STM32C0开发(1)----SPI 驱动WS2812灯珠

概述

本文介绍了如何使用STM32微控制器，结合STM32CubeMX配置工具和SPI通讯接口，来驱动和控制WS2812 LED灯带。这是一个集硬件连接、软件配置和编程开发于一体的综合性项目，目标是实现对LED灯带颜色和亮度的精确控制。

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视频教学

[https://www.bilibili.com/video/BV1X94y157W8/

样品申请

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源码下载

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/88489586

芯片级联方法

芯片在上电复位以后，接收DIN端打来的数据，接收够24bit后，DO端口开始转发数据，供下一个芯片提供输入数据。在转发之前，DO口一直拉低。此时灯珠将不接收新的数据，内置RGB芯片根据接收到的24bit数据后产生的不同占空比信号，展现不同亮度。如果DIN端输入信号为RESET信号，芯片将接收到的数据送显示，芯片将在该信号结束后重新接收新的数据，在接收完开始的24bit数据后，通过DO口转发数据，灯珠在没有接收到RESET码前，RGB亮度保持不变，当接收到80us以上低电平RESET码后，灯珠内部RGB芯片将根据刚才接收到的24bit数据后产生的不同占空比信号，展现不同亮度。

数据传输

24bit数据结构：

时序

时序波形图如下所示。

SPI配置

将SPI的配置速度设为6M，数据宽度设为8位。
CPHA配置为第二边沿采样；在第一个跳变沿时，MOSI在空闲状态保持高电平，而在第二个跳变沿，它会保持上一次传输的最终电平。由于发送数据的最后一位总是低电平，这样配置可以避免WS2812误判。CPOL设置为高，确保SCK在空闲时保持高电平状态。

系统采用单总线协议，通过总线上高低电平的时长来区分逻辑0和1。WS2811工作在800kHz频率下，将SPI设置为6.4MHz—即其工作频率的8倍—可以确保每个字节（8位）正好对应一个逻辑位。在这种设置下，‘11111000’（0xF8）代表逻辑1，‘11000000’（0xC0）代表逻辑0。

逻辑0下发送的数据为11000000’（0xC0）。
逻辑0下高电平位320ns。

逻辑0下低电平位1.01us。

逻辑1下发送的数据为‘11111000’（0xF8）。
逻辑1下高电平位830ns。

逻辑1下低电平位500ns。

这种精确的时序配置和电平控制对于确保WS2812灯带的正确驱动至关重要，可以通过上述配置来优化SPI接口的性能，确保与WS2812的高效通信。

CPHA配置

CPHA配置为第二边沿采样下数据传输结束如下所示。

CPHA配置为第二边沿采样下数据传输结束如下所示。

由于RESET Code为低电平，且要大于80us，所以数据传输完毕必须为低电平。

代码

在main.c中添加头文件。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ws2812.h"
#include < string.h >
/* USER CODE END Includes */

在main.c中添加函数申明和移位操作。

/* USER CODE BEGIN 0 */
extern tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT];

void move_Front()
{
	uint8_t i;
	uint8_t temp[3];
	temp[0] = gWs2812bDat[0].R;
	temp[1] = gWs2812bDat[0].G;
	temp[2] = gWs2812bDat[0].B;	
	for (i = 0; i < WS2812B_AMOUNT-1; i++)
	{
		gWs2812bDat[i].R = gWs2812bDat[i+1].R;
		gWs2812bDat[i].G = gWs2812bDat[i+1].G;
		gWs2812bDat[i].B = gWs2812bDat[i+1].B;
	}
		gWs2812bDat[7].R = temp[0];
		gWs2812bDat[7].G = temp[1];
		gWs2812bDat[7].B = temp[2];
}


/* USER CODE END 0 */

添加初始化显示。

/* USER CODE BEGIN 2 */
	WS2812B_Task();
	HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 2 */

添加流水灯。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	WS2812B_Task();	
	move_Front();
	HAL_Delay(100);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

ws2812.c

#include "ws2812.h"
#include "spi.h"

//灯条显存SPI数据缓存
uint8_t gWs2812bDat_SPI[WS2812B_AMOUNT * 24] = {0};	
//灯条显存
tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT] = {

//R    G      B
0XFF, 0X00, 0X00,	//0
0X00, 0XFF, 0X00,	//1
0X00, 0X00, 0XFF,	//2
0X00, 0XFF, 0XFF,	//3
0XFF, 0X00, 0XFF,	//4
0XFF, 0XFF, 0X00,	//5
0XFF, 0XFF, 0XFF,	//6
0X00, 0X00, 0X00,	//7
};
		
void WS2812b_Set(uint16_t Ws2b812b_NUM, uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b)
{
	uint8_t *pR = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24 + 8];
	uint8_t *pG = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24];
	uint8_t *pB = &gWs2812bDat_SPI[(Ws2b812b_NUM) * 24 + 16];
	
	for(uint8_t i = 0; i <  8; i++) {
		if(g & 0x80) {
			*pG = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pG = CODE_0;
		}           
		if(r & 0x80) {           
			*pR = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pR = CODE_0;
		}           
		if(b & 0x80) {           
			*pB = CODE_1;
		}           
		else {           
			*pB = CODE_0;
		}
		r < <= 1;
		g < <= 1;
		b < <= 1;
		pR++;
		pG++;
		pB++;
	}
}
void WS2812B_Task(void)
{
	uint8_t dat = 0;
	
	//将gWs2812bDat数据解析成SPI数据
	for(uint8_t iLED = 0; iLED < WS2812B_AMOUNT; iLED++)
	{
		WS2812b_Set(iLED, gWs2812bDat[iLED].R, gWs2812bDat[iLED].G, gWs2812bDat[iLED].B);
	}
	//总线输出数据
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, gWs2812bDat_SPI, sizeof(gWs2812bDat_SPI),0XFFFF);
	//使总线输出低电平
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &dat, 1,0XFFFF);
	//帧信号：一个大于50us的低电平
	HAL_Delay(1);	
}

ws2812.h

#ifndef __WS2812_H__
#define __WS2812_H__

#include < stdint.h >

//            编码 0 : 11000000
#define CODE_0		0xC0
//            编码 1 : 11111000
#define CODE_1		0xF8
/*ws2812b灯珠数量*/
#define WS2812B_AMOUNT		8

typedef struct
{
	uint8_t R;
	uint8_t G;
	uint8_t B;
} tWs2812bCache_TypeDef;

extern tWs2812bCache_TypeDef gWs2812bDat[WS2812B_AMOUNT];

void WS2812b_Set(uint16_t Ws2b812b_NUM, uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b);
void WS2812B_Task(void);

#endif