灯厂们背后的MCU，看LPC如何花式点灯(之四)

NXP管管

灯厂们背后的MCU，看LPC如何花式点灯(之四)

前期索引：

之一：基础介绍 + SPI点灯

之二：EZH点灯

之三：双核点灯

本期介绍如何使用LPC55S69片上的SCT实现驱动WS2812灯带。


SCT作为LPC系列非常有特色的一个定时器来讲，虽然做WS2812灯控不太划算，但是用WS2812作为例子稍微了解下如何使用SCT是完美的方法。


在NXP官方的SCT cookbook里也专门有一章讲WS2811的驱动例子的，WS2811的时序和WS2812差不多，当然WS2813也是... 所以攻城狮一直很想用SCT试试，刚好这次一把抓了。


SCT用来做WS2812的控制有一点不太好，就是需要中断的介入，虽然开销不大，总归没有EZH之类的完全不占资源来的舒服。所以这里还是以学习为主。

SCT介绍

SCT是NXP独创的一种定时器，结合了状态机的概念。所以这个SCT定时器既可以完成普通的定时器功能，也可以具有状态机的功能，帮助用户自动切换不同的状态而无需MCU内核参与。具体的使用方面，NXP提供了一份cookbook，里边详细的介绍了SCT可以实现哪些功能，带死区的PWM，多通道PWM，RC5编解码等等。具体搜索AN11538即可。

SCT功能框图

SCT实现WS281x的优点

使用cookbook中的例程实现WS281x的控制还是比较简单的，例程使用SCTimer/PWM定时器的半组（16bit）定时器（原理是SCT是一个32bit的定时器，可以拆分成2组16bit的定时器），6个事件（events）和12个状态，基本上这个SCT除了驱动WS281x外还有额外50%的能力去干别的，前提是16bit定时器够用的情况下。
按照cookbook介绍，使用SCT的好处有
仅使用了其中1个16bit定时器，另外一个16bit定时器还可以做其他用途

使用了预分频将SCT的时钟降到最低，以降低功耗

自动的发送24bit的RGB数据，具有双缓冲的功能

每帧（既一个WS281x灯颗粒）产生一次中断，为CPU留足了时间处理下一帧的数据

数据发送完成后SCT自动挂起

自动产生RESET信号

SCT针对WS281x的配置

我们通过配置CONFIG.UNIFY=0来实现拆分SCT为两个16bit定时器。

匹配寄存器


MATCH0/MATCHREL0用来控制WS281x的频率，对WS2812来讲就是800kHz
MATCH1/MATCHREL1用来设置T1H的时间
MATCH2/MATCHREL2用来设置T0H的时间
也许你们忘了什么是T1H，什么是T0H，这里放张图恢复下记忆

输入和输出

给WS281x数据信号的管脚可以是任意SCTx_OUTx，只要我们按照代码要求设置好对应状态下的输出SET和CLR的寄存器即可。
这里cookbook的实例还用了一个辅助用的输出功能，用来实现双缓冲区机制，也可以把这个输出功能设置到任意SCT输出，也可以不引到实际的物理引脚，具体看用户使用情况。
我们这次的例子，使用SCT0_OUT5既PIO0_26为WS2812的DATA IN数据输入信号，SCT0_OUT4既PIO1_3为辅助观测的信号输出。
状态

利用SCT状态机的机制，可以帮助我们自动的完成WS281x数据的循环发送。由于芯片配置的原因，一些LPC的SCT最多只有15个状态（比如LPC1500），所以我们不得不考虑采用2次burst传输12bits数据（使用了12个状态）方式，完成一个WS281x RGB的数据。
每个bit传输完成后，状态机会从状态11开始向下做状态迁移。最后一个bit传输完成后，SCT状态机会迁移到状态0，状态机自动切换到状态11并开始下一次12bit的数据传输。状态11意味发送的是最高位（MSB），状态0发送的是最后一个bit（LSB）。
根据状态机的设置，每当开始传输一个新的bit的时候，SCT的Data OUT输出为高电平，此时SCT的两个匹配寄存器会先设置定时器的T0H(MATCH1,EV13)和T1H(MATCH2,EV14)触发事件，这个触发事件会自动清除Data输出（既输出0）。如果没有新的事件（Event）发生则Data输出信号一直为0。
为了实现双buffer的机制，这里我们需要另外一个事件来决定在另外一个12个状态里每个状态传输的bit是0还是1。这里官方的例子用的是事件12。

SCT状态配合WS281x信号传输

SCT如何操作生成

WS281x的时序

关于如何操作SCT生成时序，各位可以参考如下步骤：
配置SCT为Split模式，既16bit计数，分成2个SCTimer


配置匹配寄存器
a. MATCHREL0 = 系统时钟/DATA_SPEED - 1
b. MATCHREL1 = 32% x 系统时钟/DATA_SPEED - 1
c. MATCHREL2 = 68% x 系统时钟/DATA_SPEED - 1

配置事件：
a. 事件 15: MATCH0, 所有状态，DATA = 1 和 STATE += 31
b. 事件 14: MATCH2, 除了0状态外的所有状态， DATA = 0
c. 事件 13: MATCH1, 所有状态，DATA = 0
d. 事件 12: MATCH1 && AUX==0, 所有的状态 [11:0]需要输出逻辑1的， DATA = 1
e. 事件 11: MATCH1 && AUX==1, 所有的状态 [11:0]需要输出逻辑1的， DATA = 1
f. 事件 10: MATCH2,状态0, IRQ, AUX = 翻转，STATE = 12


传输一组数据

暂停SCT定时器
预先复位SCT定时器，将WS281x复位的时间值赋值给COUNT_H，以产生复位的低电平信号。

设置STATE_L 为 12。

将发送的数据分成2个12bit的数据配置到Event12和Event11的状态寄存器中，确保这两个寄存器的bits[31:12]为0.

启动定时器L

中断处理

当一帧（12bit）的数据传输完成后，会触发一次中断。

如果是最后一帧，则停止定时器

读取g_WS2812SCTCount，如果是奇数（既24bit数据头12bit传输完成），则把下次传输的24bit数据拆成2个12bit。如果是偶数（既24bit数据后12bit传输完成），则把上次拆分的2个12bit数据分别配置进Event12和Event11

中断中配置Event12和Event11

输出的波形

实际的点灯代码

实际的点灯代码的API，我这边将SPI，EZH，双核，SCT都是统一的，main函数里边的内容一样，参考EZH那篇（之二）末尾介绍的API即可。

阅读全文