WS2812灯珠的STM32驱动方式
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一.了解对手
深入了解自己的对手，才能有把握打胜仗，先让我们看一下WS2812灯珠的相关资料吧。
以上照片来自某厂家官网的截图，可以看到同系列的LED型号还是不少的。尽管都是常见的5050封装，却由四脚与六脚之分，设计的时候一定要注意，
我们这次使用的是WS2812B。下面是有关这可灯珠的介绍。
1.WS2812B灯珠介绍
1.1
WS2812B灯珠的主要特点
这张图是对这狂灯珠的一些基本介绍，例如电源可以串联共用，每个灯珠都自带信号整形电路，上电掉电复位电路，每颗灯珠都可以实现RGB256级控制，扫描频率400KHz，任意两点间通信距离不低于3米，至少可以级联1024颗，看起来这款灯珠就是专为LED灯带设计的。
1.2 WS2812B灯珠的电气特性
上面是关于这款灯带的一下电气参数，供电电压可以使最常用的5V电源，限号传输延迟很小，不过参数里有一点没提及，这款芯片内置了恒流驱动电路，
不但能保证灯珠颜色的良好一致，而且连限流电阻都可以省了。
1.3 W2812B单总线驱动
这是关于W2812B单总线驱动的内容，控制器可以连续发送24位GRB控制信号，第一个灯珠截取前24位后，会显示到自己的LED上，并会将其余的数据进行整形后发送给第二颗灯珠，第二颗灯珠会截取第二组24位数据进行显示，并继续转发剩下的，知道最后一组数据被显示为止。
这是对魅族24位GRB数据中信号0与信号1的介绍，可以看到信号的周期为1.25us，与前面的800kbps的通信频率正好对应。信号0与1通过不同的占空比拉进行区分。
然而此处也报漏了一个问题，我们都知道，常用的STM32F1系列单片机，内核速率只有72MHz，对于主打高性能的STMF4系列也不过200MHz左右，也就是说，STM32F1的一个指令周期需要大约14ns，而正常情况下用HAL库控制单片机I/O翻转，至少需要30个指令周期，将近500ns才能实现一次高低电平变化，这就不用说还要形成严格的驱动信号，来控制LED显示颜色了，
其实不光HAL库不行，用最新的LL库也一样，最大也不超过5MHz，即使是直接用寄存器驱动I/O，也不过只能达到12MHz的翻转速度，就是F4系列直接用寄存器驱动，虽然可以超频到240MHz，让I/O翻转速率达到80MHz，然而并没有什么卵用，先不说稳定性咋样，就但是30多块钱一片的F4就吃消不起。
所以这里希望的大家如果用到WS2812系列的LED灯珠的话，希望大家能记住这条结论，免得在原理问题上浪费时间，STM32以及所有比他性能还低的单片机，用I/O翻转的方式，是很难驱动WS2812系列灯珠的，除非你是土豪直接上400M的F7，或者你的片子啥事都不干就驱动一串LED。
那难道STM32就没法驱动WS2812这种灯珠了吗，答案当然是能了。具体怎么驱动看后续内容，这里就不啰嗦了。
1.4
WS2812串联驱动电路
下面是WS2812的串联驱动电路，到了WS2813系列，连那颗电容都可以省掉不焊，是不是很简单呢
WS2812B规格书.pdf WS2813_ABC规格书-201705_17101023100425.pdf WS2813E规格书（修改）-201705_17101023122789.pdf WS2813-Mini规格书-201705_17101023111383.pdf WS2815规格书201705_17101023135673.pdf
附上WS2812，WS2813，WS2815系列灯珠的手册
二.WS2812B驱动方式：DMA+PWM
WS2812B这种内部集成驱动芯片的RGB灯珠，并通过对驱动信号通信速率的详细计算，重点说明了STM32等一众单片机通过I/O翻转方式，控制这种灯珠的困难之处，接下来我们介绍一下，如何用最常见的方式来实现STM32对WS2812的控制。
常用STM32的都知道，STM32有8个定时器，其中TIM1跟TIM8是高级定时器，TIM2345是通用定时器，TIM67是基本定时器，当然还有个滴答定时器，
其中TIM123458都可以独立控制输出PWM波形，TIM1跟TIM8还可以输出两组互补PWM波形，这个功能在电机驱动中十分常用。
STM32定时器的PWM输出功能，是通过CNT与CCR寄存器的数值比，直接控制对应引脚输出高低电平的，也就是说只要我们愿意，可以用定时器直接输出36MHz的方波，当然波形可能就不那么好看了，不过用来驱动我们800kbps的WS2812，可以说是绰绰有余了，
但是还有一个问题，通常情况下，我们的WS2812不会仅仅是一个或者几个LED串联，如果串联的LED较多的话，又会面临驱动信号的稳定性问题，毕竟我们要不断地改变定时器CCR的数值，来控制对应的I/O发送信号0还是信号1，而项目中我们的单片机又不可能只是用来控制LED，这时候我们的DMA功能就派上用场了。这也就是我们接下来要介绍的最容易想到的一种方法DMA+PWM。
2.1
DMA+PWM驱动方式介绍和实现方法
下面就是如何实现功能了，我们直接来看程序，声明一下我们是用原子的例程移植的。这里我们依然使用是STM32的HAL库，没办法，用熟了，顺手，而且各种以前的资源不能浪费了不是。
首先是时钟配置，这个没什么好说的，能跑多快就多快吧。就跟没人会希望自己媳妇丑一样。
(哦，不好意思这段是之前用寄存器写的，拿过来用了，见谅)
下面是今天的主角，DMA+PWM的配置方式。
先配置下GPIO吧，我们使用的是TIM2的CH1通道，对用的PWM输出引脚是PA0，注意要用复用输出功能哦。
下面是TIM2+CH1通道的配置，注意要配置成800KHz的频率，内核时钟72M / 90 =
800KHz，应该不难理解吧。然后是CH1输出通道的，配置成PWM1输出模式即可，注意电平的极性，不放心的可以用示波器抓抓波形。
然后就是我们的DMA的配置了，要设置好数组地址跟寄存器地址，然后就是DMA传输的字节长度，传输模式等等了
有关寄存器地址大家应该会找吧，不会的看下边，先从Datasheet找到我们的存储器映像图表，找到TIM寄存器租的起始地址。
可以看到TIM2寄存器组的起始地址是0x40000000，然后找到Reference
Manual里，我们需要使用的TIM2_CCR1寄存器。
可以看到CCR1的偏移地址是0x34，所以我们需要的寄存器地址就是，0x40000000
+ 0x34 = 0x40000034，不懂得童鞋回去好好啃啃计算机原理吧，
需要的外设资源配置好了，接下来就是万事俱备只欠东风了，下面就是我们有关LLED控制信号的处理函数了，look，不多解释。
上图最后面那个bug，是之前原子的程序就带着的，家里没有示波器目前没做验证，有空会控死抓抓波形看看。程序能用，也就没深究下去。
注意一下，到这可没玩呢，说好了要用DMA方式传输数据的，下面才是数据传输的主要内容呢。
定义了三个数组，主函数里写个三色循环呼吸灯看看效果。
附上相关程序
这个是用TIM2_CH1实现三色呼吸灯的。
STM32F1_DMA_PWM_WS2813E_2018_05_06-Bingo.zip
这个是用TIM2_CH123实现三路LED控制的。 STM32F1_DMA_PWM_WS2813E_2018_05_06-TIM2_CH123.zip
这个是用TIM2345_CH1实现四路LED控制的。 STM32F1_DMA_PWM_WS2813E_2018_05_06-TIM2345.zip
开启DMA数据传输，定时器开启之前，增加一条计数寄存器清空指令，防止寄存器非零造成第一次脉冲信号不准确。
同时在DMA数据传输完成后，应先关闭DMA通道，再关闭定时器，防止DMA传输完成，但PWM最后一次信号未发送完影响最后一个灯的显示。
三.WS2812B驱动方式：DMA+SPI
接上节我们介绍了一种STM32控制WS2812最常用，也是最用一想到的方法，就是用PWM来模式控制信号，并通过DMA传输数组数据，来保证信号传输的连续性。接下来来介绍一个不常用的方法——用SPI单总线控制
估计好多不熟悉STM32的小伙伴都没通过这种通信方式吧，其实我也不熟，只是知道这种模式从未用过，今天也算学习了。下面是STM32F1的Reference
Manual里给的一段介绍，了解一下。
3.1 DMA+SPI驱动方法的原理
其实说白了，SPI不是有一个MOSI引脚吗，我们就是用MO功能，通过发送一个字节或半字的数据，来模拟我们的LED控制信号0或1，看下图。
是不是有恍然大悟的感觉，本来就很简单嘛。可仔细看来这是不是有点得不偿失啊，用16位数据去模拟1位数据，是不是感觉太浪费资源了！！！
还在我们的SPI通信速率足够高，完全可以应付的来。
3.2 DMA+SPI驱动方式的程序代码
时钟就不用说了，还是能跑多快就跑多块咯，重点来看看我们SPI的单总线模式是如何配置的，当然第一个要配置的自然是我们的信号输出引脚，
SIM32F1系列SPI1的MOSI引脚是PA7。
注意要配置成复用输出模式，最大驱动频率50MHz，接下来就是我们的主角SPI1的配置了。
前两句就可以看到，我们将SPI配置成了主模式下的单线发送模式，采用了16微数据帧格式，时钟引脚悬空未用，片选引脚未用。然后就是我们的DMA数据传输的配置，通过我们的Reference
Manual可以查到SPI的TX使用的DMA1_CH3通道。
接下来就是我们有关LED通信数据的处理了，这才是最有意思的部分。首先是RGB数据的分解，在C语言里并没有定义24位主句格式，只有32位可用，所以我们将RGB数组定义32位格式，如下是我定义的一个数组。
然后我们要将每个数组元素中的RGB三色分解出来，函数如下注意一下数据的先后顺序，我们定义的是RGB，而发送需要的是GRB。
然后我们要将分解出来的RGB信号的每一位进行解析，转化成我们即将使用SPI发送出去的16位帧信号，注意，此处帧的格式是根据LED所需的信号0和1定义好的。
然后我们要将转化出来的16位帧数据一次存放打我们给SPI准备的数组中，也就是我们通过DMA功能给SPI的TX引脚传送数据的数组，注意对应哦。
看看是不是跟DMA初始化的时候配置的一样呢。
接下来就是如何把已经转化好的16位帧数据发送出去了。具体函数如下，记得要使用DMA功能传送数据哦。
我们在主函数中，通过数据发送函数，将RGB信号传送到LED，同时，我们简单通过一个循环移位函数，实现了LED的三色流水灯。
附上程序 STM32F1_DMA_SPI_16B_WS2813E_2018_05_06-Bingo.zip
