APA102C全彩色LED控制IC

Posted 2021-12-30 卓晴

简 介： 测试了APA102C的工作机制。利用MM32F3277 MicroPython中的SPI控制APA102C工作。

关键词： APA102C，MM32F3277，SPI

§01 APA102C

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一、背景介绍

  最初是由学生在公众号（TSINGHUAZHUOQING）提问，是否允许使用APA102C制作无线充电车模的电压显示。从TB（ APA102C 5050 RGB 灯珠 内置IC 单点控全彩灯珠 APA102正品灯珠5V , ￥0.5/piece）购买到一些样品进行测试。

  APA102C 是一款集成有亮度控制的彩色（RGB）LED灯珠，采用两线控制方式，适合大多数MCU的IO口控制。比起 WS2812 使用单线脉冲序列来说，APA102C对于信号的波形没有太多的要求，因此使用起来应该是更加的方便。

二、设计测试板

1、管脚封装

  下面是APA102C放大后的图片，可以看到：

• 内部的R,G,BLED的分布；
• PIN1 对应的斜三角的标志；

▲ 图1.2.1 APA102C放大图片

（1）封装尺寸

▲ 图1.2.2 APA102C 管脚封装信息

▲ 图1.2.3 根据APA102C封装图像测量对应的封装尺寸

（2）建立元器件AD库

AD元器件库：

原理图：APA102C
PCB：APA102C

▲ 图1.2.4 元器件库

2、测试电路板

  下面是APA102C 应用电路参考图。

▲ 图1.2.5 APA102C 应用电路参考图

AD\\Test\\2021\\LED\\TestAPA102C.PcbDoc

（1）测试电路板

  下面设计由三个APA102C组成的测试电路。

▲ 图1.2.6 测试电路原理图

▲ 图1.2.7 快速制版测试PCB

（2）焊接PCB

▲ 图1.2.8 焊接之后的测试PCB

三、测试APA102C

1、APA102C控制协议

（1）级联控制协议

▲ 图1.3.1 级联控制协议

  下面是单个字节发送协议。

▲ 图1.3.2 发送字节协议

  因此可以使用MCU的SPI进行控制。SPI的模式：

SPI的模式：

Polarity：1
Phase：1

2、测试平台

  使用 设计带有SD卡的 MM32F3277 MicroPython 实验板 ，通过MicroPython编程，使用其中的SoftSPI进行控制。

【表1-3-2 MM32 SPI端口定义】

SPI管脚	SCK	MOSI	MISO
SPI0	PA5	PA7	PA6
SPI1	PA3	PB4	PB3
SPI2	PC9	PA8	PB9

（1）搭建测试平台

  在面包板上搭建测试电路。利用MM32F3277的SPI0，对应的SPI端口：

SPI端口：

SCK：PA5
MOSI：PA7
MISO：PA6

▲ 图1.3.3 面包板上搭建测试电路

（2）测试SPI发送字符

 Ⅰ.测试代码

from machine                import Pin,SPI
import utime

spi = SPI(0, baudrate=100000, polarity=1, phase=1)
print(spi)

buf = bytes((0x55,))
while True:
    spi.write(buf)
    utime.sleep_ms(100)

 Ⅱ.SPI波形

  如下是SPI中的SCK，MOSI的波形。可以看到它符合APA102c的串行通信协议。

▲ 图1.3.4 SPI中的SCK，MOSI的波形

3、测试LED点亮

（1）控制一个APA102C

 Ⅰ.测试代码

def led1buf(r,g,b):
    '''
    led1buf: Construct one APA102C data
    Param r: Red LED light
    Param g: Green LED light
    Param b: Blue LED light
    Return: buf : 8+4=12bytes
    '''
    return bytes([0]*4) + bytes((0x1f, b, g, r)) + bytes([0xff]*4)

buf = led1buf(0x80, 0xff, 0x20)
print(buf)

  测试输出：

SPI(id=0, baudrate=100000, polarity=1, phase=1)
b'\\x00\\x00\\x00\\x00\\x1f \\xff\\x80\\xff\\xff\\xff\\xff'

 Ⅱ.点亮第一个灯

from machine                import Pin,SPI
import utime

spi = SPI(0, baudrate=100000, polarity=1, phase=1)
print(spi)

led = Pin('PB2', Pin.OUT_PUSHPULL)

def led1buf(r,g,b):
    '''
    led1buf: Construct one APA102C data
    Param r: Red LED light
    Param g: Green LED light
    Param b: Blue LED light
    Return: buf : 8+4=12bytes
    '''
    return bytes([0]*4) + bytes((0x1f, b, g, r)) + bytes([0xff]*4)

buf = led1buf(0x80, 0xff, 0x20)
print(buf)

spi.write(buf)

while True:
    led(led()^1)
    utime.sleep_ms(100)

▲ 图1.3.5 第一个APA102C被点亮

（2）点亮三个LED

 Ⅰ.测试代码

def led3buf(l1,l2,l3):
    '''
    led3buf: Construct three APA102C LED data
    Param l1: LED 1 (rgb)
    Param l2: LED 2 (rgb)
    Param l3: LED 3 (rgb)
    Return: buf : 8+4*3=20bytess
    '''
    return bytes([0]*4) + bytes((0x1f,l1[2],l1[1],l1[0])) + bytes((0x1f,l2[2],l2[1],l2[0])) + bytes((0x1f,l3[2],l3[1],l3[0])) + bytes([0xff]*4)

buf = led3buf((0xff,0xff,0xff),(0xff,0xff,0xff),(0xff,0xff,0xff))
print(buf)

spi.write(buf)

 Ⅱ.测试结果

▲ 图1.3.6 点亮三个LED

4、复杂LED控制

（1）流水灯

 Ⅰ.测试代码

#------------------------------------------------------------
def led3light(l1,l2,l3):
    return bytes([0]*4) + bytes((0x1f,l1,l1,l1)) + bytes((0x1f,l2,l2,l2)) + bytes((0x1f,l3,l3,l3)) + bytes([0xff]*4)

#------------------------------------------------------------
count = 0
while True:
    led(led()^1)
    utime.sleep_ms(100)

    #--------------------------------------------------------
    count += 1
    if count >= 3: count = 0

    if count == 0:
        buf = led3light(0xff, 0, 0)
    elif count == 1:
        buf = led3light(0, 0xff, 0)
    else:
        buf = led3light(0, 0, 0xff)

    spi.write(buf)

 Ⅱ.测试结果

▲ 图1.3.7 测试流水灯的效果

  注意：从上述测量结果来看，最后一个LED并没有完全熄灭。因此。在输出数据的时候，最后不足一个（0000），看是否可以将最后一个LED完全熄灭？

  错误： 看错了！将LED控制的第一个字节修改为0xff，便可以满足控制要求了。

def led3light(l1,l2,l3):
    return bytes([0]*4) + bytes((0x1f,l1,l1,l1)) + bytes((0x1f,l2,l2,l2)) + bytes((0x1f,l3,l3,l3)) + bytes([0]*4) + bytes([0xff]*4)

▲ 图1.3.8 发送四个LED，可以完全将最后一个熄灭

（2）呼吸灯

from machine                import Pin,SPI
import utime

spi = SPI(0, baudrate=100000, polarity=1, phase=1)
print(spi)

led = Pin('PB2', Pin.OUT_PUSHPULL)

def led1buf(r,g,b):
    '''
    led1buf: Construct one APA102C data
    Param r: Red LED light
    Param g: Green LED light
    Param b: Blue LED light
    Return: buf : 8+4=12bytes
    '''
    return bytes([0]*4) + bytes((0xff, b, g, r)) + bytes([0xff]*4)

def led3buf以上是关于APA102C全彩色LED控制IC的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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