本帖最后由 Tristan_C 于 2023-11-27 08:35 编辑
#申请原创# DMA与SPI驱动WS2812B灯带LED
前面已经点过LED，手上正好有一条WS2812B的灯带，上面有16颗灯珠，想着用STM32U5的SPI来驱动以下吧，将点灯进行到底。灯条的控制只需要接5V的电源以及SPI主机的MOSI引脚。5V就接到板子上的5V电源引脚即可。其中5V从如下引脚取得
而MOSI则试用如下的SPA_A的MOSI，也就是PA7引脚
WS2812B是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅受限信号传输速度要求。这个灯现在应用非常广泛，其尺寸如下和引脚。
芯片的供电电压还是有一些要求的，最低要3.7V，为了能更好地驱动它，还得需要用板子上的5V电源。
而数据通信则用3.3V的电平，根据其电器参数表的描述，3.3V的高电平也足够其识别了。
电路设计上，只需要按照如下的串联即可
WS2812B的数据传输采用单线方式，如下为其数据传输时间、时序波形和数据传输方法，可以看到，其数据1和0，分别采用不同的高电平时间来决定。根据时间值，可以估算，数据1和0的总时间可以相同，而高电平时间分别为总时间的2/3和1/3即可，总时间可以设定为1.25uS，相当于是一个约800KHz的方波，只是占空比分别是2/3和1/3来分别待变1和0。但我们采用的是SPI的方式驱动，该方式驱动需要控制每个字节的8位中连续置1的位的个数来实现占空比的调节，根据下面的时间，可以分别采用5bit位和2bie位来表示数值1和数值0，也就是5/8和2/8，相当于781nS和313nS，正好能符合时序所要求的T1H和T0H的时间。
在数据传输的方法中，前面已经提到，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。也就是每个灯，只保留自己收到的第一个24bit数据，剩下的都传给下一个灯。
同时，在传输完一次所有数据之后，需要产生一个RESET信号，该信号时间大于280uS，设计中采用320uS，以满足改时序。
数据在发送时，按照下面的顺序传输，即高位线发送，GRB的顺序发送．
下面就开始想办法让STM32U5的板子驱动起来这根灯条吧
首先是试用CubeMX打开工程Examples\SPI\SPI_FullDuplex_ComDMA_Master
确保进行如下时钟配置，让SPI处能得到12.8MHz的频率（SPI自身再进行2分频得到6.4MHz）
然后配置SPI参数时，要特别注意其分频选项，让SPI的时钟满足前面提到的6.4MHz的要求
因脚上默认试用demo的即可，因为已经时PA7作为MOSI了。
生成代码，这里注意因为选择的是Keil开发的因此生成的代码工具需要将默认的iar改掉
在打开的keil工程中，选择打开main文件，接下来的改动主要在这个文件中
这里可以先将demo程序的发送测试代码去掉，免得干扰。
而SPI因为只需要发送因此发送完成的回调函数需要改成HAL_SPI_TxCpltCallback
然后定义前文中所属需要用到的一些常亮，包括SPI的时钟，LED的数量、RESET的时间及其所需发送字节数及其字节值，数值1和0的字节值等
然后定义WS2812B用到的结构体和显示内容的缓存空间，其中结构体内容即为GBR三种颜色的三个字节
接下来定义ws2812b的缓存刷新函数，该函数将所需刷新的灯珠的颜色数据转换为SPI需要发送的缓存。
接着就来到主循环，主循环中主要做的就是每2秒钟更新ws2812b_color这个决定灯珠显示的结构体，更新显示缓存，并刷新灯珠显示。
编译下载运行
就可以看到灯条在更新三种颜色显示了
用逻辑分析仪，可以看到SPI数据输出之后，对应到WS2812B的DI引脚上的频率，约800K，以及数据1和0的占空比情况
演示视频如下
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