ws2812C驱动示例主控芯片为HC32F460系列

这款LED灯最神奇的地方在于控制线只有一根，即单个IO既可以控制一个以及多个灯的亮灭和RGB颜色，当我第一次接触这个的时候，小小的质疑了二进制的状态，直到我看完协议之后，发现是时序上的串行，才豁然开朗。

多位（几个LED就是几位）通过引脚级联，接一个LED的DOUT引脚到另一个LED的DIN引脚，通过这种级联的方式，只需要使用一个IO口（单片机引脚）就能控制尽可能多的LED。

每个LED都集成了一颗驱动芯片在里面，让我们的LED变得智能和寻址，每一个内部都有恒流驱动，所以LED颜色非常一致，即使电压有小幅抖动，电压变化也是一样的。

不需要外部电阻——限流电阻，使LED灯的布局设计变得简单。

单线通信，能够最大限度的减少单片机IO口的压力，另外这款RGB灯使用了WS2812B（WS2812C跟B的01码的高低电平持续时间是一样的）驱动芯片，让外围电路只需要一颗电容就能够满足电路需求，从而最大可能的让电路变得简单优美。

特点

智能反接保护，电源反接不会损坏IC；
IC控制电路与LED点光源公用一个电源；
控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中，构成一个外控像素点；
内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加；
内置上电复位和掉电复位电路；
每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示，扫描频率不低于400Hz；
串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码；
任意两点传输距离在不超过5米时，无需增加额外电路；
当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点；
数据发送速度可达800Kbps；
光的颜色高度一致，性价比高。

注意： 800Kbps，相当于1.25us传输一比特数据。

引脚图

引脚功能描述：

NO.	Symbol	功能描述
1	VDD	LED的供电电源，Vdd 范围 +3.5~+5.3 V
2	DOUT	控制信号数据输出引脚
3	VSS	地
4	DIN	控制信号数据输入引脚

典型电路

串联方法

原理图

除了灯珠以外只需要额外增加一个0.1uF的电容即可。

硬件连接

HC32F460	WS2812模块
PA15（可以选择任意一个GPIO，即使是PA15作为JTAG口也可以复用为IO）	DIN
VCC	+5V
GND	GND

驱动原理

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DOUT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，使得像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。

因为数据被内部锁存，所以只要不改变颜色值（模块持续供电），颜色是不会发生改变的，设置颜色的脉冲也不需要持续提供（单片机发生复位也无影响），只需要在修改颜色值的时候，发送一遍即可。

0和1的区分

Treset：复位时间

由上图可知，我们要发送 '0' ，需要将GPIO引脚置高并持续0.4 us（400 ns），然后GPIO置低并持续0.85 us（850 ns），此过程即完成0 code的发送。如何产生这个ns级别的延时呢，常用的方法是使用nop空指令：

#define WS_TIMES 2       //和你的芯片主频有关，HC32F460主频168M的时候，使用的是2
void delay_250ns(void)
{u8 del_t=WS_TIMES;while(del_t--)__NOP();
}

然后用示波器观察与模块DIN引脚相连的GPIO输出的脉冲信号，查看其高电平是否与咱们预定义的一致，如果不一致，增加或减少空指令进行调整。

经过示波器大约是这么长的时间。

//发送0和1的函数void send_0(void)
{TH;delay_250ns();TL;delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();
}
void send_1(void)
{TH;delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();TL;delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();
}

实际调试的时候需要根据实际情况调整。

24 bit数据的组成

注意： 数据传输顺序按GRB顺序传输，并且高位在前。

void ws2812_rgb(u8 ws_num,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b)
{ws_data[(ws_num-1)*3]=ws_g;ws_data[(ws_num-1)*3+1]=ws_r;ws_data[(ws_num-1)*3+2]=ws_b;
}

ws_data[] 数组用于记录待传输的RGB数据，每一个灯珠的颜色占用三个字节，因为数据传输顺序按GRB的顺序传输，所以赋值的时候注意先后顺序，上面函数是设置某一个灯珠的颜色值。

ws_data[] 数组中颜色值设置完毕之后，就要把这个数组的数据发送到模块中，具体的实现函数如下：

void ws2812_refresh(u8 ws_count)
{u8 ws_ri=0;for(;ws_ri<ws_count*3;ws_ri++){if((ws_data[ws_ri]&0x80)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x40)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x20)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x10)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x08)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x04)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x02)==0) send_0(); else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x01)==0) send_0(); else send_1();}//延时一段时间ws2812_reset();
}

ws_data[] 数组中的每一个字节按位发送，因为高位在前，所以先发送每个字节的高位，获取最高位的值的方法为：ws_data[ws_ri]&0x80 。

数据传输方法

N位的模块，一次就要发送 N * 3 字节的数据。

注意： 上图中D1的数据是通过单片机发送，D2，D3，D4通过像素内重塑放大传输。

主函数就是点灯逻辑了。上传参考的代码：

#ifndef ws2812_h__
#define ws2812_h__
#include "sys.h"//用户修改处
#define WS_TIMES 6      //和你的芯片主频有关，stm32f407用6，自己多试下，或者有条件的用示波器看下
#define TH  PEout(4)=1;
#define TL  PEout(4)=0;//RGB--定义了几个标准的rgb值
#define WS_DARK     0,0,0
#define WS_WHITE    255,255,255
#define WS_RED      255,0,0
#define WS_GREEN    0,255,0
#define WS_BLUE     0,0,255
#define WS_YELLO    255,255,0
#define WS_PURPLE   255,0,255
#define WS_CYAN     0,255,255//extern u8 ws_data[];如果你需要在其他地方用到这个数组，就不注释 void ws2812_init(void);
void ws2812_rgb(u8 ws_i,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b);
void ws2812_rgb_all(u8 ws_i,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b);
void ws2812_refresh(u8 ws_i);
void ws2812_reset(u8 ws_set);void delay_250ns(void);
void send_0(void);
void send_1(void);
void send_res(void);#endif //ws2812_h__

#include "ws2812.h"
//用法示例，先保存到数组，用 ws2812_rgb函数，然后用ws2812_refresh函数发送
// ws2812_rgb(1, WS_RED);
// ws2812_rgb(2, WS_GREEN);
// ws2812_rgb(3, WS_BLUE);
// ws2812_rgb(4, WS_WHITE);
// ws2812_rgb(5, WS_PURPLE);
// ws2812_rgb(6, WS_YELLO);
// ws2812_rgb(7, WS_DARK);
// ws2812_rgb(8, WS_BLUE);
// ws2812_refresh(8);void ws2812_init(void)//PE4
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_4);
}u8 ws_data[200]={0};
void ws2812_rgb(u8 ws_i,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b)
{ws_data[(ws_i-1)*3]=ws_g;ws_data[(ws_i-1)*3+1]=ws_r;ws_data[(ws_i-1)*3+2]=ws_b;
}
void ws2812_rgb_all(u8 ws_i,u8 ws_r,u8 ws_g,u8 ws_b)
{static u8 rgb_wsi;for(rgb_wsi=1;rgb_wsi<=ws_i;rgb_wsi++){ws_data[(rgb_wsi-1)*3]=ws_g;ws_data[(rgb_wsi-1)*3+1]=ws_r;ws_data[(rgb_wsi-1)*3+2]=ws_b;}
}void ws2812_refresh(u8 ws_i)
{u8 ws_ri=0;for(;ws_ri<ws_i*3;ws_ri++){if((ws_data[ws_ri]&0x80)==0) send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x40)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x20)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x10)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x08)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x04)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x02)==0)    send_0();   else send_1();if((ws_data[ws_ri]&0x01)==0)    send_0();   else send_1();}send_res();
}void ws2812_reset(u8 ws_set)
{for(int i=0;i<200;i++){ws_data[i]=ws_set;}
}void delay_250ns(void)
{u8 del_t=WS_TIMES;while(del_t--)__NOP();
}void send_0(void)
{TH;delay_250ns();TL;delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();
}
void send_1(void)
{TH;delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();delay_250ns();TL;delay_250ns();
}
void send_res(void)
{TL;delay_us(300);
}

最后感谢B站的视频教程，感谢网友们的分享。

收益最大的是这个：一个IO控制很多个LED，这个技能你get到了吗