WS2812B彩灯 STM32HAL库开发:PWM+DMA(stm32f103c8t6)

news2024/11/15 0:23:09

目录

一、摘要

二、WS2812B介绍

三、CUBEMX配置

四、程序介绍(KEIL编译器)

五、数据手册


一、摘要

        1、本文使用示例单片机型号为stm32f103c8t6,RGB型号为WS2812B

        2、主要实现功能是实现用PWM+DMA使RGB_LED亮起不同颜色的灯光;

        3、目的:简单调通该型号RGB_LED,方便后续改编使用,希望各位读者可以依次做出更炫酷的效果。为了便于更好理解数据手册和单片机配置的关联,第二部分也放入了CUBEMX的部分配置图片

        4、优点:DMA转运,硬件自动数据搬运(由内存到外设),减少CPU资源占用,第一次使用DMA可以先大致看一下DMA相关知识,这会让你很容易理解下面的一些配置

二、WS2812B介绍

       ( 为了便于更好理解数据手册和单片机配置的关联,第二部分也放入了CUBEMX的部分)

 依据方向标识与单片机接好线路

注:VDD接5V

        DIN接单片机PWM输出引脚(本文中接PA8引脚,即TIM1_PWM输出通道1)

        DOUT接下一个LED的DIN引脚

此处重装值就是定时器一个周期从0计到89计90个数(后面介绍为什么是89)                                                          

通过控制PWM占空比发送0码和1码,额定周期为1.25us,则频率为800Khz

0码PWM占空比:

(0码高电平时间)/(周期)--->  0.4 / 1.25 = 0.32 

  用占空比乘以定时器重装值加一就是0码的CCR值(代表PWM高电平计数个数)--->

  0.32 * (89+1) = 28.8(取28,实测不可以高于28,但23到28都可以)

1码PWM占空比:

同理计算:(1码高电平时间)/ (周期)---> 0.8 / 1.25 = 0.64

(占空比)*(重置值+1)= CCR ---> 0.64 * 1.25 = 57.6(取58)

每一个LED的R、G、B分别由八位数据控制颜色浓度,(每种颜色浓度有0~255档,理论上RGB就可以组成256的3次方中颜色组合)即每个LED需要24BIT数据,那么需要发送数据的总长度则为(要控制LED数量 n)*(24),每个LED保存24BIT将剩余位传给后面LED。全部数据发送完成后要继续发送大于24us的低电平作为RESET_CODE等才可以点亮。

三、CUBEMX配置

 

时钟树配置

  

定时器配置

PWM频率:

Fpwm =Tclk / ((arr+1)*(psc+1))(单位:Hz)

上面提到数据传送频率为800Khz,Tclk为72Mhz,我们这里设置psc = 0,arr= 89,得到频率刚好为800Khz。

占空比:

duty circle = TIM3->CCR1 / arr(单位:%)

TIM3->CCR1  用户设定值(即上述0码和1码占空比计算所得CCR)

PWM-DMA配置

 1:DMA配置

 2:添加一个DMA

 3:选择定时器1的通道一外设

四、程序介绍(KEIL编译器)

RGB.H

#ifndef __RGB_H__
#define __RGB_H__

#include "main.h"

/*这里是上文计算所得CCR的宏定义*/
#define CODE_1       (58)       //1码定时器计数次数
#define CODE_0       (25)       //0码定时器计数次数

/*建立一个定义单个LED三原色值大小的结构体*/
typedef struct
{
	uint8_t R;
	uint8_t G;
	uint8_t B;
}RGB_Color_TypeDef;

#define Pixel_NUM 1  //LED数量宏定义,这里我使用一个LED,(单词pixel为像素的意思)

void RGB_SetColor(uint8_t LedId,RGB_Color_TypeDef Color);//给一个LED装载24个颜色数据码(0码和1码)
void Reset_Load(void); //该函数用于将数组最后24个数据变为0,代表RESET_code
void RGB_SendArray(void);          //发送最终数组
void RGB_RED(uint16_t Pixel_Len);  //显示红灯
void RGB_GREEN(uint16_t Pixel_Len);//显示绿灯
void RGB_BLUE(uint16_t Pixel_Len); //显示蓝灯
void RGB_WHITE(uint16_t Pixel_Len);//显示白灯


#endif

 RGB.C

#include "RGB.h"
#include "tim.h"

/*Some Static Colors------------------------------*/
const RGB_Color_TypeDef RED      = {255,0,0};   //显示红色RGB数据
const RGB_Color_TypeDef GREEN    = {0,255,0};
const RGB_Color_TypeDef BLUE     = {0,0,255};
const RGB_Color_TypeDef SKY      = {0,255,255};
const RGB_Color_TypeDef MAGENTA  = {255,0,220};
const RGB_Color_TypeDef YELLOW   = {127,216,0};
const RGB_Color_TypeDef OEANGE   = {127,106,0};
const RGB_Color_TypeDef BLACK    = {0,0,0};
const RGB_Color_TypeDef WHITE    = {255,255,255};

/*二维数组存放最终PWM输出数组,每一行24个
数据代表一个LED,最后一行24个0代表RESET码*/
uint32_t Pixel_Buf[Pixel_NUM+1][24];       

/*
功能:设定单个RGB LED的颜色,把结构体中RGB的24BIT转换为0码和1码
参数:LedId为LED序号,Color:定义的颜色结构体
*/
void RGB_SetColor(uint8_t LedId,RGB_Color_TypeDef Color)
{
	uint8_t i; 
	if(LedId > Pixel_NUM)return; //avoid overflow 防止写入ID大于LED总数
	
	for(i=0;i<8;i++) Pixel_Buf[LedId][i]   = ( (Color.G & (1 << (7 -i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行0~7转化存放G
	for(i=8;i<16;i++) Pixel_Buf[LedId][i]  = ( (Color.R & (1 << (15-i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行8~15转化存放R
	for(i=16;i<24;i++) Pixel_Buf[LedId][i] = ( (Color.B & (1 << (23-i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行16~23转化存放B
}

/*
功能:最后一行装在24个0,输出24个周期占空比为0的PWM波,作为最后reset延时,这里总时长为24*1.2=30us > 24us(要求大于24us)
*/
void Reset_Load(void)
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<24;i++)
	{
		Pixel_Buf[Pixel_NUM][i] = 0;
	}
}

/*
功能:发送数组
参数:(&htim1)定时器1,(TIM_CHANNEL_1)通道1,((uint32_t *)Pixel_Buf)待发送数组,
			(Pixel_NUM+1)*24)发送个数,数组行列相乘
*/
void RGB_SendArray(void)
{
	HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t *)Pixel_Buf,(Pixel_NUM+1)*24);
}

/*
功能:显示红色
参数:Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_RED(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入红色
	{
		RGB_SetColor(i,RED);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}

/*
功能:显示绿色
参数:Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_GREEN(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入绿色
	{
		RGB_SetColor(i,GREEN);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}

/*
功能:显示蓝色
参数:Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_BLUE(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入蓝色
	{
		RGB_SetColor(i,BLUE);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}

/*
功能:显示白色
参数:Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_WHITE(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入白色
	{
		RGB_SetColor(i,WHITE);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}

//也可以继续添加其他颜色,和颜色变化函数等

 main.c

( 在此处调用RGB头文件)

( 在while(1)里写入想要的颜色变化,这里现象为红绿蓝白四种颜色1秒变化一次)

五、数据手册

百度云盘 WS2812B

阿里云盘 WS2812B

ok,简单讲到这里,希望你可以以次添加更多功能复杂的函数,做出更炫酷更有趣的LED颜色变幻,如果有什么地方感觉说的不清晰可以留言评论


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