【STM32F4系列】【HAL库】【自制库】WS2812(软件部分)(PWM+DMA)-Toy模板网

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协议

WS2812是一种异步串行通信，它每一位数据时间是ns级别的

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默认是高电平状态

0码：220-380ns高电平+580-1600ns低电平

1码：580-1600ns高电平+220-380ns低电平

复位码：>280us低电平

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24Bit数据来代表GRB的亮度值

从高位到低位发送，分别按照G->R->B的顺序发送

先发送第一个灯的数据（离Dat输入直连的那个灯）

例子：
分别发送红绿蓝三色的数据给3个ws2812

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外设设置

硬件PWM

分析

STM32F4系列的系统频率为84MHz

定时器的最高频率(不改动时钟设置的情况下)为84MHz,也就是11ns左右,

完全可足以驱动WS2812(几百ns级的)

设系统频率为 f 单位是MHz

则0码.1码的高电平占空比 n0 n1(0码高电平取370ns左右,1码高电平取850ns左右)

重载值 n 分别为

$n_{0}=0.37f,n_{1}=0.85f,n=1.25f$

四舍五入一下,取n=105,n0=32,n1=71

HAL设置

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PWM输出,不分频,重载值设为105

其他不需要改动

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PWM的输出GPIO设置为开漏浮空输出(外接5V上拉)

DMA

分析

DMA是外设直接访问内存的一个手段,可以快速的传递数据

我们在这个例子里用到的是

将内存里的关于占空比的数据发送给定时器的比较值

让其发送具有编码含义的脉冲

PWM+DMA的一些问题:

使用HAL库DMA给定时器发送比较值时,会一次性发送多个(数组地址和长度)

定时器每当发送一个脉冲后,更改为下一个比较值,直到数组被发送完成,触发一次DMA中断

这样我们就可以利用这个特点发送WS2812的数据

HAL设置

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设置PWM的输出通道为响应通道

从内存到外设模式(Direction的设置)

普通模式(Mode)

数据宽度(Data Width)为字(32bit)

方案设计

设置两个缓冲区,每个长度为25个uint32(其中前24个是发送的数据码,第25个是保持占空比为0)

缓冲区的第25个数据为0是确保DMA中断响应时是低电平(码字的低电平时间稍长,3-4us无所谓,但是不能出现而外的高电平)

发送复位码时则使用单独划分好的,在Flash里的静态数组

在DMA中断响应时,计算下次发送的数据给到缓冲区
这样只需要3个变量数组(2个缓冲区,1个存放灯带颜色数据),1个常量数组(复位码)

操作流程:

更改颜色信息给颜色数组

发送复位码,开启PWM+DMA

解码第一位颜色数据给到缓冲区0

(DMA中断)发送缓冲区0给定时器

(DMA中断)计算第二位颜色数据给缓冲区1

(下一个)(DMA中断)发送缓冲区1给定时器

(DMA中断)计算第三位颜色数据给缓冲区0

以此类推,直到发送完成

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代码实现

解码函数

/**
 * @brief 将uint32转为发送的数据
 * @param Data:颜色数据
 * @param Ret:解码后的数据(PWM占空比)
 * @return
 * @author HZ12138
 * @date 2022-10-03 18:03:17
 */
void WS2812_uint32ToData(uint32_t Data, uint32_t *Ret)
{
    uint32_t zj = Data;
    uint8_t *p = (uint8_t *)&zj;
    uint8_t R = 0, G = 0, B = 0;
    B = *(p);     // B
    G = *(p + 1); // G
    R = *(p + 2); // R
    zj = (G << 16) | (R << 8) | B;
    for (int i = 0; i < 24; i++)
    {
        if (zj & (1 << 23))
            Ret[i] = WS2812_Code_1;
        else
            Ret[i] = WS2812_Code_0;
        zj <<= 1;
    }
    Ret[24] = 0;
}

用一个指针p,将数据中的RGB数据解码出来

然后使用一个循环,将数据存入缓冲区中

开始发送和复位

const uint32_t WS2812_Rst[240] = {0}; //复位码缓冲区
/**
 * @brief 开始发送颜色数据
 * @param 无
 * @return 无
 * @author HZ12138
 * @date 2022-10-03 18:05:13
 */
void WS2812_Start(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&WS2812_TIM, WS2812_TIM_Channel, (uint32_t *)WS2812_Rst, 240);
    WS2812_uint32ToData(WS2812_Data[0], WS2812_SendBuf0);
    WS2812_En = 1;
}
/**
 * @brief 发送复位码
 * @param 无
 * @return 无
 * @author HZ12138
 * @date 2022-10-03 18:05:33
 */
void WS2812_Code_Reast(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&WS2812_TIM, WS2812_TIM_Channel, (uint32_t *)WS2812_Rst, 240);
    WS2812_En = 0;
}

复位码缓冲区是常量数组,开始发送和单独复位码的区别WS2812_En的标志

当WS2812_En为1时才执行交替发送缓冲区0和1

发送函数

/**
 * @brief 发送函数(DMA中断调用)
 * @param 无
 * @return 无
 * @author HZ12138
 * @date 2022-10-03 18:04:50
 */
void WS2812_Send(void)
{
    static uint32_t j = 0;
    static uint32_t ins = 0;
    if (WS2812_En == 1)
    {
        if (j == WS2812_Num)
        {
            j = 0;
            HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&WS2812_TIM, WS2812_TIM_Channel);
            WS2812_En = 0;
            return;
        }
        j++;
        if (ins == 0)
        {
            HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&WS2812_TIM, WS2812_TIM_Channel, WS2812_SendBuf0, 25);
            WS2812_uint32ToData(WS2812_Data[j], WS2812_SendBuf1);
            ins = 1;
        }
        else
        {
            HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&WS2812_TIM, WS2812_TIM_Channel, WS2812_SendBuf1, 25);
            WS2812_uint32ToData(WS2812_Data[j], WS2812_SendBuf0);
            ins = 0;
        }
    }
}