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：
8 位 WS2812 RGB 全彩 LED 模块 5050LED 灯珠内置全彩驱动直板 DIY
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）
移植过程
我们的目标是在天空星 STM32F407 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，再移植至我们的工程。
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。
执行语句 ** for(j = 0; j < 8; j++ ); **时，一共会花费 0.25us，即 250ns，处于 220ns~420ns 范围。
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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引脚选择
移植至工程
移植步骤中的导入.c 和.h 文件与第二章的第 1 小节【DHT11 温湿度传感器】相同，只是将.c 和.h 文件更改为 bsp_ws2812.c 与 bsp_ws2812.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。
在文件 bsp_ws2812.c 中，编写如下代码。
c
/*
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* 2024-03-22 LCKFB-LP first version
*/
#include "bsp_ws2812.h"
#include "board.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
/******************************************************************
* 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_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_DIN, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; // 下拉
GPIO_Init(PORT_DIN, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(PORT_DIN, GPIO_DIN);
}
/******************************************************************
* 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_us(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_us(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_us(1);//0.833us
}
}
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在文件 bsp_ws2812.h 中，编写如下代码。
cpp
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*/
#ifndef _BSP_WS2812_H_
#define _BSP_WS2812_H_
#include "stm32f4xx.h"
#define RCC_DIN RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define PORT_DIN GPIOB
#define GPIO_DIN GPIO_Pin_15
//用户修改参数区
//#define WS2812_FREQUENCY
#define RGB_PIN_L() GPIO_WriteBit(PORT_DIN, GPIO_DIN, Bit_RESET) //控制彩灯引脚（需要配置为强推挽输出）
#define RGB_PIN_H() GPIO_WriteBit(PORT_DIN, GPIO_DIN, Bit_SET) //控制彩灯引脚（需要配置为强推挽输出）
#define WS2812_MAX 8 //彩灯最大个数
#define WS2812_NUMBERS 8 //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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Change Logs:
* Date Author Notes
* 2024-03-22 LCKFB-LP first version
*/
#include "board.h"
#include "bsp_uart.h"
#include <stdio.h>
#include "bsp_ws2812.h"
uint8_t Co = 100;
unsigned int buff[]={RED,GREEN,BLUE,WHITE};
int main(void)
{
int i = 0;
board_init();
uart1_init(115200U);
WS2812_GPIO_Init();
printf("Start--->\r\n");
while(1)
{
for( i = 0; i < 8; i++ )
{
rgb_SetColor(i,buff[i%3]);
rgb_SendArray();
delay_ms(10);
}
delay_ms(3000);
i = 0;
while( Co )
{
rgb_SetColor((i+0)%8,buff[0]);
rgb_SetColor((i+1)%8,buff[1]);
rgb_SetColor((i+2)%8,buff[2]);
rgb_SetColor((i+3)%8,buff[3]);
rgb_SetColor((i+4)%8,BLACK);
rgb_SetColor((i+5)%8,BLACK);
rgb_SetColor((i+6)%8,BLACK);
rgb_SetColor((i+7)%8,BLACK);
rgb_SendArray();
delay_ms(200);
Co--;
i++;
}
Co = 100;
}
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移植现象：三秒前八个灯全亮，后面循环流水灯显示。
代码下载
链接在开发板介绍章节的离线资料下载！！