NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）

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NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）

NUCLEO-F042K6是STMicroelectronics出品的Nucleo系列开发板之一，MCU为Cortex-M0核心的STM32F042K6。WS2812是常用的集成驱动电路的16M色LED。这里介绍使用STM32F042K6的SPI+DMA驱动WS2812的方法以及源代码分享。

效果图

NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）_dma

接线图

NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）_cortex-m0_02

NUCLEO-F042K6的+5V <-> WS2812的VCC
NUCLEO-F042K6的GND <-> WS2812的GND
NUCLEO-F042K6的A6（STM32F042K6的PA7） <-> WS2812的IN
总共就3根线，是不是超级简单呢。

材料清单

NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）_stm32_03

NUCLEO-F042K6一块
WS2812灯环一个（24盏灯）
面包板一个

驱动原理

WS2812的时序非常特殊，见下图，没有办法使用标准的外设来驱动，得使用模拟实现。我采用的方案是SPI+DMA，用一个字节的SPI数据来表示WS2812的一位数据，SPI时钟频率调整到6.4M（800K * 8，WS2812的速率要求为800K，SPI每8个位长表示1位WS2812数据），SPI数据0x70（3个1，5个0，符合WS2812低电平的时序要求）表示WS2812的0，SPI数据0x7C（5个1，3个0，符合WS2812高电平的时序要求）表示WS2812的1。一个WS2812需要24位数据，首先将这24位RGB数据转换成24字节的SPI数据，然后使用DMA将24字节SPI数据发出去，这样就可以驱动WS2812了。我这个灯环有24盏LED，那么需要24*24=576字节的SPI缓存，用DMA可以一次性操作。这种方法比较耗内存，但是实现起来比较简单，输出时序一致性非常高。

NUCLEO-F042K6驱动的彩色灯环（WS2812）_dma_04

核心代码

#define RS_PIXEL_MAX 24 // 这个灯环有24盏灯
static uint8_t ringBufferSPI[3 * 8 * RS_PIXEL_MAX]; // SPI缓存，每个灯24位，转换成SPI后每个灯需要24字节
void ringScriptPortOutput(const uint32_t pixels[])
{
  uint32_t i, j, k;
  uint32_t r, g, b;
  uint32_t grb[3];

  for(i = 0; i < RS_PIXEL_MAX; i++)
  {
    r = (pixels[i] >> 8) & 0xff;
    g = (pixels[i] >> 16) & 0xff;
    b = (pixels[i] >> 24) & 0xff;

    // WS2812要求的排序是GRB
    grb[0] = g;
    grb[1] = r;
    grb[2] = b;

    for(j = 0; j < 3; j++)
    {
      for(k = 0; k < 8; k++)
      {
        if(grb[j] & (1 << (7 - k)))
        {
          ringBufferSPI[i * 3 * 8 + j * 8 + k] = 0x7C; // 1
        }
        else
        {
          ringBufferSPI[i * 3 * 8 + j * 8 + k] = 0x70; // 0
        }
      }
    }
  }

  HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, &ringBufferSPI[0], sizeof(ringBufferSPI));
}

关于NUCLEO-F042K6

STMicroelectronics推出的Nucleo-32系列开发板，更多内容请访问：http://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32f0-series/stm32f0x2/stm32f042k6.html

关于STM32F042K6

STMicroelectronics推出的STM32F0系列微控制器，更多内容请访问：http://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32f0-series/stm32f0x2/stm32f042k6.html

关于Cortex-M0

ARM公司推出的32位微控制器核心，更多内容请访问：https://developer.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m0

关于WS2812

Worldsem公司推出的集成驱动电路的16M色LED，数据手册及其它更多内容请访问：http://www.world-semi.com/details-108-4.html

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