Cours de microcontrôleurs

Leçon 1 • Organisation de la mémoire et adressage

Couvre la mémoire flash, la SRAM, l'EEPROM et l'agencement des registres. Les étudiants cartographient les régions mémoire et comprennent comment l'adressage affecte le placement du code et des données.

Leçon 2 • Qu'est-ce qu'un microcontrôleur

Définit les microcontrôleurs et les oppose aux microprocesseurs et aux FPGA. Fournit la base conceptuelle pour tous les sujets matériels et logiciels suivants.

Leçon 3 • Circuits d'alimentation et de réinitialisation

Explique la régulation de tension, les condensateurs de découplage et les exigences du signal de réinitialisation. Une conception d'alimentation correcte prévient les comportements erratiques abordés plus loin dans les chapitres sur le débogage.

Leçon 4 • Introduction à l'écosystème de développement

Passe en revue les IDE, les compilateurs, les programmateurs et les débogueurs utilisés tout au long du cours. Les étudiants installent une chaîne d'outils fonctionnelle avant d'écrire leur premier programme.

Leçon 1 • Configuration des broches d'entrée

Traite des entrées flottantes, des résistances de tirage et de rappel, et des entrées à trigger de Schmitt. Une configuration d'entrée correcte empêche les fausses lectures induites par le bruit.

Leçon 2 • Techniques d'anti-rebond des interrupteurs

Enseigne les méthodes matérielles et logicielles pour éliminer le rebond mécanique des interrupteurs. Un anti-rebond fiable est essentiel avant d'implémenter une entrée pilotée par interruption.

Leçon 3 • Configuration des broches de sortie

Couvre les modes de sortie push-pull et drain ouvert, la force de pilotage et la vitesse de montée. Les étudiants configurent les broches pour piloter correctement les LED, les relais et les signaux logiques.

Leçon 4 • Circuits de pilotage de LED et d'indicateurs

Couvre le calcul de la résistance de limitation de courant, les matrices de LED multiplexées et le charlieplexing. Les étudiants construisent des circuits indicateurs pratiques utilisés dans les chapitres de projet ultérieurs.

Leçon 1 • Gestion de la latence et de la priorité des interruptions

Analyse les sources de latence des interruptions et les stratégies pour respecter les échéances temps réel. Les décisions d'attribution de priorité affectent directement la réactivité du système.

Leçon 2 • Configuration des interruptions externes

Configure les interruptions externes déclenchées par front et par niveau sur les broches GPIO. Les étudiants remplacent les boucles de scrutation par une gestion efficace des entrées pilotée par interruptions.

Leçon 3 • Drapeaux logiciels et traitement différé

Introduit le traitement basé sur des drapeaux dans la boucle principale pour décharger le travail des ISR. Ce motif évolue vers le modèle de tâches RTOS présenté dans les chapitres ultérieurs.

Leçon 4 • Architecture du système d'interruptions

Explique les vecteurs d'interruptions, le contrôleur d'interruptions et les niveaux de priorité. Cette architecture sous-tend toutes les techniques événementielles enseignées dans ce chapitre.

Leçon 1 • Configuration du chien de garde

Configure le chien de garde pour réinitialiser le système en cas de blocage du firmware. L'intégration du chien de garde est une pratique de fiabilité obligatoire pour les systèmes embarqués déployés.

Leçon 2 • Génération de signaux PWM

Configure les modes PWM rapide et à phase correcte pour contrôler le rapport cyclique et la fréquence. La sortie PWM pilote les moteurs, les gradateurs et les signaux audio dans les chapitres de projet.

Leçon 3 • Génération de délais temporels précis

Implémente des délais bloquants et non bloquants en utilisant les événements de débordement et de comparaison du temporisateur. Les délais non bloquants remplacent les boucles d'attente active dans un firmware réactif.

Leçon 4 • Architecture matérielle du temporisateur

Décrit les pré-diviseurs, les registres de compteurs et les unités de comparaison/capture à l'intérieur d'un périphérique temporisateur. La compréhension architecturale permet une sélection correcte du mode du temporisateur.

Leçon 1 • Communication asynchrone UART

Configure le débit en bauds, le format de trame et le contrôle de flux pour la transmission UART. L'UART est le protocole série le plus simple et constitue la base de la comparaison des protocoles.

Leçon 2 • Protocole synchrone SPI

Explique les rôles maître et esclave SPI, la polarité d'horloge et les modes de phase. Les étudiants interfacent la mémoire flash SPI et les modules d'affichage utilisés dans les chapitres de projet.

Leçon 3 • Protocole à deux fils I2C

Couvre les conditions de démarrage/arrêt I2C, l'adressage et la gestion ACK/NACK. Les compétences de gestion de bus multi-périphériques s'appliquent directement aux conceptions de hubs de capteurs.

Leçon 4 • Tampons circulaires pour données série

Implémente des tampons en anneau pour découpler la réception de données ISR du traitement de la boucle principale. La conception du tampon empêche la perte de données à des débits en bauds et des vitesses de bus élevés.

Leçon 1 • Réduction du bruit et moyennage

Applique le suréchantillonnage, la décimation et les filtres à moyenne mobile pour réduire le bruit ADC. Ces techniques améliorent la résolution de mesure au-delà des limites matérielles.

Leçon 2 • Architecture et configuration de l'ADC

Explique le fonctionnement de l'ADC à approximations successives, la tension de référence et la résolution. Une configuration correcte est un prérequis pour une acquisition de données de capteurs précise.

Leçon 3 • Sortie DAC et génération de formes d'onde

Configure le périphérique DAC pour produire des tensions de référence DC et des formes d'onde arbitraires. La sortie DAC pilote les actionneurs et les circuits audio dans le cadre du projet.

Leçon 4 • Modes d'échantillonnage et déclenchement ADC

Configure les modes unique, continu et de balayage avec des déclenchements par temporisateur et logiciels. L'échantillonnage déclenché synchronise l'acquisition de données avec les événements système.

Leçon 1 • Horloge temps réel et réveil planifié

Utilise le périphérique RTC pour planifier des événements de réveil périodiques à partir d'un sommeil profond. La planification basée sur RTC permet des nœuds de capteurs à cycle de service avec une longue durée de vie de la batterie.

Leçon 2 • Désactivation de l'horloge des périphériques

Désactive les horloges des périphériques inutilisés via les registres de contrôle d'horloge pour réduire la puissance dynamique. La désactivation de l'horloge complète les modes de veille pour une gestion fine de la puissance.

Leçon 3 • Réduction de tension et de fréquence

Réduit la tension du cœur et la fréquence du CPU à l'exécution pour diminuer la dissipation de puissance dynamique. Les étudiants implémentent la mise à l'échelle dynamique de la tension et de la fréquence dans le firmware.

Leçon 4 • Analyse de la consommation électrique

Mesure le courant actif, au repos et en veille à l'aide de fiches techniques et d'instruments de laboratoire. Un budget de puissance précis est le fondement de la conception de systèmes basse consommation.

Leçon 1 • Mécanismes de communication inter-tâches

Utilise des files d'attente, des sémaphores et des mutex pour partager des données et synchroniser les tâches en toute sécurité. Ces primitives empêchent les conditions de concurrence identifiées dans le chapitre sur les interruptions.

Leçon 2 • Motifs de conception de machines d'états

Implémente des machines à états finis pour gérer un flux de contrôle complexe sans blocage. Les motifs FSM remplacent les conditionnelles imbriquées dans les contextes pilotés par interruptions et RTOS.

Leçon 3 • Concepts RTOS et gestion des tâches

Introduit l'ordonnanceur RTOS, les tâches, les priorités et la commutation de contexte. La conception basée sur les tâches permet une gestion concurrente des périphériques dans les applications complexes.

Leçon 4 • Architecture de firmware en couches

Organise le code en couches d'abstraction matérielle, de pilote, d'intergiciel et d'application. La stratification réduit le couplage et simplifie les tests et le portage sur différentes plateformes.