[Mise à jour le : 25/8/2023]
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« D'un point de vue fonctionnel, dans un système à base de microcontrôleur1), on appelle entrées-sorties les échanges d'informations entre le processeur et les périphériques qui lui sont associés. De la sorte, le système peut réagir à des modifications de son environnement, voire le contrôler. Les entrées, sorties sont parfois désignées par l'acronyme I/O, issu de l'anglais Input/Output ou encore E/S pour Entrées/Sorties. » Wikipédia
Exemple de microcontrôleur : l'ATMEGA328
Ce microcontrôleur dispose de 28 broches dont 23 GPIO (PBx, PCx, PDx). La broche 27 a 3 fonctionnalités. Elle peut être configurée en E/S numérique (PC4), en entrée analogique (ADC4) ou comme signal de bus I2C (SDA).
Carte de prototypage
Le microcontrôleur ATMEGA328P est le coeur de la carte de prototypage3) Arduino Uno R3 (Schéma). Cela facilite sa connexion à des périphériques d'E/S et sa programmation.
Pour éviter de faire référence à des valeurs électriques (tension ou intensité), on définit souvent l’état d’un signal numérique en utilisant la logique booléenne.
- true (« 1 » logique ou HIGH)
- false (« 0 » logique ou LOW) .
Exemple pour l'ATMEGA328 (Vcc = 5V - 25°C)
Niveau logique | Signal de sortie (Output) | Signal d'entrée (Input) |
---|---|---|
LOW | 0V à 0,5V (VoL)4) pour 0 à 20mA (IoL) | 0V à 2,2V (Vil5)) |
HIGH | 4,5V à 5V (VoH)6) pour 0 à 20mA (IoH) | 2,7V à 5V (ViH7)) |
Lorsqu'une broche est configurée en sortie numérique, le microcontrôleur délivre des signaux logiques “0”(LOW) ou “1“(HIGH).
Les programmes suivant sont codés :
b. Configuration d'une broche en sortie
// Exemple 1 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // Les instructions contenues dans la fonction setup() s'exécutent une fois void setup() { pinMode(12,OUTPUT); // Associé à OUTPUT pinMode force la broche 12 de la carte Arduino Uno à se comporter comme une sortie } // Exemple 2 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // L'utilisation de la directive "define" améliore la lisibilité des programmes #define led 12 void setup() { pinMode(led,OUTPUT); // On précise que la broche 12 de la carte Arduino Uno se comporte comme une sortie et est connectée à une LED }
c. Ecriture d'un état logique sur une broche
// Exemple 1 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // Les instructions contenues dans la fonction setup() s'exécutent une fois void setup() { pinMode(12,OUTPUT); // Associé à OUTPUT pinMode force la broche 12 de la carte Arduino Uno à se comporter comme une sortie } // Les instructions contenues dans la fonction loop() s'exécutent tant que le microcontrôleur est sous tension void loop() { digitalWrite(12, HIGH); // La broche 12 présente un état logique haut (par exemple 5V) } //Exemple 2 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // L'utilisation de la directive define améliore la lisibilité des programmes #define led 12 void setup() { pinMode(led,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // On applique un état logique haut (par exemple 5V) à la LED => elle s'éclaire }
d. Synthèse: blink
// Faire clignoter une led connectée à la broche 12 de la carte Arduino Uno // Matériels : Carte Arduino, led, résistance // IDE: Arduino 2.x.x // Fichier : blink.ino #define led 12 void setup() { pinMode(led,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led, HIGH); delay(500); // Attente 0,5s digitalWrite(led, LOW); delay(500); // Attente 0,5s }
b. Configuration d'une broche en sortie
# Exemples from machine import Pin # Bibliothèque nécessaire aux E/S # Exemple 1 : configuration en sortie de la broche 15 connectée à une led led = Pin(15,Pin.OUT) # Associée à Pin.OUT, Pin force la broche 15 de la carte Rpi Pico à se comporter comme une sortie # Exemple 2 : configuration en sortie de la broche associée à la led de la carte led_carte = Pin('LED',Pin.OUT) # 'LED' <=> 25 (GPIO25) # Associée à Pin.OUT, Pin force la broche 25 de la carte Rpi Pico # à se comporter comme une sortie
c. Ecriture d'un état logique sur une broche
from machine import Pin # Bibliothèque # Configuration de la broche associée à la led de la carte led_carte = Pin('LED',Pin.OUT) # 'LED' <=> 25 (GPIO25) # Exemples # Ecriture d'un "1" sur GPIO25 -> la LED s'éclaire led_carte.on() # Ecriture d'un "0" sur GPIO25 -> la LED s'éteint led_carte.off()
d. Synthèse: Blink.py
# ------------------------------------------------------------------------------- # Faire clignoter une led externe à la carte Raspberry Pi Pico # Matériels : Raspberry Pi Pico, led, Shield Grove # IDE : Thonny # Fichier : blink.py # ------------------------------------------------------------------------------- # Bibliothèques from machine import Pin import time # Configuration de la broche associée à la led de la carte led = Pin(15,Pin.OUT) # (GPIO15) while (True): led.on() time.sleep(0.5) # Attente 0,5s led.off() time.sleep(0.5) # Attente 0,5s
b. Configuration d'une broche en sortie
# Exemple from machine import Pin # Bibliothèque nécessaire aux E/S # Configuration en sortie de la broche associée à la led de la carte led_carte = Pin(13,Pin.OUT) # Associée à Pin.OUT, Pin force la broche 13 de la carte ESP32 # à se comporter comme une sortie
c. Ecriture d'un état logique sur une broche
from machine import Pin # Bibliothèque nécessaire aux E/S # Configuration en sortie de la broche associée à la led de la carte led_carte = Pin(13,Pin.OUT) # Associée à Pin.OUT, Pin force la broche 13 de la carte ESP32 # à se comporter comme une sortie # Exemples # Ecriture d'un "1" sur GPIO13 -> la LED s'éclaire led_carte.on() # Ecriture d'un "0" sur GPIO13 -> la LED s'éteint led_carte.off()
d. Synthèse: Blink.py
# ------------------------------------------------------------------------------- # Faire clignoter la led de la carte ESP32 Feather Huzzah # IDE : Thonny # Fichier : blink.py # ------------------------------------------------------------------------------- # Bibliothèques from machine import Pin import time # Configuration de la broche associée à la led de la carte led_carte = Pin(13, Pin.OUT) while (True): led_carte.on() time.sleep(1) # Attente 1s led_carte.off() time.sleep(1) # Attente 1s
La Modulation de Largeur d'Impulsions (MLI ; en anglais PWM pour Pulse Width Modulation), est une technique couramment utilisée pour synthétiser des signaux pseudo analogiques à l'aide de circuits numériques (“1” ou “0”).
Le PWM est utilisé par exemple pour contrôler la luminosité d'une LED, changer la couleur d'une LED RGB ou encore piloter la vitesse d'un moteur.
Le principe est de créer un signal prenant les valeurs “1” ou “0”, à fréquence fixe mais dont le rapport cyclique est contrôlé numériquement, la valeur moyenne de ce signal étant une grandeur analogique, égale au produit du rapport cyclique par l'amplitude maximale du signal. Wikipédia
Les programmes suivant sont codés :
a. Présentation
Cartes | Broche PWM | Fréquence | Repérage de la broche PWM sur la carte |
---|---|---|---|
Uno, Nano, Mini | 3, 5, 6, 9, 10, 11 | 490 Hz (broches 5 et 6: 980 Hz) | ~ |
b. Configuration d'une broche en sortie et génération d'un signal PWM
// Exemple // -------------------------------------------------------- // Diminution de la luminosité d'une led avec un signal PWM #define led 11 // Les instructions contenues dans la fonction setup() s'exécutent une fois void setup() { pinMode(led, OUTPUT); // Associé à OUTPUT pinMode force la broche 11 de la carte Arduino Uno à se comporter comme une sortie } // Les instructions contenues dans la fonction loop() s'exécutent tant que le microcontrôleur est sous tension void loop() { analogWrite(led, 127); // La broche 11 délivre un signal PWM de fréquence F=490Hz // et de rapport cyclique = 1/2 (voir la ressource pour le calcul du rapport cyclique) }
Lorsqu'une broche est configurée en entrée numérique, le microcontrôleur est capable de traiter des signaux prenant la valeur logique “0” ou “1”.
Exemple : détermination de l'état ouvert ou fermé d'un bouton-poussoir.
Les programmes suivant sont codés :
b. Configuration d'une broche en entrée
// Exemple 1 : connexion d'une broche à un bouton-poussoir via une résistance pull-down // externe à la carte Arduino Uno (celle-ci n'en dispose pas en interne!). // ------------------------------------------------------------------------------------------ // Les instructions contenues dans la fonction setup() s'exécutent une fois void setup() { pinMode(2,INPUT); // Associé à INPUT pinMode force la broche 2 de la carte Arduino Uno // à se comporter comme une entrée // Optionnel si la broche n'a pas été préalablement // configurée en sortie, car c'est le mode par défaut } // ------------------------------------------------------------------------------------------ // Exemple 2 // ------------------------------------------------------------------------------------------ // L'utilisation de la directive "define" améliore la lisibilité des programmes #define BP 2 void setup() { pinMode(BP,INPUT); // On précise que la broche 2 de la carte Arduino Uno se comporte comme // une entrée et est connectée à un bouton-poussoir // optionnel si la broche n'a pas été préalablement // configurée en sortie, car c'est le mode par défaut }
// Exemple 3 : connexion d'une broche à un bouton-poussoir via la résistance de pull-pup interne // de la carte arduino uno. On économise ainsi 1 composant // --------------------------------------------------------------------------------------------- // L'utilisation de la directive "define" améliore la lisibilité des programmes #define BP 2 void setup() { pinMode(BP, INPUT_PULLUP);; // On précise que la broche 2 de la carte Arduino Uno est connectée à la // résistance de pull-up interne, se comporte comme une entrée et est // connectée à un bouton-poussoir }
c. Lecture de l'état logique sur une broche
// Exemple 1 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // Les instructions contenues dans la fonction setup() s'exécutent une fois void setup() { pinMode(2,INPUT); // Associé à INPUT pinMode force la broche 2 de la carte Arduino Uno à se comporter comme une entrée // ou pinMode(2, INPUT_PULLUP); selon le montage utilisé } // Les instructions contenues dans la fonction loop() s'exécutent tant que le microcontrôleur est sous tension void loop() { bool etat_bp = digitalRead(2); // L'état logique sur l'entrée 2 est transféré dans une variable de type booléen } //Exemple 2 // ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // L'utilisation de la directive define améliore la lisibilité des programmes #define bp 2 void setup() { pinMode(bp,INPUT); // ou pinMode(bp, INPUT_PULLUP); selon le montage utilisé } void loop() { bool etat_bp = digitalRead(bp); // L'état logique sur l'entrée 2 est transféré dans une variable de type booléen, cette entrée // est reliée à un bouton-poussoir }
d. Synthèse: ledbp
// Titre : LED_BP // Description : la led s’éclaire lorsqu’on presse le bouton-poussoir (BP), elle s’éteint lorsqu’on le relâche. // Entrées, sorties #define led 12 #define bp 2 bool etat_bp; void setup() { // Configuration des E/S pinMode(led, OUTPUT); pinMode(bp, INPUT_PULLUP); } void loop() { // Lecture de l’entrée bool etat_bp = !(digitalRead(bp)); // le bouton-poussoir étant actif à l'état bas "0" alors que la led l'est à l'état haut "1" // nécessite d'inverser l'état logique de la variable etat_bp digitalWrite(led,etat_bp); // Ecriture de l’entrée sur la sortie }
b. Configuration d'une broche en en entrée
c. Lecture de l'état logique sur une broche
d. Synthèse: ?.cpp
Exemple de code pour un Raspberry Pi Pico
# Configuration (en entrée) des broches connectées à deux boutons-poussoirs # Bibliothèques à installer from machine import Pin # Configuration (en entrée) des broches connectées à deux boutons-poussoirs button_min = Pin(20, Pin.IN) button_hr = Pin(21, Pin.IN) ...
b. Configuration d'une broche en en entrée
c. Lecture de l'état logique sur une broche
d. Synthèse: ?.cpp
Exemple de code pour un ESP32 Feather Huzzah
# Configuration (en entrée) des broches connectées à deux boutons-poussoirs button_min = Pin(25, Pin.IN) button_hr = Pin(26, Pin.IN) ...
Une interruption est un arrêt temporaire de l'exécution normale d'un programme par le processeur afin d'exécuter un autre programme (appelé service d'interruption).
L’interruption est provoquée par une cause externe (action sur un bouton-poussoir, mesure réalisée par un capteur, horloge temps réel, etc.).
On utilise les interruptions afin de permettre des communications non bloquantes avec des périphériques externes.
Une interruption tient compte de l’état logique présent sur une broche. Couramment, on la déclenchera sur le front montant, le front descendant, ou chacun des fronts d’un signal logique.
Les programmes suivant sont codés :
a. Présentation
b. Configuration d'une broche en entrée d'interruption
c. Evènement et gestionnaire d'interruption
d. Synthèse: ?
a. Présentation
b. Configuration d'une broche en entrée d'interruption
c. Evènement et gestionnaire d'interruption
d. Synthèse: ?
a. Présentation
b. Configuration d'une broche en entrée d'interruption
c. Evènement et gestionnaire d'interruption
d. Synthèse: HORLOGE NUMERIQUE
# ----------------------------------------------- # Code partiel du programme HORLOGE # ----------------------------------------------- # Réglage de l'heure à la mise sous tension time_offset=12*3600+0*60+0 # hh+mm+ss # Routines de service d'interruption (ISR) def handle_interrupt_min(pin): global time_offset time_offset+=60 time.sleep(.2) def handle_interrupt_hr(pin): global time_offset time_offset+=3600 time.sleep(.2) # Réglage des minutes # Ajout de 60s à l'heure initiale button_min = Pin(25, Pin.IN) # Gestionnaire d'interruption button_min.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING,handler=handle_interrupt_min) # Réglage des heures # Ajout de 3600s à l'heure initiale button_hr = Pin(26, Pin.IN) # Gestionnaire d'interruption button_hr.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING,handler=handle_interrupt_hr) {{ :python:micropython:materiel:thonny.png?nolink&70|}}
d. Synthèse: ?
Exemple de code pour un Raspberry Pi Pico
# ------------------------------------------------------------------------------- # Lecture et affichage dans la console de la tension issue d'un potentiomètre # Date : 22/5/2023 # Matériels : Raspberry Pi Pico, Shield Grove, pot. 10k # ADC accessibles sur le shield Grove pour RP2 : # Connecteur: ADC : GPIO # A0 : ADC0 : 26 # A1 : ADC0,ADC1: 26,27 # A2 : ADC1,ADC2: 27,28 # IDE : Thonny # ------------------------------------------------------------------------------- from machine import ADC, Pin import time # Le potentiomètre 10kOhm est connecté à l'entrée analogique A0 du shield. # Attention : La tension doit être comprise entre 0 - 3,3V (3,6V max !) # sur une entrée analogique. # Configuration pot = ADC(Pin(26)) while (True): val=pot.read_u16() # lecture de l'ADC U = val*3.3/65535 # Calcul de la tension print("%.2f" % U) # Affichage dans la console (formaté à 2 décimales) time.sleep(1)
b. Configuration d'une broche en entrée analogique
c. Lecture d'une entrée analogique
d. Synthèse: ?
Exemple de code pour un ESP32 Feather Huzzah
# ADC accessibles en Python sur la carte ESP32 Feather Huzzah : # ADC:GPIO # A2 : 34 # A3 : 39 # A4 : 36 # A7 : 32 # A9 : 33 from machine import ADC, Pin # Le potentiomètre 10kOhm est connecté à l'entrée analogique A2 de l'ESP32. # Configuration adc = ADC(Pin(34)) # Sur une entrée analogique, la tension doit # être comprise entre 0 - 3,3V (3,6V max !) adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # voir doc # Mesure value = adc.read() print(value) # affichage dans la console
SISEL SA - Entrées-sorties d’un microcontrôleur