关于使用WS2811点灯

今天某位网友突然提到说需要使用ws2811点亮一条灯带，想到之前有专门研究过此方面内容，不免拿出卖弄一下。

首先我们来研究一下，为什么只需要一个GPIO口就能点亮一串WS2812灯珠，而且每个灯珠都可以使用256*256*256色？

从datasheet来看（这里再吐槽一把，也许是原理太简单，不同网站下的ws2811的参数居然不同），就是按比特位给每个灯发送数据，每个灯都取走第一个颜色（24位），取完自己的颜色后，将剩余颜色向后传递，依次递推。因为用一段高低电平的持续实际分别0和1，表示所以群里说的SPI+DMA比NOP速率高，是不太可能的，点灯的速率只和需要点灯的数量有关（反正每个灯1.25us左右），和采用点灯的方案关系不大。如下是截取不同版本datasheet里的说明：

看，虽然每个文档都写TH+TL值相同（1.25us），但有些文档里面0的持续时间（0.35us+0.8us）是可以比1持续时间（0.7us+0.6us）短的。虽然可以实现在150ns的误差范围内使其满足1.25us的需求，但严格按照数据手册编程的话，还是有所差异的。

接下来，我们看看怎么实现点灯，最直接的想法肯定是直接控制IO口，并精确调整延时，这对板子性能要求太高，一般的板卡都不太可能做到；退而求其次，用NOP来做延时，这个对板子的性能要求没有那么高，大多数开发板可以做到。

最近在读RT-thread中的WS2811源码，感觉非常巧妙，具体是怎么实现的呢？答案是利用SPI接口。

传统SPI采用4根信号线，分别为CLK、CS、SDI和SDO。SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。在CS片选之后，由主设备的SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取，连续8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），才能完成一个字节数据的传输。输入也使用同样原理。

如上所述，当没有时钟变化时，SDO口的电平是相对保持的（无所谓正反相位），因此可以使用SPI总线发送特定数据分别表示0和1。

在RT-Thread中选取

可以看到相关代码如下：

这是在初始化SPI，使其时钟为13.333MHz，每个时钟周期可以传送1bit数据，耗时75ns。

接下来，采用SPI传输两个字节来实现WS2812上的1个位数据。

可以看到，bit0使用1111 1000 0000 0000，bit1使用1111 1111 1110 0000，分别对应高低电平时长。

T0H=0.375us

T0L=0.825us

T1H=0.825us

T1L=0.375us

基本上在datasheet的标注范围内。

函数ws2812_write_rgb_to_node

实现单个灯珠颜色的写入。

函数ws2812_write_rgb_to_all

次第写入灯链中每个节点的数据

接下来实现通过SPI发送数据

对于调整灯链颜色的需求，因为每次变换颜色，时间间隔至少50us，对于开发板来说，这个实现起来就比较简单，在这里也不用特别提及了。

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作者：tobot
链接：https://bbs.21ic.com/icview-3200798-1-1.html
来源：21ic.com
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