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ESP32S3：参考官方提供的led_strip组件使用 SPI + DMA 方式驱动WS2812 RGB灯的实现思路（实现各个平台移植使用该方式）

news 来源：原创 2025/6/1 21:18:37

引言

参考官方提供的led_strip组件使用 SPI + DMA 方式驱动WS2812 RGB灯的实现思路，只有明白实现的思路，方能将其移植到各个平台使用），至于官方提供的led_strip组件我就不在此分析了，大家可以通过终端输入 idf.py add-dependency "espressif/led_strip^2.0.0" 命令下载该组件源码。

使用SPI + DMA 方式实现思路分析

1. 查看WS2812的datasheet手册

通过手册，了解如何驱动ws2812 RGB灯模块的。下面是我从手册中截取的内容：
在这里插入图片描述
划红线提到，ws2812支持多个级联，每个ws2812会截取24bit数据，其他数据会往下发送给下一级的ws2812，如此类推。这种情况datasheet手册中有提到，如下图所示：

而datasheet中提到关于每个bit数据0码和1码的时序波形要求，如下图所示：
在这里插入图片描述

2. 根据官方的led_strip组件的方式，自己手把手实现一遍

首先需要知道，官方提供的led_strip组件使用的SPI频率为2.5MHz，也是每个bit占用的时间是400ns=0.4us，而led_strip组件是使用3个SPI的bit数据表示一个ws2812的bit数据的，也就是说led_strip组件发送一个ws2812的bit数据的时间是3个SPI bit的时间（3x0.4us=1.2us），可以看出led_strip组件发送的一个ws2812的bit数据的时间并不满足>=1.25us，其实大家不要太在意这个，使用3个SPI bit表示一个ws2812的bit数据是经过大量测试验证，是可行、可靠的。如果大家觉得担心，是可以用一个字节的SPI数据来表示一个ws2812的bit数据的，那么8 x （spi clock） >= 1.25 ，也就是spi clock >=0.156us SPI时钟频率带6.4MHz才可行。
废话不多说，下面是我使用官方提供的led_strip组件使用的SPI频率为2.5MHz方式画的发送一个GRB数据的时序波形图：
在这里插入图片描述
通过我提供的时序波形图，大家也应该对使用2.5MHz，3个SPI表示一个ws2812的bit数据有清晰的认识了，ws2812的1码通过SPI发送3个bit数据110表示，而ws2812的0码通过SPI发送3个bit数据100表示；也可知道一个ws2812的GRB数据有三个字节，每个字节表示一种颜色，而一种也是需要3字节的SPI数据去实现。那么怎么将这3字节的数据转成将要发送的SPI数据呢？实现代码如下：
在这里插入图片描述
上图的程序已经有很详细的注解了，这里就不再讲解了。

3.完整的程序（实现霓虹灯效果）

/*#######################################################################################################*/
/*                      start   使用ESP32S3 SPI的API函数做的WS2812 LED灯带驱动程序)                      */
/*#######################################################################################################*/
/**
 * @file spi_ws2812.c
 * @brief 使用SPI控制WS2812 LED的ESP32-S3优化实现
 * @note 基于ESP-IDF v5.1 开发，硬件平台：ESP32-S3
 */
#include "driver/spi_master.h"
#include "soc/spi_periph.h"
#include "hal/spi_hal.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

/* 宏定义 ----------------------------------------------------------------*/
//   #define TAG "WS2812"                                // 日志标签
#define STRIP_LED_GPIO_PIN       48                 // WS2812数据引脚（必须支持SPI MOSI功能）
#define STRIP_LED_NUMBERS        1                  // LED数量
#define SPI_HOST                 SPI2_HOST          // 使用的SPI控制器（ESP32-S3 SPI2支持高速传输）
#define SPI_CLOCK_SPEED_HZ       (2.5 * 1000 * 1000)// SPI时钟频率（需匹配WS2812时序要求）
#define SPI_DMA_CHANNEL          SPI_DMA_CH_AUTO    // 自动选择DMA通道
#define SPI_TRANS_QUEUE_SIZE     4                  // SPI传输队列深度
#define BYTES_PER_PIXEL          3                  // 每个像素的字节数（GRB格式）
#define BITS_PER_COLOR_BIT       3                  // 每个颜色位对应的SPI数据位数

/* 全局变量 --------------------------------------------------------------*/
static uint8_t *pixel_buf = NULL;                   // LED数据缓冲区（DMA要求内存对齐）
static spi_device_handle_t spi_device;              // SPI设备句柄

/* 函数声明 --------------------------------------------------------------*/
static void ws2812_encode_color(uint8_t color, uint8_t *buffer);

/**
 * @brief SPI控制器初始化
 * @note 配置SPI总线参