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Responsable(s) Vincent Duchaine

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École de technologie supérieure
Département de génie des systèmes
Responsable(s) de cours : Vincent Duchaine


PLAN DE COURS

Automne 2019
GPA770 : Microélectronique appliquée (4 crédits)



Préalables
Programme(s) : 7485
             
  Profils(s) : Tous les profils sauf Électricité  
             
    GPA325    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 25,0 % 75,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure de : démontrer les principes de la microélectronique dans l’automatisation et dans le traitement de l’information; appliquer ces principes dans le contexte d’instrumentation et inspection industrielle.

Organisation de matériel et du logiciel. Architecture de microcontrôleurs. Outils pour la conception et la programmation structurée de microcontrôleurs. Microcontrôleurs à logique floue. Configurations matérielles. Gestion d’exceptions. Module de temporisation. Convertisseur analogique-numérique. Interfaces de communications.

Séances de laboratoire : développer des applications en commande industrielle et en traitement d’information.

Précision sur le préalable : le préalable GPA325 Introduction à l'électronique est spécifiques aux profils M, I et P.



Objectifs du cours

Le cours GPA770 est axé vers l’intégration de diverses technologies électroniques et informatiques. Les objectifs du cours sont de transmettre à l’étudiant les connaissances et les techniques permettant l’application de la microélectronique dans les systèmes de contrôle et de traitement d’information. L’étudiant atteint ces objectifs à travers l’apprentissage :

  • des concepts fondamentaux de la micro-informatique industrielle, des systèmes numériques contrôlés par un programme stocké dans une mémoire, et des différents types de microcontrôleurs, leurs caractéristiques respectives et leurs applications industrielles particulières;

  • des méthodes pour effectuer la programmation de microcontrôleurs en macro-assembleur avancé et structuré (PDL), en langage à haut niveau (« C »), ainsi qu’avec un mariage des deux types de programmation;

  • des compromis occasionnés par la mise en œuvre de fonctions à accomplir dans le matériel, par rapport à celles faites dans le logiciel;

  • des approches pour exploiter les unités fonctionnelles internes d’un microcontrôleur, et pour étendre ses capacités (mémoires, entrées/sorties, etc.), afin qu’il puisse répondre à des besoins qui excèdent ses propres capacités internes;

  • des techniques de conception de raccords et d’interfaces numériques et analogiques requises pour communiquer avec le monde extérieur;

  • des habiletés au laboratoire- programmation, de simulation, et d’intégration des microcontrôleurs à un environnement réel, en utilisant les outils de développement conçus à cet effet.

 




Stratégies pédagogiques

39  heures de cours

36  heures de laboratoires

  5  heures de travail personnel par semaine (lectures, exercices, préparation des laboratoires, travail libre au labo, etc.)

 

Les concepts de base du cours GPA770 seront appris à l’aide d’un microcontrôleur générique qui est commun et versatile. Cette approche pédagogique se justifie par la similitude des concepts sous-jacents et par les composantes fonctionnelles reliées à différents microcontrôleurs. L’étudiant sera donc en mesure de transposer les connaissances acquises avec ce microcontrôleur particulier, pour maîtriser la grande diversité microcontrôleurs et microprocesseurs que l’on retrouve en industrie.  De plus, cette approche permet de maîtriser des aspects logiciels et matériels d’un système microélectronique de pointe.

 

Afin d’atteindre les objectifs d’apprentissage, ce cours est fortement orienté vers la réalisation d’activités de conception et de synthèse en laboratoire.

 




Utilisation d’appareils électroniques

Ne s'applique pas.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 11:30 Laboratoire (Groupe A)
Vendredi 13:30 - 16:30 Laboratoire (Groupe B)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Charles Fallaha Activité de cours cc-Charles.Fallaha@etsmtl.ca A-2112



Cours
Semaine (Date) Contenus traités dans le cours Lectures Heures

1

Jeudi

12 sept.

 

ORGANISATION DU COURS

  • présentation personnelle
  • plan détaillé du cours
  • organisation des laboratoires
  • introduction aux contrôleurs embarqués (origines, définitions et applications industrielles)

 

A. MISE EN CONTEXTE :

A. 1 Survol de l’électronique numérique :

  • systèmes de numérotation
  • opérations arithmétiques de base
  • circuits électroniques de base : portes, registres, etc.

1.1– 1.3

 

Annexes D et E

3

2

Jeudi

19 sept.

 

A.2 Architecture et programmation du 68HC12 :

  • systèmes électroniques contrôlés par instructions
  • architecture, sous-systèmes et mémoires
  • modèle du programmeur
  • format et cycle d’exécution d’une instruction

 

B. CONCEPTS LOGICIELS

B.1 Langage assembleur et  programmation structurée :

  • Mode d’adressage

1.4

 2.1, 2.2

2.3, 2.4

3

3

Jeudi

26 sept.

B.1 (suite)

  • jeu d’instructions: transfert, arithmétique, logique, etc.
  • directives de compilation
  • processus d’assemblage
  • boucles
  • pile

2.7

3.1 – 3.4

3

4

Jeudi

3 oct.

 

B.1 (suite)

  • Sous-routines : appel et passage de paramètres
  • utilitaire de sous-routines D-BUG12
  • programmation structurée

3.5 – 3.6

3

5

Jeudi

10 oct.

B.2 Microcontrôleurs à logique floue :

  • systèmes de contrôle classiques versus ceux à logique floue
  • opérations en logique floue du 68HC12
  • étude de cas en robotique

 

4.1 – 4.5

3

6

Jeudi

17 oct.

C. CONCEPTS MATÉRIELS

 

C.1 Configurations matérielles du 68HC12 :

  • architecture du système
  • ports d’entrées/sorties
  • modes d’opération
  • principaux sous-systèmes
  • méthodes d’expansion d’un microcontrôleur

5.1 – 5.6

8.1 – 8.4

3

7

Jeudi

24 oct.

EXAMEN INTRA

 

3

8

Mercredi

30 oct.

Retour sur l'examen intra

C.2. Gestion d’exceptions :

  • réponse aux exceptions : balayage de ports vs interruptions
  • exceptions avec le 68HC12 : remises à zéro, et interruptions masquables et non masquables
  • réponses aux interruptions
  • vecteur et priorité d’exceptions
  • routines de service d’interruption
  • système d’interruptions en temps réel

6.1 – 6.6

3

9

Jeudi

7 nov.

C.3 Module de temporisation (TIM) :

  • concepts fondamentaux
  • module de temporisation standard du 68HC12
  • saisie des entrées : mesurer les paramètres d’un signal
  • comparaison de sorties : générer des signaux précis

7.1 – 7.6

3

10

Jeudi

14 nov.

C.3 Fin TIM :

  • accumulateur d’impulsions

 

C.4 Convertisseur analogique - numérique (A-N) :

  • concepts fondamentaux

9.1 – 9.4

 

3

11

Jeudi

21 nov.

C.4 (suite)

  • sous-système de conversion du 68HC12
  • programmation du convertisseur

 

Intro projet final

9.5 – 9.6

3

12

Jeudi

28 nov.

C.5 Interfaces de communications sérielles :

  • communications sérielles avec un microcontrôleur
  • interfaces sérielles multiples du 68HC12
  • interface sérielle asynchrone SCI
  • interface sérielle synchrone SPI

10.1 – 10.6

3

13

Jeudi

5 déc.

Démonstration :

  • Compilation mixte assembleur/C avec HCS12

RÉVISION POUR L'EXAMEN FINAL

 

3

    Total   39

 




Laboratoires et travaux pratiques
Semaine (Date) Description (A-3564) Heures

1

Congé de TP

0

 

2

Vendredi

13 sept.

Début laboratoire 1 : Programmation assembleur du 68HC12

Partie 1a : mise en place de l’environnement de développement.

3
 

3

Vendredi

20 sept.

Partie 1b : programme simple avec branchements de base.

3

4

Vendredi

27 sept.

Partie 1c : sous-routines et passage de paramètres.

3
 

5

Vendredi

4 oct.

Partie 1d : sous-routines d'e/s D-BUG12
 

3
 

 6

Vendredi

11 oct.

Partie 1e : contrôleur à logique floue avec instructions HCS12.

3

7

Vendredi

18 oct.

Début laboratoire 2 : Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties

 Partie 2a : interface entre composantes du HCS12 – interrogation d’un bouton poussoir et afficheur à cristaux liquide (LCD). 

3

8

Vendredi

25 oct.

Partie 2b : interruptions externes

3

9

Vendredi

8 nov.

Partie 2c : contrôle de la vitesse de moteurs DC par modulation de durée d’impulsions. (TIM)

3

10

Vendredi

15 nov.

Partie 2d : détection et conversion du voltage des capteurs IR.

3

11

Vendredi

22 nov.

Début laboratoire 3 :

Navigation en temps réel du robot mobile (1)

3

12

Vendredi

29 nov.

Navigation en temps réel du robot mobile (2)

3

13

Mercredi

6 déc.

Navigation en temps réel du robot mobile (3)

(Démonstration et remise du rapport final)

3

 

Total

36 h

 




Utilisation d'outils d'ingénierie


        Stations de travail

                Logiciel

  • Environnement de développement intégré CodeWarrior de Freescale inc.

                Matériel

  • Microcontrôleur MC9S12C32 de la famille HCS12 de Motorola Inc.

  • Carte de développement PK-HCS12C32 de softTec Microsystems

  • Robot mobile miniature 'Carpet Rover Basic' de Lynxmotion Inc.

 




Évaluation
Activité Description % Date de remise

Laboratoires :

 

35

 

 

1. Programmation assembleur du 68HCS12.

10

11 octobre

 

2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties

15

15 novembre

 

3. Navigation en temps réel du robot mobile

10

6 décembre

Examens :

 

65

 

 

EXAMEN INTRA

30

24 octobre

 

EXAMEN FINAL

35

à déterminer

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 24 octobre 2019



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

  •  -5 points par jour de retard.



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire
  1. PACK, D. J. et S.F.BARRETT (2008). Microcontroller Theory and Applications: HC12 and S12, 2e éd. Prentice-Hall, ISBN :  0-13-615205-7.

  2. Motorola, S12CPUV2 Reference Manual, HCS12 Microcontrollers, Motorola inc., rev 4.003/2006

  3. Tremblay, M., Granger, É. et Grenier, D., Cahier de laboratoires pour le GPA770 – Microélectronique appliquée, ÉTS, rév.: octobre 2014.




Ouvrages de références
  1. CADY, F.M. etJ.M. SIBIGROTH (2000). Software and Hardware Engineering: Motorola M68HC12, Oxford University Press.

  2. CAVANAGH, J.F. (1984).Digital Computer Arithmetic: Design and Implementation, McGraw-Hill.

  3. COMER, B. J. et D.T. COMER (2003). Advanced Electronic Circuit Design, John Wiley and Sons.

  4. CRAINE, J.F. et J.R. MARTIN (1985). Microcomputer in Engineering and Science, Addison- Wesley.

  5. HUANG, H.-W. (2003). MC68HC12 An Introduction: Software and Hardware Interfacing, Thomson Delmar Learning.

  6. KERNIGHAN, B.W. et D.M. RITCHIE (1991). The C Programming Language, 2e éd., Prentice-Hall.

  7. MILLER, G.H. (2004). Microcomputer Engineering, Prentice-Hall, 3e éd.

  8. PEATMAN, J.B. (1988). Design with Microcontrollers, McGraw-Hill

  9. TOCCI, R. J. (1996). Circuits numériques : théorie et applications, Les éditions Reynald Goulet.

 

N.B.: Les manuels suivants de Motorola se retrouvent en fichiers PDF sur le site www.freescale.com et sur le site du cours.

  • Le manuel de référence du 68HCS12 :                         MC9S12C128V1.PDF
  • Le manuel de référence du CPU12 :                             S12CPUV2.PDF



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://cours.etsmtl.ca/gpa770/




Autres informations

COORDONNÉES DE L'ENSEIGNANT :

Courriel : cc-charles.fallaha@etsmtl.ca
Disponibilités : Sur rendez-vous