stm32【RGB_LED_WS2812灯珠】
RGB_LED 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)IC:WS2812
測(cè)試平臺(tái)：stm32f103c8t6
庫(kù)版本：官方標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)3.5.0版本
LED規(guī)格：RGB-5050
內(nèi)置IC：ws2812
驅(qū)動(dòng)方式：歸零碼
相比普通的LED燈珠，內(nèi)置驅(qū)動(dòng)芯片的燈珠在實(shí)用性，整體體積，電路設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)上都有很大的優(yōu)勢(shì)，本文所寫(xiě)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)IC的WS2812的燈珠是比較常見(jiàn)的一種彩色LED燈珠，通過(guò)級(jí)聯(lián)方式連接每顆LED，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用歸零碼輸入彩色數(shù)據(jù)。
萬(wàn)能的某寶有很多這類內(nèi)置驅(qū)動(dòng)的燈珠，購(gòu)買(mǎi)前記得詢問(wèn)是否由數(shù)據(jù)手冊(cè)或者規(guī)格書(shū)等，這對(duì)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)有很大幫助。
注： 文中首次出現(xiàn)的代碼塊會(huì)標(biāo)注[xxx.c]或[xxx.h]，表明該代碼是屬于對(duì)應(yīng)的文件，未標(biāo)注的即為重復(fù)出現(xiàn)的
目錄
- RGB_LED 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)IC:WS2812
- 1、電路設(shè)計(jì)
- 2、程序設(shè)計(jì)
- 2.1 驅(qū)動(dòng)方式
- 2.2 定時(shí)器配置
- 2.3 數(shù)據(jù)處理與發(fā)送
- 2.4 定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)
- 3、總結(jié)
1、電路設(shè)計(jì)
由于是級(jí)聯(lián)方式連接相鄰的燈珠，因此電路很簡(jiǎn)單，
燈珠管腳▼
規(guī)格書(shū)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(shè)計(jì)需求，兩路并聯(lián)在一起，同步控制
PCB圖▼
這是一個(gè)燈板的PCB，注意左右兩邊接口表明的順序，左邊的DI對(duì)應(yīng)右邊的DO，可以通過(guò)左右接口將多個(gè)燈板并聯(lián)起來(lái)控制。
2、程序設(shè)計(jì)
歸零碼通訊是單線通訊，對(duì)時(shí)序要求比較嚴(yán)格，通過(guò)單周期內(nèi)的高低電平持續(xù)時(shí)間來(lái)判斷數(shù)據(jù)bit為0或1
規(guī)格書(shū)描述▼
信息1： 單顆燈珠可接收3Byte(24bit)數(shù)據(jù)
信息2： 單顆燈珠數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)G-R-B，高位先發(fā)
信息3： 碼元周期，上邊兩張圖都是這款燈珠規(guī)格書(shū)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(wǎng)上關(guān)于WS2812教程里出現(xiàn)比較多的典型碼元周期，2us似乎是該燈珠特有的，在實(shí)際的測(cè)試中，兩種周期均可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，因此程序以1.25us進(jìn)行編寫(xiě)
信息4： 0碼和1碼占空比
| 2us | 14% | 45% |
| 1.25us | 25.6% | 51.2% |
2.1 驅(qū)動(dòng)方式
【程序以T = 1.25us為準(zhǔn)】
要想驅(qū)動(dòng)該燈珠，實(shí)際上是要實(shí)現(xiàn)0碼和1碼的發(fā)送時(shí)序，能夠產(chǎn)生這樣的時(shí)序信號(hào)的方式大致有三種：
第一種是使用延時(shí)函數(shù)在特定延時(shí)時(shí)間內(nèi)對(duì)輸出管腳進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作，這種方式非常占用單片機(jī)資源，而且實(shí)現(xiàn)1.25us延時(shí)的準(zhǔn)確度不高
第二種是使用定時(shí)器進(jìn)行PWM輸出，輸出頻率設(shè)置為800kHz即可實(shí)現(xiàn)1.25us周期循環(huán)，通過(guò)改變周期內(nèi)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)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(guò)8分頻可以設(shè)置clk時(shí)鐘線的輸出頻率（主頻72Mhz），然后采用16byte數(shù)據(jù)模擬0碼和1碼，這樣輸出頻率為562.5kHz，理論上也是可以驅(qū)動(dòng)的，本人沒(méi)有實(shí)踐過(guò)，該up主的文章【SPI驅(qū)動(dòng)ws2812】有介紹這種方式，感興趣的可以嘗試下。
第二種使用定時(shí)器的方式，精度高，只有在更新中斷服務(wù)程序才占用系統(tǒng)資源，是比較理想的驅(qū)動(dòng)方式，考慮到STM32單片機(jī)的定時(shí)器較多，硬件SPI有限（其他拓展功能有可能會(huì)使用到SPI），因此最終方案選擇使用定時(shí)器產(chǎn)生PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)燈珠
2.2 定時(shí)器配置
避開(kāi)有特殊外設(shè)功能的IO口，這里選擇PB0管腳進(jìn)行PWM輸出，其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器是TIM3，輸出通道是CH3
IO口配置為復(fù)用推挽輸出，啟動(dòng)復(fù)用時(shí)鐘▼
TIM3基礎(chǔ)以及PWM模式配置▼
[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief TIM基礎(chǔ)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(kāi)始算的，預(yù)分頻為0，即不分頻，頻率為72MHz，周期為72MHz / 90 = 800kHz
使能定時(shí)器更新中斷，這樣可以在中斷服務(wù)函數(shù)里更改占空比
配置完成先不使能TIM3，等需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再使能定時(shí)器
NVIC配置，這個(gè)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(shí)器配置完成
2.3 數(shù)據(jù)處理與發(fā)送
一顆燈珠接收3byte(24bit)數(shù)據(jù)，當(dāng)接收完3byte(24bit)數(shù)據(jù)后，自動(dòng)整型轉(zhuǎn)發(fā)接下來(lái)的數(shù)據(jù)，高位先發(fā)
采用PWM來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序，一個(gè)周期代表1bit，這1bit代表0或者1則是由周期內(nèi)的高電平占空比來(lái)決定
在定時(shí)器配置中，周期設(shè)置TIM_ARR = 90
那么0碼占空比設(shè)置為20（22%），1碼占空比設(shè)置為50（55%）即可
實(shí)際測(cè)試0碼小于30，1碼大于35都是可以驅(qū)動(dòng)的
首先點(diǎn)亮一個(gè)燈珠，使其發(fā)出綠光，按數(shù)據(jù)格式G-R-B，需要發(fā)送3byte數(shù)據(jù)【0xFF0000】，總共24bit的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)24bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成占空比數(shù)組，然后在中斷服務(wù)函數(shù)里更新TIM_CCR的值
數(shù)據(jù)處理和發(fā)送函數(shù)▼
[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(fā)送數(shù)據(jù)* @param *buff 緩存基地址* @retval len 發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)體ws2812.data_cnt = len*8;ws2812.send_cnt = 0;ws2812.flag = 0;//使能TIM，開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN; }【DATA_BUF[DATA_SIZE]】數(shù)組是一個(gè)足夠大的數(shù)組，最終的TIM_CCR值緩存數(shù)組
直接看發(fā)送函數(shù)有點(diǎn)難解釋，先看這個(gè)函數(shù)是如何調(diào)用的▼
[ws2812.c] u8 data[3]; /********************************************************************************* @brief 打開(kāi)文件并讀取文件基礎(chǔ)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(gè)u8類型的數(shù)組【data[3]】存儲(chǔ)綠燈數(shù)據(jù)【0xFF0000】
然后把數(shù)組地址和數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)【3】傳遞到發(fā)送函數(shù)【DATA_Send】
回到【DATA_Send】函數(shù)，for(i = 0; i < 8; i++)循環(huán)將1byte數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8byte數(shù)據(jù)，是占空比的值，存儲(chǔ)在【DATA_BUF[ ]】數(shù)組里邊，那么經(jīng)過(guò)三次循環(huán)，將【data[3]】分解成【DATA_BUF[24]】個(gè)數(shù)據(jù)
此時(shí)【DATA_BUF[24]】各值為
| 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
轉(zhuǎn)換完數(shù)據(jù)后先初始化一個(gè)結(jié)構(gòu)體，然后啟動(dòng)定時(shí)器TIM3
結(jié)構(gòu)體定義▼
2.4 定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)
在數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)最后的操作是啟動(dòng)定時(shí)器TIM3，具體的占空比更改是在中斷服務(wù)程序里實(shí)現(xiàn)的▼
[ws2812.c] /********************************************************************************* @brief TIM中斷服務(wù)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(dāng)發(fā)送完所需數(shù)據(jù)之后關(guān)閉TIMTIM3->CR1 &= ~((uint16_t)TIM_CR1_CEN); //關(guān)閉TIM} }定時(shí)器每產(chǎn)生一次中斷，可以理解為發(fā)送了1byte數(shù)據(jù)，因此在中斷函數(shù)里更新下一個(gè)TIM_CCR值，當(dāng)發(fā)送完24byte數(shù)據(jù)后，就關(guān)閉定時(shí)器TIM3，
3、總結(jié)
在主函數(shù)里調(diào)用TIM配置函數(shù)后，直接調(diào)用測(cè)試函數(shù)【void test(void)】即可驅(qū)動(dòng)一顆燈珠發(fā)綠光▼
（由于左右兩路是并聯(lián)的，因此兩個(gè)燈珠同步點(diǎn)亮）
改下函數(shù)即可控制其他燈珠▼
RGB效果（拍照色差比較嚴(yán)重）▼
內(nèi)置ws2812的彩色LED燈珠的驅(qū)動(dòng)就這么些，具體怎么使用還得看應(yīng)用場(chǎng)景
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的stm32【RGB_LED_WS2812灯珠】的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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