[ZigBee] 13、ZigBee基础阶段性回顾与加深理解——用定时器1产生PWM来控制LED亮度（七色灯）

2023-01-27 07:30:26

引言：PWM对于很多软件工程师可能又熟悉又陌生，以PWM调节LED亮度为例，其本质是在每个周期都偷工减料一些，整体表现出LED欠压亮度不同的效果。像大家看到的七色彩灯其原理也类似，只是用3路PWM分别控制红、绿、蓝三种颜色的灯输出亮度，再结合混色原理表现出丰富多彩的炫光效果~

写在前面：前十几篇介绍了CC2530的一些外设的基本用法，接下来几篇拿几个例子回顾并加深一下之前的知识点，上面引言是普及、下面高能预警！

第一个例子：用定时器1产生PWM来控制LED亮度

　　我们在《[ZigBee] 5、ZigBee基础实验——图文与代码详解定时器1（16位定时器）（长文）》中讲过定时器1 是一个支持典型的定时/计数功能的独立16 位定时器，支持输入捕获，输出比较和PWM等功能。该工程就是利用定时计数器1产生1毫秒PWM,20%的占空比，用PWM来调节LED的亮度，如果led的亮度比较暗可调整pwm频率和占空比来控制Led灯的亮度。

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 * 文 件 名: main.c

 * 描    述: cc2530 定时计数器1产生1毫秒PWM,20%的占空比，led的亮度比较暗

 *           可调整pwm频率和占空比来控制Led灯的亮度

 ****************************************************************************/

 #include <ioCC2530.h>

 typedef unsigned char uchar;

 typedef unsigned int  uint;

 #define LED1 P1_0       // P1.0口控制LED1

 /****************************************************************************

 * 名    称: InitLed()

 * 功    能: 设置LED灯相应的IO口

 * 入口参数: 无

 * 出口参数: 无

 ****************************************************************************/

 void InitLed(void)

 {

     P1DIR |= 0x01;           //P1.0定义为输出

     LED1 = ;                //使LED1灯上电默认为熄灭

 }

 /****************************************************************************

 * 名    称: InitT1()

 * 功    能: 定时器初始化，TICKSPD 是16 MHz系统不配置时默认是2分频，即16MHz

 * 入口参数: 无

 * 出口参数: 无

 ****************************************************************************/

 void InitT1()

 {

     CLKCONCMD &= ~0x40;      //设置系统时钟源为32MHZ晶振

     while(CLKCONSTA & 0x40); //等待晶振稳定为32M

     CLKCONCMD &= ~0x07;      //设置系统主时钟频率为32MHZ

     CLKCONCMD |= 0x38;       //时钟速度32 MHz 定时器标记输出设置[5:3]250kHz

     PERCFG |= 0x40;          //定时器1 的IO位置   1:备用位置2

     P2SEL &= ~0x10;          //定时器1优先

     P2DIR |= 0xC0;           //第1优先级：定时器1通道2-3

     P1DIR |= 0xff;           //端口1为输出

     P1SEL |= 0x01;           //timer1 通道2映射口P1_0

     T1CC2H = 0x00;           //20%占空比为200us

     T1CC2L = 0x32;           //修改T1CC2L可调整led的亮度

     T1CC0H = 0x00;           //1ms的周期时钟,频率为976.516HZ

     T1CC0L = 0xff;

     T1CCTL2 = 0x1c;          // 模式选择 通道2比较模式

     T1CTL = 0x02;            //250KHz 1分频

 }

 /****************************************************************************

 * 程序入口函数

 ****************************************************************************/

 void main(void)

 {

     InitLed();                 //调用初始化函数

     InitT1();                //定时器初始化及pwm配置

     while()

     {

     }

 }

可见代码中的核心在于39~51行：

39     PERCFG |= 0x40;          //定时器1 的IO位置   1:备用位置2

40     P2SEL &= ~0x10;          //定时器1优先

41     P2DIR |= 0xC0;           //第1优先级：定时器1通道2-3

42

43     P1DIR |= 0xff;           //端口1为输出

44     P1SEL |= 0x01;           //timer1 通道2映射口P1_0

45

46     T1CC2H = 0x00;           //20%占空比为200us

47     T1CC2L = 0x32;           //修改T1CC2L可调整led的亮度

48     T1CC0H = 0x00;           //1ms的周期时钟,频率为976.516HZ

49     T1CC0L = 0xff;

50     T1CCTL2 = 0x1c;          // 模式选择 通道2比较模式

51     T1CTL = 0x02;            //250KHz 1分频

1.1、第一步：调用外设控制寄存器设置外设所映射IO引脚的方案

其中第39行令PERCFG |= 0x40，PERCFG是外设控制寄存器，如下图该寄存器用来设置一些外设的I/O的位置。这里操作的是第六位T1CFG，选择定时器1的IO为备用位置2。

这里所说的IO映射位置方案1和方案2需要在表《Peripheral I/O Pin Mapping》中查看，在第七节《[ZigBee] 7、ZigBee之UART剖析（ONLY串口发送）》中我已经用UART的例子详细介绍如何看这个表：

以USART0为例，第一种映射关系是RT-P05\CT-P04\TX-P03\RX-P02；另一种映射关系是TX-P15\RX-P14\RT-P13\CT-P12。

那么在使用过程中，一种模式对应两种映射肯定会出现矛盾！

那么外设控制寄存器就是用来设置选择哪种方案的！这里设置为0x40即选用定时器1的引脚映射方案2：P07对应通道3、P06-通道4、P12-通道0、P11-通道1、P10-通道2~

1.2、第二步：调用Port2功能选择和Port1设备优先级控制寄存器，设置timer1占Port1引脚的外设优先级为高

在第七节《[ZigBee] 7、ZigBee之UART剖析（ONLY串口发送）》中同样有介绍，上面外设控制寄存器仅仅解决了同一个外设多个IO映射方案的冲突问题，但是并没有解决不同外设IO映射冲突问题。P2SEL寄存器就是处理这个问题！

3、4、5、6位用于设置同一个IO上两个设备当PERCFG赋值时的优先级，因此这里设置P2SEL &= ~0x10，将定时器设置为最优先。

1.3、第三步：调用Port2方向选择和Port0设备优先级控制寄存器，设置timer1占Port0引脚的外设优先级为高

在第七节《[ZigBee] 7、ZigBee之UART剖析（ONLY串口发送）》中同样有介绍，由于timer1引脚映射占了Port0和Port1，因此上面P2SEL寄存器用来设置port1部分timer所占引脚的优先级，这里调用P2DIR设置其占Port0引脚的优先级，代码中P2DIR |= 0xC0，即设置7~6位为11使定时器1通道2-3最优先。

规律：不难发现这里timer的用法和第七篇中介绍的uart初始化很类似，前三行做端口映射、优先级选定，一般外设会涉及两个端口，因此需要用P0SEL和P2DIR分别设置。接下来就是针对具体外设的参数设置了！

1.4、第四步：选择PWM通道，并使能

在1.1中介绍定时器1的引脚映射方案选用是备用2方案：P07对应通道3、P06-通道4、P12-通道0、P11-通道1、P10-通道2~

在1.3中设置通道2、3优先级最高

从1.1~1.3为timer1的PWM的的初始化，也设置了通道的优先级，如果想使能通道还需要进一步设置：

43     P1DIR |= 0xff;           //端口1为输出

44     P1SEL |= 0x01;           //timer1 通道2映射口P1_0

其中第43行设置端口1为全部输出，第44行比较关键，用来将IO引脚设置为普通IO引脚还是设置成IO外设引脚，这里将P1_0设置为外设引脚。根据前面的设置，我们知道是将P10设置为了定时器1的通道2输出口。

1.5、定时器1通道2输出比较模式选择&设置周期与占空比

关于输出比较模式在《[ZigBee] 5、ZigBee基础实验——图文与代码详解定时器1（16位定时器）（长文）》里的第9段介绍比较详细：PWM 输出可以通过选择定时器正计数/倒计数模式生成。根据PWM 信号所需的极性选择通道输出比较模式4 或5（由T1CCTLn.CMP 位定义，其中n 是1 或2）。PWM 信号的周期由T1CC0 确定，通道输出的占空比由T1CCn 确定，其中n 是PWM 通道1 或2。某些类型的电机驱动应用程序会需要中心对齐的PWM 模式，一般地这比边沿对齐的PWM 模式产生的噪音更少，因为I/O 引脚传输不集中在同一个时钟边沿上。

46     T1CC2H = 0x00;           //20%占空比为200us

47     T1CC2L = 0x32;           //修改T1CC2L可调整led的亮度

48     T1CC0H = 0x00;           //1ms的周期时钟,频率为976.516HZ

49     T1CC0L = 0xff;

50     T1CCTL2 = 0x1c;          // 模式选择 通道2比较模式

51     T1CTL = 0x02;            //250KHz 1分频

其中第50行用来设置定时器1通道2捕获/比较控制寄存器为0x1C，[5:3]=011则选择了输出比较模式4，其PWM信号周期由T1CC0决定，占空比由T1CCn确定（正计数到计数模式生成PWM比边沿模式生成PWM更适合这里，如果你听不懂这句话请看第5篇）！因此，46~49行就是设置PWM的周期和占空比~

注意：这里0x0032/0x00ff不等于20%，为什么注释中说占空比为20%呢？我们用一个简单的例子解释这个问题的特殊性（绘制定时器counter的值变化线如下）：左边的一个设T1CC0=4,T1CC2=2,显然占空比不是2/4，也不是3/9，因为最后一个绿色框内的时期属于下一个周期了，一个完整周期应该为0~4~1，因此占空比为3/8；同理右边的占空比为3/6。这里T1CC2设置为0x0032，则低段有：0~0x0032，0x0032~1，总共(0x0032-0+1)+(0x0032-1+1)=0x0032*2+1=0x0065=101；总周期为0x00FF*2=0x01FE=510，占空比为0x65/0x01FE约等于5