WS2812b幻彩ARGB灯珠的STM32F103的CPU-SPI方式驱动

这是我到某公司第二天就接到的小项目——驱动WS2812b ARGB灯环。那时候我STM32玩的还不太行，用STM8的水平倒是半斤八两。第一眼看WS2812的时序，我非常头大。然后，我从Github上找到了能用的代码，是STM8的，成功点亮并进行颜色设置。可它的ARGB底层驱动是汇编语言编写的，我不懂如何移植到STM32上。
　　驱动WS2812b最重要的就是时序，不论用哪种片上外设，还是用GPIO模拟方式，都是在控制高低电平的持续时间。目前，想要发送数据，除去用GPIO模拟，还有UART、I2C、SPI这些外设：

1、UART的波特率连续可调，但带有低电平的起始位没法忽略；
2、I2C的工作速度不合适；
3、只剩下SPI了，它的波特率分档可调，可以用来发送字节数据，也没有起始位和停止位，空闲时可设置为高电平。
　　
　　以WS2812b为例，其数据发送速度为800Kbps，每个周期发送一个bit（CODE1或CODE0，前者的占空比比后者高）。如果用SPI发送的一个字节模拟WS2812b的一个bit，应该把SPI的速度设定在800K8=6.4Mbps。但SPI的波特率只能是系统时钟的整数分频，在6.4M附近的SPI波特率只有9M和4.5M。好在根据WS2812b的数据手册，其单bit（CODE1或CODE0）有很大的时间容差（TH+TL=1.25μs±600ns），当SPI波特率为9M时，换算得到一个bit的发送周期为18/9M=0.89us，落在了该区间内。因此，只要确定CODE1和CODE0对应什么字节即可。

/* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#ifndef __WS2812B_H
#define __WS2812B_H/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"/* Exported types ------------------------------------------------------------*/
typedef struct              //颜色结构体
{u8 R;u8 G;u8 B;
}RGBColor_TypeDef;/* Exported constants --------------------------------------------------------*/
#define Pixel_S1_NUM    24  //灯环-1 RGB数量//用SPI字节 来模拟bit（CODEx)码
#define CODE0 0xC0          //0x80 | 0xC0
#define CODE1 0xFC          //0xF8 | 0xFC/* Exported macro ------------------------------------------------------------*/
/* Exported variables --------------------------------------------------------*/
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */
void WS2812b_Configuration(void);/* Basic Color Effects -------------------------------------------------------*/
void RGB_RED(u16 Pixel_LEN);        //红
void RGB_GREEN(u16 Pixel_LEN);      //绿
void RGB_BLUE(u16 Pixel_LEN);       //蓝
void RGB_YELLOW(u16 Pixel_LEN);     //黄
void RGB_MAGENTA(u16 Pixel_LEN);    //紫
void RGB_BLACK(u16 Pixel_LEN);      //黑
void RGB_WHITE(u16 Pixel_LEN);      //白/* Complicated Color Effects -------------------------------------------------*/
void rainbowCycle(u8 Pixel_LEN);    //彩虹跑马灯#endif /* __WS2812B_H */

本程序中MCU的系统时钟为72MHz。应用RGB灯效的思路依然是先设定每个灯的颜色，然后通过SPI一起发送。在打开两个高等级的平级中断的情况下，灯环上24颗ARGB的颜色正常。经过实际测试，110 pixels的灯带也能完美驱动！

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "WS2812b.h"/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Some Static Colors --------------------------------------------------------*/
const RGBColor_TypeDef RED      = {255,0,0};           //全为最大亮度
const RGBColor_TypeDef GREEN    = {0,255,0};
const RGBColor_TypeDef BLUE     = {0,0,255};
const RGBColor_TypeDef YELLOW   = {255,255,0};
const RGBColor_TypeDef MAGENTA  = {255,0,255};
const RGBColor_TypeDef BLACK    = {0,0,0};
const RGBColor_TypeDef WHITE    = {255,255,255};/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
u8 LedsArray[ ( Pixel_S1_NUM  ) * 3 ];                  //[Gloable Variables]/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*** @brief      WS2812B SPI总线初始化* @param */
void WS2812b_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;/* Enable peripheral clocks ------------------------------------------------*//* GPIOA,SPI1 clock enable */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);/* Configure SPI1 pins: MOSI -----------------------------------------------*//* Confugure MOSI pins as Alternate Function Push Pull */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 ;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/* SPI1 configuration ------------------------------------------------------*/SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;            //SPI1-Tx_Only_MasterSPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;                           //IDLE=HighSPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;    //SPI1CLK = 9MHzSPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;                             //Default ValueSPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);/* Enable SPI1 CRC calculation */SPI_CalculateCRC(SPI1, DISABLE);/* Enable SPI1 */SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);/* RGB RESET ---------------------------------------------------------------*/Delay_1ms(1);RGB_BLACK(Pixel_S1_NUM  );Delay_1ms(1);
}/*** @brief  Transmits one of 24 bits meassages through the SPIx peripheral.* @param  Data: where x can be*   - =0   CODE0*   - >0  CODE1* @retval None*/
void SPI_Send_1bit(volatile u8 Data)
{/* Wait for SPI1 Tx buffer empty */while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);/* Send SPI1 data */switch(Data){case 0:       SPI_I2S_SendData(SPI1, CODE0);  break;default:      SPI_I2S_SendData(SPI1, CODE1);  break;}
}/*** @brief  Config colors to a RGB pixel.* @param  * @retval None*/
void rgb_SetColor(unsigned char LedId, RGBColor_TypeDef Color)
{if(LedId > Pixel_S1_NUM ) return; //to avoid overflow//G-->R-->BLedsArray[LedId*3]   = Color.G;LedsArray[LedId*3+1] = Color.R;LedsArray[LedId*3+2] = Color.B;
}/*** @brief  Apply colors to RGB pixel series.* @param  RGBColor_TypeDef: pointer to a RGBColor_TypeDef structure that*         contains the color configuration information for the RGB pixel.* @retval None*/
void rgb_SendArray(void)
{u8 i;s16 j;for(i=0;i<(Pixel_S1_NUM);i++){for(j=7;j>=0;j--)  SPI_Send_1bit(LedsArray[i*3]  &(1<<j));for(j=7;j>=0;j--)  SPI_Send_1bit(LedsArray[i*3+1]&(1<<j));for(j=7;j>=0;j--)  SPI_Send_1bit(LedsArray[i*3+2]&(1<<j));}
}/* Basic Color Effects -------------------------------------------------------*/
/*** @brief  Apply red to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_RED(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)  rgb_SetColor(i,RED);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply green to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_GREEN(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,GREEN);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply Blue to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_BLUE(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,BLUE);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply yellow to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_YELLOW(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,YELLOW);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply MAGENTA to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_MAGENTA(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,MAGENTA);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply Black to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_BLACK(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,BLACK);rgb_SendArray();
}/*** @brief  Apply White to the every pixel* @param  Pixel_LEN: the account of RGB pixels in serial* @retval None*/
void RGB_WHITE(u16 Pixel_LEN)
{u8 i;for(i=0;i<Pixel_LEN;i++)rgb_SetColor(i,WHITE);rgb_SendArray();
}/* Complicated Color Effects -------------------------------------------------*/
RGBColor_TypeDef Colourful_Wheel(u8 WheelPos)
{WheelPos = 255 - WheelPos;RGBColor_TypeDef color;if(WheelPos < 85) {color.R = 255 - WheelPos * 3;color.G = 0;color.B = WheelPos * 3;return color;}if(WheelPos < 170) {WheelPos -= 85;color.R = 0;color.G = WheelPos * 3;color.B = 255 - WheelPos * 3;return color;}WheelPos -= 170;color.R = WheelPos * 3; color.G = 255 - WheelPos * 3;color.B = 0;return color;
}void rainbowCycle(u8 Pixel_LEN)
{u16 i, j=0,k=256;for( j=0; j<1023; j++)  // 1 cycles of all colors on wheel{ for( i=0; i < Pixel_LEN; i++)  rgb_SetColor(i,Colourful_Wheel(((i * k / Pixel_LEN) + j) & 255));   //k值:RGB像素点之间的差距rgb_SendArray();Delay_1ms(10);}
}

如果把SPI设定在4.5M，是不是需要用SPI的一个字节模拟两个CODEx呢？

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