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使用STM32 HAL库PWM DMA驱动WS2812B彩灯(基于STM32F030F4P6)

谁不想拥有炫酷的小彩灯呢？WS2812B可以给你机会……

博主使用STM32驱动WS2812B主要参考了这位佬的文章，因为需求问题，采用了Cortex-M0的stm32f030f4p6（16k的flash，4k的sram）来驱动，原文中写的是stm32f103c8t6，个人认为其实区别并不是很大，需要修改部分参数即可移植（cv战士申请出战）。

上图是我的一圈灯，一共8个，第一个LED的数据输入端接的是定时器1的通道2，想看底层原理可以去看佬的文章，本文只介绍如何移植。

CUBEMX配置

首先选择外部石英晶振，我用的是外部12M晶振，然后配置时钟树：

然后打开串行调试：

 找到使用的定时器（输出PWM的），并打开定时器时钟，选定输出PWM的通道以及模式：

重点来了：

佬的文章中说的0码PWM占空比（CCR值）算到约为28，1码PWM占空比（CCR值）算到约为58；但人家用的是f1啊，72M时钟频率的，咱的是f0，自然低人一等，只有48M时钟频率。所以在满足灯带频率固定为800KHz的前提下，略微修改即可，设置参数如下：

下面来简单说一下如何修改

因为PWM频率F需要为800KHz，而时钟频率固定为48MHz，根据Fpwm=Fclk / (arr+1)(psc+1)，我取psc为0，取arr=59，恰好可以得到 800KHz的频率，所以arr取值为59。因此，计算出PWM0码的CCR值为：0.32 × （59+1）=19.2 ≈ 19；PWM1码的CCR值为：0.32 × （59+1）=38.4 ≈ 38；

接下来配置DMA：

 再由于我后面切换显示需要用到定时器中断，所以用了一个定时器3的1ms中断：

 配置好生成路径后直接生成代码即可

代码部分：

主函数头文件加个#include "ws2812b.h"即可

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  led_loop();	//循环显示
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

 ws2812b.h文件如下：

#ifndef __WS2812B_H__
#define __WS2812B_H__
 
#include "main.h"
 
/*这里是上文计算所得CCR的宏定义*/
#define CODE_1       (38)       //1码定时器计数次数
#define CODE_0       (19)       //0码定时器计数次数
 
/*建立一个定义单个LED三原色值大小的结构体*/
typedef struct
{
	uint8_t R;
	uint8_t G;
	uint8_t B;
}RGB_Color_TypeDef;
 
#define Pixel_NUM 8  //LED数量宏定义，这里我使用一个LED，（单词pixel为像素的意思）
 
void RGB_SetColor(uint8_t LedId,RGB_Color_TypeDef Color);//给一个LED装载24个颜色数据码（0码和1码）
void Reset_Load(void); //该函数用于将数组最后24个数据变为0，代表RESET_code
void RGB_SendArray(void);          //发送最终数组
void RGB_RED(uint16_t Pixel_Len);  //显示红灯
void RGB_GREEN(uint16_t Pixel_Len);//显示绿灯
void RGB_BLUE(uint16_t Pixel_Len); //显示蓝灯
void RGB_WHITE(uint16_t Pixel_Len);//显示白灯

void led_loop(void);
 
#endif

ws2812b.c文件如下：

#include "ws2812b.h"
#include "tim.h"
 
/*Some Static Colors------------------------------*/
const RGB_Color_TypeDef RED      = {255,0,0};   //显示红色RGB数据
const RGB_Color_TypeDef ORANGE   = {127,106,0};
const RGB_Color_TypeDef YELLOW   = {127,216,0};
const RGB_Color_TypeDef GREEN    = {0,255,0};
const RGB_Color_TypeDef CYAN	 = {0,255,255};
const RGB_Color_TypeDef BLUE     = {0,0,255};
const RGB_Color_TypeDef PURPLE	 = {238,130,238};
const RGB_Color_TypeDef BLACK    = {0,0,0};
const RGB_Color_TypeDef WHITE    = {255,255,255};
const RGB_Color_TypeDef MAGENTA  = {255,0,220};

 
/*二维数组存放最终PWM输出数组，每一行24个
数据代表一个LED，最后一行24个0代表RESET码*/
uint32_t Pixel_Buf[Pixel_NUM+1][24];       
 
/*
功能：设定单个RGB LED的颜色，把结构体中RGB的24BIT转换为0码和1码
参数：LedId为LED序号，Color：定义的颜色结构体
*/
void RGB_SetColor(uint8_t LedId,RGB_Color_TypeDef Color)
{
	uint8_t i; 
	if(LedId > Pixel_NUM)return; //avoid overflow 防止写入ID大于LED总数
	
	for(i=0;i<8;i++) Pixel_Buf[LedId][i]   = ( (Color.G & (1 << (7 -i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行0~7转化存放G
	for(i=8;i<16;i++) Pixel_Buf[LedId][i]  = ( (Color.R & (1 << (15-i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行8~15转化存放R
	for(i=16;i<24;i++) Pixel_Buf[LedId][i] = ( (Color.B & (1 << (23-i)))? (CODE_1):CODE_0 );//数组某一行16~23转化存放B
}

/*
功能：最后一行装在24个0，输出24个周期占空比为0的PWM波，作为最后reset延时，这里总时长为24*1.2=30us > 24us(要求大于24us)
*/
void Reset_Load(void)
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<24;i++)
	{
		Pixel_Buf[Pixel_NUM][i] = 0;
	}
}
 
/*
功能：发送数组
参数：(&htim1)定时器1，(TIM_CHANNEL_2)通道2，((uint32_t *)Pixel_Buf)待发送数组，
			(Pixel_NUM+1)*24)发送个数，数组行列相乘
*/
void RGB_SendArray(void)
{
	HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t *)Pixel_Buf,(Pixel_NUM+1)*24);
}
 
/*
功能：显示红色
参数：Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_RED(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入红色
	{
		RGB_SetColor(i,RED);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}
 
/*
功能：显示绿色
参数：Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_GREEN(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入绿色
	{
		RGB_SetColor(i,GREEN);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}
 
/*
功能：显示蓝色
参数：Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_BLUE(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入蓝色
	{
		RGB_SetColor(i,BLUE);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}
 
/*
功能：显示白色
参数：Pixel_Len为显示LED个数
*/
void RGB_WHITE(uint16_t Pixel_Len)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)//给对应个数LED写入白色
	{
		RGB_SetColor(i,WHITE);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}
 
//也可以继续添加其他颜色，和颜色变化函数等

/*******************************************************************************/
/*									添加部分									   */

//显示指定颜色
static void rgb_show(uint32_t Pixel_Len, RGB_Color_TypeDef rgb)
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<Pixel_Len;i++)
	{
		RGB_SetColor(i,rgb);
	}
	Reset_Load();
	RGB_SendArray();
}

//颜色循环转换
static RGB_Color_TypeDef Wheel(uint8_t WheelPos)
{
	RGB_Color_TypeDef rgb;
	WheelPos = 255 - WheelPos;
	if (WheelPos < 85)
	{
		rgb.R = 255 - WheelPos * 3;
		rgb.G = 0;
		rgb.B = WheelPos * 3;
		return rgb;
	}
	if (WheelPos < 170)
	{
		WheelPos -= 85;
		rgb.R = 0;
		rgb.G = WheelPos * 3;
		rgb.B = 255 - WheelPos * 3;
		return rgb;
	}
	WheelPos -= 170;
	rgb.R = WheelPos * 3;
	rgb.G = 255 - WheelPos * 3;
	rgb.B = 0;
	return rgb;
}

//彩虹呼吸灯
static void rainbow(uint8_t wait)
{
	uint32_t timestamp = HAL_GetTick();
	uint16_t i;
	static uint8_t j;
	static uint32_t next_time = 0;

	uint32_t flag = 0;
	if (next_time < wait)
	{
		if ((uint64_t)timestamp + wait - next_time > 0)
			flag = 1;
	}
	else if (timestamp > next_time)
	{
		flag = 1;
	}
	if (flag)    // && (timestamp - next_time < wait*5))
	{
		j++;
		next_time = timestamp + wait;
		for (i = 0; i < Pixel_NUM; i++)
		{
			RGB_SetColor(i, Wheel((i + j) & 255));
		}
	}
	RGB_SendArray();
}

//彩虹灯旋转
static void rainbowCycle(uint8_t wait)
{
	uint32_t timestamp = HAL_GetTick();
	uint16_t i;
	static uint8_t j;
	static uint32_t next_time = 0;

	static uint8_t loop = 0;
	if (loop == 0)
		next_time = timestamp;
	loop = 1;    //首次调用初始化

	if ((timestamp > next_time))    // && (timestamp - next_time < wait*5))
	{
		j++;
		next_time = timestamp + wait;
		for (i = 0; i < Pixel_NUM; i++)
		{
			RGB_SetColor(i, Wheel(((i * 256 / (Pixel_NUM)) + j) & 255));
		}
	}
	RGB_SendArray();
}


static uint8_t rainbow_change_flag = 0;
void led_loop(void)
{
	int i;
	rgb_show(8, BLACK);		HAL_Delay(300);
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//红
		rgb_show(i, RED);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//橙
		rgb_show(i, ORANGE);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//黄
		rgb_show(i, YELLOW);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//绿
		rgb_show(i, GREEN);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//青
		rgb_show(i, CYAN);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//蓝
		rgb_show(i, BLUE);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	for(i = 1; i <= 8 ;i++) {	//紫
		rgb_show(i, PURPLE);		
		HAL_Delay(50);		
	}
	
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);	//使能定时器中断->时间：1ms
	while(1) {
		if(!rainbow_change_flag)
			rainbow(5);
		else 
			rainbowCycle(2);
	}
	
}


//定时器3中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(htim);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_TIM_PeriodElapsedCallback could be implemented in the user file
   */
	static uint32_t time_counter = 0;
	if(htim->Instance == TIM3) {
		if(++time_counter == 10000) {	//10s后切换
			rainbow_change_flag = ~rainbow_change_flag;
			time_counter = 0;
		}
	}
}

工程链接：https://pan.baidu.com/s/1QXB_ALAOFp-71YSm94Po-g 
提取码：0xFF

The END

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