Клон Digispark. Тот же ATtiny85, только с USB

То, о чем говорили большевики… хотя стоп. Это не совсем то, о чем говорили большевики. Это новый подход к прототипированию устройств на ATtiny85 в среде Arduino. А ATtiny85 — это как раз то, что отлично подходит для многих вещей, где полноценные Arduino-совместимые платы вроде Pro Mini, Uno и, тем более, Mega избыточны. Причем конкретно эта штука хороша тем, что на ней можно быстро, без паутины проводов и программаторов обкатать код, который потом будет трудиться в чем-то готовом.

И, да, я сейчас именно о теме электронных конструкторов, а не о хардкорной микроэлектронике и низкоуровневом программировании, до которых вряд ли когда-нибудь доберусь.





Небольшая политинформация. ATtiny85 — небольшой микроконтроллер с приличными возможностями и приятными особенностями, включая:

— 8 КБ памяти для программного кода, 512Б памяти для исполняемого кода
— 6 цифровых пинов
— 4 входа ADC
— 2 выхода PWM
— аппаратное прерывание
— частота от 1 МГц до 20 МГц
— питание от 1,8В до 5,5В (в зависимости от модификации)
— потребляемый ток — от 0,1 мкА при 1,8В в режиме максимальной экономии энергии
— выпускается (помимо прочих) в миниатюрном SOIC8 и более удобном для начинающих DIP-корпусах

Даташит на случай, если я что-то переврал.

Вообще это семейство также включает ATtiny25 и ATtiny45 — c 2КБ (128Б) и 4КБ (256Б) памяти для программного кода (исполняемого кода) соответственно. Легко видеть, почему я отдаю предпочтение ATtiny85: максимум памяти.

Казалось бы — этот контроллер идеальный кандидат в заместители Arduino, когда нужно миниатюрное, автономное и долгоживущее (от одного комплекта батарей) устройство. Например, так любимый нами всеми метеодатчик.

Но есть и минусы. Напрямую этот контроллер к компьютеру не подключить. Нужен программатор или же его аналог, в который, правда, исключительно легко превращается обычная плата Arduino. Но если вы думаете, что на этом трудности завершаются — рано радуетесь.

С программатором, предположим, да — завершаются (при условии, что есть нужная колодка). Но если его нет, а есть Arduino, то для каждой прошивки к ATtiny85 нужно подключать 6 (!) проводов. Конечно, со временем я научился делать это не за шесть операций, а всего лишь за четыре.

Но все равно очень утомительно.

И на этом фоне разработка парней из Digistump, которые придумали, как сделать так, чтобы ATtiny85 можно было без проблем программировать через USB, выглядит фантастически привлекательно. Решение, насколько я могу судить, комбинированное — немного согласующей обвязки для USB, плагин для среды Arduino и хитроумный бутлоадер (micronucleus tiny85) в микроконтроллере.

По их собственным словам, штука работает на грани возможного, поэтому не факт, что будет всегда и на все сто процентов совместима с любым USB-оборудованием. Кроме того, минималистический подход в схемотехнике выливается в полное отсутствие защит: фактически перед нами голый микроконтроллер.

Отсюда рекомендации: тщательно проверять полярность подключения питания и, по возможности, подключать контроллер к компьютеру через промежуточный USB-хаб. Чтобы в случае чего умер только хаб, а не порт компьютера.

Несмотря на эти ограничения, получившаяся у них плата Digispark оказалась настолько хороша, что стала эталонным дизайном вроде Arduino. Благо схемы, рисунок платы и софт эти товарищи раздают совершенно бесплатно.

По крайней мере только этим можно объяснить феноменальное количество всевозможных клонов Digispark в китайских магазинах. Клоны эти во многом идентичны, и различаются разве что конструктивом USB-разъема для подключения к компьютеру. Где-то он интегрирован на плату — как у плоских флешек. Где-то — реализован популярным microUSB.

Второй вариант (о котором речь) мне кажется более рациональным. Во-первых, не надо беспокоиться о наличии свободного места для подключения платы. Во-вторых, при активной отладке не нужно постоянно теребить далеко не вечный разъем у компьютера или хаба. В третьих, постоянно подключенный к компьютеру кабель USB-microUSB можно использовать и в других целях.

Итак, безымянная плата ATTINY85 Microcontroller Development Board на основе дизайна Digispark. Здесь мы видим самый обычный ATtiny85 20SU, то есть чип с рабочим диапазоном напряжений 2,7В — 5,5В и максимальной частотой 20 МГц в корпусе SOIC8.

Пинов отрезали ровно девять штук — под число контактов. Не больше, не меньше:





Размеры платы примерно 18х22 мм.

На плате, помимо прочего, размещается стабилизатор напряжения LM78L05. По этой причине питать контроллер можно двумя путями: напряжением до 5В при подключении к пину 5V и до 10В при подключении к пину Vin (через стабилизатор). В теории, если верить даташиту стабилизатора, он может выдержать и до 35В, но, вероятно, недолго.



Кроме удобного питания на плате удобно выведены и подробно подписаны пины контроллера. С лица — цифровые, со спины — по протоколу и аналоговым функциям. В общем, не заблудишься.





Для чего все это может пригодиться? Как и говорил — для прототипирования. То есть, для отладки железа и кода перед финальной сборкой. Например, с моими кривыми руками отладка может включать несколько десятков «заливок» кода в контроллер, что при упомянутых выше четырех операциях с проводами (что также подразумевает постоянный контроль правильности подключения) становится мягко говоря утомительным.

Здесь же — подключил один провод, залил код, отключил — проверяешь. Не понравилось — для изменений нужен тот же один провод. Красота.

Но для начала нужно подготовиться, что несложно. В первую очередь напаиваем гребенку для макетирования:



Теперь устанавливаем своеобразный плагин для среды Arduino (поддерживается начиная с версии 1.6.5). Процесс подробно описан в Wiki Digispark.

Открываем настройки:



Вставляем в поле Additional Boards Manager URLs строку

http://digistump.com/package_digistump_index.json

:



Переходим в меню Инструменты — Boards Manager:



В выпадающем списке Type выбираем Contributed, а затем щелкаем по Digistump AVR Boards, при этом появится кнопочка Install, которую и нажимаем:





Начнется скачивание и установка софта и драйверов. Говорим, что согласны на все:





Наконец все готово:



Выбираем рекомендованную для начинающих плату Digispark (Default — 16,5mhz):



Можно вбить классическую «мигалку» из примеров самих Digistump:



В отличие от классических плат Arduino, эту плату не нужно подключать к компьютеру перед загрузкой прошивки. Наоборот, сначала нужно запустить загрузку из среды Arduino и дождаться приглашения к подключению контроллера. Вот теперь — можно.

Таймаут на загрузку — 60 секунд:



Связано это с особым режимом работы загрузчика: при старте контроллера он ждет загрузки кода через USB в течение 5 секунд, а потом переключается в режим исполнения имеющегося в памяти контроллера кода.

Иными словами, если контроллер подключить к компьютеру до приглашения, то спустя пять секунд он начнет выполнять имеющийся код (если есть), а чтобы загрузить новый, нужно отключить и снова подключить плату к компьютеру.

Загрузка пошла:



Готово:



При прототипировании также следует иметь в виду и другие важные отличия данной платы от Arduino.

Пины 3 и 4 используются для USB, поэтому если они также необходимы в финальном проекте, то подключенную к ним для отладки периферию лучше отключать на время загрузки новой версии прошивки. Также надо иметь в виду, что к пину 3 подключен подтягивающий резистор 1,5К, необходимый для того же самого USB. Т.е. на этом пине по умолчанию будет далеко не ноль.

Кроме того, пин 1 (физический) в Digispark, в принципе, доступен к использованию, в то время как у классического ATtiny25/45/85 он предназначен для сигнала Reset, который требуется при прошивке. То есть, следует иметь в виду, что с прицелом на простой перенос кода на ATtiny85 (например) нежелательно использовать пин 1 (физический) в своем коде.

На всякий случай: нежелательно не равно «запрещено». По крайней мере, умельцы сообщают, что при использовании физического пина 1, впоследствии придется пользоваться уже не самым простым высоковольтным программатором.

А помимо ограничений ATtiny85 (поддерживаются не все библиотеки и не все команды языка) есть и ограничение по памяти для программного кода, которой в версии Digispark 6КБ (а не 8КБ, как у «голого» ATtiny85).

Для тех, кто задумывается об использовании данных плат в готовых устройствах сообщаю, что на примере «Пищаля» потребление в активном режиме при напряжении 5В — около 30 мА. В режиме предположительно максимально глубокого сна, на который я способен уговорить контроллер по советам умных людей — 13,38 мА.

На примере «мигалки» получилось 30 мА при погашенном мигающем светодиоде и 35,5 мА — при горящем.

Куда контроллер тратит такую уйму энергии — пока не понимаю. Но подозреваю, что это связано с довольно высокой тактовой частотой (что, впрочем, не объясняет аппетит во время сна).

Где бы мне могла помочь эта плата? Да уже на самом деле в уйме, уйме мест, где работают крохи ATtiny85. Давайте считать.

Сигнализатор открытого дверного замка «Пищаль» (он же — «Трындец»)

Необходимость в этой штуке стала неотвратимой после того, как я стал систематически забывать закрывать входную дверь. Причин множество: сумки, мешающиеся коты, усталость в конце концов.

Пищалка, батарейка, контроллер, микрик — ничего лишнего:



Об этой проблеме я вспоминал уже когда ложился спать, а вставать лишний раз только чтобы узнать, закрыта дверь или открыта, очень не нравилось. Итог — ATtiny85 с пьезокерамической пищалкой, микропереключателем и батарейкой CR2032.



И до умопомрачения простым кодом. Который просто включает пищалку примерно через пять минут после включения контроллера. А контроллер, как несложно понять, включается микропереключателем. На микропереключатель, в свою очередь, давит ригель замка.



То есть, пока ригель давит — контроллер выключен. Перестал давить — контроллер включился. Ну а таймаут в 5 минут сделан, чтобы пищалка не мешала при так сказать обычном использовании двери.



Иными словами, если забыть закрыть дверь, то через пять минут звуковой сигнал об этом напомнит. Ну почти как в холодильниках с подобной функцией. Отличие только в том, что «Пищаль» наблюдает за замком, а уж что там с дверью — это его не волнует.

Ну и еще нюанс: при включении (считай открытии двери) контроллер издает однократный писк. Это чтобы знать, что конструкция работает, как и батарейка.

Все идеально поместилось внутри дверной коробки. И уже неоднократно доказало свою пользу.

Автомат света «Артефакт»

Хотя я очень гордился простым решением для автосвета в гардеробе, когда свет включался контроллером по сигналу с беспроводного датчика открытия двери (из обычной беспроводной сигнализации), концепция себя изжила.



Во-первых, сама конструкция подразумевала, что нельзя просто так открывать и закрывать дверь, поскольку каждое открытие-закрытие переключало свет. То есть, необходимо было контролировать положение двери. Неудобно.

Во-вторых, со временем начались какие-то заскоки то ли у датчика двери, то ли у контроллера. В общем, срабатывать конструкция стала через раз, а причину я так и не нашел. Если что — батарейку в датчике менял, антенну крутил. Но что толку — до контроллера меньше полутора метров, а — не работает.

Стало очевидно, что дороги назад нет: надо менять сам принцип. Под это дело купил в Fix price несколько различных светильников (на корпуса), разломал дачный фонарик на солнечной батарейке под датчик света, в хозяйственном подвале приобрел батарейные отсеки под элементы ААА, в запасах откопал резервный передатчик на 433 МГц и популярный датчик движения HC-SR501.



Собрал все это воедино и вот именно здесь мне бы и понадобилась отладочная плата. Поскольку код я мучил довольно долго и сам замучился капитально, хотя задача не такая уж и сложная.



Зато результат — симпатичная пирамидка, которая стоит на одной из полок и кажется, что ничего не делает. А на самом деле происходит следующее: контроллер спит до обнаружения движения, а когда его увидит, то оценивает уровень освещенности. Если света мало — включает, если много — ничего не трогает. Свет включается по радио, через выключатели Livolo.



Если нет никакого движения в течение минуты с включения света, контроллер свет выключает, потому что считает, что люди уже ушли. И после этого сразу же засыпает для экономии энергии.

Потребление в спящем режиме — около 60 мкА (с учетом датчика движения), в активном — около 8-9 мА.



Плюс конструкции по сравнению с «глупым» датчиком двери и в том, что если вдруг забудешь, что внутри автомат света и включишь свет вручную, то при открытии двери свет не выключится — такова логика «Артефакта».

Из той же логики растет недостаток: если свет включить вручную и не заходить, то свет не выключится, пока кто-то не зайдет.

Датчик протечек «Капель»

Это, если честно, не совсем удачная идея. То есть, железка удалась, но ее применение — нет. Дело в том, что в сантехническом шкафу однажды обнаружилась очень неприятная штука: ползучая протечка. Иными словами, соединение подтекало так, что это было особо незаметно, однако в итоге воды набралось столько, что стали возмущаться соседи снизу.

После этого я стал регулярно заглядывать в сантехшкаф, внимательно осматривая соединения и его «дно», и параллельно думал о том, как бы автоматизировать процесс. Теоретически меня могла бы спасти «нечеткая логика», то есть не совсем традиционное использование обычного метеодатчика.

Я рассуждал так: при протечке, которая не приводит к срабатыванию «затапливаемого» датчика, все же должна заметно повыситься влажность. И это повышение можно трактовать как сигнал к действию.

Придумано — сделано. Благодаря популярному датчику температуры и влажности ATtiny85 превратился в «Капель». Аппарат на макетной плате простоял в сантехническом шкафу две недели. Этого мне хватило для сбора статистики по влажности, которая, как оказалось, гуляет там в довольно широких пределах.

Но проблема оказалась не в пределах. Собственно, я для того и собирал статистику, чтобы понять порог срабатывания сигнализации. Проблема оказалась в том, что при натурном тесте (мокрая тряпка в сантехническом шкафу) влажность особенно не изменилась.

В общем, от «Капели» я отказался, но метеодатчик, который может передавать данные на Народный Монитор через домашний контроллер — остался. Точнее, остался код, а вот сам прибор я разобрал, поскольку стал заниматься «Артефактом».

Корректор не только осанки «Позиционер»

Об этой штуке я рассказывал в цветах и красках. В применении к прототипированию хочу сказать, что здесь упрощенная загрузка кода мне тоже очень бы помогла, поскольку «Позиционер» я отлаживал как-то очень долго.



Разумеется, что внутри у него все тот же самый ATtiny85.

На будущее

В планах, которые неизвестно когда сбудутся, переключатель освещения «Ротор». Очень хочется, знаете, такой портативный арт-объект с круглой, наподобие регулятора громкости в аудиотехнике, ручкой, вращение которой переключает свет во всей квартире.

То есть, крутишь в одну сторону — сначала включается фоновый свет, потом половина верхнего, потом — вторая половина верхнего. Крутишь в другую — все гаснет в обратной последовательности.

Даже заготовил концепт-версию кода под это дело. И успел вляпаться в борьбу с дребезгом контактов у энкодера, выяснив, что аппаратное подавление этой гадости очень эффективно.

Однако до финала еще далеко.

Возвращаясь к отладочной плате. Если спросите, купил бы я себе эту штуку сам, отвечу — однозначно бы купил. Собственно, уже и собирался.