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[学习资料] 如何使用PWM驱动WS2812B

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 楼主| yiy 发表于 2025-2-26 19:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
PWM, ws2812, ws2812b, 使用
WS2812B是一种常见的RGB LED灯带，每个LED都可以独立控制颜色和亮度。使用PWM（脉宽调制）驱动WS2812B时，通常通过微控制器（如Arduino、ESP32等）生成特定的PWM信号来控制LED的颜色和亮度。

1. 硬件连接
VCC：接5V电源

GND：接地

DIN：接微控制器的PWM输出引脚

2. PWM信号要求
WS2812B的通信协议基于特定的时序，每个bit的数据通过PWM信号的占空比来表示：

0：高电平时间约0.35µs，低电平时间约0.80µs

1：高电平时间约0.70µs，低电平时间约0.60µs

3. 代码实现
以Arduino为例，使用Adafruit_NeoPixel库可以方便地控制WS2812B。

安装库
在Arduino IDE中，通过库管理器安装Adafruit_NeoPixel库。

示例代码
复制
  1. #include <Adafruit_NeoPixel.h>
    


  2. 

  3. #define PIN 6  // PWM输出引脚
    

  4. #define NUM_LEDS 30  // LED数量
    


  5. 

  6. Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
    


  7. 

  8. void setup() {
    

  9.   strip.begin();
    

  10.   strip.show();  // 初始化所有LED为关闭状态
    

  11. }
    


  12. 

  13. void loop() {
    

  14.   // 设置第一个LED为红色
    

  15.   strip.setPixelColor(0, strip.Color(255, 0, 0));
    

  16.   strip.show();
    

  17.   delay(500);
    


  18. 

  19.   // 设置第二个LED为绿色
    

  20.   strip.setPixelColor(1, strip.Color(0, 255, 0));
    

  21.   strip.show();
    

  22.   delay(500);
    


  23. 

  24.   // 设置第三个LED为蓝色
    

  25.   strip.setPixelColor(2, strip.Color(0, 0, 255));
    

  26.   strip.show();
    

  27.   delay(500);
    


  28. 

  29.   // 关闭所有LED
    

  30.   for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    

  31.     strip.setPixelColor(i, 0);
    

  32.   }
    

  33.   strip.show();
    

  34.   delay(500);
    

  35. }
4. 注意事项
电源：确保电源足够稳定，避免电压波动影响LED显示效果。

信号线：信号线长度不宜过长，避免信号衰减。

刷新率：WS2812B的刷新率较高，确保微控制器的处理能力足够。

通过以上步骤，你可以使用PWM信号驱动WS2812B LED灯带，实现丰富的灯光效果。

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 楼主| yiy 发表于 2025-2-26 19:13 | 显示全部楼层
使用PIC16F877A的PWM模块驱动WS2812B LED灯带需要手动生成符合WS2812B通信协议的信号。由于WS2812B的通信协议对时序要求非常严格，通常需要使用定时器和手动控制GPIO引脚来生成所需的PWM信号。
以下是使用PIC16F877A驱动WS2812B的步骤和示例代码：
1. 硬件连接
VCC：接5V电源

GND：接地

DIN：接PIC16F877A的GPIO引脚（如RC2）

2. WS2812B通信协议
WS2812B的通信协议基于特定的时序：

0：高电平时间约0.35µs，低电平时间约0.80µs

1：高电平时间约0.70µs，低电平时间约0.60µs

每个LED需要24位数据（8位绿色 + 8位红色 + 8位蓝色）

数据发送完毕后，需要至少50µs的低电平复位信号。

3. PIC16F877A配置
PIC16F877A的PWM模块无法直接生成WS2812B所需的信号，因此需要通过定时器和手动控制GPIO引脚来实现。

定时器配置
使用定时器（如Timer0或Timer1）来生成精确的延时。

根据PIC16F877A的时钟频率（如4MHz、8MHz等），计算定时器的预分频和计数值，以生成0.35µs和0.70µs的高电平时间。

GPIO配置
配置一个GPIO引脚（如RC2）为输出模式，用于发送数据信号。

4. 代码实现
以下是一个简单的示例代码，使用PIC16F877A的GPIO和定时器来驱动WS2812B。

初始化代码
复制
  1. #include <xc.h>
    


  2. 

  3. #define _XTAL_FREQ 4000000  // 4MHz时钟频率
    

  4. #define DIN_PIN RC2         // 数据引脚连接到RC2
    


  5. 

  6. void WS2812B_SendBit(uint8_t bit) {
    

  7.     if (bit) {
    

  8.         DIN_PIN = 1;        // 高电平
    

  9.         __delay_us(0.7);    // 0.7µs高电平
    

  10.         DIN_PIN = 0;        // 低电平
    

  11.         __delay_us(0.6);    // 0.6µs低电平
    

  12.     } else {
    

  13.         DIN_PIN = 1;        // 高电平
    

  14.         __delay_us(0.35);   // 0.35µs高电平
    

  15.         DIN_PIN = 0;        // 低电平
    

  16.         __delay_us(0.8);    // 0.8µs低电平
    

  17.     }
    

  18. }
    


  19. 

  20. void WS2812B_SendByte(uint8_t byte) {
    

  21.     for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    

  22.         WS2812B_SendBit(byte & 0x80);  // 从最高位开始发送
    

  23.         byte <<= 1;
    

  24.     }
    

  25. }
    


  26. 

  27. void WS2812B_SendColor(uint8_t green, uint8_t red, uint8_t blue) {
    

  28.     WS2812B_SendByte(green);
    

  29.     WS2812B_SendByte(red);
    

  30.     WS2812B_SendByte(blue);
    

  31. }
    


  32. 

  33. void WS2812B_Reset() {
    

  34.     DIN_PIN = 0;            // 低电平
    

  35.     __delay_us(50);         // 50µs复位信号
    

  36. }
    


  37. 

  38. void main() {
    

  39.     TRISC2 = 0;             // 设置RC2为输出
    

  40.     DIN_PIN = 0;            // 初始化为低电平
    


  41. 

  42.     while (1) {
    

  43.         // 设置第一个LED为红色
    

  44.         WS2812B_SendColor(0, 255, 0);
    

  45.         WS2812B_Reset();
    

  46.         __delay_ms(500);
    


  47. 

  48.         // 设置第二个LED为绿色
    

  49.         WS2812B_SendColor(255, 0, 0);
    

  50.         WS2812B_Reset();
    

  51.         __delay_ms(500);
    


  52. 

  53.         // 设置第三个LED为蓝色
    

  54.         WS2812B_SendColor(0, 0, 255);
    

  55.         WS2812B_Reset();
    

  56.         __delay_ms(500);
    

  57.     }
    

  58. }
5. 代码说明
WS2812B_SendBit：发送一个bit（0或1），根据WS2812B的时序要求控制高电平和低电平的时间。

WS2812B_SendByte：发送一个字节（8位），从最高位开始发送。

WS2812B_SendColor：发送24位颜色数据（绿色、红色、蓝色）。

WS2812B_Reset：发送复位信号（50µs低电平）。

main：主循环中依次设置LED的颜色。

6. 注意事项
时钟频率：代码中的延时基于4MHz时钟频率。如果使用其他频率，需要调整延时函数。

信号精度：WS2812B对时序要求非常严格，确保延时函数的精度。

电源稳定性：确保5V电源稳定，避免电压波动影响LED显示效果。

通过以上方法，你可以使用PIC16F877A的GPIO和定时器来驱动WS2812B LED灯带。如果需要驱动多个LED，可以将颜色数据存储在数组中，并依次发送。


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 楼主| yiy 发表于 2025-2-26 19:15 | 显示全部楼层
或者这样做
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  1. #include <xc.h>
    


  2. 

  3. #define _XTAL_FREQ 20000000  // 20MHz时钟频率
    

  4. #define DIN_PIN RC2           // 数据引脚连接到RC2（PWM输出）
    


  5. 

  6. void PWM_Init() {
    

  7.     // 配置PWM模块
    

  8.     PR2 = 0xFF;               // PWM周期寄存器
    

  9.     CCP1CON = 0x0C;           // 配置CCP1为PWM模式
    

  10.     T2CON = 0x04;             // 启用Timer2，预分频为1
    

  11.     CCPR1L = 0x00;            // 初始占空比为0
    

  12.     TRISC2 = 0;               // 设置RC2为输出
    

  13. }
    


  14. 

  15. void PWM_SetDuty(uint8_t duty) {
    

  16.     CCPR1L = duty >> 2;       // 设置占空比高8位
    

  17.     CCP1CONbits.DC1B = duty & 0x03;  // 设置占空比低2位
    

  18. }
    


  19. 

  20. void WS2812B_SendBit(uint8_t bit) {
    

  21.     if (bit) {
    

  22.         PWM_SetDuty(180);     // 占空比约为70%（模拟“1”信号）
    

  23.         __delay_us(0.7);     // 高电平时间0.7µs
    

  24.     } else {
    

  25.         PWM_SetDuty(90);      // 占空比约为35%（模拟“0”信号）
    

  26.         __delay_us(0.35);     // 高电平时间0.35µs
    

  27.     }
    

  28.     PWM_SetDuty(0);           // 低电平
    

  29.     __delay_us(0.6);          // 低电平时间
    

  30. }
    


  31. 

  32. void WS2812B_SendByte(uint8_t byte) {
    

  33.     for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    

  34.         WS2812B_SendBit(byte & 0x80);  // 从最高位开始发送
    

  35.         byte <<= 1;
    

  36.     }
    

  37. }
    


  38. 

  39. void WS2812B_SendColor(uint8_t green, uint8_t red, uint8_t blue) {
    

  40.     WS2812B_SendByte(green);
    

  41.     WS2812B_SendByte(red);
    

  42.     WS2812B_SendByte(blue);
    

  43. }
    


  44. 

  45. void WS2812B_Reset() {
    

  46.     PWM_SetDuty(0);           // 低电平
    

  47.     __delay_us(50);          // 50µs复位信号
    

  48. }
    


  49. 

  50. void main() {
    

  51.     PWM_Init();              // 初始化PWM模块
    


  52. 

  53.     while (1) {
    

  54.         // 设置第一个LED为红色
    

  55.         WS2812B_SendColor(0, 255, 0);
    

  56.         WS2812B_Reset();
    

  57.         __delay_ms(500);
    


  58. 

  59.         // 设置第二个LED为绿色
    

  60.         WS2812B_SendColor(255, 0, 0);
    

  61.         WS2812B_Reset();
    

  62.         __delay_ms(500);
    


  63. 

  64.         // 设置第三个LED为蓝色
    

  65.         WS2812B_SendColor(0, 0, 255);
    

  66.         WS2812B_Reset();
    

  67.         __delay_ms(500);
    

  68.     }
    

  69. }
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 楼主| yiy 发表于 2025-2-27 19:36 | 显示全部楼层
我觉得应该是按照一定的字节，比如一次更新多少。定义一个缓存空间，然后按照一定的格式写入PWM，完成后，关闭PWM。
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gejigeji521 发表于 2025-2-28 15:02 | 显示全部楼层
目前看SPI是最适合的。可以之间当作数据发送。
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kmnqhaha 发表于 2025-4-25 15:33 | 显示全部楼层
WS2812B的通信基于特定的时序协议，并通过PWM信号来控制LED的亮度和颜色。每个LED的颜色通过三个值（红、绿、蓝）进行表示，每个颜色由8位（即一个字节）来控制。

0的表示方式：高电平时间为0.35µs，低电平时间为0.80µs

1的表示方式：高电平时间为0.70µs，低电平时间为0.60µs

这些时间窗口会被嵌入在一个比特流中，控制每个LED的RGB颜色。
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更多更合适ii 发表于 2025-4-25 17:18 | 显示全部楼层
可以使用 Adafruit_NeoPixel 库，这使得控制WS2812B变得非常简单。
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桃乐丝 发表于 2025-8-29 12:28 | 显示全部楼层
用 PWM 驱动 WS2812B 需严格遵循其时序：0 码为 0.4μs 高电平 + 0.85μs 低电平，1 码为 0.8μs 高电平 + 0.45μs 低电平，复位需 > 50μs 低电平。配置 MCU 的 PWM 定时器，按 GRB 顺序输出对应占空比的脉冲串，通过精准控制高低电平时长模拟信号，需注意 PWM 频率与精度匹配时序要求。
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四十四次日落 发表于 2025-9-27 15:26 | 显示全部楼层
使用 PWM 驱动 WS2812B，需按其时序：0 码为高电平 0.4μs + 低电平 0.85μs，1 码为高电平 0.8μs + 低电平 0.45μs，复位信号≥50μs 低电平。配置 MCU 的 PWM 模块到合适频率（约 800kHz），通过精确控制占空比生成对应码型，依次发送 GRB 格式数据，实现 LED 颜色控制。
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