一、前言

1.1 开发背景

本实验通过CC2530单片机实现按键控制LED灯亮度的功能。通过合理配置GPIO引脚与PWM技术，实现LED灯的亮度调节，并通过按键输入进行交互控制。PWM（脉冲宽度调制）是一种通过调整信号的占空比来控制输出功率的技术，广泛应用于亮度控制、调速等场合。

在本实验中，LED灯通过PWM信号的控制来调整亮度，P1.0引脚负责输出PWM信号，调节LED的亮灭状态。当按下按键时，P0_1引脚的电平会发生变化，从而触发LED灯亮度的调整。按键的作用是提供用户输入，按键的每次按下都会改变PWM信号的占空比，进而调节LED的亮度。

通过实验，能够加深对GPIO配置、PWM调节原理以及按键输入的理解，掌握如何在单片机中实现按键与LED的互动控制，为后续更复杂的控制系统设计打下基础。同时，本实验还帮助理解了LED驱动电路的工作原理，如何利用单片机进行有效的电路控制。

这是当前实验使用的CC2530板子的实物图：

1.2 PWM波形

PWM（脉冲宽度调制）是一种通过控制信号的“开”和“关”时间比例来调节电流或电压的技术。它的核心原理是在一个固定周期内，通过调节高电平信号持续的时间（即脉冲宽度），来控制平均电压或功率的大小。PWM信号通常是一种周期性的方波信号，其周期由两个部分组成：高电平和低电平。

PWM波形的基本参数包括周期（T）、占空比（D）和频率（f）。周期是信号的一个完整周期，包括高电平和低电平的持续时间。占空比指的是高电平在一个周期中所占的时间比例，通常用百分比表示。占空比越高，表示高电平的时间越长，平均电压或功率越大，反之亦然。PWM波形的频率则是每秒钟信号周期的次数，通常用于控制信号的响应速度和精度。

在实际应用中，PWM波形的占空比可以用来调节负载的功率输出。例如，控制LED的亮度时，PWM信号的占空比越大，LED灯的亮度就越高；而占空比越小，LED灯的亮度就越低。通过调整PWM信号的占空比，能够非常精确地控制负载的能量传输，实现对设备的高效控制。

除了亮度调节，PWM波形还广泛应用于电机速度控制、音频信号合成以及功率调节等领域。在这些应用中，PWM提供了一种简单且高效的方式来实现连续的功率调节，特别适用于需要精确控制功率的场合。

1.3 项目硬件模块组成

(1) CC2530单片机 作为项目的核心控制单元，负责控制LED灯的亮度调节与按键输入的处理。通过GPIO口输出PWM信号，控制LED的亮灭和亮度变化，同时监测按键状态。

(2) LED灯 通过P1.0引脚与CC2530单片机连接，LED灯的亮度由PWM信号控制。通过调整PWM信号的占空比，实现LED灯的亮度调节。

(3) 按键模块 使用P0_1引脚作为输入端连接按键。当按键按下时，P0_1引脚为低电平；按键抬起时，P0_1引脚为高电平。按键的状态变化用于控制LED灯亮度的变化。

(4) 电源模块 提供3.3V或5V稳定电源，供给CC2530单片机和LED灯工作，确保整个系统的正常运行。

(5) PWM信号输出电路 由CC2530单片机的P1.0引脚输出PWM信号，通过适当的电路连接，驱动LED灯的亮度变化。电路负责将数字信号转化为控制LED亮度的有效信号。

(6) 接线端子与电阻 用于连接CC2530单片机、LED灯、按键和电源，确保电路的正确连接。适当的电阻用于限流保护，防止LED灯和单片机端口受到损坏。

(7) 串口调试助手 用于实时监控并显示CC2530单片机的控制状态，帮助调试和验证按键与LED灯亮度控制功能的正确性。

1.4 项目实现的功能

二、CC2530基础知识科普

2.1 CC2530 与 ZigBee 的含义

CC2530是什么

CC2530是一款由德州仪器（Texas Instruments，TI）推出的无线微控制器芯片，专为低功耗和无线通信应用设计。它基于8051内核，具有丰富的片上资源，包括128 KB的闪存、8 KB的RAM、多个UART和SPI接口、ADC模块等。此外，CC2530支持IEEE 802.15.4标准，这是ZigBee协议栈的基础。CC2530的低功耗特性和高集成度使其特别适用于智能家居、物联网（IoT）设备和工业自动化等应用场景。

ZigBee是什么

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议，专为低功耗、低数据速率和短距离应用场景设计。它的主要特点是功耗低、组网灵活、支持大规模网络节点（如星型、网状和树形拓扑），并且具有较强的抗干扰能力。ZigBee常用于智能家居（如智能灯控、温湿度传感器）、工业物联网、医疗设备和农业监控等领域。与Wi-Fi和蓝牙相比，ZigBee适合需要低功耗、低数据速率和高网络节点容量的应用。

CC2530与ZigBee的联系

CC2530是支持ZigBee协议的硬件平台之一。CC2530的硬件架构和无线射频模块完全符合IEEE 802.15.4标准，而ZigBee协议栈则是运行在该标准之上的通信协议。通过在CC2530芯片上加载ZigBee协议栈（如TI提供的Z-Stack），用户可以构建完整的ZigBee无线通信系统。

CC2530作为ZigBee设备的实现平台，可以配置为不同类型的ZigBee节点，包括协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。协调器负责整个ZigBee网络的建立和管理，路由器用于中继信号扩展网络范围，终端设备通常是低功耗的传感器或执行器。

CC2530是支持ZigBee协议的硬件芯片，而ZigBee是运行在像CC2530这样的硬件平台上的通信协议。CC2530为ZigBee提供硬件支持，ZigBee则为CC2530提供实现复杂网络功能的能力。这种软硬结合使得CC2530成为ZigBee应用中的主流选择之一。

2.2 CC2530的开发环境

CC2530官方推荐的开发环境是 IAR Embedded Workbench（IAR EW8051）。

CC2530的开发环境：IAR Embedded Workbench

IAR Embedded Workbench（简称IAR）是开发CC2530的主要集成开发环境（IDE）。它是一款专业的嵌入式软件开发工具，提供了编辑、编译、调试和优化等功能，广泛支持各种嵌入式微控制器平台，包括基于8051内核的CC2530。IAR针对低功耗和无线设备开发进行了深度优化，特别适合CC2530这类资源有限的嵌入式芯片。

IAR支持德州仪器的ZigBee协议栈（如Z-Stack），并提供了配套的调试工具和编译器，使开发者能够轻松集成ZigBee协议、编写应用代码和调试固件。此外，IAR具有良好的代码优化能力，能有效减少CC2530有限内存的占用，提高程序运行效率。

为什么使用IAR开发CC2530

使用IAR开发CC2530主要是由于以下原因：

1. 官方支持 德州仪器推荐使用IAR开发CC2530，因为其ZigBee协议栈（如Z-Stack）是专门为IAR优化的，许多示例代码和参考项目直接在IAR环境中运行，减少了开发者的移植工作。

2. 代码优化能力强 IAR的编译器提供了高效的代码优化功能，包括针对代码大小和运行速度的优化选项。对于资源受限的CC2530（如闪存128 KB和RAM 8 KB），IAR可以显著减小二进制文件大小，让更多复杂功能得以实现。

3. 调试工具完善 IAR集成了强大的调试工具，支持CC2530的片上调试功能（On-Chip Debugging）。通过与TI的调试硬件（如CC Debugger）配合，开发者可以实时查看和控制程序运行状态，进行断点设置、变量监控和性能分析。

4. 多功能集成 IAR提供了丰富的功能模块，如静态分析、运行时调试和内存分析工具。这些功能特别适合复杂协议栈（如ZigBee）的开发，帮助开发者迅速定位和解决问题。

IAR与Keil的区别

Keil也是一款非常流行的嵌入式开发工具，但在开发CC2530时，IAR相比Keil具有以下显著区别：

1. 官方适配支持 TI官方的ZigBee协议栈和示例项目主要为IAR设计，Keil并没有直接支持这些协议栈。因此，使用Keil开发CC2530需要进行额外的移植工作，而IAR则可以开箱即用。

2. 编译器优化效果 IAR的编译器在优化代码大小方面普遍优于Keil，这对于资源有限的CC2530尤为重要。在存储和性能受限的情况下，IAR可以更高效地利用芯片资源。

3. 协议栈复杂度支持 ZigBee协议栈本身较为复杂，对编译器和开发环境的要求较高。IAR对复杂嵌入式协议的支持更为成熟，而Keil的侧重点更多在通用8051开发。

4. 工具链兼容性 IAR与CC2530配套的调试工具（如CC Debugger）无缝集成，调试体验更流畅。Keil在支持TI调试硬件方面不够完善，可能需要第三方工具或插件进行适配。

IAR是CC2530开发的首选环境，其强大的优化能力、完善的调试功能和与ZigBee协议的高兼容性，使得开发者能够更加高效地完成项目。而Keil尽管也支持8051平台，但在CC2530开发中的表现和适配性稍逊一筹。

2.3 IAR新建工程的步骤

三、代码设计

代码的含义看中文注释,这里不再单独写文字介绍代码含义。

3.1 main.c

/*-----------------------------------------------
名称：PWM调光
内容：通过PWM（脉宽调制）调节LED的亮度
------------------------------------------------*/
#include <ioCC2530.h> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
​
#define uint  unsigned int
#define uchar unsigned char 
​
//定义控制灯的端口
#define LED0 P1_0   //定义LED1为P10口控制
​
//函数声明
void Delay(unsigned int t); //函数声明
void InitIO(void);      //初始化LED控制IO口函数
​
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
void main (void)
{
  unsigned int CYCLE=600,PWM_LOW=0;//定义周期并赋值
  InitIO();
  while (1)         //主循环
  {
    LED0=1;
    Delay(60000);        //特意加延时，可以看到熄灭的过程
    for(PWM_LOW=1;PWM_LOW<CYCLE;PWM_LOW++)
    {
      //PWM_LOW表示低
      //电平时间，这个循环中低电平时长从1累加到CYCLE（周期）的值，即600次
      LED0=0;        //点亮LED  
      Delay(PWM_LOW);//延时长度，600次循环中从1加至599
      LED0=1;        //熄灭LED
      Delay(CYCLE-PWM_LOW);//延时长度，600次循环中从599减至1
    }
​
    LED0=0;
    for(PWM_LOW=CYCLE-1;PWM_LOW>0;PWM_LOW--)
    {
      //与逐渐变亮相反的过程    
      LED0=0;
      Delay(PWM_LOW);
      LED0=1;
      Delay(CYCLE-PWM_LOW);    
    }
    //主循环中添加其他需要一直工作的程序
  }
}
/*------------------------------------------------
延时函数，含有输入参数 unsigned int t，无返回值
unsigned int 是定义无符号整形变量，其值的范围是
0~65535
------------------------------------------------*/
void Delay(unsigned int t)
{
  while(--t);
}
​
/****************************
//初始化IO口程序
*****************************/
void InitIO(void)
{
  P1DIR |= 0x1;  //P10定义为输出
}
​
​

四、总结

通过本次实验，成功实现了基于CC2530单片机的按键控制LED亮度调节系统。该系统通过PWM（脉冲宽度调制）技术，实现了对LED灯亮度的精确调节，同时结合按键输入，用户可以通过按键控制LED的亮度变化。实验过程不仅加深了对PWM原理的理解，还让我们掌握了按键的使用与处理方法，完成了单片机与外部硬件之间的交互。

本实验充分展示了GPIO口在硬件控制中的应用，CC2530单片机通过简单的按键输入与PWM信号输出，实现了对LED灯亮度的灵活控制。通过调节按键的输入，控制PWM信号的占空比，进而影响LED的亮度，达到了预期的效果。这种按键控制LED亮度的方式在实际应用中具有很高的实用性，可以扩展到更多的设备调节和控制场合。

本次实验不仅帮助我们深入了解了单片机的GPIO配置与PWM调节原理，还加强了人机交互设计的实际应用能力。通过实验，掌握了按键输入的处理和LED灯的驱动方法，为以后开发更复杂的交互式控制系统奠定了基础。