基于ch32v003之spi dma实现的ws2812b炫彩灯光效果

只看该作者 · 2023-3-4 09:42

本帖最后由 lilijin1995 于 2023-3-4 10:36 编辑

背景：项目进度已经基于CH32V003 PWM DMA模式驱动了WS2812B 灯光效果。但是ch32V003有两个定时器，TIM1已经配置为Encoder模式，TIM2要改成PWM输出，所以不能用以驱动WS2812灯了，故而希望以SPI DMA的模式去驱动实现炫彩灯光效果。
软件设计：
因为不确定CH32V003的SPI DMA能否驱动WS2812B，所以这里我创建了独立的工程去验证一下，整个项目的代码这里不方便贴出。
其实WS2812B这类灯光效果的实现国外开源一大堆，比如开源大户Arduino，但是它是8位的AVR芯片，对于我们32位机，优先考虑STM32的，因为方便移植。
如下图：这是我找到的GitHub上开源WS2812驱动：https://github.com/Apex-yuan/STM32f103_WS2812

作者是Apex-yuan，在此表示感谢！！！正式因为大佬的开源，节约了我们大量重复造轮子的时间。轮子有了，接下来是建立自己的工程代码。虽然MRS创建工程很简单，但是有官方例程，创建好的Example干嘛不用呢。

如下图，我们将使用SPI_DMA工程，选择这个工程的原因大家应该已经意会了。熟悉CH32的朋友都知道STM32代码移植到CH32是非常方便的。前提是基于标准库的例程。这次选用的开源例程正式基于标准库的。所以我们直接复制大佬的WS2812驱动到我们自个的工程；最后移植后的代码如下：WS2812.c：

复制

#include "ws2812.h"

#include "debug.h"

uint8_t pixelBuffer[PIXEL_NUM][24] ;

void ws281x_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //PORTA时钟使能

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //SPI1时钟使能

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);        //使能DMA传输





  /* PC6  SPI1_MOSI */

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);



        SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工

        SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                //设置SPI工作模式:设置为主SPI

        SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构

        SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                //串行同步时钟的空闲状态为低电平

        SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;        //串行同步时钟的第2个跳变沿（上升或下降）数据被采样

        SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制

        SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;                //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为16

        SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始

        SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;        //CRC值计算的多项式

        SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器

 

        SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设

    SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE);

  

    DMA_DeInit(DMA1_Channel3);   //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) &(SPI1 -> DATAR); //cpar;  //DMA外设ADC基地址

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)pixelBuffer; //cmar;  //DMA内存基地址

        DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;  //数据传输方向，从内存读取发送到外设

        DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = PIXEL_NUM * 24; //cndtr;  //DMA通道的DMA缓存的大小

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设地址寄存器不变

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址寄存器递增

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;  //数据宽度为8位

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位

        DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;  //工作在正常缓存模式

        DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x拥有中优先级 

        DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  //DMA通道x没有设置为内存到内存传输

        DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure);  //根据DMA_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所标识的寄存器 

  

        ws281x_closeAll();  //关闭全部的灯

        Delay_Ms(100); //关闭全部的灯需要一定的时间

}



void ws281x_closeAll(void)

{

  uint16_t i;

  uint8_t j;

  

  for(i = 0; i < PIXEL_NUM; ++i)

  {

    for(j = 0; j < 24; ++j)

    {

      pixelBuffer[i][j] = WS_LOW;

    }

  }

  ws281x_show(); 

}



uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue)

{

  return green << 16 | red << 8 | blue;

}



void ws281x_setPixelColor(uint16_t n ,uint32_t GRBcolor)

{

  uint8_t i;

  if(n < PIXEL_NUM)

  {

    for(i = 0; i < 24; ++i)

    {

      pixelBuffer[n][i] = (((GRBcolor << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW);

    }

  }

}



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][i] = (((ws281x_color(red,green,blue) << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW);

    }

  }

}



void ws281x_show(void)

{

    DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE );  //关闭USART1 TX DMA1 所指示的通道 

    DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC3);    

           DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel3,24 * PIXEL_NUM );//DMA通道的DMA缓存的大小

           DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道 

}







// 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);

}



// Fill the dots one after the other with a color

void ws281x_colorWipe(uint32_t c, uint8_t wait) {

  for(uint16_t i=0; i<PIXEL_NUM; i++) {

    ws281x_setPixelColor(i, c);

    ws281x_show();

    Delay_Ms(wait);

  }

}



void ws281x_rainbow(uint8_t wait) {

  uint16_t i, j;



  for(j=0; j<256; j++) {

    for(i=0; i<PIXEL_NUM; i++) {

      ws281x_setPixelColor(i, ws281x_wheel((i+j) & 255));

    }

    ws281x_show();

    Delay_Ms(wait);

  }

}



// Slightly different, this makes the rainbow equally distributed throughout

void ws281x_rainbowCycle(uint8_t wait) {

  uint16_t i, j;



  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);

  }

}



//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();



      Delay_Ms(wait);



      for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {

        ws281x_setPixelColor(i+q, 0);        //turn every third pixel off

      }

    }

  }

}



//Theatre-style crawling lights with rainbow effect

void 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();



      Delay_Ms(wait);



      for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {

        ws281x_setPixelColor(i+q, 0);        //turn every third pixel off

      }

    }

  }

}

其中ws281x_init初始化代码要注意的是要是能RCC_APB2Periph_GPIOC时钟，并初始化PC6作为GPIO_Mode_AF_PP，因为CH32V003是的PC6是MOSI；
另外DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) &(SPI1 -> DATAR); 跟STM32的SPI1 -> DR不太一样；然后再贴出WS2812.h代码

复制

#ifndef __WS2812_H

#define __WS2812_H



#include <ch32v00x.h>



#define PIXEL_NUM 9



//硬件spi模拟ws2811时序（用spi的8位数据模拟ws281x的一位数据）

//  _____   

// |     |___|   11110000  high level

//  ___         

// |   |_____|   11000000  low level



#define WS_HIGH 0XF0

#define WS_LOW  0XC0



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 */

大佬用的是56Mhz的系统时钟，8分频算下来是7Mhz，但我们用的是48Mhz的HSI，所以8分频后只有6Mhz，但是这并不影响我们驱动WS2812B，其中：
// | |___| 11110000 high level
// ___
// | |_____| 11000000 low level

#define WS_HIGH 0XF0
#define WS_LOW 0XC0

1码是这样算得：T=1/f=1/6Mhz=0.1666666666666667us, 4*T=0.6666666666666667us;
0码是这样算得：T=1/f=1/6Mhz=0.1666666666666667us, 2*T=0.3333333333333334us;
再来看WS2812的时序

都是满足的。
最后在main函数调用灯光效果API:

复制

int main(void)

{



    u8 i=0;

    Delay_Init();

    USART_Printf_Init(460800);

    printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);

    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



     ws281x_rainbow(20);

     ws281x_rainbowCycle(10);

     ws281x_theaterChaseRainbow(50);



       for(i = 0; i < PIXEL_NUM; ++i)

     {

       ws281x_setPixelColor(i, ws281x_color(0,250,0));

       ws281x_show();

       Delay_Ms(500);

     }

    }

}