网站导航
> 文档中心 > 树莓派40/100 - Pico控制WS2812B，一根信号线实现多种LED灯光效果(1)

树莓派40/100 - Pico控制WS2812B，一根信号线实现多种LED灯光效果(1)

网友: 文档中心 2022-11-25 16:28:51

从某多平台花了15元钱买了一米长的WS2812B彩灯，用于我的Pico编程试验，这种灯的神奇之处在于只需一根信号线，能够控制串联在一起的30颗LED灯珠（好像能长达1024颗灯），实现各种彩灯效果。

接线非常简单，正极接5V(我的灯带只有1米长，用树莓派Pico供电并不吃力，如果比较长的灯带，需要额外电源)，一端接地，树莓派GP15接信号线Din。灯带里面的Do不用管它，它实际上是Dout的意思，信号经过Din处理后，点亮那个灯，吃掉一些字节，再经过Dout出来，从而可以串联更多的灯。
在这里插入图片描述

官方文档《Raspberry Pi Pico Python SDK》里有一节介绍PIO控制WS2812灯的代码，直接抄过来，修改一下灯的个数，引脚编号PIN_NUM，代码虽然不理解，但程序可以马上运行。

# Example using PIO to drive a set of WS2812 LEDs.import array, timefrom machine import Pinimport rp2# Configure the number of WS2812 LEDs.NUM_LEDS = 30PIN_NUM = 15brightness = 0.2@rp2.asm_pio(sideset_init=rp2.PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)def ws2812():    T1 = 2    T2 = 5    T3 = 3    wrap_target()    label("bitloop")    out(x, 1) .side(0)    [T3 - 1]    jmp(not_x, "do_zero")   .side(1)    [T1 - 1]    jmp("bitloop")   .side(1)    [T2 - 1]    label("do_zero")    nop()     .side(0)    [T2 - 1]    wrap()# Create the StateMachine with the ws2812 program, outputting on pinsm = rp2.StateMachine(0, ws2812, freq=8_000_000, sideset_base=Pin(PIN_NUM))# Start the StateMachine, it will wait for data on its FIFO.sm.active(1)# Display a pattern on the LEDs via an array of LED RGB values.ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])##########################################################################def pixels_show():    dimmer_ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])    for i,c in enumerate(ar): r = int(((c >> 8) & 0xFF) * brightness) g = int(((c >> 16) & 0xFF) * brightness) b = int((c & 0xFF) * brightness) dimmer_ar[i] = (g<<16) + (r<<8) + b    sm.put(dimmer_ar, 8)    time.sleep_ms(10)def pixels_set(i, color):    ar[i] = (color[1]<<16) + (color[0]<<8) + color[2]def pixels_fill(color):    for i in range(len(ar)): pixels_set(i, color)def color_chase(color, wait):    for i in range(NUM_LEDS): pixels_set(i, color) time.sleep(wait) pixels_show()    time.sleep(0.2) def wheel(pos):    # Input a value 0 to 255 to get a color value.    # The colours are a transition r - g - b - back to r.    if pos  255: return (0, 0, 0)    if pos < 85: return (255 - pos * 3, pos * 3, 0)    if pos < 170: pos -= 85 return (0, 255 - pos * 3, pos * 3)    pos -= 170    return (pos * 3, 0, 255 - pos * 3)  def rainbow_cycle(wait):    for j in range(255): for i in range(NUM_LEDS):     rc_index = (i * 256 // NUM_LEDS) + j     pixels_set(i, wheel(rc_index & 255)) pixels_show() time.sleep(wait)BLACK = (0, 0, 0)RED = (255, 0, 0)YELLOW = (255, 150, 0)GREEN = (0, 255, 0)CYAN = (0, 255, 255)BLUE = (0, 0, 255)PURPLE = (180, 0, 255)WHITE = (255, 255, 255)COLORS = (BLACK, RED, YELLOW, GREEN, CYAN, BLUE, PURPLE, WHITE)print("fills")for color in COLORS:    pixels_fill(color)    pixels_show()    time.sleep(0.2)print("chases")for color in COLORS:    color_chase(color, 0.01)print("rainbow")rainbow_cycle(0)

网上还有一个更精简的版本，便于慢慢理解程序的主要逻辑。

import arrayimport utimeimport machineimport rp2NUM_LEDS = 30@rp2.asm_pio(sideset_init=rp2.PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)def ws2812():    T1 = 2    T2 = 5    T3 = 3    wrap_target()    label("bitloop")    out(x, 1) .side(0)    [T3 - 1]    jmp(not_x, "do_zero")   .side(1)    [T1 - 1]    jmp("bitloop")   .side(1)    [T2 - 1]    label("do_zero")    nop()     .side(0)    [T2 - 1]    wrap()# 建立状态机，设置输出针的编号sm = rp2.StateMachine(0, ws2812, freq=8_000_000, sideset_base=machine.Pin(15))# Start the StateMachine, it will wait for data on its FIFO.sm.active(1)# Display a pattern on the LEDs via an array of LED RGB values.ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])# Cycle colours.for i in range(4 * NUM_LEDS):    for j in range(NUM_LEDS): r = j * 100 // (NUM_LEDS - 1) b = 100 - j * 100 // (NUM_LEDS - 1) if j != i % NUM_LEDS:     r >>= 3     b >>= 3 ar[j] = r <>= 1    sm.put(ar, 8)    utime.sleep_ms(50)

看看视频效果：
https://v.qq.com/x/page/o33047uvo1e.html

树莓派Pico控制WS2812b彩色灯珠

这里用到了PIO（Programmable IO ）的概念，可以嵌入汇编语句，细节还有待后面进一步的学习。

还有一个状态机的概念，暂时也不太理解，没关系，先抄着慢慢学。

再来学习一下WS2812B的数据通讯协议，看用户手册，有这样一段话：

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，仅受限信号传输速度要求。

可以看出，每经过一个像素点，吃掉24个二进制位，信号就是这样从头传到尾的。
在这里插入图片描述

这24个二进制位就是颜色的RGB值，不对，是GRB值，与电脑上常见的红绿蓝顺序有点不一样，所以可以在源代码里看到这样的写法：

(g<<16) + (r<<8) + b

说明书中提到的主要特点：

  • IC控制电路与LED点光源共用一个电源。
  • 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。
  • 端口扫描频率2KHz/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，级联数不小于1024点。
  • 数据发送速度可达800Kbps。
  • 光的颜色高度一致，性价比高。

后记：

WS2812B里的PIO汇编代码，后来也读懂了，详细的解释说明在这里。

推荐阅读：
树莓派Pico开发系列文章

网络标签：

相关问题