什么是WS2812B?

WS2812B是一款全彩LED控制IC，單總線控制,何為單總線我的理解就是數(shù)據(jù)線在一根線上傳輸?shù)目刂品绞骄褪菃慰偩€。其實(shí)要把燈點(diǎn)亮僅有一根線是不行的，還需要電源線和地線給其供電。

WS2812B燈帶是怎么連接的呢？

就是一顆燈珠串聯(lián)另外一個(gè)燈珠，信號(hào)通過一根數(shù)據(jù)線相連起來控制等的亮滅就是在這根信號(hào)線上發(fā)送數(shù)據(jù)。

WS2812B燈帶的數(shù)據(jù)是什么樣的呢？

在說數(shù)據(jù)格式之前先來補(bǔ)充一下關(guān)于色彩的知識(shí)點(diǎn)，就是三原色，紅綠藍(lán)，也就是我們常說的RGB,R就是RED,G就是GREEN,B就是BLUE,一個(gè)彩色可以用這三種顏色的比例來混合出來。

為什么是紅綠藍(lán)？

三原色的原理不是出于物理原因，而是由于生理原因造成的。人的眼睛內(nèi)有幾種辨別顏色的錐形感光細(xì)胞，到的刺激略大于辨別綠色的細(xì)胞，人的感覺是黃色；如果辨別黃綠色的細(xì)胞受到的刺激大大高于辨別綠色的細(xì)胞，人的感覺是紅色。雖然三種細(xì)胞并不是分別對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色最敏感，但這三種光可以分別對(duì)三種錐形細(xì)胞產(chǎn)生刺激。

既然“三原色的原理不是出于物理原因，而是由于生理原因造成的”，那么前段所說的“用三種原色的光以不同的比例加合到一起，形成各種顏色的光”顯然就不大合適。使用三原色并不足以重現(xiàn)所有的色彩，準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是“將三原色光以不同的比例復(fù)合后，對(duì)人的眼睛可以形成與各種頻率的可見光等效的色覺。”只有那些在三原色的色度所定義的顏色三角內(nèi)的顏色，才可以利用三原色的光以非負(fù)量相加混合得到。

例如，紅光與綠光按某種比例復(fù)合，對(duì)三種錐狀細(xì)胞刺激后產(chǎn)生的色覺可與眼睛對(duì)單純的黃光的色覺等效。但絕不能認(rèn)為紅光與綠光按某種比例復(fù)合后生成黃光，或黃光是由紅光和綠光復(fù)合而成的。

24bit數(shù)據(jù)如何構(gòu)造？

既然是24bit數(shù)據(jù)代表三種顏色，我們就要首先知道一個(gè)bit的意義是什么，我們傳統(tǒng)意義上來說1個(gè)bit代表一個(gè)數(shù)據(jù)位，但是對(duì)于數(shù)據(jù)位bit的理解好像就是“1”或者“0”在數(shù)電里我們很容易把高低電平跟邏輯1和邏輯0對(duì)應(yīng)起來，但是表示燈珠的邏輯電平不是簡(jiǎn)單的高低電平。

在數(shù)值上0xFFFFFF就是24bit的1,0x000000就是24bit的0.這里有8個(gè)bit代表顏色G分量，G7G6G5G4G3G2G1G0,有8個(gè)bit代表R分量R7R6R5R4R3R2R1R0,有8個(gè)bit代表B分量B7B6B5B4B3B2B1B0,當(dāng)不同分量組合時(shí)候就會(huì)有不同的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這個(gè)數(shù)據(jù)背后其實(shí)是邏輯電平，這里要說明的是彩燈的邏輯“1”并不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的高電平，彩燈的邏輯“0”也不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的低電平。

WS2812B的邏輯“1”和邏輯“0”

由上圖可知“0”碼和“1”碼都是既有高電平又有低電平不過高電平和低電平的比例不同，這點(diǎn)很好理解，重點(diǎn)是分析一下它的特點(diǎn)，首先直觀的特點(diǎn)就是編碼“0”的電平高電平時(shí)間短一些低電平時(shí)間長(zhǎng)一些，這也恰好符合我們的邏輯畢竟它還是低電平多一些的，編碼“1”的電平高電平時(shí)間就長(zhǎng)一些，而低電平就短一些。

但是不管是高電平還是低電平他們占用整個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度是一樣的，這里還有一個(gè)很長(zhǎng)的低電平這個(gè)代表復(fù)位信號(hào)。

WS2812B控制波形的精準(zhǔn)描述如何？

這里涉及到嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述了，長(zhǎng)一點(diǎn)是多長(zhǎng)？短一點(diǎn)是多短？這個(gè)肯定是有標(biāo)準(zhǔn)或者是約束的

理論上來說，高電平時(shí)長(zhǎng)和低電平時(shí)長(zhǎng)加起來應(yīng)該是0.4us+0.85us或者0.85us+0.4us也就是說總共要占用1.25us的時(shí)間才可以編碼出來一個(gè)“0”或者“1”出來。復(fù)位是要求50us以上，顯然是要比編碼的0或者1占用的時(shí)間要多的。

當(dāng)然既然是電路的高低電平時(shí)長(zhǎng)就會(huì)引入誤差這個(gè)在誤差允許的范圍內(nèi)我們可以接受，這個(gè)范圍就是上下不超過150ns這里是ns比us還要小的時(shí)間，這個(gè)其實(shí)時(shí)間要求還是很嚴(yán)格的。

如何編程實(shí)現(xiàn)？

這里我選用我手上一個(gè)正點(diǎn)原子開發(fā)板，網(wǎng)上基于這種方式有很多驅(qū)動(dòng)方案，有直接驅(qū)動(dòng)也有PWM驅(qū)動(dòng)也有SPI驅(qū)動(dòng)，還有PWM+DMA驅(qū)動(dòng)，還有用一些開源庫(kù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，我感覺各種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，我先來嘗試我認(rèn)為最容易想到的方式（不一定是最好的或者最合適的）玩一下，后面會(huì)根據(jù)這些方式的特點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，在相對(duì)應(yīng)的需求下選用合適的方案是我們應(yīng)該重點(diǎn)考慮的。

實(shí)現(xiàn)us級(jí)別延時(shí)

硬件延時(shí)NOP實(shí)現(xiàn)

滴答定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)

普通定時(shí)器實(shí)現(xiàn)

先用nop實(shí)現(xiàn)個(gè)us延時(shí)我手上的板子是精英板主控芯片是STM32F103ZET6系統(tǒng)頻率是72M,一個(gè)NOP的周期就是1/72M單位是s = 1/72=單位是us,換句話說也就是72個(gè)NOP浪費(fèi)的時(shí)間是1us,0.4us就是0.4*72=28.8個(gè)NOP取整數(shù)29，0.2個(gè)NOP的誤差，因?yàn)橐粋€(gè)NOP是1/72 1000 個(gè)約等于是13.88個(gè)ns 所以0.2個(gè)NOP引起的誤差在150ns以內(nèi)可以接受。

0.8572=61.2NOP同樣取整數(shù)61個(gè)NOP,這樣組合一下編碼0的波形和編碼1的波形就有了，實(shí)現(xiàn)一個(gè) us函數(shù) 50us的低電平也可以產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，理論分析完畢咱直接上代碼測(cè)試。

void RGB_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);   //使能PA,PD端口時(shí)鐘


 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;         //LED0-- >PA.8 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      //推挽輸出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;     //IO口速度為50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);           //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA.8


 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);              //PD.2 輸出高
}
 
void Bit_0(void)
{
   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);              //PB12 輸出高
   Delay_L();
   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);                //PB12 輸出高
   Delay_H();
}
void Bit_1(void)
{
   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);              //PB12 輸出高
   Delay_H();
   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);                //PB12 輸出高
   Delay_L();
}


void RGB_Set(void)
{
  for(uint8_t i = 0;i< 8;i++)
  {
    Bit_1();
  }
  for(uint8_t i = 0;i< 8;i++)
  {
    Bit_0();
  }
  for(uint8_t i = 0;i< 8;i++)
  {
    Bit_1();
  }
//  for(uint8_t i = 0;i< 24;i++)
//  {
//    delay_us(100);
//  }
}
void Delay_L(void)
{
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
}


void Delay_H(void)
{
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
  __nop();
}