3.2. Différents types
d’interfaces
Une interface n’est rien
d’autre qu’un moyen de communication entre un
microprocesseur et des appareils auxiliaires qui y sont
connectés. Une interface nécessite du
matériel c’est-à-dire des circuits et
des cartes électroniques (le hard) et du logiciel
c’est-à-dire des programmes (le soft). Bien
entendu, de manière à assurer la
compatibilité entre les systèmes, il a
été nécessaire de définir
certaines normes. Les principales interfaces utilisées en
micro-informatique sont :
L’interface
parallèle
L’interface
série
Pour que la connexion
microprocesseur-périphérique puisse se faire, il
est nécessaire que le microprocesseur et le
périphérique disposent de la même
interface.
Qu’est-ce que le mode
parallèle ? Le mode série ?
On entend par-là le mode de
transmission des informations de l’ordinateur vers un
périphérique. Ce mode de transmission peut se
faire sur plusieurs fils (mode parallèle) ou sur un seul fil
(mode série).
Dans le mode parallèle, toutes
les informations composant chaque caractère sont transmises
ensemble. Ainsi par exemple, pour transférer des
informations vers l’imprimante, le câble reliant
l’imprimante à l’ordinateur sera, au
minimum, composé de 8 fils (en réalité
beaucoup plus car les informations ne circulent pas en sens unique). Le
câble parallèle se reconnaît
facilement : il est plat (sauf s’il est
blindé : il devient rond). Le mode
parallèle est utilisé pour connecter les
imprimantes ou certains appareils de mesure.
L’interface parallèle
est communément appelée PIA (Peripheral interface
adapter).
Dans le mode série, les
informations (ou bits) concernant un caractère sont
transmises les unes après les autres,
généralement par paquet de 10 (un bit de
départ, sept ou huit bits de données, un ou deux
bits d’arrivée). La norme la plus
utilisée est connue comme RS 232 (aussi appelée
en télécommunication norme V 24).
On utilise le mode série pour
connecter :
Un modem (appareil permettant de transférer des
données vers un autre ordinateur à travers une
ligne téléphonique)
Une imprimante placée à distance de
l’ordinateur (15 à 30 mètres)
Un lecteur de codes à barres
Une tablette à digitaliser
Le cerveau d’une carte RS 232 est
constitué par un processeur appelé UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter = émetteur
récepteur asynchrone universel).
3.3. Exemple d’interface
Le décodage d’un clavier
de type XY : le circuit complet de cette interface qui sera
vue en laboratoire comprend principalement une horloge, un compteur, un
multiplexeur, un dé multiplexeur et un décodeur.
3.3.1.
Multiplexeur ou sélecteur de
données
C’est un circuit logique ayant 8
entrées de données mais une seule sortie qui
communique ces données. L’aiguillage de
l’entrée de données qui nous
intéresse sur la sortie est commandé par les
entrées "select" appelées parfois
"entrées d’adresses".
Un code 000 raccorde
l’entrée D0 à la sortie Y
Un code 001 raccorde
l’entrée D1 à la sortie Y
Un code 111 raccorde
l’entrée D7 à la sortie Y
4. Programmation
4.1.
Nécessité d’un programme
Le microprocesseur doit recevoir des
instructions pour pouvoir travailler. L’ensemble des
instructions nécessaires à la
résolution d’un problème des
instructions nécessaires à la
résolution d’un problème
s’appelle programme. La mise en œuvre
d’un problème scientifique, technique ou de
gestion nécessite donc la rédaction
d’un programme écrit dans un certain langage de
programmation.
4.2. Programme machine
Le microprocesseur possède un jeu
d’instructions fourni par la notice du constructeur. Chaque
instruction, écrite en binaire peut porter sur un ou
plusieurs octets. Le programme ainsi écrit en binaire
s’appelle le programme machine.
Exemple : 1000 0110 0001 0100 charge
le nombre 20 dans l’accumulateur. Néanmoins, il
est possible de simplifier un peu la tâche du programmeur en
remplaçant chaque quartet du programme par le nombre
hexadécimal équivalent (Exemple : 8614).
Le microprocesseur doit être équipé
d’un clavier hexadécimal et d’un
programme stocké en mémoire morte traduisant
l’hexadécimal en binaire.
4.3. Programme
d’assemblage
Une amélioration
intéressante du langage machine consiste à
remplacer chaque instruction par un code mnémonique
à trois ou quatre lettres et chaque donnée
binaire par son équivalent décimal. Le programme
peut alors être entré dans l’ordinateur
au moyen d’un clavier alphanumérique.
L’unité centrale de l’ordinateur
contient obligatoirement, stocké en mémoire,
traduisant le programme d’assemblage en programme binaire
directement utilisable par le microprocesseur : ce programme
de traduction s’appelle assembleur. Exemple : ADD 16.
L’assembleur est un langage de
programmation (c’est-à-dire un moyen pour
l’homme de communiquer avec la machine) de très
bas niveau. L’assembleur va convertir un fichier source
contenant les instructions du microprocesseur sous forme de
mnémoniques anglaises en un fichier exécutable
contenant le code numérique binaire de chaque instruction,
et donc compréhensible par le microprocesseur.
4.4. Programme en langage
évolué
Les deux catégories de langages
précédents, langage machine et langage
d’assemblage, sont étroitement liées au
microprocesseur utilisé.
Puisqu’ils emploient ses codes
d’instructions. Par contre, un programme en langage
évolué est indépendant du
microprocesseur. Sa syntaxe devient proche de
l’écriture algébrique habituelle, ce
qui rend d’autant plus aisé le travail du
programmeur. Des programmes de traduction complexes, stockés
en mémoire morte ou vive et appelés compilateurs
et interpréteurs sont nécessaires pour
transformer le programme introduit en langage
évolué en programme machine.
Le compilateur analyse un fichier source
écrit dans un langage dit "structuré" et
transforme chaque instruction propre au langage en une suite
d’instructions machines. Il convertit donc le fichier source
en programme assembleur et ce n’est qu’ensuite
qu’est produit le fichier exécutable contenant les
codes binaires. Il effectue une étape de plus que
l’assembleur, c’est la transformation du "fichier
source écrit en langage structuré" vers un
"fichier source écrit en assembleur".
4.5. Avantage et inconvénient de
l’asm
Pour faire la distinction entre le programme
et le langage assembleur, on appellera "ASSEMBLEUR" le programme
traitant les fichiers sources et "ASM" le langage assembleur.
Si on compare l’asm aux langages
évolués ou de haut niveau, on peut citer comme
inconvénients :
- Temps de programmation plus long
- Beaucoup de codes pour faire peu
- Bugs plus fréquents
- Débogage plus difficile.
Les avantages de l’asm
sont :
- Rapidité
d’exécution
- Code compact (peu d’octets)
- On peut absolument tout faire.
5. Applications
5.1. Informatique
Les microprocesseurs sont à base
d’unités centrales de micro-ordinateurs.
5.2. Industrielle
Contrôle du fonctionnement
d’une machine outil, d’un poste de soudure ou de
peinture.
5.3. Domaine public
Contrôle de feux de circulation
Calculatrice de poche
Programmation d’appareils
électroménagers
Jeux vidéo
Pancréas artificiel
6. Types
de Microprocesseurs
Ils sont apparus au début des
années 1970. La question la plus importante concernant le
fonctionnement d’un microprocesseur est :
« En quoi un microprocesseur est-il
différent des autres circuits
intégrés ». La
réponse à cette question est :
« Programmation ».
Un microprocesseur est un circuit
électronique programmable. Avant, tous les circuits
intégrés étaient conçus en
vu d’une fonction spécifique. Lorsqu’une
fonction différente était nécessaire,
il fallait concevoir un autre circuit.
La programmation est l’ensemble des
opérations qui permettent de communiquer au microprocesseur
les instructions dont il a besoin.
Il existe trois types de
microprocesseurs :
Générique
Spécialisé
Personnalisé
6.1. Les
microprocesseurs génériques
Ce sont les plus polyvalents, on les trouve
dans les PC et les grands ordinateurs (ex : Vax). Il s
nécessitent un niveau de programmation
élevé.
Exemple : Z80 de Zlog, 6800 de
Motorola, 8088 et Pentium
de Intel.
6.2. Les
microprocesseurs spécialisés ou
dédiés
On les utilise pour des applications
spécifiques dans les produits électroniques
« grand public ». Ils sont
utilisés pour des applications précises. Le
microprocesseur du récepteur Sony AM/FM STR-AV250 est un
exemple de microprocesseur spécialisé. Le
microprocesseur TMP27C21N-3115 a été
conçu pour Toshiba pour le contrôle d’un
récepteur stéréo. Le programme est
conservé en mémoire morte (ROM) presque
entièrement. Seul le choix de mode et
l’information de pré-syntonisation des stations
sont conservées en mémoire vive (RAM). Les
microprocesseurs spécialisés sont
fabriqués par de nombreux fabricants. Le préfixe
du numéro du circuit intégré identifie
la compagnie qui l’a fabriqué :
Nec
®
UPD (UPD554)
Hitachi
® 40 (40614022F)
Toshiba
®
TMP (TMP4721N)
6.3. Les
microprocesseurs personnalisés
Ils sont encore plus spécifiques
que les microprocesseurs spécialisés. Ils sont
conçus pour l’utilisation dans un
modèle unique. Ils ne sont pas aussi populaires que les
microprocesseurs spécialisés
parcequ’ils sont fabriqués en plus petit nombre,
ce qui augmente leur coût. On les rencontre dans les
appareils haut de gamme. Les lettres CX dans le préfixe du
code identifient un microprocesseur personnalisé de Sony.
8. Éléments indispensables
Les éléments et
facteurs fondamentaux d’un
microprocesseur sont :
La source d’énergie
avec la fonction de régulation (VCC
ou VDD)
L’horloge (CLK)
La
réactivation (Reset).
Sans ces trois
éléments, le microprocesseur ne peut fonctionner.
Un microprocesseur est très fiable, s’il ne
fonctionne pas, il faut vérifier ces trois facteurs avant de
le remplacer.
8.1. Source
d’énergie
Dans les équipements
électroniques modernes, elle est de 5 Volts DC. Le positif
de l’alimentation est marqué VCC
ou VDD et la masse Gnd ou VSS. Cette tension indique
également quels niveaux de tension le microprocesseur
reconnaît comme valeurs numériques 1 ou 0.
8.2.
Réactivation (Reset)
Elle correspond à une instruction
spéciale. Elle ramène le microprocesseur au
début de son programme. Elle ramène le
microprocesseur au début de son programme. Elle
réactive également les registres, les bascules et
empêche le microprocesseur de fonctionner
jusqu’à ce que toutes les sources
d’alimentation soient stables.
8.3.
L’horloge
C’est un oscillateur à
haute fréquence qui synchronise le fonctionnement interne du
microprocesseur (4 Mhz, 8 Mhz, etc.). L’horloge est le
« cœur » du
microprocesseur. Si l’horloge ne fonctionne pas, le
microprocesseur ne peut fonctionner. Dans la majorité des
cas, la boucle de réaction de l’oscillateur
comprend un cristal. Parmi les composants de l’horloge, le
cristal est le moins fiable.
Si nous rencontrons un microprocesseur qui ne
fonctionne pas, il est plus probable qu’il y a une
défectuosité dans l’un des circuits
fondamentaux que dans le microprocesseur lui-même.
9. Entrées/Sorties
9.1. Les types de
signaux d’entrée sont ceux provenant de :
Capteurs. Exemple : lecteur de
cassettes Pioneer CT-W205R
SEN1 et SEN2 (broches 9 et 10 du
µC) : un optocoupleur à l’aide
d’une roue rotative dentée envoie des impulsions
au microprocesseur pour l’informer que les lecteurs 1 et 2
sont en fonctionnement. Si la roue dentée arrête
de tourner (courroie coupée, mécanique
bloquée), le microprocesseur arrête la platine
à l’origine de la panne.
Horloge en temps réel :
programmation d’un magnétoscope pour le
démarrage à une heure précise.
Commande
d’interrupteur : allumage à
l’aide d’une télécommande
d’un téléviseur via un relais.
Balayage de touches. Exemple :
touches de commandes du téléviseur Sharp
modèle CH27S20.
Conducteur omnibus (envoi de
données)
9.2. Les sorties
Elles sont classées
d’après le type de signal de sortie
qu’elles produisent. Les quatre types de sorties
sont :
Niveau logique constant haut ou bas (ON/OFF)
PWM =
Pulse Width Modulation
Échelle analogique (tension DC
variable de 0 à 8 volts DC par exemple. Voir volume du
téléviseur Sharp CH27S20)
Conducteur omnibus de
données avec 2 ou 3 fils :
- CS (Chip Select) ou Enable (permission)
- Data ou Données
- Clock ou Horloge
