概述

本文介紹了如何使用STM32微控制器，結(jié)合STM32CubeMX配置工具和SPI通訊接口，來驅(qū)動(dòng)和控制WS2812 LED燈帶。這是一個(gè)集硬件連接、軟件配置和編程開發(fā)于一體的綜合性項(xiàng)目，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈帶顏色和亮度的精確控制。

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視頻教學(xué)

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樣品申請(qǐng)

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源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/88489586

芯片級(jí)聯(lián)方法

芯片在上電復(fù)位以后，接收DIN端打來的數(shù)據(jù)，接收夠24bit后，DO端口開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，供下一個(gè)芯片提供輸入數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)發(fā)之前，DO口一直拉低。此時(shí)燈珠將不接收新的數(shù)據(jù)，內(nèi)置RGB芯片根據(jù)接收到的24bit數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的不同占空比信號(hào)，展現(xiàn)不同亮度。如果DIN端輸入信號(hào)為RESET信號(hào)，芯片將接收到的數(shù)據(jù)送顯示，芯片將在該信號(hào)結(jié)束后重新接收新的數(shù)據(jù)，在接收完開始的24bit數(shù)據(jù)后，通過DO口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，燈珠在沒有接收到RESET碼前，RGB亮度保持不變，當(dāng)接收到80us以上低電平RESET碼后，燈珠內(nèi)部RGB芯片將根據(jù)剛才接收到的24bit數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的不同占空比信號(hào)，展現(xiàn)不同亮度。

數(shù)據(jù)傳輸

24bit數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

時(shí)序

時(shí)序波形圖如下所示。

SPI配置

將SPI的配置速度設(shè)為6M，數(shù)據(jù)寬度設(shè)為8位。
CPHA配置為第二邊沿采樣；在第一個(gè)跳變沿時(shí)，MOSI在空閑狀態(tài)保持高電平，而在第二個(gè)跳變沿，它會(huì)保持上一次傳輸?shù)淖罱K電平。由于發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一位總是低電平，這樣配置可以避免WS2812誤判。CPOL設(shè)置為高，確保SCK在空閑時(shí)保持高電平狀態(tài)。

系統(tǒng)采用單總線協(xié)議，通過總線上高低電平的時(shí)長(zhǎng)來區(qū)分邏輯0和1。WS2811工作在800kHz頻率下，將SPI設(shè)置為6.4MHz—即其工作頻率的8倍—可以確保每個(gè)字節(jié)（8位）正好對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯位。在這種設(shè)置下，‘11111000’（0xF8）代表邏輯1，‘11000000’（0xC0）代表邏輯0。

邏輯0下發(fā)送的數(shù)據(jù)為11000000’（0xC0）。
邏輯0下高電平位320ns。

邏輯0下低電平位1.01us。

邏輯1下發(fā)送的數(shù)據(jù)為‘11111000’（0xF8）。
邏輯1下高電平位830ns。

邏輯1下低電平位500ns。

這種精確的時(shí)序配置和電平控制對(duì)于確保WS2812燈帶的正確驅(qū)動(dòng)至關(guān)重要，可以通過上述配置來優(yōu)化SPI接口的性能，確保與WS2812的高效通信。

CPHA配置

CPHA配置為第二邊沿采樣下數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束如下所示。

CPHA配置為第二邊沿采樣下數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束如下所示。

由于RESET Code為低電平，且要大于80us，所以數(shù)據(jù)傳輸完畢必須為低電平。

代碼

在main.c中添加頭文件。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ws2812.h"
#include < string.h >
/* USER CODE END Includes */

在main.c中添加函數(shù)申明和移位操作。

/* USER CODE BEGIN 0 */
extern tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT];

void move_Front()
{
	uint8_t i;
	uint8_t temp[3];
	temp[0] = gWs2812bDat[0].R;
	temp[1] = gWs2812bDat[0].G;
	temp[2] = gWs2812bDat[0].B;	
	for (i = 0; i < WS2812B_AMOUNT-1; i++)
	{
		gWs2812bDat[i].R = gWs2812bDat[i+1].R;
		gWs2812bDat[i].G = gWs2812bDat[i+1].G;
		gWs2812bDat[i].B = gWs2812bDat[i+1].B;
	}
		gWs2812bDat[7].R = temp[0];
		gWs2812bDat[7].G = temp[1];
		gWs2812bDat[7].B = temp[2];
}


/* USER CODE END 0 */

添加初始化顯示。

/* USER CODE BEGIN 2 */
	WS2812B_Task();
	HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 2 */

添加流水燈。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	WS2812B_Task();	
	move_Front();
	HAL_Delay(100);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

ws2812.c

#include "ws2812.h"
#include "spi.h"

//燈條顯存SPI數(shù)據(jù)緩存
uint8_t gWs2812bDat_SPI[WS2812B_AMOUNT * 24] = {0};	
//燈條顯存
tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT] = {

//R    G      B
0XFF, 0X00, 0X00,	//0
0X00, 0XFF, 0X00,	//1
0X00, 0X00, 0XFF,	//2
0X00, 0XFF, 0XFF,	//3
0XFF, 0X00, 0XFF,	//4
0XFF, 0XFF, 0X00,	//5
0XFF, 0XFF, 0XFF,	//6
0X00, 0X00, 0X00,	//7
};
		
void WS2812b_Set(uint16_t Ws2b812b_NUM, uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b)
{
	uint8_t *pR = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24 + 8];
	uint8_t *pG = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24];
	uint8_t *pB = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24 + 16];
	
	for(uint8_t i = 0; i <  8; i++) {
		if(g & 0x80) {
			*pG = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pG = CODE_0;
		}           
		if(r & 0x80) {           
			*pR = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pR = CODE_0;
		}           
		if(b & 0x80) {           
			*pB = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pB = CODE_0;
		}
		r < <= 1;
		g < <= 1;
		b < <= 1;
		pR++;
		pG++;
		pB++;
	}
}
void WS2812B_Task(void)
{
	uint8_t dat = 0;
	
	//將gWs2812bDat數(shù)據(jù)解析成SPI數(shù)據(jù)
	for(uint8_t iLED = 0; iLED < WS2812B_AMOUNT; iLED++)
	{
		WS2812b_Set(iLED, gWs2812bDat[iLED].R, gWs2812bDat[iLED].G, gWs2812bDat[iLED].B);
	}
	//總線輸出數(shù)據(jù)
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, gWs2812bDat_SPI, sizeof(gWs2812bDat_SPI),0XFFFF);
	//使總線輸出低電平
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &dat, 1,0XFFFF);
	//幀信號(hào)：一個(gè)大于50us的低電平
	HAL_Delay(1);	
}

ws2812.h

#ifndef __WS2812_H__
#define __WS2812_H__

#include < stdint.h >

//            編碼 0 : 11000000
#define CODE_0		0xC0
//            編碼 1 : 11111000
#define CODE_1		0xF8
/*ws2812b燈珠數(shù)量*/
#define WS2812B_AMOUNT		8

typedef struct
{
	uint8_t R;
	uint8_t G;
	uint8_t B;
} tWs2812bCache_TypeDef;

extern tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT];

void WS2812b_Set(uint16_t Ws2b812b_NUM, uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b);
void WS2812B_Task(void);

#endif