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注意：本文转载至简书，感谢大佬帮助过我，再此进行转载记录供更多人学习！
作者：szryg
链接：https://www.jianshu.com/p/0bc6981d949f
来源：简书
一、WS2812驱动信号说明
1、手册上的信号说明
但实际测试时，发现即使使用不符合这个表要求的时序也是可以正常驱动WS2812的，如下图就是一个能正常驱动WS2812信号中断其中一个bit，这个信号发送的是0，高电平宽度是180ns，并且他与下一个bit的低电平时长差不多接近2us了。
两个bit数据之间的低电平间隔时间
请看下图，这是RGB每个字节之间的间断时间，可以发现时间已经超过5us了，但此时WS2812任然能够正确解析信号，信号已经完全超出手册定义的范围，为什么WS2812还能正常工作？
2、实际信号工作方式推测
我们推测组成数据信号的关键不是PWM的占空比，而是PWM高电平脉冲的宽度。
这是另一份WS2812灯珠的数据手册，这个手册换了一种描述信号的方法，从图可以看出，只要高电平时间在220~380ns之间就认为是0码，580ns~1us之间则认为是1码，这里我们猜测380ns与580ns的 480ns，就是WS2812判断0 1码的标准。
换句话说，只要高电平时间<480ns，WS2812就会读到0码；高电平脉冲>480ns，2812就会读到一个1码，而低电平时长对01码的识别没有太大影响(当然低电平时间不能超过Reset码的时间)，这样看来，我们只要把握好每个信号的高电平宽度即可，这个要求对于现在的1T内核的8051MCU还是可以做到的。
二、程序调试
这边使用的是51单片机，主频24MHZ
1、接线说明
2、编写最基本的代码，点亮第一个灯
#include "ch554.h" #include "Debug.h" #include "GPIO.h" sbit outPin = P1^3; //功能：产生一个低电平复位信号给WS2812 void WS2812_Reset(void) { int i = 200; while(i--) outPin = 0; //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试 } //功能：给WS2812发送一个字节数据 void WS2812_WriteByte(unsigned char dat) { char i = 8; while(i--) { //产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定 //我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码 //输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等 if(dat & 0x80) { //Write Bit 1 outPin = 1; //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲 outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 0; } else { //Write Bit 0 outPin = 1; //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲 outPin = 1; outPin = 1; outPin = 0; } dat <<= 1; } } void main(void) { CfgFsys(); //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频 Port1Cfg(1, 3); //设置P1.3口为推挽输出 WS2812_Reset(); WS2812_WriteByte(0xff); //Green WS2812_WriteByte(0xff); //Red WS2812_WriteByte(0xff); //Blue while(1); return; }
载程序，复位运行，您就可以看到第一颗WS2812被点亮了，发出耀眼的白光。
3、接下来，点亮8个灯
修改写main()中的代码，让3个颜色的数据重复传输8次，您可以看到，所有灯都被点亮了。
void main(void) { char i; CfgFsys(); //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频 Port1Cfg(1, 3); //设置P1.3口为推挽输出 WS2812_Reset(); for(i=0; i<8; i++) { WS2812_WriteByte(0xff); //Green WS2812_WriteByte(0xff); //Red WS2812_WriteByte(0xff); //Blue } while(1); return; }
4、接下来，按数组中的定义的颜色点亮灯
#include "ch554.h" #include "Debug.h" #include "GPIO.h" sbit outPin = P1^3; //定义一个结构体，用于表示一个灯的颜色数据 typedef struct{ unsigned char red; unsigned char green; unsigned char blue; }WS2812_Color_t; //功能：产生一个低电平复位信号给WS2812 void WS2812_Reset(void) { int i = 200; while(i--) outPin = 0; //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试 } //功能：给WS2812发送一个字节数据 void WS2812_WriteByte(unsigned char dat) { char i = 8; while(i--) { //产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定 //我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码 //输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等 if(dat & 0x80) { //Write Bit 1 outPin = 1; //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲 outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 1; outPin = 0; } else { //Write Bit 0 outPin = 1; //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲 outPin = 1; outPin = 1; outPin = 0; } dat <<= 1; } } //功能：按照颜色数据，传输一个灯的颜色数据 //参数：*pColor 请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址） void WS2812_WriteColor(WS2812_Color_t *pColor) { WS2812_WriteByte(pColor[0].green); WS2812_WriteByte(pColor[0].red); WS2812_WriteByte(pColor[0].blue); } //功能：按照颜色数据，一次性传输多个灯的颜色数据 //参数：*pColor 请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址） // num 颜色数据长度，例如要点亮1个灯，输入1 void WS2812_WriteColors(WS2812_Color_t *pColor, int num) { while(num--) WS2812_WriteColor(pColor++); } void main(void) { //定义每个灯的颜色值，存储在Flash中 WS2812_Color_t code testColorTable[8] = { {255, 0, 0}, { 0, 255, 0}, { 0, 0, 255}, {255, 255, 0}, { 0, 255, 255}, {255, 0, 255}, {128, 255, 255}, {255, 128, 255}, }; CfgFsys(); //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频 Port1Cfg(1, 3); //设置P1.3口为推挽输出 WS2812_Reset(); WS2812_WriteColors(testColorTable, 8); //写出数据，点亮8个灯 while(1); return; }
5、最后，我们来做渐变流彩灯效果
在这个版本里，增加了一个函数用于生成连续的色彩变化，当8个灯的颜色相距一段距离，然后依次点亮，行程了流彩灯的效果
#include "ch554.h"
#include "Debug.h"
#include "GPIO.h"
sbit outPin = P1^3;
//定义一个结构体，用于表示一个灯的颜色数据
typedef struct{
unsigned char red;
unsigned char green;
unsigned char blue;
}WS2812_Color_t;
//功能：产生一个低电平复位信号给WS2812
void WS2812_Reset(void)
{
int i = 200;
while(i--)
outPin = 0; //这里具体时间没有测试，大于100us应该就可以，请自行调试
}
//功能：给WS2812发送一个字节数据
void WS2812_WriteByte(unsigned char dat)
{
char i = 8;
while(i--)
{
//产生脉冲时序部分，具体执行的代码需要根据您使用的单片机而定
//我这里使用的CH552T@24MHz，执行一次SETB或CLRB指令大概耗时80ns，我按照这个特性，写出了下面的时序用于产生0码和1码
//输出在低电平期间，则进行其他处理，如循环，数据移位等
if(dat & 0x80)
{
//Write Bit 1
outPin = 1; //这里多次调用SETB指令来达到延迟的目的，产生一个大概800ns的高电平脉冲
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 0;
}
else
{
//Write Bit 0
outPin = 1; //这里产生一个大概180ns的高电平脉冲
outPin = 1;
outPin = 1;
outPin = 0;
}
dat <<= 1;
}
}
//功能：按照颜色数据，传输一个灯的颜色数据
void WS2812_WriteColor(WS2812_Color_t *pColor)
{
WS2812_WriteByte(pColor[0].green);
WS2812_WriteByte(pColor[0].red);
WS2812_WriteByte(pColor[0].blue);
}
//功能：按照颜色数据，一次性传输多个灯的颜色数据
//参数：*pColor 请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
// num 颜色数据长度，例如要点亮1个灯，输入1
void WS2812_WriteColors(WS2812_Color_t *pColor, int num)
{
while(num--)
WS2812_WriteColor(pColor++);
}
//根据输入index, 取一个颜色，
//参数：*pColor 请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
// cnt 颜色索引，输入不同值会得到不同的颜色输出，输入范围：0~767
void getColors(WS2812_Color_t *pColor, unsigned int index)
{
//这段代码其实是根据输入数值生成颜色，2个颜色之间此消彼长地变化
if(index <= 255)
{
pColor[0].red = index;
pColor[0].green = 0;
pColor[0].blue = 255-index;
}
else if(index <= 511)
{
pColor[0].red = 511 - index;
pColor[0].green = index - 256;
pColor[0].blue = 0;
}
else if(index <= 767)
{
pColor[0].red = 0;
pColor[0].green = 767 - index;
pColor[0].blue = index - 512;
}
else
{
//不处理
}
}
//根据输入数值更新8个灯的颜色数据
//参数：*pColor 请输入存放颜色数据的地址（灯颜色数据地址）
// cnt 颜色索引，输入不同值会得到不同的颜色输出，输入范围：0~767
void ColorsUpdata_8Led(WS2812_Color_t *pColor, unsigned int inIndex)
{
char i;
if(inIndex > 767)
inIndex = 767;
for(i=0; i<8; i++)
{
int index;
//这段代码中的数字(60)，决定了每个灯之间的颜色差异(颜色渐变的缓和度，可自行测试, 如果设置为0，则失去流水灯效果)
index = inIndex + (60) * i;
if(index >= 768)
index -= 768;
getColors(pColor + i, index);
}
}
void main(void)
{
WS2812_Color_t xdata ColorTable[8]; //用于存储8个灯的颜色数据
CfgFsys(); //这是官方提供库"Debug.C"中的函数，用于初始化时钟信号，请将"Debug.h"中的"FREQ_SYS = 12000000"改为"FREQ_SYS = 24000000", 使用24M主频
Port1Cfg(1, 3); //设置P1.3口为推挽输出
while(1)
{
static unsigned int colorIndex = 0;
ColorsUpdata_8Led(ColorTable, colorIndex); //根据Index，获取当前的颜色数据
WS2812_Reset();
WS2812_WriteColors(ColorTable, 8); //写出8个灯的数据
//更新颜色Index
colorIndex++;
if(colorIndex >= 768)
colorIndex = 0;
mDelaymS(5); //延迟5ms，更改这个数可以加快(减小数值)或减慢(加大数值)颜色变化的速度
}
return;
}
6、总结
注意事项
在本程序里，WS2812相关函数发送数据中不可被打断，否则可能导致数据传输失败，所以如果您有使用中断，请在发送数据期间暂时关闭中断。
将驱动的要点总结一下：
- 低电平大于100us，总线复位
（不同灯珠这个时间可能不同） - 高电平脉冲时间大于480ns为
1码，实际发送750ns - 高电平脉冲时间小于480ns为
0码，实际发送250ns - 低电平时间可以延长，不会导致通讯失败，但不超过总线复位时间
（这个是猜测没有验证，但拖长几个微秒是已确定没有问题的）