Бегущие огни на WS2812B

Visits: 4823

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:

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:

1. Сформировать условие СТАРТ – отрицательный импульс длительностью не менее 50 us.
2. Начать передавать данные по битам. Данные передаются старшим битом в перед, каждый бит должен быть сформирован с учетом выше описанных условий.
3. Для управления одним RGB светодиодом необходимо передать 24 бита.
4. Если в цепочке N- светодиодов, то необходимо передать N*24 бит.
5. 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.

•  Описать цветовые массивы

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);
        }

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
            }

        }
    }
}

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
            }
        }
    }
}

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
            }
        }
    }
}

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