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瑞萨RA0单片机连载之SPI驱动WB2812B

作者：lulugl 时间：2025-07-15 来源：
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1   前言

WS2812B是一种数字可编程LED灯条，也被称为NeoPixel。它由RGB（红、绿、蓝）三种颜色的LED组成，并集成了控制电路和信号处理功能。每个WS2812B LED 都有一个唯一的地址，并可以通过单个数据线进行串联连接。

WS2812B具有以下特点：

高度可编程性：每个LED可以独立地设置颜色和亮度，因此可以实现各种动态效果和彩色变化。

简单的控制接口：WS2812B使用单个数据线进行通信，通过发送特定的序列来控制每个LED的颜色和亮度。

低功耗：WS2812B采用高效的LED驱动技术，具有较低的功耗，适合电池供电的应用。

灵活的应用：WS2812B可广泛应用于室内装饰、灯光艺术、电子产品原型设计等领域，具有丰富的创意空间和应用场景。

24bit数据结构

G7 G6 G5 G4 G3 G2 G1 G0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

注：高位先发，按照GRB 的顺序发送数据。

2   引脚图

image.png

引脚功能


序号
符号
管脚名

功能描述

1
VDD
电源
供电管脚
2
DOUT
数据输出
控制数据信号输出
3
VSS
地
信号接地和电源接地
4
DIN
数据输入
控制数据信号输入


当然，在使用的过程中，我们往往会使用不止一个LED灯，会将多个灯级联成灯带或者灯板，我们这次使用的就是灯板。

具体级联方式如下：

典型应用数据：外围电路不需要加滤波电容

1752577967649450.png

其中DIN作为数据的输入端，每个LED需要24位数据控制，多出的数据会通过DOUT 引脚传递给下一个LED，以此类推，当WS2812 接收到280us 以上的低电平时，数据被写入LED，灯的颜色改变。

以下是数据的表示方法：

数据传输时间

T0H
0码，高电平时间
220ns~380ns
T1H
1码，高电平时间
580ns~1μs
T0L
0码，低电平时间
580ns~1μs
T1L
1码，低电平时间
580ns~1μs
RES
帧单位，低电平时间
280μs以上

时序波形图

输入码型：

image.png

连接方法：

image.png

此次我采用SPI 的方式来驱动。SPI的时钟调整为8MHz，发送一字节正好是1.25us，给ws2812 发送0即通过SPI 总线发送11000000b，发送1 即通过SPI 总线发送11111100b，非常巧妙的一种方式。

根据以上原理，我先配置SPI的stack如下：

1752578342755780.png

经查看原理图，配置SPI 的MOSI 为P101。

生成工程后，编写代码ws2812b.c 如下：

view plaincopy to clipboardprint?

1. #include “ws2812.h”

2.

3. static uint8_t spidate[SPIBUFL] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

4. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00,

5. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00,

6. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00,

7. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00,

8. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00,

9.

10. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

11. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

12. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

13.

14. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

15. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

16. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

17.

18. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

19. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

20. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

21.

22. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

23. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

24. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

25.

26. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

27. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

28. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

29.

30. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

31. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

32. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

33.

34. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

35. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

36. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8,

37.

38. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

39. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

40. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

41.

42. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

43. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

44. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

45.

46. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

47. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

48. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

49.

50. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

51. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

52. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

53.

54. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

55. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

56. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

57.

58. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

59. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

60. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0,

61.

62. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

63. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

64. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8,

65.

66. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8,

67. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8,

68. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8,

69.

70. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8, 0xf8,

71. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8, 0xf8,

72. 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xc0, 0xf8, 0xf8, 0xf8, 0xf8

73. };

74.

75. void ws2812Init(void)

76. {

77. R_SAU_SPI_Open(&g_spi0_ctrl, &g_spi0_cfg);

78.

79. }

80.

81. void show(void)

82. {

83. R_SAU_SPI_Write(&g_spi0_ctrl, spidate,SPIBUFL, SPI_BIT_WIDTH_8_BITS);

84. R_BSP_SoftwareDelay(80, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS);

85. }

86.

87. void clear(void)

88. {

89. memset(& spidate[NUMRES], 0xc0, (NUMPIXELS) * 3 * 8);

90. }

91.

92. void setPixelColor(uint16_t n, uint8_t g, uint8_t r, uint8_t b)

93. {

94. if (n < NUMPIXELS) {

95. uint8_t *p;

96. p = &spidate[NUMRES + n * 24];

97. for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)

98. {

99. *(p + i) = (0 == (g & (1 << (7 - i)))) ? 0xc0 : 0xf8;

100. }

101. for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)

102. {

103. *(p + i + 8) = (0 == (r & (1 << (7 - i)))) ? 0xc0 : 0xf8;

104. }

105. for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)

106. {

107. *(p + i + 16) = (0 == (b & (1 << (7 - i)))) ? 0xc0 :0xf8;

108. }

109. }

110. }

ws18b20c.h：

view plaincopy to clipboardprint?

1. #ifndef WS2812_H_

2. #define WS2812_H_

3. #include “hal_data.h”

4.

5. #define NUMPIXELS (8)

6. #define NUMRES (60)

7. #define SPIBUFL ((NUMPIXELS) * 3 * 8 + NUMRES)

8.

9. void ws2812Init(void);

10. void show(void);

11. void clear(void);

12. void setPixelColor(uint16_t n, uint8_t g, uint8_t r, uint8_t b);

13.

14. #endif /* WS2812_H_ */

在主函数中添加测测试代码如下：

view plaincopy to clipboardprint?

1. void sau_spi_callback(spi_callback_args_t *p_args)

2. {

3. (void)p_args;

4. /* TODO: add your own code here */

5. }

6.

7. /*******************************************************************************************************************//**

8. * main() is generated by the RA Configuration edi tor and is used to generate threads if an RTOS is us ed. This function

9. * is called by main() when no RTOS is used.

10.**********************************************************************************************************************/

11. void hal_entry(void)

12. {

13. /* TODO: add your own code here */

14. ws2812Init();

15.

16. while(1)

17. {

18. clear();

19.

20. for(uint8_t i = 0; i < NUMPIXELS; i++)

21. {

22. setPixelColor(i, i*8+2, i*2, i*15);

23. show();

24. R_BSP_SoftwareDelay(50, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);

25. }

26.

27. }

28.

29.

30. #if BSP_TZ_SECURE_BUILD

31. /* Enter non-secure code */

32. R_BSP_NonSecureEnter();

33. #endif

34. }

代码的主要思路是，将写入buff先清零，然后向数据中写信指定个数的RGB 数据，最后刷新到spi 总线之中。

（本文来源于《EEPW》202507）
关键词： 202507

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