WS2812燈珠（二）-- STM32 SPI+DMA方式驅動
阿新 • • 發佈：2018-11-10
通過硬體SPI的可以很巧妙的模擬出WS2812的通訊時序，用spi的8位資料模擬ws281x的一位資料。
要將系統時鐘設定為56M，SPI分頻數設定為8，則SPI的通訊頻率為7M，1s/7M≈143ns 即傳輸一位資料的時間約為143納秒（ns）
3*143 = 429ns 5*143 = 715ns 符合WS281X晶片的通訊時序。
11111000 high level （十六進位制：0XF8）表示WS281X的1碼
11100000 low level （十六進位制：0XE0）表示WS281X的0碼
程式標頭檔案部分： 通過巨集的方式定義了燈珠個數和WS281X的0碼和1碼。
#ifndef __WS2812_H #define __WS2812_H #include "stm32f10x.h" #define PIXEL_NUM 11 //硬體spi模擬ws2811時序（用spi的8位資料模擬ws281x的一位資料） //要將系統時鐘設定為56M，分頻數設定為8，則SPI的通訊頻率為7M，傳輸一位資料的時間約為143納秒（ns） //3*143 = 429ns 5*143 = 715ns 符合WS281X晶片的通訊時序。 // _____ // | |___| 11111000 high level // ___ // | |_____| 11100000 low level #define WS_HIGH 0XF8 #define WS_LOW 0XE0 void ws281x_init(void); void ws281x_closeAll(void); void ws281x_rainbowCycle(uint8_t wait); uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue); void ws281x_setPixelColor(uint16_t n ,uint32_t GRBcolor); void ws281x_show(void); void ws281x_theaterChase(uint32_t c, uint8_t wait); void ws281x_colorWipe(uint32_t c, uint8_t wait); void ws281x_rainbow(uint8_t wait); void ws281x_theaterChaseRainbow(uint8_t wait); #endif /* __WS2812_H */
程式的關鍵在硬體SPI和DMA初始化部分：在配置時用到了硬體SPI1的MOSI腳，驅動過程中並不需要接收資料，因而將SPI1方向設定為單線傳送即可，設定為主機模式，因為用SPI的8位資料來模擬WS281X的一位資料，故將SPI資料大小設為8位幀結構。對於CPOL和CPHA的設定，CPOL設定為低的情況下要將CPHA設定為第二個跳邊沿取樣（之前將CPOL設定為低，CPHA設為第一個跳邊沿取樣，通過示波器檢視波形與所需要的時序剛好相反）。DMA部分的設定注意將資料方向設為從記憶體到外設，將資料寬度設為8位即可。
void ws281x_init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //PORTA時鐘使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //SPI1時鐘使能 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); //使能DMA傳輸 /* PA7 SPI1_MOSI */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PA7複用推輓輸出 SPI GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx; //設定SPI單向或者雙向的資料模式:SPI設定為雙線雙向全雙工 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //設定SPI工作模式:設定為主SPI SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //設定SPI的資料大小:SPI傳送接收8位幀結構 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //串行同步時鐘的空閒狀態為低電平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步時鐘的第2個跳變沿（上升或下降）資料被取樣 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS訊號由硬體（NSS管腳）還是軟體（使用SSI位）管理:內部NSS訊號有SSI位控制 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; //定義波特率預分頻的值:波特率預分頻值為16 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定資料傳輸從MSB位還是LSB位開始:資料傳輸從MSB位開始 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值計算的多項式 SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根據SPI_InitStruct中指定的引數初始化外設SPIx暫存器 SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外設 SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel3); //將DMA的通道1暫存器重設為預設值 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) &(SPI1 -> DR); //cpar; //DMA外設ADC基地址 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)pixelBuffer; //cmar; //DMA記憶體基地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //資料傳輸方向，從記憶體讀取傳送到外設 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = PIXEL_NUM * 24; //cndtr; //DMA通道的DMA快取的大小 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外設地址暫存器不變 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //記憶體地址暫存器遞增 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //資料寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //資料寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常快取模式 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x擁有中優先順序 DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x沒有設定為記憶體到記憶體傳輸 DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure); //根據DMA_InitStruct中指定的引數初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所標識的暫存器 ws281x_closeAll(); //關閉全部的燈 delay_ms(100); //關閉全部的燈需要一定的時間 }
配置完成之後便可以構思底層控制函數了，為了方便多個LED燈珠的可控制首先要定義一個緩衝區pixelBuffer[PIXEL_NUM][24] 通過設定顏色將資料填入緩衝區再通過更新函式將資料傳入到LED燈珠上。
//關閉所有燈珠
void ws281x_closeAll(void)
{
uint16_t i;
uint8_t j;
for(i = 0; i < PIXEL_NUM; ++i)
{
for(j = 0; j < 24; ++j)
{
pixelBuffer[i][j] = WS_LOW;
}
}
ws281x_show();
}
//將三原色單獨資料合併為24位資料
uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue)
{
return green << 16 | red << 8 | blue;
}
//設定第n個燈珠的顏色
void ws281x_setPixelColor(uint16_t n ,uint32_t GRBcolor)
{
uint8_t i;
if(n < PIXEL_NUM)
{
for(i = 0; i < 24; ++i)
{
pixelBuffer[n][i] = (((GRBcolor << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW);
}
}
}
//設定第n個燈珠的顏色
void ws281x_setPixelRGB(uint16_t n ,uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue)
{
uint8_t i;
if(n < PIXEL_NUM)
{
for(i = 0; i < 24; ++i)
{
pixelBuffer[n][i] = (((ws281x_color(red,green,blue) << i) & 0X800000) ? WS_HIGH : WS_LOW);
}
}
}
//更新顏色顯示（在設定顏色後將顏色資料存入快取只有執行該函式後才會進行顯示）
void ws281x_show(void)
{
DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE ); //關閉USART1 TX DMA1 所指示的通道
DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC3);
DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel3,24 * PIXEL_NUM );//DMA通道的DMA快取的大小
DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道
}有了上面的底層控制函式，便可以為燈珠顯示加特技了，在這裡移植了Adafruit_NeoPixel庫的部分函式，用以實現炫酷的顯示效果。
// Input a value 0 to 255 to get a color value.
// The colours are a transition r - g - b - back to r.
uint32_t ws281x_wheel(uint8_t wheelPos) {
wheelPos = 255 - wheelPos;
if(wheelPos < 85) {
return ws281x_color(255 - wheelPos * 3, 0, wheelPos * 3);
}
if(wheelPos < 170) {
wheelPos -= 85;
return ws281x_color(0, wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3);
}
wheelPos -= 170;
return ws281x_color(wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3, 0);
}
// Fill the dots one after the other with a color
void ws281x_colorWipe(uint32_t c, uint8_t wait) {
for(uint16_t i=0; i<PIXEL_NUM; i++) {
ws281x_setPixelColor(i, c);
ws281x_show();
delay_ms(wait);
}
}
void ws281x_rainbow(uint8_t wait) {
uint16_t i, j;
for(j=0; j<256; j++) {
for(i=0; i<PIXEL_NUM; i++) {
ws281x_setPixelColor(i, ws281x_wheel((i+j) & 255));
}
ws281x_show();
delay_ms(wait);
}
}
// Slightly different, this makes the rainbow equally distributed throughout
void ws281x_rainbowCycle(uint8_t wait) {
uint16_t i, j;
for(j=0; j<256*5; j++) { // 5 cycles of all colors on wheel
for(i=0; i< PIXEL_NUM; i++) {
ws281x_setPixelColor(i,ws281x_wheel(((i * 256 / PIXEL_NUM) + j) & 255));
}
ws281x_show();
delay_ms(wait);
}
}
//Theatre-style crawling lights.
void ws281x_theaterChase(uint32_t c, uint8_t wait) {
for (int j=0; j<10; j++) { //do 10 cycles of chasing
for (int q=0; q < 3; q++) {
for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {
ws281x_setPixelColor(i+q, c); //turn every third pixel on
}
ws281x_show();
delay_ms(wait);
for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {
ws281x_setPixelColor(i+q, 0); //turn every third pixel off
}
}
}
}
//Theatre-style crawling lights with rainbow effect
void ws281x_theaterChaseRainbow(uint8_t wait) {
for (int j=0; j < 256; j++) { // cycle all 256 colors in the wheel
for (int q=0; q < 3; q++) {
for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {
ws281x_setPixelColor(i+q, ws281x_wheel( (i+j) % 255)); //turn every third pixel on
}
ws281x_show();
delay_ms(wait);
for (uint16_t i=0; i < PIXEL_NUM; i=i+3) {
ws281x_setPixelColor(i+q, 0); //turn every third pixel off
}
}
}
}如果需要完整測試例程可以到如下連結下載：https://download.csdn.net/download/xiaoyuanwuhui/10749147