STM32+PWM+DMA驱动WS2812 —— 2024年9月24日_stm32 ws2812
一、项目简介
采用STM32f103C8t6单片机，使用HAL库编写。项目中针对初学者驱动WS2812时会遇到的一些问题，给出了解决方案。
二、ws2812驱动原理
WS2812采用单线归零码的通讯方式，即利用高低电平的持续时间来确定0和1。这种通信方式优点是只需要一根通信线，缺点是对通信的时序要求较高。
以官方数据手册的时序图为例，通信速率为800kbit/s，也就是PWM波的速率为800Kbit/s，每个PWM的周期为1.25微妙。PWM的一个周期即为一个数据帧，每个数据帧由一段高电平和一段低电平组成。下图为官方规定的数据传输时间：
也就是说：一个1码，由2/3左右的高电平 和 1/3左右的低电平组成。
一个0码，由1/3左右的高电平 和 2/3左右的低电平组成。
若定时器的时钟频率为72MHz，那么预分频值设置为0，比较值设置为89,这样产生的PWM波的频率就为800KHz，周期为1.25us。要发送1码时，设置占空比为60。要发送0码时，设置占空比为29。
每个WS2812需要用24bit的数据来控制，当n个ws2812进行级联的时候，第一个灯会将第一个24bit的数据拦截，将后面的数据进行转发。第二个灯又会拦截第二个24bit的数据，将后面的数据进行转发。后面的逻辑也是一样，数据每经过一个灯，数据的前24bit就会被拦截下来，作为这个灯的显示内容。数据传输方法如下图所示：
代码编写逻辑：初始化的时候，需生成一个显存数组，由DMA将数组中的内容实时搬运到定时器的比较寄存器中，DMA要开启循环模式。之后我们只需要更新显存数组中的数据，WS2812的显示内容就会被实时更新。
三、Cube MX 生成底层代码
1、配置Debug的模式
2、配置外部晶振
3、配置时钟
4、配置定时器
5、配置定时器的DMA
6、生成代码
四、代码编写
1、下面ws2812.c的代码
#include \"ws2812.h\"//显存数组，长度为 灯的数量*24+复位周期uint16_t WS2812_RGB_Buff[LED_NUM*DATA_LEN+WS2812_RST_NUM] = {0}; /** * 函数：WS2812单灯设置函数 * 参数：num:灯的位置，R、G、B分别为三个颜色通道的亮度，最大值为255 * 作用：单独设置每一个WS2812的颜色***/void WS2812_Set(uint16_t num,uint8_t R,uint8_t G,uint8_t B){ uint32_t indexx=(num*(3*8)); for (uint8_t i = 0;i < 8;i++) {//填充数组WS2812_RGB_Buff[indexx+i] = (G << i) & (0x80)?WS_H:WS_L;WS2812_RGB_Buff[indexx+i + 8] = (R << i) & (0x80)?WS_H:WS_L;WS2812_RGB_Buff[indexx+i + 16] = (B << i) & (0x80)?WS_H:WS_L; }}//WS2812初始化函数void WS2812_Init(){//设置关闭所有灯 for(int i=0;i<8;i++) {WS2812_Set(i,0,20,0); } //作用：调用DMA将显存中的内容实时搬运至定时器的比较寄存器 HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim2,TIM_CHANNEL_1,(uint32_t *)WS2812_RGB_Buff,sizeof(WS2812_RGB_Buff)/sizeof(uint16_t)); }2、下面为ws2812.h的代码
#include \"main.h\"#include \"tim.h\"#define WS_H 60 // 1 码相对计数值#define WS_L 29 // 0 码相对计数值#define WS_REST 40 // 复位信号脉冲数量#define LED_NUM 8 // WS2812灯个数#define DATA_LEN 24 // WS2812数据长度，单个需要24个字节#define WS2812_RST_NUM 50 // 官方复位时间为50us（40个周期），保险起见使用50个周期void WS2812_Init(void);void WS2812_Set(uint16_t num,uint8_t R,uint8_t G,uint8_t B);3.下面为main.c中调用的代码，效果为流水灯
/** * @brief The application entry point. * @retval int */int main(void){ /* USER CODE BEGIN 1 */ /* USER CODE END 1 */ /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_DMA_Init(); MX_TIM2_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ WS2812_Init(); /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) {//效果一，流水灯for(int i=0;i<8;i++){HAL_Delay(100);WS2812_Set(i,2*(i+1),4*(i+1),10*(i+1));}HAL_Delay(300);for(int i=0;i<8;i++){WS2812_Set(i,0,0,0);}HAL_Delay(100);//效果二，跑马灯//for(int i=0;i<8;i++)//{//HAL_Delay(100);//WS2812_Set(i,0,20,0);//if(i==0) WS2812_Set(7,0,0,0);//else WS2812_Set(i-1,0,0,0);//} /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */}五、烧录效果
六、注意事项
1、DMA的搬运方向为 内存(Memory) 到 外设(Peripheral)
2、DMA的模式为循环模式
3、DMA设置内存地址自增
