ADuC

ADuC est le nom d'une famille de microcontrôleurs 8 bits de la firme étatsunienne Analog Devices. Elle comporte de nombreux membres, différant par les tailles mémoire mais aussi par le nombre et le type de périphériques embarqués.



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Microcontrôleur - Microprocesseur

ADuC est le nom d'une famille de microcontrôleurs 8 bits de la firme étatsunienne Analog Devices. Elle comporte de nombreux membres, différant par les tailles mémoire mais aussi par le nombre et le type de périphériques embarqués. L'ensemble des membres sont basés sur l'architecture mise au point par Intel avec son célèbre microcontrôleur 8051.

La firme AD (Analog Devices) étant spécialisée dans les circuits analogiques, il n'est pas surprenant de constater que les microcontrôleurs qu'elle propose conviennent idéalement pour le traitement de signaux analogiques, grâce aux convertisseurs analogiques-numériques embarqués. Les sorties se font en numérique et/ou analogique. Un seul composant est par conséquent idéalement capable de réaliser des fonctions telles que l'acquisition de données, la régulation...

Architecture de l'ADuC812

A titre d'exemple, considérons un des premiers membres de la famille, l'ADuC812. Ce dernier est présenté en boîtier Quad Flatpack avec 52 broches.

Cœur 8051

L'ADuC812 est un dispositif d'acquisition de données analogiques totalement intégré. Il est bâti autour d'un cœur 8051; ce dernier est décrit en détail dans l'article référencé. Nous nous contenterons par conséquent de discuter les additions à l'architecture de base. Rappelons que le 8051 avait été particulièrement intelligemment conçu pour permettre des extensions. C'est ainsi que dans le 8051, la plupart des SFR (registres de fonctions spéciales, conçus pour contrôler les périphériques) n'ont pas été attribués.

Mémoires

L'ADuC812 comporte :

Convertisseur analogique/numérique

Le 812 comporte un convertisseur A/N à approximations successives d'une résolution de 12 bits, précédé d'un multiplexeur analogique 8 canaux et d'un circuit suiveur/bloqueur (track and hold) conçu pour maintenir un niveau constant à l'entrée du CAN durant la conversion.

Convertisseurs numériques/analogiques

Le 812 comporte deux convertisseurs N/A 8 bits suivis d'un étage tampon qui peut être désactivé.

Référence de tension interne

Le 812 comporte une référence de tension de type bandgap, fournissant une tension particulièrement stable de 2, 5V ; celle-ci est parfois utilisée comme référence pour le CAN, les CNA et aussi pour un circuit extérieur.

Horloge

Le 812 peut être piloté par une horloge externe (400kHz à 16MHz) ou par son horloge interne ; pour spécifier la fréquence de celle-ci, il suffit d'ajouter entre les broches Xtal1 et Xtal2 un quartz taillé pour obtenir la fréquence de résonance désirée, et un condensateur (valeur recommandée par le fabricant du quartz, le plus souvent quelques dizaines de pF) entre chaque broche et la masse.

Ports d'E/S

Comme le 8051, le 812 comporte 4 ports d'E/S, chaque port a une structure spécifique ; ils sont bidirectionnels, sauf le port 1 qui ne peutêtre utilisé qu'en port d'entrée. Le port 3 permet d'absorber des courants allant jusqu'à 8mA, de manière à pouvoir piloter des leds ou des optocoupleurs sans étage tampon externe.

Alimentation

Le 812 peut être alimenté entre 2, 7 et 5, 5V. Le découplage des broches d'alimentation doit être spécifiquement soigné, de manière à éviter des interférences entre la circuiterie numérique et analogique.

Interface série RS-232

Le 812, comme le 8051, est pourvu d'une interface série RS-232. Celle-ci nécessite un circuit externe pour adapter les niveaux d'entrée et sortie du 812 aux niveaux prévus par la norme RS-232.

L'entrée série est parfois utilisée pour télécharger des données à destination de la Flash programme ou de la Flash données à partir d'un terminal. Cette possibilité permet aussi la mise au point du programme (debugging).

Autres interfaces série

Le 812 intègre aussi la circuiterie indispensable pour réaliser l'interface série particulièrement populaire de type SPI (Serial Peripheral Interface). Celle-ci nécessite trois lignes : MISO (Master In, Slave Out), MOSI (Master Out, Slave In) et SCLOCK (Serial Clock).

Est aussi prévue une interface série I2C, avec ses deux lignes SDATA (Serial Data) et SCLOCK (Serial Clock). Comme les lignes sont partagées avec l'interface SPI, seule l'une des deux interfaces peut être active.

Chien de garde

Le 812 est surveillé par un chien de garde (watchdog), qui est conçu pour générer une commande de reset du dispositif quand ce dernier, suite à une erreur de programmation ou d'un événement fortuit, entre dans une boucle sans fin erronée (le programme se plante, en langage imagé!). La durée du temporisateur utilisé par le chien de garde, est réglable, et ce dernier peut aussi être désactivé (ce qui est fréquemment utile au cours de la phase de mise au point du programme).

Superviseur d'alimentation

Ce circuit surveille en permanence les tensions d'alimentation des circuits analogiques et numériques. Il indique quand l'une d'entre elles, ou les deux, tombent en dessous d'un seuil qui est réglable entre 2, 63 et 4, 63V. En cas de sous-tension, le fonctionnement du cœur est bloqué, de manière à ne pas exécuter un programme incorrect, mais les registres de travail peuvent être sauvegardés.

Compteurs

Le 812 comporte 3 compteurs 16 bits, identiques aux compteurs présents dans le MC 8052 d'Intel.

Interruptions

Le 812 comporte pas moins de 9 sources d'interruption, avec deux niveaux de priorité.

  • Superviseur de tension
  • Interruption externe 0 et 1
  • Compteur/temporisateur 0, 1 et 2
  • Convertisseur A/N
  • Interface I2C/SPI
  • Interface série RS-232

Autres membres de la famille

La famille ADuC comporte bien d'autres membres, et la liste s'allonge au fil des mois. A titre d'exemple, donnons quelques caractéristiques des ADuC 814 et ADuC 831.

ADuC 814

Il s'agit d'un processeur 8 bits bâti autour d'un cœur 8052 et équipé d'un convertisseur A/N à 6 entrées d'une résolution de 12 bits capable de convertir 247k échantillons/s. Il se contente d'un cristal à 32kHz, qui stabilise, grâce à une boucle à verrouillage de phase (PLL, Phase-Locked Loop), la fréquence de l'horloge locale à 16, 8MHz. L'utilisation d'un quartz basse fréquence sert à diminuer la puissance consommée.

Il est équipé d'une source de tension de référence interne programmable (via un convertisseur N/A) et de deux CNA d'une résolution de 12 bits chacun avec tampon de sortie.

Côté mémoire : 8Ko de mémoire flash/EE pour le programme, 640 octets de flash/EE pour les données et 256 octets de RAM.

Il possède 3 compteurs/temporisateurs, 11 lignes d'E/S et 11 sources d'interruption avec 2 niveaux de priorité.

Il peut être alimenté en 3 ou 5V, ne consomme que 3mA sous 3V (avec une fréquence d'horloge de 2, 1MHz), et la puissance consommée tombe à 15μA en mode Power Down (horloge de 32kHz activée).

Il est livré dans un boîtier 28 broches et comporte les périphériques embarqués suivants : circuit de reset à la mise sous tension (power-on reset circuit), moniteur de température, temporisateur pour un réveil à intervalles réguliers (wake-up/RTC timer), interface série UART, interfaces série SPI/I2C combinés, superviseur d'alimentation, chien de garde.

Programme et données peuvent évidemment être téléchargés par l'interface série ; celle-ci permet aussi l'émulation 1 broche (single-pin emulation), utile en phase de mise au point du programme.

ADuC 831 et 832

Il s'agit d'un processeur 8 bits bâti autour d'un cœur 8052 et équipé d'un convertisseur A/N à 8 entrées d'une résolution de 12 bits capable de convertir 247k échantillons/s ; avec système d'étalonnage incorporé. La fréquence du quartz doit être comprise entre 1 et 16MHz pour le 831 ; l'ADuC 832 est une version spécifique du 831 prévue pour fonctionner avec un quartz de 32kHz.

Il est équipé :

Côté mémoire : 62Ko de mémoire flash/EE pour le programme, 4Ko de flash/EE pour les données et 2304 (sic!) octets de RAM ; il s'agit en fait des 256 octets classiques de la famille plus 2Ko de RAM étendue.

Il possède 3 compteurs/temporisateurs, 32 lignes d'E/S (certaines ont une double fonction et pourraient ne pas être disponibles dans certaines applications) et 12 sources d'interruption avec 2 niveaux de priorité.

Il peut être alimenté en 3 ou 5V. Trois modes de fonctionnement sont prévus : normal, Idle et Power-Down ; dans ce dernier mode, la consommation tombe à 20μA sous 3V.

Il est livré dans un boîtier 56 broches et comporte les périphériques embarqués suivants : moniteur de température, interface série UART, interfaces série SPI/I2C combinés, superviseur d'alimentation, chien de garde.

Programme et données peuvent évidemment être téléchargés par l'interface série ; celle-ci permet aussi l'émulation 1 broche (single-pin emulation), utile en phase de mise au point du programme.

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