WS2812をArduinoから制御する

Datasheet

Datasheet

0/1 フォーマット

|値|HIGH/LOW|概要|時間|誤差|
|:--|:--|:--|:--|:--|:--|
|T0H| 0 |high voltage time| 0.40us | ±150ns |
|T1H| 1 |high voltage time | 0.8us | ±150ns |
|T0L| 0 |low voltage time | 0.85us | ±150ns |
|T1L| 1 |low voltage time | 0.45us | ±150ns |
|RES| |low voltage time Above | 50µs |

データフォーマット

24bitの色データ

Green(8bit)	Red(8bit)	Blue(8bit)

データ構造

50usのRETが続いた場合、新しいデータとみなす。1つめのデータは、LED1が抜き取り発色する。2つめのデータは、２番目のLED2が抜き取り発色する。50us以内でデータを結合し、流すだけでマイコンが自分のデータを抜き出し発色する。

Delay

delayMicroseconds()は、2usのdelayが可能。これだと遅すぎる。

ArduinoのUNOのクロックは、16MHz

1/16MHz = 0.0625us

1周期 0.0625us。

割り込みMacro

sei()
cli()

をつかって、処理中割り込みを防ぐ。

ArduinoのPORT

Sample

１２個のLEDを光らすサンプルですが、変色、うまく色が出せない。

sample

# define PORTA1_HIGH 0b1
# define PORTA1_LOW 0b0
# define BYTENUMBER 8
# define NUBEROFLED 12

const uint8_t bitShift = BYTENUMBER - 1 ;
uint8_t colorData[36] = {5,5,5, 
                         5,5,5,
                         5,5,5, 
                         5,5,5, 
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5,
                         5,5,5};

void setup() {
 DDRC = 1; // PORTCを出力に
 PORTC = 0b0; // PORTCに 00000000を設定（全部LOW)
}

void loop() {

  sei();
  for(int i = 0; i<NUBEROFLED; i++){
    send(colorData[i*3], colorData[i*3+1], colorData[i*3+2]);
  }
  cli();
  reset();
  delay(100);
}

void send(uint8_t g, uint8_t r, uint8_t b){
 for(int i = 0; i < BYTENUMBER; i++){
   if(g & (1 << (bitShift-i))){
     led_one();
   } else {
     led_zero();
   }
 }

 for(int i = 0; i < BYTENUMBER; i++){
   if(r & 1 << ((bitShift-i))){
     led_one();
   } else {
     led_zero();
   }
 }
 for(int i = 0; i < BYTENUMBER; i++){
   if(b & 1 << ((bitShift-i))){
     led_one();
   } else {
     led_zero();
   }
 }
}

void led_zero(){

   // HIGH: 0.35us
   PORTC |= PORTA1_HIGH; //T 2
   asm(" nop"); //T 3
   asm(" nop"); //T 4
   asm(" nop"); //T 5
   asm(" nop"); //T 6  6 * 0.0625 = 0.375us

   // LOW: 0.8us
   PORTC &= PORTA1_LOW; //T 8
   asm(" nop"); //T 9
   asm(" nop"); //T 10
   asm(" nop"); //T 11
   asm(" nop"); //T 12
   asm(" nop"); //T 13
   asm(" nop"); //T 14
   asm(" nop"); //T 15
   asm(" nop"); //T 16
   asm(" nop"); //T 17
   asm(" nop"); //T 18
   asm(" nop"); //T 19 13 * 0.0625 = 0.8125us
}

void led_one(){

   // HIGH 0.7us
   PORTC |= PORTA1_HIGH; // T 2
   asm(" nop"); // T 3
   asm(" nop"); // T 4
   asm(" nop"); // T 5
   asm(" nop"); // T 6
   asm(" nop"); // T 7 
   asm(" nop"); // T 8
   asm(" nop"); // T 9
   asm(" nop"); // T 10
   asm(" nop"); // T 11 11 * 0.0625 = 0.6875us

   // LOW 0.6us
   PORTC &= PORTA1_LOW; // T 13
   asm(" nop"); // T 14
   asm(" nop"); // T 15
   asm(" nop"); // T 16
   asm(" nop"); // T 17
   asm(" nop"); // T 18
   asm(" nop"); // T 19
   asm(" nop"); // T 20
   //asm(" nop"); // T 21 10 * 0.0625 = 0.625 
}

void reset(){
 PORTC &= PORTA1_LOW;
 for(int i = 0; i < 60; i++){ 
   asm(" nop");
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
   asm(" nop"); 
 }
}

実行結果

highは狙った通りの状態になっていますが、lowは長くなる。24bit間の時間が3000usとなり大きく遅延する。LEDはRest状態だと勘違いしLEDがチラツキ始める。

原因

クロックは正常に動いているが、ビットを出力する前後に遅延があり、if文などの条件分岐やビット演算に時間がかかる。