---

前言

  RGB888点阵是一个由64个WS2812 RGB LED灯珠组成的点阵显示屏，可以用于艺术装饰、玩具和游戏、时钟计时器和状态指示器等各种场景。
  本文将向各位读者展示，如何利用FPGA驱动该8x8点阵显示屏，使得点阵显示特定的字符信息。

一、WS2812简介

  WS2812 RGB LED灯珠广泛应用于LED灯带、室内和户外装饰照明、信号指示灯、车载设备等方面，由于它可以通过简单的控制器控制多个LED灯珠的颜色和亮度，因此具有非常广泛的市场前景。

二、WS2812配置说明

  根据WS2812特性可知，要实现8x8图像的显示，就必须要配置64x24个数据，在设计中可以把配置64个数据和配置24个数据这两部分分开，在设计时，可以分成三个模块来实现此功能：配置模块、控制模块和顶层模块。
  配置模块用来指示需要配置的是64个RGB LED灯中的哪一个，并提供开始配置信号和待显示的24位图像信息，将上述信号提供给控制模块完成对LED灯显示与色彩信息的配置。
  控制模块用来配置配置模块发送过来的24位图像信息，对每一位进行解码然后按照特定格式发送“0”或者发送“1”，当配置完成24x64个数据并持续一段时间的低电平复位，就能够驱动8x8点阵显示了。
  顶层模块用来级联配置模块和控制模块，此处不再过多叙述。
  发送的“0”码或者“1”码配置规则如下图所示：

  在本设计中，设定发送“0”码的总时间为1180ns，其中高电平占据300ns；发送“1”码的总时间为1280ns，其中高电平占据640ns；复位总时间为300us。

三、波形图绘制

1.配置模块

  配置模块信号波形图如下图所示：

  如图所示，cfg_start信号为控制模块每完成一个24bit数据的配置，就发送拉高信号告知配置模块可以开始配置下一个24bit数据了。需要注意的是，cnt_wait信号为上电等待信号，这里人为设定等待20ms等待电源电压稳定、器件初始化和内部元件自适应调节，等待完成之后拉高start_en，指示器件开始工作。cfg_num是指示配置了多少个LED灯，cfg_data是指示需要向该LED灯里面写入什么数据去配置它，ws2812_start是控制模块的开始配置信号，与cfg_num和cfg_data是保持同步的。

2.控制模块

  控制模块状态转移图如下图所示：

  如图所示，初始时控制模块状态为空闲IDLE状态，即不进行任何数据的配置，当检测到配置模块发送的开始信号时，空闲状态就会跳转到仲裁ARBIT状态，仲裁状态仲裁发送的24位数据，每一位应该是发“0”还是发“1”，每一次发“0”或者发“1”完成后，又重新回到仲裁状态仲裁下一个数据的发送状态（“0”或“1”）.当发送完成64x24个数据时，表明一副8x8图像数据配置完成，此时跳转都复位RST状态，数据持续发送一段时间低电平，结束后又重新回到空闲IDLE状态等待配置模块的开始信号到来，再继续开始配置。
  控制模块信号波形图如下图所示：

  如图所示，cfg_data为待配置的24位数据，这里为了描述状态的跳转，假设配置的前两位数据分别位“0”和“1”，cfg_num初始为不定态，表示配置的是哪一个LED灯是不关心的，ws2812_start为该模块的开始工作信号。
  skip_en_0为仲裁状态跳转到发“0”码状态的跳转信号，或者是发“0”码状态跳转到仲裁状态的跳转信号；skip_en_1为仲裁状态跳转到发“1”码状态的跳转信号，或者是发“1”码状态跳转到仲裁状态的跳转信号；skip_en_rst为发“0”码或者“1”码状态跳转到复位状态的跳转信号，或者是复位状态跳转到空闲状态的跳转信号。
  n_state为次态，c_state为现态，两者具有一个时钟周期的差异。cnt_wait为全局计数器，计数仲裁、发“0”码或者“1”码、复位状态的时间，data为解码得到的24bit待配置数据的每一位数据，cnt_num位配置的数据个数，最多配置24个数据。
  led_data为输出信号，根据led_data高低电平持续时间不同，用来指示配置的LED灯不同的色彩信息。如图所示，发送“0”码总时间为SEND_ZERO_time+ARBIT_time=1180ns，高电平占据300ns；发送“1”码总时间为SEND_ONE_time+ARBIT_time=1280ns，高电平占据640ns。
  cfg_start为输出给配置模块的开始配置信号，该信号在控制模块每配置完成24bit图像数据时会拉高。

总结

  本文介绍了如何利用FPGA驱动RGB888点阵显示屏显示特定的字符信息，详细阐述了配置模块和控制模块之间的协作关系，以及两个模块之间的信号传递图示以及每个信号的作用。下一章演示颜色识别与RGB88点阵关联效果。