前言

本篇博客是记录WS2812手册的学习，实现FPGA驱动WS2812B的器件去显示F P G A四个字母，每隔1秒变化一个字母，循环显示。

一、WS2812B手册分析原理

1.1 主要特点

内置上电复位和掉电复位电路。
每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。
串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
数据发送速度可达800Kbps。
数据传输协议采用单NZR通信模式。
复位时间大于280us。
电源反接不会损坏。

1.2 器件图

一个8x8的正方形器件，上面有64个led灯。

1.3 接口

四根线，一个电源，一个接地，一个输入，一个输出。

1.4 输入码型

从图中就可以看出，对于输入的数据不能是简单的高低电平了。

由前面的特点可知它的传输速率为800kbps，也就是说它传输1bit数据的时间为1/800k=1220ns，然后由手册给出的特性图可以设计0码为320ns的高电平 和900ns的低电平组成，1码为900ns的高电平和320ns的低电平组成。

1.5 归零码（RZ）和非归零码(NRZ)（拓展）

归零码（RZ）分为单极性归零码和双极性归零码：

非归零码（NRZ）：即正电平表示1，低电平表示0。我们常用的时钟线就是这种编码。

1.6 级联输出

它的每一个LED灯由24bit的数据控制，传进来的数据第一个24bit就控制第一个led灯，然后进来的第二个24bit数据就控制第二个led灯，就这个一个一个传递下去，直到64个led灯都有了输入控制后，此时继续传输数据是没有用的，它不会接收数据了，灯也不会改变，只有经过大于280us的低电平进行复位之后才能重新从第一个led灯开始写入数据。

1.7 输入数据格式

每个彩灯由24bit的数据进行控制，如图：

是GRB888的格式,同时数据是MSB的格式，高位先发。
补充：RGB格式就是控制一个像素中Red,Green,Blue的值，来确定这个像素的颜色。

二、FPGA点亮彩灯

2.1 代码

module rom_lan(input           clk     ,input           rst_n   ,output     reg  led     
);parameter   T0H = 6'd16,//0码高电平320nsT0L = 6'd45,//0码低电平900nsT1H = 6'd45,//1码高电平900nsT1L = 6'd16;//1码低电平320nsparameter   RST = 14'd15_000;//复位300usparameter   CNT_1S = 26'd50_000_000;//计数1秒parameter   BLUE  = 24'b0000_0000_0000_0000_1111_1111;//纯蓝色parameter   RED   = 24'b0000_0000_1111_1111_0000_0000;//纯红色parameter   GREEN = 24'b1111_1111_0000_0000_0000_0000;//纯绿色parameter   CNT_1BIT = 6'd60;//61个周期parameter   CNT_1LED = 5'd23;//24个bitparameter   CNT_LED  = 6'd63;//64个LEDreg     [5:0]   cnt_1bit;//61个周期wire            add_cnt_1bit;wire            end_cnt_1bit;reg     [4:0]   cnt_1led;//每个led有24个bitwire            add_cnt_1led;wire            end_cnt_1led;reg     [5:0]   cnt_led;//64个ledwire            add_cnt_led;wire            end_cnt_led;reg     [25:0]  cnt_1s;wire            add_cnt_1s;wire            end_cnt_1s;reg     [13:0]  cnt_rst    ;//复位需要的300us低电平计数器reg             flag        ;//复位的标志信号reg     [5:0]   cnt_init    ;//初始值wire    [23:0]  color       ;//颜色寄存器reg     [5:0]   num         ;//字母个数寄存器reg             flag_num    ;//延时1秒的标志信号reg             rden        ;rom_64x24	rom_64x24_inst (.address    ( num*64 + cnt_led ),.clock      ( clk ),.rden       ( rden ),.q          ( color ));//读取数据使能always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)beginrden <= 1'b1;endelse if(flag || flag_num)beginrden <= 1'b0;endelse beginrden <= 1'b1;endend//1bit计数器always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)begincnt_1bit <= 6'd0;endelse if(flag)begincnt_1bit <= 6'd0;endelse if(add_cnt_1bit)beginif(end_cnt_1bit)begincnt_1bit <= 6'd0;endelse begincnt_1bit <= cnt_1bit + 1'd1;endendelse begincnt_1bit <= 6'd0;endendassign  add_cnt_1bit = 1'b1;assign  end_cnt_1bit = add_cnt_1bit && cnt_1bit == CNT_1BIT;//1个LED灯24个bit计数器always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)begincnt_1led <= CNT_1LED;endelse if(flag)begincnt_1led <= CNT_1LED;endelse if(add_cnt_1led)beginif(end_cnt_1led)begincnt_1led <= CNT_1LED;endelse begincnt_1led <= cnt_1led - 1'd1;endendelse begincnt_1led <= cnt_1led;endendassign add_cnt_1led = end_cnt_1bit;assign end_cnt_1led = add_cnt_1led && cnt_1led == 5'd0;//64个LED计数器always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)begincnt_led <= 6'd0;endelse if(flag)begincnt_led <= 6'd0;endelse if(add_cnt_led)beginif(end_cnt_led)begincnt_led <= 6'd0;// cnt_led <= cnt_init;endelse begincnt_led <= cnt_led + 1'd1;endendelse begincnt_led <= cnt_led;endendassign add_cnt_led = end_cnt_1led;assign end_cnt_led = add_cnt_led && cnt_led == 6'd63;//复位使能信号持续300usalways @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)beginflag <= 1'b0;end else if(end_cnt_1s)beginflag <= 1'b1;endelse if(cnt_rst == RST - 1'd1)beginflag <= 1'b0;endelse beginflag <= flag;endend//300us计数器always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)begincnt_rst <= 14'd0;endelse if(cnt_rst == RST - 1'd1)begincnt_rst <= 14'd0;endelse if(flag)begincnt_rst <= cnt_rst + 1'd1;endelse begincnt_rst <= 14'd0;endend//延时一秒的标志信号always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)beginflag_num <= 1'b0;end else if(end_cnt_led)beginflag_num <= 1'b1;endelse if(end_cnt_1s)beginflag_num <= 1'b0;endelse beginflag_num <= flag_num;endend//1秒计数器always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)begincnt_1s <= 26'd0;endelse if(add_cnt_1s)beginif(end_cnt_1s)begincnt_1s <= 26'd0;endelse begincnt_1s <= cnt_1s + 1'd1;endendelse begincnt_1s <= 26'd0;endendassign add_cnt_1s = flag_num;assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && cnt_1s == CNT_1S - 1'd1;//字母个数always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)beginnum <= 6'd0;endelse if(end_cnt_1s)beginif(num == 6'd4)beginnum <= 6'd0;endelse beginnum <= num + 1'd1;endendelse beginnum <= num;endend//颜色控制//LED输出控制always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)beginled <= 1'b0;endelse if(flag || flag_num)beginled <= 1'b0;endelse if(color[cnt_1led] == 1'b0)beginif(cnt_1bit < T0H)beginled <= 1'b1;endelse beginled <= 1'b0;endendelse if(color[cnt_1led] == 1'b1)beginif(cnt_1bit < T1H)beginled <= 1'b1;endelse beginled <= 1'b0;endendelse beginled <= 1'b0;endendendmodule

三、总结

由于此项目十分简单，因此就直接上代码了，代码中最主要的就是三个计数器的设计，分别是每个bit的计数器，每个led灯有24bit，一个是64个led灯。然后要显示的F P G A四个字母的RGB数据是直接存在了ROM的IP核里面，只需要通过计数器将对应的数据读出来就可以了。这个项目是挺久之前写的了，上板也是成功了的，只是忘记拍视频了，因此就没有上板演示视频了。最主要的是掌握WS2812B的原理。