Les articles de GNU/Linux Magazine Hors-Série N°64

Article mis en avant

Tout n'est qu'électron : le bagage minimum pour débuter

Aujourd'hui, tout ne semble être que kits, modules et plateformes « clés en main ». La réalisation de circuits et de cartes complètes à partir de composants et de beaucoup de travail semble être un domaine où seuls les plus chevronnés exercent encore. Pourtant, la disponibilité d'ensembles « tous faits » ne vous dispense en aucune façon de connaître les principes de base de l'électronique, ne serait-ce que pour ajouter une simple LED à la carte que vous venez de fraîchement commander et recevoir. Voici donc le premier élément à mettre dans votre sac de voyage, l'incontournable introduction à l'électronique.
Étant donné le nombre toujours grandissant de modules, kits de développement, microcontrôleurs et plateformes pour l'embarqué, il devient difficile de s'y retrouver sans points de comparaison. Fort heureusement, tous les produits et composants partagent généralement un certain nombre de caractéristiques, mais encore faut-il s'y retrouver dans les désignations parfois obscures utilisées dans les documentations et pages de présentation...
Si on veut utiliser un microcontrôleur pour un projet de robotique, de domotique ou autre, on doit parfois créer sa propre carte numérique, ou encore créer une carte de périphérique, connectée à une carte numérique plus dense comme l’Arduino ou la Raspberry Pi. Le but de cet article est de montrer les pièges et embûches à éviter lorsque l’on essaye d’appliquer la théorie.
Pour un circuit numérique, il y a toujours une dose d’électronique analogique. « Malheureusement », penseront certains. Découvrons les condensateurs.
Allez savoir si c'est le mouvement engagé par l'Arduino qui a déclenché une avalanche de kits de développement/découverte chez tous les constructeurs ou non, le fait est que Texas Instruments, ou TI pour les intimes, est dans la course. Son fer de lance dans ce créneau bien particulier est le MSP430, ou plus exactement, la série MSP430G2xx Value Line avec un kit à un prix défiant toute concurrence : moins de 5€ !
Pour faire connaissance avec une nouvelle plateforme, lorsqu'une solution plus ou moins « clé en main » existe, mieux vaut en faire usage. Ceci permet de développer quelques affinités avec la solution et comprendre le fonctionnement général avant de se lancer dans la production de code, les expérimentations et l'exploration des ressources disponibles.
Tout comme nous l'avons vu pour l'Arduino, des fonctions comme digitalWrite() et analogWrite() ne sont que des moyens détournés d'utiliser les configurations effectives des fonctionnalités du microcontrôleur et des lectures/écritures dans les registres associés
Si vous êtes coutumier des microcontrôleurs AVR, vous n'avez sans doute pas l'habitude de disposer d'une myriade d'horloges et de sources d'horloge. Avec un MSP430, vous risquez d'être dépaysé.
Un watchdog est un dispositif permettant de garantir un retour à une situation normale en cas de problème (cf. le lexique en début de magazine). Quasiement tous les microcontrôleur 8 bits ou supérieurs disposent de ce genre de fonctionnalités qu'on peut considérer comme un incontournable du domaine.
Nous avons déjà utilisé les GPIO dans nos exemples, mais n'avons pas réellement abordé toutes leurs fonctionnalités et leurs possibilités de configuration. Il est temps à présent de nous pencher plus sérieusement sur la question.
Les timers représentent un élément important de tous les microcontrôleurs. Ceux-ci peuvent en intégrer un ou plusieurs, peuvent être configurés de nombreuses manières et permettent toutes sortes de modes de fonctionnement. Souvent associés à un compteur, ce sont des éléments à ne pas négliger dans l'apprentissage de la programmation sur microcontrôleurs. Voyons ensemble ce qu'il en est avec les MSP430 compatibles avec le LaunchPad.
A présent que nous avons vu et assimilé une partie du fonctionnement du ou des timer(s) du MSP430, il est temps de nous pencher sur l'une de leurs utilisations pratiques. La configuration de la PWM est intimement liée aux timers. Bien qu'il soit parfaitement possible d'obtenir une PWM de manière logicielle, il serait mal avisé de se passer des services des timers puisque, justement, ils possèdent généralement une ou plusieurs configuration(s) dédiée(s). Prêt pour faire « pulser » une LED ? Allons-y !
Les microcontrôleurs, comme les ordinateurs, « pensent » avec des 1 et des 0, mais la majorité du reste du monde utilise des variations de grandeurs physiques, il est analogique. Pour passer d'un monde à l'autre, on utilise un ADC ou Analog-to-Digital Converter, ou convertisseur analogique-numérique en français, charger de représenter numériquement une valeur analogique mesurée. Un ADC est intégré dans la plupart des MSP430 et il est temps de faire le « pont » avec le « monde de dehors »...
Les outils disponibles pour GNU/Linux et les autres systèmes en logiciel libre et/ou open source sont à l'image du LaunchPad lui-même : bien plus industriel et professionnel qu'un environnement comme celui de l'Arduino. Développer du code pour MSP430, lorsqu'il est simple et de taille relativement réduite, ne pose pas grande difficulté. Cependant, lorsque votre projet acquiert une taille plus conséquente, l'usage d'outils de développement et de mise au point s'avère vite indispensable. Avec le LaunchPad MSP430, l'un de ces outils est MSPDebug.
Nous venons de faire ici le tour en quelques pages d'un grande partie des fonctionnalités des MSP430 de la famille Value Line. Nous nous sommes rendus compte que ce qui paraît être un petit microcontrôleur s'avère en réalité bourré de ressources. Moins onéreux, 16 bits et spécialisé en basse consommation il possède, bien entendu, ses limites et ses lacunes. On remarquera cependant l'esprit très différent en termes de philosophie entre le LaunchPad et Arduino. Bien qu'il puisse sembler être une solution du pauvre pour certains, c'est en réalité une plateforme idéale pour s'initier au monde des microcontrôleurs d'un point de vue technique et en allant bien au-delà de ce que peut proposer un IDE léger Energia. J'espère que les pages qui précèdent vous ont donné envie de vous pencher sur le LaunchPad MSP430 et surtout, de ne pas vous en tenir aux fonctions basiques.
L'utilisation conjointe d'un microcontrôleur et d'un CPU plus puissant apporte de nombreux avantages, que ce soit dans le domaine de l'Internet des objets ou de la robotique. Cet article détaille, dans le cadre du projet de gyropode Geeros (robot pour l'enseignement et les hackers), la mise en œuvre d'une communication série entre une carte Arduino, gérant le cœur des asservissements, et une carte Mini2440 dont le but est de s'occuper de la communication WiFi avec le monde extérieur (gestion des consignes de pilotage, télémétrie, transmission vidéo en temps réel). Nous verrons que les efforts de programmation à déployer sont assez minimes en comparaison des avantages (et du plaisir !) obtenus.
Certains composants chimiques possèdent des propriétés intéressantes. Certains deviennent lumineux lorsqu'on les soumet à un rayonnement ultraviolet, d'autres réagissent avec d'autres matières comme l'eau ou encore, voient leur conductivité ou leur couleur modifiées en fonction de la température. La propriété qui nous intéresse ici est la piézoélectricité ou, en d'autres termes, la propriété de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et inversement, de se déformer lorsque leur est appliqué un champ électrique. Vous pouvez créer l'un de ces corps, chez vous, dans votre cuisine, avec quelques composants relativement faciles à trouver.
Pour bien comprendre ce qu'il se passe lors de la conduction (ou non conduction) d'un matériau, rien ne vaut un petit voyage vers l'infiniment petit... Nous allons donc revenir ensemble sur quelques points fondamentaux de chimie physique, pour expliciter le phénomène de (semi)conduction.