单片机与嵌入式系统中的LED亮度调节器

1.实践要求与方案设计

（1）要求

使用TPM模块的功PWM功能，制作一个LED亮度调节器，要求在TPM1CH0引脚上输出占空比从20%～80%不断变化的PWM波，用来调节LED小灯亮度的渐变，使用内部4MHz总线时钟。

（2）方案设计

LED亮度的变化本质是加载到LED上平均电压的变化，我们可以通过PWM信号输出高电平持续时间（即占空比）的变化，在一个周期内的积分来得到可变化的平均电压，进而改变其亮度。

要在引脚TPM1CH0产生PWM信号，可把TPM1CH0引脚设定在边沿对齐PWM模式，PWM信号的周期由TPM1模数寄存器TPMIMOD中的值决定，占空比由通道值寄存器TPM1C0V中的值决定，此处选择PWM信号周期为1ms。选择4MHz总线时钟作为TPM模块时钟，可把计数器分频因子设为1，则定时器的计数周期为0.25μs，20%～80%占空比即对应高电在一个周期内持续200～800μs。200μs所对应的计数个数为800个，800μs所对应的计数个数为3200个，1ms所需要的计数个数为4000个。因而4000个计数为一个周期，只要在每个周期内使得计时个数从800个均匀变化到3200个，即可实现20%～80%占空比变化。图8-15是利用边沿对齐PWM功能产生PWM信号（ELSnA=0）。

图8-15 利用边沿对齐PWM功能产生PWM信号（ELSnA=0）

2.硬件电路设计

电路主要由MC9S08AC16单片机最小应用系统组成，在TPM1CH0引脚上以灌电流方式外接一个LED，方波发生器硬件电路示意图如图8-16所示，其中TPM1CH0引脚与PTE2引脚为复用引脚，在LQFP_44引脚封装中为第10引脚，该引脚可以外接数字示波器进行波形检测。

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图8-16 方波发生器硬件电路示意图

3.软件设计与调试

在PWM功能设置方面，按照设计方案进行初始化设置，选择总线时钟频率，1分频，使能TPM1溢出中断，CPWMS=0，禁止通道0中断，选择边沿对齐PWM，比较满足时输出低电平。该初始化代码包含了TPM1定时溢出和通道模式的设定。

在控制占空比变化方面，可定义一个全局变量Duty用以保存当前占空比对应的数值，在溢出中断服务函数中改变Duty的值，每次步进1%（对应计数值40），即每次周期结束后改变下一周期内的占空比增加1%，进而可以控制占空比从20%均匀增加至80%。当通道值计数器中的值（Duty的值）大于周期的80%（即4000×80%=3200）时，通道值计数器自动回复初始值，恢复占空比20%。由于在电路上PWM输出低电平（逻辑0）时发光二极管点亮，代码中设PWM输出极性为正脉冲，当通道值寄存器值增加时，低电平在一个周期内持续时间将减少，发光二极管亮度减弱。需要注意的是，在向通道值寄存器写值时，所写的值在下一个周期时影响占空比。其中断处理函数如下。

main（）主函数完成TPM初始化函数的调用和GPIO端口的设置，具体如下。