Бегущие огни на WS2812B

В настоящее время большой популярностью стали пользоваться светодиоды со встроенным драйвером WS2812B. Текущий проект предназначен показать возможность использования и управления этими светодиодами. Это и проект и исследование по работе с этими светодиодами.

Для тестирования выбрана плата ILLISSI с контроллером PIC18F26R22.

Создание драйвера WS2812B вызвано необходимость получить недорогой RGB светодиод со встроенной схемой ШИМ, стабилизаторами тока и простым управлением.

Техническое описание
[wpdm_file id=241]

Функциональная схема

Драйвер поддерживает напряжение питания в диапазоне +3,5 до 5,3 вольт, и имеет защиту от переполюсовки. Для подавления помех рядом с каждым светодиодом WS2812B необходимо установить конденсатор 0,1 uF.

Для управления используется однопроводная шина с управлением временными интервалами. Основные характеристики передачи данных:

Сигнал	Описание	Длительность	Допустимое отклонение
T0H	0 code, длительность высокого уровня	0.4us	±150ns
T1H	1 code, длительность высокого уровня	0.8us	±150ns
T0L	0 code, длительность низкого уровня	0.85us	±150ns
T1L	1 code, длительность низкого уровня	0.45us	±150ns
RES	Длительность импульса СТАРТ	Более 50μs

Все данные передаются по битам, старшим битом в перед. Общая длительность передачи суммы двух бит 0 и 1 должна быть в пределах TH+TL=1.25μs±600ns

Передача бита 0:

Передача бита 1:

Принцип подключения драйверов-светодиодов.

Принцип передачи данных следующий:

Сформировать условие СТАРТ – отрицательный импульс длительностью не менее 50 us.
Начать передавать данные по битам. Данные передаются старшим битом в перед, каждый бит должен быть сформирован с учетом выше описанных условий.
Для управления одним RGB светодиодом необходимо передать 24 бита.
Если в цепочке N- светодиодов, то необходимо передать N*24 бит.
Для передачи новых данных повторить пункты 1-4.

Длительности и формируемых сигналов имеют широкие допуски, но рекомендуется их сильно занижать, так как это может сказаться как искажение данных при передачи на длинные цепочки свыше 70-80 драйверов.

Последовательность передачи цветов GRB

т.е. с начала передаем зеленый, потом красный, а затем данные о синем цвете.

Простой принцип формирования цветов и загрузки данных в ленточки из N-светодиодов.

Для гибкого управления необходимо взять несколько параметров используемых в ch-светомузыке. Для нас это цвет, яркость светодиода и параметр интеграция – это скорость изменения яркости.

Для гибкого управления драйверами WS2812B необходимо следующие параметры:

Указать количество используемых светодиодов

#define LEDC    72  // количество светодиодов ws2812b на полметра ленты.

1	#define LEDC 72 // количество светодиодов ws2812b на полметра ленты.

Описать цветовые массивы

char ledred[LEDC][2];// массив красных
char ledblue[LEDC][2];// массив синих
char ledgreen[LEDC][2];//массив зеленых

char ledred[LEDC][2];// массив красных

char ledblue[LEDC][2];// массив синих

char ledgreen[LEDC][2];//массив зеленых

где параметр, например, ledred[LEDC][0] – яркость свечения, а ledred[LEDC][1] – скорость интеграции.

Скорость интеграции 0 – нет интеграции, – (минус, например, -3) уменьшение яркости, положительное число увеличение яркости. Если включено увеличение яркости, то при достижении максимума, выполняется автоматическое переключение на уменьшение с такой же величиной. При достижении яркости 0 функция интеграции устанавливается равной 0.

Тестирование WS2812B

Для любопытных программа выполняющая этот эффект

        if(++c==9)
        {
            c=0;

            d++;
            if(d>72)
            {
                d=rand()%72;
                red=rand();
            }

            d1++;

            if(d1>72)
            {
                d1=rand()%72;
                blue=rand();
            }

            d2++;
            if(d2>72)
            {
                d2=rand()%72;
                green=rand();
            }

                 pointred (d,red,-2);
                 pointred (LEDC-d1,red,-2);
                 pointgreen (d2,green,-2);
                 pointgreen (LEDC-d,green,-2);
                 pointblue (d1,blue,-2);
                 pointblue (LEDC-d2,blue,-2);
        }

if(++c==9)

{

c=0;

d++;

if(d>72)

{

d=rand()%72;

red=rand();

}

d1++;

if(d1>72)

{

d1=rand()%72;

blue=rand();

}

d2++;

if(d2>72)

{

d2=rand()%72;

green=rand();

}

pointred (d,red,-2);

pointred (LEDC-d1,red,-2);

pointgreen (d2,green,-2);

pointgreen (LEDC-d,green,-2);

pointblue (d1,blue,-2);

pointblue (LEDC-d2,blue,-2);

}

Каждый драйвер получает данные и формирует на выходе данные для передачи на следующие светодиоды, Только длительности формируемых данных 0 и 1 несколько отличаются от паспортных:

Передача бита нуля близка к описанию

а передача бита единицы значительно отличается

эти сигналы сняты с выхода драйвера WS2812B. Опытным путем было получено, что скорость передачи не может превышать 500 кбит, если её увеличивать, то происходит потеря данных при передачи через цепочки свыше 30 светодиодов. Я склоняюсь к мнению, что драйвер отслеживает только длительность положительного импульса, длительность отрицательного, просто должна быть не меньше 0.9-1 микросекунды.

В связи с этим пример драйвера для загрузки данных в светодиоды

/*char ledred[LEDC];// массив красных где 0 - яркость в формате 0-255
 * char ledblue[LEDC];// массив синих
 * char ledgreen[LEDC];//массив зеленых
*/
//----------------------------------------------------------------------------------------
#define PORTOUT LATA2 // порт для WS2812B
// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC
void loadWS2812B (void)
{
char a,b,temp;
// формирование сброса
    PORTOUT=0;
    _delay(350);//50us
//--------------------------------
    for(a=0;a<LEDC;a++)
    {
        for(b=0;b<3;b++)
        {
            switch (b)
            {
                case 0 :
                    temp=ledgreen[a];
                    break;
                case 1 :
                    temp=ledred[a];
                    break;
                case 2 :
                    temp=ledblue[a];
            }
            // загрузка байта
            if(temp&0b10000000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b01000000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00100000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00010000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00001000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00000100)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00000010)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(2);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(2);//0.85us
            }

            if(temp&0b00000001)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(5);
                PORTOUT=0;
//                _delay(2);//0.45us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(1);//0.4us
                PORTOUT=0;
//                _delay(2);//0.85us
            }

        }
    }
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

/*char ledred[LEDC];// массив красных где 0 - яркость в формате 0-255

* char ledblue[LEDC];// массив синих

* char ledgreen[LEDC];//массив зеленых

//----------------------------------------------------------------------------------------

#define PORTOUT LATA2 // порт для WS2812B

// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC

void loadWS2812B (void)

{

char a,b,temp;

// формирование сброса

PORTOUT=0;

_delay(350);//50us

//--------------------------------

for(a=0;a<LEDC;a++)

{

for(b=0;b<3;b++)

{

switch (b)

{

case 0 :

temp=ledgreen[a];

break;

case 1 :

temp=ledred[a];

break;

case 2 :

temp=ledblue[a];

}

// загрузка байта

if(temp&0b10000000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b01000000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00100000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00010000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00001000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00000100)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00000010)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(2);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.85us

}

if(temp&0b00000001)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(5);

PORTOUT=0;

// _delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(1);//0.4us

PORTOUT=0;

// _delay(2);//0.85us

}

Пример функции приведен для PIC контроллеров 12-16-18 серии с тактовой частотой 32 МГц. Длительности в передачи последнего бита закомментированы, так как они не имеют значения, потому, что выборка следующего байта в пределах более 1 микросекунды.

Для серии PIC18.

Вариант 1. Функции для PIC18 с тактовой частотой 64 МГц.

#define PORTOUT LATC1 // порт для WS2812B
// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC
void loadWS2812B (void)
{
char a,b,c,temp;
// формирование сброса
    PORTOUT=0;
    _delay(800);//50us
//--------------------------------
    for(a=0;a<LEDC;a++)
    {
        for(b=0;b<3;b++)
        {
            switch (b)
            {
                case 0 : 
                    temp=ledgreen[a][0];
                    break; 
                case 1 :
                    temp=ledred[a][0];
                    break; 
                case 2 : 
                    temp=ledblue[a][0];
            }
            // загрузка байта
            if(temp&0b10000000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.41
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b01000000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00100000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00010000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00001000)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00000100)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00000010)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
                _delay(10);//1.00us
            }

            if(temp&0b00000001)
            {
                //формирование бита 1
                PORTOUT=1;
                _delay(12);//0.83us
                PORTOUT=0;
//                _delay(2);//1.00us
            }
            else
            {
                //формирование бита 0
                PORTOUT=1;
                _delay(5);//0.4us
                PORTOUT=0;
//                _delay(2);//1.00us
            }
        }
    }
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

#define PORTOUT LATC1 // порт для WS2812B

// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC

void loadWS2812B (void)

{

char a,b,c,temp;

// формирование сброса

PORTOUT=0;

_delay(800);//50us

//--------------------------------

for(a=0;a<LEDC;a++)

{

for(b=0;b<3;b++)

{

switch (b)

{

case 0 :

temp=ledgreen[a][0];

break;

case 1 :

temp=ledred[a][0];

break;

case 2 :

temp=ledblue[a][0];

}

// загрузка байта

if(temp&0b10000000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.41

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b01000000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00100000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00010000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00001000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00000100)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00000010)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(10);//1.00us

}

if(temp&0b00000001)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.83us

PORTOUT=0;

// _delay(2);//1.00us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

// _delay(2);//1.00us

}

Вариант 2, для PIC18, более компактный, но по быстродействию он хуже.

#define PORTOUT LATC1 // порт для WS2812B
// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC
void loadWS2812B (void)
{
char a,b,c,temp;
// формирование сброса
    PORTOUT=0;
    _delay(800);//50us
//--------------------------------
    for(a=0;a<LEDC;a++)
    {
        for(b=0;b<3;b++)
        {
            switch (b)
            {
                case 0 : 
                    temp=ledgreen[a][0];
                    break; 
                case 1 :
                    temp=ledred[a][0];
                    break; 
                case 2 : 
                    temp=ledblue[a][0];
            }
            // загрузка байта
            for(c=0;c<8;c++)
            {
                if(temp&0b10000000)
                {
                    //формирование бита 1
                    PORTOUT=1;
                    _delay(12);//0.8us
                    PORTOUT=0;
                    _delay(2);//0.45us

                }
                else
                {
                    //формирование бита 0
                    PORTOUT=1;
                    _delay(5);//0.4us
                    PORTOUT=0;
                    _delay(8);//0.85us
                }
                temp<<=1;// cдвиг переменной
            }
        }
    }
}

#define PORTOUT LATC1 // порт для WS2812B

// функция загрузки данных в ленточку, количество светодиодов задается в константе LEDC

void loadWS2812B (void)

{

char a,b,c,temp;

// формирование сброса

PORTOUT=0;

_delay(800);//50us

//--------------------------------

for(a=0;a<LEDC;a++)

{

for(b=0;b<3;b++)

{

switch (b)

{

case 0 :

temp=ledgreen[a][0];

break;

case 1 :

temp=ledred[a][0];

break;

case 2 :

temp=ledblue[a][0];

}

// загрузка байта

for(c=0;c<8;c++)

{

if(temp&0b10000000)

{

//формирование бита 1

PORTOUT=1;

_delay(12);//0.8us

PORTOUT=0;

_delay(2);//0.45us

}

else

{

//формирование бита 0

PORTOUT=1;

_delay(5);//0.4us

PORTOUT=0;

_delay(8);//0.85us

}

temp<<=1;// cдвиг переменной

}

Важное условие подключения драйвера к контроллеру.

Необходимо всегда (особенно для первого включения) устанавливать между микроконтроллером и первым драйвером резистор 430-330 ом.

Продолжение следует….

Это может быть интересно

ch-4050 – дифференциальный терморегулятор20/02/2016
ch-4050 – это не новая модель, это расширенная версия универсального терморегулятора ch-4000. Различия коснулись в появлении новой функции дифференциального регулирования. Это вид регулирования по разности температур измеренного двумя датчиками. Теперь …
Униполярный шаговый двигатель14/11/2017
В приводах различных устройств часто применяются шаговые двигатели, Шаговый двигатели различают двух типов униполярные – когда обмотки коммутируются током текущим только в одну сторону, например при помощи обычных …
Счетчики посетителей03/05/2013
Вас сосчитали!? или счетчики посетителей. Для чего нужны счетчики посетителей? Какие они бывают? ТОРГОВЛЯ. Подсчитайте, сколько ваш магазин посещает человек за день. Кок много человек приходит утром, какое количество вечером. …
PIC32MZ – прерывания (заметки)20/11/2016
Виды формирования запоминая контекста при входе в прерывания. Компилятор представляет три варианта AUTO – когда запоминания места возврата из подпрограммы возложено на программу, т.е все создается программно. Этот метод является …
ch-светомузыка и AK411315/09/2018
Пришло время вернуться к светомузыке. На сегодня использование аналогового входа стало непрактичным, на сегодня необходимо использовать S/PDIF и Toslink. С этим надо было как то разобрать, что это такое, так …
Audio-bluetooth modules F-6188 (BK8000L)07/09/2020
Следующий модуль на чипе BK8000L. Заводское обозначение F-6188 также основным производителем не выпускается и отдан на тиражирование. с нижней стороны имеет маркировку В этом варианте мне попалась вроде полноценная прошивка. …
Стробоскоп для автомобиля28/03/2013
Одним из популярных решений светового тюнинга автомобиля, мотоцикла или скутера стал эффект – “полицейский стробоскоп“. На база платы ch-c0050 реализовано несколько проектов. В этой статье приводятся две версии программы. Рекомендации …
Проект с использованием MCC часть 0611/01/2017
Изменим схему следующим образом добавим две тактовые кнопки BT1 и BT2. Теперь переключимся на конфигурацию выводов, для этого сделаем двойной клик в окне Ресурсы проекта на Pin Module. В окне Pin …
Оптосимистор и его применение23/03/2013
Эрве Кадино “Цветомузыкальные установки” Ответ на вопрос – управление мощным тиристором или симистором, от терморегулятора. Статья в pdf[wpdm_file id=129 template=”link-template-calltoaction3.php”] Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку …
LM317 и светодиоды23/03/2013
LM317 и светодиоды статья с переработанная с сайта http://invent-systems.narod.ru/LM317.htm Долговечность светодиодов определяется качеством изготовления кристалла, а для белых светодиодов еще и качеством люминофора. В процессе эксплуатации скорость деградации кристалла зависит от …