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【STM32】硬件SPI+DMA驱动WS2812灯珠，基于HAL库_spi驱动ws2812

作者：Monodyee | 2024-05-29 18:09:19

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spi驱动ws2812

一、简单介绍

二、模块与接线

笔者使用的WS2812是淘宝买的灯环，如下图所示

留出来四个接口，分别是DOUT，DIN，VCC，GND

根据描述

我们使用到的仅为DIN，VCC，GND

推荐使用5V供电，即VCC连接至单片机的5V引脚

DIN作为数据接收端，需要连接至单片机SPI的MOSI引脚，笔者选择开启SPI1，因此连接到PA7

GND连接至单片机的GND引脚

三、cubemx配置

时钟配置为48MHz

设置SPI

开启DMA

四、驱动编写

在数据包与数据包之间需要大于280us的延时，一个数据包有好几个数据帧，取决于想点亮几个灯珠

数据帧格式如上，G R B每种颜色用8bit，24位表示一个颜色，分给一个灯珠

当想表示0的时候，需要高电平持续200~300多ns，然后是580ns~1us的低电平

当想表示1的时候，需要高电平持续580ns~1us，然后是580ns~1us的低电平

笔者设置SPI为6MHz，一个时钟周期大概是160ns（1/6MHz）

那么想表示0，就需要大约2个时钟的高电平（160*2=320ns）紧接着6个时钟的低电平（6*160=960ns），就是由SPI发出0xC0

想表示1，就需要大约4个时钟的高电平（4*160=640ns）紧接着4个时钟的低电平（4*160=640ns），就是由SPI发出0xF0

定义结构体和存放信息的数组和宏定义

  1. #define	WS2812_0	0xC0
  2. #define	WS2812_1	0xF0
  3. #define	WS2812_RST	0x00
  4. #define LED_NUMS   	16
  5. #define RGB_BIT   	24
  6.  
  7. typedef struct
  8. {
  9. 	uint8_t R;
  10. 	uint8_t G;
  11. 	uint8_t B;
  12. }LEDType;
  13.  
  14. volatile uint8_t RGB_BIT_Buffer[RGB_BIT];
  15. volatile uint8_t buffer[RGB_BIT*LED_NUMS];
  16. volatile LEDType LED[LED_NUMS];

这里的RGB_BIT_Buffer是一个含有24个字节的数组，用来存放一个LED灯的色彩信息

buffer用来存放笔者所用模块的16个灯珠的所有色彩信息

创建RGB_BIT_Buffer

这个函数非常关键，用于将色彩转化为24位的数据

  1. /**
  2. create 24 byte sent by SPI using RGB values.
  3. */
  4. static static void WS2812_CreatData(uint8_t R,uint8_t G,uint8_t B)
  5. {
  6.     uint8_t temp[RGB_BIT] = {0};
  7.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  8.         temp[7-i] =  (G & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  9.         G = G >> 1;
  10.     }
  11.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  12.         temp[15-i] =  (R & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  13.         R = R >> 1;
  14.     }
  15.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  16.         temp[23-i] =  (B & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  17.         B = B >> 1;
  18.     }
  19.     memcpy(RGB_BIT_Buffer, temp, RGB_BIT);
  20. }

处理buffer

将16个灯珠的色彩进行处理，变成一个大的数组，存入buffer中

  1. /**
  2. cook the whole buffer made by many(16 pieces) RGB_BIT_Buffers.
  3. */
  4. void WS2812_MakeBuffer()
  5. {
  6. 	for(uint16_t i=0;i < LED_NUMS;i++)
  7. 	{
  8. 		WS2812_CreatData(LED[i].R,LED[i].G,LED[i].B);
  9. 		memcpy(buffer + i * RGB_BIT, RGB_BIT_Buffer, RGB_BIT);
  10. 	}
  11. }

关灯函数

  1. void WS2812_TurnOff()
  2. {
  3. 	for(uint16_t i=0;i<LED_NUMS*24;i++)
  4. 	{
  5. 		buffer[i]=WS2812_0;
  6. 	}
  7. }

点灯函数

这个函数用来使某个灯珠呈现出设定的色彩

  1. /**
  2. an led of position will bright with color value
  3. pos is [0 , max-1]
  4. */
  5. static void WS2812_Color_Pos(uint32_t color,uint16_t Pos)
  6. {
  7. 	uint8_t R,G,B;
  8. 	uint16_t i;
  9. 	
  10. 	R=(color >> 16 ) & 0x00FF;
  11. 	G=(color >> 8  ) & 0x0000FF;
  12. 	B=(color 	   ) & 0x0000FF;
  13. 	
  14. 	WS2812_CreatData(R,G,B);
  15. 	if(Pos < LED_NUMS && Pos >=0)
  16. 	{
  17. 		memcpy(buffer + RGB_BIT * Pos, RGB_BIT_Buffer,RGB_BIT);
  18. 	}
  19. 	else
  20. 	{
  21. 		WS2812_TurnOff();
  22. 	}
  23. }

RGB流水灯函数

根据介绍里的描述，ws2812可以显示256*256*256种颜色，但常用的RGB值其实并不多，我们只需要显示其中一些就能呈现出RGB变幻的效果了

  1. void WS2812_Show_Wheel()
  2. {
  3. 	static uint16_t i=0;
  4. 	i++;
  5. 	WS2812_Color_Pos(0xFF0000,(i)%16);
  6. 	WS2812_Color_Pos(0XFF7F00,(i+1)%16);
  7. 	WS2812_Color_Pos(0XFFFF00,(i+2)%16);
  8. 	WS2812_Color_Pos(0X7FFF00,(i+3)%16);
  9. 	WS2812_Color_Pos(0X00FF00,(i+4)%16);
  10. 	WS2812_Color_Pos(0X00FF7F,(i+5)%16);
  11. 	WS2812_Color_Pos(0X00FFFF,(i+6)%16);
  12. 	WS2812_Color_Pos(0X007FFF,(i+7)%16);
  13. 	WS2812_Color_Pos(0X0000FF,(i+8)%16);
  14. 	WS2812_Color_Pos(0X7F00FF,(i+9)%16);
  15. 	WS2812_Color_Pos(0XFF00FF,(i+10)%16);
  16. 	WS2812_Color_Pos(0XFF007F,(i+11)%16);
  17. 	WS2812_Color_Pos(0XFF0000,(i+12)%16);
  18. 	WS2812_Color_Pos(0XFF7F00,(i+13)%16);
  19. 	WS2812_Color_Pos(0XFFFF00,(i+14)%16);
  20. 	WS2812_Color_Pos(0X7FFF00,(i+15)%16);
  21. 	WS2812_Update();
  22. }

刷新函数

  1. void WS2812_Update()
  2. {
  3. 	HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1,buffer,RGB_BIT*LED_NUMS);
  4. }

主函数

  1. /**
  2.   * @brief  The application entry point.
  3.   * @retval int
  4.   */
  5. int main(void)
  6. {
  7.   /* USER CODE BEGIN 1 */
  8.  
  9.   /* USER CODE END 1 */
  10.  
  11.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  12.  
  13.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  14.   HAL_Init();
  15.  
  16.   /* USER CODE BEGIN Init */
  17.  
  18.   /* USER CODE END Init */
  19.  
  20.   /* Configure the system clock */
  21.   SystemClock_Config();
  22.  
  23.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
  24.  
  25.   /* USER CODE END SysInit */
  26.  
  27.   /* Initialize all configured peripherals */
  28.   MX_GPIO_Init();
  29.   MX_DMA_Init();
  30.   MX_SPI1_Init();
  31.   /* USER CODE BEGIN 2 */
  32. 	
  33.   /* USER CODE END 2 */
  34.  
  35.   /* Infinite loop */
  36.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
  37.   while (1)
  38.   {
  39. 	  WS2812_Show_Wheel();
  40. 	  HAL_Delay(30);
  41.     /* USER CODE END WHILE */
  42.  
  43.     /* USER CODE BEGIN 3 */
  44.   }
  45.   /* USER CODE END 3 */
  46. }

五、效果展示

六、驱动附录

ws2812.c

  1.  
  2. #include "ws2812.h"
  3.  
  4. volatile uint8_t RGB_BIT_Buffer[RGB_BIT];
  5. volatile uint8_t buffer[RGB_BIT*LED_NUMS];
  6. volatile LEDType LED[LED_NUMS];
  7.  
  8.  
  9. void WS2812_Update()
  10. {
  11. 	HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1,buffer,RGB_BIT*LED_NUMS);
  12. }
  13.  
  14. /**
  15. create 24 byte sent by SPI using RGB values.
  16. */
  17. static void WS2812_CreatData(uint8_t R,uint8_t G,uint8_t B)
  18. {
  19.     uint8_t temp[RGB_BIT] = {0};
  20.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  21.         temp[7-i] =  (G & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  22.         G = G >> 1;
  23.     }
  24.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  25.         temp[15-i] =  (R & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  26.         R = R >> 1;
  27.     }
  28.     for (uint8_t i=0;i<8;i++){
  29.         temp[23-i] =  (B & 0x01) ? WS2812_1 : WS2812_0; 
  30.         B = B >> 1;
  31.     }
  32.     memcpy(RGB_BIT_Buffer, temp, RGB_BIT);
  33. }
  34.  
  35. /**
  36. cook the whole buffer made by many(16 pieces) RGB_BIT_Buffers.
  37. */
  38. static void WS2812_MakeBuffer()
  39. {
  40. 	for(uint16_t i=0;i < LED_NUMS;i++)
  41. 	{
  42. 		WS2812_CreatData(LED[i].R,LED[i].G,LED[i].B);
  43. 		memcpy(buffer + i * RGB_BIT, RGB_BIT_Buffer, RGB_BIT);
  44. 	}
  45. }
  46.  
  47.  
  48.  
  49. void WS2812_TurnOff()
  50. {
  51. 	for(uint16_t i=0;i<LED_NUMS*24;i++)
  52. 	{
  53. 		buffer[i]=WS2812_0;
  54. 	}
  55. }
  56.  
  57.  
  58. /**
  59. an led of position will bright with color value
  60. pos is [0 , max-1]
  61. */
  62. static void WS2812_Color_Pos(uint32_t color,uint16_t Pos)
  63. {
  64. 	uint8_t R,G,B;
  65. 	uint16_t i;
  66. 	
  67. 	R=(color >> 16 ) & 0x00FF;
  68. 	G=(color >> 8  ) & 0x0000FF;
  69. 	B=(color 	   ) & 0x0000FF;
  70. 	
  71. 	WS2812_CreatData(R,G,B);
  72. 	if(Pos < LED_NUMS && Pos >=0)
  73. 	{
  74. 		memcpy(buffer + RGB_BIT * Pos, RGB_BIT_Buffer,RGB_BIT);
  75. 	}
  76. 	else
  77. 	{
  78. 		WS2812_TurnOff();
  79. 	}
  80. }
  81.  
  82.  
  83.  
  84. void WS2812_Show_Wheel()
  85. {
  86. 	static uint16_t i=0;
  87. 	i++;
  88. 	WS2812_Color_Pos(0xFF0000,(i)%16);
  89. 	WS2812_Color_Pos(0XFF7F00,(i+1)%16);
  90. 	WS2812_Color_Pos(0XFFFF00,(i+2)%16);
  91. 	WS2812_Color_Pos(0X7FFF00,(i+3)%16);
  92. 	WS2812_Color_Pos(0X00FF00,(i+4)%16);
  93. 	WS2812_Color_Pos(0X00FF7F,(i+5)%16);
  94. 	WS2812_Color_Pos(0X00FFFF,(i+6)%16);
  95. 	WS2812_Color_Pos(0X007FFF,(i+7)%16);
  96. 	WS2812_Color_Pos(0X0000FF,(i+8)%16);
  97. 	WS2812_Color_Pos(0X7F00FF,(i+9)%16);
  98. 	WS2812_Color_Pos(0XFF00FF,(i+10)%16);
  99. 	WS2812_Color_Pos(0XFF007F,(i+11)%16);
  100. 	WS2812_Color_Pos(0XFF0000,(i+12)%16);
  101. 	WS2812_Color_Pos(0XFF7F00,(i+13)%16);
  102. 	WS2812_Color_Pos(0XFFFF00,(i+14)%16);
  103. 	WS2812_Color_Pos(0X7FFF00,(i+15)%16);
  104. 	WS2812_Update();
  105. }
  106.

ws2812.h                                                                                               

  1. #ifndef WS2812_H
  2. #define WS2812_H
  3.  
  4. #include "string.h"
  5. #include "main.h"
  6. #include "spi.h"
  7.  
  8. #define	WS2812_0	0xC0
  9. #define	WS2812_1	0xF0
  10. #define	WS2812_RST	0x00
  11. #define LED_NUMS   	16
  12. #define RGB_BIT   	24
  13.  
  14. typedef struct
  15. {
  16. 	uint8_t R;
  17. 	uint8_t G;
  18. 	uint8_t B;
  19. }LEDType;
  20.  
  21.  
  22. /**
  23. turn off all leds
  24. */
  25. void WS2812_TurnOff();
  26. void WS2812_Show_Wheel();
  27. void WS2812_Update();
  28. #endif

七、工程文件源码

STM32硬件SPI配合DMA驱动WS2812流水灯，基于HAL库资源-CSDN文库

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