ATtiny2313 Asembler: precyzyjny 128s okres na PB3 i PB4, Timer1, kwarc 32,768kHz, CTC

Pytanie

Program w j. Asembler , dający jak najdokładniejszy okres 128 sekund ,stan niski 64 sekund , stan wysoki 64 sekund.
Program programowy i sprzętowy na Attiny 2313 , na pinach PB3 i B4.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najdokładniejszy sposób: użyj zewnętrznego rezonatora kwarcowego 32,768 kHz jako źródła zegara systemowego ATtiny2313 i Timer1 w trybie CTC. Wtedy półokres 64 s uzyskasz jednym przerwaniem od porównania (OCR1A=2047, preskaler 1024), a na PB3 i PB4 otrzymasz naprzemiennie 64 s LOW i 64 s HIGH.
• Alternatywnie (prościej, lecz mniej dokładnie): przy wewnętrznym RC 1 MHz (CKDIV8=ON) zostaw preskaler 1024 i ustaw OCR1A=62499 (62500 zliczeń). Półokres dalej wyniesie dokładnie 64 s względem lokalnego zegara, ale dokładność absolutna będzie gorsza.

Kluczowe punkty:

• Timer1 (16‑bit) w trybie CTC, przerwanie OC1A do przełączania PB3/PB4.
• Dla 32,768 kHz: Ftimer=32 Hz, 64 s → 2048 taktów → OCR1A=2047.
• Dla 1 MHz: Ftimer≈976,5625 Hz, 64 s → 62500 taktów → OCR1A=62499.
• Stan początkowy PB3=0, PB4=0; w ISR przełączanie obu bitów.

Szczegółowa analiza problemu

• Wymagany okres: 128 s (50% wypełnienia), tzn. 64 s niski, 64 s wysoki.
• ATtiny2313 ma 16‑bitowy Timer1 z trybem CTC (Clear Timer on Compare Match), idealny do odmierzania długich interwałów bez „liczenia w programie”.
• Dokładność czasu determinuje dokładność źródła zegara:
  • Zewnętrzny kwarc 32,768 kHz (typowy zegarkowy) zapewnia stabilność rzędu 10–20 ppm → błąd ok. 1,3–2,6 ms na cały okres 128 s.
  • Wewnętrzny RC (1 MHz z domyślnym CKDIV8, ewentualnie 8 MHz bez podziału) ma błąd typowo do kilku procent (nawet po kalibracji OSCCAL zwykle >±1%), co daje błąd rzędu sekund na 128 s.
• Dobór parametrów:
  • Tryb CTC, TOP=OCR1A, preskaler 1024.
  • Dla FCPU=32,768 kHz: Ftimer=32 Hz, więc 64 s × 32 = 2048 zliczeń, OCR1A=2047 (licznik zlicza 0…2047).
  • Dla FCPU=1 MHz: Ftimer≈976,5625 Hz, więc 64 s × 976,5625 = 62500 zliczeń, OCR1A=62499.

Kod w asemblerze – wariant A (najdokładniejszy, kwarc 32,768 kHz)

Uwaga: wymaga ustawienia fuse na „Low‑frequency Crystal Oscillator 32.768 kHz”, wyłączenia CKDIV8 i dobrania SUT dla stabilnego startu.

; ATtiny2313 — 128 s okres (64 s LOW / 64 s HIGH) na PB3 i PB4
; Wariant A: F_CPU = 32 768 Hz (zewnętrzny kwarc), Timer1 CTC, preskaler 1024, OCR1A=2047
.nolist
.include "tn2313def.inc"
.list
.def tmp = r16
.cseg
.org 0x0000
    rjmp RESET
; Wektor przerwania OC1A (etykieta zgodna z plikiem nagłówkowym)
.org OC1Aaddr
    rjmp TIMER1_COMPA_ISR
RESET:
    ; Stos
    ldi tmp, low(RAMEND)
    out SPL, tmp
    ; PB3, PB4 jako wyjścia; start od stanu niskiego
    ldi tmp, (1<<PB3) | (1<<PB4)
    out DDRB, tmp
    ldi tmp, 0x00
    out PORTB, tmp
    ; Timer1: CTC, preskaler 1024, TOP=OCR1A=2047
    ldi tmp, high(2047)
    out OCR1AH, tmp
    ldi tmp, low(2047)
    out OCR1AL, tmp
    ldi tmp, 0x00
    out TCCR1A, tmp
    ; WGM12=1 (CTC), CS12=1, CS11=0, CS10=1 => preskaler 1024
    ldi tmp, (1<<WGM12) | (1<<CS12) | (1<<CS10)
    out TCCR1B, tmp
    ; Włącz przerwanie OCIE1A
    ldi tmp, (1<<OCIE1A)
    out TIMSK, tmp
    sei
MAIN:
    rjmp MAIN
; ISR co 64 sekundy — przełącz PB3 i PB4
TIMER1_COMPA_ISR:
    push tmp
    in   tmp, SREG
    push tmp
    in   tmp, PORTB
    ldi  r17, (1<<PB3) | (1<<PB4)
    eor  tmp, r17
    out  PORTB, tmp
    pop  tmp
    out  SREG, tmp
    pop  tmp
    reti

Kod w asemblerze – wariant B (prostszy, wewnętrzny RC 1 MHz)

Uwaga: to rozwiązanie da „dokładne” 64 s względem tego RC, ale absolutna dokładność czasu będzie słaba (dryf).

; ATtiny2313 — 128 s okres (64 s LOW / 64 s HIGH) na PB3 i PB4
; Wariant B: F_CPU ≈ 1 000 000 Hz (wewnętrzny RC + CKDIV8), Timer1 CTC, preskaler 1024, OCR1A=62499
.nolist
.include "tn2313def.inc"
.list
.def tmp = r16
.cseg
.org 0x0000
    rjmp RESET
.org OC1Aaddr
    rjmp TIMER1_COMPA_ISR
RESET:
    ldi tmp, low(RAMEND)
    out SPL, tmp
    ldi tmp, (1<<PB3) | (1<<PB4)
    out DDRB, tmp
    ldi tmp, 0x00
    out PORTB, tmp
    ; OCR1A = 62499 -> 62500 zliczeń przy ~976.5625 Hz = 64.000 s
    ldi tmp, high(62499)
    out OCR1AH, tmp
    ldi tmp, low(62499)
    out OCR1AL, tmp
    ldi tmp, 0x00
    out TCCR1A, tmp
    ldi tmp, (1<<WGM12) | (1<<CS12) | (1<<CS10)   ; CTC, preskaler 1024
    out TCCR1B, tmp
    ldi tmp, (1<<OCIE1A)
    out TIMSK, tmp
    sei
MAIN:
    rjmp MAIN
TIMER1_COMPA_ISR:
    push tmp
    in   tmp, SREG
    push tmp
    in   tmp, PORTB
    ldi  r17, (1<<PB3) | (1<<PB4)
    eor  tmp, r17
    out  PORTB, tmp
    pop  tmp
    out  SREG, tmp
    pop  tmp
    reti

Aktualne informacje i trendy

• Dla „długiego, dokładnego czasu” w prostych AVR-8 nadal króluje zegarkowy kwarc 32,768 kHz (najkorzystniejszy kompromis dokładność/zużycie energii/koszt).
• W nowszych rodzinach AVR (np. ATtiny1/DA/DB) dostępne są peryferia TCB/RTC z dedykowanym zegarem 32 kHz – gdybyś w przyszłości modernizował projekt, te układy uproszczą konfigurację i pozwolą zachować bardzo niskie zużycie energii.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego 32,768 kHz? To 2^15 Hz, więc po preskalerze 1024 masz 2^5=32 Hz. 64 s × 32 = 2048 = 2^11 – idealnie mieści się w 16-bitowym liczniku i daje „okrągłe” wartości rejestrów.
• Przełączanie wyjść w ISR z użyciem EOR z maską jest bezpieczne i nie narusza stanów innych bitów PORTB.
• Alternatywnie można użyć sztuczki „toggle przez zapis 1 do PINB”, ale EOR na PORTB jest bardziej czytelny i jednoznaczny.

Aspekty etyczne i prawne

• Zmiana fuse (źródło zegara) może uniemożliwić dalsze programowanie niskonapięciowe (ISP), jeśli ustawisz nieprawidłowe parametry – upewnij się co do ustawień przed zapisem. W razie pomyłki potrzebny będzie programator HV.
• Zapewnij zgodność EMC i bezpieczeństwo elektryczne w urządzeniach końcowych (odsprzęganie zasilania, poprawne prowadzenie masy, separacja sygnałów jeśli sterujesz elementy mocy).

Praktyczne wskazówki

• Fuses (wariant A – kwarc 32,768 kHz):
  • Clock source: Low‑frequency Crystal Oscillator 32.768 kHz.
  • CKDIV8: wyłączony.
  • SUT: najdłuższy czas startu dla niskiej częstotliwości (zależnie od noty).
  • Zawsze zweryfikuj w kalkulatorze fuse dla ATtiny2313 i w dokumentacji.
• Sprzęt:
  • Kwarc 32,768 kHz do pinów XTAL1/XTAL2 + dwa kondensatory do GND (typowo 12–22 pF zgodnie z notą kwarcu i pojemnościami pasożytniczymi PCB).
  • Odsprzęganie: 100 nF blisko VCC–GND mikrokontrolera.
  • PB3, PB4: jeśli sterujesz LED-ami, użyj rezystorów 330–1kΩ; dla obciążeń większych – tranzystor/MOSFET z diodą flyback (cewki).
• Test i kalibracja:
  • Pomiar okresu wykonaj licznikiem czasu/oscyloskopem na PB3/PB4.
  • Przy wewnętrznym RC możesz skorygować OSCCAL (zapis do rejestru w RESET), ale pamiętaj o dryfie temperaturowym.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Watchdog Timer (WDT) jako „generator 8 s” bywa kuszący, ale jego wewnętrzny RC ma dużą tolerancję i zależność od temperatury/napięcia – nie jest to metoda „jak najdokładniejsza” w ujęciu absolutnym.
• Wariant B (RC 1 MHz) jest funkcjonalny, ale nie zapewnia precyzji bez kalibracji i stabilnych warunków.

Sugestie dalszych badań

• Jeśli potrzebujesz jeszcze lepszej dokładności długoterminowej: kwarc o lepszym T.C. (np. 10 ppm) lub zewnętrzny RTC 32,768 kHz z kompensacją temperaturową (TCXO/DS3231) i wyjściem 1 Hz, z którego „zliczysz” 64 s sprzętowo lub programowo.
• Analiza wpływu temperatury na błąd czasowy (ppm/°C) i dobór elementów o niskim T.C. kondensatorów (NP0/C0G).

Krótkie podsumowanie

• Dla maksymalnej dokładności użyj zewnętrznego kwarcu 32,768 kHz jako zegara systemowego ATtiny2313 i Timer1 w trybie CTC z preskalerem 1024 oraz OCR1A=2047. ISR przełącza PB3 i PB4 co 64 s, dając okres 128 s z bardzo małym błędem.
• Jeśli zostajesz przy wewnętrznym RC 1 MHz, ustaw Timer1 CTC, preskaler 1024, OCR1A=62499 – rozwiązanie prostsze, ale mniej dokładne w czasie absolutnym.