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

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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:
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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

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硬件引脚定义:

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引出端功能
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最大额定值
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LED 特性参数
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典型应用电路
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原理如如下:
一个WS2812B原理图
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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
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单线归零码通讯方式

数据传输时间 ( TH+TL=1.25 µs ±600n s )
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时序波形图

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连接方法:

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数据传输方法:
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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

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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; // 800kHz
    TIM_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 CCR1
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)LED_BYTE_Buffer;		// this is the buffer memory
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;						// data shifted from memory to peripheral
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 24;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;					// automatically increase buffer index
    DMA_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 reached
    DMA_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 transferred
    DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE); 			// enable DMA channel 6
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 						// enable Timer 3
    while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC2)) ; 	// wait until transfer complete
	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); 					// disable Timer 3
    DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE); 			// disable DMA channel 6
    DMA_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
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灯亮的结果:
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太亮了。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-693851.html

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