基于Pico和MicroPython点亮ws2812彩色灯带
文章目录
- 基于Pico和MicroPython点亮ws2812彩色灯带
- Introduction
- Practice
- Conclusion
Introduction
点亮发光的LED灯是简单有趣的实验，点亮多个ws2812小灯串联起来的灯带，可对多个彩色小灯进行编程，从而实现各种有趣的显示效果。多个ws2812使用串联的方式级联在一起，微控制器以发出长短脉冲的序列控制彩色小灯显示的颜色和亮度。
此处略过控制ws2812发光的原理和控制方法，直接动手实验，讲述基于Pico电路板和MicroPython点亮ws2812彩色灯带的学习、调试和操作过程。调试过程中，使用了来自电子森林的Step-Pico电路板，同树莓派官方的RPI Pico电路板兼容，但换用了Type-C插座、新增了复位按键，以及4个ws2812彩灯级联起来的灯带，实际使用起来更加方便。
Practice
在网上搜索到比较靠谱的关于使用MicroPython点亮ws2812彩灯的资料，大多来自于github上的micropythno-ws2812项目：
- https://github.com/JanBednarik/micropython-ws2812
对于访问github不便的开发者，笔者在国内的gitee开源代码站点上做了个镜像（https://gitee.com/suyong_yq/micropython-ws2812），方便获取源码。如图x所示。
这个项目基于早期使用STM32微控制器的pyb电路板开发，估计也能兼容Pico板子上的MicroPython，其中提供了一些有趣的用例。按照说明，开发者需要先将ws2812.py文件导入到MicroPython中，此处导入到Pico板子上的/lib目录下。如图x所示。
然后，运行代码仓库提供的用例：
from ws2812 import WS2812
ring = WS2812(spi_bus=1, led_count=4)
data = [
(24, 0, 0),
(0, 24, 0),
(0, 0, 24),
(0, 0, 0),
]
ring.show(data)
试运行时，发现报错：
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 6, in <module>
File "/lib/ws2812.py", line 45, in __init__
AttributeError: type object 'SPI' has no attribute 'MASTER'
在Pico的REPL中查看MicroPython的SPI类属性，发现确实没有MASTER这个属性。
>>> import machine
>>> dir(machine)
['__class__', '__name__', 'ADC', 'I2C', 'I2S', 'PWM', 'PWRON_RESET', 'Pin', 'RTC', 'SPI', 'Signal', 'SoftI2C', 'SoftSPI', 'Timer', 'UART', 'USBDevice', 'WDT', 'WDT_RESET', '__dict__', 'bitstream', 'bootloader', 'deepsleep', 'dht_readinto', 'disable_irq', 'enable_irq', 'freq', 'idle', 'lightsleep', 'mem16', 'mem32', 'mem8', 'reset', 'reset_cause', 'soft_reset', 'time_pulse_us', 'unique_id']
>>> from machine import SPI
>>> dir(SPI)
['__class__', '__name__', 'read', 'readinto', 'write', 'LSB', 'MSB', '__bases__', '__dict__', 'deinit', 'init', 'write_readinto']
>>>
但ws2812.py文件在初始化spi设备时确实使用了MASTER属性。
# SPI init
self.spi = pyb.SPI(spi_bus, pyb.SPI.MASTER, baudrate=3200000, polarity=0, phase=1)
猜测，这可能是MicroPython版本更新导致的问题，也可能是MicroPython在不同芯片的跨平台设计的问题。
在寻找新的代码之前，我想先试着人工修复一下。毕竟当前的ws2812.py文件已经把控制逻辑的框架都写好了，只要结合当前的驱动重新做下适配就好。
试着移除pyb.SPI.MASTER的参数，再运行。还有报错：
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 6, in <module>
File "/lib/ws2812.py", line 48, in __init__
File "/lib/ws2812.py", line 57, in show
File "/lib/ws2812.py", line 63, in send_buf
AttributeError: 'SPI' object has no attribute 'send'
试着将send换成write，再运行。这个时候已经不报错了。但板子上的ws2812b彩灯也没亮。
猜测，可能引脚没对上，板子上用GPIO23接入灯带，但用例中没有指定SPI_SOUT信号使用的引脚。查一下运行程序后GPIO23引脚的状态：
>>> machine.Pin(23)
Pin(GPIO23, mode=ALT, pull=PULL_DOWN, alt=31)
此处为未配置alt=31。但后续实验成功的情况下，GPIO32引脚的复用功能应为SPI：
>>> machine.Pin(23)
Pin(GPIO23, mode=ALT, alt=SPI)
同时，经过比对原理图发现，当前板子上接入灯带使用的GPIO23引脚未接入扩展引脚，也就意味着这肯定也不是默认的SPI输出引脚（默认的引脚一定是外接到板子的扩展插针上方便开发者接线）。此时，有两个思路：
- 在当前软件框架下，试着设定使用
GPIO23作为某个硬件SPI模块的输出脚 - 再找找别的
ws2812的库，可以指定控制引脚信号的
在试第一条路的阶段，竟然直接走通了。
在实例化WS2812对象的实例化函数的参数列表里，加入一个指定输出控制引脚的参数。然后在实例化函数内部实例化SPI模块实例的时候，指定mosi参数为传入引脚。为此，有改动如下：
在ws2812.py文件中，有：
def __init__(self, spi_bus=1, pin=23, led_count=1, intensity=1):
"""
Params:
* spi_bus = SPI bus ID (0, 1 or 2)
* pin = output pin to ws2812, mosi of spi
* led_count = count of LEDs
* intensity = light intensity (float up to 1)
"""
self.led_count = led_count
self.intensity = intensity
# prepare SPI data buffer (4 bytes for each color)
self.buf_length = self.led_count * 3 * 4
self.buf = bytearray(self.buf_length)
# SPI init
self.spi = pyb.SPI(spi_bus, baudrate=3200000, polarity=0, phase=1, mosi=pyb.Pin(pin, pyb.Pin.OUT))
此处指定默认使用GPIO23引脚连接灯带，并在实例化SPI对象时，设定mosi的引脚为输出Pin.OUT。
然后，main.py文件中实例化WS2812对象时，传入GPIO23引脚的参数：
ring = WS2812(spi_bus=1, pin=23, led_count=4)
运行，有报错信息：
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 6, in <module>
File "/lib/ws2812.py", line 46, in __init__
ValueError: bad MOSI pin
猜测，可能硬件spi_bus=1可能没有映射到GPIO23的信号。换用spi_bus=0，再试试看：
ring = WS2812(spi_bus=0, pin=23, led_count=4)
运行竟然成功了。没有报错，板子上的ws2812小灯也都亮起来了。Bingo !!!
Conclusion
在github上开源的micropython-ws2812项目的基础上，新增了指定SPI_SOUT引脚的实例化参数，实现了基于Pico电路板和MicroPython点亮ws2812b彩色灯带的效果。调试过程在Step Pico电路板上验证成功。
