测试第五课，本来是准备测试一下PWM驱动 SK6812 RGB灯，
但是研究了一段时间，发现在ESP32-C3 有更好而且现成的方式 实现 SK6812 的控制，
使用PWM也不是不可以，只是对于初学者，需要多花好多时间，
所以本文还是先以ESP32-C3内置的 RMT 进行 SK6812 的控制，毕竟有现成的示例

前言

在开发板上面，我画了一个 SK6812 RGB灯，当时因为对于 SK6812没有进一步的了解，所以写的是 PWMLED ，现在已经改过来了：

在这里插入图片描述

本文我们来学习一下 SK6812全彩RGB 的使用以及 ESP32-C3 如何控制它。

ESP32-C3系列博文连接：
测试使用的开发板：
自己画一块ESP32-C3 的开发板（第一次使用立创EDA）（PCB到手）

测试使用的开发环境：
ESP32-C3 VScode开发环境搭建（基于乐鑫官方ESP-IDF——Windows和Ubuntu双环境）

基础篇系列相关博文：
ESP32-C3入门教程基础篇（一、ADC采样）
ESP32-C3入门教程基础篇（二、GPIO中断、按键驱动测试）
ESP32-C3入门教程基础篇（三、UART模块 — 与Enocean无线模块串口通信）
ESP32-C3入门教程基础篇（四、I2C总线 — 与SHT21温湿度传感器通讯）

一、 SK6812 LED基础介绍

SK6812 灯珠集成了控制电路与发光电路与一体的智能外控 LED 光源。外形与 5050 LED 灯珠是一样的。但是与普通的 LED 不同的是，他不是简单的通过高低电平来控制亮灭，它通过单线就能控制 RGB 三色的亮灭，采用了一个叫单极性归零码数据协议的通讯方式。

1.1 SK6812 控制原理

基础介绍在使用的产品的手册中都有，这里就截取我开发板使用的产品手册中的图片来说明一下：
LED在上电复位后，通过 DIN 端口接收控制器来的数据，首先送过来的 24bit 数据被第一个灯珠提取，

对于使用者来说，我们需要知道的主要是理解这个协议，然后实现手册中提到的 “0”码和“1”码，然后每一个灯珠，是由 24 bit 的数据结构组成。
（注意这里说的 24 bit 是数据结构，举个例子，如果我们使用SPI实现“0” 、“1” 码，SPI 总线发送一个字节，只是实现了一个码，只是上面 24 bit 数据结构中的 1bit ！后面会更加详细的说明这一点）

我们把对应需要了解的参数都截图说明（根据自己选用的产品规格书来确定具体参数）：
在这里插入图片描述
额外添加点说明，不同比例的三原色光相加得到彩色称为相加混色，比如：

红＋绿＝黄
红＋蓝＝紫
蓝＋绿＝青
红＋蓝＋绿＝白

举个例子：显示黄色，其RGB值为255, 255, 0。那么上面的 24bit 数据结构为：
1111 1111 1111 1111 0000 0000 （其中的1和0 是上面说的 “1”码和“0”码）

综合上面，不管使用哪一种方式，其中都是需要在 DIN 端给出符合时间要求的高低电平，才能正确的控制 SK6812：
在这里插入图片描述

1.2 SK6812 控制方案

知道了 SK6812 的控制原理，在开发板上面，我们使用一个IO口连接 DIN端，作为信号的输入端，那么就需要实现这个IO口实现符合时序的高低电平，那么有哪些实现方式呢？

1.2.1 GPIO 翻转

最终目的是需要实现规定时间的高低电平，那么最直接想到的就是直接把 GPIO 翻转速度设置成最大，然后直接置位复位 GPIO 实现高低电平。 = =！

但是仔细想一下上面的时间要求是 us 级别的，那么对于不同的芯片，不仅是因为主频不同，IO口的翻转速度当然也会不同，在网络上查看到（仅供参考）：

1、STM32

看到一篇博文直接操作寄存器222ns 采用库函数指令会延迟300ns左右，参考博文无聊测一下IO口翻转速度 STM32F103RCT6
以主频为72MHz为例，指令控制GPIO翻转，最高可达18MHz。
直接操作寄存器，单指令周期的，407超频200M的时候，IO口刚好100M

上述事件自己通过公式算一下即可：f=1/T。(T的单位是秒(s),f的单位是赫兹(Hz))。

2、ESP32

ESP32的IO口速度，简单查找没有找到说明。

3、ESP8266

ESP8266的GPIO有效翻转大约须要2.5us（0.4MHz）
ESP8266的GPIO0的翻转速度最快，配合寄存器操作可以实现

算下来，目前来说MCU的发展，还是有能够直接控制 IO 口电平实现的条件，这种简单粗暴的方式需要经过反复的测试调整，因为对于时间的控制还需要考虑很多因素。所以这里介绍一下，不过多探究。

1.2.2 SPI方式

SPI方式，SPI通讯的速度目前器件可以达到大几十Mbps，一般情况下，SPI模块的最大时钟频率为系统时钟频率的1/2。
SPI 的基础知识网上很多，在我博文《总线协议记录》也有记录。

所以通过 SPI 总线发送是比较可行的一种方式。只要将 SPI 的时钟调整为 8MHz左右（小于等于8Mhz），这样不同的 MCU下，都可以实现。

采用 8Mhz SPI，发送一个字节所需时间1.25us，满足上面 SK6812 的24bit 数据结构一个bit 的时间：

再根据 “1” 码 < 1us && >0.6us 的高电平， >0.2us的低电平，得出，SPI发送一个字节 11111100b 即表示 “1” 码，0XF0。

同理可得，SPI发送字节 11000000b 即表示 “0” 码，0xC0。

那么还是按照上面原理部分举的例子，显示黄色的 24bit 数据结构为：1111 1111 1111 1111 0000 0000

那么SPI总线发送如下的24个字节数据（十六进制），就能使得LED显示为黄色：

F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 C0 C0 C0 C0 C0 C0 C0 C0

1.2.2 PWM方式

PWM 方式也是一种常见的控制高低电平的方式，通过上面我们得知，“1”码和 “0” 码的高低电平比例为3:1. 那么就是调节占空比，“1”码的占空比为 75% ，“0”码的占空比为 25%。那么剩下的只需要把 PWM 的周期设置成 SK6812 的码元周期 > 1.2us 左右。注意占空比多少，可以根据实际情况调整。

给出2个网上的结论，仅供参考：

cycle（周期）=1.2us，占空比=50%为1，占空比=30%为0；

（833Khz ，感觉还行）

周期设置为3MHz，占空比 = 66% 为1，占空比=33%为0；

（0.33us周期，估计写错了，1MHZ还差不多， 1us）

关于ESP32 -C3 使用PWM 方式，不确定可不可以用，毕竟 ESP32 -C3 的PWM按照我们的博文流程我们还没有学习测试，下一篇博文写一下 ESP32 -C3 的PWM学习测试记录。

1.2.3 RMT方式（ESP32）

RMT，是ESP32 系列特有的一个红外发送和接收控制器，红外协议转化为信号，体现在IO上也就是高低电平。

将上面讲到的 “1” 码和 “0” 码当成红外信号，也可以实现 SK6812 的控制。下面就先来了解下 ESP32-C3 的 RMT。

二、 ESP32-C3 RMT介绍

2.1 RMT 基础介绍

在乐鑫官方 ESP32-C3 芯片手册《esp32-c3_technical_reference_manual_cn》文档中对于 RMT 有详细的介绍：
ESP32-C3手册RMT部分
在官方网站也有关于 RMT 相关API的详细介绍：乐鑫官方ESP32-C3 RMT部分说明

所以详细的资料还是可以通过上面的途径查看，这里我们需要关注的一点就是：

RMT 是如何控制 SK6812 的？

通过前面的SK6812 控制原理我们知道了，控制 SK2812 就是实现符合时间规定的高低电平，那么在ESP32-C3 芯片手册中，有提到 RMT 是如何实现此功能的，对于部分如下图：（当然如果要了解更深还是要好好查看官方的资料）

在这里插入图片描述
结合官网图片就能更容易理解：

2.2 RMT 使用介绍（API相关）

RMT 的使用基本步骤如下，但是本文我们是需要控制 SK6812 ，所以只需要了解发送相关的配置及使用：
在这里插入图片描述

首先要了解的是一个结构体，发送配置的结构体rmt_tx_config_t：
在这里插入图片描述
上述结构体内容依次是：RMT载波频率、RMT输出的电平、空闲电平状态、占空比、最大循环计数、载波使能、循环发送使能、空闲电平输出使能。

通过初始化结构体的示例，可以更好的理解：
在这里插入图片描述
RMT 输出结构体默认配置如下：

对于控制 SK6812，目前了解到 RMT 的输入配置就可以了。

三、 RMT 示例测试

3.1 IDF 示例测试

在 IDF 示例程序中，官方提供了控制 WS2812 的示例 RMT Transmit Example -- LED Strip：
在这里插入图片描述

程序的过程比较简单，SK6812的驱动和ws2812的驱动是一样的，相关的代码在components/led_strip/src/led_strip_rmt_ws2812.c 文件中。

针对自己的开发板，然后对于示例工程，简单修改一下既可以看到效果，因为示例大家都一样，这里就使用截图表示需要修改的地方：

在这里插入图片描述

在示例中EXAMPLE_CHASE_SPEED_MS 太快了，闪得我眼睛有点花，把这个时间改成了300：

#define EXAMPLE_CHASE_SPEED_MS (300)//

在我的开发板上面，本来确实是只有一个LED，但是为了测试，我飞线焊接了一个：
在这里插入图片描述

测试结果，示例的现象就是，LED不同颜色的交替闪烁，并没有渐变效果，这里上几张图勉强看看:

在这里插入图片描述

3.2 示例改渐变效果

最开始也没有一点一点的去分析驱动代码，示例代码也就看看 RMT 的配置，后面的 SK6812 驱动部分并没有仔细研究，所以测试是闪烁效果，后来想想还是不得劲，不渐变闪烁，这不得亮瞎眼= =！

所以还是得改改，所以看了看示例，其实也就是简单的修改（最后一个vTaskDelay（50）不需要，这里是以前改过的代码忘了去掉了）：
在这里插入图片描述

根据上面图示的说明，把所有时间改成如下，是基于例程基础最平滑最快速的渐变了：
在这里插入图片描述

没视频看不到= =！上张图勉强应付一下：
在这里插入图片描述

四、 SK6812 驱动代码说明

2022/6/16 更新   by 矜辰所致

最近 ESP32-C3 的学习博主已经更新完了蓝牙 GATT篇章，正准备写一篇蓝牙的小应用，计划要通过手机与开发板进行蓝牙连接，控制板子上的灯，能够渐变当然是最好了，忽然发现 SK6812 的驱动函数忘了怎么用了……

在官方示例中，给了最原始的驱动，但是感觉当时没有理解透彻，所以回过头来重新看一看。

4.1 驱动函数简析

我们在使用中，需要定义一个LED变量，比如：

static led_strip_t *strip;

我们来看一看 led_strip_t ，他是 led_strip_s 结构体类型：

struct led_strip_s {
    /**
    设置灯的颜色
    */
    esp_err_t (*set_pixel)(led_strip_t *strip, uint32_t index, uint32_t red, uint32_t green, uint32_t blue);

    /**
       更新灯的颜色
    */
    esp_err_t (*refresh)(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms);

    /**
      清除灯的颜色
    */
    esp_err_t (*clear)(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms);

    /**
    删除灯这个对象
    */
    esp_err_t (*del)(led_strip_t *strip);
};

在示例中我们都使用到了这几个函数，简单记录一下这几个函数的说明：

设置灯的颜色：

/*
参数含义：
灯的句柄，我们开始定义的变量
需要设置的灯的位置下标，从0开始，如果有很多灯，一般都是使用for循环赋值
红色的值
绿色的值
蓝色的值

*/
static esp_err_t ws2812_set_pixel(led_strip_t *strip, 
                                    uint32_t index, 
                                    uint32_t red, 
                                    uint32_t green, 
                                    uint32_t blue)

更新灯的值：

使用上面函数设置完LED颜色值后，需要调用ws2812_refresh 将颜色更新到灯条：


static esp_err_t ws2812_refresh(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms)

清除灯的颜色：

等于把等熄灭：

static esp_err_t ws2812_clear(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms)

SK2812设备注册函数：

另外还有一个函数需要注意，就是用来注册新的SK2812设备的函数：

led_strip_t *led_strip_new_rmt_ws2812(const led_strip_config_t *config)

使用此函数来注册设备，比如：

在这里插入图片描述

4.2 设置指定颜色

设置指定延时，我们可以直接使用 ws2812_set_pixel 函数，对于我们定义的结构体变量，根据示例使用即可，设置指定颜色就很简单了：

在这里插入图片描述

上图颜色绿色和红色搞反了！set_pixel(strip, 0, 255, 0, 0)是绿色，第二个是红色 !
红色和绿色对应位置好像反了，是因为ESP-IDF 驱动中的颜色处理驱动函数是反过来的：
在这里插入图片描述
为了与正常的颜色值对应，改成如下即可：

当然为了对应颜色代码（比如 #0033FF 形式）我们可以简单的做几个函数处理一下：

struct WS2812_COLOR
{
    uint8_t lamp;
    uint8_t ligth_rank;
    uint8_t lamp_speed;
    uint32_t red;
    uint32_t green;
    uint32_t blue;
};

static led_strip_t *strip;

struct WS2812_COLOR WS2812_RGB;


void RGB16for10(struct WS2812_COLOR *RGB, uint32_t reb_16)
{
    uint32_t rgb_16 = reb_16;
    RGB->blue = rgb_16 & 0Xff;

    rgb_16 = rgb_16 >> 8;
    RGB->green = rgb_16 & 0xff;

    rgb_16 = rgb_16 >> 8;

    RGB->red = rgb_16 & 0xff;
}

void set_rgb(uint32_t rgb_24bit, uint8_t ligth_rank)
{
    RGB16for10(&WS2812_RGB, rgb_24bit);
    ligth_rank = 21 - ligth_rank;
    for (int i = 0; i < LED_STRIP_NUM; i++)
    {
        strip->set_pixel(strip, i, WS2812_RGB.red / ligth_rank, WS2812_RGB.green / ligth_rank, WS2812_RGB.blue / ligth_rank);
    }

    strip->refresh(strip, 10);
}

在使用的时候，可以直接使用 set_rgb 函数：

在这里插入图片描述

如果设置其他颜色，需要查对应的表格了，在网上找了一张表格，简单看看，网上也有很多 RGB 查询工具，一搜索就可以出来：

在这里插入图片描述

4.2 几个渐变驱动

渐变的示例，通过上文官方的示例也可以做到，我这里发现一片好的文章，文章博主写了几种好的方式，博文连接如下：

ESP32使用外设RMT控制WS2812灯条

程序选自上面推荐博文：

程序一：

/**
 * @brief sin()函数从0到2π的样本值，一共255个点，最大值为255，最小值为0
 * 
 * 离散信号函数：SinValue(k)=(255*sin(2*k*π/255)+255)/2 （四舍五入取整数）
 * 
 */
uint8_t  const SinValue[256]={    128,   131,   134,   137,   140,   143,   147,   150,   153,   156,
                                159,   162,   165,   168,   171,   174,   177,   180,   182,   185,
                                188,   191,   194,   196,   199,   201,   204,   206,   209,   211,
                                214,   216,   218,   220,   223,   225,   227,   229,   230,   232,
                                234,   236,   237,   239,   240,   242,   243,   245,   246,   247,
                                248,   249,   250,   251,   252,   252,   253,   253,   254,   254,
                                255,   255,   255,   255,   255,   255,   255,   255,   255,   254,
                                254,   253,   253,   252,   251,   250,   249,   249,   247,   246,
                                245,   244,   243,   241,   240,   238,   237,   235,   233,   231,
                                229,   228,   226,   224,   221,   219,   217,   215,   212,   210,
                                208,   205,   203,   200,   198,   195,   192,   189,   187,   184,
                                181,   178,   175,   172,   169,   166,   163,   160,   157,   154,
                                151,   148,   145,   142,   139,   136,   132,   129,   126,   123,
                                120,   117,   114,   111,   107,   104,   101,    98,    95,    92,
                                89,    86,    83,    80,    77,    74,    72,    69,    66,    63, 
                                61,    58,    55,    53,    50,    48,    45,    43,    41,    38, 
                                36,    34,    32,    30,    28,    26,    24,    22,    21,    19, 
                                17,    16,    14,    13,    12,    10,     9,     8,     7,     6, 
                                5,     4,     4,     3,     2,     2,     1,     1,     1,     0,  
                                0,     0,     0,     0,     1,     1,     1,     2,     2,     3,
                                3,     4,     5,     6,     6,     7,     9,    10,    11,    12,  
                                14,    15,    17,    18,    20,    21,    23,    25,    27,    29, 
                                31,    33,    35,    37,    40,    42,    44,    47,    49,    52, 
                                54,    57,    59,    62,    65,    67,    70,    73,    76,    79, 
                                82,    85,    88,    91,    94,    97,   100,   103,   106,   109,  
                                112,   115,   118,   121,   125,   128
};
 
 
void WS2812B_ColourGradualChange1(led_strip_t *strip, uint16_t LED_Number, uint16_t GradualChangeRate)
{
    uint32_t Green=0,Red=0,Blue=0;
    uint8_t i,ir,ib;
    for(i=0;i<255;i++)
    {
        ir=i+85;
        ib=i+170;
        Green=SinValue[i];
        Red=SinValue[ir];
        Blue=SinValue[ib];
        for(int j=0; j < LED_Number; j ++){
            // 设置ws2812的RGB的值
            ESP_ERROR_CHECK(strip->set_pixel(strip, j, Red, Green, Blue));
        }
 
        // 给WS2812发送RGB的值
        ESP_ERROR_CHECK(strip->refresh(strip, 100));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(GradualChangeRate));
    }
}
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「milk_docker」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/tian_milk/article/details/123585610

程序二：

// 必须包含math.h库
#include <math.h>
 
void WS2812B_ColourGradualChange2(led_strip_t *strip,uint16_t LED_Number,uint16_t GradualChangeRate)
{
    uint32_t Green=0,Red=0,Blue=0;
    for(uint16_t i=0; i<628; i++)
    {
        // 使用sin()函数分别计算三原色的值
        Green = (int)(127*sin(i/100.0)+127);
        Red = (int)(127*sin((i+209.3)/100)+127);
        Blue = (int)(127*sin((i+418.7)/100)+127);
        for(int j=0; j < LED_Number; j ++){
            // 设置ws2812的RGB的值
            ESP_ERROR_CHECK(strip->set_pixel(strip, j, Red, Green, Blue));
        }
 
        // 给WS2812发送RGB的值
        ESP_ERROR_CHECK(strip->refresh(strip, 100));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(GradualChangeRate));
    }
}
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「milk_docker」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/tian_milk/article/details/123585610

第三个参数为渐变时间，测试过最小时间可能需要设置为 10 ，也就是10ms（设置为5ms灯不会亮……）

程序三：

void WS2812B_TrottingHorseLamp1(led_strip_t *strip, uint16_t LED_Number, uint16_t GradualChangeRate)
{
    uint32_t Green=0,Red=0,Blue=0;
    uint8_t i,ir,ib;
    for(i=0;i<256;i++)
    {
        ir=i+85;
        ib=i+170;
        for(int j=0; j < LED_Number; j ++){
            // 根据灯珠的位置计算RGB的值
            Green = SinValue[(i+10*j)%256];
            Red = SinValue[(ir+10*j)%256];
            Blue = SinValue[(ib+10*j)%256];
            // 设置ws2812的RGB的值
            ESP_ERROR_CHECK(strip->set_pixel(strip, j, Red, Green, Blue));
        }
 
        // 给WS2812发送RGB的值
        ESP_ERROR_CHECK(strip->refresh(strip, 100));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(GradualChangeRate));
    }
}
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原文链接：https://blog.csdn.net/tian_milk/article/details/123585610

最后这个自己没有测试过，有机会再用起来。

结语

第一次的时候求速度，回头再看一遍感触颇多。

<3 学习就得做到温故而知新 O(∩_∩)O <3

ESP32-C3入门教程基础篇（五、RMT应用 — 控制SK6812全彩RGB 灯）

前言

一、 SK6812 LED基础介绍

1.1 SK6812 控制原理

1.2 SK6812 控制方案

1.2.1 GPIO 翻转

1.2.2 SPI方式

1.2.2 PWM方式

1.2.3 RMT方式（ESP32）

二、 ESP32-C3 RMT介绍

2.1 RMT 基础介绍

2.2 RMT 使用介绍（API相关）

三、 RMT 示例测试

3.1 IDF 示例测试

3.2 示例改渐变效果

四、 SK6812 驱动代码说明

4.1 驱动函数简析

4.2 设置指定颜色

4.2 几个渐变驱动

结语

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ESP32-C3入门教程 基础篇（五、RMT应用 — 控制SK6812全彩RGB 灯）

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1.1 SK6812 控制原理

1.2 SK6812 控制方案

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1.2.2 SPI方式

1.2.2 PWM方式

1.2.3 RMT方式（ESP32）

二、 ESP32-C3 RMT介绍

2.1 RMT 基础介绍

2.2 RMT 使用介绍（API相关）

三、 RMT 示例测试

3.1 IDF 示例测试

3.2 示例改渐变效果

四、 SK6812 驱动代码说明

4.1 驱动函数简析

4.2 设置指定颜色

4.2 几个渐变驱动

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