ATtiny25驱动DHT22时出现异常时序与行为问题排查

采用ATtiny25作为主控，通过MOSFET为DHT22温湿度传感器、超声波测距传感器供电，MOSFET输出端同时接入供电总线，总线上配有3.3k上拉电阻。主程序绝大多数时间处于休眠状态，到达工作触发时机后执行以下逻辑：

if ((buff[1]<<8) + buff[0] <= powerCutoff) {
    generalStatus &= wipeMask; // 清除低3位状态

    setOutput(signalPin);
    setLow(signalPin);

    MOSFETPowerOn(devPower)
    initSleep(1<<WDP2);

    measureDHT();
    measureDistance();

    // sendData();
    MOSFETPowerOff(devPower)
}

#define MOSFETPowerOn(line) { line ## _port &= ~(1<<line); line ## _ddr |= (1<<line); asm("nop"); }
#define MOSFETPowerOff(line) { line ## _ddr &= ~(1<<line); line ## _port |= (1<<line); asm("nop"); }

#define ping(bit) { \
    bit ## _port &= ~(1<<bit); \
    bit ## _ddr |= (1<<bit); \
    bit ## _port |= (1<<bit); \
    asm("nop"); \
    bit ## _port &= ~(1<<bit); \
    asm("nop"); }

/** 设备供电引脚定义 */
#define devPower PB2
#define devPower_port PORTB
#define devPower_ddr DDRB
#define devPower_pin PINB

/** 调试引脚定义 */
#define debug PB0
#define debug_port PORTB
#define debug_ddr DDRB
#define debug_pin PINB

void initSleep(uint8_t timing) {
    asm("WDR");
    WDTCR = 1<<WDIE | timing;

    MCUCR &= ~(1<<SM0);
    MCUCR |= 1<<SE | 1<<SM1;
    asm("sleep");
}
void measureDHT() {
    generalStatus |= 1<<fDHTMeasurementInProgress;

    initSleep(1<<WDP2); // 休眠0.25s

    for (uint8_t i = 2; i < 7; i++) buff[i] = 0;
    dht22_status.status = dht22_inPresence;
    dht22_status.bitCounter = 0;
    dht22_status.byteCounter = 0;

    setOutput(devBus);
    _delay_us(1200); // 1ms起始低脉冲
    setInput(devBus);
    _delay_us(50);
// ... 其余代码省略

• 系统基础配置：时钟为8MHz，电源由稳压器提供，板载小型去耦电容。initSleep()等模块已在多个其他项目中复用，可正常工作。
• 时序异常表现：根据芯片手册，看门狗配置1<<WDP2对应0.25s休眠时长。按代码逻辑，MOSFET上电后先执行一次0.25s休眠，进入measureDHT()后几乎第一时间再次执行0.25s休眠，之后拉低通信总线，因此从上电到拉低总线的理论间隔应略大于500ms，但实际测量值为2349ms，其余环节时序均正常。
• 逻辑分析仪通道定义：第一通道为电源波形，第二通道为DHT22数据波形，第三通道为测距传感器波形，异常时序波形如下：
  
• 临时验证：在MOSFET上电后添加一行ping(debug)代码，修改片段如下：

// ...
setOutput(signalPin);
setLow(signalPin);

MOSFETPowerOn(devPower)

ping(debug)
initSleep(1<<WDP2);

measureDHT();
// ...

此时时序恢复正常，波形如下：

波形最下方通道可见ping操作产生的窄尖峰脉冲，添加该操作后时序完全正常。

• 开发环境为Linux，avr-gcc版本为v5.4.0，编程器为AVR Dragon，初步排查未定位故障原因。

• 最小复现验证：将代码精简为最小复现版本，故障仍然存在，代码如下：

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdint.h>

#include "macros.inc"
#include "pinConfig.h"

#define wakeCycle GPIOR0

#define MOSFETPowerOn(line) { line ## _port &= ~(1<<line); line ## _ddr |= (1<<line); asm("nop"); }
#define MOSFETPowerOff(line) { line ## _ddr &= ~(1<<line); line ## _port |= (1<<line); asm("nop"); }

void initSleep(uint8_t timing) {
    asm("WDR");
    WDTCR = 1<<WDIE | timing;

    MCUCR &= ~(1<<SM0);
    MCUCR |= 1<<SE | 1<<SM1;
    asm("sleep");
}

// 看门狗超时中断服务函数
ISR(WDT_vect) {
    wakeCycle = 12;
}

void measureDHT() {
    initSleep(1<<WDP2); // 0.25s

    setOutput(devBus);
    _delay_us(1200); // 1ms起始低脉冲
    setInput(devBus);
    _delay_us(50);
}

int main(void) {
    MOSFETPowerOff(devPower) // MOSFET驱动的设备默认通过上拉电阻关断
    GIMSK |= 1<<PCIE; // 使能引脚变化中断
    sei();

    while (1) {
        MOSFETPowerOn(devPower)
        initSleep(1<<WDP2);
        measureDHT();
        MOSFETPowerOff(devPower)

        initSleep(1<<WDP2 | 1<<WDP1 | 1<<WDP0); // 休眠2s
    }
}

• 中断修改测试：将看门狗中断修改为如下空实现，此时时序运行正常：

// 看门狗超时中断服务函数
ISR(WDT_vect) {
    asm("nop");
}

• 硬件移除测试：将电路中的DHT22移除后，精简版本代码与原代码均运行正常。
• 当前待排查问题：无法确定该异常属于硬件电路问题还是代码/编译问题，寻求解决方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Gambanishu Habbeba