【WS2812】串行控制全彩色LED

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WS2812 简介

WS2812是一种集成了RGB LED和控制电路的智能型LED灯珠。它们以串联方式连接，能够通过单一信号线进行控制和通讯。与普通的RGB LED相比：

WS2812内部集成了驱动电路，只需要为它提供电源即可，而无需三极管、限流电阻
WS2812内部集成了控制电路，只需要发送R、G、B各自的亮度（0-255）即可实现亮度、色彩的控制
WS2812支持串联通信，STM32只需要连接第一个WS2812，信号便可以传递至所有WS2812
WS2812的RGB三色亮度经过匹配，只需要发送对应的RGB值，便可以混合出想要的颜色

十六进制颜色表示

WS2812 的颜色通过RGB三通道混合产生，每个通道的调节范围都是 0 - 255，也就是十六进制的 00 - FF

因此，将R、G、B各自的亮度都用十六进制表示，便可以得到三个十六进制数，例如：白色FF、FF、FF，红色FF、00、00，绿色00、FF、00

将这三个十六进制数按顺序合并起来，就是 FFFFFF、FF0000、00FF00，这就是十六进制颜色表示法

获取更多颜色：https://www.w3schools.com/colors/colors_picker.asp

如何使用例程

下载程序，即可看到效果

程序效果

烧录例程后，即可看到板子背面的WS2812全部点亮，并呈现色彩过渡效果和彩虹渐变效果

例程讲解

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

配置DEBUG方式：由于PB4引脚默认分配给JTAG调试接口，所以需要先配置DUBUG方式为Serial Wire，以释放PB4引脚。在Pinout&Configuration -> System Core -> SYS 页面，将Debug设置为 Serial Wire
配置生成单独.c/.h文件：在Project Manager -> Code Generator页面中，勾选Generate peripheral initialization as ... per peripheral
分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PB4配置为TIM3_CH1
配置TIM3：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM3
- 勾选 Internal Clock，开启 TIM3 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel1 配置为 PWM Generation CH1
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 0，Counter Period配置为90-1，即PWM频率 800 kHz
- Configuration -> GPIO Settings，将PB4的GPIO mode配置为 Alternate Function Open Drain，Maximum output speed 配置为 High
  因为WS2812是5V电平的，因此需要用开漏输出模式，外接5V上拉电阻，使信号高电平变成5V
  注意，PB4是 5V Tolerance PIN，可以容忍 5V 上拉。普通引脚不可以。
- Configuration -> DMA Settings，点击Add新增一个通道
  - DMA Request 选择 TIM3_CH1/TRIG
  - Direction 选择 Memory To Peripheral

2、代码

例程提供了 WS2812 驱动库，可以直接调用库函数实现颜色转换和渐变效果

(1) 初始化过程

拷贝库文件：将 ws2812.c 文件拷贝到 Core -> Src 目录下，将 ws2812.h 文件拷贝到 Core -> Inc 目录下。
添加头文件：在 main.c 中引用头文件
```
#include "ws2812.h"
```

(2) 库功能

驱动库会创建一个 ws2812_color[ ] 数组，设置LED颜色时只会更改此数组，而不会直接操作LED

要使 LED 显示数组中的颜色，需调用 ws2812_update 或 ws2812_gradient 将数组更新到LED

更新LED颜色
- 将颜色数组直接更新到 LED，不使用渐变过渡
- ws2812_update()
渐变的更新LED颜色
- 通过线性插值方式，从当前颜色渐变到新颜色
- ws2812_gradient(uint8_t steps, uint16_t delay_ms)
  - steps 过渡步数，范围 1-255
  - delay_ms 每一步之间的延时长度，单位毫秒
设置LED颜色（十六进制颜色格式）
- 设置某个LED的颜色
- ws2812_set(uint8_t led_id, uint32_t color)
  - led_id LED编号，范围 0-9，分别对应学习板背面的10个WS2812
  - color 目标颜色，输入十六进制颜色格式，范围 0x000000 - 0xFFFFFF
    参考文档开头的十六进制颜色介绍
设置LED颜色（R、G、B 格式）
- 设置某个LED的颜色
- ws2812_set(uint8_t led_id, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
  - led_id LED编号，范围 0-9，分别对应学习板背面的10个WS2812
  - r 红色亮度，范围 0 - 255
  - g 绿色亮度，范围 0 - 255
  - b 蓝色亮度，范围 0 - 255
设置所有LED的颜色（十六进制颜色格式）
- 设置所有（学习板共有 10 个）LED的颜色
- ws2812_set_all(uint32_t color)
  - color 目标颜色，输入十六进制颜色格式，范围 0x000000 - 0xFFFFFF
将RGB颜色转换为十六进制颜色
- rgb_to_color(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
  - r 红色亮度，范围 0 - 255
  - g 绿色亮度，范围 0 - 255
  - b 蓝色亮度，范围 0 - 255
  - return 返回值为转换后的十六进制颜色，变量类型 uint32_t
将十六进制颜色转换为RGB值
- color_to_rgb(uint32_t color, uint8_t *r, uint8_t *g, uint8_t *b)
  - color 十六进制颜色（输入）
  - r 红色亮度（输出），需传入指针
  - g 绿色亮度（输出），需传入指针
  - b 蓝色亮度（输出），需传入指针
彩虹效果
- rainbow_effect(uint8_t steps, uint16_t delay_ms)
- steps 过渡步数，范围 0 - 255
- delay_ms 色彩流动间隔，单位毫秒
  建议参数： rainbow_effect(255, 70)

【WS2812】串行控制全彩色LED

WS2812 简介​

十六进制颜色表示​

如何使用例程​

程序效果​

例程讲解​

1、工程配置​

2、代码​

(1) 初始化过程​

(2) 库功能​