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
Светодиоды со встроенным драйвером WS2812B описание драйвера
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
|
1 |
#define LEDC 72 // количество светодиодов ws2812b на полметра ленты. |
- Описать цветовые массивы
|
1 2 3 |
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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 |
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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 |
/*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.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 |
#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.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 |
#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
PIC18 – System ArbitrationСистемный арбитр. Разрешает доступ к памяти между выборами уровнями системы (т.е. Main, Interrupt Service Routine) и выбором периферийных устройств (т.е. DMA и Scanner) на основе назначенных пользователем приоритетов. Каждый из уровней …
MCC PIC24 – модуль OUTPUT COMPARE – в режиме генератора звуковых сигналовПри проектировании простых устройств автоматики, часто необходимо иметь механизм звукового оповещения. Самый верхний уровень, это формирование голосовых сообщений, но об этом, как то по позже… В самом примитивном варианте можно …
Униполярный шаговый двигательВ 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 …
MCC – K42 – настройка модуля DMAMCC – в версии v.3.95.0 и начиная ядра 4.85.0 конфигуратор предоставляет графический интерфейс для настройки модуля DMA. Для начала: Посмотреть какая версия МСС можно в закладке версии, если у вас …
Ссылки на интересные источникиСбор 3D моделей от André L’Hérault конденсаторы, резисторы, индуктивности dropbox IPC-SM-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard Видео уроки по Altium designer Alexey Sabunin https://www.youtube.com/channel/UCG7N5CqXpyK8nQjr1EmMgng Сергей Булавинов https://www.youtube.com/channel/UCISAMXRnN_Qw9UTjUwZI1Jw Robert Feranec https://www.youtube.com/user/matarofe Самый быстрый, …
NeoPixel LED и PIC18Еще раз об управлении светодиодами на драйвере WS2812 и ему подобных. Как известно эти светики управляются по однопроводной шине. Основная особенность, что программно можно описать передачу данных, но это …
Оптосимистор и его применениеЭрве Кадино “Цветомузыкальные установки” Ответ на вопрос – управление мощным тиристором или симистором, от терморегулятора. Статья в pdf Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка …
CCP модуль для декодирования ИК-кодов пультов ДУМножество изготовителей для своих пультов дистанционного управления на ИК лучах используют принцип широтно-импульсной модуляции. В таких кодах бит единицы представляется импульсом большой длительности, а ноль импульсом короткой длительности. Внешний вид …
MPLAB® Code Configurator and EncoderЕще раз про энкодер… Для некоторых приложений очень удобно и экономически выгодно, для настройки и управления использовать энкодер. Такие энкодеры имеют строенную тактовую кнопку которую можно применить для выбора режимов работы …
Проект с использованием MCC часть 14С выводом данных на дисплей мы справились (но могу сразу сказать библиотеку графики к этой статьи пришлось доработать, поэтому в этом проекте она обновлена). У нас на текущем этапе имеется …
