文章目录
- 前言
- 一、WS2812B手册分析原理
- 1.1 主要特点
- 1.2 器件图
- 1.3 接口
- 1.4 输入码型
- 1.5 归零码（RZ）和非归零码(NRZ)（拓展）
- 1.6 级联输出
- 1.7 输入数据格式
- 二、FPGA点亮彩灯
- 2.1 代码
- 三、总结
前言
本篇博客是记录WS2812手册的学习，实现FPGA驱动WS2812B的器件去显示F P G A四个字母，每隔1秒变化一个字母，循环显示。
一、WS2812B手册分析原理
1.1 主要特点
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。
串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
数据发送速度可达800Kbps。
数据传输协议采用单NZR通信模式。
复位时间大于280us。
电源反接不会损坏。
1.2 器件图
一个8x8的正方形器件，上面有64个led灯。
1.3 接口
四根线，一个电源，一个接地，一个输入，一个输出。
1.4 输入码型
从图中就可以看出，对于输入的数据不能是简单的高低电平了。
由前面的特点可知它的传输速率为800kbps，也就是说它传输1bit数据的时间为1/800k=1220ns，然后由手册给出的特性图可以设计0码为320ns的高电平 和900ns的低电平组成，1码为900ns的高电平和320ns的低电平组成。
1.5 归零码（RZ）和非归零码(NRZ)（拓展）
归零码（RZ）分为单极性归零码和双极性归零码：
非归零码（NRZ）：即正电平表示1，低电平表示0。我们常用的时钟线就是这种编码。
1.6 级联输出
它的每一个LED灯由24bit的数据控制，传进来的数据第一个24bit就控制第一个led灯，然后进来的第二个24bit数据就控制第二个led灯，就这个一个一个传递下去，直到64个led灯都有了输入控制后，此时继续传输数据是没有用的，它不会接收数据了，灯也不会改变，只有经过大于280us的低电平进行复位之后才能重新从第一个led灯开始写入数据。
1.7 输入数据格式
每个彩灯由24bit的数据进行控制，如图：
是GRB888的格式,同时数据是MSB的格式，高位先发。
补充：RGB格式就是控制一个像素中Red,Green,Blue的值，来确定这个像素的颜色。
二、FPGA点亮彩灯
2.1 代码
module rom_lan(
input clk ,
input rst_n ,
output reg led
);
parameter T0H = 6'd16,//0码高电平320ns
T0L = 6'd45,//0码低电平900ns
T1H = 6'd45,//1码高电平900ns
T1L = 6'd16;//1码低电平320ns
parameter RST = 14'd15_000;//复位300us
parameter CNT_1S = 26'd50_000_000;//计数1秒
parameter BLUE = 24'b0000_0000_0000_0000_1111_1111;//纯蓝色
parameter RED = 24'b0000_0000_1111_1111_0000_0000;//纯红色
parameter GREEN = 24'b1111_1111_0000_0000_0000_0000;//纯绿色
parameter CNT_1BIT = 6'd60;//61个周期
parameter CNT_1LED = 5'd23;//24个bit
parameter CNT_LED = 6'd63;//64个LED
reg [5:0] cnt_1bit;//61个周期
wire add_cnt_1bit;
wire end_cnt_1bit;
reg [4:0] cnt_1led;//每个led有24个bit
wire add_cnt_1led;
wire end_cnt_1led;
reg [5:0] cnt_led;//64个led
wire add_cnt_led;
wire end_cnt_led;
reg [25:0] cnt_1s;
wire add_cnt_1s;
wire end_cnt_1s;
reg [13:0] cnt_rst ;//复位需要的300us低电平计数器
reg flag ;//复位的标志信号
reg [5:0] cnt_init ;//初始值
wire [23:0] color ;//颜色寄存器
reg [5:0] num ;//字母个数寄存器
reg flag_num ;//延时1秒的标志信号
reg rden ;
rom_64x24 rom_64x24_inst (
.address ( num*64 + cnt_led ),
.clock ( clk ),
.rden ( rden ),
.q ( color )
);
//读取数据使能
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
rden <= 1'b1;
end
else if(flag || flag_num)begin
rden <= 1'b0;
end
else begin
rden <= 1'b1;
end
end
//1bit计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
cnt_1bit <= 6'd0;
end
else if(flag)begin
cnt_1bit <= 6'd0;
end
else if(add_cnt_1bit)begin
if(end_cnt_1bit)begin
cnt_1bit <= 6'd0;
end
else begin
cnt_1bit <= cnt_1bit + 1'd1;
end
end
else begin
cnt_1bit <= 6'd0;
end
end
assign add_cnt_1bit = 1'b1;
assign end_cnt_1bit = add_cnt_1bit && cnt_1bit == CNT_1BIT;
//1个LED灯24个bit计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
cnt_1led <= CNT_1LED;
end
else if(flag)begin
cnt_1led <= CNT_1LED;
end
else if(add_cnt_1led)begin
if(end_cnt_1led)begin
cnt_1led <= CNT_1LED;
end
else begin
cnt_1led <= cnt_1led - 1'd1;
end
end
else begin
cnt_1led <= cnt_1led;
end
end
assign add_cnt_1led = end_cnt_1bit;
assign end_cnt_1led = add_cnt_1led && cnt_1led == 5'd0;
//64个LED计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
cnt_led <= 6'd0;
end
else if(flag)begin
cnt_led <= 6'd0;
end
else if(add_cnt_led)begin
if(end_cnt_led)begin
cnt_led <= 6'd0;
// cnt_led <= cnt_init;
end
else begin
cnt_led <= cnt_led + 1'd1;
end
end
else begin
cnt_led <= cnt_led;
end
end
assign add_cnt_led = end_cnt_1led;
assign end_cnt_led = add_cnt_led && cnt_led == 6'd63;
//复位使能信号持续300us
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
flag <= 1'b0;
end
else if(end_cnt_1s)begin
flag <= 1'b1;
end
else if(cnt_rst == RST - 1'd1)begin
flag <= 1'b0;
end
else begin
flag <= flag;
end
end
//300us计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
cnt_rst <= 14'd0;
end
else if(cnt_rst == RST - 1'd1)begin
cnt_rst <= 14'd0;
end
else if(flag)begin
cnt_rst <= cnt_rst + 1'd1;
end
else begin
cnt_rst <= 14'd0;
end
end
//延时一秒的标志信号
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
flag_num <= 1'b0;
end
else if(end_cnt_led)begin
flag_num <= 1'b1;
end
else if(end_cnt_1s)begin
flag_num <= 1'b0;
end
else begin
flag_num <= flag_num;
end
end
//1秒计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
cnt_1s <= 26'd0;
end
else if(add_cnt_1s)begin
if(end_cnt_1s)begin
cnt_1s <= 26'd0;
end
else begin
cnt_1s <= cnt_1s + 1'd1;
end
end
else begin
cnt_1s <= 26'd0;
end
end
assign add_cnt_1s = flag_num;
assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && cnt_1s == CNT_1S - 1'd1;
//字母个数
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
num <= 6'd0;
end
else if(end_cnt_1s)begin
if(num == 6'd4)begin
num <= 6'd0;
end
else begin
num <= num + 1'd1;
end
end
else begin
num <= num;
end
end
//颜色控制
//LED输出控制
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
led <= 1'b0;
end
else if(flag || flag_num)begin
led <= 1'b0;
end
else if(color[cnt_1led] == 1'b0)begin
if(cnt_1bit < T0H)begin
led <= 1'b1;
end
else begin
led <= 1'b0;
end
end
else if(color[cnt_1led] == 1'b1)begin
if(cnt_1bit < T1H)begin
led <= 1'b1;
end
else begin
led <= 1'b0;
end
end
else begin
led <= 1'b0;
end
end
endmodule
三、总结
由于此项目十分简单，因此就直接上代码了，代码中最主要的就是三个计数器的设计，分别是每个bit的计数器，每个led灯有24bit，一个是64个led灯。然后要显示的F P G A四个字母的RGB数据是直接存在了ROM的IP核里面，只需要通过计数器将对应的数据读出来就可以了。这个项目是挺久之前写的了，上板也是成功了的，只是忘记拍视频了，因此就没有上板演示视频了。最主要的是掌握WS2812B的原理。
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