На столбе висят три глаза, или сказ о том, что пяти ног ATtiny13 вполне достаточно

КДПВ «Ой, всё».

Мало шансов, что сей лонгрид станет живительным источником мудрости интеллектуалам, искушенным в тайнах гадания на картах Карно и познавшим потаенный смысл Третьей Нормальной Формы. Но если вы зачем-то трогали руками arduino, в кладовке пылится паяльник, понимаете, почему у батарейки один плюс, а у С++ два, то вас не смогут оставить равнодушными поистине волшебные и удивительные чудеса. Итак, имею удовольствие рекомендовать вам номера сегодняшнего представления бродячего цирка «Саман с Самшитом»:

• Добавление RAM и ROM в ATtiny13!
• Искусственный интеллект в микропроцессор — про и контра, или спящая красавица — ну она не дура ли?
• Или все таки dura lex sed lex?
• Как добавить ножек в ATtiny13?
• Пару слов о пятом измерении: как впихнуть невпихуемое?
• Распиливание напополам не-девствениц с перемешиванием содержимых половин (с гарантией восстановления).
• Номер «Кормление страждущих» (см. более ранний случай насыщения пяти тысяч человек пятью ячменными хлебами и двумя рыбами).

Если хотя бы один из фокусов пригодится в будущем каждому двадцатому читателю, буду доволен, статья была написана не зря.

Светофор первый или Каа принимает бой.

Начиналась история, как в классической предрождественской видеоподводке, когда камера заглядывает через заиндевевшее окно в небольшую уютную комнату: ёлка в мишуре, вате и игрушках, запах мандарин и глинтвейна, теплое дрожание теней от огонька свечи. На большом диване Она поправляет плед и нежно прижимается щекой к Его плечу, рассеяно слушая восторженно жестикулирующую ангелоподобную маленькую девочку...

Имеющие родительский опыт, прекрасно знают, что именно в такой момент можно услышать. Тем, кто такого навыка пока не приобрел, объясню — с великой степенью вероятности сейчас родителей ошарашивают чем-то наподобие: «Папа! Нам завтра! В детский садик! Надо! Принести поделку на конкурс ёлочных игрушек! И я хочу первое место!».

Надо. Завтра. Нам. Поделку. Лучшую.

Вовлеченное интервью с Заказчиком проявляет контуры ТЗ: нам нужен светофор. И чтобы красивый и светился, как настоящий. Уже на этом этапе ряды кандидатов в ГИП проекта драматически редеют: у папы не получается обосновать идею, что прелестный, мягкий, сшитый из лоскутков или связанный спицами или крючком светофор и является воплощенным представлением мечт Заказчика: светофор должен светиться — что тут непонятного?

На страну накатывалась ночь, а у нас закипала работа.

Материал корпуса светофора — втулка от туалетной бумаги, обжатая так, чтобы получился параллелепипед. Десятирублевая монета обводилась карандашом, и затем вырезались канцелярским ножом отверстия под огни световой сигнализации (травмоопасная работа детям не доверяется).

Крышки верха и низа светофора раскроены из картона по месту. Козырьки над лампами по сделанной выкройке обводились на обыкновенной 80-ти граммовой бумаге и вырезались вручную.

Затем были приклеены на ПВА.

Собранные конструкции вытащили во двор и покрасили аэрозольными акриловыми красками: щедро серебристой, после слегка сверху черной.

На случай повреждения на любом этапе, изготавливались сразу три экземпляра. Светофильтрами внутрь самого удачного вклеили три полоски цветной бумаги — красной, желтой и зеленой.

Подсвечивать изнутри было решено парой сверхъярких белых светодиодов из щедрых закромов родины (ЩЗР). Каптерщицкая жаба наотрез отказалась выдавать папе из наличия ЩЗР еще и аж три таблеточных литиевых батарейки, а светиться от одной не соглашались светодиоды, заявляя, что они белые и яркие, и падение напряжения на них от 2.8 до 3.9 вольт. Максимум, на что удалось выторговаться с жабой — на одну батарейку АА, ферритовое колечко от дросселя сгоревшей материнки и транзистор КТ315. Поразмыслив и погуглив, папа пришлось принять предложение. Да и учитывая количество шаловливых ручек в каждой группе детского сада, идея с литиевыми элементами питания смотрелась не особо привлекательной.

Корпуса светофоров на батарее жестким запахом краски вытесняли ароматы хвои и мандаринов, папа задумчиво тыкал паяльником в канифоль, дети наматывали трансформаторы для блокинг-генераторов (дублирование экземпляров), все шло по плану...

И нет, "и вдруг" в тот вечер не случилось: всех хитростей при намотке трансформатора — сразу наматывать сложенным вдвое проводом максимально возможное количество витков. Не перепутать анод и катод светодиода, и выводы транзистора КТ315 и правильно подключить концы обмоток (или поменять их местами, если не засветилось) согласно принципиальной схеме. J1 — выключатель питания из компьютерного джампера, выведенный позже "на крышу" светофора.

Совершенно простая схема получения переменного напряжения с пиками в 3-7В от 1,5В батарейки G1 давно и широко известна.

Физически принципиальная схема воплотилась вот так:

В красной изоленте — алкалиновая батарейка АА.

А сам светофор в сборе — вот так.

Утром гордая чада утащила изделие в садик, где игрушка произвела фурор и заняла центральное место на ёлке.

С первым местом на конкурсе, правда, не сложилось — крайний срок сдачи конкурсных работ, как оказалось, уже несколько дней как прошел.

Дома оставались два корпуса на подоконнике и папина зудящая неудовлетворенность решением задачи «хочу как настоящий светофор». И крутилась мысль "а можно ли полное решение уместить, скажем в 13ю тиньку, что у жабы в «ЩЗР» давно валяется? Хватит ли пяти ножек, килобайта на код и 64 байта оперативки и чтобы, как заказывалось, как настоящий"?

Так что всё это только присказка была, сказка об окончательном решении светофорного вопроса впереди.

Светофор второй, как настоящий

Используемый инструментарий, материалы и документация

Язык/фреймворк: C / Arduino 1.6/1.8.
IDE: MS Visual Studio 2012 + Visual Micro plugin + git.
CAD: DipTrace.
HW: МК ATtiny13, клон Arduino Nano на ATmega328, USB-UART на FT232R, программатор china-noname USBISP.
Технология ПП: ЛУТ.
Инструменты: Паяльник, клеевой пистолет, кухонная духовка, нож, ножницы, кусачки.
Материалы: Из «ЩЗР» — по 4 красных, желтых, зеленых выводных LED марки noname, SMD танталовый конденсатор и пара резисторов 0805 по 10к, полдюжины выводных 0,25Вт токоограничивающих резисторов MF-25, китайский повышающий DC-DC 5В преобразователь, аэрозольные баллончики с серебряной и черной краской, бумага А4, полимерная глина с распродажи.

Исходники и документы доступны на Github под лицензией MIT, коммиты исходного кода совпадают с нижеописанными итерациями прошивки, все упоминаемые пути к файлам — относительно корня репозитория.

Документация:
./docs/ATtiny13A datasheet.pdf [Спецификация на МК Atmel ATtiny13A]
./docs/ATmega328 datasheet.pdf [Спецификация на МК Atmel ATmega328]
./docs/AVR4027 — Tips and Tricks to Optimize Your C Code.pdf [Atmel AVR4027: Tips and Tricks to Optimize Your C Code for 8-bit AVR Microcontrollers]
./docs/AVR4013 — PicoPower basics.pdf [Заметки по режимам энергосбережения]

Из Arduino IDE, как из облака одеяло. Ихний езык Wiring — иезуитски тонкое издевательство над всем, что может быть свято у embed-программистов. Но Arduino, как экосистема, жил, жив и жить будет, и в силу простоты установки окружения на компьютеры под различные ОС, и потому, что они первыми дали возможность без особых затрат на хардварный программатор-отладчик, используя копеечный UART и фирменный бутлоадер, заниматься разработкой в достаточно серьёзных по начинке МК. А тут еще дядюшка Ляо, готовый продать пригоршню клонов по цене одного оригинала. То, что в старших атмегах можно отладить логику и работу программы, а потом с минимальными изменениями перенести на ту же тиньку — это тоже Довод.

Мне привычно и комфортно работать в MS VisualStudio, лишнего места для AtmelStudio или WinAVR нет и изыскивать не хочу, без аппаратного отладчика ультимативных удобств они не несут. О плагине VisualMicro, добавляющем в MS VisualStudio поддержку Arduino уже было достаточно подробно и толково написано на хабре.
Фокус " Arduino на ATtiny13" на хабре так же был рассмотрен давно и неоднократно.

Вкратце — в установленную инсталляцию среды Arduino добавить модуль MicroCore, после чего появляется возможность выбора в целевых платах МК ATtiny13.

Git — безальтернативен для любых, даже самых домашних проектов. Привычка несложная, но правильная: начиная работу над любой программой просто в командной строке набрать "git init" в каталоге. Встроенная в MS Visual Studio поддержка комитов в локальном репозитории не раз сэкономит нервы и время.

DipTrace, как САПР для схемотехники и печатной платы — удобный, отечественный, схематика и разводка дружелюбна к пользователю, легкое добавление пользовательских компонентов (УГО, контакты), при желании печатную плату с компонентами можно покрутить в 3D, качественная справка и обучающие уроки в комплекте. Кроме этого, мне импонирует их политика лицензирования: ограничений бесплатной для России, Украины, Республики Беларусь лицензии Non profit standard (1000 pins, 4 signal layers), в 99% случаев хватает для домашних поделок.

Мне не удалось нормально заставить заработать Arduino Nano, как программатор для тиньки, но при наличии USB ISP программатора проблема решается несложно. По-быстрому набросал командных файлов для компиляции/прошивки — в директории ./gcc в проекте.

Файл .ino (а реально он С/C++) безошибочно компилирующийся в студии "под ардуино под ATtiny13", просто подается параметром этого батника в командной строке:

>"./gcc/0_MAKE & upload.cmd" MyArduinoFile.ino

Если в этот момент воткнут ISP программатор, а к нему присоединен МК, то пройдёт и компиляция и прошивка.

>"./gcc/0_MAKE & asm.cmd" MyArduinoFile.ino

Как понятно по названию, откомпилировав, создаст ассемблерный листинг прошивки — бывает очень полезно, даже если ассемблер для AVR не самая сильная сторона навыков. Важно: При желании использовать командные файлы придется необходимо изменить внутри пути, они абсолютные.

Душа светофора

Upgrade ROM&RAM под Arduino для ATtiny13

Скелет Arduino программ (последовательно setup(){...}; loop(){...};) незримо для ардуинщика при компилировании фактически "заворачивается" в классическую С-шную int main(){setup(); loop();}, немножк прибавляя в весе за счет накладных расходов by Arduino.

uint8_t cnt;
void setup() {
    cnt=0;
}
void loop() {
  cnt++;
}
//Program size: 164 bytes (used 16% of a 1 024 byte maximum) (0,57 secs)
//Minimum Memory Usage: 5 bytes (8% of a 64 byte maximum)

Собственно абсолютно то же самое, но без вызова функций на простом С:

uint8_t cnt;
int main(){
    cnt=0;      // < setup()
    while(1){
        cnt++;  // < loop()
    }
}
//Program size: 60 bytes (used 6% of a 1 024 byte maximum) (1,23 secs)
//Minimum Memory Usage: 1 bytes (2% of a 64 byte maximum)

Кроме уменьшения с 16% до 6% требуемой программной памяти, обратите внимание, добавилось 6% бесплатной оперативной памяти на переменных. А еще вызов любой функции до самого её завершения незримо расходует память как минимум на адрес возврата в стеке, а стек — это тоже часть физически наличествующих 64 байт оперативки.

Интеллект спящей красавицы

Обязательным признаком интеллекта, безусловно, является лень: разумное существо не станет выполнять бесполезную работу. Неинтеллектуальный процессор будет раз за разом прокручивать бесконечный цикл, бесполезно переводя энергию в тепло, и лишь изредка, при изменении внешних условий, выполнять работу по изменению состояния. Более разумный процессор, напротив, работает только тогда, когда внешние условия уже поменялись. В целях повышения интеграционного показателя разума на планете Грязь, переводим тиньку на следующую ступень интеллектуального развития: наш CPU будет большую часть времени спать, просыпаясь и работая только когда это необходимо. Работа у него — инкрементировать глобальную переменную, хранящую значение времени каждые N единиц времени. Во время сна без участия "мозга"-CPU все равно будет работать таймер, увеличивающийся во сне на единицу каждые (9.6 МГц тактов в секунду / значение делителя таймера 1024 = 9370 Гц, столько раз в секунду таймер инкрементируется) 1/9370 = 0.0001067 секунды. Но проснется ЦПУ только когда 8-ми битный таймер переполнится. А проснувшись, первым делом метнётся, как ночью в туалет, в процедуру обработки события "переполнение таймера". А после побежит по программе дальше, начиная с места, где засыпал, пока не дойдет до места в бесконечном цикле с командой "спать". Таких пробуждений у него будет 37 раз за секунду (256 х 0.0001067 = 0.027315; 0.027315 х 37 = 1.01065 ~= 1s).

Изменение скелета программы: устанавливаем тактирование и делитель таймера-счетчика (HW блока, инкрементирующего своё значение каждые 1024 тактов), при переполнении 8бит этого счетчика — запускается обработчик прерывания переполнения, затем управление передается на следующую строчку программы после той, в которой он уснул.

Важно: переменная globalTimer определена как volatile, это означает, что изменяется она в совершенно непредсказуемое и неизвестное время, как следствие, перед любым её использованием CPU обязан сначала прочитать её актуальное значение из памяти, даже если действия именно с ней были в предыдущей строчке программы.

#include <avr/io.h>         // Для компиляции не из IDE - определения регистров
#include <avr/sleep.h>      // Да, будем спать
#include <avr/interrupt.h>          // будет использоваться прерывание
volatile uint16_t  globalTimer;     //трачу два байта оперативки из 64 на глобальный таймер
// часики - переполнение таймера инкрементирует globalTimer каждые 1/37 секунды
ISR(TIM0_OVF_vect){
    globalTimer++;  // а больше ничего тут делать не надо. Проснется, сплюсует, пробежит while(1) цикл и уснет.
}
int main() {
    // Планировщик работает по схеме "а потом спи-отдыхай". 
    set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);    //установить режим сна - см.даташит
    sleep_enable();                 // разрешаем уход в сон
    TCCR0B = _BV(CS02) | _BV(CS00); // Тактирование таймера0 - clock frequency / 1024
    TIMSK0 |= _BV(TOIE0);           // При переполнении будет вызвано прерывание overflow interrupt
    sei();                          // Глобально разрешаем обработку прерываний
    while(1){
        //......... действия основного цикла
        sleep_cpu();    //и в самом конце цикла - уходим в сон.
    }
}
//Program size: 128 bytes (used 13% of a 1 024 byte maximum) (0,86 secs)
//Minimum Memory Usage: 2 bytes (3% of a 64 byte maximum)

"У кошки 4 ноги: вход, выход, земля и питание"(с) жалостливая студенческая песня

Небольшое отступление, объясняющее, что за странные аббревиатуры появились в листинге.
В микропроцессорах управление блоками периферии, точно так же, как и управление CPU, осуществляется путем записи/чтения значений в/из определенных адресов пространства памяти. На примере периферийного модуля GPIO.

Уровень сигнала и тип ножки в Arduino задаются очень просто: сначала для ножки платы Arduino номер pin_number включаем режим работы на вход (или выход):

pinMode(pin_number, OUTPUT); // Был бы INPUT - был бы вход

А потом или выставляем высокое/низкое значение на ножке для выхода, или считываем — какое напряжение приходит на ногу для входа.

Value = digitalRead(pin_input_number);  //Value - присваивается HIGH или LOW (1 или 0)
digitalWrite(pin_outpit_number, Value);       // На ножке pin_outpit_number - HIGH или LOW

Для "упрощения" жизни пользователей, создатели языка Wiring пошли на некоторую подмену, используя номера, напечатанные на плате Arduino (белым на плате или в прямоугольниках цвета бледная фуксия) вместо номеров ножек микросхемы (белым по серому) или номеров принадлежности портов (черным по желтому) (что и логичнее и правильнее).

Т.о. номер пина Arduino 7 равнозначен номеру ножки 11 или PD7 — седьмому биту порта D.
Все конструкции digitalRead, digitalWrite, pinMode и т.п., при компиляции всё равно приходят к установке режимов работы и значений в нумерации, близкой для процессора, увы, добавляя при каждом обращении к Wiring-функциям просто устрашающую кучу вызовов дополнительных действий, утяжеляя код и на порядки замедляя работу.

Управление состояниями ножки — оно еще проще, чем учит нас ардуина. Лучше, чем DIHALT объяснить режимы работы и установки портов у меня вряд ли получится.

Изнутри процессора ножки ввода-вывода порта общего назначения (GPIO) видятся сгруппированными по логическим портам, у 8-ми битных процессоров — максимум 8 ножек на один порт. У малоногой тиньки мало того, что только 6 ножек можно задействовать физически (рис. ATtiny13 pinout, белым по зеленому), с PB0 по PB6, так еще и если использовать PB6 — то исчезает возможность программирования MK без специального высоковольтного программатора. Управляется любой порт ввода-вывода общего назначения тремя регистрами: (на примере порта с именем "B") DDRB, PINB и PORTB. Регистр управления периферией — ячейка памяти, которой можно присваивать значения, или читать их. Обозначения PB0, PB1, PB2, PB3, PB4, PB5 — соответствие ножек битам байтов регистров порта B. При добавлении в начало программы #include <avr/io.h> (или даже сразу iotn13.h для тиньки), эти определения обретут номера битов (PB0 станет 0,..., PB5 — 5) в байтах значений регистров в IDE, и станет возможной компиляция без задействования фреймворка Arduino.

Важно: если программа не обращается к регистрам периферии, это то же самое, что запись в эти регистры нулевых значений. Как правило, значения по-умолчанию оставляют блок периферии в выключенном состоянии, но, например, нули в DDRx GPIO определяют, что ножки — входы. А одновременно с этим ноль в PORTx — внутренняя подтяжка НЕ включена, потенциал "где-то меж нулём и единицей", ноги чутко ловят, в какую сторону им склонится — вверх или вниз, что записать в PINx. Им вполне хватит электромагнитного поля от электропроводки, чтобы 50 раз в секунду менять состояние между 0 и 1. И на каждое переключение процессор будет затрачивать электричество, бессмысленно и не очевидно для программиста.

DDRB = 12;  // двоичное 000001100 в десятичном виде - 12
//режимы работы сразу всех пинов порта устанавливаются одномоментно (!)
// не надо для каждой ножки отдельно вызывать pinMode().

PORTB = 8;  //(dec)8 === (bin)000001000
//Опять же - все значения всех ножек разом одной командой установлены.

PORTB |= _BV(PB3) | _BV(PB2); // 2 и 3 биты порта == 1, уровни напряжения на ножках PB2 и PB3 станут HIGH, остальные биты PORTB не изменяются

PORTB &= ~(_BV(PB3) | _BV(PB2)); // В регистре PORTB 2й и 3й биты - стали нули, LOW, остальные не изменились.

В листинге выше инициализируется иной HW блок, таймер-счетчик 0, Timer0. Он сложнее GPIO, управляется уже не тремя, а семью регистрами, подробно их значения описаны в datasheet ATtiny13, если кому-то хочется прочитать еще и по-русски, можно посмотреть назначения битов в блоге Ilya Ananev в очень похожем по функционалу таймере-счетчике 0 в старшей ATmega328.

Изменяю только те регистры, функционал которых запускает то, что мне требуется.

TCCR0B = _BV(CS02) | _BV(CS00);    // Биты с названиями CS02 и CS00 в 1 - установить тактирование таймера0 = clock frequency / 1024
TIMSK0 |= _BV(TOIE0);           // Бит номер TOIE0 в 1 - при переполнении вызвать прерывание TIM0_OVF
// в этом контексте равнозначно и TIMSK0 = _BV(TOIE0);

ГОСТ или закон есть закон.

Сейчас уже не те старые жестокие времена, когда пренебрежение Государственным Стандартом являлось уголовным преступлением. И тем не менее, большинство людей не подозревает, насколько высоко влияние регулирования стандартами привычных повседневных явлений и вещей. Показателен неочевидный для не-технологов машиностроения пример, что попытка изготавливать автомат калашникова по более точным, с меньшими допусками при изготовлении деталей, нормам приведёт к (внезапно!) ухудшению его характеристик.

Светофор от цветомузыки отличается те, что режимы его работы диктуются государственным стандартом. Актуальные порядок и длительность чередования сигналов светофора находятся в документе "Распоряжение ФДА от 27.02.13" согласно 7 раздела ГОСТа Р 52289-2004 в части режимов работы светофоров, и полностью соответствует международной Конвенции о дорожных знаках и сигналах.
Сигналы чередуются в такой последовательности (одна из разрешенных): красный, красный с желтым, зеленый, зеленый мигающий, желтый, красный.

"*При этом длительность сигнала "красный с желтым" рекомендуется устраивать не более 2 с, длительность желтого сигнала — 3 с.

В режимах работы светофорной сигнализации с использованием светофоров рекомендуется предусматривать мигание зеленого сигнала в течение 3 с непосредственно перед его выключением с частотой 1 миг/с.*"

Опираясь на данный документ, добавлю определения длительности периодов последовательности (как и в большом светофоре, перпендикулярные направления имеют различные длительности разрешающего/запрещающего сигнала — PERIOD_0 и PERIOD_4, длительность остальных состояний — по ГОСТу).

#define ONE_SECOND  37      // количество переполнений счетчика в 1 секунду
#define QT_SECOND   9       // четверть секунды

#define PERIOD_FLASH_GREEN  QT_SECOND           //период мигания зеленым цветом (четверть сек) - перед переключением в желтый
#define PERIOD_FLASH_YELLOW ONE_SECOND * 1      //период мигания желтым цветом - регулировка светофором отключена - секунды
                                                        // север --- восток
#define PERIOD_0    ONE_SECOND * 10 //R G R G   0. красный --- зеленый  (10 сек)
#define PERIOD_1    ONE_SECOND * 3  //R g R g   1. красный --- зеленый мигающий (3 сек)     
#define PERIOD_2    ONE_SECOND * 1  //R Y R Y   2. красный --- желтый (1 сек)
#define PERIOD_3    ONE_SECOND * 2  //RY Y RY Y 3. красн+желтый --- желтый (2 сек) 
#define PERIOD_4    ONE_SECOND * 7  //G R G R   4. зеленый --- красный  (7 сек)
#define PERIOD_5    ONE_SECOND * 3  //g R g R   5. зеленый мигающий --- красный(3 сек)
#define PERIOD_6    ONE_SECOND * 1  //Y R Y R   6. желтый --- красный (1 сек)
#define PERIOD_7    ONE_SECOND * 2  //Y RY Y RY 7. желтый --- красный+желтый (2 сек)

И опишу структуру, которая будет хранить данные сигналов светофора, их длительности и мигании.

typedef struct{
    const uint8_t ddr_val_0;    // DDRB value - в горящем состоянии
    const uint8_t port_val_0;   // PORTB value   - в горящем состоянии
    const uint8_t ddr_val_1;    // DDRB value  - в состоянии "мигания", если такое есть
    const uint8_t port_val_1;   // PORTB value - аналогично
    const uint16_t flash_period;    // period of flashing - переключение между _val_1 и _val_0
    const uint16_t signal_period;   // period of this lighting state
}lightSignalization;            // состояние огней светофора, _0 и _1 - состояния при мигании, flash_long - время переключения мигания
//Если flash_period == 0, значит мигания нет, использовать только _val_0.
//Если signal_period == 0, значит переключения на следующее значение не лимитировано по времени.

Размер исходника вырос, но размер скомпилированной прошивки всё те же 128 байт — добавились лишь определения для компилятора, которые в программе пока не используются.

Как найти в ATtiny13 восемь (или девять?) пинов ввода-вывода

По данной матрице периодов, и учитывая, что направления север-юг и запад-восток у светофора по управлению равнозначны, естественный вывод: для управления огнями необходимо и достаточно 6 сигналов управления. Когда-тоин denvo в статье "Мало выводов? Используем RESET" при решении сходной задачи светофора ограничился 5-ю выводами для управления сигнализацией светофора, сделав управление желтым цветом общим, но в случае моей матрицы видно, что желтыми сигналами необходимо управлять раздельно, так что все-таки ножек нужно шесть.

И еще желается как-то переключать регулирующий и нерегулирующий режимы: желтый мигающий и красно-желто-зеленый, т.е. нужна еще ножка для кнопки переключения, уже 7 выводов требуется.

Хорошо бы еще кнопку выключения — чтобы не тратилась, значится, зазря энергия, итого уже 8, нес па?

А еще, чисто по-человечески, не хотелось бы задействовать вывод "reset", PB6, чтобы не терять возможность внутрисхемного перепрограммирования.

Ведь что есть человек, философски говоря? Человек, товарищи, есть хомо сапиенс, который может и хочет. Может, эта, всё, что хочет, а хочет всё, что может.

А хочет, как видите, 8 или 9 линий ввода-вывода у микросхемы, у которой физически 8 ножек — и это вместе с землей и питанием. Вариант использования дополнительной микросхемы, расширяющей количество портов ввода-вывода, мы с негодованием, товарищи, отвергнем, как неприемлемо буржуазный.

Надо решить задачу — как добавить недостающие ноги.

Рассматриваю матрицу состояния пристальнее: зеленые сигналы северного и восточного направлений не могут гореть одновременно — иначе одновременно было бы разрешено движение для пересекающихся потоков. Разрешающий сигнал для одного направления должен выключать разрешающий цвет для другого.

Схемотехнически можно управлять двумя зелеными ветками одним пином МК:

Подача 1 на управляющий выход PORTB |= _BV(GREEN_PIN) — включает левую ветку (север и юг) светодиодов, а подача 0 т.е. PORTB &= ~(_BV(GREEN_PIN)) — правую (восток и запад).
А что делать, когда необходимо выключить обе ветки, когда ни один зеленый не горит?
А просто ранее определенный выход (DDRB |= _BV(GREEN_PIN)) переопределить как вход, DDRB &= ~(_BV(GREEN_PIN)), GREEN_PIN в состоянии Hi-Z не привносит никакого потенциала в цепочку. Последовательное падение на четырех светодиодах (2.2В * 4) будет превышать имеющиеся 5В, и напряжения для свечения не хватит.

Управление красным ярусом сигналов вполне укладывается в ту же самую логику.
И только желтый ярус должен иметь отдельные управляющие сигналы для нормальных сторон — т.к. есть еще и режимы, когда выключены все желтые сигналы, и когда все выключены.

Окончательная принципиальная схема.

// PINB === 0 0 0 g r y0 btt y1
#define RED_PIN     PB3     // OUT: 1 - "север-юг" красный, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать
#define YELLOW0_PIN PB2     // OUT: 1 - желтый "север-юг" 
#define YELLOW1_PIN PB0     // OUT: 1 - желтый "запад-восток" 
#define GREEN_PIN   PB4     // OUT: 1 - "север-юг" зеленый, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать

#define RED     _BV(RED_PIN)        // _BV - сдвиг влево единицы на количество(), 1<<VALUE
#define YELL0   _BV(YELLOW0_PIN)        // включение желтого на север-юг
#define YELL1   _BV(YELLOW1_PIN)
#define GREEN   _BV(GREEN_PIN)      // включение зеленого на север-юг (а если 0 - то на восток-запад) при DDRB.GreenPin=1

Кнопка — на последнем оставшемся пине. Если распознавать длительность нажатия, короткое как сигнал для переключения режимов работы светофора с регулируемого на нерегулируемый, а длинное — как сигнал на включение и выключение, закроем оставшиеся задачи ТЗ.

#define BUTTON_PIN      PB1
#define BUTTON_ON  !(PINB & _BV(BUTTON_PIN))    //( (PINB & _BV(BUTTON_PIN)) == 0)  // условие "кнопка нажата" - на кнопке LOW
#define BUTTON_OFF (PINB & _BV(BUTTON_PIN))     // условие "не нажата" - на пине кнопки HIGH, (пин на схеме притянут к питанию)

Читатели Гарри Поттера на этом месте могут возразить, что заклинание Чарлиплексинг, позволяет управляя n ножками зажигать (и тушить) n(n−1) = n²−n светодиодов. Для 4 пинов получим 12 управляемых светодиодов, то есть любым светодиодом светофора возможно будет управлять независимо. Индикация сигналов «да нет, наверное» или «ой всё, делай что хочешь» на произвольной стороне светофора превращается в тривиальную задачу.

***Расплата — усложнение программного кода, исчезает красота переключения режимов горения просто присвоением значений DDRx|PORTx, работа в импульсном режиме на высокой частоте, т.к. постоянство свечения в чарлиплексинге это физиологическая иллюзия. Регулировка падения напряжения на разных цепочках принесет немало сюрпризов — три цвета диодов, это три варианта рабочих токов и падений напряжения, обеспечивать сравнимую яркость придется подбором скважности для различных цветов.

И все эти излишние сложности не дают никаких ключевых преимуществ именно для светофора по сравнению с вариантом управления ярусами на средней точке.***

Пару слов о пятом измерении: как впихнуть невпихуемое?

Любое рабочее состояние светофора полностью определяется вышеописанной структурой типа lightSignalization. Массив вышеописанных структур lightSignalization содержит данные по всем возможным состояниям режимов работы. Элементы массива с 0го по 7й регулирующие сигналы, 8й — мигающий желтый, и 9й — режим, где все "лампочки" у светофора выключены. В дефайнах определены номера элементов, но обязательным должны быть только значения номеров с 0 по 7, их номероместо используется в логике программы. Да, я знаю, что тащить данные в код непристойно. Но альтернативой работы с 3х битным циклическим счетчиком (от 0 до 7) для 8ми состояний стандартного к-ж-з режима являются дополнительные проверки на достижения максимальных и минимальных значений режима при увеличении. Любые ветки if-ов и снижают быстродействие, и раздувают объём кода. Поэтому назову это красивой непристойностью, практически светофорной эротикой.

lightSignalization traffic_signals[] = {// Порядок чередования сигналов
 // {DDRB0, PORTB0,   DDRB_when_flashingif, PORTB_when_flasingif (if flashing),   continous of half-period flashing,   continous curr mode runing}
    {RED|GREEN, RED,   0, 0,   0, PERIOD_0},                    // R G R G
    {RED, RED,  RED|GREEN, RED,   QT_SECOND, PERIOD_1},     // R g R g - flash east green
    {RED|YELL1, RED|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_2 },         // R Y1 R Y1
    {RED|YELL0|YELL1, RED|YELL0|YELL1,  0, 0,   0, PERIOD_3 },  // RY0 Y1 RY0 Y1
    {RED|GREEN, GREEN,   0, 0,   0, PERIOD_4},              // G R G R
    {RED|GREEN, GREEN,   RED, 0,    QT_SECOND, PERIOD_5 },  // g R g R - flash nord green
    {RED|YELL0, YELL0,   0, 0,   0, PERIOD_6},                  // Y0 R Y0 R
    {RED|YELL0|YELL1,  YELL0|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_7  },       // Y0 RY1 Y0 RY1

    {YELL0|YELL1, YELL0|YELL1,   YELL0|YELL1, 0,  ONE_SECOND, 0},   // y0 y1 y0 y1 - flash yellows lights 
    {0, 0,   0, 0,   0, 0}          // traffic lights off, DDR in, Hi-Z
};

// номера режимов работы в массиве  lightSignalization traffic_signals[]
#define LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH  8       // номер состояния порта при мигании желтым - включено - flash yellows lights
#define LIGHT_NUM_STD_START     0       // С какого номера начинается работа стандартного режима
#define LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF    9       // номер состояния порта всё выключено - в спячке - traffic lights off

Каждый экземпляр lightSignalization требует 8 байт оперативной памяти. Т.о. для глобальной переменной массива traffic_signals[] из 10 таких значений памяти необходимо 80 байт (ага, из 64 физически присутствующих, причем 2 у нас уже под таймер). Нельзя забывать, что используется оперативка и для организации стека программы.

К счастью, массив предопределенный, константный, для этого варианта переменных существует академический выход из положения — помещение констант в ROM, программную память, и извлечение в RAM только тех значений, что требуются на данный момент.

Всего-то необходимо изменить определение массива как

const lightSignalization traffic_signals[] PROGMEM= {...

И помнить, что чтения значений структуры теперь нужно будет организовывать через функции

<avr/pgmspace.h> pgm_read_byte_near() и pgm_read_word_near()

для char и shortint соответственно.

Светофор работает в одном из 3 состояний режимов сигнализации.

1. Сигнализация выключена, все огни погашены.
   Номер в массиве traffic_signals[] — LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF
   {0, 0, 0, 0, 0, 0} // traffic lights off
   Самый простой режим — в lightSignalization все нули, все пины управления светодиодами — входы, продолжительность сигнала lightSignalization.signal_period==0 (т.е. бесконечность), продолжительность мигания lightSignalization.flash_period==0, т.е. та же бесконечность.

2. Нерегулирующая сигнализация, мигающий желтый.
   Номер в массиве traffic_signals[] — LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH
   {YELL0|YELL1, YELL0|YELL1, YELL0|YELL1, 0, ONE_SECOND, 0}, // y0 y1 y0 y1 — flash yellows lights
   Ограничения времени работы нет: lightSignalization.signal_period==0. Но есть время изменения состояния lightSignalization.flash_period=ONE_SECOND, когда переключаются между собой:

   DDRB = YELL0|YELL1;     // YELL0, YELL1 - выходы
   PORTB = YELL0|YELL1;    // YELL0, YELL1 = HIGH - высокий уровень

   и

   DDRB = YELL0|YELL1;     // // YELL0, YELL1 - выходы по прежнему
   PORTB = 0;              // YELL0, YELL1 = LOW - низкий уровень

3. Регулирующий сигнал, красный-желтый-зеленый.

Самый красочный, классический работающий светофор.

В массиве traffic_signals[] самое первое состояние режима — LIGHT_NUM_STD_START
{RED|GREEN, RED, 0, 0, 0, PERIOD_0}, // R G R G
Режим не имеет мигания: lightSignalization.flash_period==0.
DDRB = RED|GREEN; //RED и GREEN — как выходы, остальные входы.
PORTB = RED; // на RED — HIGH (север-юг красный и схемотехнически красный восток выключен)
// а на GREEN — LOW (север зеленого выключен, а восток-запад — наоборот зеленые)
И имеет ограничение по времени работы lightSignalization.signal_period==PERIOD_0, после которого необходимо переключиться на следующий режим.

Номер текущего режима работы будет в глобальной переменной current_signal. И еще 2 глобальные переменные — время окончания режима и время окончания периода мигания, инициализируются значениями из структуры lightSignalization.

uint8_t current_signal;     // 1 байт на текущее состояние, номер в traffic_signals
uint16_t tl_flash_end;      // 2 байта на время окончания периода мигания (если !0), 
uint16_t tl_signal_end;     // 2 байта на время окончания работы текущего сигнала и переключения на следующий (если !0)

Если tl_signal_end != 0, то условию globalTimer>tl_signal_end инкрементируется current_signal. И затем сбрасываются в 0 все разряды current_signal, большие 3, т.е
current_signal = current_signal & B00000111;
или иными словами

current_signal &= LIGHT_NUM_STD_MASK ;   //current_signal & B00000111;

Что превращает current_signal в счетчик, который по кругу будет считать от 0 до 7.
В логике используется globalTimer — добавляю процедуру избежания возможности переполнения счетчиков времени.

#include <limits.h>         // USHRT_MAX
#include <avr/sleep.h>      // Да, будем спать
#include <avr/interrupt.h>  // будет использоваться прерывание
#include <avr/pgmspace.h>   // Программная память для констант

#define ONE_SECOND  37      // количество переполнений счетчика в 1 секунду
#define QT_SECOND   9       // четверть секунды
#define MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE  (USHRT_MAX / 2)     // uint16_t globalTimer - защита от переполнения. 65535 /2 
// любой период должен быть меньше, чем MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE - 1
#define PERIOD_FLASH_GREEN  QT_SECOND           //период мигания зеленым цветом (четверть сек) - перед переключением в желтый
#define PERIOD_FLASH_YELLOW ONE_SECOND * 1      //период мигания желтым цветом - регулировка светофором отключена - секунды
                                                        // север --- восток
#define PERIOD_0        ONE_SECOND * 10     //R G R G   0. красный --- зеленый  (15 сек)
#define PERIOD_1        ONE_SECOND * 3      //R g R g   1. красный --- зеленый мигающий (3 сек)     
#define PERIOD_2        ONE_SECOND * 1      //R Y R Y   2. красный --- желтый (1 сек)
#define PERIOD_3        ONE_SECOND * 2      //RY Y RY Y 3. красн+желтый --- желтый (2 сек) 
#define PERIOD_4        ONE_SECOND * 7      //G R G R   4. зеленый --- красный  (10 сек)
#define PERIOD_5        ONE_SECOND * 3      //g R g R   5. зеленый мигающий --- красный(3 сек)
#define PERIOD_6        ONE_SECOND * 1      //Y R Y R   6. желтый --- красный (1 сек)
#define PERIOD_7        ONE_SECOND * 2      //Y RY Y RY 7. желтый --- красный+желтый (2 сек)

typedef struct{
    const uint8_t ddr_val_0;    // DDRB value при первом полутакте мигания
    const uint8_t port_val_0;   // PORTB value  
    const uint8_t ddr_val_1;    // DDRB value при втором полутакте мигания
    const uint8_t port_val_1;   // PORTB value
    const uint16_t flash_period;    // period of flashing - переключение между _val_1 и _val_0
    const uint16_t signal_period;   // period of this lighting state
}lightSignalization;            // состояние огней светофора, _0 и _1 - состояния при мигании, flash_long - время переключения мигания

// По принципиальной схеме (PINS === 0 0 0 g r y0 btt y1):
 // далее по этим определениям "собираются" байты состояний порта при компиляции
#define BUTTON      PB1
#define RED_PIN     PB3     // OUT: 1 - "север-юг" красный, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать
#define YELLOW0_PIN PB2     // OUT: 1 - желтый "север-юг" 
#define YELLOW1_PIN PB0     // OUT: 1 - желтый "запад-восток" 
#define GREEN_PIN   PB4     // OUT: 1 - "север-юг" зеленый, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать

#define BUTTON_ON  !(PINB & _BV(BUTTON))    //( (PINB & _BV(BUTTON)) == 0)  // условие "кнопка нажата"
#define BUTTON_OFF  (PINB & _BV(BUTTON))    // ~(PINB & _BV(BUTTON)) -\- "не нажата"

#define RED     _BV(RED_PIN)            // _BV - сдвиг влево единицы на количество(), 1<<VALUE
#define YELL0   _BV(YELLOW0_PIN)        //
#define YELL1   _BV(YELLOW1_PIN)
#define GREEN   _BV(GREEN_PIN)

// номера режимов работы в массиве  lightSignalization traffic_signals[]
#define LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH  8       // номер состояния порта при мигании желтым - включено - flash yellows lights
#define LIGHT_NUM_STD_START     0       // С какого номера начинается работа стандартного режима
#define LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF    9       // номер состояния порта всё выключено - в спячке - traffic lights off
#define LIGHT_NUM_STD_MASK      7       // текущий_номер_состояния_светофора++ &LIGHT_NUM_STD_MASK - обеспечивает счетчик от 0 до 7 по кругу 

//.................................... ГЛОБАЛЬНЫЕ переменные
// 
const lightSignalization traffic_signals[] PROGMEM= {   // Порядок чередования сигналов, значения константные, хранятся во флеш-памяти, PINS === 0 0 0 g r y0 btt y1
 // {DDRB0, PORTB0,   DDRB_flashing, PORTB_flasinf (if flashing),   continuous of half-period flashing,   continuous id mode running}
    {RED|GREEN, RED,   0, 0,   0, PERIOD_0},                    // R G R G
    {RED, RED,  RED|GREEN, RED,   QT_SECOND, PERIOD_1},     // R g R g - flash east green
    {RED|YELL1, RED|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_2 },             // R Y1 R Y1
    {RED|YELL0|YELL1, RED|YELL0|YELL1,  0, 0,   0, PERIOD_3 },  // RY0 Y1 RY0 Y1
    {RED|GREEN, GREEN,   0, 0,   0, PERIOD_4},                  // G R G R
    {RED|GREEN, GREEN,   RED, 0,    QT_SECOND, PERIOD_5 },      // g R g R - flash nord green
    {RED|YELL0, YELL0,   0, 0,   0, PERIOD_6},                  // Y0 R Y0 R
    {RED|YELL0|YELL1,  YELL0|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_7  },   // Y0 RY1 Y0 RY1

    {YELL0|YELL1, YELL0|YELL1,   YELL0|YELL1, 0,  ONE_SECOND, 0},   // y0 y1 y0 y1 - flash yellows lights 
    {0, 0,   0, 0,   0, 0}              //  traffic lights off, 
};

volatile uint16_t  globalTimer;     //трачу два байта оперативки из 64 на глобальный таймер
uint8_t current_signal;     // 1 байт на текущее состояние, номер в traffic_signals
uint16_t tl_flash_end;      // 2 байта на время окончания периода мигания (если !0), 
uint16_t tl_signal_end;     // 2 байта на время окончания работы текущего сигнала и переключения на следующий (если !0)

//.................................... Прототипы функций
void setPeriods(uint8_t num, bool set_both_flash_and_signal);   // установка tl_flash_end, tl_signal_end
void setPorts(uint8_t num, bool use_main_values);               // установка режима работы портов

//.................................... Вектора прерываний
//
// часики - переполнение таймера инкрементирует globalTimer каждые 1/37 секунды
ISR(TIM0_OVF_vect){
    globalTimer++;  // а больше ничего тут делать не надо. Проснется, потом пробежит while(1) цикл и уснет.
}

int main() {
//
bool use_main_values = true;            // lightSignalization.ХХХ_val_0 (1) или lightSignalization.ХХХ_val_1 (0)? - если мигание
current_signal = LIGHT_NUM_STD_START;   // Установка режима работы. Кнопкой пока что не переключается.

    // Планировщик работает по схеме "а потом спи-отдыхай". 
    set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);    //установить режим сна - см.даташит
    sleep_enable();                 // разрешаем уход в сон

    TCCR0B = _BV(CS02) | _BV(CS00); // Тактирование таймера0 - clock frequency / 1024
    TIMSK0 |= _BV(TOIE0);           // При переполнении будет вызвано прерывание overflow interrupt

    sei();      // Глобально разрешаем обработку прерываний
    while(1){
        // переполнение глобального таймера? 
        if(globalTimer > MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE){
            globalTimer -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;          // откатить глобальный таймер
            // 
            if(tl_flash_end){
                tl_flash_end -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;     // откатить период мигания, если есть
            }
            if(tl_signal_end){
                tl_signal_end -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;    // // откатить период состояния, если есть
            }
            // setPeriods(currentMode, false); // код на 12 байт меньше, но tl_.._end сбросятся в исходное, будет единичным увеличенным интервалом переключения
        }

                //если в режиме работы есть мигание (tl_flash_end !=0 )
        if(tl_flash_end){
            // и время смены мигания пришло
            if(globalTimer > tl_flash_end){
                use_main_values = !use_main_values;             // !use_main_values - или или одно из двух ))
                setPorts(current_signal, use_main_values);      // переключить режим текущего состояния на противоположный
                setPeriods(current_signal, false);              // обновить только следующий период мигания, но не состояния
            }
        }

        // если в режиме работы есть ограничение времени состояния - собственно это только operating_std отображение последовательности по ГОСТУ - красный-желтый-зеленый
        if(tl_signal_end){
            // и уже пора переключиться на следующий (use_main_values - чтобы переключение было с горящего зеленого - на желтый)
            if((globalTimer > tl_signal_end)  && use_main_values){
                current_signal ++;                          // следующий сигнал светофора
                current_signal &= LIGHT_NUM_STD_MASK;       // обнулить биты выше 3-го, в основном режиме рабочие номера состояний с 0 по 7
                use_main_values = true;                     // начинается - с нулевой пары состояний
                setPorts(current_signal, use_main_values);  // переключить режим текущего состояния на следующий в массиве
                setPeriods(current_signal, true);           // обновить следующий период мигания и период состояния
            }
        }

        sleep_cpu();    //и в самом конце бесконечного цикла - уходим в сон.
    }
}

    // установка значений портов
 void setPorts(uint8_t num, bool use_main_values){
    uint8_t val;
    DDRB = 0; PORTB = 0;
    // Если основной режим (мигания) - ddr_val_0, else = ddr_val_1
//  val = (use_main_values) ? pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_0))
//                          : pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_1));

    // то же самое, но непонятно, некрасиво, арифметика указателей, данные в коде, зато на 14 (!!!) байт код короче.
    val = pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_0)+( (use_main_values) ? 0 : 2) ); 
    val &= ~_BV(BUTTON);    // сброс бита пина кнопки - ВХОД
    DDRB = val;             // установка режима пинов порта

    val = (use_main_values) ? pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].port_val_0)) 
                            : pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].port_val_1));
    val|= _BV(BUTTON);  // подтяжка на пине кнопки - активируется - срабатывание на низкий уровень
    PORTB = val;        // установка значений выходов и входов порта
}

 //Установить время окончания режима мигания (или 
void setPeriods(uint8_t num, bool set_both_flash_and_signal){
// глобальные переменные
    tl_flash_end = pgm_read_word_near (&(traffic_signals[num].flash_period));   // период мигания
    tl_flash_end = (tl_flash_end)? tl_flash_end + globalTimer : 0;  //время окончания режима мигания - если не нулевое значение периода 
    //if(tl_flash_end){         tl_flash_end += globalTimer;    } <- вот так код на 8 байт длиннее

    // если установить оба периода - и состояния и мигания
    if(set_both_flash_and_signal){
        tl_signal_end = pgm_read_word_near(&(traffic_signals[num].signal_period));  
        tl_signal_end = (tl_signal_end)? tl_signal_end + globalTimer : 0;           // время переключения на следующий режим, если не нулевое значение
    }
}

//Program size: 610 bytes (used 60% of a 1 024 byte maximum) (0,58 secs)
//Minimum Memory Usage: 7 bytes (11% of a 64 byte maximum)

Сложная логика простой кнопки

Нужно избавиться от возможного дребезга контактов, заодно реализовав различную отработку вариантов в различной длительностью нажатия кнопки. В каждом проходе бесконечного цикла если кнопка нажата — инкрементировать счетчик btn_cnt (не превышая максимально возможное значение переменной), ну и сразу (раз уж переменная уже загружена в регистры из памяти) проверить на превышение трешхолдов короткого и длинного нажатий и запомнить эти результаты в булевых переменных.

#define PERIOD_PRESS_BUTTON_SHORT   QT_SECOND           // Длительность короткого нажатия на кнопку - переключение состояний
#define PERIOD_PRESS_BUTTON_LONG    QT_SECOND*6         // Длительность долгого нажатия на кнопку - включение/выключение
uint8_t scan_button_cnt;    // счетчик длительности нажатия кнопки
        //проверка нажатия кнопки
        if(BUTTON_ON){
            if(scan_button_cnt<USHRT_MAX){
                scan_button_cnt++;      // еще одна 1/37 секунды кнопка продолжала быть нажатой
            }
            if(scan_button_cnt > PERIOD_PRESS_BUTTON_SHORT){
                    // кстати, нажатие уже длиннее короткого нажатия
            }
            if(scan_button_cnt > PERIOD_PRESS_BUTTON_LONG){
                    // и даже длиннее нажатия длинного
            }
        }

Листинг логики обработки кнопки — переложение рисунка машины состояний на С.

Вместо используемого ранее режима сна SLEEP_MODE_IDLE (отключается только программная память и CPU), в состоянии PwrDown переключаюсь в режим SLEEP_MODE_PWR_DOWN — а уйдя в него микропроцессор сможет проснуться только от поцелуя принца от прерываний watchdog таймера или внешнего прерывания INT0, если оно разрешено, а оно будет разрешено — и добавлю обработку внешнего прерывания INT0.

Энергопотребление МК в этом режиме падает до минимума. В разделе 7.Power management and sleep modes спецификации МК ATtiny13 подробно описано, как можно выжать еще процентов 5-10 экономии, но это уже блохи на фоне потребления остальной части изделия.

Для экономии оперативной памяти вместо нескольких булевых переменных задействую отдельные биты специально введенной 8-битной переменной, в ней же — 2 бита для хранения текущего номера машины состояний кнопки.

//  uint8_t f_button_state_flags;       // псевдорегистр машины состояний кнопки и вместилище булевых переменных

// состояния машины состояний отслеживания кнопки MODES:  wakeup 11 -> work 00 -> tosleep 01 -> pwrdown 11 -> wakeup 11
#define MODE_LBIT 0
#define MODE_HBIT 1
#define FORCE_SET_NEW_SIGNAL_BIT        2   // в конце бесконечного цикла установить новый режим работы портов по значению в current_signal
// запасной неиспользуемый бит 3
#define LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT       4   // стандартный=0 (красный-желтый-зеленый) или альтернативный=1 (желтый мигающий) режим работы светофора
#define USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT      5   // использовать первое значение пар ддр-порт структуры lightSignalization или второе
#define SHORT_PRESS_FLAG_BIT    6   // Булево, 1 когда счетчик нажатия кнопки больше короткого нажатия
#define LONG_PRESS_FLAG_BIT     7 // Булево, 1 когда счетчик нажатия кнопки больше длинного нажатия

Кроме этого, дефайнами определяю операции проверки битовых значений — кроме уменьшения размера кода, получу максимальное быстродействие — битовые операции CPU выполняет всего за один такт. И выглядит проверка условий в этом случае гораздо более читабельно, нежели чтение регистров и сравнение с битами в if-ах.

#include <limits.h>         // USHRT_MAX
#include <avr/io.h>         // Для компиляции не из IDE
#include <avr/sleep.h>      // Да, будем еще и немножечко спать
#include <avr/interrupt.h>  // будет использоваться прерывание
#include <avr/pgmspace.h>   // Программная память для констант

#ifdef GIMSK    // Если ATtiny13 - у неё есть регистр с таким названием
#define F_CPU 9600000UL     // если компилируется не из ардуино среды, нужна скорость АЛУ
#define ONE_SECOND  37      // количество переполнений счетчика в 1 секунду
#define QT_SECOND   9       // четверть секунды
// GIMSK &= ~_BV(INT0); - запрет прерывания INT0  
#define DISABLE_EXTERNAL_INT0   GIMSK &= ~(_BV(INT0)); GIFR  &= ~(_BV(INTF0))   //EIMSK/EIFR у атмеги
//GIMSK |= _BV(INT0) - включить прерывание INT0
#define ENABLE_EXTERNAL_INT0    GIMSK |= _BV(INT0)  ; GIFR  &= ~(_BV(INTF0))
#else           // мега328 - моя ардуинка нано
#define F_CPU 16000000UL
#define ONE_SECOND  64      // количество переполнений счетчика в 1 секунду - см. инициализацию таймера ниже
#define QT_SECOND   16      // четверть секунды
// АМ328 INT0 - ножка PD2... тут танцах вокруг единственного порта, малой кровью глубокий сон не забабахать (точнее, энергосбережение допиливать), Уход в сон от кнопки и просыпание на атмеге не реализованы полностью
#define DISABLE_EXTERNAL_INT0   EIMSK &= ~(_BV(INT0)); EIFR  &= ~(_BV(INTF0)) 
// Увы, без эмуляции -  EICRA - ISC00-ISC01 == 00, lo level, EIMSK - INT0, EIFR-INTF0  
#define ENABLE_EXTERNAL_INT0    EIMSK |= _BV(INT0)  ; EIFR  &= ~(_BV(INTF0))
#endif

#define MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE  (USHRT_MAX / 2)     // uint16_t globalTimer - защита от переполнения. 65535 /2 
// любой период должен быть меньше, чем MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE - 1
#define PERIOD_PRESS_BUTTON_SHORT   QT_SECOND/2         // Длительность короткого нажатия на кнопку (меньше - дребезг) - переключение состояний
#define PERIOD_PRESS_BUTTON_LONG    QT_SECOND*4         // Длительность долгого нажатия на кнопку - включение/выключение
#define PERIOD_FLASH_GREEN          QT_SECOND           // период мигания зеленым цветом (четверть сек) - перед переключением в желтый
#define PERIOD_FLASH_YELLOW         ONE_SECOND * 1      // период мигания желтым цветом - регулировка светофором отключена - секунды

                                            // север --- восток
#define PERIOD_0        ONE_SECOND * 5      // R G R G  0. красный --- зеленый  (5 сек)
#define PERIOD_1        ONE_SECOND * 3      //R g R g   1. красный --- зеленый мигающий (3 сек)     
#define PERIOD_2        ONE_SECOND * 1      //R Y R Y   2. красный --- желтый (1 сек)
#define PERIOD_3        ONE_SECOND * 2      //RY Y RY Y 3. красн+желтый --- желтый (2 сек) 
#define PERIOD_4        ONE_SECOND * 7      // G R G R  4. зеленый --- красный  (7 сек)
#define PERIOD_5        ONE_SECOND * 3      //g R g R   5. зеленый мигающий --- красный(3 сек)
#define PERIOD_6        ONE_SECOND * 1      //Y R Y R   6. желтый --- красный (1 сек)
#define PERIOD_7        ONE_SECOND * 2      //Y RY Y RY 7. желтый --- красный+желтый (2 сек)

//структура одного режима/состояния световой сигнализации. Может иметь второе значение - как быдет выглядеть при мигании
typedef struct{
    const uint8_t ddr_val_0;    // DDRB value при первом полутакте мигания
    const uint8_t port_val_0;   // PORTB value  
    const uint8_t ddr_val_1;    // DDRB value при втором полутакте мигания
    const uint8_t port_val_1;   // PORTB value
    const uint16_t flash_period;    // period of flashing - переключение между _val_1 и _val_0 (если =0, нет мигания)
    const uint16_t signal_period;   // period of this lighting state (если =0, то режим не будет переключен со временем)
}lightSignalization;            // состояние огней светофора, _0 и _1 - состояния при мигании, flash_long - время переключения мигания

// По принципиальной схеме (PINS === 0 0 0 g r y0 btt y1):
 // далее по этим определениям "собираются" байты состояний порта при компиляции
#define BUTTON_PIN  PB1     // вывод, у которого INT0. Кнопка, подтянута к питанию, нажатие = LOW
#define RED_PIN     PB3     // OUT: 1 - "север-юг" красный, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать
#define YELLOW0_PIN PB2     // OUT: 1 - желтый "север-юг" 
#define YELLOW1_PIN PB0     // OUT: 1 - желтый "запад-восток" 
#define GREEN_PIN   PB4     // OUT: 1 - "север-юг" зеленый, 0 - "запад-восток" , IN - ни один, выключен, подтяжку не(!) включать

#define BUTTON_ON  !(PINB & _BV(BUTTON_PIN))    //( (PINB & _BV(BUTTON)) == 0)  // условие "кнопка нажата"
#define BUTTON_OFF  (PINB & _BV(BUTTON_PIN))    // ~(PINB & _BV(BUTTON)) -\- "не нажата"

#define RED     _BV(RED_PIN)            // _BV - сдвиг влево единицы на количество(), 1<<VALUE
#define YELL0   _BV(YELLOW0_PIN)        // включение желтого на север-юг
#define YELL1   _BV(YELLOW1_PIN)
#define GREEN   _BV(GREEN_PIN)          // включение зеленого на север-юг (а если 0 - то на восток-запад) при DDR=1

// номера режимов работы в массиве lightSignalization traffic_signals[]
#define LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH  8       // номер состояния порта при мигании желтым (нерегулирующем сигнале) - включено - flash yellows lights
#define LIGHT_NUM_STD_START     0       // С какого номера начинается работа стандартного режима (крас-жел-зел)
#define LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF    9       // номер состояния порта всё выключено - в спячке - traffic lights off
#define LIGHT_NUM_START_SHOW    10      // номер состояния ВКЛЮЧЕНИЯ СВЕТОФОРА ПРИ СБРОСЕ ИЛИ ПОДАЧЕ ПИТАНИЯ
#define LIGHT_NUM_ERR           11      // отображение ошибки - частое мигание желтого и зеленого

#define MASK_LIGHT_NUM_STD      7       // текущий_номер_состояния_светофора++ &= LIGHT_NUM_STD_MASK - обеспечивает счетчик от 0 до 7 по кругу 

//.................................... ГЛОБАЛЬНЫЕ переменные
// 
const lightSignalization traffic_signals[] PROGMEM= {   // Порядок чередования сигналов, значения константные, хранятся во флеш-памяти, PINS === 0 0 0 g r y0 btt y1
 // {DDRB0, PORTB0,   DDRB_flashing, PORTB_flasinf (if flashing),   continuous of half-period flashing,   continuous id mode running}
    {RED|GREEN, RED,   0, 0,   0, PERIOD_0},                    // R G R G
    {RED, RED,  RED|GREEN, RED,   QT_SECOND, PERIOD_1},         // R g R g - flash east green
    {RED|YELL1, RED|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_2 },             // R Y1 R Y1
    {RED|YELL0|YELL1, RED|YELL0|YELL1,  0, 0,   0, PERIOD_3 },  // RY0 Y1 RY0 Y1
    {RED|GREEN, GREEN,   0, 0,   0, PERIOD_4},                  // G R G R
    {RED|GREEN, GREEN,   RED, 0,    QT_SECOND, PERIOD_5 },      // g R g R - flash nord green
    {RED|YELL0, YELL0,   0, 0,   0, PERIOD_6},                  // Y0 R Y0 R
    {RED|YELL0|YELL1,  YELL0|YELL1,   0, 0,   0, PERIOD_7  },   // Y0 RY1 Y0 RY1

    {YELL0|YELL1, YELL0|YELL1,   YELL0|YELL1, 0,  ONE_SECOND, 0},   // y0 y1 y0 y1 - flash yellows lights 
    {0, 0,   0, 0,   0, 0},             //  traffic lights off, 
    {RED|GREEN|YELL0, RED|YELL0,   RED|GREEN|YELL1, GREEN|YELL1,   1, PERIOD_2},        //  PERIOD_2 секунд - горят все красные и зеленые огни, ПРИ СБРОСЕ ИЛИ ПОДАЧЕ ПИТАНИЯ

    {YELL0|GREEN, YELL0,   YELL1|GREEN, YELL1|GREEN,  1, 0}     // ОШИБКА - часто мигают зеленые и желтые
};

volatile uint16_t  globalTimer; // трачу два байта оперативки из 64 на глобальный таймер
uint8_t scan_button_cnt;        // один байт счетчик длительности нажатия кнопки
uint16_t tl_flash_end;          // 2 байта на время окончания периода мигания (если !0), 
uint16_t tl_signal_end;         // 2 байта на время окончания работы текущего сигнала и переключения на следующий (если !0) 
uint8_t f_button_state_flags;   // 1б, псевдорегистр машины состояний кнопки и вместилище булевых переменных
// итого, 8 байт на глобальные переменные

#pragma region bits_of_f_button_state_flags 
    // состояния машины состояний отслеживания кнопки MODES:  wakeup 11 -> work 00 -> tosleep 01 -> pwrdown 11 -> wakeup 11
#define MODE_LBIT 0
#define MODE_HBIT 1
#define MODE_VALUE          ( f_button_state_flags & 3 )    // результат - численное значение MODE_
#define SET_MODE_WORK       f_button_state_flags &= ~(_BV(MODE_HBIT) );  f_button_state_flags &= ~(_BV(MODE_LBIT) );// 00 - work
//  f_button_state_flags &= ~( _BV(MODE_HBIT) | _BV(MODE_LBIT) ) - по размеру столько же, что странно
#define MODE_WORK_VALUE     0
#define SET_MODE_TOSLEEP    f_button_state_flags &= ~(_BV(MODE_HBIT)); f_button_state_flags |= _BV(MODE_LBIT)   // 01 - tosleep
#define MODE_TOSLEEP_VALUE  1
#define SET_MODE_PWRDOWN    f_button_state_flags |= _BV(MODE_HBIT); f_button_state_flags &= ~(_BV(MODE_LBIT))   // 10 - pwrdown 
#define MODE_PWRDOWN_VALUE  2
#define SET_MODE_WAKEUP     f_button_state_flags |= _BV(MODE_HBIT); f_button_state_flags |= _BV(MODE_LBIT)      // 11 - wakeup  
#define MODE_WAKEUP_VALUE   3

#define FORCE_SET_NEW_SIGNAL_BIT        2   // в конце бесконечного цикла установить новый режим работы портов по значению в current_signal
#define IF_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG        ( f_button_state_flags & _BV(FORCE_SET_NEW_SIGNAL_BIT) )    // IF_ - в условие проверки флага
#define SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG       f_button_state_flags |=  _BV(FORCE_SET_NEW_SIGNAL_BIT)      // SET_ - бит флага в 1
#define RES_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG       f_button_state_flags &= ~( _BV(FORCE_SET_NEW_SIGNAL_BIT) )  // RES_ - бит флага в 0

// Еще 3й бит в запасе

#define LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT       4   // стандартный=0 (красный-желтый-зеленый) или альтернативный=1 (желтый мигающий) режим работы светофора
#define IF_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG   ( f_button_state_flags & _BV(LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT) )   //1(желтый мигающий) или 0(красный-желтый-зеленый) режим работы светофора?
#define SET_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG  f_button_state_flags |=  _BV(LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT)
#define RES_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG  f_button_state_flags &= ~( _BV(LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT) )
#define FLIP_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG f_button_state_flags ^= _BV(LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_BIT)

#define USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT      5   // использовать первое значение пар ддр-порт структуры lightSignalization или второе
#define IF_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG  (f_button_state_flags & _BV(USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT)) // lightSignalization.ХХХ_val_0 (1) или lightSignalization.ХХХ_val_1 (0)? - если мигание
#define SET_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG     f_button_state_flags |= _BV(USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT)
#define RES_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG     f_button_state_flags &= ~( _BV(USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT))
#define FLIP_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG    f_button_state_flags ^= _BV(USE_FIRST_VALUES_LIGHT_BIT)     // Инвертировать флаг

#define SHORT_PRESS_FLAG_BIT    6   // Булево, 1 когда счетчик нажатия кнопки больше короткого нажатия
#define IF_SHORT_PRESS_FLAG     ( f_button_state_flags & _BV(SHORT_PRESS_FLAG_BIT) )        //условие - если значение == 1
#define SET_SHORT_PRESS_FLAG    f_button_state_flags |= _BV(SHORT_PRESS_FLAG_BIT)
#define RES_SHORT_PRESS_FLAG    f_button_state_flags &= ~(_BV(SHORT_PRESS_FLAG_BIT))

#define LONG_PRESS_FLAG_BIT     7 // Булево, 1 когда счетчик нажатия кнопки больше длинного нажатия
#define IF_LONG_PRESS_FLAG      ( f_button_state_flags & _BV(LONG_PRESS_FLAG_BIT) )     //условие - если значение == 1
#define SET_LONG_PRESS_FLAG     f_button_state_flags |= _BV(LONG_PRESS_FLAG_BIT)
#define RES_LONG_PRESS_FLAG     f_button_state_flags &= ~(_BV(LONG_PRESS_FLAG_BIT))
#pragma endregion

//.................................... Прототипы функций
void setPeriods(uint8_t num, bool set_both_flash_and_signal);   // установка tl_flash_end, tl_signal_end
void setPorts(uint8_t num, bool use_main_values);               // установка режима работы портов
void inline init_timer_clock(){     // тактирование таймера глобальной переменной времени
#ifdef GIMSK    // Если ATtiny13 - 
    TCCR0B = _BV(CS02) | _BV(CS00); // Тактирование таймера0 - clock frequency / 1024
    TIMSK0 |= _BV(TOIE0);           // При переполнении будет вызвано прерывание overflow interrupt
#else           // Если ардуино нано, атмега328/16м
    // 100 - prescaler 64; Foverflow = 16M/64*256 ~=976.56Hz,
    TCCR2B = (1<<CS22) | (1<<CS21) | (1<<CS20) ;  // 111 - CLK/1024, 16M/1024*254 - 1/64 секунды
    TIMSK2 |=(1<<TOIE0);  // interrupt ovfl enable
    //Serial.begin(115200);
#endif
}

//.................................... Обработчики прерываний
//
// Прерывание - часики - переполнение таймера инкрементирует globalTimer каждые 1/37 секунды
#ifdef GIMSK    // Если ATtiny13
ISR(TIM0_OVF_vect){
    globalTimer++;  // а больше ничего тут делать не надо. Проснется, потом пробежит while(1) цикл и уснет.
}
#else
// в ардуино таймер0 - непрозрачно задействован под собственные нужды, - или править ардуино-файлы - или просто уйти на Т2
ISR(TIMER2_OVF_vect){
    globalTimer++;
}
#endif
// Внешнее прерывание - нажатие на кнопку (точнее, изменение состояния, отслеживать же надо 0)
ISR(INT0_vect){
    DISABLE_EXTERNAL_INT0;
    SET_MODE_WAKEUP;        // прерывание разрешено только во сне POWER DOWN
    globalTimer = 0;        // проснувшись - сброс таймера
    scan_button_cnt = 0;    // сброс нажатий кнопки
    RES_SHORT_PRESS_FLAG;   //
    RES_LONG_PRESS_FLAG;    // и флагов
}

/*
// для отладки - поглядеть
void inline dbg(){
    DDRB |= YELL0; PORTB ^= YELL0;
}
*/

//.................................... основная программа
//
int main() {
    uint8_t current_signal;             // 1 байт на текущее состояние, номер в traffic_signals

#pragma region Initialisation&setup
    // Планировщик работает по схеме "а потом спи-отдыхай". 
    set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);    //установить режим сна - см.даташит
    sleep_enable();             // разрешаем уход в сон

    init_timer_clock();         // инициализация и запуск глобального таймера

    globalTimer = 0;            // проснувшись - сброс таймера
    SET_MODE_WORK;              // обработчик состояния нажатия кнопки
    SET_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG;    //первая пара значений
    scan_button_cnt = 0;        // обнулить счетчик кнопки

    // Начало работы или сброс отобразить частым миганием
    current_signal = LIGHT_NUM_START_SHOW;  // Установка режима работы сигнализации - индикация подачи питания/перезагрузки
    SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;              // включить лампы согласно current_signal

    sei();      // Глобально разрешить обработку прерываний

#pragma endregion
    while(1){

#pragma region TimerOVF
        // переполнение глобального таймера? 
        if(globalTimer > MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE){
            globalTimer -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;          // откатить глобальный таймер
            // 
            if(tl_flash_end){
                tl_flash_end -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;     // откатить период мигания, если есть
            }
            if(tl_signal_end){
                tl_signal_end -= MAX_GLOBAL_TIMER_VALUE;    // // откатить период состояния, если есть
            }
            // setPeriods(currentMode, false); // код на 12 байт меньше, но tl_.._end сбросятся в исходное, будет единичным увеличенным интервалом переключения
        }
#pragma endregion

#pragma region ButtonState
        //проверка нажатия кнопки
        if(BUTTON_ON){
            if(scan_button_cnt < USHRT_MAX){
                scan_button_cnt++;              // еще одна 1/37 секунды кнопка продолжала быть нажатой
            }
            // СБРОС флагов - дело тех, кто их ниже обработает
            if(scan_button_cnt > PERIOD_PRESS_BUTTON_SHORT){
                SET_SHORT_PRESS_FLAG;       // кстати, нажатие уже длиннее короткого нажатия, запомним
            }
            if(scan_button_cnt > PERIOD_PRESS_BUTTON_LONG){
                SET_LONG_PRESS_FLAG;        // и даже длиннее нажатия длинного
            }
        }
#pragma endregion
#pragma region LightWorkLogic
        //если в режиме работы есть мигание (tl_flash_end !=0 )
        if(tl_flash_end){
            // и время смены мигания пришло
            if(globalTimer > tl_flash_end){
                FLIP_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG;               // !use_main_values - или или одно из двух ))
                setPorts(current_signal, IF_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG);       // переключить режим текущего состояния на противоположный
                setPeriods(current_signal, false);          // обновить только следующий период мигания, но не состояния
            }
        }

        // если в режиме работы есть ограничение времени состояния 
        // - собственно это только operating_std отображение последовательности по ГОСТУ - красный-желтый-зеленый 
        // ну и индикация старта, который после +1 станет меньше 7
        if(tl_signal_end){
            // и уже пора переключиться на следующий (use_main_values - чтобы переключение было с горящего зеленого - на желтый)
            if((globalTimer > tl_signal_end)  && IF_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG){
                current_signal ++;                          // следующий сигнал светофора
                current_signal &= MASK_LIGHT_NUM_STD;       // обнулить биты выше 3-го, в основном режиме рабочие номера состояний с 0 по 7
                SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;      // включить лампы согласно current_signal
            }
        }
#pragma endregion

#pragma region MODE_VALUELogic
        // Машина состояний кнопки, 2 бита f_button_state_flags
        //? MODE_VALUE === pwrdown -> wakeup -> work -> tosleep -> pwrdown
        switch (MODE_VALUE){
        case (MODE_WAKEUP_VALUE):
            set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);        // не спать!
            // лампы не включать, пока кнопка не нажата достаточно долго - IF_BUTTON_LONG_FLAG
            if(IF_LONG_PRESS_FLAG){
                // а не включена ли уже сигнализация? тогда включать свет!
                if(current_signal == LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF){
                    // последний раз перед засыпанием светофор был в режиме желтого мигающего? LIGHT_NUM_ERR
                    current_signal = (IF_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG) ? LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH : LIGHT_NUM_STD_START;
                    SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;      // включить лампы согласно current_signal
                }
            }
            //о, кнопку отжали...
            if(BUTTON_OFF){
                // а перед этим жали так долго, что светофор включился
                if(IF_LONG_PRESS_FLAG){
                    SET_MODE_WORK;
                }else{  
                    // А не, фальстарт, для включения недожали, спать дальше
                    SET_MODE_PWRDOWN;   // на следующем цикле подготовит режим сна и заснет
                }
                scan_button_cnt = 0;    // в любом случае сбросить счетчик длительности нажатий
                RES_SHORT_PRESS_FLAG;   // и флаги нажатия, конечно
                RES_LONG_PRESS_FLAG;
            }
            break;

        case (MODE_WORK_VALUE):
            // кнопка нажималась?
            if(scan_button_cnt > 0){
                // Нажатие оооочень длинное?
                if(IF_LONG_PRESS_FLAG){
                    current_signal = LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF;      // гаси свет
                    SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;                  // бросай гранату - установить порты "свет выключен"
                    SET_MODE_TOSLEEP;                           // команда всем спать!
                }
                //Кнопку отпустили? 
                if(BUTTON_OFF){
                    // нажата была дольше короткого трешхолда?
                    if(IF_SHORT_PRESS_FLAG){
                        FLIP_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG;    // инвертировать флаг режима работы сигнализации
                        current_signal = (IF_LIGHT_SIGNAL_ALT_MODE_FLAG) ? LIGHT_NUM_YELLOW_FLASH : LIGHT_NUM_STD_START; // на начальный номер выбр. режима
                        SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;          // флаг установки режима лампы согласно current_signal
                    }
                    scan_button_cnt=0;
                    RES_SHORT_PRESS_FLAG; //сброс флагов нажатия и счетчика
                    RES_LONG_PRESS_FLAG;
                }
            }
            break;

        case (MODE_TOSLEEP_VALUE):
            // Выход из состояния - только по отжатой кнопке.
            if(BUTTON_OFF){
                SET_MODE_PWRDOWN;       // На следующем цикле уснет
            }
            break;

        case (MODE_PWRDOWN_VALUE):
            // О! доброе утро, проснулись! Нажата кнопка?
            if(BUTTON_ON){
                set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);
                SET_MODE_WAKEUP;
            }else{  
                // Не нажата? Спать дальше.
                scan_button_cnt = 0;
                RES_LONG_PRESS_FLAG;
                RES_SHORT_PRESS_FLAG;
                current_signal = LIGHT_NUM_LIGHTS_OFF;      //гаси свет
                SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;
                set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);    // теперь крепко уснет - в конце while(1)
                ENABLE_EXTERNAL_INT0;                   // разрешить прерывание по нажатию кнопки
            }
            break;

        default:
            //! Что то пошло совсем не так - подать индикацию ошибки сюда. Вообще - невозможное состояние при правильно написанной программе
            current_signal = LIGHT_NUM_ERR;
            SET_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;
            //setPorts(current_signal,true);
            //setPeriods(current_signal,true);
            break;
        }
#pragma endregion

        // Высшие строки решили, что надо переключить состояние в какое-то другое?
        if(IF_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG){       // Флаг принудительной установки состояния сигнализации по current_signal
            RES_FORCE_SET_SIGNAL_FLAG;      // сброс флага
            SET_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG;    // Новый режим - начинать с 0-го значения пары ддр-порт
            setPorts(current_signal, IF_USE_FIRST_VALUES_LIGHT_FLAG);   // переключить режим текущего состояния на #current_signal в массиве
            setPeriods(current_signal, true);
        }

        // спать еще на 1/37 секунды. Или, может, и дольше.
        sleep_cpu();    //и в самом конце бесконечного главного цикла - уходим в сон.
}

//.................................... функции
//
// установка значений порта В
 void setPorts(uint8_t num, bool  use_main_values){
    uint8_t val;
    DDRB = 0; PORTB = 0;
    // Если основной режим (мигания) - ddr_val_0, else = ddr_val_1
//  val = (use_main_values) ? pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_0))
//                          : pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_1));

    // то же самое, но не так понятно, арифметика указателей, данные в коде, зато на 14 (!!!) байт код легче.
    val = pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].ddr_val_0)+( (use_main_values) ? 0 : sizeof(uint8_t)*2 ) ); 

    val &= ~_BV(BUTTON_PIN);    // сброс бита пина кнопки, она всегда включена - ВХОД
    DDRB = val;                 // установка режима пинов порта

    val = (use_main_values) ? pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].port_val_0)) 
                            : pgm_read_byte_near(&(traffic_signals[num].port_val_1));
    val|= _BV(BUTTON_PIN);  // подтяжка на пине кнопки - активируется - срабатывание на низкий уровень
    PORTB = val;        // установка значений выходов и входов порта
}

 //Установить время окончания режима мигания (или длительность работы режима сигнализации)
void setPeriods(uint8_t num, bool set_both_flash_and_signal){
// глобальные переменные
    tl_flash_end = pgm_read_word_near (&(traffic_signals[num].flash_period));   // период мигания
    tl_flash_end = (tl_flash_end)? tl_flash_end + globalTimer : 0;  //время окончания режима мигания - если не нулевое значение периода 
    //if(tl_flash_end){         tl_flash_end += globalTimer;    } <- вот так код на 8 байт длиннее

    // если установить оба периода - и состояния и мигания
    if(set_both_flash_and_signal){
        tl_signal_end = pgm_read_word_near(&(traffic_signals[num].signal_period));  
        tl_signal_end = (tl_signal_end)? tl_signal_end + globalTimer : 0;           // время переключения на следующий режим, если не нулевое значение
    }
}
//Program size: 976 bytes (used 95% of a 1 024 byte maximum) (0,83 secs)
//Minimum Memory Usage: 8 bytes (13% of a 64 byte maximum)

Program size: 976 bytes (used 95% of a 1 024 byte maximum) (0,83 secs)
Minimum Memory Usage: 8 bytes (13% of a 64 byte maximum)

Всё.

Поставленные задачи по реализации души порывов светофора логики работы в тесных рамках ATtiny13 решены.

Анатомия самшитово-саманного светофора

Светофоровый эпителий (или это был внешний скелет?) уже сделан ранее. Остались мелочи — мозг и ливер. Название цирка и древние магические практики требуют создать их из того, что есть под руками, по возможности, с синей изолентой. Тот случай, когда картинки лучше тысячи слов, и фотографий довольно много.

Изучение жизнедеятельности светофора

Светофор регулирует направления точно по ГОСТу, выглядит, как настоящий, но кое-что осталось за кадром. Для автономного устройства всегда актуален вопрос времени работы, прописано ли требование в ТЗ, или просто висит в воздухе "как можно дольше". Светофор спроектирован для работы от 1.5 В, в таблице сравнительной емкости выделил жирным используемый вариант — алкалиновую АА батарею. Нельзя не посоветовать хороший структуированный справочник по энергосбережению и всяческим энерготрюкам на МК, оттуда и взял данные для таблицы.

Два последних столбца показывают значения саморазряда, который можно представить эквивалентом паразитного энергопотребления. Например, выбранная алкалиновая батарея АА, к потреблению устройством добавляет (2/100)2890/(2430) = 80 мкА. Невеликий ток, но он в 2 с лишним раза больше, чем 32 мкА теоретического минимального потребления МК ATtiny13.

При написании прошивки во многих местах задача автономности неявно решалась: это и увод в сон при бездельи, и подтягивание неиспользуемых GPIO, и отключение прерываний при отсутствии необходимости. Основной потребитель энергии — светодиоды, подбором резисторов ток ограничивался до минимальных значений (от 4 мА до 14 мА на "полуветку"), при которых свечение было достаточной яркости, хотя вывод МК позволяет постоянно держать до 40 мА.

Естественно, в различных режимах потребная мощность будет отличаться — самое время посмотреть насколько. Подключая амперметр в цепь питания устройства, замерю ток в различных режимах отображения. Кроме этого, замеры буду делать в двух вариантах: при питании от внешнего источника 5В получу данные энергопотребления светофора без DC-DC преобразователя, и в варианте, когда амперметр включается в цепь между батареей и повышающим DC-DC данные будут с учетом преобразования 1.5 В -> 5 В. Я не делал отдельной прошивки для каждого измерения, из-за чего достоверность измерений оцениваю не выше +-20%, оценивал порядок энергопотребления.

Данные однозначно показывают, что даже в спящем "выключенном" режиме энергопотребление 4-5 мА(5 В) или, что то же самое, 25 мА(1.5 В), что согласуется со

Т.о. 2890 мАч батареи АА хватит всего на 116 часов, что меньше пяти суток. Потребление самого ATtiny13 в режиме сна POWER DOWN с отключенной периферией не более нескольких сотен мкА. Полагаю, основное слагаемое таких больших токов утечки — токи через выбранную мной схему подключения светодиодов. По спецификации входное сопротивление пина с включенной подтяжкой 20-50 кОм, в альтернативном режиме включения, Hi-Z, ток утечки 1 мкА. Кроме этого, потребление энергии DC-DC преобразователем во время сна не прекращается.

Во включенном состоянии время жизни светофора будет меньше от 2 до 5 раз. Мораль: выключатель питания в цепи батареи является деталью совершенно необходимой.

Некоторые процессы можно только прекратить, но не закончить

Совершенству пределов нет, можно продолжать гранить бриллиант и дальше:

• При определении пина вводом, включать подтяжку — обязательно, если сэкономили на внешней подтяжке R2, уменьшит количество переключений триггеров состояния от наводок, сэкономит ещё чуть энергии. Можно безболезненно выкинуть из программы.
• Освободить еще один пин. Подключить желтый пояс света так же как красный и зеленый — но придется отказаться спать на каждом цикле по 1/37 секунды, реализовав импульсное управление и подобрав светодиоды для компенсации снижения яркости.
• Добавить пару полевиков в схему и реализовать честное отключение питания от повышающего преобразователя по сигналу МК, а не уход в глубокий сон, как сейчас. В режиме сна POWER_DOWN энергопотребление самого МК до 30 мкА, но кроме МК жрёт преобразователь напряжения, он работает на холостом ходу, и токи утечки через цепочки светодиодов все равно заметны.
• Экземпляр структуры traffic_signals ужать с 8 байт до 4, не изменяя логики. Используются всего 4 pin — в 1 байт можно упаковать и DDR и PORTB
• Двухбайтовый тип uint16_t для signal_period и flash_period — не обязателен, можно в четвертях секунды задавать, тогда по 1 байту хватит на хранение.
• Перевести на ассемблер — по ROM ужаться раза в 2 можно, переменные сделать регистровыми — не надо будет постоянно читать-писать в память при работе с ними.
• В освободившееся место и пины впихнуть обмен данными для управления несколькими светофорами по ИК/UART.
• Утащить внутрь функции main глобальные переменные — каждая глобальная переменная в С — примерно +50 байт требуемого ROM.
• МК позволяет снизить частоту внутреннего генератора с 9,6 МГц хоть до 128 кГц, уменьшая собственное потребление МК в десятки раз.

Но.

Но есть очень весомый контрдовод к продолжению работ: любимая жена говорит "выкинь ёлку", и, учитывая 8 марта, ёлку придётся разобрать, а ёлочную игрушку «Светофор» счесть прошедшей приемные испытания.

Осталось предоставить отчет по разработке на развлечение и суд хабрапублике.

Видео работы

Исходники доступны на Github, под лицензией MIT.

Автор: Archy_Kld

Источник