2.4 RGB LED with WS2811 driver

2.4 RGB LED with WS2811 driver原理RGB colorRGB LED 燈LED 陣列WS2811 LED DRIVER下載外掛libraryLED獨立控制電路圖程式碼說明預設彩虹燈電路圖程式碼說明

原理

RGB color

**三原色光模式（RGB color model），又稱RGB顏色模型或紅綠藍顏色模型，是一種加色模型，將紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue）三原色的色光以不同的比例相加，以合成產生各種色彩光。 -- 維基百科

RGB LED 燈

跟 RGB 的原理一樣，要利用 LED 重現彩色的世界，例如 OLED 電視，戶外的大型 LED 廣告牌等等，就需要用到 RGB LED 燈。

有點電子製作經驗的人都知道，LED 是一隻有極性的兩腳小元件，所以紅、綠、藍三色即有 3 顆 LED燈組成在一起。

為減少引腳，一般分為共正 ( 正極相連 ) 和共負 ( 負極相連 )。所以每顆 RGB 燈共有 4 隻引腳，即使是貼片式的也不例外。如果要組成 60 顆燈珠的指針時鐘,每顆燈要能獨立控制,用並聯的方式就最少需要 181 條引線 (60 紅+60 綠 +60 藍 +1 共負 )，微控制器亦需要 181 隻獨立控制腳，如果是更大型的 LED 廣告牌和顯示器，引腳數目就更誇張，可以想像製作過程要花相當大的功夫。

LED 陣列

為減少引腳，前人就想到了用掃瞄式的 LED 陣列。

LED 陣列就是將 LED 排成方陣，將每個橫行的負腳相連，再將每個直列的正腳相連，所以單色 8x8 的LED 陣列只有 16 隻引腳，而三色的 8x8 陣式只有 32隻引腳。

使用時，例如只要將 2 列 3 行供電，對應的LED(2,3) 就會亮。如要同時再亮 LED(4,7)，理論上就給 2 列、4 列供正電源,3 行、7 行接負極即可。但問題是,如果按照這樣供電，LED(2,7) 和 LED(4,3) 也會同時亮起來。

為了使 LED 看起來能每顆獨立控制，就要用掃瞄式的顯示。方法是每一個時間點只控制一直列或一橫行的 LED 燈，只要時間點分得夠細，看起來就好像每顆燈都能獨立受控。市面上常見的 LED 顯示，例如巴士上方和旁邊的目的地顯示牌，就是用這方法顯示的。

WS2811 LED DRIVER

對於 RGB 顯示來說，即使掃瞄式顯示可以大幅減少引腳數目，在大型項目來說還是很多。而且並非所有專案都適合使用陣列。

例如製作時鐘就並不適合，因所有的燈都是一直線的，如果用陣列式去佈線，燈與燈之間的引線一樣很複雜，一樣會有厚厚的電線紮。而且由於燈的位置並非方陣,在編程時就更加困難。

所以市面上有種積體電路，專門針對 3 色 LED，每色有 256 個亮階，在控制時只需要一根訊號線就可以通訊和控制，大大減少引腳。其中一種就是ws2811。

而隨著科技的進步，積體電路能夠做到更加細少，現時已經不再需要一顆額外的 IC，因為有一種市售的 5050( 即 5mm x 5mm) 貼片式 RGB 燈珠，在小小的面積上已整合了 w2811 電路，製作成燈帶一卷一卷的出售。有些廠商例如 Adafruit 就製作成環形等特別形態出售。

下載外掛library

打開Arduino 1.8以上的版本，開啟Library Manager(教學)，搜尋FastLED，就可以找到作者為Daniel Garcia的library，按下安裝就可以。

LED獨立控制

電路圖

ws2812 LED是有信號方向性的，尤其是燈帶，不要搞錯，signal要接在Din腳，+5V接正電源，如果只需要亮少量的燈，直接接Arduino 的5V也可以。

程式碼


x
1
#include <FastLED.h>
2
// How many leds in your strip?
3
#define NUM_LEDS 10
4

5
// For led chips  WS2812 DATA_PIN (Din).
6
#define DATA_PIN 6
7
// Define the array of leds
8
CRGB leds[NUM_LEDS];
9

10
void setup() {
11
  FastLED.addLeds<WS2812, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
12
  // GRB ordering is typical
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14
  FastLED.setBrightness(127);
15
}
16

17
void loop() {
18

19
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
20
    leds[i] = CRGB(255, 0, 0);
21
    FastLED.show();
22
    delay(100);
23
  }
24

25
  for (int i = 0; i <= NUM_LEDS; i++) {
26
    leds[i] = CRGB(0, 255, 0);
27
    if (i >= 1)   leds[i - 1] = CRGB(0, 0, 0);
28
    FastLED.show();
29
    delay(500);
30
  }
31

32

33
  for (int i = 0; i <= NUM_LEDS; i++) {
34
    leds[NUM_LEDS-i-1] = CRGB(0, 0, 255);
35
    leds[NUM_LEDS-i] = CRGB(0, 0, 0);
36
    FastLED.show();
37
    delay(500);
38
  }
39
}

說明

#define NUM_LEDS 10 : 定義有多少盞LED燈。

#define DATA_PIN 6 : 指定 6腳為Data(Din)腳，也可以使用其他Arduino的腳位，即使A0-A5也可以用。

FastLED.addLeds<WS2812, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS); : 注意是GRB而不是RGB，是刻意的，典型的WS2811和WS2812也是紅和綠相反的。

FastLED.setBrightness(127); : 用來調節LED的光亮度，數值由0至255，如果無需調節，也可以不用打這一句。

預設彩虹燈

FastLED library其實有預設的彩虹燈等Palette是非常適合做觀賞燈的。

電路圖

ws2812 LED是有信號方向性的，尤其是燈帶，不要搞錯，signal要接在Din腳，+5V接正電源，如果只需要亮少量的燈，直接接Arduino 的5V也可以。

程式碼


xxxxxxxxxx
50
1
#include <FastLED.h>
2

3
#define LED_PIN     6
4
#define NUM_LEDS    10
5
#define BRIGHTNESS  64
6
#define LED_TYPE    WS2811
7
#define COLOR_ORDER GRB
8
CRGB leds[NUM_LEDS];
9

10
#define UPDATES_PER_SECOND 100
11

12
CRGBPalette16 currentPalette;
13
TBlendType    currentBlending;
14

15
extern CRGBPalette16 myRedWhiteBluePalette;
16
extern const TProgmemPalette16 myRedWhiteBluePalette_p PROGMEM;
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18
void setup() {
19
    delay( 3000 ); // power-up safety delay
20
    FastLED.addLeds<LED_TYPE, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
21
    FastLED.setBrightness(  BRIGHTNESS );
22
    
23
    currentPalette = RainbowColors_p;
24
    //currentPalette = RainbowStripeColors_p;
25
    //currentPalette = CloudColors_p;
26
    //currentPalette = PartyColors_p;
27
    
28
    currentBlending = LINEARBLEND;
29
    //currentBlending = NOBLEND;
30
}
31

32
void loop() {
33
    
34
    static uint8_t startIndex = 0;
35
    startIndex = startIndex + 1; /* motion speed */
36
    
37
    FillLEDsFromPaletteColors( startIndex);
38
    
39
    FastLED.show();
40
    FastLED.delay(1000 / UPDATES_PER_SECOND);
41
}
42

43
void FillLEDsFromPaletteColors( uint8_t colorIndex) {
44
    uint8_t brightness = 255;
45
    
46
    for( int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
47
        leds[i] = ColorFromPalette(currentPalette, colorIndex, brightness, currentBlending);
48
        colorIndex += 3;
49
    }
50
}

說明

詳細的demo，可以在file --> Example --> FastLED --> ColorPalette 中找到，但其程式有點長和複雜，我將其簡化了一下。

22行currentPalette = RainbowColors_p; : FastLED內置了幾個Palette，分別為RainbowColors_p, RainbowStripeColors_p, CloudColors_p, PartyColors_p，也可以自己定義的。