一、WS2812全彩灯珠原理与驱动方式
关于WS2812系列灯珠的介绍这里就不讲了，网上资源一大堆，还没找到教程的可以参考这篇文章：STM32驱动WS2812D全彩LED。
这里还是把时序波形图附上，方便后面讲解。
驱动WS2812的关键就在于一是要输出800KHz的方波，二是要精确控制每个周期内高低电平时间从而输出能够被WS2812识别的逻辑1和0。之后只需要定义一个输出缓冲数组，往数组里边填数字就行了。关键就在于选择何种方式输出方波。总结一下：
（1）最简单最笨的方法，软件延时实现高低电平翻转，STM32F1系列都有72MHz的主频，F7系列达到216MHz，输出800KHz的方波还是绰绰有余，使用的时候需要用示波器或逻辑分析仪去监视，毕竟软件延时不准。
（2）使用STM32的PWM连续传送模式，也就是DMA输出PWM，可以输出高精度的方波，且脉冲数量、占空比可调。
（3）使用STM32的硬件SPI传送数据，同样可以达到高精度。
显然是不推荐方法一的，精度无法保证不说，还极大的浪费CPU资源，如果程序就只是单独驱动WS2812还好说，如果有其他任务的话CPU不能啥也不干光在那延时吧。复杂系统中WS2812必然只是作为指示灯或者附加的炫彩效果，这样独占CPU资源？项目可以黄了。
所以推荐使用方法二和方法三。本文采用HAL库DMA输出PWM方式控制WS2812。
关于DMA输出PWM的原理与工程配置请参考在下的上一篇文章：STM32F1/F7使用HAL库DMA方式输出PWM详解（输出精确数量且可调周期与占空比)
二、STM32使用HAL库配置DMA方式输出PWM控制WS2812
在上一篇STM32F1/F7使用HAL库DMA方式输出PWM详解（输出精确数量且可调周期与占空比)工程的基础上，添加WS2812.c与WS2812.h文件到工程中。
首先是PWM的配置，本例程使用的STM32F767芯片，主频216MHz，配置T4_CH2来驱动WS2812。分频为0即不分频，周期为 1/108M = 9.26ns，自动重装载值为135，则周期为1.25us，频率800KHz。刚好为WS2812的控制频率。
WS2812.h
#ifndef _WS2812_H
#define _WS2812_H
#endif
#include "main.h"
#include "delay.h"
#define PIXEL_NUM 64
#define NUM (24*PIXEL_NUM + 300) // Reset 280us / 1.25us = 224
#define WS1 100
#define WS0 35
extern uint16_t send_Buf[NUM];
void WS_Load(void);
void WS_WriteAll_RGB(uint8_t n_R, uint8_t n_G, uint8_t n_B);
void WS_CloseAll(void);
uint32_t WS281x_Color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue);
void WS281x_SetPixelColor(uint16_t n, uint32_t GRBColor);
void WS281x_SetPixelRGB(uint16_t n ,uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue);
uint32_t Wheel(uint8_t WheelPos);
void rainbow(uint8_t wait);
void rainbowCycle(uint8_t wait);
在WS2812.h中定义一个发送缓冲区uint16_t send_Buf[NUM]，NUM的值为单个灯珠的位宽（24）* 灯珠数量（PIXEL_NUM）+ 复位脉冲数。这里我给的300, 300*9.26ns > 280us, 只要满足复位时间就行了。
宏WS1和WS0分别表示输出1和0所需要设置的PWM比较值，设置为100和35可以满足时序要求。
在WS2812.c就可以写WS2812的驱动函数了，首先定义一个启动传输函数：
void WS_Load(void)
{
HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t *)send_Buf, NUM);
}
功能就是启动DMA-PWM传输。
关闭所有灯：
void WS_CloseAll(void)
{
uint16_t i;
for (i = 0; i < PIXEL_NUM * 24; i++)
send_Buf[i] = WS0; // 写入逻辑0的占空比
for (i = PIXEL_NUM * 24; i < NUM; i++)
send_Buf[i] = 0; // 占空比比为0，全为低电平
WS_Load();
}
设置所有灯为同一颜色：
void WS_WriteAll_RGB(uint8_t n_R, uint8_t n_G, uint8_t n_B)
{
uint16_t i, j;
uint8_t dat[24];
// 将RGB数据进行转换
for (i = 0; i < 8; i++)
{
dat[i] = ((n_G & 0x80) ? WS1 : WS0);
n_G <<= 1;
}
for (i = 0; i < 8; i++)
{
dat[i + 8] = ((n_R & 0x80) ? WS1 : WS0);
n_R <<= 1;
}
for (i = 0; i < 8; i++)
{
dat[i + 16] = ((n_B & 0x80) ? WS1 : WS0);
n_B <<= 1;
}
for (i = 0; i < PIXEL_NUM; i++)
{
for (j = 0; j < 24; j++)
{
send_Buf[i * 24 + j] = dat[j];
}
}
for (i = PIXEL_NUM * 24; i < NUM; i++)
send_Buf[i] = 0; // 占空比比为0，全为低电平
WS_Load();
}
在main函数中调用WS_WriteAll_RGB()就可以点亮所有灯珠了，例如WS_WriteAll_RGB(0xFF,0,0)将所有灯设置为绿色。
下面可以实现一些酷炫的灯光效果。
设置单个灯的颜色（两个函数分别以不同格式设置颜色）：
uint32_t WS281x_Color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue)
{
return green << 16 | red << 8 | blue;
}
void WS281x_SetPixelColor(uint16_t n, uint32_t GRBColor)
{
uint8_t i;
if (n < PIXEL_NUM)
{
for (i = 0; i < 24; ++i)
send_Buf[24 * n + i] = (((GRBColor << i) & 0X800000) ? WS1 : WS0);
}
}
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)
send_Buf[24 * n + i] = (((WS281x_Color(red, green, blue) << i) & 0X800000) ? WS1 : WS0);
}
}
这里我只移植了两个函数，实现彩虹灯效果：
uint32_t 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);
}
void rainbow(uint8_t wait)
{
uint32_t timestamp = HAL_GetTick();
uint16_t i;
static uint8_t j;
static uint32_t next_time = 0;
uint32_t flag = 0;
if (next_time < wait)
{
if ((uint64_t)timestamp + wait - next_time > 0)
flag = 1;
}
else if (timestamp > next_time)
{
flag = 1;
}
if (flag) // && (timestamp - next_time < wait*5))
{
j++;
next_time = timestamp + wait;
for (i = 0; i < PIXEL_NUM; i++)
{
WS281x_SetPixelColor(i, Wheel((i + j) & 255));
}
}
WS_Load();
}
void rainbowCycle(uint8_t wait)
{
uint32_t timestamp = HAL_GetTick();
uint16_t i;
static uint8_t j;
static uint32_t next_time = 0;
static uint8_t loop = 0;
if (loop == 0)
next_time = timestamp;
loop = 1; //首次调用初始化
if ((timestamp > next_time)) // && (timestamp - next_time < wait*5))
{
j++;
next_time = timestamp + wait;
for (i = 0; i < PIXEL_NUM; i++)
{
WS281x_SetPixelColor(i, Wheel(((i * 256 / (PIXEL_NUM)) + j) & 255));
}
}
WS_Load();
}
还有其他好玩的灯光效果大家自己开发叭。
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