WS2812C IO口模擬控制

以前，一直很疑惑，那些掛在樹上的LED燈條，是如何實現流水的效果的。燈條是如此的窄，不可能放下很多的信號線，除非是串行的連接。受限於知識面，一直不太清楚爲什麼可以做到，也算是懶，一直沒去查這方面的資料。

直到有一天，突然發現了某個村產的帶鎖存器的5050 LED燈珠，才恍然大悟，原來如此。

這段時間，由於要做開關面板，並且面板上需要有背光燈，於是就想起了這個神奇的5050燈珠。。於是就將其畫在了原理圖上。

原理圖很簡單，針對我們使用的WS2812C目前使用5V供電，每顆的VCC腳附近，需要放一顆104電容，因爲燈珠內部還有數字電路。另外，就是DI,DOUT的串行數據線。連接在一起即可。

至於前面的電阻電容，只是用來防靜電的一些常用措施。

不同於網絡上常用的WS2812B，我們購買的是WS2812C，也得感謝立創，其實爲我們這些小公司提供了很大的便利。特別是研發階段的物料購買上。

在軟件上，整體時序如下：

1. 系統上電，WS2812操作口，保持低電平。

2. 開始發送數據，空閒時，IO口爲低電平

3. 數據發送完畢後，維持低電平，超過規格書上定義的RESET時間。特別解釋下，只要低電平時間超過規格書上的時間（280uS），即可認爲是reset，而不需要先拉高，再拉低。

如下是官方提供的整體時序圖。我在網絡上搜了很多的BBS和教程，其實大家都很專注在每個bit的實現上，而多數都忽略了整體的時序。也有可能是我的思維方式的問題，我一般喜歡從整體到細節的去掌握一個東西。瞭解了整體時序後，在去看字節組成，再去看位如何實現。

另外，右圖是流程圖。先發數據，後發RESET波形。

如下是每24bit的組成。注意，順序不是RGB888，而是GRB888。一般我們取顏色的數值，都是RGB順序，所以這裏在代碼裏實現的時候，會需要做一下移位。另外，需要注意的是，需要高位先發（MSB）。

可能是以前的移位寄存器用多了，當發現最近的WS2812鎖存的是第一幀的24bit數據，後面的燈珠依次類推，才發現，這顆燈珠做的其實挺人性化的。這點比以前的移位寄存器好多了。

另外，內部自帶整型，所以掛長條燈帶，也不怕波形畸變了。只能說，雖然是村裏出廠的產品，其實考慮了挺多的因素在裏面了。然後，就是確定用什麼樣的波形，來表示bit。波形以及時間參數如下：

用什麼樣的方法去表示bit的波形，網絡上的方法有很多。例如PWM，也有用SPI。。由於是第一次驅動2812，就先別折騰，我暫時就先用IO口模擬來實現吧。

目前選擇的MCU是ST新出的STM32G070,主頻設置爲64MHz。WS2812的IO口連接在PA7上。另外需要注意的是，STM32是3V的電平，WS2812是5V電平，因此這裏需要有一顆常用的電平轉換芯片，我這裏用的是SN74LVC1T45DBVR。電路如下所示：

1. 在GPIO口初始化時，將PA7設置爲輸出，並且輸出爲0.

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF0_SPI1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

2.定義存儲顏色的緩衝區，我這裏定義了兩個數組。一個是存儲原始RGB顏色的數組，另外一個是將RGB拆分成GRB的數組。另外，我的板子上總共有8顆2812，因此定義如下：

#define LED_COUNT     8
unsigned long RGBBuffer[LED_COUNT];
unsigned char GRBBuffer[LED_COUNT*3];

void WS2812_Initial_IO(void) //一個初始化函數：
{
    for(unsigned int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
    {
        RGBBuffer[i] = 0;
    }
    
    WS2812_Set_Led_Color(0, 0);
}

//送入的顏色是RGB，所以內部需要轉換一下,Index爲第幾個燈，RGB是顏色參數
void WS2812_Set_Led_Color(unsigned char Index, unsigned long RGB)
{
    unsigned long GRB = 0;
    
    GRB = (RGB << 8) & 0x00ff0000;
    GRB |= ((RGB >> 8) & 0x0000ff00);
    GRB |= (RGB & 0x000000ff);
    
    RGBBuffer[Index] = GRB;
    
    for(unsigned char i = 0; i < LED_COUNT; i++)
    {
        GRBBuffer[i*3] = RGBBuffer[i] >> 16;
        GRBBuffer[i*3 +1] = RGBBuffer[i] >> 8;
        GRBBuffer[i*3 + 2] = RGBBuffer[i] >> 0;
    }
    
    GPIOA->MODER &= 0xffff3fff; //normal gpio
    GPIOA->MODER |= 0x00004000;
    unsigned char i;
    unsigned char j = 0;
    unsigned char Dat = 0;
    
    for(j = 0; j < 3*LED_COUNT; j++)
    {
        Dat = GRBBuffer[j];
        
        for(unsigned char i = 0; i < 8; i++)
        {
            if(Dat & 0x80)
            {
                GPIOA->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_7;
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP(); //nop的個數，都是通過示波器量出來的
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                GPIOA->BRR = (uint32_t)GPIO_PIN_7;
                __NOP(); __NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();
            }
            else
            {
                GPIOA->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_7;
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();
                GPIOA->BRR = (uint32_t)GPIO_PIN_7;
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
                __NOP();__NOP();__NOP();
            }
            
            Dat = Dat << 1;
        }
    }
    
    HAL_Delay(1); //等待復位結束
}

主函數調用方法如下：

WS2812_Initial_IO();//熄滅所有燈

WS2812_Set_Led_Color(0, 0x0f0000); //第一盞爲紅燈，較暗
WS2812_Set_Led_Color(1, 0xf00000); //第二盞爲紅燈，較亮
WS2812_Set_Led_Color(2, 0x00ff00); //第三盞爲綠燈，全亮
WS2812_Set_Led_Color(3, 0x0000ff); //第四盞爲藍燈，全亮
WS2812_Set_Led_Color(4, 0x00ffff); //第五盞爲藍白燈，全亮

從以上的代碼裏，也可以看出來，燈珠的亮度，是可調的，通過調整送入的數值來調整。

第一步就先做到IO口模擬來控制，後面可以嘗試用SPI+DMA來模擬試試看。只要整體時序對了，也有參考了，那麼下一步就會比較容易一些了。