【NUCLEO-U5A5ZJ-Q测评】驱动DFRobot 24灯珠炫彩灯环带你穿越时空之门

只看该作者 · 2023-12-12 00:51

本帖最后由 HonestQiao 于 2023-12-12 13:29 编辑

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本篇文章，分享了在 NUCLEO-U5A5ZJ-Q 开发板上，使用WS2812B 炫彩灯环的经验，展示的效果，包括按照顺序亮灭灯环上的灯珠，已经根据简谱点亮对应数量的灯珠。

一、硬件了解
炫彩灯带是一种非常常见的LED灯带，一般有5050灯带、WS28系列灯带(WS2801、WS2812、WS2813、WS2815和WS2818)，在日常要使用灯光效果的场合，应用非常的多。

其中WS2812是最常见的一种，可以编程控制每一颗灯珠的亮灭，以及不同的颜色。

我手头有WS2812的灯板(1、2、4、8*8)、灯带(60、92)、灯环(24)，其中24灯珠的灯环最常用：

我给这个灯环配了一个时空之门的底座，科幻感十足，当灯环上的灯珠亮起来的时候，仿佛开启了时空之门。

这是一款DFRobot出品的灯环，其参数如下：

工作电压：3.3~5V
最大工作电流：<100mA
接口类型：PH2.0-3P
灯珠型号：WS2812
灯珠数量：24
颜色：1600万色

要控制WS2812，除了供电以外，只需要1根数据信号线，即可控制所有的灯珠，非常的方便。
关于WS2812的具体控制原理，可以参考我的文章：【GD32F427开发板试用】点亮WS2812B炫彩灯环，里面详细讲述了灯环的电路原理和灯珠和颜色控制的原理。

在咱们 NUCLEO-U5A5ZJ-Q 开发板开发板上，可与使用SPI的方式进行控制，将其信号线，连接到开发板的Arduino兼容接口的MOSI即可：

具体连接如下：

如果有多个这样的灯环，那灯环直接，还可以串联起来使用：

不过，需要注意的是，如果控制的灯珠较多，那么务必需要使用外部供电。
通常情况下，1颗灯珠，1种颜色，需要20mA电流，白色需要60mA电流，控制100颗，就需要最大6A电流。

二、驱动适配
在Zephyr中，提供了ws2812B的处理，但是没有提供咱们NUCLEO-U5A5ZJ-Q 开发板对应的处理定义，需要自己处理适配一下。
文件1：samples/drivers/led_ws2812/boards/nucleo_u5a5zj_q.conf

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CONFIG_WS2812_STRIP_SPI=y

CONFIG_SPI=y

这个文件定义了使用SPI，以及使用SPI控制WS2812。

文件2：samples/drivers/led_ws2812/boards/nucleo_u5a5zj_q.overlay：

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/*

 * Copyright (c) 2022, STMicroelectronics

 *

 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

 */



#include <zephyr/dt-bindings/led/led.h>



&arduino_spi {

        led_strip: ws2812[url=home.php?mod=space&uid=2514928]@0[/url] {

                compatible = "worldsemi,ws2812-spi";



                /* SPI */

                reg = <0>; /* ignored, but necessary for SPI bindings */

                spi-max-frequency = <DT_FREQ_M(4)>;

                frame-format = <32768>; /* SPI_FRAME_FORMAT_TI */



                /* WS2812 */

                chain-length = <24>; /* arbitrary; change at will */

                spi-one-frame = <0x70>;

                spi-zero-frame = <0x40>;

                color-mapping = <LED_COLOR_ID_GREEN

                                 LED_COLOR_ID_RED

                                 LED_COLOR_ID_BLUE>;

        };

};



/ {

        aliases {

                led-strip = &led_strip;

        };

};

这个文件定义了基于arduio_spi的led-strip设备，使用4MHz通信速率，灯珠数量24颗，颜色对应关系为GRB。
对，就是GRB，WS2812就是这样定义颜色的：

三、基础测试
在Zephyr中，提供了ws2812的基础实例：samples/drivers/led_ws2812
其中main.c内容如下：

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/*

 * Copyright (c) 2017 Linaro Limited

 * Copyright (c) 2018 Intel Corporation

 *

 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

 */



#include <errno.h>

#include <string.h>



#define LOG_LEVEL 4

#include <zephyr/logging/log.h>

LOG_MODULE_REGISTER(main);



#include <zephyr/kernel.h>

#include <zephyr/drivers/led_strip.h>

#include <zephyr/device.h>

#include <zephyr/drivers/spi.h>

#include <zephyr/sys/util.h>



#define STRIP_NODE                DT_ALIAS(led_strip)

#define STRIP_NUM_PIXELS        DT_PROP(DT_ALIAS(led_strip), chain_length)



#define DELAY_TIME K_MSEC(CONFIG_SAMPLE_LED_UPDATE_DELAY)



#define RGB(_r, _g, _b) { .r = (_r), .g = (_g), .b = (_b) }



static const struct led_rgb colors[] = {

        RGB(0x0f, 0x00, 0x00), /* red */

        RGB(0x00, 0x0f, 0x00), /* green */

        RGB(0x00, 0x00, 0x0f), /* blue */

};



struct led_rgb pixels[STRIP_NUM_PIXELS];



static const struct device *const strip = DEVICE_DT_GET(STRIP_NODE);



int main(void)

{

        size_t cursor = 0, color = 0;

        int rc;



        if (device_is_ready(strip)) {

                LOG_INF("Found LED strip device %s", strip->name);

        } else {

                LOG_ERR("LED strip device %s is not ready", strip->name);

                return 0;

        }



        LOG_INF("Displaying pattern on strip");

        while (1) {

                memset(&pixels, 0x00, sizeof(pixels));

                memcpy(&pixels[cursor], &colors[color], sizeof(struct led_rgb));

                rc = led_strip_update_rgb(strip, pixels, STRIP_NUM_PIXELS);



                if (rc) {

                        LOG_ERR("couldn't update strip: %d", rc);

                }



                cursor++;

                if (cursor >= STRIP_NUM_PIXELS) {

                        cursor = 0;

                        color++;

                        if (color == ARRAY_SIZE(colors)) {

                                color = 0;

                        }

                }



                k_sleep(DELAY_TIME);

        }



        return 0;

}

这个代码的逻辑如下：
1. 定义了一个 colors ，用于灯珠显示的颜色定义
2. 定义了一个 pixels ，用于存放每颗灯珠的颜色数据
3. while循环过程中，cursor用于指向下一颗要点亮的灯珠，如果打倒了最大值，则从第一颗重新点亮
4. while循环过程中，没循环一遍灯珠，就指向下一个定义的颜色，如果颜色循环完了，则从头开始。
5. 使用 led_strip_update_rgb(strip, pixels, STRIP_NUM_PIXELS) 来更新灯珠的颜色，也就是通过SPI发送数据到WS2812。

编译下载后，具体的运行效果如下：

四、根据简谱控制灯珠点亮
在上面的基础测试中，是依次点亮灯珠。
下面，就根据《小星星》的简谱，来实现根据简谱点亮对应的灯珠。
首先，在代码中，添加一个颜色定义：

复制

static const struct led_rgb num_colors[] = {

        RGB(0x00, 0x00, 0x00), /* black */

        RGB(0x0f, 0x00, 0x00), /* red */

        RGB(0x00, 0x0f, 0x00), /* green */

        RGB(0x00, 0x00, 0x0f), /* blue */



        RGB(0x0f, 0x0f, 0x00), /* ?? */

        RGB(0x00, 0x0f, 0x0f), /* ?? */

        RGB(0x0f, 0x00, 0x0f), /* ?? */

        RGB(0x0f, 0x0f, 0x0f), /* white */

};

实际的颜色，大家可以对照RGB颜色表来取值。

再添加一个曲谱的定义：

复制

uint8_t nums[] = {1,1,5,5,6,6,5,0,4,4,3,3,2,2,1,0,5,5,4,4,3,3,2,0,5,5,4,4,3,3,2,0,1,1,5,5,6,6,5,0,4,4,3,3,2,2,1};

然后，把while循环替换为：

复制

        while(1) {

                memset(&pixels, 0x00, sizeof(pixels));

                for(int i=0;i<nums[cursor];i++) {

                        memcpy(&pixels[i], &num_colors[nums[cursor]], sizeof(struct led_rgb));

                }

                rc = led_strip_update_rgb(strip, pixels, STRIP_NUM_PIXELS);



                if (rc) {

                        LOG_ERR("couldn't update strip: %d", rc);

                }



                cursor++;

                if (cursor >= sizeof(nums)/sizeof(nums[0])) {

                        cursor = 0;

                }



                k_sleep(K_MSEC(500));

        }