Debuter Dans l Informatique Embarquee Avec Teensy

7/28/2019 Debuter Dans l Informatique Embarquee Avec Teensy

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Dbuter dansl'informatique

embarque avecTeensy

Par Grota

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Licence Creative Commons BY-SA 2.0Dernire mise jour le 4/01/2012


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Sommaire

2Sommaire ...........................................................................................................................................3Dbuter dans l'informatique embarque avec Teensy .......................................................................3Prsentation de l'informatique embarque et de Teensy ..................................................................................................4Programmer sur une carte teensy ...............................................................................................................................................................................4Se procurer une carte teensy ......................................................................................................................................................................................

4Installation d'arduino .........................................................................................................................................................5Test de l'installation .....................................................................................................................................................................................................5Arduino ........................................................................................................................................................................................................................6Utiliser Arduino ............................................................................................................................................................................................................

7Premier programme ..........................................................................................................................................................7Matriel conseill .........................................................................................................................................................................................................7Documentation ............................................................................................................................................................................................................

7Entre/sortie numrique ....................................................................................................................................................9Lecture de valeur .........................................................................................................................................................................................................

10Port srie .........................................................................................................................................................................12Rception srie .........................................................................................................................................................................................................

13Interruption ......................................................................................................................................................................15Remarques ................................................................................................................................................................................................................

15[Annexe] Quelques composants utiles ............................................................................................................................15Rsistance ................................................................................................................................................................................................................15DEL/LED ...................................................................................................................................................................................................................16Relais ........................................................................................................................................................................................................................16Afficheur 7 segments .................................................................................................................................................................................................16Partager .....................................................................................................................................................................................................................

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Dbuter dans l'informatique embarque avec Teensy

Par Grota

Mise jour : 20/09/2010Difficult : Intermdiaire Dure d'tude : 2 heures

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Ce tutoriel couvre les bases de l'informatique embarque en utilisant un module teensy, prsente dans le premier chapitre.Sommaire du tutoriel :

Prsentation de l'informatique embarque et de TeensyInstallation d'arduinoPremier programmeEntre/sortie numriquePort srieInterruption[Annexe] Quelques composants utiles

Prsentation de l'informatique embarque et de Teensy

Que vous ayez ou pas entendu ces mots : "informatique embarque", vous pouvez tre sr d'en avoir dj utilis : sous ce nombarbare se cache les s ys tmes contenus dans des objets comme : un tlphone, une voiture, un PDA, un routeur, une cons ole dejeu ... mais aus si une machine laver, un four micro-onde, un pacemaker...

A l'intrieur de ces appareils se trouve souvent une carte que l'on pourrait comparer une carte mre en informatiquetraditionnelle. Il en existe de toutes les tailles & forme :

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...

Nous allons ici nous intresser aux cartes Teensy, dont voici un aperu :

Carte teensy 2.0 ++

Carte Teensy 2.0

Pour donner un ordre d 'ide, celle-ci tient sur la dernire phalange de mon pouce.

La puce noire que vous voyez au centre de chacune de ces cartes es t un processeur AVR. Comparativement, celui de votre PCest plusieurs milliers de fois plus puissants. Vous avez certainement remarqu le port USB gauche : il va servir flasher(programmer) la carte ; Il pourra aussi nous servir occasionnellement comme interface avec l'ordinateur. Enfin, les trousnumrots de part et d'autre de la carte ne sont pas juste de fixation : ce sont des contacts lectroniques, qui permettent auteensy d'interagir avec le monde extrieur.

Vous l'aurez certainement devin, il est plus courant d 'utiliser un teensy pour mener bien un projet, que d'adapter son projetpour y inclure ce composant : je vous conseille donc d'avoir une ide de ce que vous voulez faire avec (Pas d 'ide ? Sachez quemme avec un minimum d'effort, vot re PC pourra effectivement commander votre cafetire Avis aux amateurs !).

Programmer sur une carte teensy

Il existe deux possibilits pour programmer sur une carte Teensy : utiliser un crosscompilateur AVR, ou un environnement ddiArduino. j'ai choisi la seconde solution, parce qu'elle est plus facile pour une premire exprience de ce genre de carte d'interface,mais elle prsente des dfauts (pas de possibilit d'utiliser l'USB pleine vitesse).

Il vous faudra donc maitriser les bases du C/C++ (au moins les deux premires parties du tuto officiel C).

Se procurer une carte teensy

Une seule destination, le site du fabriquant Je vous conseille si vous dbutez de prendre la plus petite, 16 $.

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Installation d'arduino

Tlchargez la dernire version de l'environnement Arduino cette adresse : arduino.cc. Si vous tes sous Windows, leprogramme sera distribu sous forme de fichier zip. Dcompressez-le dans le dos sier de votre choix, vitez cependant qu'unespace s oit prsent dans le chemin du dos sier.

Vous aurez ensuite besoin du programme Teensy Loader , disponible cette adresse. Choisissez la version correcte selon votre

systme d'exploitation. Je vous conseille d'enregistrer le fichier excutable dans le mme dossier qu'Arduino.

Enfin, la dernire tape est l'installation du plugin Teensyduino pour Arduino, qui permet de programmer le Teensy directementdepuis l'IDE arduino. Vous pourrez le rcuprerpar ici. Lors de s on installation, on vous demandera o vous avez installArduino : indiquez le doss ier (qui doit tre s ous la forme arduino_XXX).

Pour pouvoir tester la carte, nous aurons besoin de ces fichiers de tes t. Extrayez-les o bon vous semble, nous en aurons besoinbientt.

Test de l'installation

Branchez votre teensy par le port USB : si c'est la premire fois que vous l'utilisez, la diode devrait clignoter lentement. Ouvrez le

programme teensy loader (L'excutable s'appelle trs probablement teensy.exe) :

Cliquez sur le premier bouton : une fentre de slection de fichiers s 'ouvrira. Choisissez, dans les fichiers de texte que je vous aifait tlcharger, blink_fast.hex. Appuyer ensuite sur le bouton de votre teensy (si, sous windows, une fentre vous demandequoi que ce soit pour des driver, ne faites rien ou annulez). La fentre du teensy loader devrait ressembler cela :

Vous pouvez maintenant appuyer sur le deuxime bouton ("program") puis le troisime ("reboot") : votre teensy clignote

maintenant plus rapidement ! Nous avons , grce au Teensy Loader , flash (reprogramm) le teensy. Plus que quelques clics etvous pourrez programmer.

Arduino

Gardez le Teensy Loader ouvert, puis lancez Arduino(arduino.exe). Voici l'interface. J'ai indiqu les boutons retenir.


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Encore un dernier rglage : dans le menu Tools>>Board, choisissez votre teensy : 2.0 ou 2.0 ++.

Utiliser Arduino

La grande zone de texte au centre de l'IDE est l'endroit o vous crirez votre code. La console au bas de l'cran vous affichera leserreurs. Vous devez garder Teensy Loader ouvert durant l'utilisation de Arduino, de mme laiss ez votre carte teensy branche.

Nous allons tes ter l'IDE : entrez le programme suivant ci-dessous . Prenez garde adapter la premire ligne de code :

Code : C

int ledPin = 11; // Tensy 2.0, mettez 11 // Teensy 2++ : mettez 6

voidsetup() {

pinMode(ledPin, OUTPUT);

}

voidloop()

{ digitalWrite(ledPin, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(1000);

}

Pressez le bouton "Compile" (symbole "Play"). Une fois le message :

Code : Console

Binary sketch size: 2298 bytes (of a 32256 byte maximum)

apparu dans la console, mettez la fentre Teensy loader au premier plan : appuyez sur le bouton de votre carte Teensy : aprsquelques secondes , vous devriez voir votre teensy clignoter lentement, une illumination par seconde.


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Si vous rencontrez des problmes s ous linux, essayer de lancer Teensy Loader en root.

Premier programme

Dans chaque programme, vous retrouverez au moins 2 fonctions : setupet loop. la premire s'excute une fois, au dbut de

l'excution du programme. Elle est souvent utilise pour initialiser les variables et le matriel. La fonction loop est appele enboucle une fois que la fonction setupest termine. Vous pouvez bien sr crer les fonctions que vous souhaitez en plus de celle-ci.

Le programme minimal qui-fait-rien est donc celui-ci :Code : C

voidsetup() {

// Excut une fois}

voidloop()

{

// Excut en boucle}

Envoyez-le sur votre carte.

Matriel conseill

Lors des prochains chapitres, nous allons utiliser pleinement le Teensy, ce qui requiert un minimum de matriel :

Du fil lectrique monobrin (c'est plus pratique), pour ut iliser les contacts /trousUn multimtre (trs pratique pour le dbogage)Des DEL 1.2V classiques avec des rsistances (la tens ion typique utilise par Teensy es t de l'ordre de 5 volts).

Si vous disposez d'un oscilloscope, il remplacera avantageusement le multimtre condition de savoir s'en servir, maisil n'est nullement nces saire vos dbuts .

Documentation

Vous pourrez trouvez, en plus de ce tutoriel, la documentation complte cette adresse :

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage (anglais)http://arduino.cc/fr/Main/Reference (francais)

Entre/sortie numrique

Il est temps pour les entres/sorties numriques d'entrer en action ! (il s'agit des " trous numrots") Arduino n 'utilise pas lamme notation que le cons tructeur pour nommer ces trous (que je nommerais maintenant de leur nom anglais : pin). Voici doncdes schmas trs prcieux qui font correspondre chaque trou physique un numro utilis par arduino. Je vous conseille de

garder sous les yeux :


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Nous allons maintenant rexaminer le programme de tes t que vous avez utilis sans comprendre au chapitre prcdent :

Code : C

int ledPin = 11; //tensy 2: 11 Teensy 2++ : 6


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voidsetup() {


}

voidloop()

{

digitalWrite(ledPin, HIGH);delay(1000);

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(1000);

}

La ligne 1 est des plus s imples : nous affectons une variable de type int nomme ledPin. Prenez le temps de changer sa valeurselon votre carte.

L'inst ruction exotique suivante es t :Code : C


Cette instruction initialise la pin passe en premier argument selon le comportement donn en deuxime argument.J'ai utilis ledpin comme premier argument : j'aurai pu faire directement pinMode(13, OUTPUT); . Vous pouvez toutinstant changer le mode d'une pin.

Les diffrents modes sont :

INPUT La pin pourra recevoir des donnes . Vous ne pourrez pas effectuer d'criture dessus.

OUTPUT La pin servira la sortie ( l'criture). Pas de lecture.

La deuxime instruction cryptique est :Code : C

digitalWrite(ledPin, HIGH);

Il s'agit d'une instruction permettant d'crire sur une pin passe en premier argument. Les pins ne peuvent prendre que 2 tats : il

s'agit de s orties numriques et non analogiques (nous les verrons plus tard). L'tat HIGH correspond au 1 binaire, LOW au 0. Enmatire de tension, il s'agit respectivement de +5V et 0V.

L'instruction delay() est tout simplement une demande d'attente en millisecondes .

Ainsi, ce programme va faire clignoter la LED du teensy : la PIN 11 (ou 6, selon modle) est relie celle ci.

Lecture de valeur

Voici un autre programme :Code : C


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int ledPin = 11; //tensy 2: 11 Teensy 2++ : 6int inPin =7;

int val =0;

voidsetup()

{


pinMode(inPin, INPUT);

}

voidloop()

{

val = digitalRead(inPin);

digitalWrite(ledPin, val);

}

La seule instruction inconnue est digitalRead. Elle prend comme argument une pin, et renvoie sa valeur, qui peut tre gale lamacro HIGH ou LOW.

Ess ayer de penser au programme, trouver ce qu'il fait. Ensuite, ouvrez le volet ci-dessous pour avoir une explication. (Vouspouvez bien entendu le faire fonctionner sur votre teensy.)

Secret (cliquez pour afficher)

Le programme lit la valeur de la pin 7 (inPin), puis passe cette valeur la pin 11 ou 6, selon votre dfinition de ledPin. Ainsi, lestatut de 7 sera rpercut sur la led. Pour allumer la led, vous pouvez brancher la pin 7 une pin +5V

Port srie

Les teensy possdent un port srie simul.

Si vous utilisez windows, vous devrez installer le driver s itu surcette page. Validez le processus si on vous ledemande.

Le port srie est un objet. Ainsi, pour dmarrer une connexion :

Code : C++

Serial.begin(9600);


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L'objet reprsentant le port srie est Serial. Nous lui avons demand de lancer la communication 9600 bauds. Vous pouvezouvrir le moniteur srie Arduino, et vrifier que vous avez bien la mme valeur (si ce n'est pas le cas, changez-la pour 9600).

On peut ens uite envoyer des lignes de texte sur la liaison srie :

Code : C

Serial.println("Hello Computer"); // println() ajoute le \n finalSerial.print("Hello Computer\n"); // La mme chose avec print()

Essayez le programme suivant :

Compilez le programme, appuyez sur le bouton, attendez son chargement. Dans l'IDE, choisissez le port COM correspondant votre teensy (habituellement, sous windows, c'est COM2 ou COM4, cela dpend grandement de votre PC. De mme pour Linuxou les ports sont de la forme /dev/ttyUSBx). Ouvrez ensuite le serial monitor :

Code : Console

Tutorial by Nomaintener

Hello from teensy !


Hello from teensy !


Hello from teensy !


Hello from teensy !


Hello from teensy !

print() et println() fonctionnent comme printf() , vous pouvez passer des arguments en plus pour afficher par exemple desvariables :

Code : C

int i =0;

voidsetup() {

Serial.begin(9600);

}

voidloop()

{

while(1)

{

Serial.println("La variable i vaut %d",i);

delay(1000);

++i;

}

}

Notez que chaque sortie srie sur le teensy doit tre suivi d'un dlai d'environ 200 millisecondes . En effet, le port sriesimul du teensy fonctionne la mme vitesse que de l'USB (~8mb/seconde), ce qui pose des problmes l'IDE arduinoqui ne supporte pas ces dbits trop rapides.


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Rception srie

Toujours via l'objet Serial, vous pouvez recevoir des donnes. Cependant, celles-ci n'arrivent pas intervalle fixe : vous devezvrifier s'il en arrive via Serial.available() . Cette fonction renvoie le nombre d'octets disponibles pour lecture. Lesquelette de programme lisant la liaison s rie es t donc :

Code : C

voidsetup() {

Serial.begin(9600);

}

voidloop() {

if (Serial.available() >0)

{

}

}

Mais nous ne lisons encore rien : lisons le dernier octet disponible, et stockons le dans une variable :

Code : C

int lastByte;

voidsetup() {

Serial.begin(9600);

}

voidloop() {


{

lastByte = Serial.read();

}

}

Mais nous pouvons encore faire mieux ! Lire le caractre :

Code : C

int lastByte;

voidsetup() {

Serial.begin(9600);

}

voidloop() {


{

lastByte = Serial.read();

if (lastByte =='L') {

Serial.println("Vous avez envoy un L !");

}

}

}

Ds que la lettre L est envoye, la condition est ralise, nous imprimons donc une phrase pleine de bon s ens


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Vous voici donc dot de la capacit trs pratique de communiquer avec le PC.

Interruption

Les interruptions sont utiles pour traiter les donnes lors de leurs arrives, sans perdre ni temps ni donnes. Prenons l'exempled'un bouton poussoir : pour tre srs de ne manquer aucune pression, nous pourrions lire en boucle la pin correspondante.Malheureusement, cela ne suffit pas : si le programme effectue une autre opration, il est possible qu'il perde trace de certains

appuis. Les interruptions sont aus si une solution plus lgante ce problme : lorsqu 'une pin d'interruption change d'tat, le flotd'excution principal est interrompu, une fonction spcifique es t lance, et l'excution reprend juste aprs le retour de celle-ci.

Seule certaines pins sont susceptibles de dclencher des interruptions : elles sont notes INTx (x allant de 0 3) sur le schmades pin :


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Pour mieux comprendre, voici un programme s imple mais complet :

Code : C++

int pin =13;

volatileint state = LOW;

void setup()

{

pinMode(pin, OUTPUT);

attachInterrupt(0, blink, CHANGE);

}

void loop()

{

digitalWrite(pin, state);

}

void blink()

{ state =!state;

}

Si vous excutez ce code, vous cons taterez que tout changement dans l'alimentation de la pin INT0 entrainera le changementd'tat de la diode.

L'inst ruction retenir est attachInterrupt(0, blink, CHANGE); : elle permet d'associer une fonction (blink, recu endeuxime argument) avec une pin d'interruption (le 0 du premier argument signifie INT0), suivant un mode particulier(l'interruption sera dclenche lors d'un changement, comme le prcise le mot cl CHANGE).

Selon la s ituation, diffrents modes de dclenchement de l'interruption sont disponibles :

Mode (3me argument de

attachInterrupt)Description

LOW L'interruption s era dclench s i la pin es t dans l'tat LOW


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CHANGEL'interruption sera dclench si la pin change d'tat (de LOW HIGH ou lecontraire)

RISING L'interruption sera dclench si la pin passe de l'tat LOW HIGH

FALLING L'interruption sera dclench si la pin passe de l'tat HIGH LOW

La fonction detachInterrupt(NumeroDePin) de dtacher (supprimer) l'association ralise parattachInterrupt. Celle ci est dfinitivement perdue. Autrement, il est possible de les dsactiver globalement vianoInterrupts () et de les ractiver via interrupts(). Cependant, cette opration n'est pas anodine : nombre de fonctions(notamment, la liaison srie) ont un comportement indfini si les interruptions sont dsactives.

Remarques

Les variables susceptibles d'tre modifies ou lues lors d'une interruption doivent tre dclares volatile:

Code : C++

volatileint state = LOW;

De par la nature des interruptions , les fonctions caractre temporel (delay() et millis() ) ne fonctionneront paspendant une interruption.

[Annexe] Quelques composants utiles

Je vais prsenter dans cette annexe certains composants et actionneurs qui pourront vous tre utiles dans la ralisation de vosprojets .

Rsistance

Une rsistance est un composant lectronique ou lectrique dont la principalecaractristique es t d'opposer une plus ou moins grande rsistance (mesure enohms) la circulation du courant lectrique.

On l'utilise souvent pour "protger" des composants d'une tension trop forte.Le calcul permettant de dterminer quelle rsistance est adapte se fait par la Loid'Ohm (U = R*I)

DEL/LED

Pas grand chose dire, si ce n'est propos de leurs polarits : la patte la plus longue correspond au +(On peut aussi se reprer au cot plat, qui est le -)


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Relais

C'est un appareil trs pratique : il permet de sparer la partie commande (la carte Teensy) de lapartie puissance (les autres appareils). Prenons l'exemple d'une source de courant 30V : unpas sage par le Teensy le dtruirait, c'est pourquoi on le commute via un relai, qui estcommand par la carte. Pour de plus ample information sur son fonctionnement interne, voirla page wikipedia.

Note : un relais peut tre parfois avantageusement remplac par un triac bien plus petit entaille.

Afficheur 7 segments

Ce sont de petit appareils conu pour afficher un chiffre. Leur utilisation estgnralement trs s imple, en se reportant la documentation fournit avec.

Note : il existe aussi des afficheurs 14 segments pour afficher lettres & chiffres.Vous voici dot du bagage minimum pour programmer votre teensy (et pluslargement tout matriel compatible Arduino). Cependant, l'informatique embarqueest un sujet bien plus vaste : voici quelques pistes explorer pour continuer surcette voie :

Les entres/sorties analogiquesLe cros scompilateur AVR-GCC (qui permet notamment d'utiliser le port USBde manire bien plus complte)D'autres cartes (nous avons tudi des AVR, qui sont nettement infrieurs auxARM)

N'hsitez pas laisser une photo de vos projets en commentaire !

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