stc32g128k/App/rgb.c

#include "rgb.h"

/* ====== SPI 寄存器映射地址定义 (防止 stc32g.h 库版本中未显式定义) ====== */
#ifndef P_SW1
sfr P_SW1  = 0xA2;  // 外设端口切换寄存器 1
sfr SPCTL  = 0xCE;  // SPI 控制寄存器
sfr SPSTAT = 0xCD;  // SPI 状态寄存器
sfr SPDAT  = 0xCF;  // SPI 数据寄存器
#endif

/**
 * @brief 初始化内核 SPI 控制器
 * @details 将 SPI 的物理管脚切换至 P2 端口的第二组外设映射位置（SCLK=P2.5, MOSI=P2.3），
 *          并配置 SPI 传输速率，使其产生的脉冲宽满足 WS2812B/FCOB 的 1 码和 0 码时序。
 */
void SPI_Init(void)
{
    // 将 P_SW1 寄存器的第 2、3 位 (SPI_S) 配置为 01，即将 SPI 外设映射至 P2.2~P2.5 端口上
    P_SW1 = (P_SW1 & ~0x0C) | 0x04; 
    
    // 配置 SPCTL (SPI Control Register):
    // SSIG = 1 (忽略SS引脚，置为主机)
    // SPEN = 1 (启用SPI模块)
    // MSTR = 1 (配置为主机模式)
    // SPR0 = 1 (3MHz communication speed @ 24MHz System Clock)
    SPCTL = 0xD1;                   
    
    // 清除 SPI 状态标志 (写入1清除 SPIF 和 WCOL 标志位)
    SPSTAT = 0xC0;                  
}

/**
 * @brief 字节数据转 3-bit 编码的 WS2812B 驱动波形数据
 * @param val 要转码的一个 8 位色彩数值 (如R、G、B颜色分量)
 * @param out 转换后存储目标的高速缓冲缓冲区首地址，1 字节拆分成 3 字节表示物理波形
 * @details WS2812B 通讯协议需要通过高低电平的持续脉冲时间比来判断 "1" 码或 "0" 码。
 *          通过将 SPI 速率设为 3.0 Mbps（即每个 SPI bit 占 ~333ns）：
 *          - 一个 WS2812B 协议的 "1" 码（800ns高, 450ns低）可用二进制 `110` (高高低，~666ns高, ~333ns低) 来模拟；
 *          - 一个 WS2812B 协议的 "0" 码（400ns高, 850ns低）可用二进制 `100` (高低低，~333ns高, ~666ns低) 来模拟；
 *          因此，1 个字节（8 bits）的颜色深度数据被完美重映射编码为 24 个 SPI 数据 bits（共需 3 个 SPI 字节发送）。
 */
void Encode_Byte(u8 val, u8 *out)
{
    u32 spi_val = 0; // 用于拼接 24 位 SPI 映射串
    u8 i;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        spi_val <<= 3; // 每次左移 3 位，为下一个像素的波形让出空间
        if (val & (0x80 >> i))
        {
            spi_val |= 6; // 该 bit 为 1，对应 WS2812B "1" 码时序，用二进制 '110' (即数值6) 填充
        }
        else
        {
            spi_val |= 4; // 该 bit 为 0，对应 WS2812B "0" 码时序，用二进制 '100' (即数值4) 填充
        }
    }
    // 将拼接好的 24 位波形数据（前高位后低位）拆分装载进输出缓冲区中
    out[0] = (u8)(spi_val >> 16);
    out[1] = (u8)(spi_val >> 8);
    out[2] = (u8)spi_val;
}

/**
 * @brief 发送两颗级联 RGB 灯珠的驱动命令
 * @details 负责将两组 GRB 格式色彩数据（g1, r1, b1 和 g2, r2, b2）转换为 WS2812B 的 SPI 脉冲编码，
 *          并在发送期间实施硬件引脚复用隔离，发送完成后发出复位复位电平。
 */
void RGB_Send(u8 g1, u8 r1, u8 b1, u8 g2, u8 r2, u8 b2)
{
    u8 idata spi_buf[18]; // 2 颗灯 * 3 个基色通道 * 3 字节编码 = 18 字节缓冲
    u8 i;
    
    // 分别转码两颗灯珠的 G、R、B 通道，顺序填充进 SPI 缓冲区
    Encode_Byte(g1, &spi_buf[0]);
    Encode_Byte(r1, &spi_buf[3]);
    Encode_Byte(b1, &spi_buf[6]);
    Encode_Byte(g2, &spi_buf[9]);
    Encode_Byte(r2, &spi_buf[12]);
    Encode_Byte(b2, &spi_buf[15]);
    
    EA = 0; // 关闭全局中断，防止 SPI 数据发送被高频中断打断，造成 WS2812B 的时序畸变
    
    // 【硬件复用隔离机制】：
    // 物理引脚 P2.5 同时被用作“振动马达控制端 (MOTOR)”和“SPI SCLK 时钟信号输出”。
    // 在 SPI 发送 RGB 期间，SCLK 将高速振荡，这会导致马达发生异常高频振动甚至噪音。
    // 因此在启动 SPI 发送前，必须先将 P2.5 (MOTOR) 临时配置为高阻输入模式（M1=1, M0=0），
    // 从而与 SPI 时钟引脚在电气上实现物理隔离，防止杂散时钟信号驱动马达。
    P2M1 |= (1 << 5);
    P2M0 &= ~(1 << 5);
    
    SPI_Init(); // 配置并启动 SPI 外设控制器
    
    // 循环发送 18 字节的 WS2812B 脉冲编码数据
    for (i = 0; i < 18; i++)
    {
        SPDAT = spi_buf[i];                 // 装载待发数据到数据寄存器
        while (!(SPSTAT & 0x80));           // 等待 SPI 状态寄存器第 7 位 (SPIF) 变为 1，代表发送结束
        SPSTAT = 0xC0;                      // 往状态寄存器写入1以清零 SPIF 和 WCOL 标志
    }
    
    SPCTL = 0; // 彻底关闭 SPI 控制器，释放总线
    
    // 【发送 RESET 复位低电平帧】：
    // WS2812B 驱动芯片要求在所有色彩帧数据发完后，DIN 必须维持大于 80us 的低电平以将数据刷入锁存。
    // 首先将 P2.3 (RGB_DIN) 重新配置为推挽输出模式 (M1=0, M0=1)
    P2M1 &= ~(1 << 3);
    P2M0 |= (1 << 3);
    RGB_DIN = 0; // 强行拉低 DIN 信号线
    for (i = 0; i < 200; i++)
    {
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); // 软件延时，保持低电平时间大于 100微秒
    }
    
    // 【恢复复用引脚功能】：
    // 恢复 P2.5 (MOTOR) 引脚为普通的推挽输出模式 (M1=0, M0=1)，以便重新由定时器或应用控制振动马达
    P2M1 &= ~(1 << 5);
    P2M0 |= (1 << 5);
    MOTOR = 0; // 默认拉低马达引脚，防止发声
    
    EA = 1; // 恢复全局中断使能
}