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簡(jiǎn)介

多位(幾個(gè)LED就是幾位)通過(guò)引腳級(jí)聯(lián)，接一個(gè)LED的DOUT引腳到另一個(gè)LED的DIN引腳，通過(guò)這種級(jí)聯(lián)的方式，只需要使用一個(gè)IO口(單片機(jī)引腳)就能控制盡可能多的LED。

每個(gè)LED都集成了一顆驅(qū)動(dòng)芯片在里面，讓我們的LED變得智能和尋址，每一個(gè)內(nèi)部都有恒流驅(qū)動(dòng)，所以LED顏色非常一致，即使電壓有小幅抖動(dòng)，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(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。

單線通信，能夠最大限度的減少單片機(jī)IO口的壓力，另外這款RGB燈使用了WS2812B驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單優(yōu)美。

特點(diǎn)

1. 智能反接保護(hù)，電源反接不會(huì)損壞IC;
2. IC控制電路與LED點(diǎn)光源公用一個(gè)電源;
3. 控制電路與RGB芯片集成在一個(gè)5050封裝的元器件中，構(gòu)成一個(gè)外控像素點(diǎn);
4. 內(nèi)置信號(hào)整形電路，任何一個(gè)像素點(diǎn)收到信號(hào)后經(jīng)過(guò)波形整形再輸出，保證線路波形畸變不會(huì)累加;
5. 內(nèi)置上電復(fù)位和掉電復(fù)位電路;
6. 每個(gè)像素點(diǎn)的三基色顏色可實(shí)現(xiàn)256級(jí)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;
7. 串行級(jí)聯(lián)接口，能通過(guò)一根信號(hào)線完成數(shù)據(jù)的接收與解碼;
8. 任意兩點(diǎn)傳輸距離在不超過(guò)5米時(shí)，無(wú)需增加額外電路;
9. 當(dāng)刷新速率30幀/秒時(shí)，級(jí)聯(lián)數(shù)不小于1024點(diǎn);
10. 數(shù)據(jù)發(fā)送速度可達(dá)800Kbps;
11. 光的顏色高度一致，性價(jià)比高。

注意： 800Kbps，相當(dāng)于1.25us傳輸一比特?cái)?shù)據(jù)。

引腳圖

引腳功能描述：

典型電路

串聯(lián)方法

原理圖

除了燈珠以外只需要額外增加一個(gè)0.1uF的電容即可。

硬件連接

驅(qū)動(dòng)原理

數(shù)據(jù)協(xié)議采用單線歸零碼的通訊方式，像素點(diǎn)在上電復(fù)位以后，DIN端接受從控制器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，首先送過(guò)來(lái)的24bit數(shù)據(jù)被第一個(gè)像素點(diǎn)提取后，送到像素點(diǎn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部整形處理電路整形放大后通過(guò)DOUT端口開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)輸出給下一個(gè)級(jí)聯(lián)的像素點(diǎn)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)像素點(diǎn)的傳輸，信號(hào)減少24bit。

像素點(diǎn)采用自動(dòng)整形轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，使得像素點(diǎn)的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)不受信號(hào)傳送的限制，僅僅受限信號(hào)傳輸速度要求。

因?yàn)閿?shù)據(jù)被內(nèi)部鎖存，所以只要不改變顏色值(模塊持續(xù)供電)，顏色是不會(huì)發(fā)生改變的，設(shè)置顏色的脈沖也不需要持續(xù)提供(單片機(jī)發(fā)生復(fù)位也無(wú)影響)，只需要在修改顏色值的時(shí)候，發(fā)送一遍即可。

0和1的區(qū)分

Treset：復(fù)位時(shí)間

由上圖可知，我們要發(fā)送 '0' ，需要將GPIO引腳置高并持續(xù)0.4 us(400 ns)，然后GPIO置低并持續(xù)0.85 us(850 ns)，此過(guò)程即完成0 code的發(fā)送，具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

void send_0(void) 
{ 
    IN_H; 
    Wait400ns; 
    IN_L; 
    Wait850ns; 
} 

我們要發(fā)送 '1' ，需要將GPIO引腳置高并持續(xù)0.85 us(850 ns)，然后GPIO置低并持續(xù)0.4 us(400 ns)，此過(guò)程即完成1 code的發(fā)送，具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

void send_1(void) 
{ 
    IN_H; 
    Wait850ns; 
    IN_L; 
    Wait400ns; 
} 

所以本程序的難點(diǎn)即是求取400 ns 和 850 ns 相對(duì)精確的延時(shí)時(shí)間。

延時(shí)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)里的延時(shí)函數(shù)一般通過(guò)執(zhí)行一些無(wú)意義的循環(huán)進(jìn)行延時(shí)，比如定義如下函數(shù)：

void delay（unsigned char i） 
{ 
    while（--i）; 
} 

我們這里需要的延時(shí)周期很小，才1.25us，因?yàn)楹瘮?shù)的調(diào)用，需要入棧和出棧，所以如果使用上面的延時(shí)函數(shù)的方式的話，那么一進(jìn)一出就接近幾百ns的時(shí)間就沒(méi)了，所以為了精確控制，我們這里延時(shí)函數(shù)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?cè)趍ain函數(shù)中使用如下方式測(cè)試這個(gè)延時(shí)函數(shù)：

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(hào)，查看其高電平是否與咱們預(yù)定義的一致，如果不一致，增加或減少空指令進(jìn)行調(diào)整。

注意：一個(gè) __NOP(); 空指令的耗時(shí)大約：1000/72 ≈ 14 ns 的時(shí)間，自己可以在上面定義的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要隨意增加或者減少 __NOP(); 空指令的個(gè)數(shù)。

“注意空指令前面是兩個(gè)“_”。

經(jīng)過(guò)示波器測(cè)量，不斷調(diào)整，上面定義的 Wait250ns 宏定義的耗時(shí)如下圖所示。

經(jīng)過(guò)示波器測(cè)試，上面的 Wait400ns 耗時(shí)為 388 ns , Wait850ns 耗時(shí)為 860 ns，滿足上面"0"和"1"的時(shí)間區(qū)間范圍。

24 bit數(shù)據(jù)的組成

注意： 數(shù)據(jù)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(shù)組用于記錄待傳輸?shù)腞GB數(shù)據(jù)，每一個(gè)燈珠的顏色占用三個(gè)字節(jié)，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸順序按GRB的順序傳輸，所以賦值的時(shí)候注意先后順序，上面函數(shù)是設(shè)置某一個(gè)燈珠的顏色值。

ws_data[] 數(shù)組中顏色值設(shè)置完畢之后，就要把這個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)發(fā)送到模塊中，具體的實(shí)現(xiàn)函數(shù)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(shí)一段時(shí)間 
    ws2812_reset(); 
} 

ws_data[] 數(shù)組中的每一個(gè)字節(jié)按位發(fā)送，因?yàn)楦呶辉谇?，所以先發(fā)送每個(gè)字節(jié)的高位，獲取最高位的值的方法為：ws_data[ws_ri]&0x80 。

數(shù)據(jù)傳輸方法

N位的模塊，一次就要發(fā)送 N * 3 字節(jié)的數(shù)據(jù)。

注意： 上圖中D1的數(shù)據(jù)是通過(guò)單片機(jī)發(fā)送，D2，D3，D4通過(guò)像素內(nèi)重塑放大傳輸。

main函數(shù)實(shí)現(xiàn)

main函數(shù)中，每隔1S，點(diǎn)亮一個(gè)LED，當(dāng)8個(gè)LED都點(diǎn)亮一次之后，所有LED點(diǎn)亮一次，然后再開(kāi)啟下一次循環(huán)。

main函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)如下所示：

int main(void)   
{  
    int times = 0;  
     
    //初始化 
    //延時(shí)函數(shù)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(yù)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(jù)自己的喜歡，隨意替換顏色。

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