WS2812彩灯
WS2812E是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。
模块来源
采购链接：
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c-s.w4002-24706531953.16.223a6a4bKqBE02&id=558408103026
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1OkCpw8ooDyuw947V0b89Rw
提取码：AB12
规格参数
工作电压：3.7-5.3V
工作电流：16MA
控制方式：单总线
管脚数量：4 Pin（2.54mm间距排针）
查看资料
WS2812的数据协议采用单线归零码的通讯方式，支持串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。每个灯就是一个像素点，每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。
像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整 形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅受限信号传输速度要求。
控制方式
因为使用的是单总线，一根线完成一个灯要显示的24位颜色数据，是通过高低电平的时间长度来确定发送的是什么数据。24位的数据结构见下图。
其中G代表三色中的绿色，R代表三色中的红色，B表示三色中的蓝色。例如想要只显示红色则发送 0X00FF00即可。
控制时序
发送24位颜色数据，是通过高低电平的时间长度来确定发送的是0还是1。
发送一位数据0，需要总线拉高T0H的时间再拉低T0L的时间，WS2812才会自动识别该数据是0。
发送一位数据1，需要总线拉高T1H的时间再拉低T1L的时间，WS2812才会自动识别该数据是1。
关于高低电平时间，1us我们可以通过官方示例开始实现，但是220ns~420ns我们如何准确的计算出来？
这里通过逻辑分析仪，进行采样。
实现代码
c
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Ws2812b_WriteByte
* 函 数 说 明：向WS2812写入单字节数据
* 函 数 形 参：byte写入的字节数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：1码的时序 = 高电平580ns~1us 再低电平220ns~420ns
* 0码的时序 = 高电平220ns~380ns 再低电平580ns~1us
******************************************************************/
void Ws2812b_WriteByte(unsigned char byte)
{
int i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < 8; i++ )
{
if( byte & (0x80 >> i) )//当前位为1
{
RGB_PIN_H();
delay_1us(1);//0.75us
RGB_PIN_L();
for(j = 0; j < 8; j++ );//0.25us
}
else//当前位为0
{
RGB_PIN_H();
for(j = 0; j < 8; j++ );//0.25us
RGB_PIN_L();
delay_1us(1);//0.833us
}
}
}1
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移植过程
引脚选择
移植至工程
我们的目标是将例程移植至ESP32-S3开发板上。已经为大家提供了完整的驱动代码，按照以下步骤，即可完成移植。
具体新建文件夹和新建c和h文件在 【DHT11温湿度传感器】章节中的1.4.2小节中有详细的教学，这里就不再多说了。
只不过这里我们将文件名 bsp_dht11.c 和 bsp_dht11.h 换成 bsp_ws2812.c 和 bsp_ws2812.h，文件夹名字改为WS2812。
代码写入
在文件bsp_ws2812.c中，编写如下代码。
c
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* 2024-01-15 LCKFB-lp first version
*/
#include "bsp_ws2812.h"
#include "stdio.h"
#include "math.h"
unsigned char LedsArray[WS2812_MAX * 3]; //定义颜色数据存储数组
unsigned int ledsCount = WS2812_NUMBERS; //定义实际彩灯默认个数
unsigned int nbLedsBytes = WS2812_NUMBERS*3; //定义实际彩灯颜色数据个数
static void delay_ms(unsigned int ms)
{
vTaskDelay(ms / portTICK_PERIOD_MS);
}
static void delay_us(unsigned int us)
{
ets_delay_us(us);
}
static void delay_1ms(unsigned int ms)
{
vTaskDelay(ms / portTICK_PERIOD_MS);
}
static void delay_1us(unsigned int us)
{
ets_delay_us(us);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_GPIO_Init
* 函 数 说 明：对WS2812引脚初始化
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void WS2812_GPIO_Init(void)
{
gpio_config_t lll_config = {
.pin_bit_mask = (1ULL<<GPIO_DIN), //配置引脚
.mode =GPIO_MODE_OUTPUT, //输出模式
.pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE, //不使能上拉
.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE, //不使能下拉
.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE //不使能引脚中断
};
gpio_config(&lll_config);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：rgb_SetColor
* 函 数 说 明：设置彩灯颜色
* 函 数 形 参：LedId控制的第几个灯 color颜色数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：在这里我将绿和红色进行颠倒，这样比较符合我们日常生活的红绿蓝的顺序
******************************************************************/
void rgb_SetColor(unsigned char LedId, unsigned long color)
{
if( LedId > ledsCount )
{
return; //to avoid overflow
}
LedsArray[LedId * 3] = (color>>8)&0xff;
LedsArray[LedId * 3 + 1] = (color>>16)&0xff;
LedsArray[LedId * 3 + 2] = (color>>0)&0xff;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：rgb_SetRGB
* 函 数 说 明：设置彩灯颜色(三原色设置)
* 函 数 形 参：LedId控制的第几个灯 red红色数据 green绿色数据 blue蓝色数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void rgb_SetRGB(unsigned char LedId, unsigned long red, unsigned long green, unsigned long blue)
{
unsigned long Color=red<<16|green<<8|blue;
rgb_SetColor(LedId,Color);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：rgb_SendArray
* 函 数 说 明：发送彩灯数据
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void rgb_SendArray(void)
{
unsigned int i;
//发送数据
for(i=0; i<nbLedsBytes; i++)
Ws2812b_WriteByte(LedsArray[i]);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：RGB_LED_Reset
* 函 数 说 明：复位ws2812
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：低电平280us以上
******************************************************************/
void RGB_LED_Reset(void)
{
RGB_PIN_L();
delay_1us(281);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Ws2812b_WriteByte
* 函 数 说 明：向WS2812写入单字节数据
* 函 数 形 参：byte写入的字节数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：1码的时序 = 高电平580ns~1us 再低电平220ns~420ns
* 0码的时序 = 高电平220ns~380ns 再低电平580ns~1us
******************************************************************/
void Ws2812b_WriteByte(unsigned char byte)
{
int i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < 8; i++ )
{
if( byte & (0x80 >> i) )//当前位为1
{
RGB_PIN_H();
delay_1us(1);//0.75us
RGB_PIN_L();
for(j = 0; j < 8; j++ );//0.25us
}
else//当前位为0
{
RGB_PIN_H();
for(j = 0; j < 8; j++ );//0.25us
RGB_PIN_L();
delay_1us(1);//0.833us
}
}
}1
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在文件bsp_ws2812.h中，编写如下代码。
c
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*/
#ifndef _BSP_WS2812_H_
#define _BSP_WS2812_H_
#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/uart.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/i2c.h"
#include "sdkconfig.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/queue.h"
#include <inttypes.h>
#include "sdkconfig.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"
#include "rom/ets_sys.h"
#include "esp_system.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/spi_master.h"
#include "driver/spi_common.h"
#include "hal/gpio_types.h"
#include "string.h"
#define GPIO_DIN 1
//用户修改参数区
//#define WS2812_FREQUENCY
#define RGB_PIN_L() gpio_set_level(GPIO_DIN, 0) //控制彩灯引脚（需要配置为强推挽输出）
#define RGB_PIN_H() gpio_set_level(GPIO_DIN, 1) //控制彩灯引脚（需要配置为强推挽输出）
#define WS2812_MAX 4 //彩灯最大个数
#define WS2812_NUMBERS 4 //彩灯个数
#define RED 0xff0000 //红色
#define GREEN 0x00ff00 //绿色
#define BLUE 0x0000ff //蓝色
#define BLACK 0x000000 //熄灭
#define WHITE 0xffffff //白色
//8.3 -8 0.000000083
//4.16 -9 0.00000000416
void Ws2812b_WriteByte(unsigned char byte);//发送一个字节数据（@12.000MHz,理论每个机器周期83ns,测试约为76ns）
void setLedCount(unsigned char count);//设置彩灯数目，范围0-25.
unsigned char getLedCount();//彩灯数目查询函数
void rgb_SetColor(unsigned char LedId, unsigned long color);//设置彩灯颜色
void rgb_SetRGB(unsigned char LedId, unsigned long red, unsigned long green, unsigned long blue);//设置彩灯颜色
void rgb_SendArray();//发送彩灯数据
void WS2812_GPIO_Init(void);
void RGB_LED_Write1(void);
void RGB_LED_Reset(void);
#endif1
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移植验证
在自己工程中的main主函数中，编写如下。
c
/*
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*/
#include <stdio.h>
#include "bsp_ws2812.h"
#include "string.h"
#include "esp_private/esp_task_wdt.h"
#include "esp_private/esp_task_wdt_impl.h"
unsigned int buff[]={RED,GREEN,BLUE,WHITE};
int app_main(void)
{
int i = 0;
esp_task_wdt_deinit();
WS2812_GPIO_Init();
printf("WS2812 Start......\r\n");
while(1)
{
for( i = 0; i < 4; i++ )
{
rgb_SetColor(i,buff[i]);
rgb_SendArray();
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
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