教你使用一個(gè)單片機(jī)IO口控制RGB彩燈，單總線LED燈使用教程

ID:241755 · 發(fā)表于 2019-5-22 16:57

相信大家學(xué)習(xí)單片機(jī)的第一課就是點(diǎn)亮第一盞LED燈了吧，初次點(diǎn)亮LED的時(shí)候的心情肯定是很激動(dòng)的，可以操控眼前這個(gè)小小的芯片完成自己編寫的指令，頓時(shí)感覺到很奇妙。初次了解之后便會(huì)激發(fā)我們的探索精神，當(dāng)學(xué)習(xí)了PWM之后，控制RGB彩燈隨意調(diào)出千變?nèi)f化的顏色肯定不再是難事，用在各種項(xiàng)目上，RGB燈會(huì)讓作品更加鮮艷動(dòng)人。在這美麗的背后，其實(shí)隱藏了很多的科學(xué)道理，RGB燈的顏色能千變?nèi)f化的原因是因?yàn)槠鋬?nèi)部集成了3個(gè)獨(dú)立的3原色燈珠，然后使用PWM波控制每個(gè)燈珠處在不同的亮度，便可以得到不同的色彩。但是一個(gè)RGB燈可能會(huì)占用多個(gè)端口，想控制很多個(gè)RGB燈便是有些難度，好在隨著集成工藝的發(fā)展，這一切不再是問題，如今的工藝促使了一種新型燈珠的出現(xiàn)，那就是單總線LED。
簡單點(diǎn)來說就是這種類型的燈珠內(nèi)置了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，它控制著燈珠發(fā)出的顏色，并且有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入口，意味著我們可以往在這個(gè)燈珠里面輸入數(shù)據(jù)，然后燈珠內(nèi)部的電路就會(huì)驅(qū)動(dòng)的燈珠發(fā)出我們想要的顏色。這個(gè)電路呢還有一個(gè)數(shù)據(jù)的輸出口，也就是說它可以將接受到的數(shù)據(jù)再次發(fā)送出去，送給下一個(gè)燈珠的輸入，所以這使得所有的燈珠都可以連在一起，只需要使用一個(gè)IO口控制，這就相比傳統(tǒng)的RGB燈節(jié)省了很多的端口。
這種類型的燈珠主要的核心就在它里面集成的那樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，這種類型的驅(qū)動(dòng)電路有很多種，例如常見的WS2811，2812，SK6812等等，所以用其制作完成的燈珠一般都使用驅(qū)動(dòng)電路的名字來命名。對(duì)于燈珠的大小型號(hào)呢，則有很多種類，例如5050，3535以及2020等封裝，大家搜索的時(shí)候，搜索驅(qū)動(dòng)電路的型號(hào)加上封裝型號(hào)就可以找到想要的單總線LED了。下面是WS2812采用5050封裝的圖片。
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本文會(huì)就WS2812這款最常用的驅(qū)動(dòng)芯片來講解其的控制方法以及在最后我會(huì)寫一些控制這類單總線LED的方法。

由于是單總線通訊，自然沒有時(shí)鐘信號(hào)線，所以通訊的時(shí)序變得非常重要，我找到一份WS2812的數(shù)據(jù)手冊，查看到了其中提到的輸入數(shù)據(jù)時(shí)序圖。
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可以看到，2812芯片對(duì)著時(shí)序有著較為嚴(yán)格的需要，所以對(duì)于0碼和1碼，我們需要嚴(yán)格控制單片機(jī)延時(shí)的時(shí)間。并且這款芯片的時(shí)序大概都在納秒級(jí)的延時(shí)，所以對(duì)于單片機(jī)的要求還是比較高的，我采用的是增強(qiáng)型的51單片機(jī)，速度上足夠完成納秒級(jí)的延時(shí)。

下面看到的數(shù)據(jù)的輸入方法，可以看到每個(gè)數(shù)據(jù)包都是24bit長，也就是3個(gè)字節(jié)，發(fā)送完第一個(gè)24bit數(shù)據(jù)包之后就是接著發(fā)送第二個(gè)，可以看到在D2線上，第一個(gè)24bit數(shù)據(jù)包自動(dòng)被忽略了，這是由于WS2812的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，在其接受到第一個(gè)完整的24bit數(shù)據(jù)包之后，再接受到的數(shù)據(jù)包他會(huì)自動(dòng)將其發(fā)送給下一個(gè)燈珠，這就是為什么可以一根線控制所有LED燈的秘密。并且WS2812芯片還有鎖存的功能，也就是說送一次數(shù)據(jù)后，在下一回改變顏色之前都不需要再送數(shù)據(jù)了，內(nèi)部的鎖存電路會(huì)自動(dòng)記住當(dāng)前的顏色值，并控制燈珠一直保持著色彩。
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對(duì)于每一個(gè)24bit數(shù)據(jù)包，其格式如下：每一個(gè)字節(jié)都表示著顏色的亮度，從高位到低位分別是綠色（G），紅色（R），藍(lán)色（B），控制這三個(gè)顏色的亮度，我們就可以得到千變?nèi)f化的色彩。
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了解到了數(shù)據(jù)包的格式，數(shù)據(jù)手冊里面還給了一張應(yīng)用電路的圖片，很好的說明了這種單總線LED的連接方法。
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看完了數(shù)據(jù)手冊，下面就是對(duì)單片機(jī)編程，使其可以輸出對(duì)應(yīng)的波形了！

首先是對(duì)發(fā)送0碼和1碼的程序編寫，由于需要用到納秒級(jí)的延時(shí)，我使用空語句來進(jìn)行軟件延時(shí)，下面是發(fā)送0碼和1碼的代碼截圖。我這里是使用的STC15系列單片機(jī)，使用內(nèi)部時(shí)鐘11.0592MHZ，如果有使用相同單片機(jī)的朋友請(qǐng)直接參考我的代碼，如果你的單片機(jī)類型不一樣或者時(shí)鐘頻率不一樣，最好使用示波器或者邏輯分析儀來得到精確的延時(shí)。
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完成了發(fā)送0碼和1碼之后，接著就是發(fā)送一個(gè)字節(jié)了，核心思路就是每次判斷字節(jié)高位的值來決定發(fā)送0還是1
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經(jīng)過簡單的編程，所有代碼就完成了，簡單的寫了一個(gè)程序，讓前三個(gè)燈亮起，呈紅色：
微信圖片_20190522153450.jpg

其實(shí)WS2812的編程較為容易，下面就來說一些我的改進(jìn)地方。
我編寫了一個(gè)使用串口控制RGB燈的程序，就是我可以在串口上發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的控制每個(gè)LED燈的顏色，這樣會(huì)方便后期一些動(dòng)畫效果的控制。我定義了一個(gè)數(shù)據(jù)格式，一個(gè)數(shù)據(jù)包含有5個(gè)字節(jié)，分別是幀頭，LED燈的編號(hào)，紅色（R）亮度值，綠色（G）亮度值以及藍(lán)色（B）亮度值。例如我想要控制第五個(gè)燈變成最亮的白色，我就發(fā)送
FFH 05H FFH FFH FFH 就可以了，下面是使用這個(gè)程序調(diào)出來的顏色：
微信圖片_20190522161641.jpg

其思路就是當(dāng)串口收到幀頭之后，就開始讀取燈的編號(hào)以及各個(gè)顏色的亮度值，然后再發(fā)送給LED燈珠即可。

這些就是單總線LED燈珠的使用方法了，其實(shí)編寫程序較為簡單，主要難點(diǎn)就是大家的時(shí)序一定要準(zhǔn)確，這樣才可以確保燈珠正常的點(diǎn)亮。

ID:357396 · 發(fā)表于 2019-9-15 15:50

多謝樓主，學(xué)習(xí)了

ID:470939 · 發(fā)表于 2019-9-24 20:42

很有用

ID:385637 · 發(fā)表于 2019-9-25 09:00

非常實(shí)用，請(qǐng)問有后面控制多個(gè)燈的原代碼嗎？

ID:190075 · 發(fā)表于 2019-11-11 19:56

樓主，有資料程序可以下載嗎

ID:156220 · 發(fā)表于 2019-11-12 09:19

謝謝樓主的講解，學(xué)習(xí)了

ID:243394 · 發(fā)表于 2019-11-12 18:30

謝謝樓主的講解

ID:475845 · 發(fā)表于 2020-4-1 16:40

51黑，有你更精彩

ID:344220 · 發(fā)表于 2020-5-12 10:19

很方便，感謝樓主

ID:369321 · 發(fā)表于 2020-5-12 22:49

很有用

ID:86450 · 發(fā)表于 2020-9-22 16:21

謝謝樓主的講解，學(xué)習(xí)了

ID:15745 · 發(fā)表于 2022-12-14 15:46

剛好要用到這種單總線的燈，學(xué)習(xí)了

ID:727062 · 發(fā)表于 2024-2-23 20:10

厲害

ID:433219 · 發(fā)表于 2024-3-8 08:42

初學(xué)詳解系列 d^_^b

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