地球人皆知，許多物聯網教程作者的心中都深愛著一燈大師，所以第一個常式總喜歡點燈，高級一點的會來個“一閃一閃亮晶晶”。老周今天要扯的也是和燈有關的，但不單純地點個燈，那樣實在不好玩，缺乏樂趣。老周打算舞個龍燈，哦不，是用 LED 彩色燈帶給伙伴們整點炫酷樂子。 說到這LED彩燈，咱們常見到的有兩類： ...
地球人皆知，許多物聯網教程作者的心中都深愛著一燈大師，所以第一個常式總喜歡點燈，高級一點的會來個“一閃一閃亮晶晶”。老周今天要扯的也是和燈有關的，但不單純地點個燈，那樣實在不好玩，缺乏樂趣。老周打算舞個龍燈，哦不，是用 LED 彩色燈帶給伙伴們整點炫酷樂子。
說到這LED彩燈，咱們常見到的有兩類：
1、一捲一捲的燈帶，燈帶是軟的，底部有背膠，可以隨意貼（貼電腦機箱，貼儲物櫃，貼手辦展示盒……）；
2、點陣屏，其實跟燈帶一個樣，只是有個框架，做成矩陣。如 3 * 3、4 * 4 等。
驅動 IC 一般是 WS2812，此貨體積甚小，便於寄生於每個燈珠內。所以，每個LED燈珠都可以單獨控制。而且 WS2812 允許你把燈珠串聯起來，發送給它的數據可以連續設置多個燈珠。顏色由 RGB 控制，即 24 位——設置燈珠顏色要向 WS2812 發送3個位元組的數據。
其實，WS2812的驅動協議不那麼複雜，隨便查查資料就能懂的了。當然，Nano Framework 已經有封裝好的驅動，咱們不需要自己寫協議。對於 ESP32，有兩種驅動方案：
1、SPI 方式，此法各種開發板通用。曾記否？老周寫過在樹莓派生用 SPI 驅動 WS2812 的水文；
2、RMT 方式，許多 ESP32 模組都支持RMT，可以用它來驅動 WS2812。RMT 說白了就是用來發送和接收紅外編碼的，比如，電視遙控器、電動馬桶遙控器等（空調遙控器好像特殊一些，很多模塊都解碼不了）。RMT 由於可以在同一周期內設定高、低電平的持續時間，使得它也能用於驅動 WS2812。
實際上，PWM 也可以的，因為一個周期內的占空比也能設定高、低電平的持續時間。只是，在 PWM 連續發生時要頻繁地更改占空比，對開發板的速度有要求，還要確保代碼執行得夠快。Nano Fw 畢竟是封裝過的，性能上會有損失的。雖然使用第三方框加會帶來一些性能上的削弱，但在應用層可以提升開發效率，就像寫普通 .NET 程式那樣。兩者總是要有一個平衡的。當然了，還是那句話，如果用其他框架做不到的事情，就必須用官方的 idf 了。性能上肯定比腳本語言高的。
好了，基本理論準備完畢，接下來，咱們開始整活。
先來看看如何用 RMT 來驅動 WS2812 的。因為這個比較新奇，所以先介紹它。紅外編碼協議可能會勸退不少伙伴，但，你不必擔心，畢竟咱們這裡不是真的用紅外通信，只是藉助介面協議來給 WS2812 發數據罷了，不會涉及協議編碼的。而且，Nano Framework 已經封裝好了，用起來很省事，初始化只需要一條 new 語句就完事了。
A、硬體部分，ESP32 模塊你可隨意，只要有引出相關IO口就行，介面少也不要緊的，因為咱們頂多用一兩根線（不含供電）。然後就是RGB燈帶或者點陣屏。其實這兩者本質上一樣。老周這個燈帶就是當初寫樹莓派文章時用的那個，ESP32 也是 3.6 年前買的，放在柜子里吃了幾年塵蟎。現在拿出來給大伙做演示，居然還能用，這質量可以的。
現在新點的開發板很多是 Type-C 介面的，不過老周這個畢竟是幾年前的，是 Micro USB 介面的。啥介面沒關係，可能就是找數據線麻煩些，現在很多手機是 C 口的。不過老周家裡啥線都有，全都是綠聯的。你沒看錯，老周所有數據線和轉換器都是用綠聯的。這不是廣告，就是質量好。老周家裡就是這樣的：風扇是美的，因為電機靜音；線材綠聯的，牆插排插都是公牛的；音響器材鐵三角或漫步者……老周不買小米的，小米其實就跟京東京造差不多，萬能貼牌。老周記得，買硬碟唯一一次翻車的就是京造的。那個硬碟現在搭在樹莓派上，專門放魔法少女動畫片。
又扯遠了，下麵是步驟：
1、啟動 VS；
2、新建 Nano 項目，選 Blank Application 項目模板就行了；
3、打開 Nuget 包管理器（方法自己百度），搜索 ws28xx esp32，然後你會找到一個【nanoFramework.Iot.Device.Ws28xx.Esp32】包。沒錯，它是專為 ESP32 封裝，開箱即用（使用時引入 Iot.Device.Ws28xx.Esp32 命名空間）。
4、安裝 nanoFramework.Iot.Device.Ws28xx.Esp32 包及相關依賴（一般自動安裝）；
這裡介紹一下幾個關鍵類。首先是 WS 晶元的公共基類 Ws28xx，在實例化時，咱們可以根據所使用的晶元選擇派生類：Ws2812b 、Ws2812c、Sk6812 等，WS2812B 和 WS2812C 比較常見。至於你買的燈帶是哪個 IC，還真不好說，比如老周這個其實是 WS2812C，可以賣家的商品介紹標註的是 WS2812B。問客服也沒用的，多數是一問搖頭三不知。客服客服，毫不客氣地讓你服得三觀倒置。
這個可以上機測試，如果燈珠點亮後與你設置的顏色不對，可以換個類，比如，用 WS2812b 的結果不正確，可以換成 WS2812c 來試。WS2812b 和 WS2812c 的紅色和綠色好像是反過來的。
接線就簡單了，一根接 5V（沒5V介面就接 3.3，或者單獨供電），數據線只有一根，這裡老周用 0 口，即 GPIO 0。你可以隨便選其他介面，比如官方示例用的 GPIO 15。
public class Program { const int PxCount = 16; // 有多少個燈珠 const int DelayMS = 10; // 延時多少ms const int DataPin = 0; // 使用哪個IO口 // 入口點 public static void Main() { Ws28xx ws28xx = new Ws2812c(DataPin, PxCount); BitmapImage bmp = ws28xx.Image; //ws28xx.ClockDivider = 2; //ws28xx.ResetCommand = new RmtCommand(1800, false, 1850, false); //ws28xx.OnePulse = new RmtCommand(35, true, 16, false); //ws28xx.ZeroPulse = new(14, true, 34, false); //Debug.WriteLine($"分頻：{ws28xx.ClockDivider}"); int i = default; int index1, index2; // 要設置的燈珠索引 while (true) { // 從兩邊向中間靠攏 for (i = 0; i < PxCount / 2; i++) { // 每次設置兩顆燈珠 index1 = i; index2 = PxCount - 1 - i; bmp.SetPixel(index1, 0, Color.Red); bmp.SetPixel(index2, 0, Color.Red); ws28xx.Update(); // 更新 Thread.Sleep(DelayMS); } // 從中間向兩側擴散 for (i = PxCount / 2 - 1; i >= 0; i--) { index1 = i; index2 = PxCount - 1 - i; bmp.SetPixel(index1, 0, Color.Blue); bmp.SetPixel(index2, 0, Color.Blue); // 更新 ws28xx.Update(); Thread.Sleep(DelayMS); } } } }
Ws2812c 類的構造函數有三個參數：1、你用的IO號；2、寬度；3、高度。這裡的寬高即燈珠個數，此處老周只點16個燈，多了怕供電不足（其實可以點更多燈珠）。第三個參數預設是1，所以如果高為1可以忽略。這個寬和高啥意思呢？對於燈帶來說，你可以認為它永遠只有一行，但有 N 列（N 是無限大正整數），即 width = N, height = 1。而點陣屏是矩陣，所以用點陣屏就可以設置寬和高。
Ws28xx類公開 Image 屬性，類型為 BitmapImage 類（也是個通用基類）。咱們可以把LED彩燈視作一張點陣圖，每個燈珠就是一個像素。所以，設置某個燈的顏色就要調用 SetPixel 方法，參數是x、y坐標，以及顏色。這個和普通 .NET 程式操作一樣。
這個示例，老周實現的效果是：
1、紅燈的點亮順序是從兩邊往中間靠攏；
2、藍燈的點亮順序是從中間向兩邊擴展。
每當你修改了點陣圖的數據，只是存在記憶體中，只有調用 WsXXX 實例的 Update 方法才會正式將數據發送出去。
這個點燈演算法其實很簡單，咱們學過數學，在等差數列中，1+n=2+(n-1)=3+(n-3)。本例中，16個燈，一半就是8，而索引是從0開始的，所以是7，即全序列的索引是 0 到 15，於是得到：0+15=15，1+14=15，2+13=15，3+12=15 …… 7+8=15。每次迴圈我們就設置相加等於最大索引的那兩個燈。這樣就能實現從中間向兩邊展開，順序反過來就實現從兩邊向中間收攏。
運行的效果如下圖所示。
細心的大伙伴會發現，上面的代碼中有幾行被註釋掉了。這些代碼用來設置參數的。不過 WS2812x 類會預設為咱們設置，除非發現預設設置的參數不正確時才要修改，
1、設置分頻的分母。
ws28xx.ClockDivider = 2;
ClockDivider 用於設置分頻，預設是2。目前支持的時鐘是APB（外設的高級匯流排），頻率是 80 MHz，分頻2表示除以2=40MHz。也就是一個 Tick 的時間為 1/40000000 = 0.000000025 秒，換算為 0.025 微秒（us）。為什麼分頻不用 80 呢，這樣一 Tick 就是 1 us豈不美哉？因為 WS28XX 的時序很短，比如發送 1 時，高電平持續時間為 0.7 us，低電平持續時間為 0.6 us，總時長在 1.3 us 左右。不過這類IC的時序有很多種版本，時序沒有精確的時長。不管怎麼說，這時間是要精確到 0.01 us的，所以，分頻為80只精確到 1 us 顯然不夠用。分頻為2精確到 0.025 us，基本能對付過去了。
2、設置高、低電平的持續時間。
ws28xx.ResetCommand = new RmtCommand(1800, false, 1850, false); ws28xx.OnePulse = new RmtCommand(35, true, 16, false); ws28xx.ZeroPulse = new(14, true, 34, false);
RmtCommand 類的構造函數是這樣的：
RmtCommand(ushort duration1, bool level1, ushort duration2, bool level2)
咱們可以這樣理解：一個周期內有兩個電平，level1 和 level2，如果是true就是高電平否則低電平；duration1 描述 level1 的持續時間，duration2 描述 level2 的持續時間。假設持續時間是 100，如果分頻是80，那麼正好是 1us，可是咱們分頻是2，就變成 100*0.025 us 了。畢竟分頻後會變慢。
接下來看看 SPI 實現。
要安裝這幾個 Nuget 包：
1、nanoFramework.Iot.Device.Ws28xx
2、nanoFramework.Hardware.Esp32
3、nanoFramework.System.Device.Spi
其他的因為依賴關係會自動安裝。
這個 iot 庫裡面，沒有 Ws2812c 類，只有 ws2812b 類，但目前測試來看，能正常使用。
SPI 方案主要是用到了 MOSI 介面，雖然在初始化 SPI 匯流排時會設置幾個引腳，但實際上只連接 MOSI 即可。
// 設置引腳的功能 Configuration.SetPinFunction(23, DeviceFunction.SPI1_MOSI); Configuration.SetPinFunction(19, DeviceFunction.SPI1_MISO); Configuration.SetPinFunction(18, DeviceFunction.SPI1_CLOCK); // 這裡有兩個參數：第一個是SPI匯流排ID，第二個是片選引腳，-1表示不使用 SpiConnectionSettings cset = new(1, -1) { Mode = SpiMode.Mode0, ClockFrequency = 2400000, // 通信頻率 DataBitLength = 8 }; // 初始化SPI設備 SpiDevice spidev = SpiDevice.Create(cset); Ws28xx ws2812 = new Ws2812b(spidev, PxCount); // 獲取圖像對象 var bmp = ws2812.Image; int i = default; // 進入迴圈 while (true) { for(i=0; i<PxCount; i++) { bmp.SetPixel(i, 0, Color.Blue); ws2812.Update(); Thread.Sleep(DelayMS); } for(i=PxCount -1 ; i >= 0;i--) { bmp.SetPixel(i, 0, Color.Red); ws2812.Update(); Thread.Sleep(DelayMS); } for(i=0; i<PxCount; i++) { bmp.SetPixel(i,0,Color.Green); ws2812.Update(); Thread.Sleep(DelayMS); } for(i=PxCount -1 ;i >= 0;i--) { bmp.SetPixel(i, 0, Color.WhiteSmoke); ws2812.Update(); Thread.Sleep(DelayMS); } }
SPI 方式稍麻煩一點，用到的IO口有 18、19、23，而燈帶只需連接 23 即可。註意在設置引腳功能時，如果選擇 SPI1_MOSI、SPI1_CLOCK 等值，那說明用的是 SPI_1，在實例化 SpiConnectionSettings 對象時，busid 參數就是 1；如果設置功能時使用的是 SPI2_MOSI、SPI2_MISO、SPI2_CLOCK，那麼實例化 SpiConnectionSettings 時 busid 是 2。雖然 ESP32 有四路 SPI，但前兩路內部保留的，外設只用後兩個，即 HSPI 和 VSPI，這兩個名字也夠奇葩的，其實用起來是一樣。這破名字容易使人誤認為 VSPI 是虛擬SPI，HSPI 是硬體SPI。
咱們在程式代碼中指定的 SPI_1 和 SPI_2 就是 HSPI 和 VSPI。
本示例使用 32 個燈珠，在一輪迴圈中做四次填充：
1、從頭到尾，填充藍色；
2、從尾到頭，填充紅色；
3、從頭到尾，填充綠色；
4、從尾到頭，填充煙白色。
效果如下：
好了，今天就水到這裡了。
