论如何使用WS2812以及类似灯珠
WS2812 LED灯珠，这是一种非常流行的可寻址RGB LED。每个WS2812 LED内部集成了控制电路，因此可以通过一个数据输入线来单独控制每一个LED的颜色和亮度。这种特性使得WS2812非常适合用来创建复杂的灯光效果和图案。
一、控制逻辑
WS2812 LED的控制逻辑是基于一种特定的数据协议，这种协议通过单线串行接口（通常称为“数据线”或“DIN”）来传输颜色信息。每个WS2812 LED都有一个内置的集成电路，能够解码从数据线上接收到的信号，并根据这些信号设置LED的颜色和亮度。
1、WS2812的数据协议
位时序：每个比特由高电平和低电平组成。
逻辑0：高电平持续约0.4微秒，然后是低电平持续约0.85微秒。
逻辑1：高电平持续约0.8微秒，然后是低电平持续约0.45微秒。
字节时序：每个LED需要24比特（3个字节）的数据，分别对应红色、绿色和蓝色通道。
数据格式为GRB（绿色、红色、蓝色），而不是常见的RGB。
帧时序：所有LED的数据连续发送，最后一个LED的数据之后需要有一个复位信号（至少50微秒的低电平）。
2、控制逻辑步骤
1、设置数据线为输出模式。
2、确保在开始发送数据之前，数据线处于低电平状态。
3、对于每个LED，依次发送24比特的数据（先绿色，后红色，最后蓝色）。
4、每个比特通过精确控制高电平和低电平的时间来表示逻辑0或逻辑1。
5、在所有LED的数据发送完毕后，发送一个至少50微秒的低电平信号，以触发所有LED更新其显示状态。
二、示例代码
为了方便使用，我使用51单片机进行vwin ，并且举例了三种不同的控制逻辑。
1、使用“堆指令”方法进行模拟实现
这个比较简单，就不做过多介绍，直接贴代码。
#include < reg51.h > sbit WS2812_PIN = P1^0; // 假设WS2812的数据线连接到了P1.0 void delay_us(unsigned int us) { unsigned char i; while (us--) { _nop_(); // 根据实际情况调整NOP的数量 for (i = 0; i < 120; i++) { // 大约1微秒的延时 _nop_(); } } } void write_bit(unsigned char bit) { if (bit) { // 写逻辑1 WS2812_PIN = 1; delay_us(800); // 高电平约0.8微秒 WS2812_PIN = 0; delay_us(450); // 低电平约0.45微秒 } else { // 写逻辑0 WS2812_PIN = 1; delay_us(400); // 高电平约0.4微秒 WS2812_PIN = 0; delay_us(850); // 低电平约0.85微秒 } } void send_color(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue) { unsigned char i; for (i = 7; i >= 0; i--) { write_bit((red >> i) & 1); } for (i = 7; i >= 0; i--) { write_bit((green >> i) & 1); } for (i = 7; i >= 0; i--) { write_bit((blue >> i) & 1); } } void main() { WS2812_PIN = 0; // 初始化引脚为低电平 while (1) { send_color(255, 0, 0); // 发送红色 delay_ms(500); // 延时500毫秒 send_color(0, 255, 0); // 发送绿色 delay_ms(500); send_color(0, 0, 255); // 发送蓝色 delay_ms(500); } }
2、PWM功能来模拟时序
PWM功能来模拟WS2812 LED的时序信号是一个比较复杂的过程，因为需要非常精确地控制高电平和低电平的时间。WS2812 LED对数据传输的时序要求非常严格，通常情况下直接使用PWM并不容易达到这样的精度。不过，如果你确实希望尝试这种方法，可以考虑以下步骤：
①PWM配置
选择合适的定时器：51单片机通常有多个定时器（如Timer0, Timer1），你需要选择一个定时器并配置其工作在PWM模式。
设置PWM频率：根据你的具体需求，设置合适的PWM频率。对于WS2812来说，通常需要在几百kHz到几MHz之间。
②生成精确的时序
调整占空比：通过调整PWM的占空比来近似WS2812所需的高电平和低电平时间。例如，逻辑0需要大约0.4微秒的高电平时间和0.85微秒的低电平时间；逻辑1需要大约0.8微秒的高电平时间和0.45微秒的低电平时间。
中断处理：利用定时器中断来更新PWM的占空比，确保每个位都能被准确发送。
#include < reg51.h >
sbit WS2812_PIN = P1^0; // 假设WS2812的数据线连接到了P1.0
void Timer0_Init() {
TMOD |= 0x01; // 设置Timer0为模式1（16位计数器）
TH0 = (65536 - 500) / 256; // 设置初值，产生约200kHz的PWM
TL0 = (65536 - 500) % 256;
ET0 = 1; // 使能Timer0中断
EA = 1; // 开启全局中断
TR0 = 1; // 启动Timer0
}
void write_bit(unsigned char bit) {
if (bit) { // 写逻辑1
TH0 = (65536 - 800) / 256; // 高电平约0.8微秒
TL0 = (65536 - 800) % 256;
while (!TF0); // 等待中断标志
TF0 = 0; // 清除中断标志
TH0 = (65536 - 450) / 256; // 低电平约0.45微秒
TL0 = (65536 - 450) % 256;
while (!TF0);
TF0 = 0;
} else { // 写逻辑0
TH0 = (65536 - 400) / 256; // 高电平约0.4微秒
TL0 = (65536 - 400) % 256;
while (!TF0);
TF0 = 0;
TH0 = (65536 - 850) / 256; // 低电平约0.85微秒
TL0 = (65536 - 850) % 256;
while (!TF0);
TF0 = 0;
}
}
void send_color(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue) {
unsigned char i;
for (i = 7; i >= 0; i--) {
write_bit((red >> i) & 1);
}
for (i = 7; i >= 0; i--) {
write_bit((green >> i) & 1);
}
for (i = 7; i >= 0; i--) {
write_bit((blue >> i) & 1);
}
}
void main() {
Timer0_Init(); // 初始化定时器
while (1) {
send_color(255, 0, 0); // 发送红色
delay_ms(500); // 延时500毫秒
send_color(0, 255, 0); // 发送绿色
delay_ms(500);
send_color(0, 0, 255); // 发送蓝色
delay_ms(500);
}
}
注意事项
时钟频率：确保你的系统时钟频率足够高，能够支持所需的时间分辨率。
延时函数：delay_ms和_nop_等延时函数需要根据实际情况进行调整。
中断处理：上述代码中没有包含中断服务程序，实际上你可能需要在中断服务程序中处理PWM的占空比变化
3、使用硬件spi模拟时序
为什么可以考虑使用硬件SPI呢？
①高速度：硬件SPI通常比软件模拟的串行通信更快。
②减轻CPU负担：硬件SPI由专用硬件控制，可以减少CPU的负担，使其能够执行其他任务。
③稳定性：硬件SPI提供的信号更加稳定，不容易受到中断或其他因素的影响。
如何实现。
#include < reg51.h >
sbit WS2812_PIN = P1^0; // 假设WS2812的数据线连接到了P1.0
void SPI_Init() {
SCON = 0x50; // 设置为模式0，波特率设置为T1溢出率的1/12
TMOD |= 0x20; // 设置Timer1为模式2（8位自动重装）
TH1 = 0xFD; // 设置波特率为9600bps（具体值可能需要根据晶振频率调整）
TL1 = 0xFD;
TR1 = 1; // 启动Timer1
}
void SPI_WriteByte(unsigned char byte) {
unsigned char i;
for (i = 0; i < 8; i++) {
TI = 1; // 设置TI标志，准备发送
while (!TI); // 等待TI标志清零
if (byte & 0x80) {
SBUF = 0xFF; // 发送逻辑1
} else {
SBUF = 0x00; // 发送逻辑0
}
byte < <= 1; // 移位
}
}
void send_color(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue) {
SPI_WriteByte(green); // WS2812的GRB顺序
SPI_WriteByte(red);
SPI_WriteByte(blue);
}
void reset_signal() {
WS2812_PIN = 0; // 拉低数据线
delay_us(50); // 至少50微秒的低电平
WS2812_PIN = 1; // 拉高数据线
delay_us(50); // 至少50微秒的高电平
}
void main() {
SPI_Init(); // 初始化SPI
while (1) {
send_color(255, 0, 0); // 发送红色
reset_signal();
delay_ms(500); // 延时500毫秒
send_color(0, 255, 0); // 发送绿色
reset_signal();
delay_ms(500);
send_color(0, 0, 255); // 发送蓝色
reset_signal();
delay_ms(500);
}
}
注意事项
①时序调整：实际应用中，你可能需要根据具体的时钟频率和硬件特性调整SPI的配置和延时函数，以确保数据传输的准确性。
②复位信号：确保在数据发送完成后正确地发送复位信号，以便WS2812 LED更新显示。
③硬件限制：某些51单片机可能没有内置的SPI控制器，这种情况下你可能需要使用软件模拟SPI或者选择其他方法。
三、总结
通过上述三种方法，你可以根据具体的应用需求和硬件条件选择最适合的控制方式。每种方法都有其优缺点，选择时应综合考虑系统的性能要求、硬件资源以及开发复杂度。希望这些信息对你理解和实现WS2812 LED的控制有所帮助。
审核编辑 黄宇
-
led
+关注
关注
242文章
23251浏览量
660531 -
串行接口
+关注
关注
3文章
327浏览量
42602 -
WS2812
+关注
关注
0文章
32浏览量
6170
发布评论请先 登录
相关推荐
基于瑞萨FPB-RA4E2智能床头灯项目——1编译环境搭建与点亮驱动ws2812全彩LED
COB光源与LED灯珠的区别
在AvaotaA1全志T527开发板上驱动WS2812 RGB LCD
WS2812是否可以反转UART的输出？
通过手机app与esp32或者cc2541连接，哪个开发难度小？
ESP32-S3控制WS2812灯带显示异常如何解决？
STM32F030 MDA+PWM驱动ws2812b，起始的50US的低电平是怎么产生？
SPI+DMA对Ws2812数据总是有一个高电平为什么？
迪文屏控制WS2812氛围灯
工商网监
评论