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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Vincent Duchaine


PLAN DE COURS

Hiver 2021
GPA770 : Microélectronique appliquée (4 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2021


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2021, les modalités suivantes seront appliquées :


La plupart des cours de la session d'hiver seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence si la situation socio-sanitaire le permet. Cette information est disponible sur l’horaire de la session d’hiver diffusé sur le site de l’ÉTS ainsi que sur Cheminot.

L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. L’étudiant doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS, afin de les rendre disponibles aux étudiants inscrits aux cours.


La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.


Les examens intra se feront normalement à distance. Les examens finaux se feront normalement en présence si la situation socio-sanitaire le permet.


Pour les examens (intra, finaux) qui devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.

Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2021, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour tout ou partie de la session d’hiver 2021.

Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.

En vous inscrivant ou en demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2021.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 17 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 31 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.




Préalables
Programme(s) : 7485,7885
             
  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

Ce cours sera remplacé par le cours GPA771 à compter de la session d'automne 2021.

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;
  • d'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 : il concerne les étudiants des 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
02 Mardi 08:30 - 11:30 Laboratoire (Groupe A)
Mardi 13:30 - 16:30 Laboratoire (Groupe B)
Vendredi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Vendredi 13:30 - 16:30 Laboratoire
Vendredi 18:00 - 21:00 Laboratoire (C)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
02 Charles Fallaha Activité de cours cc-Charles.Fallaha@etsmtl.ca A-2112
02 André-Philippe Audette Laboratoire andre-philippe.audette.1@ens.etsmtl.ca
02 André-Philippe Audette Laboratoire (C) andre-philippe.audette.1@ens.etsmtl.ca
02 André-Philippe Audette Laboratoire (Groupe A) andre-philippe.audette.1@ens.etsmtl.ca
02 André-Philippe Audette Laboratoire (Groupe B) andre-philippe.audette.1@ens.etsmtl.ca



Cours
GROUPE 02 CONTENUS TRAITÉS DANS LE COURS LECTURES HEURES

1

Vendredi

8 janvier

 

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

Vendredi

15 janvier

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

Vendredi

22 janvier

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

Vendredi

29 janvier

B.1 (suite)

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

3.5 – 3.6

3

5

Vendredi

5 février

B.2 Microcontrôleurs à logique floue :

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

4.1 – 4.5

3

6

Vendredi

12 février

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

Vendredi

19 février

EXAMEN INTRA

  3

8

Vendredi

26 février

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

Vendredi

5 mars

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

Vendredi

12 mars

C.3 Fin TIM :

  • accumulateur d’impulsions

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

  • concepts fondamentaux

9.1 – 9.4

3

11

Vendredi

19 mars

C.4 (suite)

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

Intro projet final

9.5 – 9.6

3

12

Vendredi

26 mars

C.5 Interfaces de communications sérielles :

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

10.1 – 10.6

3

13

Vendredi

9 avril

C.5 Interfaces de communication sérielles (suite) :

Interface sérielle synchrone (SPI)

RÉVISION POUR L'EXAMEN FINAL

 

3

    Total 39

 




Laboratoires et travaux pratiques

GROUPE 01

Mardi

GROUPE 02

Vendredi

DESCRIPTION (A-3564) HEURES

1

1

Congé de TP

 

2

Mardi

12 janvier

2

Vendredi

15 janvier

Début laboratoire 1 : Programmation assembleur du 68HC12

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

3

3

Mardi

19 janvier

3

Vendredi

22 janvier

Partie 1b : programme simple avec branchements de base.

3

4

Mardi

26 janvier

4

Vendredi

29 janvier

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

3

5

Mardi

2 février

5

Vendredi

5 février

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

3

6

Mardi

9 février

6

Vendredi

12 février

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

3

7

Mardi

16 février

7

Vendredi

19 février

***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

Mardi

2 mars

8

Vendredi

26 février

Partie 2b : interruptions externes

3

9

Mardi

9 mars

9

Vendredi

5 mars

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

3

10

Mardi

16 mars

10

Vendredi

12 mars

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

3

11

Mardi

23 mars

11

Vendredi

19 mars

***Début laboratoire 3 :

Navigation en temps réel du robot mobile (1)

3

12

Mardi

30 mars

12

Vendredi

26 mars

Navigation en temps réel du robot mobile (2)

3

13

Mardi

6 avril

13

Vendredi

9 avril

Navigation en temps réel du robot mobile (3)

(Démonstration et remise du rapport final)

3
    Total 36

 

*** - Note importante: Étant donné les circonstances particulières de la session d'hiver 2021, il se peut que certains des laboratoires aient à être modifiés au cours de la session. Les laboratoires 1 et 2 peuvent se faire entièrement à distance en simulant l'exécution des programmes sur le microcontrôleur et demeureront donc inchangés.Par contre, il est fort probable que le laboratoire 3 soit remplacé par un travail de synthèse de même pondération. Dans ce dernier scénario, les séances de laboratoire #11, #12 et #13 (du 19 mars au 9 avril) seraient remplacées par des séances de travaux pratiques (TP). Le scénario d'évaluation sera déterminé dès que possible au cours de la session.




Utilisation d'outils d'ingénierie


        Stations de travail

                Logiciel

  • Environnement de développement intégré CodeWarrior de Freescale inc.

  • Possiblement: VMware Horizon Client pour un accès à distance aux ordinateurs du laboratoire.

        

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 GR. 02
Laboratoires :   35  
 

1. Programmation assembleur du 68HCS12.

10

Mardi 16 février, Vendredi 19 février

 

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

15

Mardi 23 mars, Vendredi 19 mars

 

3. Navigation en temps réel du robot mobile***

10

Mardi 6 avril, Vendredi 9 avril

Examens :

  65  
 

EXAMEN INTRA

30

19 février

 

EXAMEN FINAL

35 à déterminer

***: Ou un travail de synthèse de pondération équivalente s'il n'est pas possible de se présenter physiquement au laboratoire.




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
2 19 février 2021



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

  •  -10 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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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://www.etsmtl.ca/etudes/cours/gpa770/




Autres informations

COORDONNÉES DE L'ENSEIGNANT :

Groupe 02:

Courriel : cc-charles.fallaha@etsmtl.ca
Disponibilités : Sur rendez-vous
Skype : n/a