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【STM32U3评测】并不优雅的点亮WS2812

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C70EH 发布时间：2026-6-16 21:22

今天这篇文章，我们来使用Nucleo-U3C5来驱动WS2812炫彩灯组。相信玩嵌入式的应该知道，这是一个非常著名的LED灯，使用单总线通信，你只需要给它发数据，它就能根据你发的数据来点亮。

WS2812.jpg

我在去年因为项目需要做过一块这样的灯板，上面有8个WS2812。WS2812是一款对总线时序要求非常非常高的器件，别看它只只有一根通信线，但是它真的时序只要差一点点，它都不会正常工作，很考验程序和时钟的准度的，正因如此，我一直都是调用别人现成的库文件，从没有了解过它的时序，更不要说自己点亮它了。

众所周知，驱动WS 2812最常见的方法是采用PWM+DMA来驱动。由于我的灯组只有8个WS2812, 我认为开一个DMA是一个很划不来的事情，所以我采用的方法不是那么的优雅，但是也成功的驱动——PWM生成波形+CPU死等（阻塞法）实现。很多WS2812在网上都能找到对应的库文件，但是这个玩法没法玩明白它到底是怎么通信的，你只是把灯搞亮了而已。

点亮1.jpg

但最近，我自己写出了属于WS2812的驱动程序。我们先来看一下时钟树，首先这个时钟数的话，我们可以看到分给内核是6MHz，分给外设是48 MHz。

时钟树配置.png

然后再来看一下GPIO，我一共配置了这几个GPIO，这些是调试用的，正常点亮是不需要用到这些东西的。

GPIO配置.png

定时器的话，我使用了PA6对应的定时器T3，T3的CH1配置成PWM模式，然后我们可以看到重装载值为59，这样的话在48MHz的频率下正好对应它的通信频率800kHz。在这里我们需要注意，重装载值是59，也就是说占空比0-100%对应这边的0-59，所以说我们划定告诉WS2812的高电平占空比为36，低电平时间占空比为18，正好和时序要求对应。

定时器配置.png

然后我们来看一下这个程序。我们可以看到在代码里面将这些电平是发出一位之后，我们采用了死等的方式，等待这个定时器到达它的溢出值的时候移入下一位。正是使用这种方式来驱动WS2812。如果说灯数比较少的话，这种方式比用PWM+DMA要好，但是如果说你的灯特别多，那还是老老实实用PWM+DMA的方式来进行驱动吧。它还有一个好处，就是可以充分理解WS2812的工作原理。

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2026 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
#define WS2812_CCR_0 18  // 800kHz�£�0.4usԼΪ 72MHz * 0.4us = 28.8 -> ȡ27-29
#define WS2812_CCR_1 36  // 800kHz�£�0.8usԼΪ 72MHz * 0.8us = 57.6 -> ȡ55-59

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
void EXTI13_IRQHandlerCallBack(void);
void WS2812_SetColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b);
void WS2812_SendByte(uint8_t byte);
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void EXTI13_IRQHandlerCallBack(void){
    HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port,LD2_Pin);
}



void WS2812_SendByte(uint8_t byte) {
    uint8_t i;

    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // --- 第一步：根据当前位是0还是1，设置 PWM 脉宽 ---
        if (byte & 0x80) { 
            // 当前位是 1 -> 需要长高电平
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, WS2812_CCR_1);
        } else {
            // 当前位是 0 -> 需要短高电平
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, WS2812_CCR_0);
        }

        // --- 第二步：严格等待当前位发送完毕 ---
        // 清除标志位
        __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE);
        // 死等硬件计数器溢出 (耗时固定 1.25us)
        while (!__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE));

        // --- 第三步：准备下一位 ---
        byte <<= 1; // 左移，把下一位移到最高位
    }
}

void WS2812_SetColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
    // 【重要】发送期间关闭中断，防止其他任务打断导致时序错误
    // 24位数据仅需 30微秒，对系统影响极小
    __disable_irq();

    WS2812_SendByte(g); // 先发绿色数据
    WS2812_SendByte(r); // 再发红色数据
    WS2812_SendByte(b); // 最后发蓝色数据

    __enable_irq(); // 恢复中断
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
  printf("ST Chinese Forum Evaluation Plan\r\n");
    printf("Board Mode:Nucleo-U3C5\r\n");
    printf("Demo7:WS2812 Test\r\n");
    printf("Reviewer:Xiang Zhong Bli:C70E\r\n");


   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0); // 强制低电平
    HAL_Delay(500);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  { 
         for(uint8_t i=0;i<50;i++){
            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);
            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);
            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);

            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);
            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);
            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);
     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0); // 强制低电平
            HAL_Delay(50);
     } 
         for(uint8_t i=0;i<50;i++){
            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);
            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);
            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);

            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);
            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);
            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);
     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0); // 强制低电平
            HAL_Delay(50);
     } 
         for(uint8_t i=0;i<50;i++){
            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);
            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);
            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);

            WS2812_SetColor(0, i, 50-i);
            WS2812_SetColor(i, 50-i, 0);
            WS2812_SetColor(50-i, 0, i);
     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0); // 强制低电平
            HAL_Delay(50);
     } 


    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the System Power Supply
  */
  if (HAL_PWREx_ConfigSupply(PWR_SMPS_SUPPLY) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Enable Epod Booster
  */
  if (HAL_RCCEx_EpodBoosterClkConfig(RCC_EPODBOOSTER_SOURCE_MSIS, RCC_EPODBOOSTER_DIV1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_PWREx_EnableEpodBooster() != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Set Flash latency before increasing MSIS
  */
  __HAL_FLASH_SET_LATENCY(FLASH_LATENCY_2);

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_MSIS;
  RCC_OscInitStruct.MSISState = RCC_MSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.MSISSource = RCC_MSI_RC0;
  RCC_OscInitStruct.MSISDiv = RCC_MSI_DIV2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK3;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_MSIS;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB3CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
int fputc(int ch,FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
  return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

我们可以看到程序下载进去之后，就是一个幻彩LED灯的呼吸灯的效果，灯会随着时间的变化，颜色发生渐变，这就是程序现象。

设备运行1.gif

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