WS2812灯珠（二）-- STM32 SPI+DMA方式驱动

通过硬件SPI的可以很巧妙的模拟出WS2812的通信时序，用spi的8位数据模拟ws281x的一位数据。

要将系统时钟设置为56M，SPI分频数设置为8，则SPI的通信频率为7M，1s/7M≈143ns 即传输一位数据的时间约为143纳秒（ns）
3*143 = 429ns 5*143 = 715ns 符合WS281X芯片的通信时序。
11111000 high level （十六进制：0XF8）表示WS281X的1码
11100000 low level （十六进制：0XE0）表示WS281X的0码

程序头文件部分：通过宏的方式定义了灯珠个数和WS281X的0码和1码。

#ifndef __WS2812_H
#define __WS2812_H

#include "stm32f10x.h"

#define PIXEL_NUM 11

//硬件spi模拟ws2811时序（用spi的8位数据模拟ws281x的一位数据）
//要将系统时钟设置为56M，分频数设置为8，则SPI的通信频率为7M，传输一位数据的时间约为143纳秒（ns）
//3*143 = 429ns   5*143 = 715ns  符合WS281X芯片的通信时序。
//  _____   
// |     |___|   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 */

程序的关键在硬件SPI和DMA初始化部分：在配置时用到了硬件SPI1的MOSI脚，驱动过程中并不需要接收数据，因而将SPI1方向设置为单线发送即可，设置为主机模式，因为用SPI的8位数据来模拟WS281X的一位数据，故将SPI数据大小设为8位帧结构。对于CPOL和CPHA的设置，CPOL设置为低的情况下要将CPHA设置为第二个跳边沿采样（之前将CPOL设置为低，CPHA设为第一个跳边沿采样，通过示波器查看波形与所需要的时序刚好相反）。DMA部分的设置注意将数据方向设为从内存到外设，将数据宽度设为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时钟使能 
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //SPI1时钟使能 	
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA传输


  /* PA7  SPI1_MOSI */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //PA7复用推挽输出 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;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置SPI工作模式:设置为主SPI
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;		//串行同步时钟的空闲状态为低电平
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;	//串行同步时钟的第2个跳变沿（上升或下降）数据被采样
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;		//NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;		//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为16
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;	//指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
  SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
 
  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
  SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE);
  
  DMA_DeInit(DMA1_Channel3);   //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) &(SPI1 -> DR); //cpar;  //DMA外设ADC基地址
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)pixelBuffer; //cmar;  //DMA内存基地址
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;  //数据传输方向，从内存读取发送到外设
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = PIXEL_NUM * 24; //cndtr;  //DMA通道的DMA缓存的大小
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设地址寄存器不变
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址寄存器递增
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;  //数据宽度为8位
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;  //工作在正常缓存模式
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x拥有中优先级 
  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
  DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure);  //根据DMA_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所标识的寄存器 
  
  ws281x_closeAll();  //关闭全部的灯
  delay_ms(100); //关闭全部的灯需要一定的时间  
}

配置完成之后便可以构思底层控制函数了，为了方便多个LED灯珠的可控制首先要定义一个缓冲区pixelBuffer[PIXEL_NUM][24] 通过设定颜色将数据填入缓冲区再通过更新函数将数据传入到LED灯珠上。

//关闭所有灯珠
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(); 
}
//将三原色单独数据合并为24位数据
uint32_t ws281x_color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue)
{
  return green << 16 | red << 8 | blue;
}
//设定第n个灯珠的颜色
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);
    }
  }
}
//设定第n个灯珠的颜色
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);
    }
  }
}
//更新颜色显示（在设定颜色后将颜色数据存入缓存只有执行该函数后才会进行显示）
void ws281x_show(void)
{
   DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE );  //关闭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缓存的大小
   DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道 
}

有了上面的底层控制函数，便可以为灯珠显示加特技了，在这里移植了Adafruit_NeoPixel库的部分函数，用以实现炫酷的显示效果。

// 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
      }
    }
  }
}

如果需要完整测试例程可以到如下链接下载：https://download.csdn.net/download/xiaoyuanwuhui/10749147

WS2812灯珠（二）-- STM32 SPI+DMA方式驱动

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