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簡介

多位(幾個LED就是幾位)通過引腳級聯，接一個LED的DOUT引腳到另一個LED的DIN引腳，通過這種級聯的方式，只需要使用一個IO口(單片機引腳)就能控制盡可能多的LED。

每個LED都集成了一顆驅動芯片在里面，讓我們的LED變得智能和尋址，每一個內部都有恒流驅動，所以LED顏色非常一致，即使電壓有小幅抖動，電壓變化也是一樣的。

不需要外部電阻——限流電阻，使LED燈的布局設計變得簡單。

單線通信，能夠最大限度的減少單片機IO口的壓力，另外這款RGB燈使用了WS2812B驅動芯片，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單優美。

特點

1. 智能反接保護，電源反接不會損壞IC;
2. IC控制電路與LED點光源公用一個電源;
3. 控制電路與RGB芯片集成在一個5050封裝的元器件中，構成一個外控像素點;
4. 內置信號整形電路，任何一個像素點收到信號后經過波形整形再輸出，保證線路波形畸變不會累加;
5. 內置上電復位和掉電復位電路;
6. 每個像素點的三基色顏色可實現256級亮度顯示，完成16777216種顏色的全真色彩顯示，掃描頻率不低于400Hz;
7. 串行級聯接口，能通過一根信號線完成數據的接收與解碼;
8. 任意兩點傳輸距離在不超過5米時，無需增加額外電路;
9. 當刷新速率30幀/秒時，級聯數不小于1024點;
10. 數據發送速度可達800Kbps;
11. 光的顏色高度一致，性價比高。

注意： 800Kbps，相當于1.25us傳輸一比特數據。

引腳圖

引腳功能描述：

典型電路

串聯方法

原理圖

除了燈珠以外只需要額外增加一個0.1uF的電容即可。

硬件連接

驅動原理

數據協議采用單線歸零碼的通訊方式，像素點在上電復位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數據，首先送過來的24bit數據被第一個像素點提取后，送到像素點內部的數據鎖存器，剩余的數據經過內部整形處理電路整形放大后通過DOUT端口開始轉發輸出給下一個級聯的像素點，每經過一個像素點的傳輸，信號減少24bit。

像素點采用自動整形轉發技術，使得像素點的級聯個數不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。

因為數據被內部鎖存，所以只要不改變顏色值(模塊持續供電)，顏色是不會發生改變的，設置顏色的脈沖也不需要持續提供(單片機發生復位也無影響)，只需要在修改顏色值的時候，發送一遍即可。

0和1的區分

Treset：復位時間

由上圖可知，我們要發送 '0' ，需要將GPIO引腳置高并持續0.4 us(400 ns)，然后GPIO置低并持續0.85 us(850 ns)，此過程即完成0 code的發送，具體代碼實現如下：

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

我們要發送 '1' ，需要將GPIO引腳置高并持續0.85 us(850 ns)，然后GPIO置低并持續0.4 us(400 ns)，此過程即完成1 code的發送，具體代碼實現如下：

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

所以本程序的難點即是求取400 ns 和 850 ns 相對精確的延時時間。

延時函數的實現

單片機里的延時函數一般通過執行一些無意義的循環進行延時，比如定義如下函數：

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

我們這里需要的延時周期很小，才1.25us，因為函數的調用，需要入棧和出棧，所以如果使用上面的延時函數的方式的話，那么一進一出就接近幾百ns的時間就沒了，所以為了精確控制，我們這里延時函數的定義如下：

#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 

我們在main函數中使用如下方式測試這個延時函數：

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，查看其高電平是否與咱們預定義的一致，如果不一致，增加或減少空指令進行調整。

注意：一個 __NOP(); 空指令的耗時大約：1000/72 ≈ 14 ns 的時間，自己可以在上面定義的基礎上，根據需要隨意增加或者減少 __NOP(); 空指令的個數。

“注意空指令前面是兩個“_”。

經過示波器測量，不斷調整，上面定義的 Wait250ns 宏定義的耗時如下圖所示。

經過示波器測試，上面的 Wait400ns 耗時為 388 ns , Wait850ns 耗時為 860 ns，滿足上面"0"和"1"的時間區間范圍。

24 bit數據的組成

注意： 數據傳輸順序按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[] 數組用于記錄待傳輸的RGB數據，每一個燈珠的顏色占用三個字節，因為數據傳輸順序按GRB的順序傳輸，所以賦值的時候注意先后順序，上面函數是設置某一個燈珠的顏色值。

ws_data[] 數組中顏色值設置完畢之后，就要把這個數組的數據發送到模塊中，具體的實現函數如下：

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(); 
    } 
     
    //延時一段時間 
    ws2812_reset(); 
} 

ws_data[] 數組中的每一個字節按位發送，因為高位在前，所以先發送每個字節的高位，獲取最高位的值的方法為：ws_data[ws_ri]&0x80 。

數據傳輸方法

N位的模塊，一次就要發送 N * 3 字節的數據。

注意： 上圖中D1的數據是通過單片機發送，D2，D3，D4通過像素內重塑放大傳輸。

main函數實現

main函數中，每隔1S，點亮一個LED，當8個LED都點亮一次之后，所有LED點亮一次，然后再開啟下一次循環。

main函數的具體實現如下所示：

int main(void)   
{  
    int times = 0;  
     
    //初始化 
    //延時函數初始化    
    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 

大家可以根據自己的喜歡，隨意替換顏色。

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