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。
一、模块来源
二、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）
以上信息见厂家资料文件
三、移植过程
我们的目标是将例程移植至开发板上【能够实现设置彩灯颜色的功能】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。
1、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
WS2812的控制时序是如此的短暂，有各种各样的干扰稍不注意时序就会乱掉，我们应该用什么样的硬件去帮我们实现控制呢？
我们接下来使用SPI的硬件进行时序控制，我们只需要使用MOSI这个引脚即可。
2、引脚选择
| GND | GND |
| DIN | PA9(SPI-MOSI) |
| VCC | 5V0 |
| GND | GND |
3、代码编写
新建两个文件 bsp_ws2812.c 和 bsp_ws2812.h，并且将头文件路径添加到编译器中。
在文件 bsp_ws2812.c 和 bsp_ws2812.h 中，编写如下代码。
c
/*
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*/
#ifndef BSP_CODE_BSP_WS2812_H_
#define BSP_CODE_BSP_WS2812_H_
#include "gd32vw55x.h"
#include "systick.h"
#ifndef u8
#define u8 uint8_t
#endif
#ifndef u16
#define u16 uint16_t
#endif
#ifndef u32
#define u32 uint32_t
#endif
#ifndef delay_ms
#define delay_ms(x) delay_1ms(x)
#endif
#ifndef delay_us
#define delay_us(x) delay_1us(x)
#endif
/* * * * * * * WS2812颜色和数量定义 * * * * * */
#define WS2812_MAX 8 // 彩灯最大个数
#define WS2812_NUMBERS 8 // 彩灯个数
#define WS2812_RED 0xff0000 // 红色
#define WS2812_GREEN 0x00ff00 // 绿色
#define WS2812_BLUE 0x0000ff // 蓝色
#define WS2812_BLACK 0x000000 // 熄灭
#define WS2812_WHITE 0xffffff // 白色
/* * * * * * * 引脚和SPI定义 * * * * * */
#define Module_RCU_Enable() \
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); \
rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI);
#define WS2812_MOSI_GPIO_PORT GPIOA
#define WS2812_MOSI_GPIO_PIN GPIO_PIN_9
#define WS2812_MOSI_GPIO_AF GPIO_AF_0
void WS2812_Init(void);// 初始化
int WS2812_RESET(void);
int WS2812_Set_Color(uint8_t LED_NUM, uint64_t Color); // 设置彩灯颜色
int WS2812_Send_Array(void); // 发送彩灯数据
#endif /* BSP_CODE_BSP_WS2812_H_ */c
/*
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*/
#include "bsp_ws2812.h"
#define WS2812_0_CODE 0xC0 // 0码
#define WS2812_1_CODE 0xFC // 1码
#define WS2812_RESET_CODE 0x00 // 复位码
static uint8_t LedsArray[WS2812_MAX * 3]; // 定义颜色数据存储数组
static uint32_t ledsCount = WS2812_NUMBERS; // 定义实际彩灯默认个数
static uint32_t nbLedsBytes = WS2812_NUMBERS*3; // 定义实际彩灯颜色数据个数
static uint8_t spi_read_write_byte(uint8_t dat)
{
uint8_t data = 0;
//等待发送缓冲区为空
while(RESET == spi_flag_get(SPI_FLAG_TBE) );
//通过SPI发送一个字节数据
spi_data_transmit(dat);
//等待接收缓冲区不空标志
while(RESET == spi_flag_get(SPI_FLAG_RBNE) );
data = spi_data_receive();
return data;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_WriteData
* 函 数 说 明：向WS2812写入len长度的字节
* 函 数 形 参：send_buff数据地址 len字节长度
* 函 数 返 回：0成功 -1失败
* 作 者：LCKFB
* 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
******************************************************************/
static int WS2812_WriteData(uint8_t *send_buff, uint32_t len)
{
int i, bit;
// 熄灭信号
spi_read_write_byte(0x00);
for (i = 0; i < len; i++)
{
for (bit = 0; bit < 8; bit++)
{
if (send_buff[i] & (0x80 >> bit)) // 当前位为1
{
//发送1码
spi_read_write_byte(WS2812_1_CODE);
}
else // 当前位为0
{
//发送0码
spi_read_write_byte(WS2812_0_CODE);
}
}
}
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_RESET
* 函 数 说 明：复位ws2812
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：0成功 -1失败
* 作 者：LCKFB
* 备 注：低电平280us以上
******************************************************************/
int WS2812_RESET(void)
{
int i;
for(i = 0; i < 20; i++)
{
//发送复位码
spi_read_write_byte(WS2812_RESET_CODE);
}
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_Set_Color
* 函 数 说 明：设置彩灯颜色
* 函 数 形 参：LED_NUM控制的第几个灯 Color颜色数据
* 函 数 返 回：0成功 -1失败
* 作 者：LCKFB
* 备 注：
******************************************************************/
int WS2812_Set_Color(uint8_t LED_NUM, uint64_t Color)
{
if( LED_NUM >= ledsCount )
{
return -1; //to avoid overflow
}
LedsArray[LED_NUM * 3] = 0;
LedsArray[LED_NUM * 3 + 1] = 0;
LedsArray[LED_NUM * 3 + 2] = 0;
LedsArray[LED_NUM * 3] = (Color>>8) & 0xff;
LedsArray[LED_NUM * 3 + 1] = (Color>>16) & 0xff;
LedsArray[LED_NUM * 3 + 2] = (Color>>0) & 0xff;
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_Send_Array
* 函 数 说 明：发送彩灯数据
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：0成功 -1失败
* 作 者：LCKFB
* 备 注：
******************************************************************/
int WS2812_Send_Array(void)
{
WS2812_RESET();
delay_ms(10);
int ret = WS2812_WriteData(LedsArray, nbLedsBytes);
if(ret != 0)
{
return -1;
}
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：WS2812_Init
* 函 数 说 明：初始化WS2812
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LCKFB
* 备 注：
******************************************************************/
void WS2812_Init(void)
{
//使能时钟
Module_RCU_Enable();
//引脚复用
gpio_af_set(WS2812_MOSI_GPIO_PORT, WS2812_MOSI_GPIO_AF, WS2812_MOSI_GPIO_PIN);
//引脚模式
gpio_mode_set(WS2812_MOSI_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, WS2812_MOSI_GPIO_PIN);
//输出模式
gpio_output_options_set(WS2812_MOSI_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, WS2812_MOSI_GPIO_PIN);
//SPI参数定义结构体
spi_parameter_struct spi_init_struct;
/* 配置 SPI 参数 */
spi_init_struct.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX; // 传输模式全双工
spi_init_struct.device_mode = SPI_MASTER; // 配置为主机
spi_init_struct.frame_size = SPI_FRAMESIZE_8BIT; // 8位数据
spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_HIGH_PH_2EDGE;
spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT; // 软件cs
spi_init_struct.prescale = SPI_PSC_16;//16分频,频率=160MHz/16=10MHz
spi_init_struct.endian = SPI_ENDIAN_MSB;//高位在前
//将参数填入SPI
spi_init(&spi_init_struct);
/* 使能 SPI */
spi_enable();
}四、移植验证
在 src\main.c 中输入代码如下:
c
#include "gd32vw55x.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "gd32vw553h_eval.h"
#include "bsp_ws2812.h"
/*!
\brief toggle the led every 500ms
\param[in] none
\param[out] none
\retval none
*/
void led_spark(void)
{
static __IO uint32_t timingdelaylocal = 0U;
if(timingdelaylocal) {
if(timingdelaylocal < 500U) {
gd_eval_led_on(LED1);
} else {
gd_eval_led_off(LED1);
}
timingdelaylocal--;
} else {
timingdelaylocal = 1000U;
}
}
/*!
\brief main function
\param[in] none
\param[out] none
\retval none
*/
int main(void)
{
#ifdef __FIRMWARE_VERSION_DEFINE
uint32_t fw_ver = 0;
#endif /* __FIRMWARE_VERSION_DEFINE */
/* configure systick */
systick_config();
eclic_priority_group_set(ECLIC_PRIGROUP_LEVEL3_PRIO1);
/* initilize the LEDs, USART and key */
gd_eval_led_init(LED1);
gd_eval_com_init(EVAL_COM0);
gd_eval_key_init(KEY_TAMPER_WAKEUP, KEY_MODE_GPIO);
#ifdef __FIRMWARE_VERSION_DEFINE
fw_ver = gd32vw55x_firmware_version_get();
printf("\r\n= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =\r\n\n");
printf("\r\n=== Welcome to use the LC-GD32VW553-HMQ6 development board ====\r\n\n");
printf("\r\n======================= www.lckfb.com =========================\r\n\n");
printf("\r\n======================= wiki.lckfb.com ========================\r\n\n");
printf("\r\n= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =\r\n");
/* print firmware version */
printf("\r\nGD32VW55X series firmware version: V%d.%d.%d", (uint8_t)(fw_ver >> 24), (uint8_t)(fw_ver >> 16), (uint8_t)(fw_ver >> 8));
#endif /* __FIRMWARE_VERSION_DEFINE */
/* print out the clock frequency of system, AHB, APB1 and APB2 */
printf("\r\nCK_SYS is %d\r\n", rcu_clock_freq_get(CK_SYS));
printf("\r\nCK_AHB is %d\r\n", rcu_clock_freq_get(CK_AHB));
printf("\r\nCK_APB1 is %d\r\n", rcu_clock_freq_get(CK_APB1));
printf("\r\nCK_APB2 is %d\r\n", rcu_clock_freq_get(CK_APB2));
/* initialize WS2812 */
WS2812_Init();
printf("\r\nWS2812 initialized successfully!\r\n");
int i;
int while_count = 1;
uint32_t buff[4] = {WS2812_RED, WS2812_GREEN, WS2812_BLUE, WS2812_WHITE};
for (i = 0; i < 4; i++)
{
WS2812_Set_Color(0, buff[i]);
WS2812_Set_Color(1, buff[i]);
WS2812_Set_Color(2, buff[i]);
WS2812_Set_Color(3, buff[i]);
WS2812_Set_Color(4, buff[i]);
WS2812_Set_Color(5, buff[i]);
WS2812_Set_Color(6, buff[i]);
WS2812_Set_Color(7, buff[i]);
WS2812_Send_Array(); // 立即发送更新
delay_1ms(1000);
}
delay_1ms(1000);
i = 0;
while(1)
{
WS2812_Set_Color((i + 0) % 8, buff[0]);
WS2812_Set_Color((i + 1) % 8, buff[1]);
WS2812_Set_Color((i + 2) % 8, buff[2]);
WS2812_Set_Color((i + 3) % 8, buff[3]);
WS2812_Send_Array(); // 发送更新
// 清除其他LED
WS2812_Set_Color((i + 4) % 8, WS2812_BLACK);
WS2812_Set_Color((i + 5) % 8, WS2812_BLACK);
WS2812_Set_Color((i + 6) % 8, WS2812_BLACK);
WS2812_Set_Color((i + 7) % 8, WS2812_BLACK);
WS2812_Send_Array(); // 发送更新
i++;
while_count++;
delay_1ms(100);
// 清除
if(while_count >= 100)
{
while_count = 1;
i = 0;
}
}
}编译烧录。
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