一、WS2812B资料

很多博客都有中文的DATASHEET，自行搜索，本文为英文DATASHEET截图。

1.硬件参数

绝对最大额定值与电气特性

根据参数，使用5V电压供电即可；输入的电流1uA，IO口可以直接驱动，但若想驱动多个灯珠，最好还是独立供电。高电平最小值2.7V，低电平最大值0.7V，使用IO口直接做控制输入可以满足。

2.硬件连接

下图为DataSheet中的应用电路

请将“DIN”信号连接到单片机上有定时器通道的引脚。前一个WS2812B的“DOUT”连接到下一个WS2812B的“DIN”。

二、驱动方式选择

1.数据传输与组成

首先看一眼数据传输方式，D1、D2、D3、D4代表按顺序排列的WS2812B灯珠。
可以看到，第三个WS2812B灯珠接收到了第三个24bit的数据，
故推断第一个WS2812B灯珠先收到第一个24bit的数据后，做出响应（发光）；
再收到第二个24bit的数据后，直接转发给第二个WS2812B灯珠，由第二个WS2812B灯珠做出响应；
依次类推。
做不同颜色的灯光显示时，注意数据传输的先后。

那么这24bit的数据内容是什么呢？下图为该24bit数据的组成。

根据描述，数据发送的顺序是GRB，高位先发。
每8bit代表了WS2812B灯珠对此种颜色光发光的强度，故耀眼的绿、红、蓝纯色光对应十六进制的编码分别为：0xff0000(绿)、0x00ff00(红)、0x0000ff(蓝)。

2.数据编码

有了编码信息，再看看WS2812B灯珠对0/1码的接收方式是什么。下图为WS2812B的编码时序图。

其中的数据传输时间如下图所示。

可以看到，WS2812B编码所需的时间精度为ns级别，定时器中断不合适了；stm32的时钟周期在72mhz的系统时钟下为13.89ns，使用systemtick做delay也可以实现，但时间不会很精确，且需要考虑不同的指令周期对编码的影响，粗糙又繁琐。
WS2812B的0/1编码很像一个周期内不同占空比的波形，可以考虑PWM控制，但此时又出现一个问题：
如何在不改变频率的情况下在几个周期内连续改变占空比？
通常我们是用库函数中TIM_SetCompare Y(TIM_TypeDef* TIM X, uint16_t Compare Z)来改变，但由于该函数执行时间很长，影响了编码时序，故不能采用此方法。
另一种方式是直接改变定时器CCRx寄存器的值，此时又出现一个问题：
如何在不到1us的时间内改变CCRx寄存器值？
知识点来了：STM32中，有影子寄存器的预装载寄存器有三个，分别是：分频寄存器PSC，自动重装载ARR，自动捕获CCRx。我们读写访问的是这几个寄存器的值，往CCRx寄存器内写入值时，会写在影子寄存器的下一半字(uint16_t)中。当我们使能了预装载寄存器后（TIMx_CCMR1寄存器的OC1PE位为0 ），当PWM执行完一个周期后，将影子寄存器中下一半字(uint16_t)中的值赋给CCRx预装载寄存器。参考：STM32xx参考手册的"捕获/比较模式寄存器 1(TIMx_CCMR1)"章节。
知道了这点后，我们可以在确定24bit的颜色编码后，得到对应位的0/1编码比较值，用数组传输给CCRx。然后启动PWM，即可得到占空比不断变化的PWM波。
注意到STM32在定时器部分有DMA功能后，便可以尝试将数据传输部分交给DMA了。

三、软件驱动编写

我测试使用的MCU为STM32f103c8t6，定时器使用是TIM2_CH2，移植时需要注意函数及实参使用相对应的。附图通道对应的DMA，作为移植参考。

其他废话不多说，直接上代码，注释我写的很清楚。

头文件：HDL_WS2812B.h

/******************************************************************************** @file  HDL_WS2812B.h* @author  huiyang* @version  V1.0* @date  01/21/2022******************************************************************************/
#ifndef _HDL_WS2812B_H
#define _HDL_WS2812B_H#include "stm32f10x.h"#define WS2812B_PIN    GPIO_Pin_1
#define WS2812B_PORT   GPIOA
#define WS2812B_HIGH   GPIO_SetBits(WS2812B_PORT,WS2812B_PIN)
#define WS2812B_LOW    GPIO_ResetBits(WS2812B_PORT,WS2812B_PIN)
/*  根据DataSheet定义0/1编码对应的高电平比较值，因为高电平在前，定义高电平的即可
**  高低电平的比例约为2:1
*/
#define WS2812B_ARR 90      //TIM2的自动重装载值
#define T0H 30                      //0编码高电平时间占1/3
#define T1H 60                      //1编码高电平时间占2/3/* 灯珠亮的个数 */
#define LED_NUM  100        //底层驱动未用，为应用方便，先加上
#define DATA_SIZE  24       //WS2812B一个编码的bit数，3*8void PWM_WS2812B_Init(uint16_t arr);
void WS2812B_Reset(void);
void PWM_WS2812B_Write_24Bits(uint16_t num,uint32_t GRB_Data);
void PWM_WS2812B_Show(uint16_t num);
void PWM_WS2812B_Red(uint16_t num);
void PWM_WS2812B_Green(uint16_t num);
void PWM_WS2812B_Blue(uint16_t num);#endif

c文件：HDL_WS2812B.c

/******************************************************************************** @file  HDL_WS2812B.c* @author  huiyang* @version  V1.0* @date  01/21/2022******************************************************************************/
#include "HDL_WS2812B.h"
#include "delay.h"    //延时函数加自己对应的头文件，在复位处使用/* 单个灯珠的编码对应的比较值数组 */
uint16_t Single_LED_Buffer[DATA_SIZE*LED_NUM];/*
*作用：通用定时器2 TIM2_CH2 PWM输出+DMA初始化
*参数：arr：自动重装值
*说明：定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.
*      Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
*/
void PWM_WS2812B_Init(uint16_t arr)
{//结构体变量GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;//使能RCC时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);     //使能PORTA时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);         //使能TIM2时钟    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);             //使能DMA1时钟    //初始化GPIO口GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WS2812B_PIN;                 //GPIO口GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //速度50MHzGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;           //复用推挽输出                               GPIO_Init(WS2812B_PORT,&GPIO_InitStructure);             //根据指定的参数初始化GPIO口//初始化TIM2TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0;                                           //定时器分频：(0+1)=1,不分频TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;      //向上计数模式TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;                                              //自动重装载值TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;              //时钟分割TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);                            //根据指定的参数初始化TIM2//初始化TIM2 Channel2 PWM模式TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                      //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能//TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                                                  //待装入捕获比较寄存器的脉冲值(此程序不用加初值)TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;        //输出极性:TIM输出比较极性高TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                                       //根据指定的参数初始化外设TIM2 Channel2/* 此处为知识点所描述处的对应代码，一定要有。移植时注意0C2代表定时器通道2*/TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);                       //使能TIM2在CCR2上的预装载寄存器TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);                                    //失能TIM2，防止第一个脉冲异常TIM_DMACmd(TIM2, TIM_DMA_CC2, ENABLE);     //使能TIM2_CH2的DMA功能(CC2对应通道2)DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(TIM2->CCR2);                 //设置DMA目的地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)Single_LED_Buffer;                 //设置DMA源地址DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;                                                   //方向：从内存SendBuff到内存ReceiveBuff  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = DATA_SIZE;                                                           //一次传输大小DMA_BufferSize=SendBuffSize   DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;                        //ReceiveBuff地址不增DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;                                           //SendBuff地址自增DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;  //ReceiveBuff数据单位,16bitDMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;                 //SENDBUFF_SIZE数据单位,16bitDMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                                                             //DMA模式：正常模式(传输一次)DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;                                             //优先级：中 DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;                                                                //内存到内存的传输DMA_Init(DMA1_Channel7, &DMA_InitStructure);                                                              //配置DMA1的7通道(不同定时器的通道不一样)DMA_Cmd(DMA1_Channel7, DISABLE);                   //失能DMA1的7通道，因为一旦使能就开始传输
}
//复位灯带
void WS2812B_Reset(void)
{TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);WS2812B_LOW;delay_ms(1);    //此处延时时间最小值大于50us即可
}
//写数据编码
void PWM_WS2812B_Write_24Bits(uint16_t num,uint32_t GRB_Data)
{uint8_t i,j;for(j = 0; j < num; j++){for(i = 0; i < DATA_SIZE; i++){/*因为数据发送的顺序是GRB，高位先发，所以从高位开始判断，判断后比较值先放入缓存数组*/Single_LED_Buffer[i] = ((GRB_Data << i) & 0x800000) ? T1H : T0H;}}
}//点亮灯珠
void PWM_WS2812B_Show(uint16_t num)
{/* 移植时此处对应的通道和中断标志都需要更改 */DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel7, num*DATA_SIZE);DMA_Cmd(DMA1_Channel7, ENABLE);TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);while(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC7) != SET);DMA_Cmd(DMA1_Channel7, DISABLE);DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC7);TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}//N个灯珠发红光
void PWM_WS2812B_Red(uint16_t num)
{PWM_WS2812B_Write_24Bits(num,0x00ff00);PWM_WS2812B_Show(num);
}
//N个灯珠发绿光
void PWM_WS2812B_Green(uint16_t num)
{PWM_WS2812B_Write_24Bits(num,0xff0000);PWM_WS2812B_Show(num);
}
//N个灯珠发蓝光
void PWM_WS2812B_Blue(uint16_t num)
{PWM_WS2812B_Write_24Bits(num,0x0000ff);PWM_WS2812B_Show(num);
}

测试主函数

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "HDL_WS2812B.h"
int main(void)
{SystemInit();delay_init(72);PWM_WS2812B_Init(WS2812B_ARR);while(1){WS2812B_Reset();PWM_WS2812B_Red(1);     //灯珠个数可修改PWM_WS2812B_Green(1);PWM_WS2812B_Blue(1);}
}

四、测试效果

总结

至此，WS2812B灯珠的简单驱动就编写完成了，其他颜色以及亮灯效果可以在此基础上任意发挥。

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