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LOTO示波器实测WS2812B系LED光源

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发表时间:2022-03-30 10:03
文章附图
不管你对 “RGB性能狂升300%” 的梗认同不认同,不可否认,绚丽的彩色很是酷炫,在现在市面上带“灯”的肯定比不带“灯”的贵也成了商家的一致行为。
在市面上呢,其中有一种RGB LED灯珠,因为价格便宜一个只要几毛钱买的多了都可能到1毛钱一个,无需额外的“庞大”控制电路来驱动,用各廉价的单片机和简单的元件,就可以单IO接口串联让成百上千个灯珠各自独立的发出颜色,低功耗,而且还有不错的刷新率,让DIY玩家在很是推崇。
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这就是WS2812系类,它是一种“集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源
那么它是怎么实现的?相关的文档、源码很多,但具体到实际控制方式还是不明不白。本文以WS2812B-4为例,它是WS2812的mini版本,性能上没有标准6脚的快,但是体积小,性能也用,可以让点距更小些。
让我们了解下它,然后为我们就会知道为什么要用LOTO示波器明明白折的分析下它是怎么被单片机控制并发出绚丽颜色的吧。
先来看看官方文档的说明~


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      科普下时间单位,方便后边说明。
      ms是毫秒=0.001us是微秒=0.000,001ns是纳秒=0.000,000,001

      现在开始正文,简单总结下来就是想最快的让一个WS2812B-4 LED亮出颜色就需要1960ns(1bit) * 24(红绿蓝3种颜色各8bit) + 280us = 47040ns(47.04us) + 280us = 327.04us。
       也就是可以让单个WS2812B-4 LED 在不考虑余辉的情况下1毫秒3次,1秒钟约3000次的变换不同颜色。
再之后呢,每扩展1WS2812B-4 LED,就要多一个47.04us的颜色数据,那么要160次刷新需要16.66ms = 16,666us – 280us = 16,386us /47.04us = 348LED。
        这个串联数量,让我们设计小的DIY RGB光源的时候可以游刃有余的完成所要的设计。这也就是WS2812受到推崇的原因了。
        但是这么快的速度让我们很难看到它是怎么工作了,万用表什么的是绝对没可能看到实际情况,因为太快,电压看来都是0。那么怎么才能看到LED怎么被电路驱动的呢,只能用示波器了。
        专业人士的示波器都是很贵的,几万几十万上百万的不在少数,而这价格让我们DIY玩家很难承受,毕竟银子难赚嘛,二三四手的也不省钱还有可能翻车。
这里就要让本文的主角LOTO示波器出场了。有了它可以让我们只要花几百块就可以在电脑上了解到专业示波器的分析结果,当然了一分钱一分货,带宽和采样和价格是同比的,不过一般的DIY也用不到那么专业的嘛,所以,LOTO让你可以不用花很多钱就可以在日常场景中方便的了解学习电路原理,真的是物超所值的哦。
如图~,这个洞洞板用一下1块的STC8G单片机,用一个IO端口驱动了2WS2812B-4,让第一个发出了绿色,第二个发出了红色,并且是呼吸闪烁的效果,不过图片嘛,就看不出来了。
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   因为是5V的高电平电路,需要用10X挡的探头,先来用1ms时域看,只有小小的一个尖刺,1ms里看9600bps的通讯那叫清楚,现在看us级的只能看成这样的尖刺,只能说,真快啊。
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        再来换成0.1ms挡位,已经能看到连续的波纹了,不过还是太密集了,可以见到蓝色的A通道是黄色B通道长一倍,这就是LED1收到224bit后转发给LED2124bit的波纹啦。
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        0.1ms还太“慢”了,让我们来到10us,也就是0.000,010秒。也因为太快了,这里用了触发,可以拦截到有高电平,要不闪动太快想找到波形可不容易。可以看到明显的波形情况了,但是还是不清楚,那我们继续。
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        1us档,现在就可以清楚的看到波形了。怎么样,0.000,001秒的电压变化清楚的展现给你的感觉?


        也许你会奇怪为什么不是平的波形的呢?是不是示波器有问题?我们先来试试示波器,看看是不是示波器的问题,示波器多都有一个标准方波生成功能,来方便我们调校示波器。
        看下图,这是个1000hz的标准方波,嗯~很平,证明示波器没问题。那就是STC8G的输出就是上图中所显示的波形了~

        我们继续,加上标签,可以看到第一个高电平是0.323us,这就是我们单片机里发的高电平的8位二进制颜色的第一位颜色的波形表现,00011101就是我们第一个灯的绿色数值。

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   我们把波形缩小一点看下全部的波形。前8个第一组波形就是绿色G,第二组就是红色R,第三组就是蓝色B

   然后我们来看看第一个WS2812转发给第2个的波形,可以看到只过了150ns,第二个WS2812就收到了转发的波形信号了!真的很快了。
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   以上就是我们使用LOTO虚拟示波器对WS2812B-4的波形分析啦。如果没有示波器,只能在单片机里盲目的调节频率来适配WS2812的数据。而有了LOTO示波器就方便多了,不知道你有没有感觉到示波器的方便呢。


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