【WS2812】串行控制全彩色 LED

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注意

请一定按照 例程使用方法 🔗 导入例程，否则下载的可能不是例程而是其他工程。

WS2812 简介

WS2812 是一种集成了 RGB LED 和控制电路的智能型 LED 灯珠。它们以串联方式连接，能够通过单一信号线进行控制和通讯。与普通的 RGB LED 相比：

WS2812 内部集成了驱动电路，只需要为它提供电源即可，而无需三极管、限流电阻
WS2812 内部集成了控制电路，只需要发送 R、G、B 各自的亮度（0-255）即可实现亮度、色彩的控制
WS2812 支持串联通信，STM32 只需要连接第一个 WS2812，信号便可以传递至所有 WS2812
WS2812 的 RGB 三色亮度经过匹配，只需要发送对应的 RGB 值，便可以混合出想要的颜色

信息

查看 WS2812 手册.PDF 🔗

十六进制颜色表示

WS2812 的颜色通过 RGB 三通道混合产生，每个通道的调节范围都是 0 - 255，也就是十六进制的 00 - FF

因此，将 R、G、B 各自的亮度都用十六进制表示，便可以得到三个十六进制数，例如：白色 FF、FF、FF，红色 FF、00、00，绿色 00、FF、00

将这三个十六进制数按顺序合并起来，就是 FFFFFF、FF0000、00FF00，这就是十六进制颜色表示法

获取更多颜色：https://www.w3schools.com/colors/colors_picker.asp

如何使用例程

下载程序，即可看到效果

程序效果

烧录例程后，即可看到板子背面的 WS2812 全部点亮，并呈现色彩过渡效果和彩虹渐变效果

例程讲解

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置

开启外部晶振：在 Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟频率：在 Clock Configuration 页面，将 PLL Source 选择为 HSE，将 System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在 HCLK (MHz) 输入 72 并回车，将 HCLK 频率配置为 72 MHz

配置 DEBUG 方式：由于 PB4 引脚默认分配给 JTAG 调试接口，所以需要先配置 DUBUG 方式为 Serial Wire，以释放 PB4 引脚。在 Pinout&Configuration -> System Core -> SYS 页面，将 Debug 设置为 Serial Wire
配置生成单独.c/.h 文件：在 Project Manager -> Code Generator 页面中，勾选 Generate peripheral initialization as ... per peripheral
分配引脚：在 Pinout&Configuration 页面，将 PB4 配置为 TIM3_CH1
配置 TIM3：在 Pinout&Configuration -> Timers -> TIM3
- 勾选 Internal Clock，开启 TIM3 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel1 配置为 PWM Generation CH1
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 0，Counter Period 配置为 90-1，即 PWM 频率 800 kHz
- Configuration -> GPIO Settings，将 PB4 的 GPIO mode 配置为 Alternate Function Open Drain，Maximum output speed 配置为 High
提示
由于 WS2812 信号电平是 5V 的，故必须用「 开漏输出模式 」，外接 5V 上拉电阻，使信号高电平变成 5V

信息
PB4 是「5V 耐受引脚」，可以安全耐受 5V 上拉。普通引脚则不可以超过 3.3V
- Configuration -> DMA Settings，点击 Add 新增一个通道
  - DMA Request 选择 TIM3_CH1/TRIG
  - Direction 选择 Memory To Peripheral

2、代码

例程提供了 WS2812 驱动库，可以直接调用库函数实现颜色转换和渐变效果

(1) 初始化过程

拷贝库文件：将 ws2812.c 文件拷贝到 Core -> Src 目录下，将 ws2812.h 文件拷贝到 Core -> Inc 目录下。
添加头文件：在 main.c 中引用头文件
```
#include "ws2812.h"
```

(2) 库功能

驱动库会创建一个 ws2812_color[ ] 数组，设置 LED 颜色时只会更改此数组，而不会直接操作 LED

要使 LED 显示数组中的颜色，需调用 ws2812_update 或 ws2812_gradient 将数组更新到 LED

更新 LED 颜色
- 将颜色数组直接更新到 LED，不使用渐变过渡
- ws2812_update()
渐变的更新 LED 颜色
- 通过线性插值方式，从当前颜色渐变到新颜色
- ws2812_gradient(uint8_t steps, uint16_t delay_ms)
  - steps 过渡步数，范围 1-255
  - delay_ms 每一步之间的延时长度，单位毫秒
设置 LED 颜色（十六进制颜色格式）
- 设置某个 LED 的颜色
- ws2812_set(uint8_t led_id, uint32_t color)
  - led_id LED 编号，范围 0-9，分别对应学习板背面的 10 个 WS2812
  - color 目标颜色，输入十六进制颜色格式，范围 0x000000 - 0xFFFFFF
    
    参考文档开头的十六进制颜色介绍
设置 LED 颜色（R、G、B 格式）
- 设置某个 LED 的颜色
- ws2812_set(uint8_t led_id, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
  - led_id LED 编号，范围 0-9，分别对应学习板背面的 10 个 WS2812
  - r 红色亮度，范围 0 - 255
  - g 绿色亮度，范围 0 - 255
  - b 蓝色亮度，范围 0 - 255
设置所有 LED 的颜色（十六进制颜色格式）
- 设置所有（学习板共有 10 个）LED 的颜色
- ws2812_set_all(uint32_t color)
  - color 目标颜色，输入十六进制颜色格式，范围 0x000000 - 0xFFFFFF
将 RGB 颜色转换为十六进制颜色
- rgb_to_color(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
  - r 红色亮度，范围 0 - 255
  - g 绿色亮度，范围 0 - 255
  - b 蓝色亮度，范围 0 - 255
  - return 返回值为转换后的十六进制颜色，变量类型 uint32_t
将十六进制颜色转换为 RGB 值
- color_to_rgb(uint32_t color, uint8_t *r, uint8_t *g, uint8_t *b)
  - color 十六进制颜色（输入）
  - r 红色亮度（输出），需传入指针
  - g 绿色亮度（输出），需传入指针
  - b 蓝色亮度（输出），需传入指针
彩虹效果
- rainbow_effect(uint8_t steps, uint16_t delay_ms)
- steps 过渡步数，范围 0 - 255
- delay_ms 色彩流动间隔，单位毫秒
  
  建议参数： rainbow_effect(255, 70)

WS2812 简介​

十六进制颜色表示​

如何使用例程​

程序效果​

例程讲解​

1、工程配置​

2、代码​

(1) 初始化过程​

(2) 库功能​