FireBeetle 2 ESP32 P4 开发板的WS2812彩色灯带驱动控制
本帖最后由 Lily李 于 2025-9-29 21:08 编辑申请原创
@21小跑堂
WS2812是一种将控制电路和RGB发光器件集成在一起的组件，其主要特点是采用单总线控制结构，仅需一根信号线就可将多个器件串联起来加以控制，其电路形式如图1所示。
图1 电路形式
WS2812的工作电压为3.5-5.3V ，其功耗约为0.3W。在每个WS2812中，内置了信号整形电路，因而其信号质量不会因传输距离的增加而出现衰减。
每个WS2812是独立编程的，可实现全彩显示。
由于其采用单总线工作方式，其采用的数据协议为单线归零码通讯，数据传输速率为800Kbps。其数据输入电压为：高电平≥0.7VDD，低电平≤0.3VDD，刷新频率≥400Hz。
WS2812B采用特殊的时序协议控制：
每个WS2812具有24位数据，即8位绿色，8位红色，8位蓝色，数据采用NRZ编码（非归零编码），其各位数据的排列顺序见图2所示。
图2 数据排列顺序
0码：高电平0.4µs + 低电平0.85µs1码：高电平0.8µs + 低电平0.45µs
图3 编码与信号时长占比
复位信号为低电平持续50µs以上 ，见图4所示。
图4 信号波形关系
图5 器件间信号传递关系
每个WS2812在全亮时，约消耗60mA电流，当使用多个WS2812时，需要足够功率的电源，建议每30个LED增加一个1000µF电容滤波。数据线较长时，建议增加100Ω电阻。在大电流工作时，会产生热量，由此在高密度、长时间工作时，需要考虑散热措施。
在使用python进行编程的情况下，通过调用相应的库函数即可便捷地实现控制目标。实现7个彩色灯位WS2812B控制的程序为：
经程序的上传，其彩色效果如图6至图11所示。
图6 红色效果
图7 绿色效果
图8 蓝色效果
图9 黄色效果
图10 粉色效果
图11青色效果
除实现静态的灯光效果外，还可实现动态的效果设计。这里提供3种动态效果的实现方法，即单个彩灯向前跳跃效果、彩灯渐进效果及组合产生各色灯光的效果。单个彩灯向前跳跃的函数为：def light_1():
j=0
while j<7:
for i in range(0,_n):
n=(0,0,0)
if i==j:
n=(100,0,0)
n.write()
time.sleep(0.1)
j=j+1
彩灯渐进效果的函数为：def light_2():
j=0
while j<7:
for i in range(0,_n):
n=(0,0,0)
if i<=j:
n=(0,100,0)
n.write()
time.sleep(0.1)
j=j+1
色彩组合效果的函数为：def light_3():
j=0
k=0
p=0
while j<7:
for i in range(0,_n):
n=(0,0,0)
k=random.randint(1, 50)
p=random.randint(1, 50)
if i<=j:
n=(k,p,0)
n.write()
time.sleep(0.1)
j=j+1
效果测试的主程序为：def main():
#红色
Light_clear()
Light_it(100,0,0)
#延时(秒)
time.sleep(2)
#绿色
Light_clear()
Light_it(0,100,0)
#延时
time.sleep(2)
#蓝色
Light_clear()
Light_it(0,0,100)
#延时
time.sleep(2)
#黄色
Light_clear()
Light_it(100,100,0)
#延时
time.sleep(2)
#紫色
Light_clear()
Light_it(100,0,100)
#延时
time.sleep(2)
#青色
Light_clear()
Light_it(0,100,100)
#延时
time.sleep(2)
Light_clear()
light_1()
time.sleep(2)
Light_clear()
light_2()
time.sleep(2)
Light_clear()
light_3()
time.sleep(2)
if(__name__=='__main__'):
while 1:
main()
经程序上传，所实现的效果如图12至图14所示。
图12跳跃效果
图13 渐进效果
图14 变色效果
此外，如果继续增加WS2812的数量，则会更加增强显示的效果。
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