絢麗的色彩從何而來_LOTO示波器實測WS2812B系LED光源

ID:412156 · 發表于 2021-3-18 09:57

絢麗的色彩從何而來_LOTO示波器實測WS2812B系LED光源

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2021-3-18 09:45 上傳

不管你對 “RGB性能狂升300%” 的梗認同不認同,不可否認,絢麗的彩色很是酷炫,在現在市面上帶“燈”的肯定比不帶“燈”的貴也成了商家的一致行為。

在市面上呢，其中有一種RGB LED燈珠，因為價格便宜一個只要幾毛錢買的多了都可能到1毛錢一個，無需額外的“龐大”控制電路來驅動，用各廉價的單片機和簡單的元件，就可以單IO接口串聯讓成百上千個燈珠各自獨立的發出顏色，低功耗，而且還有不錯的刷新率，讓DIY玩家在很是推崇。

這就是WS2812系類，它是一種“集控制電路與發光電路于一體的智能外控LED光源”。

那么它是怎么實現的？相關的文檔、源碼很多，但具體到實際控制方式還是不明不白。本文以WS2812B-4為例，它是WS2812的ｍｉｎｉ版本，性能上沒有標準６腳的快，但是體積小，性能也用，可以讓點距更小些。

讓我們了解下它，然后為我們就會知道為什么要用LOTO示波器明明白折的分析下它是怎么被單片機控制并發出絢麗顏色的吧。

先來看看官方文檔的說明～

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科普下時間單位，方便后邊說明。

ms是毫秒=0.001秒 us是微秒=0.000,001秒 ns是納秒=0.000,000,001秒

現在開始正文，簡單總結下來就是想最快的讓一個WS2812B-4 LED亮出顏色就需要1960ns(1bit) * 24(紅綠藍3種顏色各8bit) + 280us = 47040ns(47.04us) + 280us = 327.04us。

也就是可以讓單個WS2812B-4 LED 在不考慮余輝的情況下1毫秒3次，1秒鐘約3000次的變換不同顏色。

再之后呢，每擴展1個WS2812B-4 LED，就要多一個47.04us的顏色數據，那么要1秒60次刷新需要16.66ms = 16,666us – 280us = 16,386us /47.04us = 348個LED。

這個串聯數量，讓我們設計小的DIY RGB光源的時候可以游刃有余的完成所要的設計。這也就是WS2812受到推崇的原因了。

但是這么快的速度讓我們很難看到它是怎么工作了,用萬用表什么的是絕對沒可能看到實際情況,因為太快，電壓看來都是0。那么怎么才能看到LED怎么被電路驅動的呢，只能用示波器了。

專業人士的示波器都是很貴的，幾萬幾十萬上百萬的不在少數，而這價格讓我們DIY玩家很難承受，畢竟銀子難賺嘛，二三四手的也不省錢還有可能翻車。

這里就要讓本文的主角LOTO示波器出場了。有了它可以讓我們只要花幾百塊就可以在電腦上了解到專業示波器的分析結果，當然了一分錢一分貨，帶寬和采樣和價格是同比的，不過一般的DIY也用不到那么專業的嘛，所以，LOTO讓你可以不用花很多錢就可以在日常場景中方便的了解學習電路原理，真的是物超所值的哦。

如圖~，這個洞洞板用一下1塊的STC8G單片機，用一個IO端口驅動了2個WS2812B-4,讓第一個發出了綠色，第二個發出了紅色，并且是呼吸閃爍的效果，不過圖片嘛，就看不出來了。

因為是5V的高電平電路，需要用10X擋的探頭，先來用1ms時域看,只有小小的一個尖刺,1ms里看9600bps的通訊那叫清楚,現在看us級的只能看成這樣的尖刺,只能說,真快啊。

再來換成0.1ms擋位，已經能看到連續的波紋了，不過還是太密集了，可以見到藍色的A通道是黃色B通道長一倍，這就是LED1收到2組24bit后轉發給LED2的1組24bit的波紋啦。

0.1ms還太“慢”了，讓我們來到10us,也就是0.000,010秒。也因為太快了，這里用了觸發，可以攔截到有高電平，要不閃動太快想找到波形可不容易。可以看到明顯的波形情況了，但是還是不清楚，那我們繼續。

1us檔，現在就可以清楚的看到波形了。怎么樣，0.000,001秒的電壓變化清楚的展現給你的感覺？

也許你會奇怪為什么不是平的波形的呢？是不是示波器有問題？我們先來試試示波器，看看是不是示波器的問題，示波器多都有一個標準方波生成功能，來方便我們調校示波器。

看下圖，這是個1000hz的標準方波，嗯~很平，證明示波器沒問題。那就是STC8G的輸出就是上圖中所顯示的波形了~

我們繼續，加上標簽，可以看到第一個高電平是0.323us,這就是我們單片機里發的高電平的8位二進制顏色的第一位顏色的波形表現，00011101就是我們第一個燈的綠色數值。

我們把波形縮小一點看下全部的波形。前8個第一組波形就是綠色G,第二組就是紅色R,第三組就是藍色B。

然后我們來看看第一個WS2812轉發給第2個的波形，可以看到只過了150ns,第二個WS2812就收到了轉發的波形信號了！真的很快了。

以上就是我們使用LOTO虛擬示波器對WS2812B-4的波形分析啦。如果沒有示波器，只能在單片機里盲目的調節頻率來適配WS2812的數據。而有了LOTO示波器就方便多了，不知道你有沒有感覺到示波器的方便呢。

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