幻彩燈珠--STM32F103 SPI驅(qū)動(dòng)WS2812

　　之前發(fā)了一個(gè)基于涂鴉平臺(tái)的寵物自動(dòng)喂食器點(diǎn)此跳轉(zhuǎn)，已經(jīng)有小夜燈功能了，但是躁動(dòng)的心豈能因此平靜，功能以及花里胡哨，那就讓他華麗起來(lái)，除了畫手們的涂裝風(fēng)格，作為電子工程師，得用我們自己的方式美化。正好手里有個(gè)ws2812的燈環(huán)，全彩模式開始。

　　WS2812特點(diǎn)：

　　1.WS2812燈珠內(nèi)置控制電路與RGB芯片，集成在一個(gè)5050封裝的元器件中，構(gòu)成一個(gè)完整的外控像素點(diǎn)。

　　2.每個(gè)像素點(diǎn)的三基色可實(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/s。

　　3.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。

　　4.當(dāng)刷新速率30幀/秒時(shí)，低速模式級(jí)聯(lián)數(shù)不小于512點(diǎn)，高速模式不小于1024點(diǎn)。

　　5.數(shù)據(jù)發(fā)送速度可達(dá)800Kbps。

　　數(shù)據(jù)傳輸：

　　ws2812的每顆燈珠的控制需要24位數(shù)據(jù)，分為8位綠色+8位紅色+8位藍(lán)色，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。燈珠之間采用串行級(jí)聯(lián)，在上電復(fù)位以后，控制器可向燈帶發(fā)送一串24bit的數(shù)據(jù)，比如需要點(diǎn)亮10顆燈，我們發(fā)送10個(gè)24bit的數(shù)據(jù)到第一個(gè)燈，第一個(gè)燈的DIN端接受控制器發(fā)過(guò)來(lái)的24bit數(shù)據(jù)，第一個(gè)燈珠會(huì)提取第一個(gè)24bit數(shù)據(jù)后會(huì)將該數(shù)據(jù)送進(jìn)數(shù)據(jù)鎖存器，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部整形電路向下傳送，直到所有的燈都獲取一個(gè)24bit數(shù)據(jù)。這10個(gè)24bit數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔不能超過(guò)50us，否則會(huì)導(dǎo)致下一次的顏色數(shù)據(jù)被第一個(gè)重新鎖存，就無(wú)法完成完整的點(diǎn)亮。( f# T% }0 [3 q

　　這里需要著重點(diǎn)一下時(shí)序相關(guān)的知識(shí)，先看時(shí)序波形圖和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間表：

　　根據(jù)上面兩個(gè)圖可以看到ws2812的電平反轉(zhuǎn)是納秒級(jí)別的，所以在使用單片機(jī)外設(shè)時(shí)我們需要對(duì)單片機(jī)的外設(shè)的傳輸速度進(jìn)行控制，速度慢了根本無(wú)法點(diǎn)亮。; S( G) r; U: ]/ l" e: d( y) W

　　操作開始：在驅(qū)動(dòng)ws2812的時(shí)候一般采用PWM或者SPI的方式，這兩個(gè)速度較快，比直接使用IO口進(jìn)行電平反轉(zhuǎn)要方便，且控制效果更好。這里我們采用SPI的方式，因?yàn)樵邳c(diǎn)燈是的數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時(shí)間的約束，如果我們使用SPI發(fā)送的數(shù)據(jù)較多，中途遇到中斷可能會(huì)打斷我們的點(diǎn)燈，所以我這里使用SPI的DMA進(jìn)行控制，不怕被其他影響。

　　$ K& Q* H) y8 A3 N

　　通過(guò)硬件SPI我們模擬WS2812的通信時(shí)序。單片機(jī)選用STM32F103，主頻72M，SPI1分頻設(shè)置為8，這樣SPI1的通信頻率為9M。時(shí)間很充足，如果使用SPI2，則需要減小分頻系數(shù)，否則無(wú)法點(diǎn)亮。我這里采用的便是SPI2，4分頻，因?yàn)镾PI1被我的屏幕占用了。1 h7 F1 f/ g& Q2 l3 H

　　.h文件只要定義了燈珠的個(gè)數(shù)和0碼1碼。不同的燈珠數(shù)量只需修改PIXEL_NUM 的值

　　#ifndef __WS2812_H#define __WS2812_H

　　#include "stm32f10x.h"

　　#define PIXEL_NUM 24

　　//硬件spi模擬ws2811時(shí)序(用spi的8位數(shù)據(jù)模擬ws281x的一位數(shù)據(jù))//要將系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為56M，分頻數(shù)設(shè)置為8，則SPI的通信頻率為7M，傳輸一位數(shù)據(jù)的時(shí)間約為143納秒(ns)//3*143 = 429ns 5*143 = 715ns 符合WS281X芯片的通信時(shí)序。// _____ // | |___| 11111000 high level// ___ // | |_____| 11100000 low level" b0 v* d3 B$ G5 m

　　#define WS_HIGH 0XF8#define WS_LOW 0XE0;

　　void ws281x_init(void);void ws281x_closeAll(void);void ws281x_rainbowCycle(uint8_t wait);uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue);void ws281x_setPixelColor(uint16_t n ,uint32_t GRBcolor);void ws281x_show(void);

　　void ws281x_theaterChase(uint32_t c, uint8_t wait);void ws281x_colorWipe(uint32_t c, uint8_t wait);void ws281x_rainbow(uint8_t wait);void ws281x_theaterChaseRainbow(uint8_t wait);

　　#endif /* __WS2812_H */

　　#include "../BOARD/ws2812/ws2812.h"#include "usart.h"#include "delay.h"

　　uint8_t pixelBuffer[PIXEL_NUM][24] ;" k* H) D$ J, e; F W; H

　　7 Z0 x! U" e; j% G" m

　　void ws281x_init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

　　RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //PORTA時(shí)鐘使能 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE); //SPI1時(shí)鐘使能 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); //使能DMA傳輸5 m/ ^; {1 S- T5 l) c

　　/* PA7 SPI1_MOSI */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PA7復(fù)用推挽輸出 SPI GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA

　　SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx; //設(shè)置SPI單向或者雙向的數(shù)據(jù)模式:SPI設(shè)置為雙線雙向全雙工 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //設(shè)置SPI工作模式:設(shè)置為主SPI SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //設(shè)置SPI的數(shù)據(jù)大小:SPI發(fā)送接收8位幀結(jié)構(gòu) SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步時(shí)鐘的第2個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信號(hào)由硬件(NSS管腳)還是軟件(使用SSI位)管理:內(nèi)部NSS信號(hào)有SSI位控制 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; //定義波特率預(yù)分頻的值:波特率預(yù)分頻值為16 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定數(shù)據(jù)傳輸從MSB位還是LSB位開始:數(shù)據(jù)傳輸從MSB位開始 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值計(jì)算的多項(xiàng)式 SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根據(jù)SPI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)SPIx寄存器

　　SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外設(shè) SPI_I2S_DMACmd(SPI2, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel5); //將DMA的通道1寄存器重設(shè)為缺省值 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) &(SPI2 -> DR); //cpar; //DMA外設(shè)ADC基地址 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)pixelBuffer; //cmar; //DMA內(nèi)存基地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //數(shù)據(jù)傳輸方向，從內(nèi)存讀取發(fā)送到外設(shè) DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = PIXEL_NUM * 24; //cndtr; //DMA通道的DMA緩存的大小 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外設(shè)地址寄存器不變 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //內(nèi)存地址寄存器遞增 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //數(shù)據(jù)寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //數(shù)據(jù)寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常緩存模式 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x擁有中優(yōu)先級(jí) DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x沒有設(shè)置為內(nèi)存到內(nèi)存?zhèn)鬏?DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure); //根據(jù)DMA_InitStruct中指定的參數(shù)初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所標(biāo)識(shí)的寄存器 ws281x_closeAll(); //關(guān)閉全部的燈 delay_ms(100); //關(guān)閉全部的燈需要一定的時(shí)間 }

　　void ws281x_closeAll(void){ uint16_t i; uint8_t j; for(i = 0; i < PIXEL_NUM; ++i) { for(j = 0; j < 24; ++j) { pixelBuffer[j] = WS_LOW; } } ws281x_show();}

　　uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue){ return green << 16 | red << 8 | blue;}4 @, B7 p) q) {, `, I" X) s

　　void ws281x_setPixelColor(uint16_t n ,uint32_t GRBcolor){ uint8_t i; if(n < PIXEL_NUM) { for(i = 0; i < 24; ++i) { pixelBuffer[n] = (((GRBcolor << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW); } }}$ s) V [/ M! [& k: l2 S; F

　　void ws281x_setPixelRGB(uint16_t n ,uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue){ uint8_t i; if(n < PIXEL_NUM) { for(i = 0; i < 24; ++i) { pixelBuffer[n] = (((ws281x_color(red,green,blue) << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW); } }} S8 t. {2 h0 ~+ d$ f1 f

　　void ws281x_show(void){ DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE ); //關(guān)閉USART1 TX DMA1 所指示的通道 DMA_CleaRFlag(DMA1_FLAG_TC5); DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5,24 * PIXEL_NUM );//DMA通道的DMA緩存的大小 DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE); //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道}( u f4 G3 L2 H# {6 x- J) Q

　　/ ], A6 r3 L9 b+ c# f9 ~) R

　　// Input a value 0 to 255 to get a color value.// The colours are a transition r - g - b - back to r.uint32_t ws281x_wheel(uint8_t wheelPos) { wheelPos = 255 - wheelPos; if(wheelPos < 85) { return ws281x_color(255 - wheelPos * 3, 0, wheelPos * 3); } if(wheelPos < 170) { wheelPos -= 85; return ws281x_color(0, wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3); } wheelPos -= 170; return ws281x_color(wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3, 0);}0 {# {; H7 z! J0 T$ |# Z

　　// Fill the dots one after the other with a colorvoid ws281x_colorWipe(uint32_t c, uint8_t wait) { for(uint16_t i=0; i

　　void ws281x_rainbow(uint8_t wait) { uint16_t i, j;

　　for(j=0; j<256; j++) { for(i=0; i

　　// Slightly different, this makes the rainbow equally distributed throughoutvoid ws281x_rainbowCycle(uint8_t wait) { uint16_t i, j;( m/ S/ q* U' D, I4 ]5 B

　　for(j=0; j<256*5; j++) { // 5 cycles of all colors on wheel for(i=0; i< PIXEL_NUM; i++) { ws281x_setPixelColor(i,ws281x_wheel(((i * 256 / PIXEL_NUM) + j) & 255)); } ws281x_show(); delay_ms(wait); }}# J( `" j3 |5 l7 j2 G g

　　//Theatre-style crawling lights.void ws281x_theaterChase(uint32_t c, uint8_t wait) { for (int j=0; j<10; j++) { //do 10 cycles of chasing for (int q=0; q < 3; q++) { for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) { ws281x_setPixelColor(i+q, c); //turn every third pixel on } ws281x_show();% `& ^* R: S7 R

　　delay_ms(wait);

　　for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) { ws281x_setPixelColor(i+q, 0); //turn every third pixel off } } }}2 u% i! Q$ [9 I& R6 l8 R

　　//Theatre-style crawling lights with rainbow effectvoid ws281x_theaterChaseRainbow(uint8_t wait) { for (int j=0; j < 256; j++) { // cycle all 256 colors in the wheel for (int q=0; q < 3; q++) { for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) { ws281x_setPixelColor(i+q, ws281x_wheel( (i+j) % 255)); //turn every third pixel on } ws281x_show();. T4 W/ b( e% o, E3 n

　　delay_ms(wait);

　　for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) { ws281x_setPixelColor(i+q, 0); //turn every third pixel off } } }}

　　( S" o5 I1 l0 m* `1 r( l- P

　　) M0 f9 L# m" x8 {

　　1 Q1 n! D3 w( g9 E, S

　　const char s[5];int8_t i;; R* I Y$ m( @* q' S" K

　　int main(void){// usart1_init(115200); delay_init();% R( y0 V" N, i$ y) [% I

　　ws281x_init();

　　while(1) { // Some example procedures showing how to display to the pixels: ws281x_colorWipe(ws281x_color(255, 0, 0), 50); // Red ws281x_colorWipe(ws281x_color(0, 255, 0), 50); // Green ws281x_colorWipe(ws281x_color(0, 0, 255), 50); // Blue//colorWipe(strip.Color(0, 0, 0, 255), 50); // White RGBW // Send a theater pixel chase in... ws281x_theaterChase(ws281x_color(127, 127, 127), 50); // White ws281x_theaterChase(ws281x_color(127, 0, 0), 50); // Red ws281x_theaterChase(ws281x_color(0, 0, 127), 50); // Blue. K/ h) C4 i7 a. t- D) b

　　//ws281x_rainbow(20); ws281x_rainbowCycle(20); ws281x_theaterChaseRainbow(200); for(i = 0; i < PIXEL_NUM; ++i) { ws281x_setPixelColor(i, ws281x_color(0,250,0)); ws281x_show(); delay_ms(500); } }}4 K1 G9 z9 ^3 Z- g/ {+ n" f

　　在ws2812.c移植了Adafruit_NeoPixel庫(kù)的部分函數(shù)，用以實(shí)現(xiàn)炫酷的顯示效果。; k h. }7 o9 N

　　都是基礎(chǔ)的SPI，不說(shuō)廢話，移植就能用。展示一下效果吧!# U8 ]7 i! d2 f# n1 v2 g. z

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