Funpack5-2 - 基于EV41C56A实现触摸输入与PWM控制LED

内容介绍

一、项目介绍

1.1 项目背景

本项目是参加硬禾科技联合DigiKey发起的Funpack活动第五季第2期Funpack S5 #2。本期板卡是来自Microchip的EV41C56A（PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch Evaluation Kit），这是一款专为触摸应用设计的安全低功耗评估套件。

1.2 项目概述

本项目基于Microchip EV41C56A开发板，实现了触摸控制LED亮灭及调光功能。EV41C56A开发板，即PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch Evaluation Kit 是一款专为评估 PIC32CM5164LS00048 微控制器而设计的硬件平台。该套件基于安全且超低功耗的 ARM® Cortex®-M23 内核，集成了丰富的安全功能和触摸控制能力。这款评估套件将安全启动、TrustZone® 技术、加密加速器与增强型触摸控制完美融合，是开发安全触摸应用的理想选择。

图：EV41C56A开发板特性

板卡核心特性：

PIC32CM5164LS00048 ARM® Cortex®-M23 内核微控制器
512KB Flash 存储器，超低功耗设计
安全启动（Secure Boot）+ ARM TrustZone® 技术
集成加密加速器，硬件安全保障
增强型外设触摸控制器（PTC），支持电容式触摸
智能模拟功能：运算放大器、ADC、DAC、模拟比较器
板载调试器，支持 MPLAB X IDE 开发环境
电压范围 1.7V-3.6V，MIC5353 稳压器支持最大 500mA
兼容 Curiosity Nano Base for Click boards™ 扩展
支持 mikroBUS™、Xplained Pro 接口扩展

本项目旨在实现触摸控制LED亮灭及调光功能，具体功能如下：

通过PWM控制LED亮度
触摸短按：LED开/关
触摸长按：连续调节亮度，并按照【亮度从“灭 → 最亮”线性变化；当到达最亮后，保持长按可实现“最亮 → 灭”反向变化】的逻辑循环
亮度变化过程应平滑（无明显闪烁或跳变）

1.4 项目成果

通过本项目的开发，成功实现了：

✅ 了解EV41C56A开发板的硬件结构和特性
✅ 基本掌握PIC32 MPLAB Harmony的系统开发
✅ 实现基础任务：使用EV41C56A开发板板载触摸按键功能
✅ 实现进阶任务：使用EV41C56A开发板板载触摸控制LED亮灭及调光功能

二、硬件介绍

2.1 微控制器：PIC32CM5164LS00048

基于 Arm® Cortex-M23® 处理器 PIC32CM LS00 系列设备将超低功耗、触控、安全性和智能模拟集成集成于一体。它们具备创新的低功耗技术，包括 SleepWalking Periphereals、Arm TrustZone、不可变安全启动、行业领先的耐水触控、运算放大器、模拟转数字转换器（ADC）和数字转模拟转换器（DAC）。

图：微控制器PIC32CM5164LS00048

安全特性：安全启动、ARM TrustZone®、加密加速器，为您的应用提供全面安全保障

触摸控制：增强型外设触摸控制器（PTC），支持按键、滑条、滚轮等多种触摸界面

超低功耗：SleepWalking 外设技术，实现极致低功耗运行，适合电池供电设备

2.2 Microchip EV41C56A开发板概述

PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch（EV41C56A）评估工具包是用于评估PIC32CM5164LS00048 MCU 的硬件平台。

图：PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 评估工具包

名称	特性
PIC32CM5164LS00048 MCU	PIC32CM5164LS00048单片机
User LED	用户应用黄色LED
User Switch	用户应用机械按钮
Touch Button	用户应用触摸按钮
Device USB	用于器件控制的USB，可用于为板供电
Debug USB	用于调试器的USB，可用于为板供电，用于对板进行编程或调试
nEDBG Debugger	目标器件通过板上Nano 调试器进行编程和调试，无需外部编程器或调试工具
Power Status LED	绿色电源/状态LED

2.3 引脚排列

除USB 外设控制引脚PA24 和PA25 之外，大多数PIC32CM5164LS00048 I/O 引脚都可通过PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 评估工具包上的边缘引脚访问。

图：PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 引脚排列

本项目主要用到用户黄色LED和用户触摸按钮。PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 评估工具包带有一个黄色LED和一个带驱动屏蔽层的QTouch®按钮。黄色LED对应PIC32CM5164LS00048的PA15引脚，触摸按钮对应PIC32CM5164LS00048的PA22引脚，后续需要在MPLAB中对引脚进行配置。

2.4 原理图

PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 评估工具包原理图主要包括电源原理图、MCU原理图和调试器原理图。其中最应关注的是MCU原理图中的两个引脚PA15和PA22，分别对应黄色LED和触摸按钮。

图：电源原理图

图：MCU原理图

图：调试器原理图

三、方案框图和项目设计思路

3.1 基础任务方案框图

基础题目：

使用 EV41C56A 开发板板载触摸按键功能，实现以下逻辑：

单次触摸 → 点亮板载LED
再次触摸 → 关闭LED

功能要求：

正确初始化触摸通道
LED 控制逻辑清晰，不出现误触发

根据以上基础任务要求，确定方案框图。

图：基础任务方案框图

3.2 基础任务项目设计思路

硬件：使用板载触摸按钮（连接至 PA22）和黄色 LED（连接至 PA15）。PA15 配置为 GPIO 输出，低电平点亮 LED。
软件核心：
- 初始化 GPIO（PA15 设为输出，初始高电平使 LED 灭）和触摸传感器（touch_init()）。
- 主循环周期性调用 touch_process() 获取触摸状态。
- 引入 边沿检测 + 软件去抖 机制：
- - 记录上一次稳定触摸状态 last_touch。
  - 读取当前原始触摸值 raw，与 last_touch 比较，若发生变化则启动去抖计数器 debounce_cnt（例如设为 5，对应约 5ms 去抖时间）。
  - 去抖计数器递减，当计数器归零且当前稳定状态为触摸按下（touched == 1）时，执行有效触摸动作：翻转 LED 状态（GPIO_PA15_Toggle()）。
  - 无论是否产生动作，最终更新 last_touch 为当前稳定状态。
- 去抖期间不会重复触发，有效滤除触摸信号的机械抖动和噪声。

3.3 进阶任务方案框图

在基础题之上，实现触摸长按调节LED 亮度功能

功能要求：

通过 PWM 控制 LED 亮度
短按：LED 开 / 关
长按：连续调节亮度，并按照【亮度从“灭 → 最亮”线性变化；当到达最亮后，保持长按可实现“最亮 → 灭”反向变化】的逻辑循环
亮度变化过程应平滑（无明显闪烁或跳变）

根据以上进阶任务要求，确定方案框图。

图：进阶任务方案框图

3.4 进阶任务项目设计思路

硬件：PA15 复用为 TCC0 通道 1 的 PWM 输出，LED 仍为低电平点亮，软件输出取反。触摸按钮同基础任务。
软件功能：
- 短按：带亮度记忆的开关（关灯记忆亮度，开灯恢复亮度）。
- 长按：超过阈值（500ms）后进入调光模式，亮度以固定步进（10ms/步，步长 10 级）线性变化，到达边界（0 或周期值）自动反向，实现来回扫描。松手后退出调光模式，亮度保持。
- 时间基准：利用主循环计数器 loop_cnt 模拟相对时间，不依赖硬件中断。
- 状态机：区分普通模式与长按调光模式，在释放事件中判断短按或结束长按。
- 极性处理：内部亮度值 brightness (0=灭，period=最亮)，实际写入占空比 = period - brightness。

四、调试软件介绍、软件流程图及关键代码

4.1 调试软件介绍

4.1.1 开发环境

由于之前已经安装过MPLAB X IDE v6.20，因此未下载最新版本。建议使用MPLAB X IDE最新版本，或者v6.25以上版本。

软件	版本	用途
MPLAB X IDE	v6.20	集成开发环境
MPLAB Code Configurator	v5.7.1	图形化代码配置插件
Harmony	v3.0	PIC32和SAM系列模块化软件框架
XC32	v5.10	Microchip 32位单片机的C/C++编译器

4.1.2 项目新建

先将EV41C56A开发板Debug USB端连接到电脑，然后打开MPLAB X IDE软件，Kit Window窗口能够显示开发板信息。同时Kit Window界面提供很多有关EV41C56A开发板的使用指南、示例程序等。

图：连接开发板

依次点击File→New Project，选择项目工程Microchip Embedded→Application Project (s)，选择设备芯片PIC32CM5164LS00048，以及相应的开发板工具PIC32CM LS00 Curiosity Nano...，选择PIC32的编译器XC32，最后填写项目名称和路径。

图：新建项目

图：选择项目工程

图：选择设备芯片和工具

图：选择编译器

图：项目名称和路径

通常支持TrustZone 技术的 MCU（如 SAM L11, PIC32CM LS00 等）新建项目后，会自动生成包含“非安全工程（Non-Secure）”、“安全工程（Secure）”以及将它们组织在一起的“Group 工程”结构。

图：文件结构

4.1.3 基础任务工程项目配置

非安全工程下进入MCC，在Device Resources中将RTC、PTC、Touch Library三个组件添加到右侧Project Graph窗口中，一般会自动连线。

图：添加组件

如果没有PTC、Touch Library组件，则应点击Device Resources旁的Content Manager，添加touch和touch_host_driver插件。

图：添加插件

组件添加好后，还需要对Clock时钟、Touch触摸、Pin引脚属性进行配置。

图：属性配置

Clock时钟属性界面可采用默认配置。

图：Clock时钟属性配置

Touch触摸属性界面进入后，Create标签添加1个触摸按键，Configure标签→Sensor Pins中，对Button 0的Y-Signals配置Y16(PA22)。

图：Touch触摸属性配置

进入Pin引脚属性界面，配置PA15引脚为GPIO——Out，配置PA22引脚为PTC_X16/Y16——Analog。PA15作为数字量输出，控制LED；PA22作为触摸按键的模拟量输入。

图：Pin引脚属性配置

MCC配置完成后，点击Project Resources旁的Generate生成相应的项目代码。

图：生成配置代码

右键安全工程，Set as Main Proiect设置为主项目。在主项目的Source Files→main.c主程序中编写代码。

图：main编写代码

4.1.4 进阶任务工程项目配置

进阶任务的工程项目MCC配置和基础任务主体流程类似，同样也是在非安全工程项目中配置MCC，在安全工程项目的main.c中编写程序。区别在于，进阶任务LED控制采用PWM方式。因此需要添加TCC0定时器组件，用于生成PWM信号。

点击System组件，在右侧的Configuration Options中打开Enable Secure SysTick，启动安全工程定时器，用于生成PWM信号。

此外，Pin引脚属性界面，配置PA15引脚为TCC0_WO5。

进阶任务的MCC配置完成后，同样点击Generate生成相应的项目代码。然后在安全工程项目的Source Files→main.c主程序中编写代码。

4.2 基础任务程序流程图

图：基础任务程序流程图

4.3 基础任务关键代码介绍

以下为基础任务主程序完整代码，并对代码进行详细解析。

//基础题目：【难度：⭐️】
//使用 EV41C56A 开发板板载触摸按键功能，实现以下逻辑：
//单次触摸 → 点亮板载LED
//再次触摸 → 关闭LED
//功能要求：
//正确初始化触摸通道
//LED 控制逻辑清晰，不出现误触发

uint8_t last_touch = 0;
uint8_t debounce_cnt = 0;

while (1) {
    touch_process();
    uint8_t touched = (get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK) ? 1 : 0;
    
    if (touched != last_touch) {
        debounce_cnt = 5;   // 简单软件去抖计数
    }
    
    if (debounce_cnt > 0) {
        debounce_cnt--;
        if (debounce_cnt == 0 && touched == 1) {
            GPIO_PA15_Toggle();   // 确认稳定触摸后翻转一次
        }
    }
    last_touch = touched;
}

4.3.1 静态/局部变量定义（循环外部）

uint8_t last_touch = 0;
uint8_t debounce_cnt = 0;

last_touch：记录上一次循环采样得到的触摸状态（0 或 1），用于检测状态变化（边沿）。
debounce_cnt：去抖计数器，非零时表示正在去抖等待期间。

这两个变量必须定义在 while(1) 之外，否则每次循环都会重新初始化为 0，失去记忆作用。

4.3.2 触摸处理

touch_process();

必须周期调用，更新内部触摸传感器的状态。具体实现取决于触摸库。

4.3.3 读取当前触摸状态（转换为布尔值）

uint8_t touched = (get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK) ? 1 : 0;

get_sensor_state(0) 返回传感器 0 的状态字，可能包含多个标志位（例如触摸、接近、压力等）。
& KEY_TOUCHED_MASK 只保留触摸标志位，其他位清零。例如 KEY_TOUCHED_MASK 为 0x01。
三元运算符 ? 1 : 0 将结果归一化为 0 或 1（尽管掩码后本身可能就是 0/1，但写得更明确）。

4.3.4 检测状态变化（开始去抖）

if (touched != last_touch) {
    debounce_cnt = 5;
}

如果当前读取的触摸状态与上一次记录的状态不同，说明可能发生了按下或释放动作。
此时不是立即响应，而是设置去抖计数器为 5（数值可根据实际情况调整，通常对应 5~20ms 的延时）。这个计数器将在后续循环中递减。

为什么不等稳定后再判断？
因为物理按键或触摸信号在边沿附近会有几次快速跳变。直接根据 touched != last_touch 翻转 LED 仍然会响应每次毛刺。计数器让系统等待一段时间，看状态是否真正稳定。

4.3.5 去抖计数与动作执行

if (debounce_cnt > 0) {
    debounce_cnt--;
    if (debounce_cnt == 0 && touched == 1) {
        GPIO_PA15_Toggle();
    }
}

只要 debounce_cnt > 0，说明正处于去抖期间。每个循环周期：
- 将计数器减 1。
- 当计数器减到 0 时，表示去抖延时结束，此时再检查 最终稳定状态 touched 是否为 1（即触摸有效）。
- 若稳定后确实是触摸按下，则执行一次 LED 翻转。

关键点：

去抖期间不会执行翻转，避免抖动引起的多次误触发。
只有在去抖结束后且状态为按下，才真正动作。释放动作（touched == 0）通常不触发动作（除非你想让释放也触发，但一般不需要）。
由于 debounce_cnt 只在状态变化时重置为 5，在抖动过程中（状态反复变化）每次变化都会重新重置计数器，因此只有状态保持稳定超过 5 个循环周期后，才会执行动作。这就实现了低通滤波。

4.3.6 更新上次状态

last_touch = touched;

将本次读取的状态保存，供下次循环比较。注意无论是否去抖中，都应更新 last_touch，否则无法检测下一次变化。

4.4 进阶任务程序流程图

4.4.1 PWM_Init()程序流程图

PWM_Init()程序的功能主要是初始化并启动定时器 TCC0 的 PWM 输出，并获取 PWM 的周期值（最大占空比）。

主程序调用 TCC0_PWMInitialize() 和 TCC0_PWMStart() 完成硬件配置与启动。通过 TCC0_PWM24bitPeriodGet() 读取 PWM 周期，存入全局变量 pwm_period，后续所有亮度计算都以该值为基准。该函数仅在程序开始时执行一次。

图：进阶任务PWM_Init()程序流程图

4.4.2 SetPWMDuty(brightness)程序流程图

SetPWMDuty(brightness)程序的功能是根据亮度值换算并输出 PWM 信号，驱动 LED。

由于硬件采用低电平点亮 LED，因此实际占空比 = pwm_period - brightness_val。增加了溢出保护：若计算结果大于 pwm_period，则将占空比限制为 0（即完全熄灭）。最后调用 TCC0_PWM24bitDutySet() 将换算后的占空比写入对应通道（CH1）。

图：进阶任务SetPWMDuty(brightness)程序流程图

4.4.3 UpdateLED()程序流程图

UpdateLED()程序的功能是统一管理LED的亮灭状态，避免直接操作PWM导致逻辑混乱。

对全局标志 led_on进行判断，若为 true，则调用 SetPWMDuty(brightness) 按当前亮度点亮 LED；若为 false，则调用 SetPWMDuty(0) 强制输出熄灭（此时 brightness 值无实际意义）。所有需要改变 LED 显示的地方（如开关灯、调光步进）都通过该函数实现，保证了输出的一致性。

图：进阶任务UpdateLED()程序流程图

4.4.4 进阶任务主程序流程图

主程序在完成触摸和PWM等外设初始化后，进入无限循环。每个循环周期都会读取触摸状态并与上一次状态比较，捕捉上升沿和下降沿。上升沿记录按下的起始计数值，下降沿则根据按住时长区分短按与长按：若按住时间低于阈值则为短按，此时翻转LED的开/关状态——关闭时保存当前亮度，开启时恢复上次记忆亮度，实现了开关不丢亮度的功能。

当按键持续按下且按住时长超过设定的长按阈值时，程序进入长按调光模式。若此时LED处于关闭状态，会先自动点亮并恢复记忆亮度；然后根据当前亮度自动确定调光方向（已达到最亮则转为变暗，否则变亮）。此后每隔固定循环次数，亮度值按照设定步长逐步增减，同时实时更新PWM输出，使LED平滑变化；一旦亮度触及最大值或最小值，方向自动反转，形成“灭→最亮→灭”的循环调光。松开按键后，长按模式退出，亮度停留在当前值。

整个逻辑依靠自由运行的loop_counter实现相对计时，所有亮度输出最终都通过UpdateLED函数统一控制，确保硬件输出与软件状态一致。这样既实现了直观的触摸交互，又避免了复杂的定时器占用。

图：进阶任务主程序流程图

4.5 基础任务关键代码介绍

以下为基础任务主程序完整代码，并对代码进行详细解析。

/*******************************************************************************
  Main Source File

  Company:
    Microchip Technology Inc.

  File Name:
    main.c

  Summary:
    This file contains the "main" function for a project.

  Description:
    This file contains the "main" function for a project.  The
    "main" function calls the "SYS_Initialize" function to initialize the state
    machines of all modules in the system
 *******************************************************************************/

//进阶题目：
//在基础题之上，实现触摸长按调节LED 亮度功能
//功能要求：
//通过 PWM 控制 LED 亮度
//短按：LED 开 / 关
//长按：连续调节亮度，并按照【亮度从“灭 → 最亮”线性变化；当到达最亮后，保持长按可实现“最亮 → 灭”反向变化】的逻辑循环
//亮度变化过程应平滑（无明显闪烁或跳变）

// *****************************************************************************
// Section: Included Files
// *****************************************************************************
#include <stddef.h>                     // Defines NULL
#include <stdbool.h>                    // Defines true
#include <stdlib.h>                     // Defines EXIT_FAILURE
#include "definitions.h"                // SYS function prototypes

/* typedef for non-secure callback functions */
typedef void (*funcptr_void) (void) __attribute__((cmse_nonsecure_call));

// *****************************************************************************
// 用户配置常量（长按调光参数）
// *****************************************************************************
#define LONG_PRESS_CYCLES   20000       // 长按判定循环次数（约500ms，根据实际主循环速度调整）
#define PWM_STEP_CYCLES     500         // 亮度步进间隔循环次数（约10ms）
#define PWM_STEP            5          // 每次步进亮度变化量（0 ~ period）

// *****************************************************************************
// 全局变量
// *****************************************************************************
static uint32_t loop_counter = 0;       // 主循环计数器（代替时间基准）
static bool led_on = false;             // LED 开关状态
static uint32_t pwm_period;             // PWM 周期值（最大占空比）
static uint32_t brightness = 0;         // 当前亮度值（0=灭，period=最亮）
static uint32_t last_brightness = 0;    // 关灯时记忆的亮度

// 长按调光状态
static uint32_t press_start_loop = 0;
static bool long_press_active = false;
static int8_t dim_dir = 1;              // 1=变亮, -1=变暗
static uint32_t next_step_loop = 0;

// *****************************************************************************
// 初始化 PWM
// *****************************************************************************
static void PWM_Init(void)
{
    TCC0_PWMInitialize();
    TCC0_PWMStart();
    pwm_period = TCC0_PWM24bitPeriodGet();
}

// *****************************************************************************
// 实际设置 PWM 输出（根据 LED 极性取反）
// 硬件：低电平点亮，因此实际占空比 = period - brightness
// *****************************************************************************
static void SetPWMDuty(uint32_t brightness_val)
{
    uint32_t duty = pwm_period - brightness_val;
    if (duty > pwm_period) duty = 0;
    TCC0_PWM24bitDutySet(TCC0_CHANNEL1, duty);
}

// *****************************************************************************
// 更新 LED 输出（根据 led_on 和 brightness）
// *****************************************************************************
static void UpdateLED(void)
{
    if (led_on) {
        SetPWMDuty(brightness);
    } else {
        SetPWMDuty(0);      // 关闭时 brightness 无意义，直接输出熄灭
    }
}

// *****************************************************************************
// 主函数
// *****************************************************************************
int main ( void )
{
    uint32_t msp_ns = *((uint32_t *)(TZ_START_NS));
    volatile funcptr_void NonSecure_ResetHandler;

    SYS_Initialize ( NULL );
    SYSTICK_TimerStart();

    // ========== 用户外设初始化 ==========
    touch_init();
    PWM_Init();

    // 初始状态：LED 关闭，记忆中等亮度
    led_on = false;
    brightness = 0;
    last_brightness = pwm_period / 2;
    UpdateLED();                         // 实际输出 pwm_period（熄灭）
    // ==================================

    if (msp_ns != 0xFFFFFFFF)
    {
        __TZ_set_MSP_NS(msp_ns);
        NonSecure_ResetHandler = (funcptr_void)(*((uint32_t *)((TZ_START_NS) + 4U)));
        NonSecure_ResetHandler();
    }

    static uint8_t last_touch = 0;
    while ( true )
    {
        touch_process();
        uint8_t now = (get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK) ? 1 : 0;

        loop_counter++;

        // 按下事件（上升沿）
        if (now == 1 && last_touch == 0) {
            press_start_loop = loop_counter;
        }

        // 释放事件（下降沿）
        if (now == 0 && last_touch == 1) {
            uint32_t duration = loop_counter - press_start_loop;

            if (long_press_active) {
                // 长按结束，退出调光模式
                long_press_active = false;
            }
            else if (duration < LONG_PRESS_CYCLES) {
                // 短按：翻转 LED 开关状态
                if (led_on) {
                    // 关闭：记忆当前亮度，熄灭
                    last_brightness = brightness;
                    led_on = false;
                    UpdateLED();
                } else {
                    // 开启：恢复记忆亮度
                    led_on = true;
                    brightness = (last_brightness == 0) ? (pwm_period / 2) : last_brightness;
                    UpdateLED();
                }
            }
        }

        // 长按检测
        if (now == 1 && !long_press_active) {
            if ((loop_counter - press_start_loop) >= LONG_PRESS_CYCLES) {
                long_press_active = true;

                // 若 LED 当前关闭，先开启并恢复记忆亮度
                if (!led_on) {
                    led_on = true;
                    brightness = (last_brightness == 0) ? (pwm_period / 2) : last_brightness;
                    UpdateLED();
                }

                // 确定调光方向：当前亮度已达最亮则变暗，否则变亮
                dim_dir = (brightness >= pwm_period) ? -1 : 1;
                next_step_loop = loop_counter;
            }
        }

        // 长按调光步进
        if (long_press_active && (loop_counter - next_step_loop) >= PWM_STEP_CYCLES) {
            next_step_loop = loop_counter;
            int32_t new_bright = (int32_t)brightness + dim_dir * PWM_STEP;
            if (new_bright >= (int32_t)pwm_period) {
                new_bright = pwm_period;
                dim_dir = -1;
            } else if (new_bright <= 0) {
                new_bright = 0;
                dim_dir = 1;
            }
            brightness = (uint32_t)new_bright;
            UpdateLED();   // 实时更新 PWM
        }

        last_touch = now;
    }

    return EXIT_FAILURE;
}

4.5.1 头文件包含与 TrustZone 回调定义

#include <stddef.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include "definitions.h"

typedef void (*funcptr_void)(void) __attribute__((cmse_nonsecure_call));

包含标准库和 Harmony 生成的设备相关头文件 definitions.h（其中声明了 TCC0、触摸、SysTick 等外设驱动接口）。
定义非安全区函数指针类型，用于 TrustZone 环境下跳转到非安全区应用程序。

4.5.2 用户配置常量

#define LONG_PRESS_CYCLES   20000
#define PWM_STEP_CYCLES     500
#define PWM_STEP            5

LONG_PRESS_CYCLES：长按判定所需的主循环次数（对应约 500ms，具体取决于主循环执行速度）。
PWM_STEP_CYCLES：亮度步进间隔的循环次数（对应约 10ms）。
PWM_STEP：每次步进时亮度的变化量（占空比改变 5 级，保证调光平滑）。

这些参数不使用硬件定时器，而是利用主循环计数模拟时间基准。

4.5.3 全局变量

static uint32_t loop_counter = 0;
static bool led_on = false;
static uint32_t pwm_period;
static uint32_t brightness = 0;
static uint32_t last_brightness = 0;

static uint32_t press_start_loop = 0;
static bool long_press_active = false;
static int8_t dim_dir = 1;
static uint32_t next_step_loop = 0;

loop_counter：每次主循环递增，提供相对时间参考。
led_on：记录 LED 是否处于开启状态（用于短按开关）。
pwm_period：PWM 周期值（例如 2399），从 TCC0 寄存器读取。
brightness：当前亮度逻辑值（0 = 灭，pwm_period = 最亮）。
last_brightness：关灯时保存的亮度值，用于下次开灯恢复。
press_start_loop：记录按下时刻的 loop_counter 值。
long_press_active：标志是否正在长按调光模式中。
dim_dir：调光方向（1 = 变亮，-1 = 变暗）。
next_step_loop：下一次亮度步进应达到的 loop_counter 值。

4.5.4 PWM 辅助函数

static void PWM_Init(void)
static void SetPWMDuty(uint32_t brightness_val)
static void UpdateLED(void)

PWM_Init：调用 Harmony 生成的 TCC0 初始化函数、启动 PWM，并读取周期值。
SetPWMDuty：由于硬件 LED 低电平点亮，实际输出占空比 = pwm_period - brightness_val，实现逻辑值到硬件输出的转换。
UpdateLED：根据 led_on 标志决定是否输出当前亮度值（开启时调用 SetPWMDuty(brightness)，关闭时调用 SetPWMDuty(0)）。

4.5.5 主函数 – 初始化部分

int main(void)
{
    // TrustZone 相关变量及跳转准备
    SYS_Initialize(NULL);
    SYSTICK_TimerStart();

    touch_init();
    PWM_Init();

    led_on = false;
    brightness = 0;
    last_brightness = pwm_period / 2;
    UpdateLED();

    // TrustZone 非安全区跳转（如果存在）
}

调用 Harmony 系统初始化、启动 SysTick（虽未使用其中断，但保留）。
初始化触摸库和 PWM。
设置初始状态：LED 关闭，记忆亮度为中等值（周期的一半）。
如果芯片支持 TrustZone 且非安全区代码存在，则跳转执行；否则继续执行下面的主循环。

4.5.6 主循环 – 触摸事件处理与调光逻辑

主循环使用 while(1) 无限执行，核心步骤：

获取触摸状态并维护计数器

touch_process();
uint8_t now = (get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK) ? 1 : 0;
loop_counter++;

刷新触摸传感器状态，读取传感器 0 的触摸标志位（KEY_TOUCHED_MASK 应在 definitions.h 中定义）。
每次循环递增 loop_counter，用于模拟时间。

按下/释放事件检测

上升沿（now == 1 && last_touch == 0）：记录按下时刻 press_start_loop。
下降沿（now == 0 && last_touch == 1）：
- 若当前处于长按调光模式（long_press_active == true），则关闭长按标志（结束调光）。
- 否则，如果按下持续时间小于长按阈值，判定为短按：翻转 led_on 状态并执行开关灯（关灯时记忆亮度，开灯时恢复记忆亮度）。

长按激活检测

if (now == 1 && !long_press_active) {
    if ((loop_counter - press_start_loop) >= LONG_PRESS_CYCLES) {
        long_press_active = true;
        // 若 LED 关闭，先点亮并恢复记忆亮度
        // 设置调光方向（当前最亮则变暗，否则变亮）
        // 立即准备第一次步进
    }
}

在按键保持按下且尚未进入长按模式时，检测持续时间是否达到长按阈值。若达到，则激活长按调光模式，确保 LED 点亮，并初始化调光方向。

长按调光步进

if (long_press_active && (loop_counter - next_step_loop) >= PWM_STEP_CYCLES) {
    next_step_loop = loop_counter;
    // 亮度 = 当前亮度 + 方向 × 步长
    // 边界处理：达到周期值或 0 时反转方向
    brightness = new_bright;
    UpdateLED();
}

每隔 PWM_STEP_CYCLES 次循环，改变一次亮度值（增/减 PWM_STEP）。
到达最亮或最暗时自动反向，实现来回扫描。
实时调用 UpdateLED 刷新 PWM 占空比，保证亮度平滑变化。

状态更新

last_touch = now;

保存本次触摸状态，用于下一轮边沿检测。

4.5.7 进阶任务程序总结

初始化：

系统时钟、触摸、PWM，LED 初始关闭。

主循环：

持续读取触摸状态。

检测短按 → 开关 LED（带亮度记忆）。

检测长按 → 进入调光模式，周期性改变亮度，边界自动反向。

松开按键后退出调光模式，亮度保持当前值。

特点：

不依赖硬件中断，使用主循环计数模拟时间（简化实现）。

低电平点亮的 LED 极性在软件中取反处理。

亮度步进间隔短、步进量小，人眼感觉平滑。

代码结构清晰，仅使用几个静态变量，适合资源受限的嵌入式环境。

该程序完整实现了“短按开关 LED（记忆亮度）+ 长按连续调光（来回扫描）”的进阶需求。

五、功能展示图及说明

5.1 基础任务功能展示

基础任务短按触摸LED翻转.gif

图：基础任务短按触摸LED翻转

实现基础任务功能，短按触摸，实现LED翻转亮灭。

5.2 进阶任务功能展示

进阶任务长按触摸LED循环连续调光.gif

图：进阶任务长按触摸LED循环连续调光

实现进阶任务功能，长按触摸，通过PWM连续调节LED亮度，并按照【亮度从“ 最亮→ 灭→ 最亮”线性变化】的逻辑循环。而且LED亮度变化过程平滑，无明显闪烁或跳变。

六、项目中遇到的难题及解决方法

6.1 问题1：触摸信号抖动导致单次按压触发多次动作

问题描述
在基础任务中，短按一次触摸按钮，LED 有时会闪烁多次或状态翻转多次，而不是预期的单次切换。观察发现按钮按下或释放瞬间存在短暂的不稳定电平。

原因分析
触摸传感器（PTC）输出的数字信号在按下和释放的边界处可能存在多次跳变（抖动）。程序直接读取 get_sensor_state() 并在上升沿立即触发动作，抖动会被误判为多次有效触摸。

解决方法
在基础任务中引入软件去抖机制：

记录上一次稳定状态 last_touch。
检测到原始值 raw 与 last_touch 不同时，启动去抖计数器 debounce_cnt（例如设为 5）。
每个主循环计数器减 1，直到计数器归零且当前状态仍为按下，才执行有效的触摸动作。
去抖期间即使状态再次变化，也会重置计数器，从而滤除毛刺。
该方法不增加硬件成本，代码简单，有效保证单次触摸只响应一次。

6.2 问题2：LED 初始状态与程序逻辑相反

问题描述
程序初始化时设置 LED 为关闭状态（led_on = false, 占空比设为 0），但实际硬件上 LED 却是亮的。短按开/关逻辑也出现反向：关闭时 LED 亮，开启时 LED 灭。

原因分析
硬件电路设计为 低电平点亮 LED（LED 阳极接 VCC，阴极接 MCU 引脚）。而程序中直接使用 PWM 占空比值作为亮度控制：占空比越大，引脚高电平时间越长，LED 反而越暗甚至熄灭。因此逻辑上的“关闭”（占空比 0）实际导致引脚恒低，LED 全亮；“开启”（占空比非零）反而使引脚出现高电平，LED 变暗或灭。

解决方法
在软件中增加 极性转换：内部逻辑使用直观的亮度值 brightness（0 = 灭，pwm_period = 最亮），实际输出到 PWM 寄存器前取反：

uint32_t duty = pwm_period - brightness;
TCC0_PWM24bitDutySet(TCC0_CHANNEL1, duty);

同时，初始状态设置 brightness = 0，取反后输出为 pwm_period（引脚低电平），LED 熄灭。

6.3 问题3：短按时 LED 无法关闭，只能在最亮和记忆亮度之间切换

问题描述
短按触摸按钮后，LED 有时在最亮和某个中间亮度之间跳变，但从未真正熄灭。期望行为是：每次短按应切换 LED 的开和关。

原因分析
原始代码中使用了单独的 led_on 标志和 brightness 变量，但在短按处理逻辑中，开灯时强制设置 brightness 为记忆值，关灯时却没有将 brightness 置为 0，且 UpdateLED() 内部判断 led_on 决定是否输出亮度值。当 led_on 为 false 时，实际调用 SetPWMDuty(0) 本应输出 0 占空比，但因极性转换公式导致输出 pwm_period（引脚低电平），LED 反而最亮。同时关灯时没有更新 brightness，导致下次开灯仍沿用之前值。

解决方法
重构 UpdateLED() 函数，使其完全基于 led_on 和 brightness 两个独立变量：

开灯时：调用 SetPWMDuty(brightness)。
关灯时：调用 SetPWMDuty(0)，并且将当前亮度保存到 last_brightness，但 不改变 brightness 的值（保留用于下次开灯恢复）。
同时，确保极性转换公式正确：duty = pwm_period - brightness，当 brightness = 0 时 duty = pwm_period（熄灭），符合低电平点亮逻辑。

6.4 问题4：使用 SysTick 中断导致程序复杂，且与现有框架冲突

问题描述
最初的进阶任务尝试使用 SysTick 中断产生 1ms 时间基准，用于长按计时和调光步进。但在已有 TrustZone 安全框架和 Harmony 自动生成的代码中，SysTick_Handler 可能被多次定义，导致链接错误；同时中断服务函数增加了代码复杂度。

原因分析
Harmony 框架已经占用了 SysTick 用于系统心跳或延时（如 SYSTICK_TimerStart()），用户再添加同名中断处理函数会造成重复定义。此外，中断方式需要管理全局易变变量，增加了程序的不确定性。

解决方法
放弃使用硬件中断，改用 主循环计数 模拟时间基准。在主循环中递增 loop_counter 变量，所有延时和步进判断均基于循环次数的差值。通过实际测试调整 LONG_PRESS_CYCLES 和 PWM_STEP_CYCLES 宏，使得循环次数对应所需的毫秒数。这种方式无需额外中断，与 TrustZone 和 Harmony 完全兼容，且逻辑更简单直观。

6.5 问题5：长按时亮度变化不平滑，出现明显跳变或闪烁

问题描述
长按调光时，LED 亮度变化不是连续的，而是阶梯式跳跃，甚至人眼能感觉到闪烁，体验不佳。

原因分析
亮度步进间隔太长或步进量太大。初始参数中步进间隔约为 50ms，步进量为周期值的 1/20，导致每次变化幅度明显。同时 PWM 频率较低（例如几百赫兹）时也可能产生可见闪烁。

解决方法

将步进间隔缩短至 10ms（PWM_STEP_CYCLES 对应 400 次循环，约 10ms）。
步进量改为 10（占空比分辨率 256 级，周期值 2400 时变化量约 0.4% 每步）。
确保 PWM 定时器频率设置在 20kHz 以上，使人眼无法察觉闪烁。
经过调整，从最暗到最亮约需 2.4 秒，人眼感知为连续平滑的亮度变化，无闪烁或跳变。

6.6 问题6：MPLAB Harmony 配置外设时生成代码不完整或冲突

问题描述
在使用 MPLAB Harmony 配置器（MHC）为 PIC32CM 器件添加 TCC0 PWM 和触摸库时，生成的项目代码中有时会出现函数未定义、重复定义或缺少必要的初始化调用。例如，按照图形界面配置了 TCC0 的 PWM 通道，但生成的 plib_tcc0.c 中没有提供 TCC0_PWM24bitDutySet 函数，导致编译失败。

原因分析

Harmony 的代码生成依赖于正确的组件选择和引脚映射。如果未在 MHC 中明确将 TCC0 的某个通道绑定到具体引脚（如 PA15），生成器可能只提供基础的周期配置函数，而不生成占空比设置函数。
同时启用触摸库（Touch Library）和 TCC0 PWM 时，两者可能都尝试占用同一个定时器资源或中断，导致符号冲突。
Harmony 生成的驱动文件往往需要用户手动调用初始化函数（如 TCC0_PWMInitialize），若遗漏则外设不工作。

解决方法

在 MHC 中仔细检查引脚配置：确保将 TCC0 的 WO[1] 输出明确分配给 PA15，并在“Pin Settings”中验证复用功能正确。
对于缺少的 API，可参考 TCC0 数据手册直接操作寄存器实现（例如使用 TCC0_REGS->TCC_CCBUF[1] = duty），或从 Harmony 的文档中确认正确的函数名（有时是 TCC0_PWM_DutySet）。
避免外设资源冲突：触摸库通常使用 PTC 和内部振荡器，不占用 TCC0，但需确保两个组件的时钟配置一致。
在 main.c 的系统初始化（SYS_Initialize）之后，显式调用 TCC0_PWMInitialize()、TCC0_PWMStart() 以及 touch_init()，确保所有外设被正确启动。
若生成代码仍不完整，可以尝试重新生成项目（选择“Clean and Generate”）或升级 Harmony 框架版本。

七、心得体会

通过本次基于PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch评估套件的嵌入式项目开发，不仅完成了从基础触摸开关到PWM调光进阶任务的完整实践，更在硬件理解、软件设计、调试技巧和项目管理等方面获得了宝贵的经验。

在技术收获方面，深入掌握了PIC32CM系列微控制器的外设使用，特别是TCC0定时器的PWM模式配置和触摸控制器PTC的轮询驱动。通过极性转换、软件去抖和状态机设计，理解了如何将硬件特性（如低电平点亮的LED）与软件逻辑优雅地结合。同时，使用主循环计数器替代硬件中断来模拟时间基准，使得对嵌入式系统的实时性有了更灵活的认识——并非所有场景都需要精确的中断，有时简单的轮询反而更可靠、更易于维护。

开发经验上，深刻体会到阅读芯片数据手册和原理图的重要性。最初LED状态与逻辑相反的问题，正是由于忽略了原理图中的低电平有效连接；而触摸信号抖动则促使我加入了去抖算法。在MPLAB Harmony框架下，外设驱动的生成和集成并非完全自动化，有时需要手动补充缺失的API或调整引脚映射，这提醒我不能过度依赖图形配置工具，应当具备直接操作寄存器的能力。此外，TrustZone安全框架下的非安全区跳转逻辑也让我对Armv8-M的安全扩展有了初步实践。

项目感悟最深的是：一个优秀的嵌入式程序不仅需要功能正确，还要在简洁性和可维护性之间取得平衡。从最初冗长的长按调光代码，到后来重构为状态清晰、变量精简的版本，我明白了“写完代码只是开始，简化代码才是进阶”。同时，软硬件的紧密耦合要求开发者必须站在系统的高度思考问题——比如PWM极性取反不仅解决了显示问题，更统一了亮度逻辑；去抖处理虽小，却显著提升了用户体验。

展望未来，基于本次项目的基础，可以进一步扩展多通道PWM控制实现RGB混色，或者将亮度记忆存入EEPROM实现断电保存。也可以将触摸库与低功耗模式结合，开发电池供电的触摸调光产品。更重要的是，本次积累的状态机设计模式和事件驱动思想，可以迁移到其他单片机平台（如STM32、瑞萨等），让我在面对更复杂的嵌入式项目时更有信心。相信，扎实的外设驱动能力和清晰的项目架构思维，将成为我今后从事物联网、智能家居等领域的坚实基石。

最后，感谢以下组织和个人的支持：

电子森林(eetree.cn)：提供Funpack活动平台，让我有机会学习和实践
得捷电子(Digi-Key)：提供Microchip EV41C56A 开发板赞助
Microchip微芯科技：提供完善的开发板资料和丰富MPLAB示例程序

特别感谢Funpack活动的组织者，为我们提供了这么好的学习机会。

八、附件

8.1 完整代码文件

完整代码文件已打包，包含以下内容：

Funpack5_2/
├── Task_1_Basic/
│   ├── PIC32CM-touch/
│   └── PIC32CM-touch_secure/
├── Task_1_Advanced/
│   └── PIC32CM-touchPWM/
│   └── PIC32CM-touchPWM_secure/
└── ...

8.2 参考资料

PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch 评估工具包
https://www.eetree.cn/EV41C56A/index_v3.html
https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony
https://chat.deepseek.com/

8.3 项目链接

项目展示：https://www.eetree.cn/project/detail/7951
Funpack活动：https://www.eetree.cn/page/activity/funpack-5-2