Project [Electronics-Development-Programming]

2019-09-04T02:59:00.002+01:00

Different SOC multiprotocol model

Nordic Semiconductor is a company that specializes in ultra-low power performance wireless systems on a chip (SoC) and connectivity devices. It will produce several models of nRF SOC that can be used in our application, but we will choose just the most compatible and efficient SoC that ensures the good functioning of our system, so we will study and see the different specifications of some SoC, and here is the descriptive table of each model.

BT module

module	BT832F/BT832AF	BT832X	BT840F	BT840
SoC	nRF52832/810	nRF52832	nRF52840	nRF52840
BT range,1 Mbps, LMPI	760 meters	1140 meters	1000 meters	150 meters
BT range, 125 Kbps	---	---	2300 meters	320 meters
Peak current RX	5.4 mA	---	6.4 mA	6.4 mA
Peak current TX	7.5mA +4dBm	95mA +20dBm	13.6mA +8dBm	13.6mA +8dBm
Flash	512KB/192KB	512KB	1MB	1MB
RAM	64KB/24KB	64KB	256KB	256KB
GPIO pins	32	29	48	48
Price	$4.93/$3.79	$11.50	$7.78	$6.46

From the previous table, we can say that our SOC must be the most BT range possible with the lowest price, so we chose the BT840E wireless modules that are characterized by power, flexibility and low power consumption, also it has all our needs and a better price compared to others. Using SOC Nordic nRF52840 is the solution of our problems since it is able to manage our system with all requirements.

😐The global nRF system

The nRF52840 is a powerful multiprotocol single chip solution for ULP wireless applications . It incorporates Nordic’s best inclass performance radio transceiver, an ARM Cortex M4F CPU and 512kB flash and 256kB RAM memory.

👉S pecifications

The nRF52840 SoC is part of the nRF52 Series that offers code-compatible devices across the series and simple software migration from the nRF51 Series. 😃 nRF52840 supports Bluetooth Low Energy, the ANT, 802.15.4, and user-proprietary 2.4 GHz protocols (high quality). An 802.15.4 protocol library and a certified USB stack are also available.

§ 😃The 802.15.4 is a communication protocol defined by the IEEE. It is intended for wireless LAN networks of the LR WPAN (Low Rate Wireless Personal Area Network) family due to their low power consumption, their short-range and the low speed of devices using this protocol.

§ 😃802.15.4 is used by many implementations based on proprietary protocols or IP (Internet Protocol), such as ZigBee and 6LoWPAN.

👉👉 Code development

Code development is easy, fast and safe, thanks to the clear between application code development and embedded protocol stacks that ensure compile, link and execution independence with the stack and associated debugging challenges.

The Bluetooth low energy and ANT stack is a pre-compiled binary, leaving application code to be compiled stand-alone. An asynchronous model is used by the embedded stack interface that is driven by the events to eliminate the need for RTOS frameworks.

Soft Devices are all Nordic protocol stacks dedicated to SoC nRF52 that are programmable software stacks from Nordic which ensures the flexibility of the developed applications.

The development tools are provided by Nordic Semiconductor with a full range of hardware and software (firmware development).

👉👉👉 Block diagram

we will study the different internal elements of nRF multi-Protocol and see the interconnections between them in order to understand its modes of operation and determine the necessary GPIOs that complete our needs.

👉👉👉👉Main components of SoC multi-Protocol

In this paragraph, we will define the main functions of our SOC based on the modules and devices available in this IC, so we will divide the device descriptions into separate sections containing the information needed to understand the operating modes and ensure the proper use of this product.

☝CPU

ARM Cortex M4 processor with floating-point unit (FPU) has a 32-bit instruction set (Thumb 2 technology) that implements a superset of 16 and 32-bit instructions to maximize code density and performance. Processors developed since the 1980s, with architecture relatively simpler than others processor families. ARM processors have become dominant in the field of embedded computing, especially mobile telephony and tablets [13].

👆Characteristics

ARM processor is characterized by a simple RISC architecture and a pipeline structure. It is able to access memory with several methods and the most common is the load / store. The Cortex M4 processor incorporates several features, for example, multiple high-performance bus interfaces, a low-cost debug solution with the optional ability to implement breakpoints, code patches, watchpoints, tracing, and system profiling, also to support printf () style debugging and bridge to a Trace Port Analyzer (TPA). Arm also contains several devices and components boost their performance and reliability that we will define them later.

We can also mention the external interfaces of Cortex M4 such as multiple memory and device bus interfaces, ETM interface trace and debug port interface. ARM processor requires Software Interface Standard (CMSIS) hardware abstraction layer which is available for our M4 version.

☝Architecture (Block diagram)

The following figure shows the Cortex M4 block diagram, which illustrates all the main internal modules and interfaces.

Cortex M4 block diagram

✌ CPU options and support module

The ARM Cortex-M4 processor has a number of CPU options and support modules implemented on the device.

👇Optional integrated configurable debug

A hardware debugging solution can be implemented with ARM M4 processor to provide high CPU and memory system visibility using a 2-pin JTAG port or 2-pin Serial Wire Debug (SWD) port.

There are several units and peripherals built into the processor for proper system operation and monitoring, including Trace Macrocell instrumentation (ITM), data monitoring points and profiling unit, and a Serial Wire Viewer (SWV) can export a stream of software-generated messages, data trace, and profiling information through a single pin. Many low-cost MCUs can implement a complete trace of the instructions thanks to the optional Embedded Trace Macrocell (ETM) system. Debuggers can use comparators that are provided by the optional Flash Patch and Breakpoint Unit (FPB), and these comparators also provide remap functions with up to eight words in the program code.

👇Floating Point Unit

Each processor has at least one calculation unit for performing certain operations such as addition, subtraction and multiplication, the other operations can be implemented in software, for example, and the difference between these processors is the ability to perform complex computations. With precision and without limitation the speed execution, so here comes the role and the importance of FPU which allows to calculate all complex operations. ARM has an FPU that supports multiple operations with a single precision, so it provides conversion between fixed-point and floating-point data formats, as well as floating-point constant instructions.

👌 FPU functional

FPU has the ability to see the register bank containing an extension registry file with 32 single precision registers, so we can have these as 64-bit dual word registers (D0-D15), 32-bit single- word registers (S0-S31) and a combination of these registers.

The FPU provides three modes of operation to accommodate a variety of applications:

Full-compliance mode
Flush-to-zero mode
Default NaN mode

The ARM has output pins that support the cumulative exception status flag that is set by the FPU into the FPSCR register, so ARM has a lazy stack to reduce exception latency as well to reserve the place for FP state without registration of this information.

👇Memory Protection Unit (MPU)

One of the specifications that boost the performance of ARM such as security and well process management is that it has a memory protection unit (MPU), this unit is a full support use for protection, access authorization and the ascending region priority which is the most important such that the highest priority is 7, and 0 for the lowest. So, there is a control access register which has access authorization bits to the region (TEX, C, B, AP and XN) which generates an error during unauthorized memory access and all that to ensure good management of priority and decision.

In addition, each MPU_TYPE has a specific address corresponding to a region defines the MPU Type register (Control, alias, size ...).

👇 Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC)

Our choice of ARM processor is confirmed by the low power consumption since ARM has the possibility to control the power management and the management of exceptions and interruptions, thanks to optional component in ARM called NVIC. This last maintains knowledge of the stacked, or nested, interrupts to enable tail-chaining of interrupts, it supports up to 240 interrupts each with up to 256 levels of priority.

In privileged mode, we can access the NVIC by keeping the Configuration Control Register deactivated to avoid interrupts and enter a state in the user mode.

NVIC registers are located within the SCS and are all little endian.

There are two types of interrupts associated with the ARM processor:

Level Interrupt: Used for FIFO and Buffer devices, and consists of being held until cleared by ISR accessing the device or by repeated calls.

A pulse interrupt can be reasserted during the ISR so that the interrupt can be in the pending state and active at the same time. These interrupts are mainly used for external signals and for rate or repeat signals. The operation undergoes time conditions such that the second pulse does not arrive before the first pulse is activated. The second entry in the pending state has no effect because it is already in this state. However, if the interruption is triggered for at least one cycle, the NVIC locks the pending bit. When ISR is enabled, the pending bit is cleared. If the interrupt reapplies while it is enabled, it can lock the pending bit again.

👇ARM Debug Interface

This interface makes it possible to specify and manage the different accesses mapped in memory to the ARM or SoC devices constituting our complete system. The processor architecture defines registers that will be covered by this debug interface specification such as the target address, data transfer, status and port identification ...).

The processor performs several tasks, it will process elements and transmits them to the PC via the JTAG, and during this process, components internal to the processor called macrocell collect information on the elements processed. There are several types such as Macrocel Information, Macrocell Trace, Macrocell Embedded trace, Macrocell Bus and so on.

☝☝Bus Architecture

A system bus is characterized by debit and protocol. There are several compromises between the complexity of the bus and its performance. We find the same thing in a SoC.

👉 Bus interconnection

Time-sharing interconnection system connect the processor to the memory & peripherals (example: ISA bus).

👉 Buses designed for SoCs

Several bus standards exist specifically for SOCs to avoid several external and internal constraints and to increase system speed since all transactions are done internally.

Here are some of the most used standards

The AMBA standard (essentially around ARM processors)
IBM's Core Connect standard for PowerPCs
STBus standard, defined by ST Micro (use +/- internal)
Avalon standard used by Altera (SOPCBuilder)

👉 Characteristics

Complex protocols, with multiple masters
High performance-oriented bus ("burst" transfers)
Simplified protocol if performance is not a constraint.

Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) designed by ARM, and simplifies integration at the system level.

Advanced High-Performance Bus (AHB): bus fast, synchronous, multi_master system.

Advance System Bus (ASB): an alternative to the AHB system, used in cases where the high performance of the AHB bus is not required.

Advanced Peripheral Bus (APB): Peripheral bus, slower and lower power consumption (for slow devices), synchronous, single master.

To implement the AMBA protocol, ARM provides three bus interfaces such as 3 AHB-Lite Protocol, AMBA 3 APB for CoreSight and Debug Components, AMBA 3 APB Specification.

✌✌ Memory

Storing information meets three non-exclusive needs, retains information in a secure place to meet, a legal or conventional constraint (data archiving), make information available, reuse information (data processing).The method of storage is chosen according to several criteria such as the frequency of use of the information, the criticality of the information, the continuity of the information, the confidentiality of the information, the volume of information to be stored, the time allocated to the storage process and its cost. The watchword for storage techniques is: more capacity, faster, more reliable, and cheaper. This is why media types are varied and often evolve. There are several types of memory for storing codes and data so we can cite RAM and flash memory which are integrated in our nRF Multiprotocol.

👉 RAM

System memory or volatile memory (Random Access Memory): the computer memory in which a computer places the data during their processing, they characterize by:

· Its timeliness of access (essential to provide data to the processor quickly)

· Its volatility (this volatility implies that data is lost as soon as the computer stops being powered by electricity).

There are 9 AHB RAM slaves that are connected to 2 * 4 kB of RAM sections, except RAM AHB slave 8 which is connected to 6 * 32 kB. The RAM contains a configuration register which ensures the power control of each section of the RAM to minimize energy consumption and optimize energy efficiency.

👉 Flash memory

Flash memory is a re-recordable semiconductor mass memory, that is to say a memory with the characteristics of a RAM but whose data does not disappear during a power down. Thus, the flash memory stores the data bits in memory cells, but the data is stored in memory when the power supply is cut. Its high speed, service life and low power consumption (which is even zero at rest) make it very useful for many applications. There are two buses (ICODE and DCODE) that connect the flash memory to the CPU and provide access to each 256 * 4 KB pages.

Our system does not require external memory since there is 1 MB of flash memory and 256 KB of RAM in the nRF52 (sufficient space for code and data storage).

Memory map

The CPU and the Peripherals having EasyDMA can access memory via the AHB Multilayer Interconnect.

☝☝☝AHB Multilayer

To ensure a high speed of communication between the different Soc devices, the designers offer a well-structured architecture that allows parallel access between several masters and slaves of the system using AHB Multilayer. Each master bus is connected to the slave equipment using an interconnection matrix, and when two or more bus masters request access to the same slave device, a priority algorithm is applied to resolve access therefore:

· Access to slave equipment is given to the master with the highest priority compared to another requesters access.

· Bus masters with lower priority are stalled until the higher priority master has completed its transaction.

· If the higher priority master pauses at any point during its transaction, the lower priority master in queue is temporarily granted access to the slave device until the higher priority master resumes its activity.

· Access is forbidden at the same time, so bus masters that have the same priority are mutually exclusive.

✌✌✌EasyDMA

EasyDMA is an easy-to-use direct memory access module, and it is an AHB bus master similar to the CPU and it is connected to the AHB multilayer interconnect for direct access to the Data RAM. Flash access is not possible with the EasyDMA.

A peripheral can implement multiple EasyDMA instances as mentioned in figure 2.3.

EasyDMA

☝✌Non-Volatile Memory Controller (NVMC)

The number of flash memory read by the CPU is unlimited while writing and deleting is limited and well determined as well as how it can be written. The non-volatile memory controller (NVMC) is used for writing and erasing the internal flash memory and the UICR (user information configuration registers, non-volatile memory registers for configuring user-specific settings).

In summary, here is a memory layout that defines the different devices and the connection between them, this architecture is well structured based on mapping the same physical RAM to both the Data RAM region and the Code RAM region, also the existence of an application to partition the RAM in those regions so that one does not corrupt the other.

Memory layout

☝☝✌Power management unit (PMU)

Power management automatically detects power and clock resources and selects operating modes of power controllers to minimize power consumption, so there are LDO and DC / DC controllers that optimize the energy efficiency of the system.

The system can be powered by one of two voltage modes, normal mode or high voltage mode.

· Normal mode: When the supply voltage is connected to the VDD pins, this mode is activated (1.7 v to 3.6 v).

· High mode: When the supply voltage is connected to the VDDH pins, this mode is activated. (2.5 v to 5.5 v)

Only one pin must be connected by the supply voltage, that is why there is a register MAIN REGSTATUS allows to read the current mode of supply.

We can power the system via the USB device, but this is not the case in our application because we use a battery as power source (external power) and the USB device exists except for UART communication. So according to the datasheet we will choose the circuit configuration V.6 which consists in feeding the two pins VDD and VDDH in common with a stabilized power supply (battery) comes from an external regulator.

✌☝Peripheral interface

There are event registers and interrupts that can be configured for a given event used to indicate peripheral events to the CPU that is the controller of these devices by writing in configuration registers and task registries.

Ø Peripheral ID

The base address is directly connected with the peripheral ID which is associated with a block of 0x1000 bytes of address space that means 1024 32-bit registers.

Connection between base address and peripheral ID

Peripherals may share the same ID, which may impose one or more of limitations

Sharing registers or other common resources.
Limitation when using devices (Only one device).
A specific schema must be followed when switching from one device to another (Disable first and activate the second device).

😃 Peripherals with shared ID

In general, simultaneous use of peripherals sharing an ID and a base address is prohibited, so one device can be used at a time. we can note the exception of ID 0.

😃 Peripheral registers

This is about enabling devices to perform certain tasks and events, so there is a configuration of device registers.

😃Bit set and clear

There is a "set-and-clear" model that tracks the main register through a dedicated SET and CLR register. The SET is used to define individual bits in the main register, while the CLR register is used to clear individual bits in the main register.

Reading the SET or CLR registers returns the value of the main register.

SET=1: register will set | SET=0: register has no effect

CLR=1: register will clear | CLR=0: register has no effect

We will explain four different types of actions that are tasks, events, shortcuts, and interrupts.

v 👉 Tasks

Triggering actions on a device requires the presence of tasks, so a device can implement one or more tasks with each task having a separate register in the group of registers. The triggering of a task can be done when:

Firmware writes 1 to the task register
The peripheral itself or another peripheral toggles the corresponding task signal.

v 👉Events

While events are used to inform devices and the CPU of events that have occurred, and like tasks, each event with a separate registry in the event register group of a sui device can generate more events. When the device itself switches the corresponding event signal and the event register is updated, then the event is generated.

An event register is only cleared when firmware writes 0 to it. Events can be generated by the peripheral even when the event register is set to 1.

v 👉Shortcuts

A direct connection between an event and a task in the same device is called shortcut. When an event associated with a shortcut is generated then its associated task is automatically triggered.

v 👉Interrupts

Interrupts are supported in all devices, and events are responsible for generating interrupts that are distributed so that each device occupies only one event and the device ID.

v 👉Interrupt clearing

Entering "0" in an event register or disabling an interrupt using the INTENCLR register cancels an interrupt, and according to the manufacturer, up to four clock cycles can be the CPU, so this delay can cause the reoccur of an interruption even if a new event has not happened. In fact, the program leaves an interrupt manager after the interruption has been erased or deactivated, but before four clock cycles have elapsed. So, to avoid this problem the program must read from one of the device registers, for example, the INTENCLR register used to disable the interrupt.

This will cause a delay of less than four cycles and will ensure that the interrupt is cleared before exiting the interrupt handler.

The relationship between tasks, events, shortcuts, and interrupts

✌☝☝Debug IN

Flexibility and power are one of the basic features that must be found in every system, so the designers take in consideration debugging and monitoring the system to ensure control and smooth operation. In our case, the nRF52 module has a debug and trace block connected with the ARM processor, the following figure shows the latter.

Debug and trace block diagram

There is a protocol called Serial Wire Debug (SWD) implied by the debug port (SW-DP), this protocol is a two-pin SWDCLK and SWDIO serial interface, and as shown in the figure above, all of these form the DAP that provides access to the devices after passing through the Control Access Port (CTRL-AP), thus the default access port in the CPU (AHB-AP).

...............................after......................

Microprocessor characteristics & Architecture Classifications

2019-08-29T11:52:00.004+01:00

Microprocessor characteristics

Architecture Classifications

A microprocessor is a processor whose all components have been sufficiently miniaturized to be grouped in a single box. Functionally, the processor is the part of a computer that executes instructions and processes program data.

The integrated circuit (IC), also called electronic chip, is an electronic component, based on a semiconductor, reproducing one or more electronic function (s) more or less complex (s), often integrating several types basic electronic components in a small volume (on a small plate), making the circuit easy to implement.

There is a very wide variety of these components divided into two broad categories: analog and digital.

A computer program is a set of operations intended to be executed by a computer.

A source program is a code written by a computer scientist in a programming language. It can be compiled into a binary form or directly interpreted.

A binary program describes the instructions to be executed by a microprocessor in digital form. These instructions define a machine language.

A program is usually part of a software package: a set of digital components intended to provide an IT service; software may have multiple programs. It is found in computer devices (computer, game console, ATM machine ...), in computer equipment parts, as well as in many electronic devices (printer, modem, GPS, mobile phone, washing machine, appliance digital photo, digital TV decoder, electronic injection, autopilot ...).

Computer programs are concerned by copyright and are subject to legislation close to artistic works.

Microprocessor characteristic

Microprocessor possesses a combination of characteristics which determine their power expressed in millions of instructions per second (MIPS), these characteristics are distributed according to several terms, we can distinguish the physical characteristics such as connection type, the shape, internal cache capacity etc., and the electrical characteristics that define the power consumption and operating speed expressed in megahertz. These last characteristics are insufficient to determine processor efficiency and performance, it is necessary to determine the logical characteristics by defining the architecture (RISC or CISC) and thus the set of instructions and the frequency.

Performance of a processor

Two parameters can be used to measure the processor performance:

· The response time or execution time of a certain task: time elapsed between the start and the end of the task.

· Throughput: the total amount of work done in a certain time.

Improving the response time always implies an improvement in the throughput. However, the opposite is not always true: an increase in the number of processors of a computer increases throughput, without necessarily improving response time.

We will consider the execution time as a parameter principal for calculating the performance of a processor.

The execution time depends on three factors:

· The number of machine instructions executed.

· The average number of clock cycles per machine instruction.

· The clock periods.

There are two types of processors, depending on the optimized setting:

· CISC processors (Complex Instruction Set Computer).

· RISC processors (Reduced Instruction Set Computer).

Time = 1 / performance =

(number of instructions) x (number of cycles per instruction) x (clock period)

Performance Measure: SPEC2000:

To solve the problem of choosing a test programs (benchmarks) to be used to measure performance, several manufacturers have teamed up to create SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation).

There are two main groups of benchmarks, one for numbers integers and the other for real numbers. A value of performance is calculated for each of these groups, called SPECint and SPECfp. Only one value is given for each group: the geometric mean.

👉 SPEC CPUint2000: 12 programs written in C and C ++.

👉 SPEC CPUfp2000: 14 programs written in Fortran and C.

Architecture Classifications

External processor architecture is the processor model seen from the outside. This is the interface between the hardware and the software. So, we need to know the functional specification of a processor, from the point of view programmer in machine language. The architecture includes instruction set data, set of registers visible by the programmer, a memory organization, input-output and modalities of possible multiprocessor support.

Currently, there are several architectures that include registers, memory, and I / O all manipulated by the machine instructions of the programs, so there is the set statement that defines the way or behavior of each machine statement. We can dedicate several architectures.

CISC architecture

A CISC architecture offers many addressing modes, some of which are often complex. The instruction set often has many complex instructions that will be realized in several cycles.

RISC architecture

RISC architecture offers a relatively small set of instructions. Each of these instructions is supposed to be executed in one cycle. Addressing modes are simpler than in a CISC architecture. The architecture generally offers a large number of general registers. These characteristics favor the optimal use of the pipeline at the microarchitecture level.

RISV-V extends the open-source movement into CPU ISA. It is an open-source ISA that is license-free and royalty-free. As RISC-V is void of any licensing, the ISA can be used for building custom processors with zero licensing cost. It is gradually building an ecosystem. In Embedded World 2017, RISC-V showcased the extensive ecosystem with FPGA solutions, security IPs, debug infrastructure, etc.

Few ARM customers have already started using RISC-V for designing custom processors. Now, SoC design companies can develop custom processors at a low cost, without the paying licensing rents. With some NRE investment, these firms can develop the SoC and get it manufactured in fabs. Thus, the price of the processor will be lesser than those based on ARM IPs. At the face value, it looks like we have found an ideal candidate that has the potential to become the dominant ISA for IoT industry. With customization and zero licensing cost, RISC-V looks like a winner.

We have several inconvenient of open RISC_V based design

Differences between software and hardware

· Software only requires time and effort to be developed.

· The material involves concrete components, for which someone has to pay.

· The software rework as many times as desired after performing tests on the hardware, the emulator, etc.

· Bugs can be fixed with an investment of time and effort, possibly with a minimal cost. However, bugs in hardware can be a loss of a million dollars! Several laps of a processor can cost a lot.

· Hardware design is more complex than software development.

· Requires a vast IP and EDA ecosystem around the IP of the procreator (because in a SOC the IP of the processor is only a part, so need other physical and peripheral IP).

· Necessary to license on rentsWith ARM ISA, most of the issues mentioned above are fixed. We can access proven IP addresses, a robust ecosystem (software, cloud services, security solutions, silicon vendors, manufacturing plants) and dedicated support instead of the community support offered by ISA Open Source. The complexity of the design is reduced.

Superscalar processor

During each cycle, the superscalar processor instruction (hardware) transmission logic examines the instructions in a sequential program to identify those that can be issued during this cycle. The program is compiled in the same way as on a sequential processor without ILP.

VLIW processor

VLIW processors exploit parallelism by relying on the compiler to determine which instructions can be executed in parallel.

The Very Long Instruction Word (VLIW) is a long statement consisting of several basic instructions. The use of this VLIW thus makes it possible to execute several instructions in parallel on different functional units (UF).

So, here is the table that summarizes the main architectures

Classification of architecture

Instruction sets

The choice of processor ensures the proper functioning of our systems such as speed and flexibility so our goals are

Reduce memory access
Increase simultaneous memory access
Reduce the time spent doing calculations

Indeed, architects have turned to parallelism that allows them to improve performance by performing several tasks simultaneously. So, exploitation of parallelism is divided into four categories:

SIMD Architectures
MIMD Architectures exploiting the parallelism of instructions
ILP (Level Parallelism Instruction)
Architectures multi-cores

Towards more parallelism

SISD = Single Instruction, Single Data
SIMD = Single Instruction, Multiple Data
MIMD = Multiple Instruction, Multiple Data

SIMD

It is introduced on general-purpose processors and efficient processors for parallel algorithms, there are two types of SIMD:

👉 Parallel units able to perform the same operation on different data, example: ADSP-2116x.

👉 Sharing the processing unit (example: Pentium MMX instructions)

• Share a data word in subwords

• Performs sub-word calculations

An SWP (Sub Word Parallelism) operator calculates in parallel the LSB and MSB portions of the input data. (examples: Lucent DSP16xxx, ADI ADSP-2116x...).

More details:

👉 http://ftp.cvut.cz/kernel/people/geoff/cell/ps3-linux docs/CellProgrammingTutorial/BasicsOfSIMDProgramming.html

MIMD approach (ILP)

ILP processors exploit the fact that many of instructions in a sequential program do not depend on those that precede them in the program. The ILP approach consists in providing the µ_processor with several execution units working in parallel. The instructions are then distributed among the different execution units.

Limits of ILP

The performance of ILP processors is limited by the amount of parallelism of instructions to locate in the program. It is limited by data dependencies and connections.

Example of the parallelism of instructions: ILP processor with 2 execution units

LD r1, (r2)

ADD r5, r6, r7

SUB r8, r1, r4

MUL r8, r9, r10

ST (r11), r4

Addressing modes

Addressing modes are an aspect of processor architectures and their instruction sets. It defined how machine language instructions identify their operands. An addressing mode specifies how the effective memory address of an operand is calculated from values contained in registers and constants contained in the instruction or elsewhere in the machine. There are several types of addressing depending on the type of use, we can recognize the addressing mode for the connection, for data and for numerical calculations (DSP).

Comparison between processors

This paragraph provides an interesting comparison between the most popular and widely used Reduced Instruction Set Architecture (RISC) processors, which will help to determine which ISA of these selected processors best suits our needs and to ensure the right choices according to the requirements.

Classification of processors

Zigbee (XBee) + Arduino

2019-08-24T02:21:00.006+01:00

???????? Comment configurer le module ZigBee pour envoyer et reçevoir des données????????

Dans ce toturiel, je vais utilisé l'Arduino Mega 2560 pour gérer le système et le module XBee pour la communication, à mesure que Je prend les valeurs mesurées par le capteur et les transmettons à un autre XBee relié à un autre Arduino.

Composants utilisées

Arduino Mega 2560
2 ModuleS XBee
Capteur de débit d'eau OU bien capteur d'humidité OU certain autre capteur
Câbles de planche à pain

Software

Arduino IDE: Lien de télechargement 👉 https://www.arduino.cc/en/main/software

multi-platform application XCTU: Lien de télechargement 👉 https://www.digi.com/products/embedded-systems/digi-xbee-tools/xctu

OU bien

👉http://ftp1.digi.com/support/utilities/40003002_B.exe

Modules XBee

Les modules XBee utilisent le protocole IEEE 802.15.4, plus connu sous le nom de ZigBee.
Zigbee est un protocole de communication sans fil basé sur la norme de communication pour les réseaux sans fil IEEE_802.15.4. Créée par Zigbee Alliance, une organisation théoriquement non lucrative, plus de 200 grandes entreprises (dont Mitsubishi, Honeywell, Philips, Odem, Invensys, entre autres) et de nombreux fabricants de semi-conducteurs.
Zigbee permet aux composants électroniques à faible consommation d’effectuer des communications sans fil. Il est particulièrement utile pour les réseaux de capteurs dans les environnements industriels, médicaux et surtout domotiques.

Applications

Chaque module ZigBee, comme les adresses MAC des périphériques Ethernet, possède une adresse unique. Dans le cas des modules ZigBee, chacun a une adresse unique enregistrée en usine de 64 bits. D'autre part, le réseau ZigBee utilise des adresses 16 bits pour les algorithmes de routage. Chaque fois qu'un périphérique est associé à un réseau ZigBee, le coordinateur auquel il est associé lui attribue une adresse unique sur l'ensemble du réseau 16 bits. C’est pourquoi le nombre maximum théorique d’éléments pouvant être contenus dans un réseau ZigBee est 2 ^ 16 = 65535, ce qui correspond au nombre maximal d’adresses réseau pouvant être attribuées. Ces modules Xbee peuvent être configurés pour être utilisés dans des réseaux point à point, point à multipoint ou peer-to-peer.

Les modules Xbee fournissent 2 formes de communication conviviales:
Transmission série transparente (mode AT) et mode API présentant de nombreux avantages.

☝Mode AT

Il s'agit du mode de transmission série transparent (mode AT), dans lequel la communication ressemble à une transmission via un port série, car le périphérique est responsable de la création de la trame et les données qui atteignent la broche Tx seront envoyées sans fil. est considéré comme la façon d'utiliser ces nœuds plus simple, son principal inconvénient est d'envoyer des informations à d'autres nœuds est nécessaire pour entrer en mode de configuration de façon permanente pour changer l'adresse de destination.

✌Mode API

L'autre mode de communication est appelé mode API. Dans ce cas, il faut commander un microcontrôleur externe pour créer une trame spécifiant le type d'informations à envoyer. Ce mode est recommandé pour les très grands réseaux où vous ne pouvez pas perdre le temps et la sortie le mode de configuration de l'appareil. Pour les réseaux avec une topologie maillée, il s'agit du mode à utiliser.

👉Logiciel à configurer

Les modules Xbee peuvent être configurés à partir du PC à l'aide des programmes X-CTU, Moltosenso ou Cool Terms, en plus des autres. Les termes Moltosenso et Cool nous permettent de travailler sur plusieurs plates-formes, alors que X-CTU ne fonctionne que sous Windows.
Les Xbees peuvent communiquer dans des architectures de réseau point à point, point à point ou multipoint. Choisir le bon module XBee implique le choix du type d'antenne (connecteur à puce, fil ou SMA) et de la puissance de transmission (2 mW pour 300 pieds ou 60 mW pour un kilomètre maximum).
Le module nécessite une alimentation de 2,8 à 3,4 V, la connexion à la terre et les lignes de transmission de données via UART (TXD et RXD) pour communiquer avec un microcontrôleur ou directement sur un port série. Utiliser un convertisseur adapté aux niveaux de tension.

👉Communication Xbee

Les communications ZigBee s'effectuent dans la bande libre de 2,4 GHz. Contrairement à Bluetooth, il n'utilise pas le saut de fréquence (FHSS), mais établit des communications via une seule fréquence, c'est-à-dire un canal. Normalement, un canal peut être sélectionné parmi 16 canaux possibles. La portée dépend de la puissance d'émission de l'appareil ainsi que du type d'antenne utilisée (céramique, dipôles ...). La portée normale avec antenne dipôle en vision directe est généralement approximative (exemple de MaxStream dans la version 1 mW). De puissance) de 100m et environ 30m à l'intérieur. La vitesse de transmission de données d'un réseau ZigBee peut atteindre 256 kbps. Enfin, supposons qu’un réseau ZigBee puisse théoriquement être constitué de 65535 ordinateurs, c’est-à-dire que le protocole est prêt à être en mesure de contrôler cette énorme quantité de périphériques dans le même réseau. La réalité est plus petite, il s’agit en tout cas de milliers d’équipes.

✋Xbee Shield

Le bouclier XBee pour Arduino vous permet de communiquer sans fil avec Arduino à l’aide de ZigBee.

👉Configuration du cavalier
Le blindage Xbee a deux cavaliers (les petits couvercles en plastique situés sur les trois broches étiquetées Xbee / USB). Ils déterminent le mode de connexion de la communication série du Xbee entre le microcontrôleur ATmega2560 et la puce de la série FTDI sur la carte Arduino.
Avec le cavalier dans Xbee (les deux plus proches de l'intérieur de la plaque à broches), la broche DOUT du module Xbee est connectée à la broche RX du microcontrôleur; et la broche DIN est connectée à TX. Notez que les broches RX et TX du microcontrôleur sont toujours connectées aux broches TX et RX (respectivement) de la puce FTDI - les données envoyées par le microcontrôleur seront transmises à l'ordinateur via USB et simultanément envoyées sans fil par le module Xbee. Cependant, le microcontrôleur ne peut recevoir que des données du module XBee, pas de la clé USB de l'ordinateur.
Les cavaliers étant en position USB (les deux les plus proches du bord de la plaque), les broches DOUT du module Xbee sont connectées à la broche RX de la broche FTDI de la broche et le module DIN Xbee à la broche TX du FTDI puce. Cela signifie que le module Xbee peut communiquer directement avec l'ordinateur. Toutefois, cela ne fonctionne que si le microcontrôleur a été retiré de la carte Arduino. Si le microcontrôleur reste Arduino, vous pouvez communiquer avec l'ordinateur via USB, mais ni l'ordinateur ni le microcontrôleur ne peuvent communiquer avec le module XBee.

👉Envoyer et recevoir des données par xbee

Dans cette application, nous établirons la connexion radio entre deux modules connectés à deux Arduino. Il s'agit d'envoyer et de recevoir les valeurs mesurées par le capteur d'humidité (ou capteur de débit d'eau) qui seront envoyées par l'un ou l'autre PC sous la forme d'un chat (bidirectionnel).

✋Configuration xbee

Il existe plusieurs programmes de communication avec le port série pour effectuer la programmation du module. Dans ce cas, nous utiliserons CoolTerm car il fonctionne avec tous les systèmes d’exploitation Windows, Mac et Linux et est également gratuit.
Nous mettons les cavaliers en position USB (les deux broches les plus proches du bord de la carte). Nous pouvons maintenant les connecter: nous marquons le premier module XBee avec lequel nous allons travailler.
Nous insérons le module XBee sur le bouclier XBee et celui-ci sur l’Arduino UNO. Nous connectons maintenant l’Arduino à l’ordinateur via le câble USB.
a) Configurez le logiciel CoolTerm:
Nous ouvrons le logiciel CoolTerm et sélectionnons "Options". Nous sélectionnons le port série par lequel le module XBee a été connecté.
Nous devons nous assurer que le débit en bauds est défini sur 9600. Le nombre de bits dans les données est 8. La parité est définie sur "aucun". Le nombre de bits d'arrêt est défini sur 1.

Cliquez sur OK pour enregistrer la configuration et fermer la fenêtre Options. Nous cliquons sur "Connect" dans la barre de menu. Nous devrions voir le statut "Connecté" dans la barre d'état.
Nous écrivons "+++" pour entrer en mode commande. Le système renvoie "OK".
Configuration du premier appareil radio:
+++
OK
ATID 3001
OK
ATMY 1
OK
ATDH 0
OK
ATDL 2
OK
ATID
3001
ATMY 1
ATDH 0
ATDL 2

Configuration de la deuxième unité radio:
Nous insérons le module XBee sur le bouclier XBee et celui-ci sur l’Arduino UNO.

Maintenant, nous connectons l’Arduino à l’ordinateur avec le câble USB et nous cliquons sur "Connecter" dans le programme CoolTerm. Ensuite, nous suivons les mêmes étapes que nous avons déjà effectuées avec le module 1. Dans ce cas, définissez ATMY 2 et la valeur de ATDL 1.

✋Configuration avec le logiciel X-CTU

Voici les types d'appareils de Xbee
ZigBee définit trois types de périphériques différents: coordinateur, routeur et périphérique final.

👉Coordinateur

Les réseaux ZigBee ont toujours un seul périphérique coordinateur. Cet appareil démarre le réseau en sélectionnant le canal et le PAN ID. Distribue les adresses, permettant ainsi aux routeurs et aux périphériques de se connecter au réseau. Met en mémoire tampon les paquets de données sans fil pour les enfants de périphériques endormis.
Le coordinateur gère les autres fonctions qui définissent le réseau, le sécurisent et le maintiennent en bonne santé. Cet appareil ne peut pas dormir et doit être allumé à tout moment.

👉Routeur

Un routeur est un nœud ZigBee complet. Cet appareil peut rejoindre des réseaux existants et envoyer, recevoir et acheminer des informations. Le routage implique de servir de messager pour les communications entre d’autres périphériques trop éloignés pour transmettre des informations par eux-mêmes.
Peut mettre en mémoire tampon des paquets de données sans fil pour les enfants de périphériques endormis Peut permettre à d'autres routeurs et périphériques de rejoindre le réseau. Ne peut pas dormir et doit être allumé à tout moment. Peut avoir plusieurs routeurs dans un réseau.

👉Dispositif final

Un périphérique final est essentiellement une version réduite d'un routeur. Cet appareil peut rejoindre des réseaux existants et envoyer et recevoir des informations, mais ne peut servir de messager entre aucun autre appareil. Impossible d'autoriser d'autres périphériques à rejoindre le réseau.
Utilise du matériel moins coûteux et peut s’éteindre par intermittence, économisant de l’énergie en entrant temporairement en mode veille. Un routeur ou le coordinateur doit toujours être son périphérique parent. Le parent aide les terminaux à rejoindre le réseau et stocke les messages pour eux lorsqu'ils sont endormis.

Les réseaux ZigBee peuvent avoir un nombre quelconque de terminaux. En fait, un réseau peut être composé d'un coordinateur, de plusieurs périphériques finaux et de zéro routeur.

Pour configurer le XBEE, vous avez besoin d'un adaptateur USB XBEE qui peut être facilement connecté au port USB de votre PC.
Ou nous pouvons utiliser la carte Arduino comme USB-UART. Pour cela, nous devons connecter RST d’Arduino à GND. Cela contourne le chargeur de démarrage d’Arduino et la carte peut être utilisée pour la communication série. Nous connectons Rx à Rx, Tx à Tx (connexion directe et NON inversée) entre Arduino et XBEE lors de la configuration.

Étapes de configuration du coordinateur

Ouvrez le nouveau logiciel XCTU.
Cliquez sur l'icône SEARCH en haut pour détecter les ports USB.
Sélectionnez les ports COM sur lesquels vous avez connecté les adaptateurs USB.

Dans mon cas, l'un des adaptateurs USB se voit attribuer COM6 et l'autre COM7.
La première chose à faire est de définir l'ID PAN du réseau. Cela peut aller de 0 à FFFF hex. Dans mon cas, je le règle sur 1111. Les autres radios doivent également être réglées dans le même PAN ID.

4. Faites défiler davantage et activez le CE (Coordinateur activé)

L'adresse de destination DH est laissée à 0 par défaut.
L'adresse de destination DL est définie sur hexadécimal FFFF, ce qui permet à la radio de fonctionner en mode BROADCAST afin de pouvoir communiquer avec toutes les radios du même PANID.
L'identifiant de nœud peut recevoir n'importe quel nom tel que «coordinateur». Cette dénomination est facultative.

L’icône PENCIL en haut pour ÉCRIRE les modifications apportées.

Étapes de configuration du routeur

Entrez le PANID sous le numéro 1111, identique à celui du coordinateur.
VER VÉRIFICATION DU CANAL JV est activé
Coordinator le coordinateur CE est DÉSACTIVÉ
L'adresse de destination DL est laissée à 0 par défaut. (0 est l'adresse par défaut du coordinateur)
Cliquez sur le bouton WRITE pour enregistrer les modifications apportées.

La communication

Les modules sont appariés et prêts pour la communication.

Maintenant, laissez-nous tester la communication.

👉 Dans la fenêtre XCTU, supprimez la deuxième radio. Cliquez sur la première radio pour charger les paramètres.

👉En laissant la fenêtre XCTU ouverte, démarrez une autre instance de XCTU et positionnez-la à gauche de la fenêtre précédente.

👉La radio ROUTER est à gauche et la radio COORDINATOR à droite.

👉Cliquez sur l'icône TERMINAL dans les deux fenêtres pour passer en mode Terminal.

👉Cliquez sur l'icône CONNEXION SÉRIE des deux fenêtres pour passer en mode de connexion série.

👉Maintenant, nous pouvons taper n'importe quel message dans la fenêtre de journal de la console et voir celui reçu sur l'autre radio. Le message transmis est en BLEU et le message reçu est en ROUGE.

Test

Mesurer le débit d'eau et envoyer les données à l'aide d'Arduino et de Xbee

Au début, nous mesurerons le débit d'eau en litres par heure dans le tuyau et nous écrirons les valeurs mesurées sur le moniteur série de l'ordinateur à l'aide d'Arduino IDE. Ensuite, nous allons sauvegarder ces valeurs et les transmettre en utilisant le module xbee. Nous avons donc un émetteur (xbee 1) et un récepteur (xbee 2).

Measure water flow: Voir https://microcontrolleur.blogspot.com/search/label/Water%20flow%20sensor

Circuit

Code 👉https://microcontrolleur.blogspot.com/2019/08/water-flow-sensor-arduino.html#more

Water flow sensor + Arduino

2019-08-23T23:22:00.000+01:00

???Comment calculer le débit (le niveau) de liquide avec un capteur???

Dans ce tutoriel, vous apprendrez à utiliser un capteur de débit d'eau avec une carte Arduino.

Arduino Mega 2560

L'Arduino Mega 2560 est une carte à microcontrôleur basée sur l'ATmega2560. Il possède 54 broches d’entrée / sortie numériques (dont 14 peuvent être utilisées en tant que sorties PWM), 16 entrées analogiques, 4 UART (ports série matériels), un oscillateur à cristal de 16 MHz, une connexion USB, une prise de courant, un en-tête ICSP, et un bouton de réinitialisation. Il contient tout le nécessaire pour prendre en charge le microcontrôleur. connectez-le simplement à un ordinateur avec un câble USB ou alimentez-le avec un adaptateur CA / CC ou une batterie pour commencer. Le Mega est compatible avec la plupart des boucliers conçus pour les Arduino Duemilanove ou Diecimila.

water flow sensor

Il est très simple de mesurer le débit d'eau ou de liquide à l'aide du capteur de débit d'eau YF-S201 avec Arduino. Pour contrôler le volume que nous devons mesurer, l’eau est essentielle à tout.

Le capteur de débit d'eau est composé d'un corps de vanne en plastique, d'un rotor à eau et d'un capteur à effet Hall. Une roue de turbine incorporée avec un aimant est placée sur une enveloppe en plastique fermée et un capteur à effet Hall est placé. Lorsque l’eau coule dans le pipeline, elle fait tourner la roue de turbine et le flux d’aimant gêne le capteur à effet Hall dépend de la vitesse d'écoulement de l'eau, de sorte que le capteur à effet Hall produit une sortie de signal puisé, cette sortie peut être calculée en tant que volume d'eau ..

Le capteur de débit d'eau est composé d'un corps de vanne en plastique, d'un rotor à eau et d'un capteur à effet Hall. Lorsque l'eau circule dans le rotor, celui-ci roule. Sa vitesse change avec un débit différent. Le capteur à effet Hall émet le signal d'impulsion correspondant.

Mesurer le débit d'eau

Pour mesurer le débit d'eau dans le tuyau, un capteur de débit est utilisé sur la carte Arduino Mega 2560. La connexion de ceux-ci est très simple
Il y a 3 fils: noir, rouge et jaune. Noir à la broche de terre Arduino, Rouge à la broche 5v de Arduino et le fil jaune devront être connectés à une résistance de rappel 10k puis à la broche 2 de l’Arduino.

Principe de calcul du débit

Afin de mesurer la quantité d'eau traversant le capteur de débit d'eau à un moment donné, il a d'abord été passé par le capteur de débit d'eau, qui a été utilisé comme interface d'entrée dans le flux. Des formules sont appliquées afin de mesurer le nombre de rotations / impulsions en une minute de rotation.
Le débit peut être déterminé de manière inférentielle par différentes techniques, telles que le changement de vitesse ou d'énergie cinétique. Ici, nous avons déterminé le débit en modifiant la vitesse de l'eau. La vitesse dépend de la pression qui force les canalisations traversantes. La section de la conduite étant connue et restant constante, la vitesse moyenne est une indication du débit. La relation de base pour déterminer le débit du liquide dans de tels cas est Q = VxA, où Q est le débit / écoulement total d'eau à travers le tuyau, V est la vitesse moyenne du débit et A est la section du tuyau ( la viscosité, la densité et le frottement du liquide en contact avec le tuyau influencent également le débit d'eau).
Fréquence d'impulsion (Hz) = 7.5Q, Q est le débit en litres / minute
Débit (litres / heure) = (fréquence d'impulsion x 60 min) / 7.5Q
En d'autres termes:
Fréquence du capteur (Hz) = 7.5 * Q (Litres / min)
Litres = Q * temps écoulé (secondes) / 60 (secondes / minute)
Litres = (Fréquence (Impulsions / seconde) / 7.5) * temps écoulé (secondes) / 60
Litres = Légumineuses / (7.5 * 60)

Circuit

Code Arduino

volatile int flow_frequency;
unsigned int valeur;
flow_initial = 1600;
unsigned char flowsensor = 2;
unsigned long currentTime;
unsigned long cloopTime;
void flow ()
{
flow_frequency++;
}
void setup()
{
pinMode(flowsensor, INPUT);
digitalWrite(flowsensor, HIGH);
Serial.begin(9600);
attachInterrupt(0, flow, RISING);
sei(); // Enable interrupts
currentTime = millis();
cloopTime = currentTime;
}
void loop ()
{
currentTime = millis();

if(currentTime >= (cloopTime + 1000))
{
cloopTime = currentTime;
// Pulse frequency (Hz) = 7.5Q, Q is flow rate in L/min.
valeur = (flow_frequency * 60 / 7.5);
flow_frequency = 0;

// Pas de flow

if ( valeur = 0 ){
flow_frequency = 0;
Serial.print('<');
Serial.print(valeur, DEC);
Serial.print(" L/hour");
Serial.println('>');
Serial.println(" there is no flow ");
delay(1000);
}
// Présence d'eau
else if ( valeur >=flow_initial ) {
flow_frequency = 0;
Serial.println("the flow of water is: ");
Serial.print('<');
Serial.print(valeur, DEC);
Serial.print(" L/hour");
Serial.println('>');
delay(1000);
}

// On peut détecter un fuite en comparant le valeur de flow avec le flow_initial=1600(par exemple)
else {
flow_frequency = 0;
Serial.println("the flow of water is: ");
Serial.print('<');
Serial.print(valeur, DEC);
Serial.print(" L/hour");
Serial.println('>');
Serial.println(" there is a water leak ");
delay(1000);
}
}
}

--------------------------------------------------------------------------------------------

Je vais postuler un video explicatif ultérieurement

système de surveillance de la température

2019-08-07T00:59:00.003+01:00

système de surveillance de la température

Introduction

Dans cette partie, nous présentons une description détaillée de la solution adoptée pour répondre à notre cahier de charge et en abordant la conception détaillée de chaque partie du système afin d'obtenir une schématisation complète et précise.
À la phase de simulation on va utiliser le logiciel ‘Proteus ISIS’ et pour la programmation de PIC en utilise le ‘MikroC PRO for PIC’.

Les différents blocs de carte

Notre carte comme l'indique la figure ci dessous est menue de plusieurs unités qui assurent le bon fonctionnement de la carte de commande de climatisation:
Une carte d'alimentation " alimentation stabilisé ". Ce bloc a pour but l'alimentation des différents blocs de la carte électronique. Un microcontrôleur PIC 16F877A qui gère tous les traitements et les liaisons entre les différents blocs de la carte. Un afficheur LCD (2 lignes, 16 caractères) qui permet d'afficher les résultats.

Figure 1 : les blocs de la carte de climatisation automatique

REALISATION PRATIQUE DE LA CARTE

Dans cette partie on va présenter le montage électronique et on va l’étudier et le simuler et réaliser ainsi la partie pratique.

💪Montage électronique

Figure 2 : schéma de climatisation automatisée

Le principe de ce montage est très simple. Le capteur de température est un dispositif qui permet de transformer une grandeur physique (Température) en une grandeur électrique (tension ou Courant). Cette tension convertie a partir du capteur sera par la suite convertie numériquement a travers le port A du PIC 16F877A.
Par la suite on passe par la procédure d'affichage :
La procédure d'affichage ce fait a l'aide d'un afficheur LCD deux lignes 16 colonnes de type LM016 capable d'afficher tous les caractères alphanumériques usuels et quelques Symboles supplémentaires.
Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu'il faut envoyer sur les lignes D0 à D7.
Ces lignes sont aussi utilisées pour la gestion de l'affichage avec l'envoi d'instructions telles Que l'effacement de l'écran, l'écriture en ligne 1 ou en ligne 2, le sens de défilement du curseur. Une fois la température est acquise et affichée sur l'écran LCD, on passe à comparer la valeur de température approchée avec la référence (ref= 20 degré C).Cela est possible avec un code approprié programme dans le pic 16F877A.
Dans ce cas on a trois possibilités :
Valeur de température inferieure a 20 degré C.
Valeur de température égale à 20 degré C.
Valeur de température supérieure a 20 degré C.
Dans le premier cas (température inferieur à 20) : l'afficheur LCD affiche sur la première ligne le message "Temp" et la valeur de température en degré C, et sur la deuxième ligne la valeur du référence.
Ici la Led rouge allume et le système d’échauffement est en marche. Comme l’indique sur la figure suivante :

Figure 3 : Schéma du premier essai

➤ Dans le deuxième cas (température égale à 20 °c) : ici la led verte s’allume.

Figure 4 : Schéma du deuxième essai

➤Dans la troisième cas (température supérieure à 20°c) : l'afficheur LCD affiche sur la première ligne le message "Temp" et la valeur de température en °C, et sur la deuxième la valeur du référence
Ici le système de refroidissement est en marche.

Figure III. 5 :Schéma du troisième essai

➤ Test final

Après la simulation sur l'émulateur "Le Logiciel ISIS" on passe par la suite au réalisation pratique du montage. A ce niveau plusieurs difficultés peuvent nous rencontrer.
Une fois réunis tous les composants nécessaires a la réalisation, nous avons procède a quelque test sur la plaque d'essai, Ils ont concerne spécialement :
➨Le bon fonctionnement de l'afficheur LCD.
➨Le bon fonctionnement du capteur de température.
➨Il faut aussi tester tous les composants participant à la réalisation du montage pour éviter le mal fonctionnement et pour assurer les résultats désirés.

Conclusion

Ce dernier chapitre a été entame par une réalisation pratique en exploitant une méthodologie d'analyse hiérarchique. Cette analyse a été suivie d'une explication détaillée des différentes étapes qu’il faut suivre pour la réalisation.
Enfin, le tout a été couronne par la réalisation pratique d'un dispositif automatique de commande de climatisation avec un PIC 16F877A..

........................................................................................

JMAL Radhoine

Détecteur de fumée

2019-08-07T00:30:00.004+01:00

Détecteur de fumée

I- Définition

Le détecteur de fumée est un système qui surveille de manière permanente l'air ambiant de la zone surveillée. En cas de propagation de fumée, une Alarme sonore est activée afin de prévenir les individus d'un potentiel risque d’incendie.

II- Intérêt du détecteur de fumée

Le détecteur de fumée permet d'aider à limiter les conséquences d'un début d'incendie. Il surveille en permanence l'air ambiant de l'habitation. Le détecteur de fumée est programmé pour détecter les fumées et alerter aussitôt grâce à une alarme sonore.

III- Les composants et logiciel

1) Logiciel

On a utilisé le microcontrôleur Microchip pic16f877A pour réalisé cette tache du projet.

Description

👦 Consommation :

👉moins de 2mA sous 5V à 4 MHz.
👉Architecture RISC : 35 instructions de durée 1 ou 2 cycles.
👉 Durée du cycle : Période de l'oscillateur quartz divisée par 4 soit 200 ns pour un quartz de 20 MHz. - Deux bus distincts pour le code programme et les data.
👉 Code instruction : mot de 14 bits et compteur programme (PC) sur 13 bits, ce qui permet d'adresser 8 K mots ( de h'0000' à h'1FFF')
👉 Bus DATA sur 8 bits.
👉 33 Ports Entrée-Sortie bidirectionnels pouvant produire 25 mA par sortie. PORTA = 6 bits et PORTB PORTC et PORTD = 8bits PORTE = 3 bits pour le 16F877 et 22 I/O seulement pour le 16F876.
👏4 sources d'interruption :
→Externe par la broche partagée avec le Port B : PB0
→Par changement d'état des bits du Port B: PB4 PB5 PB6 ou PB7
→Par un périphérique intégré dans le chip: écriture de Data en EEPROM terminée, conversion analogique terminée, réception USART ou I2C.
→ Par débordement du Timer.
💪 2 Compteurs 8 bits et 1 compteur 16 bits avec pré diviseur programmable.
👉 Convertisseur analogique 10 bits à 8 entrées pour le 16F877 et 4 entrées pour le 16F876.
👉 UART pour transmission série synchrone ou asynchrone.
👉 Interface I2C.
👉2 modules pour PWM avec une résolution de 10 bits.
👉 Interface avec un autre micro: 8 bits + 3 bits de contrôle pour R/W et CS.
👉368 Octets de RAM - 256 Octets d'EEPROM Data.
👉8K mots de 14 bits en EEPROM Flash pour le programme (h'000' à h'1FFF').
👉1 registre de travail : W et un registre fichier : F permettant d'accéder à la RAM ou aux registres internes du PIC. Tous les deux sont des registres 8 bits.
PORTA : 6 entrées -sorties. 5 entrées du CAN. Entrée CLK du Timer 0.
PORTB : 8 entrées-sorties. 1 entrée interruption ext. Clk et Data pour prog.
PORTC : 8 entrées-sorties. Clk Timer1 et PWM1. USART. I2C.
PORTD : 8 entrées-sorties. Port interface micro processeur (8 bits data).
PORTE : 3 entrées-sorties. 3 bits de contrôle interf micro. 3 entrées du CAN.

👦Programmation :

Les méthodes de programmations disponibles sont :
➤Écrire directement un fichier en Hexadécimal (comme dans les années 1960).
➤Écrire en assembleur.
➤Écrire en C.

👦La raison du choix :

Le microcontrôleur PIC 16F877 est un microcontrôleur très populaire dans l'électronique loisir. Sa simplicité, son prix, et l'accessibilité des outils de programmation peuvent expliquer sa popularité, c’est pour cela on l’a choisi.

2) Les composants :

👉 MQ-5

Ce capteur de gaz (MQ5) est aisé à utiliser pour détecter les fuites de gaz (chez soi et dans l’industrie).
Caractéristique :

☝Alimentation: 5 Vcc
☝ Sortie analogique
☝Longue durée de vie et bonne stabilité
☝Capteur de gaz, simple à utiliser, approprié à la détection du GPL, du gaz naturel, du gaz de houille ☝Sensibilité élevée et temps de réponse rapide
☝ MQ5 est utilisé dans des équipements de détection des fuites de gaz dans des applications individuelles et industrielles
☝ Sensibilité réduite aux émanations d'alcool, vapeurs de cuisson et à la fumée de cigarette.
☝ La sensibilité peut être ajustée au moyen du potentiomètre.

Avantage :

Ce capteur de gaz (MQ5) est facile à utiliser il permet de détecter les fuites de gaz (domestique et industriel). Il peut détecter les gaz GPL, gaz naturel, gaz de pollution urbaine, etc. Avec un temps de réponse court, les mesures sont rapides. La sensibilité peut également être ajustée par le potentiomètre, c’est pourquoi on a choisi ce capteur pour détecter les incendies.

👉Buzzer :

Description

Un buzzer est un élément électromécanique ou électronique qui produit un son quand on lui applique une tension. Certains nécessitent une tension continue (buzzers électro-mécaniques), d'autres nécessitent une tension alternative (transducteurs piézo-électrique).

Caractéristique

👆 fréquence d'oscillations entre 2 et 4 kHz, généralement env. = 2-2.5 kHz
👆 tension d'alimentation de 3 à 30V selon les buzzers généraux. Certains supportent une large plage de 3 à 15V par ex.
👆 intensité consommée env. de 2 à 12mA en général, plus de 50mA pour certains (mais Vcc=1,5V)
👆 pression sonore en général de 70 à 90 dB.

👉LCD

VCC, Masse : alimentation de l’afficheur LCD.
Un afficheur LCD s’alimente en 0V-5V.
Contraste : entrée permettant de régler le contraste de l’afficheur LCD. Il faut appliquer une tension continue réglable (entre 0V et 5V) à l’aide d’un potentiomètre.
Vled : différence de potentiel permettant de commander le rétro éclairage.
E : entrée de validation (ENABLE), elle permet de valider les données sur un front descendant. Lorsque E=0 alors le bus de données est à l’état haute impédance.
RS : Register Select cette entrée permet d’indiquer à l’afficheur si l’on souhaite réaliser une commande (RS=0) par des instructions spécifiques ou écrire une donnée (envoie du code du caractère à afficher) sur le bus (RS=1).
R/W : entrée de lecture (R/W=1) et d’écriture (R/W=0). Lorsqu’on commande l’afficheur LCD il faut se placer en écriture.
D7…D0 : bus de données bi-directionnel, il permet de transférer les instructions ou les données à l’afficheur LCD.

IV- Les étapes de réalisation :

1/ Schéma ISIS :

➤ On a câblé le pic avec deux condensateur de valeur chacune 22 pF et un Quartz pour assurer son bon fonctionnement.
➤ On a utilisé une résistance de 22K pour le capteur de gaz MQ-5 pour assurer son protection contre les courts circuits et les claquages.

2/ Réalisation sur plaque à essaie :

3/ Routage :

4/ Circuit imprimé en 3D :

5/ Circuit imprimé :

V- Conclusion

Dans le cas où les capteurs de détection d'incendie sont intégrés à un système de sécurité, permettant la gestion des incendies et accidents dans les locaux industriels, il sert uniquement de capteur transmettant l'information à une centrale de détection et de gestion, qui déclenche les alarmes prévues et éventuellement commande des systèmes de lutte contre les incendies :
➨Activation des systèmes d'extraction des fumées.
➨ Fermetures des portes coupe-feu imposant un confinement en zones, permettant de ralentir la progression de l'incendie.
➨Déclenchement des sprinklers ou du fréon après évacuation des locaux équipés.

Pour plus d'informations Veuillez me contactez ...........

Radhoine JMAL

Allumage automatique

2019-08-06T23:53:00.000+01:00

Allumage Automatique

Notre objectif est l'allumage d'une led de façon intelligente:
- lorsque le capteur détecte la journée (la lumière de la journée), la lampe éteindre.
- lorsque le capteur détecte la nuit (obscurité), led allumé automatiquement.

Principe

Le principe de détection de lumière est basé sur un composant électronique très connu appelé photorésistance, alors c'est quoi la photorésistance et comment elle fonctionne?

Qu'est-ce qu'une photorésistance ?

Une photorésistance est un composant dont la résistivité dépend de la luminosité ambiante. Pour faire simple, c'est une résistance dont la valeur change en fonction de la lumière qu'elle reçoit. Il existe différents types de photorésistances, chacune ayant des valeurs de résistance différentes en fonction de la luminosité ambiante. Le type le plus classique de photorésistances est de 1M ohms (obscurité) / 12K ohms (pleine lumière). C'est ce genre de photorésistance qui est employé plus bas dans ce tutoriel. Qu'importe le diamètre de la photorésistance, sa valeur dans l'ombre ou en pleine lumière, quand une photorésistance est illuminée, sa résistance diminue.

On peut donc utiliser une photorésistance pour mesurer la luminosité ambiante. Sans faire une liste exhaustive, voici quelques exemples d'utilisations très classiques pour une photorésistance :

😐Détection jour / nuit,

😎Mesure de luminosité ambiante (pour ajuster un éclairage par exemple),

👀Suiveur de lumière (pour panneaux solaires, robots, etc),

Comment ça fonctionne ??

Le composant sert majoritairement à distinguer la présence ou l'absence de lumière. La quantification de flux reste possible mais est moins employée. Les photorésistances sont montées en pont diviseur de tension pour des montages potentiométriques servant à la commande de relais ou de diaphragme. Pour les photomètres élémentaires on place sur une des branches d'un pont de Wheatstone une photorésistance. Le courant de déséquilibre introduit par la variation de la résistance de cette branche est mesuré et ramené à une mesure de flux.

Partie pratique

Matériel nécessaire

1/ Une photo résistance
2/ 10 resistance 10k
3/ Arduino
4/ 9 leds

5/ bluetooth

Schéma isis

Le code de arduino

Programme à copier coller dans le logiciel arduino et à téléverser dans la carte

//set pin numbers

//const won't change

const int ledPin = 13; //the number of the LED pin

const int ldrPin = A0; //the number of the LDR pin
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, OUTPUT); //initialize the LED pin as an output
pinMode(ldrPin, INPUT); //initialize the LDR pin as an input
}
void loop() {
int ldrStatus = analogRead(ldrPin); //read the status of the LDR value
//check if the LDR status is <= 300
//if it is, the LED is HIGH
if (ldrStatus <=300) {
digitalWrite(ledPin, HIGH); //turn LED on
Serial.println("LDR is DARK, LED is ON");
}
else {
digitalWrite(ledPin, LOW); //turn LED off
Serial.println("---------------");
}
}

Activer la liaison Bluetooth sur votre smartphone ou tablette.
Faire une recherche des périphérique Bluetooth avec votre tablette ou smartphone

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Radhoine JMAL

Controle d'accés à base de pic 16F877A avec clavier4*4

2019-08-06T18:51:00.002+01:00

Controle d'accés à base de pic 16F877A avec clavier4*4

Il s’agit ici d’étudier les différents éléments qui constituent notre système de contrôle d’accès et qui entrent dans la conception de celle-ci. Le système est constituée d’un clavier avec des chiffres et un afficheur LCD. Le clavier et LCD étant les seules parties visibles par l’utilisateur.

La structure principale est composée d’un microcontrôleur PIC qui assure la programmation des codes d’activations.

Ce système aura pour but d’activer des relais pour la commande des dispositifs électroniques ou mécaniques.

Ce système de commande représente le cerveau. Il est constitué de parties bien visibles par l’utilisateur et d’autres qui sont invisibles.

Nous étalons la structure interne de notre projet avec ses différents composants électroniques et nous citons comme composants principaux :

Un microcontrôleur PIC qui est le cœur de ce circuit.
Le quartz qui détermine la fréquence avec laquelle fonctionne le PIC.
L’écran LCD où ils s’affichent les différents messages.
Le clavier électronique.
Relai
Le BUZZER et le moteur

PIC 16F877A

L'intégration du PIC 16F877A dans un schéma électronique est des plus aisées. L'alimentation se fait au travers de deux broches VDD qui requièrent une tension de 5V. Un découplage au travers d'un condensateur est recommandé par le constructeur. La broche MCLR permet un reset matériel du microcontrôleur mais cela n’étant pas utile à l’application, la fonctionnalité est

désactivée par la connexion du pin au Vcc. Aussi, la masse du microcontrôleur doit être connectée à la masse du circuit grâce aux deux entrées VSS.

LCD

L'afficheur est constitué de deux lames de verre, distantes de 20 µm environ, sur lesquelles sont dessinées les mantisses formant les caractères. L'espace entre elles est rempli de cristal liquide normalement réfléchissant (pour les modèles réflectifs). L'application entre les deux faces d'une tension alternative basse fréquence de quelques volts (3 à 5 V) le rend absorbant. Les caractères apparaissent sombres sur fond clair.

Cet afficheur nécessite une alimentation de 5V pour pouvoir alimenter son pilote interne et ainsi permettre l’affichage des caractères sur l’écran. La résistance variable permet de pouvoir modifier le contraste à tout moment. Ce LCD possède huit bits de données, mais seules quatre sont utilisées. Le composant propose en effet un mode de transmission sur 4 bits en passant les caractères en deux temps. Cela économise quatre lignes de données sur le microcontrôleur. Il possède également trois lignes de contrôle : une de lecture ou d’écriture de données sur le LCD, une qui informe si les données servent à la configuration de l’afficheur ou à l’affichage, et une qui avertit l’afficheur qu’un caractère est présent sur le port.

Cablage avec PIC:

Clavier 4*4(keypad)

Ce clavier comprend 16 touches disposées en 4 lignes et 4 colonnes.

L'appui sur une touche fait communiquer une ligne avec une colonne.

Les lignes sont des sorties. Les colonnes sont des entrées maintenues au niveau haut par une résistance interne au pic.

Le système envoie par balayage un niveau bas sur chaque ligne (1 seule à la fois) et balaye les colonnes en lecture.

Quand il lit un niveau bas, c'est que la colonne est reliée par une touche appuyée à la ligne qui est basse à ce moment.

On n'a pas besoin de programmer ce balayage : c'est la bibliothèque qui le fait.

Circuit sur ARES(routage)

conception 3D :

Réalisation

Programation

PIC kit est une famille de programmateurs pour microcontrôleur PIC de Micro chip Technologie.

Le PICKit2 possède une fonction nommée Programmer-To-Go (PTG) qui permet de télécharger le fichier HEX et les instructions de programmation dans sa mémoire intégrée (128KB i2c EEPROM ou 256KB i2c EEPROM) donc aucun ordinateur n'est requis lors de l'application finale.

programme et fonctionnement de système:

Le Programme de notre projet constitue la démarche suivante :

1) Activation de LCD :

Lcd_Init(); // Initialisation de LCD

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Cursor off

lcd_out(1,4,"Bienvenue");

delay_ms(1000);

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);

lcd_out(1,1,"Entrer le code:");

2)Activation de clavier :

Keypad_Init();

kp=Keypad_Key_Click() ;

}

while(!kp);

x=read_keypad(kp);

if(i==0) p0=x;

if(i==1) p1=x;

if(i==2) p2=x;

if(i==3) p3=x;

lcd_out(2,6+i,"*"); // affichage des * pour sécuriser le code

--> Après la comparaison le code entré et de code enregistré en mémoire, Il existe deux conditions :

▪ si le code est conforme :

lcd_out(1,1,"code accepte");

ouverture porte(); /// le moteur tourne

Initialisation ()

▪ si le code est non validée :

lcd_out(1,1,"code Errone");

lcd_out(1,1,"Retapez le code:");

-->Cette opération provoque le déclanchement de BUZZER a la troisième fois. lcd_out(1,1,"Porte bloquee!!");

alarme_porte();

JMAL Radhoine

NB: Pour plus de détail contactez moi...