使用PWM+DMA的方式驱动WS2812B

冬至配饺子 2022-09-22 22506

描述

1.实验简述

使用 PWM+DMA 的方式驱动 WS2812B，并每隔 800ms 随机显示不同颜色。

2.实验硬件

兆易创新GD32F310 MCU开发板套件

16*16 WS2812B

3.开发环境

keil 5.24.1

4.WS2812B讲解

WS2812B 是 WorldSemi 公司推出的外控集成 RGB LED 光源。

WS2812B 则是将控制 IC 和传统 RGB 结合到了一起，我们使用一条数据线即可驱动所有 RGB，另外也使得颜色控制的精度更高，同时也支持 RGB 灯组的单个 RGB 颜色控制，因此WS2812B 除了可以用于照明外，还能应用到办公楼外墙来作为屏幕进行广告宣传，此时每个WS2812B 就对应的是一个像素点。

WS2812B 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（红绿蓝各 8 位）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。WS2812B 传输协议时序图如下：

MCU芯片

从时序图可以看到，二进制的 0 和 1 用周期相同的不同占空比的方波来表示（1 对应 68%占空比，0 对应 32%占空比），因此我们可以通过改变 PWM 的占空比来模拟出要传输的数据。因为WS2812B 协议对传输速度要求非常高，所以使用了 DMA+PWM 这种方法，在比较事件发生时，DMA 立即响应并将对应数据传输到比较寄存器中。

WS2812 的传输过程如下图：

MCU芯片

每经过一个 WS2812B，数据就被截走24bit。

WS2812B 的 24 位数据如下：

MCU芯片

数据按照高位在前的顺序分别输出绿色，红色和蓝色控制数据。在这里我们顺便说一下RGB 的取色原理。RGB 由三种基本色构成，分别是红,绿,蓝，也叫加法三原色，通过这三种颜色的不同比例可以组合出各种颜色，而不同比例可以通过 PWM 的占空比来实现。如果想要特定颜色，可以使用调色板取色，如下图：

MCU芯片

5.实验步骤

1、获取demo工程，任意选中一个工程用来修改实现PWM+DMA控制WS2812B 功能

MCU芯片

2、添加需要的头文件和宏定义

MCU芯片

TIMER0_CH0CC为定时器1的CH0通道比较输出的地址。

num为要控制ws2812B的数量，这里我们只控制1个。

3、定义需要的变量和声明需要的初化函数

MCU芯片

RGB_buffer数组用来存放占空比数值。

4、配置PWM输出引脚

MCU芯片

5、配置定时器0通道0输出PWM

`void timer_config(void)
{

timer_oc_parameter_struct timer_ocintpara;
timer_parameter_struct timer_initpara;

rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER0);
timer_deinit(TIMER0);
/* TIMER0 configuration */
timer_initpara.prescaler         = 0;
timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
timer_initpara.period            = 89;
timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_initpara.repetitioncounter = 0;
timer_init(TIMER0, &timer_initpara);
/* CH0 configuration in PWM0 mode */
timer_ocintpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;
timer_ocintpara.outputnstate = TIMER_CCXN_ENABLE;
timer_ocintpara.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
timer_ocintpara.ocnpolarity  = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH;
timer_ocintpara.ocidlestate  = TIMER_OC_IDLE_STATE_HIGH;
timer_ocintpara.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW;
timer_channel_output_config(TIMER0, TIMER_CH_0, &timer_ocintpara);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_0,0);
timer_channel_output_mode_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);
timer_channel_output_shadow_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_SHADOW_ENABLE);
/* TIMER0 primary output enable */
timer_primary_output_config(TIMER0, ENABLE);
/* TIMER0 CH0D DMA request enable */
timer_dma_enable(TIMER0, TIMER_DMA_CH0D);
/* auto-reload preload enable */
//timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER0);
    timer_auto_reload_shadow_disable(TIMER0);
/* TIMER0 counter enable */
timer_enable(TIMER0);

}`

6、DMA配置

`void dma_config(void)
{

dma_parameter_struct dma_init_struct;

/* enable DMA clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA);

/* initialize DMA channel1 */
dma_deinit(DMA_CH1);

/* DMA channel1 initialize */
dma_deinit(DMA_CH1);
dma_init_struct.direction    = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
dma_init_struct.memory_addr  = (uint32_t)RGB_buffer;
dma_init_struct.memory_inc   = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_16BIT;
dma_init_struct.number       =sizeof(RGB_buffer);
dma_init_struct.periph_addr  = (uint32_t)TIMER0_CH0CC;
dma_init_struct.periph_inc   = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_16BIT;
dma_init_struct.priority     = DMA_PRIORITY_HIGH;
dma_init(DMA_CH1, &dma_init_struct);
/* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA_CH1);
dma_memory_to_memory_disable(DMA_CH1);
/* enable DMA channel1 */
dma_channel_enable(DMA_CH1);

}`

7、通过PWM模拟WS2812B数据协议实现颜色设置

`void setRGB(uint8_t red,uint8_t green,uint8_t blue)
{
uint8_t i = 0,j =0;
uint32_t rgb_value = green<<16 | red<<8 | blue;

while(dma_flag_get(DMA_CH1, DMA_INTF_FTFIF)==RESET);
dma_flag_clear(DMA_CH1,DMA_INTC_FTFIFC);
dma_channel_disable(DMA_CH1);
dma_transfer_number_config(DMA_CH1,sizeof(RGB_buffer));
for(j=1;j<=num;++j)
{
for(i=0;i<24;++i)
{
  if((rgb_value<

}`

8、在主函数实现每隔 800ms 随机显示不同颜色功能。

`int main(void)
{

  systick_config();
gpio_config();
dma_config();
timer_config();
usart0_gpio_config();
usart0_config();
/* print out */
printf("Hello world!\n\r");
while(1)
 {
     setRGB(rand()%256,rand()%256,rand()%256);
     delay_1ms(800);
    };

}`

审核编辑：刘清

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