STM32 WS2812B LED 控制系统实现_ws2812b操作

项目概述
  基于 STM32F103C8T6 实现的 WS2812B LED 控制系统，通过按键操作实现多种 LED 灯效，并通过 OLED 屏幕显示当前状态。系统支持红绿蓝流水、单色流水、单色拖尾三种灯效模式，以及 LED 数量动态配置功能。

  硬件连接

核心功能
1.双模式操作
   Mode1：灯效选择（红绿蓝流水、单色流水、单色拖尾）
   Mode2：LED 数量配置（0/24/48/60/144/204 颗）

2.按键处理
   10ms 硬件消抖，500ms 长按判定
   状态机实现可靠的按键逻辑

3.LED 效果
   红绿蓝分段流水效果
   单点单色流水效果

二次衰减算法实现的单色拖尾效果

软件架构
主要模块
   key.c：按键消抖与状态检测
   LED_Mode.c：模式管理与 OLED 显示
   WS2812B.c：LED 驱动与灯效算法
   tim.c：定时器配置与中断处理

关键代码解析
按键消抖状态机

#define DEBOUNCE_MS 10 // 消抖时间窗口（单位：毫秒）#define PRESS_LONG_MS 500 // （可选）长按判定时间（单位：毫秒）uint16_t oled_refresh_cnt = 0;uint8_t oled_refresh_flag = 0;// 定义按键状态的枚举类型typedef enum { KEY_IDLE, // 空闲状态：按键未处于按下或抬起抖动处理中 KEY_DEBOUNCE, // 消抖状态：检测到按下信号后，等待抖动稳定 KEY_DOWN, // 按下状态：已稳定判定按键按下 KEY_RELEASE_DEBOUNCE, // 抬起消抖状态：检测到松开信号后，等待抖动稳定} KeyState_t;// 静态变量：文件内可见，用于记录按键当前状态、计时器以及按下标志static KeyState_t key_state = KEY_IDLE; // 当前按键状态，默认空闲static uint16_t counter_ms = 0; // 毫秒计数，用于消抖和长按判断static uint8_t key_flag = 0; // 按键标志：检测到一次有效按下时置1static uint8_t key_long_flag = 0; // 长按标志

// key.c 按键扫描核心状态机（1ms 周期调用）/* 全局变量说明： key_state —— 当前按键状态，通常为枚举值（KEY_IDLE 等） counter_ms —— 当前状态下持续的时间，单位为毫秒 key_flag —— 短按标志（短按触发后为1，其他时间为0） key_long_flag —— 长按标志（长按触发后为1，其他时间为0） 需定义的常量： DEBOUNCE_MS —— 消抖时间，建议5~20ms PRESS_LONG_MS —— 长按触发时间，建议500~1000ms*/void Key_Scan_1ms(void) { // 读取 GPIOA.1 的电平，按下为低电平（0），因此 level = 1 表示按下 uint8_t level = (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0); // 按键状态机处理逻辑 switch (key_state) { case KEY_IDLE: // 空闲状态，按键未被按下 if (level) { // 检测到按下（低电平），进入消抖阶段 key_state = KEY_DEBOUNCE; counter_ms = 0; // 开始计时 } break; case KEY_DEBOUNCE: // 消抖阶段，等待按键稳定 if (++counter_ms >= DEBOUNCE_MS && level) { // 消抖时间达到，按键依然按下，认为是有效按下 key_state = KEY_DOWN; counter_ms = 0; // 开始长按计时 } else if (!level) { // 如果在消抖期间按键抬起，说明是抖动，回到空闲状态 key_state = KEY_IDLE; } break; case KEY_DOWN: // 按键持续按下状态 if (++counter_ms >= PRESS_LONG_MS && !key_long_flag) { // 按键持续按下超过设定时间，触发长按标志 key_long_flag = 1; } if (!level) { // 按键抬起 key_flag = !key_long_flag; // 如果未触发长按（key_long_flag==0），说明是短按，key_flag = 1； // 如果已经是长按，短按不触发，key_flag = 0； key_state = KEY_RELEASE_DEBOUNCE; // 进入释放消抖阶段 } break; case KEY_RELEASE_DEBOUNCE: // 松开后的消抖阶段 if (++counter_ms >= DEBOUNCE_MS && !level) { // 消抖成功，按键稳定抬起，回到空闲状态 key_state = KEY_IDLE; key_long_flag = 0; // 清除长按标志，为下次按键做准备 } else if (level) { // 抬起过程中又检测到按下，认为误触，退回按下状态 key_state = KEY_DOWN; } break; default: // 兜底保护：未知状态回到初始状态 key_state = KEY_IDLE; break; }}

WS2812B 时序生成

// WS2812B.c - 利用 PWM 位流方式构建 WS2812B 灯珠数据缓冲区// 通过 DMA+TIM2 输出到 WS2812B 数据引脚// 构建 WS2812B 的 PWM 位缓冲void WS2812_BuildBitBuffer(void) { uint32_t idx = 0; // 遍历每个 RGB 通道（LED_COUNT * 3）共用数据缓存 for (uint32_t i = 0; i = 0; b--) { // 判断当前位是 1 还是 0，转换为 PWM 对应的比较值 pwm_buffer[idx++] = (byte & (1 << b)) ? ONE_CODE_COMPARE : ZERO_CODE_COMPARE; // ONE_CODE_COMPARE 代表逻辑 \'1\' 的 PWM 占空比 // ZERO_CODE_COMPARE 代表逻辑 \'0\' 的 PWM 占空比 } } // 补齐复位时间段，确保 WS2812B 正确“锁存”显示 // 通常需要至少 50us 的低电平，此处填充多个 0 来确保总时长 while (idx < MAX_LED_COUNT * 24 + 150) { pwm_buffer[idx++] = 0; }}

// 启动 DMA 传输，将 PWM 缓冲区数据输出给 WS2812Bvoid DMA1_SendLED(void) { DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE); // 关闭 DMA 通道，准备重新配置 // 设置本次 DMA 要传输的 PWM 数据个数（每个 LED 24bit + 复位位） DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel2, LED_COUNT * 24 + 1); DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE); // 重新启动 DMA 传输 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  // 启动 TIM2 开始输出 PWM 波形}

配套说明

• led_buffer[]：RGB 数据缓冲区，长度需为 LED_COUNT * 3。

• pwm_buffer[]：对应 PWM 码流缓冲区，长度建议 ≥ MAX_LED_COUNT * 24 + 150。

• ONE_CODE_COMPARE / ZERO_CODE_COMPARE：这两个宏定义决定了 WS2812B 所需的 PWM 占空比（建议通过逻辑分析仪调试，0.7us 高电平对应 \'1\'，0.35us 对应 \'0\'）。

• DMA1_Channel2 和 TIM2：需在外部完成初始化并绑定正确的通道和引脚。

LED 流水效果算法
c
运行

// WS2812B.c - 流水灯拖尾核心逻辑实现// === 流水灯位移函数 ===// 整个 led_buffer 右移一个 RGB 单位，形成“流水”效果void flow(void) {    // 临时保存最尾部的 RGB 数据（三个字节）    uint8_t t[3] = {        led_buffer[(LED_COUNT - 1) * 3], // R        led_buffer[(LED_COUNT - 1) * 3 + 1], // G        led_buffer[(LED_COUNT - 1) * 3 + 2] // B    };    // 从后往前，将前一颗 LED 的颜色复制到后一颗    for (int i = LED_COUNT - 1; i > 0; i--) {        led_buffer[i * 3]     = led_buffer[(i - 1) * 3];       // R        led_buffer[i * 3 + 1] = led_buffer[(i - 1) * 3 + 1];   // G        led_buffer[i * 3 + 2] = led_buffer[(i - 1) * 3 + 2];   // B    }    // 把最尾部颜色放到最前面，实现环形移动    led_buffer[0] = t[0];    led_buffer[1] = t[1];    led_buffer[2] = t[2];}// === 拖尾效果函数（带二次衰减亮度）===// 以指定颜色生成灯带从前向后的拖尾渐变效果void WS2812_Data2(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {    // 拖尾长度占灯珠总数的 1/3，可自行调整    uint32_t tailLen = LED_COUNT / 3;    // 遍历每颗灯珠，依次赋值亮度    for (uint32_t i = 0; i < LED_COUNT; i++) {        if (i > 8;            // 设置第 i 颗灯的颜色，按亮度比例缩放            WS2812_color(i, (r * bri) >> 8, (g * bri) >> 8, (b * bri) >> 8);        } else {            // 超出拖尾范围，设为黑色（熄灭）            WS2812_color(i, 0, 0, 0);        }    }}

补充说明

• flow() 实现的是颜色数据的循环右移，用于制造动态移动效果。

• WS2812_Data2() 实现静态的尾部渐暗效果（视觉拖尾），并非自动流动，适合配合定时器 + flow() 调用实现动态流水拖尾。

• WS2812_color(i, r, g, b) 是用户自定义的颜色设置函数，需在别处定义。

使用说明
操作流程
第一层菜单（模式选择）
短按 PA1：切换灯效模式（红绿蓝流水 / 单色流水 / 单色拖尾）
长按 PA1：确认当前模式并运行

第二层菜单（LED 数量配置）
长按 PA2：进入数量配置模式
短按 PA2：循环选择 LED 数量（0→24→48→60→144→204）
长按 PA2：退出配置模式

初始化步骤
调用 OLED_Init() 初始化 OLED 显示
调用 GPIO_TIM2_PWM1_DMA1_init() 初始化 LED 控制引脚与 DMA
在定时器中断中周期性调用 Key_Scan_1ms() 和 Key_Scan_2ms()
通过 LED_Mode_Process() 处理模式逻辑
通过 WS2812_Effects_Process() 更新 LED 效果

项目特点
精准时序控制：通过 PWM+DMA 实现 800kHz 时序，支持 205 颗 LED
低 CPU 占用：DMA 自动传输数据，CPU 占用率 < 5%
可扩展设计：模块化架构，便于添加新灯效和功能
用户友好界面：OLED 实时显示当前模式与配置