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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Lokman Sboui


PLAN DE COURS

Hiver 2022
GPA767 : Microsystèmes (3 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2022


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2022, les modalités suivantes seront appliquées :


Les activités d’enseignement de la session d’hiver 2022 comprendront des activités en présence et à distance, lesquelles seront ajustées en fonction de l’évolution de la situation socio-sanitaire.


Pour les cours (ou séances de cours) donnés à distance, l’étudiant ou l'étudiante doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. Il ou elle doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours (ou séances de cours) donnés à distance pourraient être enregistrés afin de les rendre disponibles aux personnes inscrites au cours.


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


Les examens (intra, finaux) se feront en présence, si la situation socio-sanitaire le permet.


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 2022, 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, si requis, qu'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 toute ou pour une partie de la session d’hiver 2022. Ainsi, si les examens (intra, finaux) 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.


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 à la session d'hiver 2022, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2022.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 18 janvier 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 1er février 2022 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 33,0 % 67,0 %




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

Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :

  • de définir le fonctionnement interne des microcontrôleurs;
  • d’appliquer les microcontrôleurs dans un contexte de systèmes embarqués.

Ce cours porte sur les microcontrôleurs Broadcom BCM2837 (SoC) de 64 bits à 4 coeurs ARM Cortex-A53 que l’on retrouve dans le Raspberry Pi 3 B. Architecture interne, périphériques. Concepts et outils de développement en langage évolué.

Programmation en temps réel. Sécurité des systèmes basés sur les microcontrôleurs. Interfaces intégrées dans les microcontrôleurs : interface série, compteur-temporisateur, convertisseur analogique-numérique et numériqueanalogique.

L'objectif principal est de permettre à l’étudiant d’acquérir des connaissances sur les microprocesseurs en particulier le BBCM2837. En outre, ce cours met en relief les circuits d’interface (parallèles, séries, analogiques/numériques et numériques/analogiques) et les circuits périphériques permettant au microprocesseur de communiquer avec le monde réel. En ce qui concerne le logiciel, l’étudiant sera familiarisé avec les techniques de programmation du langage C.

Séances de laboratoire : développer progressivement un système de commande; incorporer le réseau de terrain CAN dans la commande et dans l’acquisition des données.

Précision sur le préalable : il concerne les étudiants des profils M, I et P




Objectifs du cours

Au  terme  de  ce  cours,  l’étudiant  sera  en  mesure :  

  • de définir le fonctionnement interne des microcontrôleurs et de ses périphériques,
  • d’appliquer les microcontrôleurs dans un contexte de systèmes embarqués;
  • d'utiliser le protocole MQTT (basé sur le TCP/IP) pour l'échange de données.

Ce cours porte sur les microcontrôleurs Broadcom BCM2837 (SoC) de 64 bits à 4 coeurs ARM Cortex-A53 que l'on retrouve dans le Raspberry Pi 3 B.  Architecture  interne,  périphériques.  Concepts  et  outils  de développement en langage évolué. Programmation en temps réel. Sécurité des systèmes basés sur les microcontrôleurs.  Interfaces intégrées dans les microcontrôleurs : interface  série,  compteur-temporisateur,  convertisseur  analogique-numérique  et  numérique-analogique. 

Le principal but est de permettre à l'étudiant d'acquérir des connaissances sur les microprocesseurs en particulier le BCM2837. En outre, ce cours met en relief les circuits d'interface (parallèles, séries, analogique/numérique  et  numérique/analogique) et les circuits périphériques permettant  au microprocesseur de communiquer avec le monde réel. En  ce qui concerne le logiciel, l'étudiant sera familiarisé avec les techniques de programmation du langage C. On introduira certins concepts utiles pour l'Internet des objets.




Stratégies pédagogiques

Ce cours de trois crédits devrait comprendre, en moyenne, par semaine neuf (9) heures de travail partagées comme suit : 

  • 39 heures de cours magistral 
  • 36 heures de laboratoire
  • Cinq (5) heures de travail personnel (lectures, préparation des laboratoires, travail libre au labo, etc.) 



Utilisation d’appareils électroniques

Le professeur permet l'utilisation d'appareils électroniques, en autant que cela ne dérange pas les autres étudiants ainsi que le professeur.  Il est interdit d'enregistrer le professeur de quelques façons que ce soit, sans son accord écrit.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Lundi 13:30 - 16:30 Laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Lokman Sboui Activité de cours Lokman.Sboui@etsmtl.ca
01 Lokman Sboui Laboratoire Lokman.Sboui@etsmtl.ca



Cours
Cours Date Contenu

1

10-janv-22

  • Présentation du plan de cours
  • Éléments des microsystèmes
  • Présentation du Raspberry Pi et de son environnement
  • Périphériques d'entrées/sorties (GPIO) 

2

17-janv-22

  • Communication I2C
  • Conversion analogique/numérique
  • Conversion numérique/analogique
  • Introduction à la modulation et la démodulation AM 

3

24-janv-22

  • Programmation en langage C 
  • Rappel de notions sur la transformée en z 
  • Représentation des signaux 
  • Théorème d’échantillonnage de Nyquist-Shannon 
  • Filtres numériques vs filtres analogiques

4

31-janv-22

  • Programmation en langage C 
  • Notions de filtres FIR et IIR 
  • Les fonctions de fenêtres 
  • Les filtres basés sur la transformation bilinéaire 
    • Les filtres de Butterworth et de Chebyshev

5

07-févr-22

  • Programmation en langage C 
  • La série de Fourier 
  • Les transformées de Fourier (FFT et DFT) 

6

14-févr-22

  • Commande de procédé
  • Communication SPI
  • Utilisation d'une sortie PWM

-

21-févr-22

Examen de mi-session

7

07-mars-22

  • Internet des objets
    • Modèle ISO vs modèle TCP/IP
    • Notions d'adresses MAC, IP et de ports
    • Protocole UDP
    • Protocole TCP
    • Protocole MQTT

8

14-mars-22

  • Internet des objets
    • Modèle ISO vs modèle TCP/IP
    • Notions d'adresses MAC, IP et de ports
    • Protocole UDP
    • Protocole TCP
    • Protocole MQTT

9

21-mars-22

  • Protocoles de communication
    • LoRaWAN
    • XBee

10

28-mars-22

  • Programmation en temps réel 
  • Système d'opérations multitâches
  • Les sémaphores

11

04-avr-22

  • La sécurité et les logiciels
  • Exemples de situations problématiques 

12

11-avr-22

  • Gestion de l'énergie



Laboratoires et travaux pratiques
Date des laboratoires Contenu

 17 janvier 2022

Laboratoire #1 : Prise de contact avec le matériel et traitement de signal

  • GPIO
    • Activation des DEL
    • Utilisation des boutons poussoirs
  • I2C
    • Communication avec un convertisseur numérique analogique
    • Communication avec un convertisseur analogique numérique
  • Génération de signaux sinusoïdaux
  • Modulation et démodulation d'amplitude (AM)
  • Filtre à moyenne mobile
  • Programmation de "threads"

 24 janvier 2022

31 janvier 2022

  7 février 2022

Laboratoire #2 : Filtres numériques

  • Filtres à réponse impulsionnelle finie (FIR)
    • Fonction de fenêtres
  • Filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR)
    • Transformation bilinéaire
    • Filtres de Butterworth
    • Filtres de Chebyshev
    • Filtres de Bessel

 14 février 2022

 21 février 2022

 7 mars 2022

Laboratoire #3 : 

  • Commande d'asservissement en température
    • Commande ON/OFF
    • Commande PID
    • Commande d'un système ayant deux entrées et deux sorties
    • Interface HMI avec librairie GTK+

 14 mars 2022

21 mars 2022

28 mars 2022

Laboratoire #4 : Projet de session -  Internet des objets

  • Transmission d'information à distance via BLE (Bluetooth Low Energy) et LoRaWAN
    • Configuration du Gateway
    • Utilisation d'une interface sur téléphone mobile (ou tablette)
  • Interface Node-Red
    • Configuration et usage
    • Extraction des données

 4 avril 2022

 11 avril 2022
 




Utilisation d'outils d'ingénierie

L'étudiant devra utiliser:

  • Calculatrice;
  • Raspberry Pi avec les équipements dédiés. 
  • Logiciels : 
    • MATLAB 
    • Greany
    • Glade
    • Node-Red



Évaluation

Pondération des évaluations du cours 

 
Activité Proportion
Lab01 8 %
Lab02 6 %
Lab03 9 %
Lab04 - Projet session IoT 12 %
Examen de mi-session 30 %
Examen final 35 %

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 21 février 2022



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

Un malus de 20 % est applicable 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

Notes du cours disponibles sur le site Moodle.




Ouvrages de références
  • FAIRHEAD, Harry (2016). Raspberry Pi IoT in C, I/O Press.
  • MOLLOY, Derek (2016). Exploring Raspberry Pi, Wiley.
  • CHASSAING, R. (1992).  Digital Signal Processing with C and the TMS320C30, John Wiley and Sons. 
  • SMITH,  S.  W.  (1997-2011).  The  Scientist  and  Engineer's Guide to Digital  Signal  Processing,  Ebook : http://www.dspguide.com/pdfbook.htm  
  • DOWNEY, A. B. (2008).  The Little Book of Semaphores, Ebook:http://www.greenteapress.com/semaphores/index.html
  • MAGEE, J. et KRAMER, J. (2006). Concurrency : State Models and Java Program, Wiley. 
  • BOULET, B. (2006). Fundamentals of Signal and Systems, Da Vinci Engineering Press.
  • MUDRY, F. (2011). Traitement des Signaux, Université des Montagnes, Haute École d’Ingénierie et de Gestion du Canton de vaud. 
  • HILLAR, Gaston C. (2017). MQTT Essentials - A Lightweight IoT Protocol, Packt.
  • UPTON, Eben et HALFACREE, Gareth (2012) Ebook: http://www.cs.unca.edu/~bruce/Fall14/360/RPiUsersGuide.pdf, Wiley.
  • LALITTE, Éric (2019), Apprenez le fonctionnement des réseaux TCP/IP, Éditions Eyrolles.
  • MONK, Simon (2014), Raspberry Pi Cookbook, O'Reilly Media.
  • HAINE, David et al. (2017), IoT Funcamentals : Networking Technologies, Protocols, and Uses Cases for the Internet of Things, Cisco Press.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Voir le Site Moodle du cours