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MCU单片机驱动WS2812，点亮RGB灯带各种效果

news 2025/11/6 12:20:14

目录

一、WS2812驱动信号说明

1、手册上的信号说明

2、实际信号工作方式推测

二、程序调试

1、接线说明

2、编写最基本的代码，点亮第一个灯

3、接下来，点亮8个灯

4、接下来，按数组中的定义的颜色点亮灯

5、最后，我们来做渐变流彩灯效果

6、总结

注意事项

注意：本文转载至简书，感谢大佬帮助过我，再此进行转载记录供更多人学习！

作者：szryg
链接：https://www.jianshu.com/p/0bc6981d949f
来源：简书

一、WS2812驱动信号说明

1、手册上的信号说明

但实际测试时，发现即使使用不符合这个表要求的时序也是可以正常驱动WS2812的，如下图就是一个能正常驱动WS2812信号中断其中一个bit，这个信号发送的是0，高电平宽度是180ns，并且他与下一个bit的低电平时长差不多接近2us了。

                                                 两个bit数据之间的低电平间隔时间

请看下图，这是RGB每个字节之间的间断时间，可以发现时间已经超过5us了，但此时WS2812任然能够正确解析信号，信号已经完全超出手册定义的范围，为什么WS2812还能正常工作？

2、实际信号工作方式推测

我们推测组成数据信号的关键不是PWM的占空比，而是PWM高电平脉冲的宽度。

这是另一份WS2812灯珠的数据手册，这个手册换了一种描述信号的方法，从图可以看出，只要高电平时间在220~380ns之间就认为是0码，580ns~1us之间则认为是1码，这里我们猜测380ns与580ns的 480ns，就是WS2812判断0 1码的标准。

换句话说，只要高电平时间<480ns，WS2812就会读到0码；高电平脉冲>480ns，2812就会读到一个1码，而低电平时长对01码的识别没有太大影响(当然低电平时间不能超过Reset码的时间)，这样看来，我们只要把握好每个信号的高电平宽度即可，这个要求对于现在的1T内核的8051MCU还是可以做到的。

二、程序调试

这边使用的是51单片机，主频24MHZ

1、接线说明

2、编写最基本的代码，点亮第一个灯

#include "ch554.h"
#include "Debug.h"
#include "GPIO.h"sbit outPin = P1^3;//功能：产生一个低电平复位信号给WS2812
void WS2812_Reset(void)
{int i = 200;while(i--)outPin = 0;     //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试
}//功能：给WS2812发送一个字节数据
void WS2812_WriteByte(unsigned char dat)
{char i = 8;while(i--){//产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定//我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码//输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等if(dat & 0x80){//Write Bit 1outPin = 1;   //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}else{//Write Bit 0outPin = 1;   //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}dat <<= 1;}
}void main(void)
{CfgFsys();            //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频Port1Cfg(1, 3);       //设置P1.3口为推挽输出WS2812_Reset();WS2812_WriteByte(0xff);   //GreenWS2812_WriteByte(0xff);   //RedWS2812_WriteByte(0xff);   //Bluewhile(1);return;
}

载程序，复位运行，您就可以看到第一颗WS2812被点亮了，发出耀眼的白光。

3、接下来，点亮8个灯

修改写main()中的代码，让3个颜色的数据重复传输8次，您可以看到，所有灯都被点亮了。

void main(void)
{char i;CfgFsys();            //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频Port1Cfg(1, 3);       //设置P1.3口为推挽输出WS2812_Reset();for(i=0; i<8; i++){WS2812_WriteByte(0xff);   //GreenWS2812_WriteByte(0xff);   //RedWS2812_WriteByte(0xff);   //Blue}while(1);return;
}

4、接下来，按数组中的定义的颜色点亮灯

#include "ch554.h"
#include "Debug.h"
#include "GPIO.h"sbit outPin = P1^3;//定义一个结构体，用于表示一个灯的颜色数据
typedef struct{unsigned char red;unsigned char green;unsigned char blue;
}WS2812_Color_t;//功能：产生一个低电平复位信号给WS2812
void WS2812_Reset(void)
{int i = 200;while(i--)outPin = 0;     //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试
}//功能：给WS2812发送一个字节数据
void WS2812_WriteByte(unsigned char dat)
{char i = 8;while(i--){//产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定//我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码//输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等if(dat & 0x80){//Write Bit 1outPin = 1;   //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}else{//Write Bit 0outPin = 1;   //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}dat <<= 1;}
}//功能：按照颜色数据，传输一个灯的颜色数据
//参数：*pColor    请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
void WS2812_WriteColor(WS2812_Color_t *pColor)
{WS2812_WriteByte(pColor[0].green);WS2812_WriteByte(pColor[0].red);WS2812_WriteByte(pColor[0].blue);
}//功能：按照颜色数据，一次性传输多个灯的颜色数据
//参数：*pColor    请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
//      num        颜色数据长度，例如要点亮1个灯，输入1
void WS2812_WriteColors(WS2812_Color_t *pColor, int num)
{while(num--)WS2812_WriteColor(pColor++);
}void main(void)
{//定义每个灯的颜色值，存储在Flash中WS2812_Color_t code testColorTable[8] = {{255,   0,   0},{  0, 255,   0},{  0,   0, 255},{255, 255,   0},{  0, 255, 255},{255,   0, 255},{128, 255, 255},{255, 128, 255},};CfgFsys();            //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频Port1Cfg(1, 3);       //设置P1.3口为推挽输出WS2812_Reset();WS2812_WriteColors(testColorTable, 8);    //写出数据，点亮8个灯while(1);return;
}

5、最后，我们来做渐变流彩灯效果

在这个版本里，增加了一个函数用于生成连续的色彩变化，当8个灯的颜色相距一段距离，然后依次点亮，行程了流彩灯的效果

#include "ch554.h"
#include "Debug.h"
#include "GPIO.h"sbit outPin = P1^3;//定义一个结构体，用于表示一个灯的颜色数据
typedef struct{unsigned char red;unsigned char green;unsigned char blue;
}WS2812_Color_t;//功能：产生一个低电平复位信号给WS2812
void WS2812_Reset(void)
{int i = 200;while(i--)outPin = 0;     //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试
}//功能：给WS2812发送一个字节数据
void WS2812_WriteByte(unsigned char dat)
{char i = 8;while(i--){//产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定//我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码//输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等if(dat & 0x80){//Write Bit 1outPin = 1;   //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}else{//Write Bit 0outPin = 1;   //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲outPin = 1;outPin = 1;outPin = 0;}dat <<= 1;}
}//功能：按照颜色数据，传输一个灯的颜色数据
void WS2812_WriteColor(WS2812_Color_t *pColor)
{WS2812_WriteByte(pColor[0].green);WS2812_WriteByte(pColor[0].red);WS2812_WriteByte(pColor[0].blue);
}//功能：按照颜色数据，一次性传输多个灯的颜色数据
//参数：*pColor    请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
//      num        颜色数据长度，例如要点亮1个灯，输入1
void WS2812_WriteColors(WS2812_Color_t *pColor, int num)
{while(num--)WS2812_WriteColor(pColor++);
}//根据输入index, 取一个颜色，
//参数：*pColor    请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
//      cnt        颜色索引，输入不同值会得到不同的颜色输出，输入范围：0~767
void getColors(WS2812_Color_t *pColor, unsigned int index)
{//这段代码其实是根据输入数值生成颜色，2个颜色之间此消彼长地变化if(index <= 255){pColor[0].red = index;pColor[0].green = 0;pColor[0].blue = 255-index;}else if(index <= 511){pColor[0].red = 511 - index;pColor[0].green = index - 256;pColor[0].blue = 0;}else if(index <= 767){pColor[0].red = 0;pColor[0].green = 767 - index;pColor[0].blue = index - 512;}else{//不处理}
}//根据输入数值更新8个灯的颜色数据
//参数：*pColor    请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
//      cnt        颜色索引，输入不同值会得到不同的颜色输出，输入范围：0~767
void ColorsUpdata_8Led(WS2812_Color_t *pColor, unsigned int inIndex)
{char i;if(inIndex > 767)inIndex = 767;for(i=0; i<8; i++){int index;//这段代码中的数字(60)，决定了每个灯之间的颜色差异(颜色渐变的缓和度，可自行测试, 如果设置为0，则失去流水灯效果)index  = inIndex + (60) * i;if(index >= 768)index -= 768;getColors(pColor + i, index);}
}void main(void)
{WS2812_Color_t xdata ColorTable[8]; //用于存储8个灯的颜色数据CfgFsys();            //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频Port1Cfg(1, 3);       //设置P1.3口为推挽输出while(1){static unsigned int colorIndex = 0;       ColorsUpdata_8Led(ColorTable, colorIndex);    //根据Index，获取当前的颜色数据WS2812_Reset();WS2812_WriteColors(ColorTable, 8);            //写出8个灯的数据//更新颜色IndexcolorIndex++;if(colorIndex >= 768)colorIndex = 0;mDelaymS(5);  //延迟5ms，更改这个数可以加快(减小数值)或减慢(加大数值)颜色变化的速度}return;
}

6、总结

注意事项

在本程序里，WS2812相关函数发送数据中不可被打断，否则可能导致数据传输失败，所以如果您有使用中断，请在发送数据期间暂时关闭中断。

将驱动的要点总结一下：

  • 低电平大于100us，总线复位（不同灯珠这个时间可能不同）
  • 高电平脉冲时间大于480ns为1码，实际发送750ns
  • 高电平脉冲时间小于480ns为0码，实际发送250ns
  • 低电平时间可以延长，不会导致通讯失败，但不超过总线复位时间（这个是猜测没有验证，但拖长几个微秒是已确定没有问题的）




 

http://www.dtcms.com/a/574434.html

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