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

news2024/11/24 9:16:40

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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