RGB_LED 內置驅動IC:WS2812

測試平臺：stm32f103c8t6
庫版本：官方標準庫3.5.0版本

LED規格：RGB-5050
內置IC：ws2812
驅動方式：歸零碼

相比普通的LED燈珠，內置驅動芯片的燈珠在實用性，整體體積，電路設計，程序設計上都有很大的優勢，本文所寫內置驅動IC的WS2812的燈珠是比較常見的一種彩色LED燈珠，通過級聯方式連接每顆LED，電路設計簡單，采用歸零碼輸入彩色數據。
萬能的某寶有很多這類內置驅動的燈珠，購買前記得詢問是否由數據手冊或者規格書等，這對電路設計和程序設計有很大幫助。

注： 文中首次出現的代碼塊會標注[xxx.c]或[xxx.h]，表明該代碼是屬于對應的文件，未標注的即為重復出現的

目錄

• RGB_LED 內置驅動IC:WS2812
• • 1、電路設計
  • 2、程序設計
  • • 2.1 驅動方式
    • 2.2 定時器配置
    • 2.3 數據處理與發送
    • 2.4 定時器中斷服務函數
  • 3、總結

1、電路設計

由于是級聯方式連接相鄰的燈珠，因此電路很簡單，
燈珠管腳▼

規格書描述▼

只要將相鄰燈珠的DOUT和DIN連接在一起即可，這里的104電容并不是必須的

電路原理圖▼

LED1~LED10一路
LED11~LED20一路
這里是設計需求，兩路并聯在一起，同步控制

PCB圖▼

這是一個燈板的PCB，注意左右兩邊接口表明的順序，左邊的DI對應右邊的DO，可以通過左右接口將多個燈板并聯起來控制。

2、程序設計

歸零碼通訊是單線通訊，對時序要求比較嚴格，通過單周期內的高低電平持續時間來判斷數據bit為0或1
規格書描述▼

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信息1： 單顆燈珠可接收3Byte(24bit)數據
信息2： 單顆燈珠數據結構G-R-B，高位先發
信息3： 碼元周期，上邊兩張圖都是這款燈珠規格書里的截圖，碼元周期T有兩種描述，分別是2us(500kHz)和1.25us(800kHz)，1.25us是網上關于WS2812教程里出現比較多的典型碼元周期，2us似乎是該燈珠特有的，在實際的測試中，兩種周期均可以實現驅動，因此程序以1.25us進行編寫
信息4： 0碼和1碼占空比

T0碼高電平占比1碼高電平占比

2us	14%	45%
1.25us	25.6%	51.2%

2.1 驅動方式

【程序以T = 1.25us為準】
要想驅動該燈珠，實際上是要實現0碼和1碼的發送時序，能夠產生這樣的時序信號的方式大致有三種：
第一種是使用延時函數在特定延時時間內對輸出管腳進行翻轉操作，這種方式非常占用單片機資源，而且實現1.25us延時的準確度不高

第二種是使用定時器進行PWM輸出，輸出頻率設置為800kHz即可實現1.25us周期循環，通過改變周期內占空比來實現0碼和1碼輸出

第三種是使用SPI，這種方式比較巧妙，使用SPI的clk線和mosi線，通過8分頻可以設置clk時鐘線的輸出頻率（主頻72Mhz），然后采用16byte數據模擬0碼和1碼，這樣輸出頻率為562.5kHz，理論上也是可以驅動的，本人沒有實踐過，該up主的文章【SPI驅動ws2812】有介紹這種方式，感興趣的可以嘗試下。

第二種使用定時器的方式，精度高，只有在更新中斷服務程序才占用系統資源，是比較理想的驅動方式，考慮到STM32單片機的定時器較多，硬件SPI有限（其他拓展功能有可能會使用到SPI），因此最終方案選擇使用定時器產生PWM來驅動燈珠

2.2 定時器配置

避開有特殊外設功能的IO口，這里選擇PB0管腳進行PWM輸出，其對應的定時器是TIM3，輸出通道是CH3
IO口配置為復用推挽輸出，啟動復用時鐘▼

[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief TIM對應的GPIO配置* @param none* @retval none* @retval none*******************************************************************************/ static void TIM_GPIO_Config(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復用推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); }

TIM3基礎以及PWM模式配置▼

[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief TIM基礎配置以及PWM配置* @param none* @retval none* @retval none*******************************************************************************/ static void TIM_PWM_Config(void) {TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);/* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 90-1; // (144 500KHz 2us) (90 800KHz 1.25us)TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);/* PWM1 Mode configuration */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIM_ARR重載，即周期重載TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM_CRR重載，即占空比重載TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update, ENABLE); //使能TIM更新中斷 // TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM}

注意：周期是從0開始算的，預分頻為0，即不分頻，頻率為72MHz，周期為72MHz / 90 = 800kHz
使能定時器更新中斷，這樣可以在中斷服務函數里更改占空比
配置完成先不使能TIM3，等需要發送數據時再使能定時器

NVIC配置，這個隨意▼

[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief 配置嵌套向量中斷控制器NVIC* @param none* @retval none*******************************************************************************/ static void NVIC_TIM3_Config(void) {NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/* Configure one bit for preemption priority */NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);/* 配置TIM3_IRQ中斷為中斷源 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

到此定時器配置完成

2.3 數據處理與發送

一顆燈珠接收3byte(24bit)數據，當接收完3byte(24bit)數據后，自動整型轉發接下來的數據，高位先發
采用PWM來產生驅動時序，一個周期代表1bit，這1bit代表0或者1則是由周期內的高電平占空比來決定

在定時器配置中，周期設置TIM_ARR = 90
那么0碼占空比設置為20（22%），1碼占空比設置為50（55%）即可
實際測試0碼小于30，1碼大于35都是可以驅動的

首先點亮一個燈珠，使其發出綠光，按數據格式G-R-B，需要發送3byte數據【0xFF0000】，總共24bit的數據，數據處理就是根據24bit數據轉換成占空比數組，然后在中斷服務函數里更新TIM_CCR的值

數據處理和發送函數▼

[ws2812.c]#define DATA_SIZE 0x800 //2k #define DATA_BUF_Address 0x20004800 u8 DATA_BUF[DATA_SIZE] __attribute__ ((at(DATA_BUF_Address)));#define DATA_BIT_0 20 //20 #define DATA_BIT_1 50 //75 /********************************************************************************* @brief 發送數據* @param *buff 緩存基地址* @retval len 發送數據量(n byte)* @retval none*******************************************************************************/ void DATA_Send(u8 *buff, u32 len) {u8 i = 0;u32 j = 0;u32 counter = 0;u8 data;for(j = 0; j < len; j++){data = buff[j];//1byte數據分解成8bytefor(i = 0; i < 8; i++){DATA_BUF[counter] = ((data & 0x80) ? DATA_BIT_1 : DATA_BIT_0);data = data << 1;counter++;}}//初始化結構體ws2812.data_cnt = len*8;ws2812.send_cnt = 0;ws2812.flag = 0;//使能TIM，開始發送數據TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN; }

【DATA_BUF[DATA_SIZE]】數組是一個足夠大的數組，最終的TIM_CCR值緩存數組

直接看發送函數有點難解釋，先看這個函數是如何調用的▼

[ws2812.c] u8 data[3]; /********************************************************************************* @brief 打開文件并讀取文件基礎信息* @param name 文件名稱** @retval 1 模式1* @retval 2 模式2*******************************************************************************/ void test(void) {data[0] = 0xff;data[1] = 0x00;data[2] = 0x00;DATA_Send(data,3); }

使用一個u8類型的數組【data[3]】存儲綠燈數據【0xFF0000】
然后把數組地址和數據個數【3】傳遞到發送函數【DATA_Send】

回到【DATA_Send】函數，for(i = 0; i < 8; i++)循環將1byte數據轉換成8byte數據，是占空比的值，存儲在【DATA_BUF[ ]】數組里邊，那么經過三次循環，將【data[3]】分解成【DATA_BUF[24]】個數據
此時【DATA_BUF[24]】各值為

DATA_BUF[0]DATA_BUF[1]DATA_BUF[2]DATA_BUF[3]DATA_BUF[4]DATA_BUF[5]DATA_BUF[6]DATA_BUF[7]

50	50	50	50	50	50	50	50

DATA_BUF[8]DATA_BUF[9]DATA_BUF[10]DATA_BUF[11]DATA_BUF[12]DATA_BUF[13]DATA_BUF[14]DATA_BUF[15]

20	20	20	20	20	20	20	20

DATA_BUF[16]DATA_BUF[17]DATA_BUF[18]DATA_BUF[19]DATA_BUF[20]DATA_BUF[21]DATA_BUF[22]DATA_BUF[23]

20	20	20	20	20	20	20	20

轉換完數據后先初始化一個結構體，然后啟動定時器TIM3
結構體定義▼

[ws2812.h] typedef struct {u32 data_cnt; //需發送的數據個數u32 send_cnt; //已發送的數據個數u8 flag; //發送完成標志 }WS2812_TypeDef;

2.4 定時器中斷服務函數

在數據發送函數最后的操作是啟動定時器TIM3，具體的占空比更改是在中斷服務程序里實現的▼

[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief TIM中斷服務程序* @param none* @retval none*******************************************************************************/ void TIM3_IRQHandler(void) {TIM3->SR = (uint16_t)~TIM_IT_Update; //清除中斷TIM3->CCR3 = DATA_BUF[ws2812.send_cnt]; //更新占空比ws2812.send_cnt++;if(ws2812.send_cnt > ws2812.data_cnt){ //當發送完所需數據之后關閉TIMTIM3->CR1 &= ~((uint16_t)TIM_CR1_CEN); //關閉TIM} }

定時器每產生一次中斷，可以理解為發送了1byte數據，因此在中斷函數里更新下一個TIM_CCR值，當發送完24byte數據后，就關閉定時器TIM3，

3、總結

在主函數里調用TIM配置函數后，直接調用測試函數【void test(void)】即可驅動一顆燈珠發綠光▼

（由于左右兩路是并聯的，因此兩個燈珠同步點亮）
改下函數即可控制其他燈珠▼

void test(void) {data[0] = 0x0f;data[1] = 0x00;data[2] = 0x00;data[3] = 0x00;data[4] = 0x0f;data[5] = 0x00;data[6] = 0x00;data[7] = 0x00;data[8] = 0x0f;DATA_Send(data,9);}

RGB效果（拍照色差比較嚴重）▼

內置ws2812的彩色LED燈珠的驅動就這么些，具體怎么使用還得看應用場景

總結

以上是生活随笔為你收集整理的stm32【RGB_LED_WS2812灯珠】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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