ESP32S3:参考官方提供的led_strip组件使用 SPI + DMA 方式驱动WS2812 RGB灯的实现思路 (实现各个平台移植使用该方式)
目录
- 引言
- 使用SPI + DMA 方式实现思路分析
- 1. 查看WS2812的datasheet手册
- 2. 根据官方的led_strip组件的方式,自己手把手实现一遍
- 3.完整的程序(实现霓虹灯效果)
引言
参考官方提供的led_strip组件使用 SPI + DMA 方式驱动WS2812 RGB灯的实现思路,只有明白实现的思路,方能将其移植到各个平台使用),至于官方提供的led_strip组件我就不在此分析了,大家可以通过终端输入 idf.py add-dependency "espressif/led_strip^2.0.0" 命令下载该组件源码。
使用SPI + DMA 方式实现思路分析
1. 查看WS2812的datasheet手册
通过手册,了解如何驱动ws2812 RGB灯模块的。下面是我从手册中截取的内容:

划红线提到,ws2812支持多个级联,每个ws2812会截取24bit数据,其他数据会往下发送给下一级的ws2812,如此类推。这种情况datasheet手册中有提到,如下图所示:

而datasheet中提到关于每个bit数据0码和1码的时序波形要求,如下图所示:

2. 根据官方的led_strip组件的方式,自己手把手实现一遍
首先需要知道,官方提供的led_strip组件使用的SPI频率为2.5MHz,也是每个bit占用的时间是400ns=0.4us,而led_strip组件是使用3个SPI的bit数据表示一个ws2812的bit数据的,也就是说led_strip组件发送一个ws2812的bit数据的时间是3个SPI bit的时间(3x0.4us=1.2us),可以看出led_strip组件发送的一个ws2812的bit数据的时间并不满足>=1.25us,其实大家不要太在意这个,使用3个SPI bit表示一个ws2812的bit数据是经过大量测试验证,是可行、可靠的。如果大家觉得担心,是可以用一个字节的SPI数据来表示一个ws2812的bit数据的,那么8 x (spi clock) >= 1.25 , 也就是spi clock >=0.156us SPI时钟频率带6.4MHz才可行。
废话不多说,下面是我使用官方提供的led_strip组件使用的SPI频率为2.5MHz方式画的发送一个GRB数据的时序波形图:

通过我提供的时序波形图,大家也应该对使用2.5MHz,3个SPI表示一个ws2812的bit数据有清晰的认识了,ws2812的1码通过SPI发送3个bit数据110表示,而ws2812的0码通过SPI发送3个bit数据100表示;也可知道一个ws2812的GRB数据有三个字节,每个字节表示一种颜色,而一种也是需要3字节的SPI数据去实现。那么怎么将这3字节的数据转成将要发送的SPI数据呢?实现代码如下:

上图的程序已经有很详细的注解了,这里就不再讲解了。
3.完整的程序(实现霓虹灯效果)
/*#######################################################################################################*/
/* start 使用ESP32S3 SPI的API函数做的WS2812 LED灯带驱动程序) */
/*#######################################################################################################*/
/*** @file spi_ws2812.c* @brief 使用SPI控制WS2812 LED的ESP32-S3优化实现* @note 基于ESP-IDF v5.1 开发,硬件平台:ESP32-S3*/
#include "driver/spi_master.h"
#include "soc/spi_periph.h"
#include "hal/spi_hal.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"/* 宏定义 ----------------------------------------------------------------*/
// #define TAG "WS2812" // 日志标签
#define STRIP_LED_GPIO_PIN 48 // WS2812数据引脚(必须支持SPI MOSI功能)
#define STRIP_LED_NUMBERS 1 // LED数量
#define SPI_HOST SPI2_HOST // 使用的SPI控制器(ESP32-S3 SPI2支持高速传输)
#define SPI_CLOCK_SPEED_HZ (2.5 * 1000 * 1000)// SPI时钟频率(需匹配WS2812时序要求)
#define SPI_DMA_CHANNEL SPI_DMA_CH_AUTO // 自动选择DMA通道
#define SPI_TRANS_QUEUE_SIZE 4 // SPI传输队列深度
#define BYTES_PER_PIXEL 3 // 每个像素的字节数(GRB格式)
#define BITS_PER_COLOR_BIT 3 // 每个颜色位对应的SPI数据位数/* 全局变量 --------------------------------------------------------------*/
static uint8_t *pixel_buf = NULL; // LED数据缓冲区(DMA要求内存对齐)
static spi_device_handle_t spi_device; // SPI设备句柄/* 函数声明 --------------------------------------------------------------*/
static void ws2812_encode_color(uint8_t color, uint8_t *buffer);/*** @brief SPI控制器初始化* @note 配置SPI总线参相关文章:
ESP32S3:参考官方提供的led_strip组件使用 SPI + DMA 方式驱动WS2812 RGB灯的实现思路 (实现各个平台移植使用该方式)
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