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I République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L'Enseignement S

I République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE SYSTEMES A MICROPROCESSEURS Cours & Exercices Support de cours destiné aux étudiants de la 3ème année Licence en Electronique Préparé par : Dr Nabil BOUKHENNOUFA 2016 Préface Un microprocesseur est un circuit logique programmable. Pour comprendre son fonctionnement, ce support de cours exige de l'étudiant de la troisième année Licence en Electronique d'avoir des connaissances préalables dans le domaine de l'électronique numérique et des notions de base acquises en algorithmiques. L'étude d'un microprocesseur demande des concepts à deux niveaux ; des concepts hardware et software : allant de la structure électronique jusqu'à la programmation. La structure hardware est la structure physique du microprocesseur, sa programmation le rend un composant vivant. Cependant, ce support de cours présente l'approche hardware et software du microprocesseur 8 bits de la firme Intel connu sous le nom de 8085. Ce dernier qui est actuellement un outil pédagogique très simple et très utile pour les étudiants débutants dans le domaine des microprocesseurs. Dans ce support de cours, j'ai essayé de construire un ensemble d'initiations qui comprennent une majeure partie sur le microprocesseur 8085 et ces interfaces et leurs programmations en assembleur. J'ai voulu mettre au clair ce qui me semble constituer le minimum de connaissances que doit posséder un étudiant en cycle universitaire "3ème année Licence en Electronique". Tous les points évoqués sont loin d'englober la liste des connaissances à posséder dans ce domaine. Elles me paraissent cependant utiles pour constituer un solide bagage aux étudiants qui seraient amené à aborder des conceptions à base de microprocesseurs. Ce support de cours donne dans la première partie un aperçu historique et des définitions de quelques concepts de base dans le domaine des systèmes à microprocesseurs. Dans la deuxième partie, une étude a été abordée sur les types de mémoires, leurs technologies et leurs adressages. Aussi, une description détaillée a été donnée concernant le mode de fonctionnement du système à microprocesseur 8085. La gestion des interruptions et des interfaces d'entrées / sorties (Interfaces parallèle 8255A, interface série 8250, Timer 8254 et contrôleurs d'interruption PIC 8259) est une tâche plus ou moins complexe, elle nécessite plus de concentration surtout pendant la configuration des registres des interfaces. Ce manuscrit contient des exemples permettant de bien comprendre l'application du microprocesseur 8085 dans les systèmes électroniques. A la fin de ce support de cours, j'ai essayé de constituer une base d'un minimum d'exercices non résolus en laissant aux étudiants l'esprit d'initiative afin d'effectuer la conception et l'analyse des systèmes à base de microprocesseurs 8085. Dr Nabil BOUKHENNOUFA I TABLE DES MATIERES CHAPITRE I : LES REGISTRES I. Généralités........................................................................................................................... 1 II. Registre de mémorisation................................................................................................... 1 II.1. Registre à écriture parallèle / lecture parallèle (Parallel In Parallel Out : PIPO)........ 1 II.2. Registre à écriture série / lecture série (Serial In Serial Out : SISO).......................... 2 II.3. Registre à écriture série / lecture parallèle (Serial In Parallel Out : SIPO)................. 2 II.4. Registre à écriture parallèle / lecture série (Parallel In Serial Out : PISO)................. 2 III. Registres à décalage.......................................................................................................... 3 III.1. Décalage à droite....................................................................................................... 3 III.2. Décalage à gauche..................................................................................................... 3 III.3. Registre à décalage en anneau ou registre à décalage circulaire (rotation)............... 4 III.4. Registre à décalage universel bidirectionnel 4 bits "74194"..................................... 4 IV. Compteurs......................................................................................................................... 6 IV.1. Classification des compteurs...................................................................................... 6 IV.2. Modes de comptage................................................................................................... 6 IV.3. Exemple d'un compteur binaire synchrone à cycle complet à 3 bits......................... 7 CHAPITRE II : LES MEMOIRES A SEMI CONDUCTEURS I. Identification de la fonction................................................................................................. 9 II. Architecture d’une mémoire............................................................................................... 9 III. Types de mémoires intégrés.............................................................................................. 9 III.1. Mémoires mortes ROM (Read Only Memory).......................................................... 9 III.2. Mémoires vives (RAM : Random Access Memory).................................................. 11 IV. Structure d’une mémoire à accès direct............................................................................ 12 V. Caractéristiques d’une mémoire......................................................................................... 12 V.1. Capacité....................................................................................................................... 12 V.2. Format.......................................................................................................................... 12 V.3. Vitesse.......................................................................................................................... 13 V.4. Consommation............................................................................................................. 13 II V.5. Brochage et alimentation du boîtier............................................................................. 13 V.6. Cycle de fonctionnement............................................................................................. 13 VI. Assemblage de boîtiers mémoire...................................................................................... 14 VI.1. Augmentation de la taille des mots............................................................................ 15 VI.2. Augmentation du nombre de mots............................................................................. 15 CHAPITRE III : HISTORIQUE ET EVOLUTION DES ORDINATEURS I. Historique des ordinateurs................................................................................................... 16 II. Catégories d'ordinateurs..................................................................................................... 17 II.1. Superordinateurs.......................................................................................................... 17 II.2. Ordinateurs centraux................................................................................................... 17 II.3. Mini-ordinateurs.......................................................................................................... 17 II.4. Micro-ordinateurs........................................................................................................ 18 III. Organisation d'un ordinateur............................................................................................. 18 III.1. Unité centrale de traitement (Central Processing Unit : CPU).................................. 18 III.2. Mémoire..................................................................................................................... 19 III.3. Unités d’entrées / sorties............................................................................................ 19 III.4. Bus du système........................................................................................................... 19 III.4.1. Bus de données.................................................................................................... 20 III.4.2. Bus d’adresses.................................................................................................... 20 III.4.3. Bus de commandes et de contrôle....................................................................... 20 IV. Périphériques..................................................................................................................... 20 IV.1. Périphériques d'entrée................................................................................................. 20 IV.2. Périphériques de sortie............................................................................................... 21 V. Microprocesseur.................................................................................................................. 21 VI. Notion de programme....................................................................................................... 22 VII. Structures Von Neuman et Harvard................................................................................. 22 VII.1. Structure de Von Neuman......................................................................................... 22 VII.2. Structure de Harvard................................................................................................. 23 CHAPITRE IV : ARCHITECTURE ET FONCIONNEMENT D'UN MICROPROCESSEUR I. Historique............................................................................................................................ 24 III II. Définition d'un microprocesseur......................................................................................... 25 III. Fréquence de fonctionnement........................................................................................... 25 IV. Architectures CISC et RISC.............................................................................................. 26 V. Architecture d’un microprocesseur..................................................................................... 26 V.1. Registres...................................................................................................................... 26 V.1.1. Accumulateur....................................................................................................... 26 V.1.2. Registre d’état (Flags).......................................................................................... 27 V.1.3. Compteur de programme..................................................................................... 27 V.1.4. Registre d’instruction........................................................................................... 27 V.1.5. Décodeur d’instruction........................................................................................ 27 V.1.6. Registres d’adresses............................................................................................. 28 V.1.7. Pointeur de pile.................................................................................................... 28 V.2. Unité arithmétique et logique (UAL).......................................................................... 28 V.3. Unité de contrôle et commande................................................................................... 29 VI. Fonctionnement d’un système à base de microprocesseur............................................... 29 VI.1. Ecriture en mémoire (WRITE).................................................................................. 29 VI.2. Lecture de la mémoire (READ)................................................................................. 29 VI.3. Communication avec les entrées/sorties.................................................................... 30 VI.4. Interruptions............................................................................................................... 30 VI.5. Accès direct à la mémoire (DMA)............................................................................. 31 CHAPITRE V : ETUDE D'UN MICROPROCESSEUR I. Historique............................................................................................................................ 32 II. Rôle du microprocesseur.................................................................................................... 32 III. Etude du microprocesseur 8085........................................................................................ 33 IV. Architecture externe du 8085............................................................................................ 33 IV.1. Bus d'adresses et bus de données............................................................................... 33 IV.2. Signaux de contrôle et d'état....................................................................................... 35 IV.3. Alimentation et générateur de fréquence.................................................................... 35 IV.4. Signaux d'interruptions............................................................................................... 35 IV.5. Ports d'E/S sériels....................................................................................................... 36 V. Démultiplexage des bus AD7-AD0.................................................................................... 36 VI. Architecture interne du 8085............................................................................................. 37 IV VI.1. Registres de base du 8085.......................................................................................... 37 VI.2. Format d'une instruction............................................................................................ 38 VI.3. Format de l'opcode..................................................................................................... 40 VI.4. Modes d'adressage..................................................................................................... 40 VI.4.1. Adressage par registre........................................................................................ 41 VI.4.2. Adressage immédiat........................................................................................... 41 VI.4.3. Adressage direct................................................................................................. 42 VI.4.4. Adressage indirect.............................................................................................. 42 VII. Jeu d'instructions du 8085............................................................................................... 43 VII.1. Instructions de transfert............................................................................................ 43 VII.2. Instructions arithmétiques......................................................................................... 45 VII.3. Instructions logiques................................................................................................. 49 VII.4. Instructions logiques de rotation............................................................................... 51 VII.5. Instructions de comparaison..................................................................................... 52 VII.6. Instructions de branchement..................................................................................... 53 VII.6.1. Saut inconditionnel........................................................................................... 53 VII.6.2. Sauts conditionnels........................................................................................... 54 VII.6.3. Boucles en assembleur...................................................................................... 55 VII.6.3.1. Boucles infinies........................................................................................ 55 VII.6.3.2. Boucles conditionnelles............................................................................ 56 VII.7. Implémentation de la pile......................................................................................... 56 VII.8. Sous programmes..................................................................................................... 58 VII.9. Appels conditionnels et instructions de retour.......................................................... 59 VIII. Cycle d'exécution d'une instruction................................................................................ 60 IX. Génération des délais........................................................................................................ 61 IX.1. Génération d'un délai utilisant un registre 8 bits........................................................ 62 IX.2. Génération d'un délai utilisant un registre pair.......................................................... 62 IX.3. Génération d'un délai utilisant deux boucles............................................................. 63 X. Exemple d'un programme assembleur d'un générateur du signal carré............................. 63 XI. Lignes de transmission série du microprocesseur 8085 SOD et SID............................... 64 XI.1. Ligne de transmission SOD...................................................................................... 64 XI.2. Ligne de réception SID.............................................................................................. 65 V CHAPITRE VI : LES INTERFACES D'ENTREES SORTIES I. Généralités........................................................................................................................... 67 II. Microprocesseur et circuits d'interfaces............................................................................. 67 III. Différents types d'interfaces.............................................................................................. 68 III.1. Interface périphérique programmable 8255A............................................................ 68 III.1.1. Brochage du 8255A............................................................................................ 68 III.1.2. Programmation du 8255A................................................................................... 71 III.1.3. Exemple d'application du 8255A........................................................................ 77 III.2. Interface série............................................................................................................. 80 III.2.1. Principe d’une interface série.............................................................................. 81 III.2.2. Connexion de deux équipements par une liaison série RS232........................... 81 III.2.3. Mise en œuvre d’une interface série, l’UART 8250........................................... 82 III.2.4. Ports USB (Universal Serial Bus)....................................................................... 84 III.3. Timer (Temporisateur), Intel 8254............................................................................. 85 CHAPITRE VII : LES INTERRUPTIONS I. Définition d’une interruption............................................................................................... 89 II. Prise en charge d’une interruption par le microprocesseur................................................. 89 III. Interruptions du 8085........................................................................................................ 90 III.1. Interruptions logicielles (Instruction RST "Restart")................................................. 91 III.2. Interruptions matérielles............................................................................................. 91 III.2.1. Interruption non vectorisée INTR....................................................................... 91 III.2.2. Interruptions vectorisées..................................................................................... 91 III.2.2.1. TRAP................................................................................................................ 91 III.2.2.2. RST 7.5, 6.5, et 5.5........................................................................................... 91 IV. Contrôleur programmable d'interruptions, PIC 8259........................................................ 93 IV.1. Initialisation du PIC 8259........................................................................................... 97 IV.2. Registres de commande.............................................................................................. 99 SERIES D'EXERCICES BIBLIOGRAPHIE Chapitre I Systèmes à microprocesseurs 1 CHAPITRE I LES REGISTRES I. Généralités Un registre est un ensemble de mémoire élémentaire (bascules) qui servent à enregistrer ou à modifier des combinaisons binaires appelées mots ou mots binaires. On distingue deux types de registres: Les registres de mémoire ou enregistrements et les registres à décalage. II. Registre de mémorisation [1,2] Les registres de mémorisation peuvent être classés selon la méthode d'écriture de données ou de lecture. II.1. Registre à écriture parallèle / lecture parallèle (Parallel In Parallel Out : PIPO) Tous les bits sont transmis et mémorisés en même temps dans ce type de registre (figure I.1). Figure I.1 : Registre PIPO Exemple : Avant le front : A0=D0 a1=D1 a2=D2 a3=D3 1 0 0 1 Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 Après le front : Q0 Q1 Q2 Q3 1 0 0 1 a0 Q0 a1 Q1 a2 Q2 a3 Q3 H D3 Q3 Q3 D0 Q0 Q0 D1 Q1 Q1 D2 Q2 Q2 Chapitre I Systèmes à uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-syste-mes-a-microprocesseurs.pdf