delay() pose problème dans une loop()Fil rouge de l’atelier : un Pong 2 joueurs, puis un Snake multijoueur.
Percevoir, décider, agir
Aucun n’a besoin d’un « vrai » ordinateur. Ils ont besoin d’une puce à quelques euros, qui démarre instantanément et fait sa tâche en boucle.
Qu’est-ce qu’un microcontrôleur ?
flowchart LR
A["Percevoir<br/>(capteurs)"] --> B["Décider<br/>(le programme)"]
B --> C["Agir<br/>(actionneurs)"]
C -.-> A
Un thermostat perçoit la température, décide qu’il fait trop froid, agit en allumant le chauffage. Puis il recommence, indéfiniment.
Cette boucle, vous la retrouverez telle quelle dans votre Pong : lire le joystick, calculer la position de la balle, redessiner l’écran.
Qu’est-ce qu’un microcontrôleur ? Les capteurs
Le microcontrôleur ne sait rien faire tout seul. Sans programme, c’est une puce inerte : tout l’atelier consiste à écrire ce comportement.
| Terme | Ce que c’est | Exemples du projet |
|---|---|---|
| Capteur | Traduit une grandeur physique en signal électrique | bouton, joystick, potentiomètre |
| Actionneur | Transforme un signal électrique en action | LED, écran, moteur, buzzer |
| Broche (pin) | Une patte de la puce, reliée au monde extérieur | GPIO5, GPIO1 |
| Programme | La suite d’instructions que vous écrivez | main.cpp |
Un bouton est un capteur, une LED est un actionneur.
| Ordinateur classique | Microcontrôleur | |
|---|---|---|
| Tâches | Des milliers, en même temps | Une seule, en boucle |
| Prix | Plusieurs centaines d’€ | Quelques euros, parfois centimes |
| Énergie | Se branche au secteur | Des mois sur une pile |
| Démarrage | Plusieurs secondes | Instantané |
| Système | Un OS complet | Aucun, en général |
C’est cette sobriété qui le rend si présent : on peut en mettre partout, pour presque rien, sans y penser.
Qu’est-ce qu’un microcontrôleur ?
Une seule tâche, du temps réel, très peu d’énergie, démarrage immédiat.
ESP32-S3, Arduino, STM32
Un vrai système d’exploitation (Linux), un écran, le réseau complet, beaucoup de mémoire.
Raspberry Pi
La question à se poser n’est pas « lequel est le plus puissant » mais « de quoi ai-je réellement besoin ». Un Raspberry Pi qui met 20 secondes à démarrer ne peut pas déclencher un airbag.
Qu’est-ce qu’un microcontrôleur ?
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| CPU | Xtensa LX7 dual-core 32 bits, 240 MHz |
| RAM | 512 Ko SRAM (+ 8 Mo PSRAM en option) |
| Flash | 16 Mo, externe via SPI |
| GPIO | 45 broches, dont 20 capables d’ADC |
| Tension logique | 3,3 V |
| Connectivité | Wi-Fi 802.11 b/g/n + Bluetooth 5 |
| Prix | ~8 € la carte de développement |
Le sans-fil servira au projet Snake. ↓ pour le brochage de la carte.
Relier une broche GPIO directement à du 5 V (un Arduino Uno, un capteur alimenté en 5 V) peut détruire la puce de façon irréversible. C’est l’erreur la plus fréquente et la plus coûteuse de l’atelier : avant de brancher un module, cherchez sa tension d’alimentation.
CPU, mémoires, périphériques, bus
Chaque concept de l’atelier détaille l’une de ces briques.
Architecture d’un microcontrôleur
| Bloc | Rôle | Accès logiciel |
|---|---|---|
| CPU | Exécute les instructions une par une | direct |
| Flash | Stocke le programme (persistant) | lecture à l’exécution |
| RAM | Variables, pile d’appels (volatile) | lecture/écriture rapide |
| Périphériques | GPIO, ADC, UART, SPI, PWM | via registres |
| Bus | Relie tout le monde | transparent sous Arduino |
Tout est sur le même silicium : un système sur puce. Il suffit de l’alimenter.
Architecture d’un microcontrôleur
Fetch : aller chercher en Flash l’instruction suivante, à l’adresse indiquée par le compteur de programme.
Decode : comprendre ce que l’instruction demande, et sur quelles données.
Execute : calculer dans l’ALU, ou transférer une donnée. Puis recommencer, 240 millions de fois par seconde.
Au fond, un CPU ne fait que deux choses : calculer, et déplacer des octets d’un endroit à un autre.
Architecture d’un microcontrôleur
| Opération | Ordre de grandeur |
|---|---|
Un digitalWrite() |
quelques cycles |
| Une multiplication entière | quelques dizaines de cycles |
| Redessiner un écran 240×240 en SPI | quelques millions de cycles |
| Établir une connexion Wi-Fi | plusieurs centaines de millions |
À 60 images par seconde, chaque image dispose de 4 millions de cycles.
Architecture d’un microcontrôleur
setup()/loop() tournent sur le cœur 1, le Wi-Fi occupe le cœur 0 en arrière-planC’est ce qui permet à un capteur sur pile de tenir des mois : il dort 99,9 % du temps.
Architecture d’un microcontrôleur
| Flash | RAM (SRAM) | |
|---|---|---|
| Contenu | Programme compilé, constantes | Variables, pile, heap |
| Persistance | Survit au reset | Perdue à l’extinction |
| Vitesse | Plus lente | Très rapide |
| Taille | 16 Mo | 512 Ko |
Deux espaces d’adressage séparés : une architecture Harvard modifiée.
Architecture d’un microcontrôleur
| Sigle | Nom complet | Rôle |
|---|---|---|
| GPIO | General Purpose Input/Output | Entrée ou sortie numérique |
| ADC | Analog to Digital Converter | Tension vers nombre |
| UART / I2C / SPI | Bus série | |
| Timer | Compteur matériel | Événements périodiques, PWM |
| DMA | Direct Memory Access | Transfert sans le CPU |
| RTC | Real-Time Clock | Horloge, même en veille |
| Watchdog | Chien de garde | Redémarre si blocage |
Chaque sigle aura sa slide au CM2 ou au CM3.
Architecture d’un microcontrôleur
Contrairement à l’ESP32 d’origine, l’ESP32-S3 n’a pas de convertisseur numérique-analogique matériel. Pour produire une tension variable, il faudra passer par du PWM, qu’on verra au CM2.
flowchart TB
CPU["CPU (pilote le bus)"]
BUS["Bus partagé : adresses · données · contrôle"]
RAM["RAM"]
PA["Périph. A<br/>(émetteur actif)"]
PB["Périph. B<br/>(haute impédance)"]
CPU --- BUS
BUS --- RAM
BUS --- PA
BUS --- PB
Trois faisceaux : l’adresse dit à qui on parle, les données transitent, le contrôle précise « je lis » ou « j’écris ».
Architecture d’un microcontrôleur
Si deux périphériques poussaient une valeur en même temps sur le bus de données, l’un forçant un 0 et l’autre un 1, ce serait un court-circuit.
D’où les sorties trois états : en plus de 0 et 1, un état de haute impédance qui déconnecte électriquement le composant de la ligne.
À tout instant, un seul émetteur est actif ; tous les autres sont à l’écoute. C’est l’adresse qui désigne celui qui a le droit de répondre.
Retenez le mot haute impédance : il reviendra au CM2 avec les entrées flottantes, et au CM3 avec l’I2C.
Architecture d’un microcontrôleur
Chaque périphérique se pilote par des registres : de simples cases mémoire à une adresse fixe.
digitalWrite(LED, HIGH) écrit dans le bon registreRanger une variable et allumer une LED : la même opération, poser une valeur à une adresse.
Architecture d’un microcontrôleur
void IRAM_ATTR surAppui() {
compteurAppuis++; // aussi court et rapide que possible
}
void setup() {
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(BTN_PIN), surAppui, FALLING);
}
Le CPU suspend loop(), exécute la petite fonction, puis reprend exactement où il s’était arrêté.
IRAM_ATTR la place en RAM interne : sans ce mot-clé, la puce finit par planter.
Architecture d’un microcontrôleur GPIO et monde numérique
Compiler, flasher, exécuter
flowchart LR
A["Code source<br/>(.cpp)"] --> B["Compilateur<br/>(gcc-xtensa)"]
B --> C["Binaire<br/>(.bin)"]
C --> D["Flashage<br/>(USB / UART)"]
D --> E["Exécution<br/>ESP32-S3"]
Un clic sur Upload déclenche les quatre étapes, toujours dans cet ordre. Quand quelque chose échoue, la première question est : à quelle étape ?
| Élément | Rôle |
|---|---|
| Compilateur (gcc pour Xtensa) | Traduit le C++ en instructions machine |
| Core Arduino | Fournit pinMode(), digitalWrite(), analogRead() |
| Uploader (esptool) | Transfère le binaire vers la Flash, par USB |
L’IDE ne fait qu’orchestrer ces trois outils. Arduino IDE ou PlatformIO, la chaîne reste la même : compiler, flasher, exécuter.
#include et les #define, colle le contenu des bibliothèquesSavoir les distinguer, c’est savoir lire une erreur. C’est la compétence la plus rentable du semestre.
| Message | Étape | Cause probable |
|---|---|---|
expected ';' before ... |
compilation | une faute de syntaxe, souvent une ligne avant |
'x' was not declared |
compilation | variable mal orthographiée, ou #include manquant |
undefined reference to ... |
édition de liens | bibliothèque absente de lib_deps |
A fatal error occurred: Failed to connect |
flashage | mauvais port, câble sans data, bouton BOOT |
Corrigez la première erreur, pas les 40 suivantes.
setup() une fois, puis loop() sans finC’est exactement ce que force le bouton BOOT maintenu au reset : il bloque l’étape 1 en mode téléversement.
Dans l’ordre : vérifiez que le câble USB-C transporte des données (beaucoup de câbles ne font que charger), que le bon port est sélectionné, puis maintenez le bouton BOOT pendant les 2 premières secondes de l’upload, jusqu’à ce que Writing at... apparaisse.
void setup() { // une seule fois, au démarrage
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
Serial.begin(115200);
}
void loop() { // en boucle, jusqu'à la coupure
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
delay(500);
}
Pas de main() : le core Arduino l’écrit, et appelle setup() puis loop().
Sur un ordinateur, votre programme est un processus parmi d’autres. Ici, il n’y a rien autour de lui :
loop() tourne seulsleep() : un delay() bloque tout, boutons comprisEn contrepartie, le comportement est prévisible à la milliseconde près.
void loop() {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(500);
if (digitalRead(BOUTON) == LOW) {
tirer();
}
}
Le programme passe 1 seconde sur 1 dans les delay(). Le digitalRead() n’est atteint qu’une fois par tour.
delay(), c’est de ne jamais bloquer
unsigned long dernierClignotement = 0;
const unsigned long INTERVALLE = 500; // ms
int etatLed = LOW;
void loop() {
if (millis() - dernierClignotement >= INTERVALLE) {
dernierClignotement = millis();
etatLed = !etatLed;
digitalWrite(LED_PIN, etatLed);
}
}
On compare l’heure à une date mémorisée : rien n’est jamais figé.
Pour une pause courte et unique (initialiser un composant, attendre au démarrage), delay() est parfaitement acceptable. C’est dans la loop(), quand plusieurs tâches doivent avancer en parallèle, qu’il faut l’éviter.
Blink, ligne par ligne
void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // configure la broche : écriture registre
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 3,3 V sur la broche
delay(500); // bloque le CPU : il n'y a pas d'OS
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 0 V
delay(500);
}
Architecture, registres, GPIO et absence de système d’exploitation, réunis en quatre lignes. Compilé et flashé, ce code tourne tant que la carte est alimentée.
Sur l’ESP32-S3-DevKitC-1, la LED intégrée est une RGB adressable (WS2812), pas une LED monochrome. Si digitalWrite(LED_BUILTIN, ...) ne produit rien, utilisez rgbLedWrite(RGB_BUILTIN, 40, 0, 0); puis rgbLedWrite(RGB_BUILTIN, 0, 0, 0); en gardant les delay(500).
Vérification de la toolchain ESP32-S3-DevKitC-1
La base du montage du Pong : boutons, joystick et écran viendront s’y ajouter.
platformio.ini[env:esp32-s3-devkitc-1]
platform = espressif32 ; la famille de puces
board = esp32-s3-devkitc-1 ; la carte exacte
framework = arduino ; le core utilisé
monitor_speed = 115200 ; la vitesse du moniteur série
lib_deps = ; les bibliothèques, téléchargées seules
bodmer/TFT_eSPI@^2.5.0
Tout le projet est décrit ici. C’est ce fichier, versionné dans votre repo, qui permet à quelqu’un d’autre de recompiler votre code à l’identique.
PlatformIO Installer PlatformIO
| Action | Raccourci | Où |
|---|---|---|
| Compiler (Build) | Ctrl Alt B | icône ✓, barre bleue |
| Téléverser (Upload) | Ctrl Alt U | icône →, barre bleue |
| Moniteur série | Ctrl Alt S | icône prise, barre bleue |
Compiler avant de téléverser fait gagner du temps : les erreurs de syntaxe sortent sans attendre le flashage.
Installer VSCode Installer PlatformIO
void setup() {
Serial.begin(115200);
}
void loop() {
Serial.printf("x=%d y=%d btn=%d\n", x, y, btn);
}
Tant qu’il n’y a pas d’écran, c’est votre seul retour visuel. Afficher une variable au bon endroit résout la moitié des bugs.
C’est presque toujours une vitesse qui ne correspond pas. Vérifiez que le moniteur série est réglé sur la même valeur que celle passée à Serial.begin(), en général 115200.
delay() bloque tout, millis() ne bloque rienArchitecture d’un microcontrôleur Du matériel au logiciel
espressif32 : c’est long, ne le faites pas au dernier momentUne chaîne de développement qui fonctionne avant de manipuler, c’est une séance entière de gagnée.
Installer VSCode Installer PlatformIO Vérification de la toolchain
