expliquons d’abord le fonctionnement de base d’un système microprocesseur, puis présentons comme exemple l’architecture du microcontrôleur Motorola 68331.
1.1 Système informatique minimal
D’un point de vue matériel, un système informatique minimal est constitué d’un processeur, d’une mémoire et d’entrées-sorties (figure 1).
Le processeur (figure 3) a pour mission de rechercher les instructions qui sont en mémoire, de les décoder et de les exécuter. À cette fin, il contient un compteur ordinal pointant à l’adresse mémoire où se trouve la prochaine instruction à rechercher et à exécuter. Il contient également un registre d’instruction qui permet de stocker le code de l’instruction (code opératoire) recherchée en mémoire. Après chaque recherche d’instruction, le compteur ordinal est incrémenté afin de pointer à la prochaine instruction(1). Les registres de données permettent de stocker les opérandes nécessaires aux instructions de calcul ainsi que les résultats lors d’opérations logiques et arithmétiques. Les registres d’adresses permettent de stocker les adresses d’opérandes qui se trouvent en mémoire. Une unité arithmétique et logique permet d’effectuer les opérations arithmétiques et logiques les plus courantes.
(1) plus précisément, après chaque recherche d’octet ou de mot mémoire faisant partie d’une instruction, le compteur ordinal est incrémenté afin de pointer sur la suite de la même instruction ou sur l’instruction suivante.
La mémoire est utilisée pour le stockage d’instructions, de données ainsi que pour la pile(2). La mémoire est constituée de cellules de mémorisation binaires, groupées en mot de 8, 16, 32 ou 64 bits. La mémoire est adressée par mots de 8 bits, c’est-à-dire par octets (bytes). Une position mémoire est spécifiée par l’adresse d’un octet.
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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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