开源！电脑串口驱动WS2812

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项目简介

使用USB转串口芯片来驱动WS2812，实现电脑控制WS2812的功能。

项目参数

1. 使用CP2102N芯片，该芯片波特率能够达到3Mhz
2. 使用NMOS将TX的电平翻转

原理解析

一句话概括，就是使用串口来模拟WS2812的时序，重点是在软件部分。

• 上面两张图片分别是WS2812的时序和串口8N1模式下的时序，可以看到WS2812的0码和1码就是由长短不同的高低电平组成，0码就是短低电平加上长高电平，1码就是长高电平加上短低电平，我们发现这里的长短电平基本符合1:3的关系。
• 当我们把串口波特率设为3Mhz后，串口的最小高电平脉冲就是333ns，刚好满足WS2812的较短电平的时序，那么再加上三倍的反向电平，就能够组成2812的一个bit。
• 所以我们想办法将串口发出的数据变成这种1：3的脉冲，就能够驱动WS2812了。
• 要注意串口是存在固定的起始位和停止位的，做数据转换的时候要考虑进去
• 注意串口空闲时是高电平，加上MOS管后变为低电平，可以作为复位信号，这也是为什么必须要将电平翻转的原因。

关键代码

        /// 位打包函数
        /// 串口必须是8N1协议，起始位固定为0，停止位固定为1，无校验位，一个字节10bit。
        /// 将串口的TX用MOS管进行电平翻转
        /// 将D0D1D2置为1,加上起始位就是0111，翻转后可以作为0码，将D3D4D5D6置为0001，反转后就是1码。
        /// 将D0D1D2置为001，加上起始位就是0001，翻转后可以作为1码，将D3D4D5D6置为0111，反转后就是0码。
        /// 将D7置为1，加上停止位加上字节间隙作为空闲位，空闲位小于50us。
        /// 串口空闲时默认高电平，翻转后就是低电平，可以作为复位信号
        /// 
        /// 要编码的字节数据
        /// 输出缓冲区
        /// 当前位位置（引用传递）
        private static void WS2812PackBits(byte data, byte[] output, ref int bitPos)
        {
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                byte code = (byte)(((data & 0x80) != 0 ? 0x04 : 0x07) | ((data & 0x40) != 0 ? 0x40 : 0x70) | 0x80);
                output[bitPos] = code;
                bitPos++;
                data <<= 2;
            }
        }Code language: JavaScript (javascript)

上面代码的功能是将一个字节的RGB数据转化为串口数据，分别对R,G，B数据进行转换后就能够得到一个灯珠的RGB驱动数据。

        private static void WS2812EncodeLed(WS2812Color color, byte[] buffer)
        {
            if (buffer.Length < 12)
                throw new ArgumentException("Buffer must be at least 12 bytes long");

            int bitPos = 0;
            Array.Clear(buffer, 0, 12); // 

            WS2812PackBits(color.Green, buffer, ref bitPos);
            WS2812PackBits(color.Red, buffer, ref bitPos);
            WS2812PackBits(color.Blue, buffer, ref bitPos);
        }Code language: JavaScript (javascript)

完整项目见github链接：
(https://github.com/pandereyes/UART_TO_WS2812)

借助AI完成的，目前功能还比较少，后续希望和大家一起完善。

附件为测试上位机。

注意事项

1. 目前版本直接从电脑USB取电，对灯板的驱动能力取决于电脑USB的输出能力，所以会遇到灯板亮度过高卡死的情况。后续我会出一个带额外供电的版本。

2. 注意正负极，别接反了

实物图