ATtiny2313: sprzętowy generator 128s na PB3/PB4, Timer1, 64s LOW/64s HIGH, preskaler 1024

Pytanie

Program sprzętowego generatora na Attiny 2313 , na pinie PB3 i PB4 , o wypełnieniu 64 sekund niskie ,na 64 sekund wysokie, i okresie 128 sekund

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Użyj Timer/Counter1 (16‑bit) w trybie CTC, preskaler 1024, z przełączaniem (toggle) wyjść OC1A/OC1B.
• Dla F_CPU = 1 MHz ustaw:
  • OCR1A = 62499 (co daje 64 s między zboczami),
  • COM1A0 = 1 i COM1B0 = 1 (toggle na PB3/OC1A i PB4/OC1B),
  • WGM12 = 1 (CTC), CS12 = 1, CS10 = 1 (preskaler 1024).
• To daje 64 s LOW + 64 s HIGH (okres 128 s) sprzętowo, bez przerwań CPU.

Kod (AVR‑GCC, sprzętowy generator, F_CPU=1 MHz):

// ATtiny2313: PB3=OC1A, PB4=OC1B
#include <avr/io.h>
int main(void)
{
    // PB3, PB4 jako wyjścia i start z poziomem niskim (pierwsze 64 s = LOW)
    DDRB  |= (1<<PB3) | (1<<PB4);
    PORTB &= ~((1<<PB3) | (1<<PB4));
    // Timer1: CTC, TOP=OCR1A, preskaler /1024
    TCCR1A = (1<<COM1A0) | (1<<COM1B0);          // toggle OC1A/OC1B na porównaniu
    TCCR1B = (1<<WGM12)  | (1<<CS12)  | (1<<CS10);// CTC, /1024
    // 64 s = (OCR1A+1) * (1024 / F_CPU)  => OCR1A = 64*F_CPU/1024 - 1
    OCR1A = 62499;                                // dla F_CPU=1 000 000 Hz
    OCR1B = 62499;                                // ten sam moment przełączenia
    while (1) { /* czysto sprzętowe, CPU wolne */ }
}

Kluczowe punkty:

• Wymagane F_CPU ≈ 1 MHz (fabrycznie: wewn. 8 MHz z CKDIV8 → 1 MHz).
• Brak ISR i obciążenia CPU; oba piny PB3/PB4 są idealnie zsynchronizowane.

Szczegółowa odpowiedź na pytanie Szczegółowa analiza problemu

• Mapowanie pinów: PB3=OC1A, PB4=OC1B są wyjściami sprzętowymi Timer1.
• Tryb pracy: CTC (Clear Timer on Compare Match) z TOP=OCR1A. Przy każdym zrównaniu TCNT1==OCR1A:
  • następuje przełączenie (toggle) OC1A i OC1B,
  • licznik zeruje się do 0 (nowa „połówka” okresu).
• Obliczenia:
  • Krok timera: Ttick = preskaler/F_CPU = 1024/1e6 = 1.024 ms.
  • 64 s / 1.024 ms = 62500 tików → OCR1A = 62500 − 1 = 62499.
  • Toggle co 64 s → pełny okres 128 s, wypełnienie 50%.
• Stan początkowy: dopóki nie wystąpi pierwsze porównanie, pin zachowuje się jak zwykły GPIO. Ustawienie PORTB=0 gwarantuje start od 64 s LOW.
• Dokładność: wewnętrzny RC ma tolerancję typ. ±10% (zależnie od temperatury/napięcia). Jeśli wymagana jest lepsza precyzja, użyj:
  • kalibracji OSCCAL (kompensacja w kodzie),
  • zewnętrznego źródła zegara na T1 (zewn. 1 Hz/32.768 kHz),
  • innego MCU/RTC dla długich, stabilnych czasów.

Aktualne informacje i trendy

• Dla ultra‑długich okresów i niskiego poboru mocy w prostych układach coraz częściej stosuje się:
  • zewnętrzne RTC (np. 32.768 kHz + dzielniki) lub gotowe układy czasowe,
  • tryby uśpienia z okresowym budzeniem przez precyzyjne źródła zegarowe.
• W zastosowaniach, gdzie CPU ma być całkiem wolny, podejście „czysto sprzętowe” (jak w kodzie wyżej) jest nadal najlepszą praktyką.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego Timer1 zamiast Timer0? 16‑bitowy zakres pozwala zmieścić 64 s w jednym „przebiegu” przy 1 MHz i /1024; Timer0 (8‑bit) wymagałby wielu przepełnień i ISR.
• Dlaczego toggle (COM1x0=1)? Zapewnia idealne 50% bez kodu w ISR. Alternatywy (set/clear) wymagają ISR lub dwóch momentów porównań na połówkę okresu.
• Synchronizacja PB3 i PB4: Ustawienie OCR1B=OCR1A powoduje jednoczesne zbocza na obu pinach.

Aspekty etyczne i prawne

• Nie steruj bezpośrednio obciążeń sieciowych 120/230 VAC z pinu MCU. Użyj separacji (przekaźnik + dioda flyback / SSR), zachowaj odstępy izolacyjne i standardy bezpieczeństwa.
• Zadbaj o zgodność EMC (filtrowanie zasilania, prowadzenie masy, dławiki/kondensatory przy obciążeniach indukcyjnych).

Praktyczne wskazówki

• Fusy (przykład): pozostaw CKDIV8 zaprogramowany (domyślnie) → F_CPU ≈ 1 MHz. Upewnij się, że nie przełączyłeś MCU na 8 MHz bez dzielnika.
• Odsprzęganie: min. 100 nF blisko VCC/GND, dodatkowo 1–10 µF na szynie.
• Test: podłącz LED z rezystorem do PB3/PB4. Po restarcie LED zgaśnie, po ~64 s zapali się, po ~128 s znów zgaśnie.
• Jeśli musisz pracować z F_CPU=8 MHz (CKDIV8 wyłączony), czysto sprzętowo nie zmieścisz 64 s w 16 bitach. Skorzystaj z „tyknięcia” 1 Hz i liczenia w ISR:

Wariant (8 MHz, ISR co 1 s, przełączanie co 64 s):

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
volatile uint8_t sec = 0, phase = 0;
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {                  // co ~1 s
    if (++sec >= 64) {
        sec = 0;
        if (phase) { PORTB &= ~((1<<PB3)|(1<<PB4)); }
        else        { PORTB |=  ((1<<PB3)|(1<<PB4)); }
        phase ^= 1;
    }
}
int main(void)
{
    DDRB  |= (1<<PB3)|(1<<PB4);
    PORTB &= ~((1<<PB3)|(1<<PB4));
    // 1 Hz przy 8 MHz: CTC, /1024, OCR1A ≈ 7812
    TCCR1A = 0;
    TCCR1B = (1<<WGM12) | (1<<CS12) | (1<<CS10);
    OCR1A  = 7812;
    TIMSK |= (1<<OCIE1A);
    sei();
    while (1) { }
}

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Stabilność czasu przy RC bez kalibracji może dryfować (sekundy na godzinę przy skrajnych warunkach).
• Jeśli PB3/PB4 są używane równolegle do innych funkcji (OC1A/OC1B), peryferia timera przejmują kontrolę nad pinami – nie używaj wtedy operacji na PORTB do szybkich zmian stanu (poza inicjalizacją).

Sugestie dalszych badań

• Zasilanie bateryjne: rozważ uśpienie CPU i zewnętrzne taktowanie T1 (np. 1 Hz) dla minimalnego poboru prądu.
• Precyzja: pomiar odchyłki i automatyczna kalibracja OSCCAL w funkcji temperatury/napięcia.
• Alternatywy: mikrokontrolery z asynchronicznym timerem zegarkowym lub dedykowane układy czasowe.

Krótkie podsumowanie

• Najprostszy i najczystszy „sprzętowy” generator 64 s/64 s na ATtiny2313 uzyskasz Timerem1 w CTC, preskaler 1024, OCR1A=OCR1B=62499, COM1A0=COM1B0=1, przy F_CPU=1 MHz. To działa bez ISR i zapewnia idealne 50% wypełnienia na PB3 i PB4. Jeśli F_CPU=8 MHz, zastosuj wariant z przerwaniem co 1 s i zliczaniem do 64.