灯厂们背后的MCU，看LPC如何花式点灯(之一)

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灯厂们背后的MCU，看LPC如何花式点灯(之一)


近几年，PC领域随着电竞类的键盘鼠标加灯的风潮，各种带有花式“光污染”的PC外设被推到市场上来，这些“神光同步”的PC外设背后离不开高性能MCU去协助点灯这项工作，反正神光一亮性能立马提升10%。
在灯光方案的选择上，WS2812这类单线制串行LED灯珠被应用的最广，而且很多LPC Inside的键鼠设备也许正躺在各位臭打游戏的桌面上，所以本文以WS2812为基础，逐一介绍如何用LPC单片机上的不同的外设实现同样的驱动WS2812这类串行LED灯带。


这个系列我计划分成多篇，这是第一篇讲基础和SPI的方式实现，第二篇讲SCT，EZH的实现，双核点灯，第三篇讲如何移植NeoPixel-KnightRider到MCU，实现花式点灯。


首先介绍下WS2812
WS2812是一种5050封装，集成了电流控制芯片的低功耗的RGB三色灯，是各种LED灯带的灵魂所在。WS2812采用串行级连接口，可以实现256级亮度的三基色颜色显示即完成16777216种颜色的显示且扫描频率不低于400Hz，刷新速率30帧/秒时，级连数不小于1024点，串行数据发送速度可达800Kbps。

WS2812单灯模块

WS2812灯带在某宝上有各种规格：66灯的、144灯的、密封的5m、密封的1m、裸露的5m、裸露的1m、等等。

WS2812灯带

WS2812功能引脚及驱动协议

WS2812引脚功能图

WS2812级联示意图

WS2812时序波形图

WS2812 RGB数据结构

如何用LPC55S69 驱动WS2812
了解完WS2812的时序后，我们分析下LPC55S69上的外设，目前评估下来，可以用LPC55S69上的SPI、SCT定时器，EZH或者用双核里的那个小核控制GPIO口这四种方案来实现，本文会介绍SPI的方式，之后的文章会分别介绍SCT、EZH以及双核实现。
SPI接口实现分析
由分析WS2812的时序可知，0码和1码代表的是占空比的不同，我们可以用SPI传输的8个bit中的1和0的个数不同来表示0码和1码，即0码可以是由 01110000 来表示，1码可以是01111100来表示。
WS2812的基础通信时钟是800kbps，SPI是8bit传输的，所以SPI的时钟频率应该定在800kbps x 8 = 6.4Mbps。

SDK里如何设置SPI的时钟

这样我们就可以建立一个WS2812显示颜色用的数组uint8_t g_WS2812TxBuf[WS2812_PIXELS*24+100]，x24 的原因是一个WS2812需要RBG 3个色元，各8bit。
虽然用SPI控制WS2812比较简单，但是各位看官也看到了，这种办法是比较吃RAM的， 还好LPC55系列的RAM都不是一般的大，足够应对。

复位
WS2812的50uS以上的低电平复位信号是比较容易实现，可以通过控制GPIO的高低状态就可以实现。当然我们也已利用SPI发送数据0实现，LPC55的这个demo我们是用SPI发送0数据产生复位信号的，我们把用于SPI发送的数据额外多设置100个字节，开始的100个字节填充0，这样我们就可以产生复位信号了。

SPI传输用的数组为了复位信号多加了100个字节

时钟精度
结合LPC55的SDK，为了得到比较精确的6.8Msps的SPI传输速率，我们得把MCU的主频提升至比较高的级别，这里我们用LPC55上的96MHz的高速FRO作为MCU的时钟源，这样可以达到比较好的能耗平衡。
将SDK里SPI初始化中关于时钟部分改成6800000Hz。
在96MHz基础上去得到6.8MHz是肯定有偏差的，实际我们得到的SPI时钟频率是6.857MHz，好在WS2812实际允许的150nS的偏差的。我们这种方法实际是可以完美驱动WS2812的。
当然如果是强迫症，我们可以用LPC55上的PLL来生成完美匹配6.8MHz的频率的主频，比如68MHz，136MHz等给内核用。这样做无非是略微增加了一点功耗。
用轮询（Polling）的方式实现SPI数据传递给WS2812
轮询的方式实现比较简单，我们传输的是固定的数据，所以我就没有用SDK的标准API，自己实现了非常直接的发送函数：

SPI发送函数

点灯前别忘设置灯的个数
如果我们用的WS2812灯带有8个灯，在drv_ws2812_spi.h里修改LED的数量：

修改WS2812 显示的颜色API

呈现效果

LPC55S69点WS2812

下面是个演示小视频：

文章出处：恩智浦MCU加油站

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