使用PWM+DMA的方式驅(qū)動(dòng)WS2812B

1.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述

使用 PWM+DMA 的方式驅(qū)動(dòng) WS2812B，并每隔 800ms 隨機(jī)顯示不同顏色。

2.實(shí)驗(yàn)硬件

兆易創(chuàng)新GD32F310 MCU開(kāi)發(fā)板套件

16*16 WS2812B

3.開(kāi)發(fā)環(huán)境

keil 5.24.1

4.WS2812B講解

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

WS2812B 則是將控制 IC 和傳統(tǒng) RGB 結(jié)合到了一起，我們使用一條數(shù)據(jù)線即可驅(qū)動(dòng)所有 RGB，另外也使得顏色控制的精度更高，同時(shí)也支持 RGB 燈組的單個(gè) RGB 顏色控制，因此WS2812B 除了可以用于照明外，還能應(yīng)用到辦公樓外墻來(lái)作為屏幕進(jìn)行廣告宣傳，此時(shí)每個(gè)WS2812B 就對(duì)應(yīng)的是一個(gè)像素點(diǎn)。

WS2812B 數(shù)據(jù)協(xié)議采用單線歸零碼的通訊方式，像素點(diǎn)在上電復(fù)位以后，DIN 端接受從控制器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，首先送過(guò)來(lái)的 24bit 數(shù)據(jù)（紅綠藍(lán)各 8 位）被第一個(gè)像素點(diǎn)提取后，送到像素點(diǎn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部整形處理電路整形放大后通過(guò) DO端口開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)輸出給下一個(gè)級(jí)聯(lián)的像素點(diǎn)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)像素點(diǎn)的傳輸，信號(hào)減少 24bit。

像素點(diǎn)采用自動(dòng)整形轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，使得該像素點(diǎn)的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)不受信號(hào)傳送的限制，僅僅受限信號(hào)傳輸速度要求。WS2812B 傳輸協(xié)議時(shí)序圖如下：

從時(shí)序圖可以看到，二進(jìn)制的 0 和 1 用周期相同的不同占空比的方波來(lái)表示（1 對(duì)應(yīng) 68%占空比，0 對(duì)應(yīng) 32%占空比），因此我們可以通過(guò)改變 PWM 的占空比來(lái)模擬出要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因?yàn)閃S2812B 協(xié)議對(duì)傳輸速度要求非常高，所以使用了 DMA+PWM 這種方法，在比較事件發(fā)生時(shí)，DMA 立即響應(yīng)并將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖容^寄存器中。

WS2812 的傳輸過(guò)程如下圖：

每經(jīng)過(guò)一個(gè) WS2812B，數(shù)據(jù)就被截走24bit。

WS2812B 的 24 位數(shù)據(jù)如下：

數(shù)據(jù)按照高位在前的順序分別輸出綠色，紅色和藍(lán)色控制數(shù)據(jù)。在這里我們順便說(shuō)一下RGB 的取色原理。RGB 由三種基本色構(gòu)成，分別是紅,綠,藍(lán)，也叫加法三原色，通過(guò)這三種顏色的不同比例可以組合出各種顏色，而不同比例可以通過(guò) PWM 的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果想要特定顏色，可以使用調(diào)色板取色，如下圖：

5.實(shí)驗(yàn)步驟

1、獲取demo工程，任意選中一個(gè)工程用來(lái)修改實(shí)現(xiàn)PWM+DMA控制WS2812B 功能

2、添加需要的頭文件和宏定義

TIMER0_CH0CC為定時(shí)器1的CH0通道比較輸出的地址。

num為要控制ws2812B的數(shù)量，這里我們只控制1個(gè)。

3、定義需要的變量和聲明需要的初化函數(shù)

RGB_buffer數(shù)組用來(lái)存放占空比數(shù)值。

4、配置PWM輸出引腳

5、配置定時(shí)器0通道0輸出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、通過(guò)PWM模擬WS2812B數(shù)據(jù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)顏色設(shè)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、在主函數(shù)實(shí)現(xiàn)每隔 800ms 隨機(jī)顯示不同顏色功能。

`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);
    };

}`




審核編輯：劉清