Асинхронный режим работы Atmega16. Power-save режим.

Я решил написать программу для автоматического закрытия двери в блок общежития после 24:00 микроконтроллером.
Собственно столкнулся я огромным количеством подводных камней, и так как статей для того чтобы убрать камни я не нашел, а только методом научного тыка и статей на заграничных сайтах дошел до правильных действий, которые вам сейчас и опишу. Сами механизмы работы я описывать не буду. Ничего там сложного. Самое по моему мнению сложное для меня как новичка будет описано в этой статье.

Задание : Сделать асинхронные часы, которые будут работать от одной батарейки типа CR2032 при том что МК должен спать сладким сном и не кушать дорогую для нас силу тока, и когда наступает 0:00 микроконтроллер просыпался менял состояние ножки (подавал импульс единицу и ставил в ноль чтобы эл. замок провернулся) и в 6:00 утра обратно открывал, и ложился спать. Часы при этом работать должны были не отставая не на одну долисекунду. Представьте последствия этого если механизм будет работать годами, можно будет и утром не выйти на улицу.

Итак приступим. У меня есть МК Atmega16a-pu (собственно почти не отличается от Atmega16) и с помощью него вся схема будет управляться. Для того чтобы включить асинхронный режим нужен не только программный код, но и купленный на радиорынке Кварцевый резонатор на 32 768 Гц у меня он типа “спичка”, можете купить любой его тип. Нужно подключить его к пинам 28 и 29 по даташиту.
Так-же я обозначил пины 12 и 13, для большей стабильности к ним можно подключить кварц на 4 Мгц. И выставить фьюзы на внешней RC генератор, но это по вашему вкусу и надобности. Но то что схема станет стабильнее и правильнее это точно.

Ну и вроде-бы все что по технической части. Переходим к программе.

/*
* GccApplication1.cpp
*
* Created: 24.01.2022 15:39:08
* Author: Sokol
*/
#define F_CPU 1000000 // внутри МК процессор работает с частотой 1 мГц что равно 1 000 000 Гц. Указываем это, но не обязательно.
#include <avr/io.h>  //стандартная библиотека мк.
#include <avr/sleep.h>   //подключаем библиотеку сна
#include <avr/delay.h>     //подключаем задержки
#include <avr/interrupt.h>    //подключаем прерывания
#define SLEEP_MODE_PWR_SAVE (_BV(SM0) | _BV(SM1))   //Заменяем фразу SLEEP_MODE_PWR_SAVE на (_BV(SM0) | _BV(SM1)) , чтобы потом было легче.
volatile unsigned char second=0, minute=0, hour=0;   //Инициализируем переменные
ISR(TIMER2_COMP_vect)   //Описываем вектор для нашего асинхронного прерывания (что будет выполняться кварцем.)
{ 
 second++;
  if (second == 60)
      { PORTA = 0x01;  //Выставляем в логическую единицу на пин 0.
        sleep_disable();    // Когда пройдет одна минута прерывание так сказать ущепнет МК, и он проснется сам ! (питание будет в районе 1 мА)
        second=0;
        minute++;
          if (minute==60)
             { minute=0;
               hour++;
                   if (hour==24)
                     {
                      hour=0;
                     }
              }
        }
}
int main(void)
{ DDRA = 0x01;
asm("cli");   //Обязательно запрещаем прерывания
//Стандартная постановка битов в МК для активации ухода в Асинхронный режим.
	ASSR |=(1<<AS2);
	while(ASSR != (0b00001000))
{
	asm("nop");
}
  TCCR2 |= (1<<CS21)|(1<<CS22)|(1<<WGM21);
  OCR2 = 127;
  TIMSK |= (1<<OCIE2);
  TIFR = 0;    
//Постановку окончили.  (более детально про установку в асинхрон. можно найти в Даташите.)
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_SAVE);  //Выбираем тип сна, в нашем случае это будет Power-Saver.
sleep_enable();  //Выставляем соответствующие биты в МК.
asm("sei");   //Разрешаем прерывания. Обязательно!
_delay_ms(1000);    //Делаем задержку для того чтобы Кварцевый резонатор (часовой) 32 768 Гц включился в асинхрон.режим. Это обязательно !. Число может быть и 500. Но я выбрал именно одну секунду. Для стабильности.
 while(1)
  {          
     for(int a=0; a < 500; a++)  // Тут все на ваше усмотрение что сделать до того как МК уйдет в сон.
     {
      asm ("nop");
     }
PORTA = 0x00; //Выставляем пин в логический ноль, чтобы лампочка один раз мигнула когда выйдет из сна
     if (second == 2)  //Когда будет 2 секунды уйдем в сон.
     {
      sleep_cpu(); // Уход в сон. Снижение потребления энергии у меня не превышает 35 мкА (микро а не мили, не путать).
     } 
  }
}

* GccApplication1.cpp

* Created: 24.01.2022 15:39:08

* Author: Sokol

#define F_CPU 1000000 // внутри МК процессор работает с частотой 1 мГц что равно 1 000 000 Гц. Указываем это, но не обязательно.

#include <avr/io.h> //стандартная библиотека мк.

#include <avr/sleep.h> //подключаем библиотеку сна

#include <avr/delay.h> //подключаем задержки

#include <avr/interrupt.h> //подключаем прерывания

#define SLEEP_MODE_PWR_SAVE (_BV(SM0) | _BV(SM1)) //Заменяем фразу SLEEP_MODE_PWR_SAVE на (_BV(SM0) | _BV(SM1)) , чтобы потом было легче.

volatile unsigned char second=0, minute=0, hour=0; //Инициализируем переменные

ISR(TIMER2_COMP_vect) //Описываем вектор для нашего асинхронного прерывания (что будет выполняться кварцем.)

{

second++;

if (second == 60)

{ PORTA = 0x01; //Выставляем в логическую единицу на пин 0.

sleep_disable(); // Когда пройдет одна минута прерывание так сказать ущепнет МК, и он проснется сам ! (питание будет в районе 1 мА)

second=0;

minute++;

if (minute==60)

{ minute=0;

hour++;

if (hour==24)

{

hour=0;

}

int main(void)

{ DDRA = 0x01;

asm("cli"); //Обязательно запрещаем прерывания

//Стандартная постановка битов в МК для активации ухода в Асинхронный режим.

ASSR |=(1<<AS2);

while(ASSR != (0b00001000))

{

asm("nop");

}

TCCR2 |= (1<<CS21)|(1<<CS22)|(1<<WGM21);

OCR2 = 127;

TIMSK |= (1<<OCIE2);

TIFR = 0;

//Постановку окончили. (более детально про установку в асинхрон. можно найти в Даташите.)

set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_SAVE); //Выбираем тип сна, в нашем случае это будет Power-Saver.

sleep_enable(); //Выставляем соответствующие биты в МК.

asm("sei"); //Разрешаем прерывания. Обязательно!

_delay_ms(1000); //Делаем задержку для того чтобы Кварцевый резонатор (часовой) 32 768 Гц включился в асинхрон.режим. Это обязательно !. Число может быть и 500. Но я выбрал именно одну секунду. Для стабильности.

while(1)

{

for(int a=0; a < 500; a++) // Тут все на ваше усмотрение что сделать до того как МК уйдет в сон.

{

asm ("nop");

}

PORTA = 0x00; //Выставляем пин в логический ноль, чтобы лампочка один раз мигнула когда выйдет из сна

if (second == 2) //Когда будет 2 секунды уйдем в сон.

{

sleep_cpu(); // Уход в сон. Снижение потребления энергии у меня не превышает 35 мкА (микро а не мили, не путать).

}

Такими действиями мы добились мизерного потребления электричества, по моим расчетам одна батарейка 220mA СR2032 будет работать один год без замены и подзарядки. Если подключить другой источник питания, например две пальчиковых батарейки, с 2500 мА то сами можете представить сколько схема будет работать

В моем коде программы все описано так, чтобы вы видели когда он вышел из сна. Сигнал подается не в 24:00 и 6:00, а так чтобы вам было все наглядно видно. Что-бы изменить программу и сделать ее полностью работоспособной нужно чуть-чуть подправить код. Но думаю вам это не составит труда.

Удачи ! Надеюсь я вам помог !

Использовались в работе: Atmel Studio 6.0, khazama avr programmer, программатор - usbasp.