實現目標
- 每隔一秒，點亮模塊上的一個LED
- 點亮模塊上的所有LED
所需工具及環境
- Keil 5
- STM32F103RET6核心板（本平臺自制專用核心板，隨便找一個開發板亦可）
- 8位 圓形 WS2812B LED模塊
本文源碼
簡介
電壓：DC4~7V
多位（幾個LED就是幾位）通過引腳級聯接一個到另一個的輸出引腳，通過這種級聯的方式，只需要使用一個IO口（單片機引腳）就能控制盡可能多的LED，每個LED都集成了一顆驅動芯片在里面，讓我們的LED變得智能和尋址，每一個內部都有恒流驅動，所以LED顏色非常一致，即使電壓有小幅抖動，電壓變化也是一樣的。
不需要外部電阻——限流電阻使LED燈的布局設計變得簡單。
單線通信，能夠最大限度的減少單片機IO口的壓力，另外這款RGB燈使用了WS2812B驅動芯片，讓外圍電路只需要一顆電容就能夠滿足電路需求，從而最大可能的讓電路變得簡單優美。
特點
- 智能反接保護，電源反接不會損壞IC；
- IC控制電路與LED點光源公用一個電源；
- 控制電路與RGB芯片集成在一個5050封裝的元器件中，構成一個外控像素點；
- 內置信號整形電路，任何一個像素點收到信號后經過波形整形再輸出，保證線路波形畸變不會累加；
- 內置上電復位和掉電復位電路；
- 每個像素點的三基色顏色可實現256級亮度顯示，完成16777216種顏色的全真色彩顯示，掃描頻率不低于400Hz；
- 串行級聯接口，能通過一根信號線完成數據的接收與解碼；
- 任意兩點傳輸距離在不超過5米時，無需增加額外電路；
- 當刷新速率30幀/秒時，級聯數不小于1024點；
- 數據發送速度可達800Kbps；
- 光的顏色高度一致，性價比高。
注意： 800Kbps，相當于1.25us傳輸一比特數據。
引腳圖
引腳功能描述：
典型電路
除了燈珠以外只需要額外增加一個0.1uF的電容即可。
硬件連接
驅動原理
數據協議采用單線歸零碼的通訊方式，像素點在上電復位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數據，首先送過來的24bit數據被第一個像素點提取后，送到像素點內部的數據鎖存器，剩余的數據經過內部整形處理電路整形放大后通過DOUT端口開始轉發輸出給下一個級聯的像素點，每經過一個像素點的傳輸，信號減少24bit。
像素點采用自動整形轉發技術，使得該像素點的級聯個數不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。
因為數據被內部鎖存，所以只要不改變顏色值（模塊持續供電），顏色是不會發生改變的，設置顏色的脈沖也不需要持續提供（單片機發生復位也無影響），只需要在修改顏色值的時候，發送一遍即可。
0和1的區分
Treset：復位時間
由上圖可知，我們要發送 ‘0’ ，需要將GPIO引腳置高并持續0.4 us（400 ns），然后GPIO置低并持續0.85 us（850 ns），此過程即完成0 code的發送，具體代碼實現如下：
void send_0(void)
{
IN_H;
Wait400ns;
IN_L;
Wait850ns;
}我們要發送 ‘1’ ，需要將GPIO引腳置高并持續0.85 us（850 ns），然后GPIO置低并持續0.4 us（400 ns），此過程即完成1 code的發送，具體代碼實現如下：
void send_1(void)
{
IN_H;
Wait850ns;
IN_L;
Wait400ns;
}所以本程序的難點即是求取400 ns 和 850 ns 相對精確的延時時間。
延時函數的實現
單片機里的延時函數一般通過執行一些無意義的循環進行延時，比如定義如下函數：
void delay（unsigned char i）
{
while（--i）;
}我們這里需要的延時周期很小，才1.25us，因為函數的調用，需要入棧和出棧，所以如果使用上面的延時函數的方式的話，那么一進一出就接近幾百ns的時間就沒了，所以為了精確控制，我們這里延時函數的定義如下：
#define Wait10nop {__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();}
#define Wait250ns {__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();}
#define Wait400ns {Wait250ns;Wait10nop;} //388
#define Wait850ns {Wait250ns;Wait10nop;Wait10nop;Wait10nop;Wait10nop;__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();} //860我們在main函數中使用如下方式測試這個延時函數：
while(1)
{
IN_H;
//Wait250ns;
Wait850ns;
IN_L;
//Wait250ns;
Wait850ns;
}然后用示波器觀察與模塊DIN引腳相連的GPIO輸出的脈沖信號，查看其高電平是否與咱們預定義的一致，如果不一致，增加或減少空指令進行調整。
注意一個 __NOP(); 空指令的耗時大約：1000/72 ≈ 14 ns 的時間，自己可以在上面定義的基礎上，根據需要隨意增加或者減少 __NOP(); 空指令的個數。
注意空指令前面是兩個“_”。
經過示波器測量，不斷調整，上面定義的 Wait250ns 宏定義的耗時如下圖所示。
經過示波器測試，上面的 Wait400ns 耗時為 388 ns , Wait850ns 耗時為 860 ns，滿足上面"0"和"1"的時間區間范圍。
24 bit數據的組成
注意： 數據傳輸順序按GRB順序傳輸，并且高位在前。
void ws2812_rgb(u8 ws_num,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b)
{
ws_data[(ws_num-1)*3]=ws_g;
ws_data[(ws_num-1)*3+1]=ws_r;
ws_data[(ws_num-1)*3+2]=ws_b;
}ws_data[] 數組中用于記錄待傳輸的RGB數據，每一個燈珠的顏色占用三個字節，因為數據傳輸順序按GRB的順序傳輸，所以賦值的時候注意先后順序，上面函數是設置某一個燈珠的顏色值。
ws_data[] 數組中顏色值設置完畢之后，就要把這個數組的數據發送到模塊中，具體的實現函數如下：
void ws2812_refresh(u8 ws_count)
{
u8 ws_ri=0;
for(;ws_ri<ws_count*3;ws_ri++)
{
if((ws_data[ws_ri]&0x80)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x40)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x20)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x10)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x08)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x04)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x02)==0) send_0(); else send_1();
if((ws_data[ws_ri]&0x01)==0) send_0(); else send_1();
}
//延時一段時間
ws2812_reset();
}ws_data[] 數組中的每一個字節按位判斷發送，因為高位在前，所以先發送每個字節的高位，獲取最高位的值的方法為：ws_data[ws_ri]&0x80 。
數據傳輸方法
N位的模塊，一次就要發送 N * 3 字節的數據。
注意： D1的數據是通過單片機發送，D2，D3，D4通過像素內重塑放大傳輸。
main函數調用
main函數中，每隔1S，點亮一個LED，當8個LED都點亮一次之后，所有LED點亮一次，然后再開啟下一次循環。
main函數的具體實現如下所示：
int main(void)
{
int times = 0;
//初始化
//延時函數初始化
delay_init();
uart_init(115200); //串口1：Debug,初始化為115200
ws2812_init();
printf("System Init OK ...\r\n");
while(1)
{
times++;
if(times > 8)
times = 0;
switch(times)
{
case 0:
ws2812_rgb(1, WS_RED);
ws2812_rgb(2, WS_GREEN);
ws2812_rgb(3, WS_BLUE);
ws2812_rgb(4, WS_WHITE);
ws2812_rgb(5, WS_PURPLE);
ws2812_rgb(6, WS_YELLOW);
ws2812_rgb(7, WS_BROWN);
ws2812_rgb(8, WS_BLUE);
ws2812_refresh(8);
break;
case 1:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(1, WS_RED);
ws2812_refresh(8);
break;
case 2:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(2, WS_GREEN);
ws2812_refresh(8);
break;
case 3:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(3, WS_BLUE);
ws2812_refresh(8);
break;
case 4:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(4, WS_WHITE);
ws2812_refresh(8);
break;
case 5:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(5, WS_PURPLE);
ws2812_refresh(8);
break;
case 6:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(6, WS_YELLOW);
ws2812_refresh(8);
break;
case 7:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(7, WS_BROWN);
ws2812_refresh(8);
break;
case 8:
memset(ws_data,0,WS_ARRAY_SIZE*sizeof(u8));
ws2812_rgb(8, WS_BLUE);
ws2812_refresh(8);
break;
}
delay_ms(1000);
}
}顏色RGB值查詢
顏色的RGB值和名稱可以參考下面鏈接：
https://code.ziqiangxuetang.com/try/color.py
程序中顏色預定義如下：
#define WS_DARK 0,0,0
#define WS_WHITE 255,255,255
#define WS_RED 255,0,0
#define WS_GREEN 0,255,0
#define WS_BLUE 0,0,255
#define WS_YELLOW 255,255,0
#define WS_PURPLE 255,0,255
#define WS_CYAN 0,255,255
#define WS_BROWN 165,42,42大家可以根據自己的喜歡，隨意替換顏色。
結果展示
