Activités préparatoires#

Systèmes sur puce et informatique embarquée

Activité 1 Un ordinateur dans une carte de 5 cm#

percevoir, décider, agir avec un micro:bit simulé

Durée : 20 min · Par deux, sur un ordinateur

Consignes

Ouvrir l’éditeur Python officiel du micro:bit : python.microbit.org (gratuit, sans compte). À droite de l’écran se trouve un simulateur : la carte, ses deux boutons A et B, son écran de \(5 \times 5\) LED et, en dessous, des curseurs qui simulent ses capteurs (dont la température).
Effacer le programme d’exemple, taper le programme demandé, puis lancer le simulateur (bouton de lecture sous la carte). Après chaque modification, relancer.
Le micro:bit est une vraie carte, utilisée dans les collèges du monde entier ; tout ce que vous écrivez ici fonctionnerait tel quel sur la carte réelle.

Exercice 1 — Un bouton, une lumière #

Programme 1 :

from microbit import *

while True:
    if button_a.is_pressed():
        display.show(Image.HEART)
    else:
        display.clear()
    sleep(100)

Lancer le programme, puis appuyer sur le bouton A du simulateur (et le relâcher). Décrire ce qui se passe.
Dans ce programme, quelle ligne perçoit le monde extérieur ? quelle ligne décide ? quelles lignes agissent ?
Supprimer la ligne while True: (et décaler le reste vers la gauche), relancer, appuyer sur A. Que se passe-t-il ? Pourquoi la boucle sans fin est-elle indispensable ?
Remettre la boucle. Modifier le programme pour que le cœur ne s’affiche que si l’on appuie en même temps sur A et sur B (le bouton B s’appelle button_b). Recopier sur le cahier la ligne modifiée.

Corrigé

1. Tant que A est enfoncé, un cœur s’affiche ; dès qu’on le relâche, l’écran s’éteint (au plus \(0{,}1\) s plus tard).

2. Percevoir : button_a.is_pressed() (ligne 4, on lit l’état du bouton). Décider : le if / else (lignes 4 et 6). Agir : display.show(Image.HEART) et display.clear() (lignes 5 et 7).

3. Le programme s’exécute une seule fois, au lancement : le bouton n’est pas enfoncé à cet instant, l’écran est effacé, puis le programme se termine. Appuyer ensuite sur A ne fait plus rien. Un système embarqué doit surveiller le monde en permanence : d’où la boucle sans fin.

4. if button_a.is_pressed() and button_b.is_pressed():

Exercice 2 — Un thermomètre #

Programme 2 :

from microbit import *

while True:
    t = temperature()
    display.scroll(str(t))
    sleep(500)

Lancer le programme et faire glisser le curseur de température du simulateur. Qu’affiche la carte ? Quel est le type de la valeur renvoyée par temperature() ?
Ici, quel composant joue le rôle de capteur ? Lequel joue le rôle d’actionneur ?

Corrigé

5. La carte fait défiler la température choisie avec le curseur (dans le simulateur, le curseur va d’environ \(-5\) à \(50\) degrés). temperature() renvoie un entier (int), en degrés Celsius ; str(t) le transforme en texte pour l’afficher.

6. Capteur : le capteur de température de la carte (il mesure, c’est une entrée). Actionneur : l’écran de LED (il agit, c’est une sortie).

Exercice 3 — Un thermostat #

On veut chauffer une pièce à \(19\) degrés : la LED du centre de l’écran (colonne \(2\), ligne \(2\)) représente le radiateur. L’instruction display.set_pixel(2, 2, 9) l’allume au maximum ; display.clear() éteint tout l’écran.

Programme 3, à compléter :

from microbit import *

consigne = 19
while True:
    t = temperature()
    if ...:
        display.set_pixel(2, 2, 9)    # radiateur allume
    else:
        display.clear()               # radiateur eteint
    sleep(1000)

Compléter la condition, puis vérifier avec le curseur à \(15\) degrés et à \(25\) degrés. Recopier la condition sur le cahier.
Le programme ne regarde la température qu’une fois par seconde. Que pourrait-il se passer si l’on remplaçait sleep(1000) par sleep(600000) (dix minutes) ? Et si ce programme pilotait un airbag au lieu d’un radiateur ?

Corrigé

7. Condition : t < consigne. À \(15\) degrés, la LED centrale s’allume (radiateur en marche) ; à \(25\) degrés, elle s’éteint.

from microbit import *

consigne = 19
while True:
    t = temperature()
    if t < consigne:
        display.set_pixel(2, 2, 9)    # radiateur allume
    else:
        display.clear()               # radiateur eteint
    sleep(1000)

8. Avec dix minutes d’attente, le programme ne verrait un changement de température qu’avec jusqu’à dix minutes de retard : la pièce pourrait refroidir longtemps avant que le radiateur ne s’allume. Pour un radiateur, c’est inconfortable mais sans danger. Pour un airbag, un retard de quelques millisecondes est déjà inacceptable : la réponse doit arriver à temps, c’est une contrainte de temps réel.

Exercice 4 — Ce qu’on a découvert #

Recopier et compléter sur le cahier, avec vos mots.
- Les trois programmes ont la même forme : une boucle qui, sans fin,…
- Un capteur sert à… ; un actionneur sert à…
- Sur cette carte, on n’a lancé ni Windows, ni Android : dès qu’elle est alimentée, elle…
Pourtant, il y a bien un processeur et de la mémoire. Où sont-ils, d’après vous ?

Corrigé

9.

… lit un capteur, décide, puis commande un actionneur (percevoir \(\to\) décider \(\to\) agir).
… mesurer une grandeur physique (entrée) ; … agir sur le monde physique (sortie).
… exécute directement son programme, sans système d’exploitation. Le processeur et la mémoire sont tous dans la petite puce noire de la carte.