STM32+PWM+DMA驱动WS2812_stm32 pwm ws2812-优快云博客

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一、引言

WS2812是一种集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源，内置信号整形电路，能保证波形畸变不会累加。STM32是意法半导体推出的一系列32位微控制器，具备强大的处理能力和丰富的外设资源。利用STM32的PWM（脉冲宽度调制）和DMA（直接内存访问）功能可以高效地驱动WS2812，实现多彩灯光效果。本文将详细介绍如何使用STM32的PWM和DMA功能来驱动WS2812，并给出相应的代码示例。

二、WS2812工作原理

2.1 信号传输

WS2812采用单总线通信协议，通过一根数据线接收数据。数据以串行方式传输，每个LED灯珠都能接收并转发数据，实现级联控制。

2.2 数据编码

WS2812的数据编码采用脉冲宽度调制，一个比特的数据由不同宽度的脉冲表示。逻辑“0”和逻辑“1”的脉冲宽度不同，通过精确控制脉冲宽度来传输数据。例如，逻辑“0”通常用一个较窄的脉冲表示，逻辑“1”用一个较宽的脉冲表示。

2.3 数据帧格式

每个WS2812灯珠需要24位数据来控制其RGB颜色，依次为绿（G）、红（R）、蓝（B）各8位。多个灯珠级联时，数据依次传输。

三、STM32的PWM和DMA功能

3.1 PWM功能

PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过调节脉冲的占空比来控制输出信号的平均电压。STM32的定时器可以产生PWM信号，通过配置定时器的周期和占空比，可以精确控制PWM信号的频率和脉冲宽度。

3.2 DMA功能

DMA允许数据在不经过CPU干预的情况下，直接在内存和外设之间传输。使用DMA可以提高数据传输效率，减轻CPU的负担。在驱动WS2812时，可以使用DMA将存储在内存中的数据直接传输到定时器的比较寄存器，从而实现PWM信号的自动更新。

四、硬件连接

将WS2812的数据线连接到STM32的一个PWM输出引脚，例如PA0（对应定时器TIM2的通道1）。同时，确保WS2812的电源和地连接正确。

五、代码实现

5.1 定时器和DMA初始化

#include "stm32f10x.h"

#define LED_NUM 10  // WS2812灯珠数量
#define LED_DATA_LEN (LED_NUM * 24)  // 每个灯珠24位数据

uint16_t led_data[LED_DATA_LEN];  // 存储LED数据

// 定时器和DMA初始化
void TIM2_PWM_DMA_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    // 使能GPIOA、TIM2和DMA1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    // 配置PA0为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置定时器TIM2
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 89;  // 定时器周期，根据WS2812的时钟要求设置
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置PWM模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    // 配置DMA
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&TIM2->CCR1;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)led_data;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = LED_DATA_LEN;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel2, &DMA_InitStructure);

    // 使能DMA请求
    TIM_DMACmd(TIM2, TIM_DMA_CC1, ENABLE);

    // 使能定时器和DMA
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);
}

5.2 数据编码函数

// 编码逻辑0和逻辑1的脉冲宽度
#define T0H 26  // 逻辑0的高电平时间
#define T1H 56  // 逻辑1的高电平时间

// 编码一个字节的数据
void encode_byte(uint8_t byte, uint16_t *data) {
    for (int i = 7; i >= 0; i--) {
        if ((byte >> i) & 0x01) {
            *data++ = T1H;
        } else {
            *data++ = T0H;
        }
    }
}

// 编码一个灯珠的RGB数据
void encode_led(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint16_t *data) {
    encode_byte(g, data);
    data += 8;
    encode_byte(r, data);
    data += 8;
    encode_byte(b, data);
}

// 设置所有灯珠的颜色
void set_all_leds(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
    for (int i = 0; i < LED_NUM; i++) {
        encode_led(r, g, b, &led_data[i * 24]);
    }
}

5.3 主函数

int main(void) {
    TIM2_PWM_DMA_Init();

    while (1) {
        // 设置所有灯珠为红色
        set_all_leds(255, 0, 0);

        // 启动DMA传输
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE);
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel2, LED_DATA_LEN);
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);

        // 延时一段时间
        for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);

        // 设置所有灯珠为绿色
        set_all_leds(0, 255, 0);

        // 启动DMA传输
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE);
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel2, LED_DATA_LEN);
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);

        // 延时一段时间
        for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);

        // 设置所有灯珠为蓝色
        set_all_leds(0, 0, 255);

        // 启动DMA传输
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, DISABLE);
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel2, LED_DATA_LEN);
        DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);

        // 延时一段时间
        for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);
    }
}