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[开发工具] 【新定义MCU开发板测评】WS2812B炫彩灯环控制

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 楼主| HonestQiao 发表于 2022-11-20 00:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
ws2812, ws2812b, 控制, MCU, 开发板
本帖最后由 HonestQiao 于 2022-11-20 00:14 编辑

#申请原创#
我有一个宝贝WS2812B灯环，玩过的板子，我都要给点亮一番。



一、WS2812B控制信号了解：

WS2812B的具体介绍，这里就不详细说明了，在网上，有大量的文章资料进行说明。
要点亮WS2812B，重点在于理解以下要点：
  • WS2812B是通过单总线控制的，也就是一根信号线，控制所有的LED
  • WS2812B每收到一个特定的信号时，会认为收到了0码或者1码：信号总线上，高电平保持1s，低电平保持0.25s，则认为收到了1码；反之，如果高电平保持0.25s，低电平保持1s，则认为收到了0码。
  • 每8个0/1码，对应一种颜色控制，我们可以理解为1个8位二进制，所以范围为0~255；一颗LED，共有三种颜色，接受顺序为GRB，每种颜色取值范围在0~255，十六进制0x00~0xFF；也就是控制一颗灯珠，需要3组8个的0/1码，一个24个0/1码
  • 如果要控制多颗灯珠，则连续发送多组上述数据即可；及时某颗灯珠熄灭，也需要发送对应的0码，使其不亮。
  • 如果要多次发送控制数据，则两次之间，需要低电平保持至少50us

了解了以上信息，我们就可以考虑使用NBK-RD8x3x核心开发板来进行控制。

二、NBK-RD8x3x核心开发板能否满足要求：
从上面的说明，可以看到WS2812B对信号时序有特定的要求，这就需要我们的控制板能够满足这些要求。
进过一番测试，确认在NBK-RD8x3x核心开发板上，直接通过控制IO接口的高低电平，即可满足要求。

通过官方资料了解到：RD8T36 系列具有超高速 1T 8051 CPU 内核，运行频率高达 32MHz。
那么，如果运行在32MHz，则每一个时钟周期的时间为：T0=1/fsoc=1/32MHz=0.03125us
WS2812B要求的最小控制时间细腻度为0.25us，也就是8个T0,因为 0.25us / T0 = 0.25us / 0.03125us = 8.

在C51上，使用1个nop()，就表示一次时钟周期，那么使用8次nop()，就能够实现0.25us的时间控制了。

做好了以上前期准备工作，我们就可以开始正式的工作了。

三、连线：

在NBK-RD8x3x核心开发板的核心开发板上，有两排共4组Arduino管脚，具体如下：
75856a9477a84d60999710a9a2f316cb

我使用的WS2812B灯环，有DIN和OUT两个接口，控制信号从DIN接入，OUT用于级联下级。
DIN上有三根线，就接到Arduino管脚上，包括5V、GND和信号控制引脚。信号控制引脚，选择了D8。

从官方提供的电路原理图，可以了解到D8具体对应的IO口：
0802ca75a2b2434a1189b2896d4b540e
10314e7c9a16008e25614b71702fce3a
从上图中，可以了解到D8对应的IO口为P06。

最终实物连接如下：
6bba171a0b9de2302745c9b79dc290c8

四、代码编写：

万事俱备，只欠代码。

具体的代码如下：WS2812B_Init.c
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  1. #include "H/Function_Init.H"
    

  2. #include <intrins.h>
    


  3. 

  4. #define NOP                                                                    \
    

  5.   {                                                                            \
    

  6.     _nop_();                                                                   \
    

  7.     _nop_();                                                                   \
    

  8.     _nop_();                                                                   \
    

  9.     _nop_();                                                                   \
    

  10.     _nop_();                                                                   \
    

  11.     _nop_();                                                                   \
    

  12.     _nop_();                                                                   \
    

  13.     _nop_();                                                                   \
    

  14.   }
    

  15. #define LOW 0
    

  16. #define HIGH 1
    

  17. #define DIN P06
    

  18. #define NUM 24
    


  19. 

  20. //拉低DIN保持50us以上
    

  21. void ws2812_init() {
    

  22.   uchar i;
    

  23.   DIN = LOW;
    

  24.   for (i = 0; i <= 200; i++) {
    

  25.     NOP;
    

  26.   }
    

  27. }
    


  28. 

  29. //高电平0.25us，低电平1us
    

  30. void ws2812_write_0() {
    

  31.   DIN = HIGH;
    

  32.   NOP;
    

  33.   DIN = LOW;
    

  34.   NOP;
    

  35.   NOP;
    

  36.   NOP;
    

  37.   NOP;
    

  38. }
    


  39. 

  40. //高电平1us，低电0.25us
    

  41. void ws2812_write_1() {
    

  42.   DIN = HIGH;
    

  43.   NOP;
    

  44.   NOP;
    

  45.   NOP;
    

  46.   NOP;
    

  47.   DIN = LOW;
    

  48.   NOP;
    

  49. }
    


  50. 

  51. void ws2812_write_24bits(unsigned long dat) {
    

  52.   uchar t[NUM] = {0};
    

  53.   uchar i;
    


  54. 

  55.   for (i = 0; i < NUM; i++) {
    

  56.     if (dat >> i & 1) {
    

  57.       t[i] = HIGH;
    

  58.     } else {
    

  59.       t[i] = LOW;
    

  60.     }
    

  61.   }
    

  62.   for (i = 0; i < NUM; i++) {
    

  63.     if (t[i]) {
    

  64.       ws2812_write_1();
    

  65.     } else {
    

  66.       ws2812_write_0();
    

  67.     }
    

  68.   }
    

  69. }
    


  70. 

  71. void WS2812B_Test() {
    

  72.   unsigned int i = 0;
    

  73.   unsigned int j = 0;
    

  74.   unsigned int index = 1;
    

  75.   unsigned long colors[8] = {0x000000, 0xff0000, 0x00ff00, 0x0000ff,
    

  76.                              0xffff00, 0xff00ff, 0x00ffff, 0xffffff};
    


  77. 

  78.   ws2812_init();
    

  79.   while (1) {
    

  80.     for (i = 0; i < NUM; i++) {
    

  81.       if (index % NUM == i) {
    

  82.         ws2812_write_24bits(colors[index % 7 + 1]);
    

  83.       } else {
    

  84.         ws2812_write_24bits(colors[0]);
    

  85.       }
    

  86.     }
    

  87.     index++;
    

  88.     if (index >= NUM) {
    

  89.       index = 0;
    

  90.     }
    


  91. 

  92.     for (j = 0; j <= 5; j++) {
    

  93.       for (i = 0; i <= 4000; i++) {
    

  94.         NOP;
    

  95.       }
    

  96.     }
    

  97.   }
    

  98. }



上述代码关键说明：
  • #define NOP：用于定义8个nop()调用，获得0.25us时间占用
  • ws2812_init()：提供50us以上低电平保持
  • ws2812_write_0()：输出0码
  • ws2812_write_1()：输出1码
  • ws2812_write_24bits()：根据颜色值，输出24位的0/1码
  • WS2812B_Test()：测试主逻辑程序
  • colors: 使用到的颜色值定义

代码中，还用到了index变量，通过其控制当前应该点亮第几颗灯珠，并使用其对7取余，从而则colors中选用对应的颜色。

然后，在main.c中调用即可，具体如下：
5ce350a88432b60a3d8cc22b8f6aceaa

最后，编译下载，WS2812B灯环，就会欢快的跳跃起来：
RD_灯环效果.gif

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lzbf 发表于 2023-2-7 20:25 | 显示全部楼层
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benjaminka 发表于 2023-2-7 20:46 | 显示全部楼层
这个最大可以驱动多少个WS2812B？
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nomomy 发表于 2023-2-7 21:10 | 显示全部楼层
WS2812B的时序还是比较严格
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updownq 发表于 2023-2-7 21:45 | 显示全部楼层
可以移植arduino的库过来的吗？
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cashrwood 发表于 2023-2-7 21:59 | 显示全部楼层
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weifeng90 发表于 2023-2-10 08:41 来自手机 | 显示全部楼层
RGB灯就是炫酷啊
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uiint 发表于 2023-3-7 21:04 | 显示全部楼层
怎么通过定时器实现1us的延时呢？
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geraldbetty 发表于 2023-3-7 21:23 | 显示全部楼层
直接定时器控制WS2812B可靠吗？
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caigang13 发表于 2023-3-7 21:30 来自手机 | 显示全部楼层
WS2812被玩出彩了啊，各种DIY产品。
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lzbf 发表于 2023-3-7 21:39 | 显示全部楼层
此驱动器可以驱动多少个WS2812B？
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albertaabbot 发表于 2023-3-9 13:28 | 显示全部楼层
WS2812B的功耗特别大，还是通过专用的驱动电路吧。
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