Универсальный сторожевой таймер на ATtiny13

04 Апр 2019 12 комментариев

Внешний сторожевой таймер это костыль для плохих разработчиков, которые не могут разработать нормально работающую программу для микроконтроллеров или стабильно работающую схему.

Тем более встроенный WDT имеется у большинства современных микроконтроллеров.

Но бывают случаи, когда приходится иметь дело с готовой платой или модулем с определенными проблемами. Свой первый WDT я сделал для борьбы с редкими, но все же иногда происходящими зависаниями ESP8266. Причем софтовый ресет тогда не спасал и ESP-шка не хотела переподключаться к WiFi. Передергивание питания внешним WDT решило проблему.

Вторая проблема возникла с GSM контроллером Elecrow ATMEGA 32u4 A9G. Здесь имели место быть очень редко случающиеся зависание SIM-карты. (Кстати эта же проблема бывает и с USB-модемами 3G и 4G). Для борьбы с таким зависанием нужно передернуть питание на SIM-ке. И вроде даже вывод у GSM модема для этого есть, но в схемотехнику устройства данная возможность не заложена. И для достижения максимальной надежность пришлось снова обращаться к внешней сторожевой собаке.

Схему на таймере 555 я не стал повторять. Слишком много недостатков у нее выявилось:

Большие габариты и довольно много обвязки
Неудобная установка времени срабатывания подстроечным резистором
Довольно длительное время сброса (необходима разрядка конденсатора)
Ну и потенциальное зависание МК с низким уровнем на выходе таймера, когда таймер просто перестает срабатывать.

А проектов OpenSource в интернете, полностью соответствующих моим требованиям, я не нашел. Значит судьба — делать все самому

Требования к новому WDT

Низкая цена устройства, простота изготовления и малые габариты
Управление периодической сменой логического уровня 0/1 на входе
Простая настройка времени срабатывания (как вариант выбор из предустановленных интервалов)

Разработка железа

В качестве основной микросхемы выбрал микроконтроллер ATtiny13. Его возможностей оказалось более чем достаточно для моей задачи. А цена, с учетом уменьшения элементов обвязки — практически такая же как у 555 микросхемы

Пять выводов МК (RESET решил не трогать) распределились следующим образом:

Выход таймера
Вход для сброса
Три оставшихся вывода — задания времени срабатывания

Для коммутации питания используется P-канальный MOSFET. Подойдет любой совместимый по корпусу, но желательно брать с так называемым «логическим уровнем управления» — то есть полностью открывающийся от низкого напряжения 3-5В: IRLML5203, AO3415 и т.п. Несмотря на малые размеры, данный транзистор способен управлять нагрузкой в 4А. Если нужно коммутировать что-то другое, к этому выходу можно напрямую подключить реле на 5В.ветодиод загорается в момент срабатывания таймера и отключения основного устройства.

Основной разъем для подключения к плате микроконтроллера имеет четыре вывода

Общая шина
Вход — сброс таймера
Выход +5В (управляется таймером)
Вход +5В

Два разъема — ICSP программатор и джамперы питания можно не устанавливать на плате. Микроконтроллер прошить в программаторе заранее, а время срабатывания задать постоянной перемычкой.

Список комплектующих

МК Attiny13-SSU ~ $0.3 (при покупке 10 шт)
MOSFET P-канал IRLML5203 — $0.09 (заказ 50шт) или MOSFET AO3415 — $0.05
Резистор 1К SMD1206
Резистор 470 SMD1206
Светодиод 1206 любого цвета
Разъемы PLS-6, PLS-3 и PLS-4R (PLD-3 и PLS-4R) — нормально отрезаются от длинных гребенок

Изготовление

Платы получились маленькие — 18×22 мм. Я развел два варианта:

Для одностороннего изготовления ЛУТом

И для заказа на заводе с улучшенным дизайном и переходами меж сторонами. (Закажу у китайцев, при случае)

Домашние технологии дают примерно такой прототип.

Прошивка

Программировал я в среде ArduinoIDE с установленной поддержкой Attiny13 — MicroCore. В последней версии IDE были проблемы программатора ArduinoISP, но нормально заработало в версии Arduino IDE 1.6.13. Разбираться, что там ~~накосячила~~ наизменяла дружная команда arduino.cc желания не возникло )))

Тиньку настроил на работу от внутреннего резонатора с частотой 1.2МГц. Программа простая — настраиваем входы/выходы, считываем PB2 — PB4 и определяем время срабатывания, настраиваем таймер и переходим в режим IDLE. По прерыванию по таймеру определяем состояние контрольного входа. Если состояние изменилось на противоположное, сбрасываем счетчик. Если показания счетчика превысило установленное время срабатывания — передергиваем питание на выходе.

#define F_CPU 1200000UL
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>

boolean pb1_state; 
volatile uint16_t pb1_count;

// Обработчик прерывания по таймеру TIMER0
ISR(TIM0_OVF_vect){
   pb1_count++;  
}

int main(){
// Устанавливаем выход PB0 
   DDRB |= (1 << PB0);      // pinMode(PB0, OUTPUT); 
   PORTB &= ~(1 << PB0);    // digitalWrite(PB0, LOW);}
// Устанавливаем вход PB1 с подтягиванием 
   DDRB &= ~(1 << PB1);    // pinMode(PB1, INPUT_PULLUP);   
   PORTB |= (1 << PB1);    
// Устанавливаем вход PB2 с подтягиванием 
   DDRB &= ~(1 << PB2);    // pinMode(PB2, INPUT_PULLUP);   
   PORTB |= (1 << PB2);    
// Устанавливаем входы PB3 с подтягиванием 
   DDRB &= ~(1 << PB3);    // pinMode(PB3, INPUT_PULLUP); 
   PORTB |= (1 << PB3);    
// Устанавливаем входы PB4 с подтягиванием 
   DDRB &= ~(1 << PB4);    // pinMode(PB4, INPUT_PULLUP);  
   PORTB |= (1 << PB4);    
// Определяем время срабатывание таймера по входам PB2,PB3,PB4 (перемычки подтягивают к земле) (период, сек = TM/4 )
   static const uint16_t AT[] PROGMEM ={4,8,20,40,80,120,240,480};
   uint16_t TM=AT[((PINB & 0x1C)>>2)];
   pb1_count = 0;
   pb1_state = false;
// Отключаем ADC
   PRR = (1<<PRADC); // shut down ADC
// Настраиваем таймер
   TIMSK0 = (1<<TOIE0);  // Включаем таймер TIMER0
   TCCR0B = (1<<CS02) | (1<<CS00); // Предделитель таймера на 1/1024
// Задаем режим сна
   MCUCR &= ~(1<<SM1); // idle mode
   MCUCR &= ~(1<<SM0); // idle mode
   MCUCR |= (1<<SE);
   sei();
   while(1) {
// Зписываем до прерывания по таймеру    
     asm("sleep");
// Таймер сработал 
     TIMSK0 &= ~ (1<<TOIE0);  // Останавливаем TIMER0       
// Считываем состояние PB1
    bool pb1 = false;
    if( PINB & (1 << PINB1) )pb1 = true;  
// Если состояние входа инвертировалось, сбрасываем время
    if( pb1 != pb1_state )pb1_count = 0;
    pb1_state = pb1;
// Если превышено время установки таймера
    if( pb1_count >= TM ){
       PORTB |= (1 << PB0);    // digitalWrite(PB0, HIGH);}
       _delay_ms(1000);        // Ждем секунду
       PORTB &= ~(1 << PB0);   // digitalWrite(PB0, LOW);}
       pb1_count = 0;          // Сбрасываем счетчик
    }
    TIMSK0 = (1<<TOIE0);    // Включаем таймер TIMER0
    sei();           
   
  }
  return 0;
}

#define F_CPU 1200000UL

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

#include <avr/interrupt.h>

boolean pb1_state;

volatile uint16_t pb1_count;

// Обработчик прерывания по таймеру TIMER0

ISR(TIM0_OVF_vect){

pb1_count++;

}

int main(){

// Устанавливаем выход PB0

DDRB |= (1 << PB0); // pinMode(PB0, OUTPUT);

PORTB &= ~(1 << PB0); // digitalWrite(PB0, LOW);}

// Устанавливаем вход PB1 с подтягиванием

DDRB &= ~(1 << PB1); // pinMode(PB1, INPUT_PULLUP);

PORTB |= (1 << PB1);

// Устанавливаем вход PB2 с подтягиванием

DDRB &= ~(1 << PB2); // pinMode(PB2, INPUT_PULLUP);

PORTB |= (1 << PB2);

// Устанавливаем входы PB3 с подтягиванием

DDRB &= ~(1 << PB3); // pinMode(PB3, INPUT_PULLUP);

PORTB |= (1 << PB3);

// Устанавливаем входы PB4 с подтягиванием

DDRB &= ~(1 << PB4); // pinMode(PB4, INPUT_PULLUP);

PORTB |= (1 << PB4);

// Определяем время срабатывание таймера по входам PB2,PB3,PB4 (перемычки подтягивают к земле) (период, сек = TM/4 )

static const uint16_t AT[] PROGMEM ={4,8,20,40,80,120,240,480};

uint16_t TM=AT[((PINB & 0x1C)>>2)];

pb1_count = 0;

pb1_state = false;

// Отключаем ADC

PRR = (1<<PRADC); // shut down ADC

// Настраиваем таймер

TIMSK0 = (1<<TOIE0); // Включаем таймер TIMER0

TCCR0B = (1<<CS02) | (1<<CS00); // Предделитель таймера на 1/1024

// Задаем режим сна

MCUCR &= ~(1<<SM1); // idle mode

MCUCR &= ~(1<<SM0); // idle mode

MCUCR |= (1<<SE);

sei();

while(1) {

// Зписываем до прерывания по таймеру

asm("sleep");

// Таймер сработал

TIMSK0 &= ~ (1<<TOIE0); // Останавливаем TIMER0

// Считываем состояние PB1

bool pb1 = false;

if( PINB & (1 << PINB1) )pb1 = true;

// Если состояние входа инвертировалось, сбрасываем время

if( pb1 != pb1_state )pb1_count = 0;

pb1_state = pb1;

// Если превышено время установки таймера

if( pb1_count >= TM ){

PORTB |= (1 << PB0); // digitalWrite(PB0, HIGH);}

_delay_ms(1000); // Ждем секунду

PORTB &= ~(1 << PB0); // digitalWrite(PB0, LOW);}

pb1_count = 0; // Сбрасываем счетчик

}

TIMSK0 = (1<<TOIE0); // Включаем таймер TIMER0

sei();

}

return 0;

}

Весь код уместился в 340 байт — ровно треть от килобайта памяти тиньки. Работа таймера проверяется просто — в зависимости от времени установки — периодически загорается светодиод на 1 сек. В это время на выходе Vвых напряжение 5В пропадает. Если контакт «вход» с периодичностью 1 сек замыкать на землю — сброс не производится и светодиод не загорается.

Управление WDT в основной программе следующее

#define PIN_WDT 5 //GPIO контроллера, куда подключен WDT
bool WDT_flag = false;

// Инициализация порта таймера
void WDT_begin(){
   pinMode(PIN_WDT,OUTPUT);
   digitalWrite(PIN_WDT,WDT_FLAG);
}

// Сброс таймера (не реже чем 1 на время срабатывания WDT, установленное перемычкой)
void WDT_reset(){
   if( WDT_flag)WDT_flag = false;
   else WDT_flag = true;
   digitalWrite(PIN_WDT,WDT_FLAG);
}

#define PIN_WDT 5 //GPIO контроллера, куда подключен WDT

bool WDT_flag = false;

// Инициализация порта таймера

void WDT_begin(){

pinMode(PIN_WDT,OUTPUT);

digitalWrite(PIN_WDT,WDT_FLAG);

}

// Сброс таймера (не реже чем 1 на время срабатывания WDT, установленное перемычкой)

void WDT_reset(){

if( WDT_flag)WDT_flag = false;

else WDT_flag = true;

digitalWrite(PIN_WDT,WDT_FLAG);

}

Вот собственно а все. Все исходные файлы, схемы и печатные платы можно скачать с GITHUBа

Posted in Самодельный контроллер | Метки: ATTiny13, AVR, WDT

Вы можете оставить отзыв или трекбек со своего сайта.

12 комментариев на «Универсальный сторожевой таймер на ATtiny13»

ACE:

06.04.2019 в 17:08

На всякий случай, IRLML2502 — N-канальный. 6402, как вариант.

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  07.04.2019 в 22:16
  
  Спасибо. Перепутал.
  
  Войдите, чтобы ответить
  - Irakli:
    
    20.07.2019 в 13:13
    
    День добрый! Какой посоветуете взять мосфет, IRLML6402 или как у вас IRLML5203?
    
    Войдите, чтобы ответить
    - Alexey:
      
      21.07.2019 в 12:54
      
      Лучше всего использовать мосфеты с логическим уровнем управления, который полностью открываются при достаточно низким напряжении на затворе:
      IRLML5103, IRLML5203, IRLML6302, IRLML6402 (как у вас)
      
      Войдите, чтобы ответить
Sinobi:

11.05.2019 в 13:56

Подскажите-ток потребления девайса какой?

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  01.06.2019 в 09:28
  
  Так как дисплей светодиодный и не отключается — то 10-20мА. Сам контроллер потребляет меньше 1мА
  
  Войдите, чтобы ответить
Серж Васильев:

20.05.2019 в 20:54

а почему сам тинка13 а лучше 13v … не защищен от зависаний ???
то есть не защишен сам WDT !!!

Войдите, чтобы ответить
user003:

14.06.2019 в 13:34

Что за дичь!? ПИШИ В VSCODE+PLATFORMIO!!!

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  17.06.2019 в 11:07
  
  Принципиально что-то изменится?
  Онлайн отладка появится?
  Сильно размер кода сократится?
  
  Войдите, чтобы ответить
NEMO:

10.06.2020 в 11:21

Alexey, на схеме и печатке ошибка!
Резистор R3 на СБРОС должен быть Pull-Up (подтянут к + питания) а он у тебя — Pull-Down (притянут к GND). Контроллер будет в бесконечном СБРОСе…
А так — схема очень полезная, спасибо!

Войдите, чтобы ответить
- Alexey:
  
  29.06.2020 в 08:18
  
  Да. Конечно подтяжка к VCC
  Спасибо
  
  Войдите, чтобы ответить
Михаил:

25.01.2022 в 21:39

Офигенная штука! Доработал все свои устройства. Работает как часы, автору большое спасибо!

Войдите, чтобы ответить

Ваш отзыв

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.