基于STM32和51单片机的8位全彩流水灯程序模板

基于STM32和51单片机的8位全彩流水灯程序模板

一、硬件连接方案（以STM32为例）

1. 接口定义（RGB LED阵列）

2. 电路设计要点

• 每个LED采用共阴极连接
• 串联220Ω限流电阻
• 使用WS2812B芯片实现级联控制（可选）

二、STM32实现代码（HAL库）

1. 初始化配置

// 定义LED控制结构体
typedef struct {
   
    GPIO_TypeDef* R_Port;
    uint16_t    R_Pin;
    GPIO_TypeDef* G_Port;
    uint16_t    G_Pin;
    GPIO_TypeDef* B_Port;
    uint16_t    B_Pin;
} RGB_LED;

RGB_LED leds[8] = {
   
    {
   GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIOA, GPIO_PIN_2},
    {
   GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIOA, GPIO_PIN_5},
    //...其他LED配置
};

// 定时器配置（用于流水控制）
void TIM3_Init(void) {
   
    TIM_HandleTypeDef htim3;
    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 8400-1;  // 100kHz
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 10000-1;    // 1秒周期
    HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
}

2. 核心控制算法

volatile uint8_t current_led = 0;
volatile uint8_t direction = 1;

// 中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void) {
   
    if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE)) {
   
        // 关闭所有LED
        for(int i=0; i<8; i++) {
   
            HAL_GPIO_WritePin(leds[i].R_Port, leds[i].R_Pin, GPIO_PIN_RESET);
            HAL_GPIO_WritePin(leds[i].G_Port, leds[i].G_Pin, GPIO_PIN_RESET);
            HAL_GPIO_WritePin(leds[i].B_Port, leds[i].B_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        }

        // 设置当前LED颜色（示例：彩虹渐变）
        set_led_color(current_led, rainbow_color(current_led));

        // 更新流水方向
        current_led += direction;
        if(current_led == 8 || current_led == -1) {
   
            direction ^= 1;
            current_led = (current_led == -1) ? 7 : 0;
        }
    }
}

// 颜色设置函数
void set_led_color(uint8_t index, uint32_t color) {
   
    leds[index].R_Pin = (color & 0xFF0000) >> 16;
    leds[index].G_Pin = (color & 0x00FF00) >> 8;
    leds[index].B_Pin = (color & 0x0000FF);
}

// 彩虹色生成算法
uint32_t rainbow_color(uint8_t pos) {
   
    pos &= 0x0F;  // 限制在0-15色相范围
    return HSV_TO_RGB(pos * 17, 255, 255);  // 饱和度255，亮度255
}

三、51单片机实现代码（传统寄存器操作）

#define LED_PORT P1
#define DELAY_MS 100

unsigned char code rainbow[] = {
   
    0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80  // 位掩码数组
};

void main() {
   
    unsigned char i = 0;
    unsigned char dir = 1;

    while(1) {
   
        // 点亮当前LED
        LED_PORT = rainbow[i];
        DelayMs(DELAY_MS);

        // 流水控制
        i += dir;
        if(i == 8 || i == 0) dir = -dir;
    }
}

// 精确延时函数（12MHz晶振）
void DelayMs(unsigned int ms) {
   
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < ms; i++)
        for(j = 0; j < 123; j++);
}

四、多模式控制方案

1. 模式切换逻辑

typedef enum {
   
    MODE_STATIC,
    MODE_SCROLL,
    MODE_FADE,
    MODE_RAINBOW
} DisplayMode;

DisplayMode current_mode = MODE_SCROLL;

// 模式切换函数
void switch_mode(DisplayMode new_mode) {
   
    current_mode = new_mode;
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);  // 停止定时器
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 重启定时器
}

2. 渐变效果实现

void fade_effect() {
   
    static uint8_t brightness = 0;
    static int8_t step = 1;

    for(int i=0; i<8; i++) {
   
        uint16_t duty = (brightness * 255) / 100;
        set_led_pwm(i, duty);
    }

    brightness += step;
    if(brightness == 100 || brightness == 0) step = -step;
}

五、硬件加速方案

1. DMA传输配置（STM32）

void DMA1_Init(void) {
   
    DMA_HandleTypeDef hdma1;
    hdma1.Instance = DMA1_Channel2;
    hdma1.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    hdma1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    HAL_DMA_Init(&hdma1);

    // 配置DMA传输
    HAL_DMA_Start(&hdma1, (uint32_t)color_buffer, 
                 (uint32_t)GPIOA_BASE, 24);
}

2. PWM调光配置

void PWM_Init(void) {
   
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {
   0};

    // 配置通道1为PWM模式
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 1000;  // 50%占空比
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
}

六、调试与优化建议

1. 示波器观察：检查PWM波形占空比是否准确

2. 电流检测：串联采样电阻监测LED电流

3. 低功耗优化：

   // 进入睡眠模式
   __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
   HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);
   

参考代码 带单片机8位全彩流水灯程序模板V1 www.youwenfan.com/contentalf/70075.html

七、完整工程结构

LED_Project/
├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   ├── led.h
│   │   └── color.h
│   └── Src/
│       ├── main.c
│       ├── led.c
│       └── color.c
├── Drivers/
│   ├── CMSIS/
│   └── STM32F1xx_HAL_Driver/
└── Middlewares/
    └── USB_Device/  // 可选调试接口

八、扩展功能实现

1. 手机APP控制（蓝牙）

// HC-05蓝牙模块配置
void BT_Init() {
   
    UART_HandleTypeDef huart1;
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 9600;
    HAL_UART_Init(&huart1);
}

// 命令解析
void parse_command(char *cmd) {
   
    if(strcmp(cmd, "RED_ON") == 0) {
   
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, SET);
    }
    //...其他命令处理
}

2. 物联网对接（WiFi）

// ESP8266模块配置
void WIFI_Init() {
   
    UART_HandleTypeDef huart2;
    huart2.Instance = USART2;
    huart2.Init.BaudRate = 115200;
    HAL_UART_Init(&huart2);

    // 发送AT指令
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+MQTTCONNECT\r\n", 17, 1000);
}

通过上述模板，可快速实现8位全彩流水灯系统。建议根据实际硬件调整GPIO配置，并通过示波器验证时序参数。