电子模块|外控集成 LED 光源 WS2812模块---硬件介绍和stm32驱动

模块简介

WS2812是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。

数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。

LED具有低电压驱动，环保节能，亮度高，散射角度大，一致性好，超低功率，超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更加简便。

实物图：

主要应用领域包括：

• LED全彩发光字灯串,LED全彩模组， LED全彩软灯条硬灯条,LED护栏管。
• LED点光源,LED像素屏,LED异形屏，各种电子产品，电器设备跑马灯。

模块特点

• 控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。
• 内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加。
• 内置上电复位和掉电复位电路
• 每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示，扫描频率不低于
  400Hz/s
• 串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码
• 任意两点传传输距离在不超过5米时无需增加任何电路。
• 当刷新速率30帧/秒时，低速模式级联数不小于512点，高速模式不小于1024点
• 数据发送速度可达800Kbps
• 光的颜色高度一致，性价比高

机械尺寸

硬件引脚定义：

引出端功能

最大额定值

LED 特性参数

典型应用电路

原理如如下：
一个WS2812B原理图

像上面的实物图，则是四个WS2812B组成的模块，那么原理图就是下面这样

单线归零码通讯方式

数据传输时间 ( TH+TL=1.25 µs ±600n s )

时序波形图

连接方法：

数据传输方法：

其中 D1 为 MCU 端发送的数据，D2、D3、D4 为级联电路自动整形转发的数据。

24bit 数据结构

高位先发，按照 GRB 的顺序发送数据

stm32 驱动

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

void WS2812B_TIM_init(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);/* GPIOA Configuration: TIM2 Channel 1 as alternate function push-pull */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);/* Compute the prescaler value *///PrescalerValue = (uint16_t) (SystemCoreClock / 24000000) - 1;/* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 89; // 800kHzTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);/* PWM1 Mode configuration: Channel1 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);/* configure DMA *//* DMA clock enable */RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);/* DMA1 Channel6 Config */DMA_DeInit(DMA1_Channel2);DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&TIM2->CCR1;	// physical address of Timer 3 CCR1DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)LED_BYTE_Buffer;		// this is the buffer memoryDMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;						// data shifted from memory to peripheralDMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 24;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;					// automatically increase buffer indexDMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;							// stop DMA feed after buffer size is reachedDMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channel2, &DMA_InitStructure);/* TIM3 CC1 DMA Request enable *//* 只能使用通道1 TIMx_UP */TIM_DMACmd(TIM2, TIM_DMA_Update, ENABLE);
}

void send_Data(uint32_t rgb)
{uint8_t r = (rgb&0xff0000)>>16;uint8_t g = (rgb&0x00ff00)>>8;uint8_t b = (rgb&0xff);for(uint16_t i=0;i<8;i++){LED_BYTE_Buffer[i] = (0x80&g)>0?TIMING_ONE:TIMING_ZERO;g <<= 1;}for(uint16_t i=0;i<8;i++){LED_BYTE_Buffer[8 + i] = (0x80&r)>0?TIMING_ONE:TIMING_ZERO;r <<= 1;}for(uint16_t i=0;i<8;i++){LED_BYTE_Buffer[16 + i] = (0x80&b)>0?TIMING_ONE:TIMING_ZERO;b <<= 1;}DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel2, 24); 	// load number of bytes to be transferredDMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE); 			// enable DMA channel 6TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 						// enable Timer 3while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC2)) ; 	// wait until transfer completeTIM_Cmd(TIM2, DISABLE); 					// disable Timer 3DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE); 			// disable DMA channel 6DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC2); 				// clear DMA1 Channel 6 transfer complete flag
}

之后想让灯亮直接用send_Data函数就行。
发生的数据就是 GRB的亮度值。
例如 希望亮绿色 就是 0xff0000
白色就是 0xffffff
不亮就是 0x000000

如果几个灯串联在一起的话，则连续发，
send_Data(0xff0000)
send_Data(0x000000)
send_Data(0x000000)
send_Data(0x000000)
下次四个灯的指令需要间隔大于24us.

例如这样调用

灯亮的结果：

太亮了。