Процессоры семейства ATtiny - это маломощные и недорогие микроконтроллеры, которые идеально подходят для создания простых устройств своими руками. В этой статье мы рассмотрим особенности популярной модели ATtiny13 и покажем несколько примеров схем на ее основе, которые помогут начинающим конструкторам сделать первые шаги в мире микроконтроллеров.
Обзор ATtiny13
ATtiny13 - это 8-битный микроконтроллер на архитектуре AVR от компании Atmel, выпущенный в 2009 году. Он имеет всего 1⁄8 размера по сравнению со старшими моделями, такими как ATmega328, используемым в Arduino Uno. Благодаря компактным размерам, ATtiny13 идеально подходит для создания миниатюрных устройств.
Основные технические характеристики ATtiny13:
- Тактовая частота до 9.6 МГц
- 1 Кб флеш-памяти для кода
- 64 байта ОЗУ
- 6 GPIO портов ввода/вывода
- 1 таймер/счетчик
- 1 аналоговый компаратор
- Ток потребления в режиме сна менее 1 мкА
Благодаря RISC-архитектуре, ATtiny13 выполняет большинство инструкций всего за один такт. Это позволяет достичь производительности до 1 MIPS на тактовой частоте 1 МГц.
ATtiny13 выпускается в нескольких вариантах корпусов: DIP8, SO8, SOIC8, VQFN10. Это обеспечивает удобство монтажа микроконтроллера как на макетные платы, так и в готовые изделия.
В отличие от старшего ATtiny2313, в ATtiny13 отсутствует аппаратный ШИМ. Однако его можно реализовать программно. Также нет АЦП, но есть аналоговый компаратор для сравнения напряжений.
Программирование ATtiny13
Для программирования ATtiny13 чаще всего используется среда Arduino IDE. Это позволяет писать код на языках C/C++, а также переносить готовые примеры и библиотеки.
Чтобы настроить Arduino IDE для работы с ATtiny13, нужно установить дополнительный пакет поддержки микроконтроллеров от стороннего разработчика, например, от SpenceKonde или sleepmanj. После этого в списке плат появится ATtiny13.
Перед загрузкой кода необходимо записать в память ATtiny13 специальную программу-загрузчик. Это позволит в дальнейшем программировать микроконтроллер через COM-порт или USB без использования внешнего программатора.
В качестве примера можно взять один из готовых sketch-ей для Arduino - например, циклическое мигание светодиодом. После небольшой доработки его можно загрузить в ATtiny13.
Так как в ATtiny13 мало памяти, очень важно писать оптимизированный код без лишних библиотек. Для этого имеет смысл использовать низкоуровневые функции на С/С++, а не Arduino API.
Схемы на ATtiny13 своими руками
Рассмотрим несколько примеров простых схем на основе ATtiny13, которые можно собрать своими руками для знакомства с этим микроконтроллером.
Минимальная схема
Для первого знакомства достаточно минимальной схемы ATtiny13 на макетной плате или хлебной доске с несколькими дискретными элементами:
- ATtiny13 в корпусе DIP8
- Кварцевый резонатор 8-16 МГц
- Два конденсатора 22 пФ
- Стабилизатор напряжения 5В
- Светодиод и резистор
- Кнопка
Такая схема позволит мигать светодиодом, управлять его яркостью с помощью ШИМ, реагировать на нажатие кнопки.
Светодиодный фонарик
Более полезным примером будет светодиодный фонарик на ATtiny13. В него можно добавить:
- Три сверхярких светодиода белого света
- Литий-ионный аккумулятор 18650
- DC-DC преобразователь
- Кнопку включения
Такая схема обеспечит достаточную яркость фонарика от аккумулятора с управлением яркостью через ШИМ.
Далее можно экспериментировать с различными типами датчиков - освещенности, влажности, температуры, расстояния. ATtiny13 позволяет подключить аналоговые датчики напрямую к своим GPIO портам и обрабатывать данные программно.
Также интересным проектом станет RGB лента, управляемая ATtiny13. С помощью нескольких строк кода можно реализовать различные световые эффекты и анимации.
В целом, ATtiny13 отлично подходит для изучения основ микроконтроллеров и создания полезных гаджетов для дома своими руками. Малый размер, низкая цена и простота программирования делают этот чип идеальным для начинающих.
Питание для ATtiny13
Питание является одним из ключевых моментов при разработке устройств на ATtiny13. Рассмотрим основные варианты обеспечения микроконтроллера электроэнергией.
ATtiny13 может работать в диапазоне напряжений от 1.8 В до 5.5 В. Минимальное рабочее напряжение составляет 2.7 В. Типовой ток потребления при тактовой частоте 1 МГц и напряжении 5В - около 1 мА.
В качестве источника питания можно использовать:
- Батарейки или аккумуляторы типоразмера АА/ААА
- Литий-ионные аккумуляторы типа 18650
- Блоки питания или Powerbank'и с USB
- Солнечные батареи
Для стабилизации напряжения до 5В удобно применять готовые модули на базе микросхем типа LD1117V33, LM7805 и аналогичных.
В режиме сна ток потребления ATtiny13 может снижаться до 1 мкА и ниже. Это позволяет достичь очень большого времени автономной работы от батареек для устройств с периодическим включением, таких как датчики или пульты управления.
Программаторы и отладка
Для удобства разработки кода и отладки очень полезно подключить ATtiny13 к компьютеру. Рассмотрим варианты программаторов и интерфейсов связи с ПК.
Программаторы
Наиболее популярный вариант - USBASP - программатор с USB интерфейсом. Он позволяет легко прошивать bootloader и загружать скетчи в ATtiny13. Схемы USBASP можно найти в открытом доступе.
Также вместо специализированного программатора можно использовать другую плату Arduino в режиме ArduinoISP. Это более дешевый вариант.
UART и COM-порт
Для отладки удобно подключить ATtiny13 к ПК через UART (COM-порт). Для этого понадобится дополнительная схема платы переходника с преобразованием уровней напряжения.
Такая схема позволит выводить отладочные данные в терминал и даже прошивать без использования внешнего программатора.
Симуляторы и эмуляторы
Полезным инструментом разработки могут стать симуляторы и эмуляторы ATtiny13. Они позволяют отлаживать код программы на виртуальной модели микроконтроллера без физического железа.
Симуляторы (NSE, Proteus и др.) моделируют работу самого процессора и периферии. Эмуляторы эмулируют полностью плату Arduino или другую плату с ATtiny13.
Главное преимущество симуляторов и эмуляторов - возможность отладки на этапе написания кода. Это позволяет сэкономить время при переносе программы на физическое устройство.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели основы применения популярного микроконтроллера ATtiny13: его возможности, варианты схем, программирование и отладку. Благодаря простоте и низкой стоимости, ATtiny13 отлично подходит для изучения основ микроэлектроники и создания полезных устройств своими руками.
