STM32应用开发——使用PWM+DMA驱动WS2812

news2024/11/24 0:00:11

STM32应用开发——使用PWM+DMA驱动WS2812

目录

  • STM32应用开发——使用PWM+DMA驱动WS2812
    • 前言
    • 1 硬件介绍
      • 1.1 WS2812介绍
        • 1.1.1 芯片简介
        • 1.1.2 引脚描述
        • 1.1.3 工作原理
        • 1.1.4 时序
        • 1.1.5 传输协议
      • 1.2 电路设计
    • 2 软件编程
      • 2.1 软件原理
      • 2.2 测试代码
        • 2.2.1 底层驱动
        • 2.2.2 灯效应用
      • 2.3 运行测试
        • 2.3.1 时序测试
        • 2.3.2 实际效果
    • 结束语

前言

串行灯带的应用十分广泛，其中以WS2812最为经典，这种灯带一般都是通过单总线的方式来驱动，也就是由一根数据线按照特定的时序输出，继而驱动灯带。这种方式在硬件和软件上都非常简单，但是如果软件用GPIO模拟时序的话比较占用主线程的资源，因此，如果能用硬件外设（比如PWM、SPI、串口）来模拟出这个时序，就能节省MCU的资源。
本文以PWM+DMA为例介绍如何驱动WS2812。

1 硬件介绍

1.1 WS2812介绍

1.1.1 芯片简介

WS2812是一款智能控制LED光源，其外观采用最新的MOLDING封装技术、控制电路和RGB芯片集成在2020组件的封装中。其内部包括智能数字端口数据锁存和信号整形放大驱动电路。还包括精密内部振荡器和电压可编程恒流控制部分，有效保证像素点光源的颜色。

1.1.2 引脚描述
引脚名称描述
DO数据输出控制数据输出到下一个芯片
GND地电源负极
DI数据输入控制数据输入
VDD电源电源正极
1.1.3 工作原理

通过级联法把每个灯的DI和DO引脚首尾相连，数据可以从第一个IC开始，不断的传输到后面每一个IC，从而实现整条灯带的控制。
在这里插入图片描述

1.1.4 时序

WS2812通过不同的时序来表示0码、1码和复位码，如下图所示：
在这里插入图片描述
其中各信号的电平如下图所示：
在这里插入图片描述
注：不同型号的芯片在时序上会有点差异，具体以芯片数据手册为准。

1.1.5 传输协议

传输过程如下图所示：
在这里插入图片描述

每一个灯珠的RGB数据排列如下：
在这里插入图片描述

1.2 电路设计

WS2812的控制方法很简单，每个灯珠首尾相接进行级联即可，如下图所示：
在这里插入图片描述
其中，第一个灯珠的DI引脚接入到MCU的一个GPIO上面。

我这里使用STM32F103来作为主控MCU，引脚接线如下：

MCU引脚灯带引脚描述
PA0DI由MCU发送控制信号输入到灯带

2 软件编程

2.1 软件原理

通过DMA可以精确控制PWM输出的每一个方波，然后通过调整占空比，就可以输出0码、1码和复位码，从而实现灯珠的驱动。
举个例子：按照上面的手册的时序要求，每一个逻辑电平周期在1.25us左右，也就是800kHz，那么PWM输出的频率就可以设置为800kHz。此时改变PWM的占空比，就可以区分编码“0”和编码“1”，比如编码“0”的高电平脉宽和低电平脉宽分别为0.4us和0.85us，那么对应的PWM占空比就是32%和68%，然后通过DMNA连续传输RGB数据就可以实现灯带的颜色和亮度控制。

测试电平时序如下：

逻辑电平脉宽PWM占空比
逻辑0高电平0.40±0.15us32%
逻辑0低电平0.85±0.15us68%
逻辑1高电平0.85±0.15us68%
逻辑1低电平0.40±0.15us32%
复位低电平1.25±0.60us0%

2.2 测试代码

根据上述原理，编写测试代码。

2.2.1 底层驱动

ws2812_driver.h :

#ifndef __WS2812_DRIVER_H
#define __WS2812_DRIVER_H

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#define TIM2_CCR1_Address 0x40000034  // stm32 tim2 base address offset 0x34

#define LED_NUM     8    // LED的数量
#define RGB_BIT     24   // 每个灯有24bit的RGB数据，依次按G R B排列

#define RESET_WORD  5    // 在传输RGB数据前保持一段低电平
#define DUMMY_WORD  5    // 在传输RGB数据后保持一段低电平

#define TIMING_0    29   // T0H(32%) = 1.25us * (29 / 90) = 0.40us, T0L(68%) = 1.25 - 0.40 = 0.85us 
#define TIMING_1    61   // T1H(68%) = 1.25us * (61 / 90) = 0.85us, T1L(32%) = 1.25 - 0.85 = 0.40us 

void led_display(uint8_t (*led_buf)[3], uint8_t led_num);
void ws2812_init(void);

#endif

ws2812_driver.c :

#include "ws2812_driver.h"
#include "string.h"

uint16_t pwm_dma_buf[RESET_WORD + RGB_BIT * LED_NUM + DUMMY_WORD];

void pwm_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;			
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 90 - 1;     // 72MHz / 90 = 800kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    /* PWM2 Mode configuration: Channel1 */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

	// TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);

    /* TIM2 enable counter */
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void pwm_dma_init(void)
{
    /* configure DMA */
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;//定义DMA初始化结构体

    /* DMA clock enable */
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA时钟（用于SPI的数据传输）

    memset((uint8_t*)&pwm_dma_buf, 0, sizeof(pwm_dma_buf));

    /* DMA1 Channel5 Config for PWM2 by TIM2_CH1*/
    DMA_DeInit(DMA1_Channel5);
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)TIM2_CCR1_Address;	// physical address of Timer 3 CCR1
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&pwm_dma_buf;		// this is the buffer memory 
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;						// data shifted from memory to peripheral
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = sizeof(pwm_dma_buf)/2;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;					// automatically increase buffer index
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;							// stop DMA feed after buffer size is reached
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure);

    /* TIM2 DMA Request enable */
    TIM_DMACmd(TIM2, TIM_DMA_CC1, ENABLE);
    TIM_DMACmd(TIM2, TIM_DMA_Update, ENABLE);
}

void pwm_dma_send(void)
{
    DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5, sizeof(pwm_dma_buf)/2); 	// load number of bytes to be transferred
    DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE); 			// enable DMA channel 5
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 						// enable Timer 2
    while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC5)) ; 	// wait until transfer complete
    DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE); 			// disable DMA channel 5
    DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5); 				// clear DMA1 Channel 5 transfer complete flag
    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); 	// disable Timer 2
}

void led_display(uint8_t (*led_buf)[3], uint8_t led_num)
{
	uint8_t i, j;

	// led_buf -> pwm_dma_buf
	for(i = 0; i < led_num; i++)
	{// N led
		for(j = 0; j < 8; j++)
		{// 1 color -> 8bit
			// g
			pwm_dma_buf[RESET_WORD+RGB_BIT*i+j] = ((led_buf[i][1] << j) & 0x80) ? TIMING_1 : TIMING_0;
			// r
			pwm_dma_buf[RESET_WORD+RGB_BIT*i+j+8] = ((led_buf[i][0] << j) & 0x80) ? TIMING_1 : TIMING_0;
			// b
			pwm_dma_buf[RESET_WORD+RGB_BIT*i+j+16] = ((led_buf[i][2] << j) & 0x80) ? TIMING_1 : TIMING_0;
		}
	}
	// pwm start
	pwm_dma_send();
}

void ws2812_init(void)
{
    pwm_init();
    pwm_dma_init();
}
2.2.2 灯效应用

ws2812_app.h :

#ifndef __WS2812_APP_H
#define __WS2812_APP_H

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_conf.h"
#include "ws2812_driver.h"

typedef enum 
{
	LED_MODE_OFF,
	LED_MODE_ALL_ON,	
	LED_MODE_BREATHE,	
	LED_MODE_GRADIENT,
	LED_MODE_FLOW,	
}led_mode_t;

typedef struct
{
    led_mode_t mode;  
    uint8_t g;                
	uint8_t r;              
	uint8_t b;              
	uint8_t brightness;  
}led_t;

void led_init(void);
void led_handle(void);

#endif

ws2812_app.c :

#include "ws2812_app.h"

led_t led;
uint8_t rgb_buf[LED_NUM][3];

void led_init(void)
{
    ws2812_init();

	led.mode = LED_MODE_ALL_ON;
	led.r = 0x00;
	led.g = 0xE0;
	led.b = 0x80;
}

void led_handle(void)
{
	uint8_t i;
    switch (led.mode)
	{
	case LED_MODE_OFF:
		for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		{
			rgb_buf[i][0] = 0;  // r
			rgb_buf[i][1] = 0;  // g
			rgb_buf[i][2] = 0;  // b
		}
		break;
	case LED_MODE_ALL_ON:
		for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		{
			rgb_buf[i][0] = led.r;  // r
			rgb_buf[i][1] = led.g;  // g
			rgb_buf[i][2] = led.b;  // b
		}
		break;
	// ......可以自己加入更多的灯效
	default:
		break;
	}
	
	led_display(rgb_buf, LED_NUM);
}

main.c :

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "ws2812_app.h"

int main(void)
{
    SystemInit();
    delay_init();
    led_init();
    while(1)
    {
        led_handle();
        delay_ms(5);
    }
}

2.3 运行测试

2.3.1 时序测试

使用逻辑分析仪抓取信号，得到的结果如下：

  1. 8个LED连续写入RGB值:
    在这里插入图片描述

  2. 编码1高电平（T1H）850ns：
    在这里插入图片描述

  3. 编码1低电平（T1L）400ns：
    在这里插入图片描述

  4. 编码1周期1.25us：
    在这里插入图片描述

  5. 编码0高电平（T0H）400ns：
    在这里插入图片描述

  6. 编码0高电平（T0H）850ns：
    在这里插入图片描述

  7. 编码0周期1.25us：
    在这里插入图片描述

结论：实际输出的波形和理论一致。

2.3.2 实际效果

用在线颜色选取器把代码设置的颜色值输入进去，得到该颜色，然后和实际灯带点亮的颜色比对。

  1. 颜色拾取器显示如下：
    在这里插入图片描述
  2. 实际灯带颜色如下：
    在这里插入图片描述

结论：灯带实际显示的颜色准确无误。

结束语

关于stm32如何使用PWM+DMA驱动WS2812的讲解就到这里，如果还有什么问题，欢迎在评论区留言。

源码下载链接

如果这篇文章能够帮到你，就…你懂的。
在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1564834.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

联想 Y9000P 连接网线速度慢 的 问题解决

联想 Y9000P 连接网线速度慢 的 问题解决

参考帖子&#xff1a;求助&#xff0c;拯救者Y9000P 2022 i73060版本 有线网非常慢 无线网正常【笔记本吧】_百度贴吧 问题原因&#xff1a; 网卡驱动版本不对。不能用Win11版&#xff0c;要用Win10版。 问题解决&#xff1a; 1、卸载原驱动 2、下载Win10 驱动 并安装 下载…
阅读更多...
探寻大数据思想的主要贡献者与核心内容

探寻大数据思想的主要贡献者与核心内容

引言&#xff1a; 在当今数字化时代&#xff0c;大数据已成为企业和科学研究的关键要素。其背后的思想和概念不仅引领了数据处理和分析的革新&#xff0c;也推动了人类对于信息时代的理解与认知。 大数据思想的起源&#xff1a; 在信息爆炸的时代背景下&#xff0c;大数据思…
阅读更多...
QT5-qmediaplayer播放视频及进度条控制实例

QT5-qmediaplayer播放视频及进度条控制实例

qmediaplayer是QT5的播放视频的一个模块。它在很多时候还是要基于第三方的解码器。这里以Ubuntu系统为例&#xff0c;记录其用法及进度条qslider的控制。 首先&#xff0c;制作一个简单的界面文件mainwindow.ui&#xff1a; 然后&#xff0c;下载一个mp4或其他格式视频&#x…
阅读更多...
Java设计模式：代理模式的静态和动态之分（八）

Java设计模式：代理模式的静态和动态之分（八）

码到三十五 &#xff1a; 个人主页 心中有诗画&#xff0c;指尖舞代码&#xff0c;目光览世界&#xff0c;步履越千山&#xff0c;人间尽值得 ! 在软件设计中&#xff0c;代理模式是一种常用的设计模式&#xff0c;它为我们提供了一种方式来控制对原始对象的访问。在Java中&a…
阅读更多...
微信开发工具——进行网页授权

微信开发工具——进行网页授权

微信开发工具——进行网页授权 微信公众平台设置 1.在首页创建好自己的订阅号 网站&#xff1a;https://mp.weixin.qq.com/ 点击立即注册,在选择订阅号&#xff08;个人创建使用&#xff09; 之后按流程填写后&#xff0c;点击设置与开发-------->基本配置&#xff0c;这…
阅读更多...
【苍穹外卖】SkyApplication类启动报错

【苍穹外卖】SkyApplication类启动报错

报的这个错 The PoM for com.sky:sky-common:jar:1.0-SNAPSHoT is missing, no dependency information available Maven里重新install一下就好
阅读更多...
DOTS：Burst

DOTS：Burst

目录 一&#xff1a;简介 1.1 Getting started 1.2 C# language support 1.2.1 HPC# overview 1.2.1.1 Exception expressions 1.2.1.2 Foreach and While 1.2.1.3 Unsupported C# features in HPC# 1.2.2 Static read-only fields and static constructor support 1.…
阅读更多...
Linux 使用管理线程、多线程、分离线程

Linux 使用管理线程、多线程、分离线程

目录 一、使用线程 1、pthread_create创建线程 2、pthread_join等待线程 主线程获取新线程退出结果 获取新线程退出返回的数组 3、线程异常导致进程终止 4、pthread_exit 5、pthread_cancel 6、主线程可以取消新线程&#xff0c;新线程可以取消主线程吗 二、如何管理线…
阅读更多...
open Gauss 数据库-03 openGauss数据库维护管理指导手册

open Gauss 数据库-03 openGauss数据库维护管理指导手册

发文章是为了证明自己真的掌握了一个知识&#xff0c;同时给他人带来帮助&#xff0c;如有问题&#xff0c;欢迎指正&#xff0c;祝大家万事胜意&#xff01; 目录 前言 openGauss数据库维护管理 1 操作系统参数检查 1.1 实验介绍 1.2 场景设置及操作步骤 2 openGauss 运…
阅读更多...
【三】EMQX 手动创建集群

【三】EMQX 手动创建集群

EMQX 手动创建集群 简介 因为项目中使用到了emqx中间件&#xff0c;所以近期对中间件进行了进一步的研究&#xff0c;每次选用中间件我都会考虑可用性方案&#xff0c;如下是本地实践的记录。 一、部署 1、创建一个 Docker 网络&#xff0c;用于节点间通信。处于同一网络下的…
阅读更多...
Golang Channel底层实现原理

Golang Channel底层实现原理

1、本文讨论Channel的底层实现原理 首先&#xff0c;我们看Channel的结构体 简要介绍管道结构体中&#xff0c;几个关键字段 在Golang中&#xff0c;管道是分为有缓冲区的管道和无缓冲区的管道。 这里简单提一下&#xff0c;缓冲区大小为1的管道和无缓冲区的管道的区别&…
阅读更多...
基于Scala开发Spark ML的ALS推荐模型实战

基于Scala开发Spark ML的ALS推荐模型实战

推荐系统&#xff0c;广泛应用到电商&#xff0c;营销行业。本文通过Scala&#xff0c;开发Spark ML的ALS算法训练推荐模型&#xff0c;用于电影评分预测推荐。 算法简介 ALS算法是Spark ML中实现协同过滤的矩阵分解方法。 ALS&#xff0c;即交替最小二乘法&#xff08;Alte…
阅读更多...
练习 16 Web [极客大挑战 2019]LoveSQL

练习 16 Web [极客大挑战 2019]LoveSQL

extractvalue(1,concat(‘~’, (‘your sql’) ) )报错注入&#xff0c;注意爆破字段的时候表名有可能是table_name不是table_schema 有登录输入框 常规尝试一下 常规的万能密码&#xff0c;返回了一个“admin的密码”&#xff1a; Hello admin&#xff01; Your password is…
阅读更多...
Java获取IP地址以及MAC地址（附Demo）

Java获取IP地址以及MAC地址（附Demo）

目录 前言1. IP及MAC2. 特定适配器 前言 需要获取客户端的IP地址以及MAC地址 import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader;public class test {public static void main(String[] args) {try {// 执行命令Process process…
阅读更多...
基于springboot实现房屋租赁管理系统项目【项目源码+论文说明】计算机毕业设计

基于springboot实现房屋租赁管理系统项目【项目源码+论文说明】计算机毕业设计

基于springboot实现房屋租赁系统演示 摘要 房屋是人类生活栖息的重要场所&#xff0c;随着城市中的流动人口的增多&#xff0c;人们对房屋租赁需求越来越高&#xff0c;为满足用户查询房屋、预约看房、房屋租赁的需求&#xff0c;特开发了本基于Spring Boot的房屋租赁系统。 …
阅读更多...
蓝桥杯第八届c++大学B组详解

蓝桥杯第八届c++大学B组详解

目录 1.购物单 2.等差素数列 3.承压计算 4.方格分割 5.日期问题 6.包子凑数 7.全球变暖 8.k倍区间 1.购物单 题目解析&#xff1a;就是将折扣字符串转化为数字&#xff0c;进行相加求和。 #include<iostream> #include<string> #include<cmath> usin…
阅读更多...
【Python项目】基于django的【医用耗材网上申领系统】

【Python项目】基于django的【医用耗材网上申领系统】

医院信息化是社会发展的一个重要标志&#xff0c;它涉及到医院的各个方面&#xff0c;包括人员和物资&#xff0c;因此受到社会各界的广泛关注。近年来&#xff0c;随着医疗耗材数量的不断增加&#xff0c;如何有效管理这些耗材已经成为管理人员、医生以及社会各方面共同面临的…
阅读更多...
【Web】记录Polar靶场＜困难＞难度题一遍过

【Web】记录Polar靶场＜困难＞难度题一遍过

目录 上传 PHP是世界上最好的语言 非常好绕的命令执行 这又是一个上传 网站被黑 flask_pin veryphp 毒鸡汤 upload tutu Unserialize_Escape 自由的文件上传系统​​​​​​​ ezjava 苦海 你想逃也逃不掉 safe_include CB链 phar PHP_Deserializatio…
阅读更多...
Web CSS笔记3

Web CSS笔记3

一、边框弧度 使用它你就可以制作盒子边框圆角 border-radius&#xff1a;1个值四个圆角值相同2个值 第一个值为左上角与右下角&#xff0c;第二个值为右上角与左下角3个值第一个值为左上角, 第二个值为右上角和左下角&#xff0c;第三个值为右下角4个值 左上角&#xff0c;右…
阅读更多...
Mac下Docker Desktop starting的解决方法

Mac下Docker Desktop starting的解决方法

记录下自己在新增了一个新的容器后&#xff0c;Disk Size过大导致启动Docker Desktop会一直卡在Docker Desktop starting&#xff0c;并且重启无效的解决方法。该方法无需重新卸载&#xff0c;并且能保留原有的镜像和容器。 一、确认问题 首先确认Docker.raw大小以确认是否和笔…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023