从零开始 DIY 智能家居 - AC791N通过单线SPI驱动WS2812
文章目录
- 前言
- 一、硬件选择
- 二、代码讲解
- 1.SPI配置
- 2.灯带代码
- 总结
前言
今天被疫情管控在家,因为太过突然,完全没准备,也没办法远程办公访问,正好闲下来一天整理一下前段时间弄的一个小玩意。
一个智能灯带,这玩意看起来简单,但是坑蛮多的,特别是我选择了一个比较少见的模块。那坑就更多了。
因为这次是被管控在家,我设备和代码啥都没有,只能通过之前的文档和笔记给大家分享一下这次开发遇到的坑,所以没办法像之前那样直接将代码分享给大家,但是我还是会尽量讲清楚WS2812要如何使用的。
一、硬件选择
首先,就是翼辉的 边缘计算机 Spirit 1 边缘计算机,这玩意给开发者用确实好使,我已经习惯用这个玩意协助开发调试设备了。
至于开发板,这次终于不是祖传的ESP32了,是杰里科技的AC791N开发板!当然,本穷逼只买得起最便宜的单独的开发板模块,这玩意单板子就特么100块啊!
灯带我选择的是WS2812B一种很常见,资料很多的灯带,但是实际上网上的资料很多都不对。我查着资料用示波器抓了半天波形才搞定。
因为设备不在家,这里没办法给大家配图了QWQ
驱动WS2812一般就三种方法
直接控制IO口拉高拉低来产生波形,但是WS2812对电平翻转速度要求有点高,很难达到这么高的速度,而且直接这么控制误差比较大,所以我没采用。
我在网上看见用得比较多的是 PWM+DMA的方式,然后蛋疼的地方来了,AC791N开发板开发板的资料比较少,只有官方的一个文档,官方文档只简单的说了一下PWM的使用,有很多的功能和宏并没有介绍,我折腾了半天,实在是调不通,去找他们的官方支持才知道,他们的PWM是直连的,没有DMA。
最后在官方人员的帮助下,我才终于成功使用SPI单线模式+DMA的方式驱动WS2812,官方文档上没有SPI单线模式的介绍,就很蛋疼
接线:
5V->5V
PH1(SPI DO)->DO
GND->GND
二、代码讲解
1.SPI配置
因为这次代码不在身边,我只能找我笔记里的关键部分来讲了
采用SPI单线模式+DMA,主要是SPI_UNIDIR_MODE这个宏将SPI配置为单线模式
使用SPI2 portA
SPI速率为8M
输出引脚为 :IO_PORTH_01
SPI配置代码如下(示例):
port A 的引脚定义
/************************** SPI config ****************************/
SPI2_PLATFORM_DATA_BEGIN(spi2_data).clk = 8000000,.mode = SPI_1WIRE_MODE,.port = 'A',.attr = SPI_SCLK_L_UPH_SMPH | SPI_UNIDIR_MODE,
SPI2_PLATFORM_DATA_END()注册SPI设备:
REGISTER_DEVICES(device_table) = {{"uart2", &uart_dev_ops, (void *)&uart2_data },{"rtc", &rtc_dev_ops, NULL},{"spi2", &spi_dev_ops, (void *)&spi2_data },
};
2.灯带代码
WS2812的逻辑0和逻辑1的定义
代码如下(示例):
//需要设定灯带长度和ws2812的逻辑0和逻辑1
#define LED_NUM 100 // LED灯珠个数#define EIGHTBIT_0CODE 0xc0 // 逻辑0
#define EIGHTBIT_1CODE 0xf8 // 逻辑1
这是将数据结构中传入的颜色和亮度数组转换成SPI发送数据的函数
/*** 将传入数据转换成ws2812缓存* 8个SPI bit 表示一个ws2812bit,要求SPI发送速率为8Mhz,ws2812信号频率为1M* 经实测,还是8bit/1M 的模式比较准确,灯带不会误识别造成乱码,SPI为6.4M时会出现乱码* */
int convert2ws2812(struct frame_buf* fbuf, uint8_t *ws_buf, uint16_t buf_len)
{union ws2812_pixel pcolor;uint8_t *subpixel = NULL;ws_buf[0] = 0;for (uint16_t pos = 0; pos < LED_NUM; pos++) {// 处理当前像素点颜色pcolor.color.r = fbuf->color.r * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;pcolor.color.g = fbuf->color.g * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;pcolor.color.b = fbuf->color.b * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;// 转换每个颜色通道memset(ws_buf + pos * 24, 0, 24);for(uint16_t i = 0; i < 3; i++) {subpixel = ws_buf + pos * 24 + i * 8 + 0;subpixel[0] |= ((pcolor.data[i] & 0x80) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[1] |= ((pcolor.data[i] & 0x40) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[2] |= ((pcolor.data[i] & 0x20) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[3] |= ((pcolor.data[i] & 0x10) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[4] |= ((pcolor.data[i] & 0x08) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[5] |= ((pcolor.data[i] & 0x04) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[6] |= ((pcolor.data[i] & 0x02) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);subpixel[7] |= ((pcolor.data[i] & 0x01) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);}}return 0;
}
而在主业务循环函数中有个需要注意的是SPI do 端口默认为高电平,我尝试在发送前将GPIO端口拉低也没用,这会导致数据的第一个信号被吞掉,所以要在所有数据前填充一段0数据将电平拉低
总结
这次东西,不难,主要是的坑有点多:
1、AC97的PWM是不支持DMA的,以及SPI的单线模式。
2、WS2812并不需像网上资料写的理论上将SPI 的CLK设置为6.4M,亲测,6.4M情况下会有错乱的情况。8.0M才能稳定。
3、SPI默认高电平会吃掉第一个数据,导致会有一个灯颜色异常,所有要手动在所有发送前往数据前塞0,拉低电平,通过GPIO控制函数拉低没用,我抓过波形看过了。
4、还是AC97的问题,因为我这是两线程在跑,一个线程接收数据,一个线程发送数据,发送线程不知道为什么在有的情况下会调度得慢,几秒甚至几十秒才跑一次,我已经把发送线程的优先级拉到很高了,理论上他调度的机会应该比接收线程多,但是接收线程一切正常,发送线程响应就很慢,而我什么都没改,有时候重新上电就正常了,有时候重新烧录一下代码就好,什么都没改。
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