ESP32-C3使用RMT模块控制SK6812全彩RGB LED灯详解
ESP32-C3使用RMT模块控制SK6812全彩RGB LED灯详解
本文将详细介绍如何使用ESP32-C3的RMT模块控制SK6812全彩RGB LED灯。文章将从SK6812 LED的基础介绍、控制原理、控制方案，以及ESP32-C3 RMT模块的详细介绍和使用示例等方面进行讲解。
一、SK6812 LED基础介绍
SK6812灯珠集成了控制电路与发光电路与一体的智能外控LED光源。外形与5050 LED灯珠是一样的。但是与普通的LED不同的是，他不是简单的通过高低电平来控制亮灭，它通过单线就能控制RGB三色的亮灭，采用了一个叫单极性归零码数据协议的通讯方式。
1.1 SK6812控制原理
对于使用者来说，我们需要知道的主要是理解这个协议，然后实现手册中提到的“0”码和“1”码，然后每一个灯珠，是由24 bit的数据结构组成。
（注意这里说的24 bit是数据结构，举个例子，如果我们使用SPI实现“0”、“1”码，SPI总线发送一个字节，只是实现了一个码，只是上面24 bit数据结构中的1bit！后面会更加详细的说明这一点）
我们把对应需要了解的参数都截图说明（根据自己选用的产品规格书来确定具体参数）：
额外添加点说明，不同比例的三原色光相加得到彩色称为相加混色，比如：
- 红＋绿＝黄
- 红＋蓝＝紫
- 蓝＋绿＝青
- 红＋蓝＋绿＝白
举个例子：显示黄色，其RGB值为255, 255, 0。那么上面的24bit数据结构为：
1111 1111 1111 1111 0000 0000（其中的1和0是上面说的“1”码和“0”码）
综合上面，不管使用哪一种方式，其中都是需要在DIN端给出符合时间要求的高低电平，才能正确的控制SK6812：
1.2 SK6812控制方案
知道了SK6812的控制原理，在开发板上面，我们使用一个IO口连接DIN端，作为信号的输入端，那么就需要实现这个IO口实现符合时序的高低电平，那么有哪些实现方式呢？
1.2.1 GPIO翻转
最终目的是需要实现规定时间的高低电平，那么最直接想到的就是直接把GPIO翻转速度设置成最大，然后直接置位复位GPIO实现高低电平。==！
但是仔细想一下上面的时间要求是us级别的，那么对于不同的芯片，不仅是因为主频不同，IO口的翻转速度当然也会不同，在网络上查看到（仅供参考）：
1、STM32
- 看到一篇博文直接操作寄存器222ns采用库函数指令会延迟300ns左右，参考博文无聊测一下IO口翻转速度STM32F103RCT6
- 以主频为72MHz为例，指令控制GPIO翻转，最高可达18MHz。
- 直接操作寄存器，单指令周期的，407超频200M的时候，IO口刚好100M
上述事件自己通过公式算一下即可：f=1/T。(T的单位是秒(s),f的单位是赫兹(Hz))。
2、ESP32
- ESP32的IO口速度，简单查找没有找到说明。
3、ESP8266
- ESP8266的GPIO有效翻转大约须要2.5us（0.4MHz）
- ESP8266的GPIO0的翻转速度最快，配合寄存器操作可以实现
算下来，目前来说MCU的发展，还是有能够直接控制IO口电平实现的条件，这种简单粗暴的方式需要经过反复的测试调整，因为对于时间的控制还需要考虑很多因素。所以这里介绍一下，不过多探究。
1.2.2 SPI方式
SPI方式，SPI通讯的速度目前器件可以达到大几十Mbps，一般情况下，SPI模块的最大时钟频率为系统时钟频率的1/2。
SPI的基础知识网上很多，在我博文《总线协议记录》也有记录。
所以通过SPI总线发送是比较可行的一种方式。只要将SPI的时钟调整为8MHz左右（小于等于8Mhz），这样不同的MCU下，都可以实现。
采用8Mhz SPI，发送一个字节所需时间1.25us，满足上面SK6812的24bit数据结构一个bit的时间：
再根据“1”码<1us && >0.6us的高电平，>0.2us的低电平，得出，SPI发送一个字节11111100b即表示“1”码，0XF0。
同理可得，SPI发送字节11000000b即表示“0”码，0xC0。
那么还是按照上面原理部分举的例子，显示黄色的24bit数据结构为：1111 1111 1111 1111 0000 0000
那么SPI总线发送如下的24个字节数据（十六进制），就能使得LED显示为黄色：
F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 F0 C0 C0 C0 C0 C0 C0 C0 C0
1.2.2 PWM方式
PWM方式也是一种常见的控制高低电平的方式，通过上面我们得知，“1”码和“0”码的高低电平比例为3:1.那么就是调节占空比，“1”码的占空比为75%，“0”码的占空比为25%。那么剩下的只需要把PWM的周期设置成SK6812的码元周期>1.2us左右。注意占空比多少，可以根据实际情况调整。
给出2个网上的结论，仅供参考：
- cycle（周期）=1.2us，占空比=50%为1，占空比=30%为0；
（833Khz，感觉还行） - 周期设置为3MHz，占空比=66%为1，占空比=33%为0；
（0.33us周期，估计写错了，1MHZ还差不多，1us）
关于ESP32 -C3使用PWM方式，不确定可不可以用，毕竟ESP32 -C3的PWM按照我们的博文流程我们还没有学习测试，下一篇博文写一下ESP32 -C3的PWM学习测试记录。
1.2.3 RMT方式（ESP32）
RMT，是ESP32系列特有的一个红外发送和接收控制器，红外协议转化为信号，体现在IO上也就是高低电平。
将上面讲到的“1”码和“0”码当成红外信号，也可以实现SK6812的控制。下面就先来了解下ESP32-C3的RMT。
二、ESP32-C3 RMT介绍
2.1 RMT基础介绍
在乐鑫官方ESP32-C3芯片手册《esp32-c3_technical_reference_manual_cn》文档中对于RMT有详细的介绍：
在官方网站也有关于RMT相关API的详细介绍：乐鑫官方ESP32-C3 RMT部分说明
所以详细的资料还是可以通过上面的途径查看，这里我们需要关注的一点就是：
RMT是如何控制SK6812的？
通过前面的SK6812控制原理我们知道了，控制SK2812就是实现符合时间规定的高低电平，那么在ESP32-C3芯片手册中，有提到RMT是如何实现此功能的，对于部分如下图：（当然如果要了解更深还是要好好查看官方的资料）
结合官网图片就能更容易理解：
2.2 RMT使用介绍（API相关）
RMT的使用基本步骤如下，但是本文我们是需要控制SK6812，所以只需要了解发送相关的配置及使用：
首先要了解的是一个结构体，发送配置的结构体
rmt_tx_config_t：
上述结构体内容依次是：RMT载波频率、RMT输出的电平、空闲电平状态、占空比、最大循环计数、载波使能、循环发送使能、空闲电平输出使能。
通过初始化结构体的示例，可以更好的理解：
RMT输出结构体默认配置如下：
对于控制SK6812，目前了解到RMT的输入配置就可以了。
三、RMT示例测试
3.1 IDF示例测试
在IDF示例程序中，官方提供了控制WS2812的示例
RMT Transmit Example -- LED Strip：
程序的过程比较简单，SK6812的驱动和ws2812的驱动是一样的，相关的代码在
components/led_strip/src/led_strip_rmt_ws2812.c
文件中。
针对自己的开发板，然后对于示例工程，简单修改一下既可以看到效果，因为示例大家都一样，这里就使用截图表示需要修改的地方：
在示例中
EXAMPLE_CHASE_SPEED_MS
太快了，闪得我眼睛有点花，把这个时间改成了300：
#define EXAMPLE_CHASE_SPEED_MS (300)//
在我的开发板上面，本来确实是只有一个LED，但是为了测试，我飞线焊接了一个：
测试结果，示例的现象就是，LED不同颜色的交替闪烁，并没有渐变效果，这里上几张图勉强看看：
3.2 示例改渐变效果
最开始也没有一点一点去分析驱动代码，示例代码也就看看RMT的配置，后面的SK6812驱动部分并没有仔细研究，所以测试是闪烁效果，后来想想还是不得劲，不渐变闪烁，这不得亮瞎眼= =！
所以还是得改改，所以看了看示例，其实也就是简单的修改（最后一个
vTaskDelay（50）
不需要，这里是以前改过的代码忘了去掉了）：
根据上面图示的说明，把所有时间改成如下，是基于例程基础最平滑最快速的渐变了：
没视频看不到= =！上张图勉强应付一下：
四、SK6812驱动代码说明
最近ESP32-C3的学习博主已经更新完了蓝牙GATT篇章，正准备写一篇蓝牙的小应用，计划要通过手机与开发板进行蓝牙连接，控制板子上的灯，能够渐变当然是最好了，忽然发现SK6812的驱动函数忘了怎么用了……
在官方示例中，给了最原始的驱动，但是感觉当时没有理解透彻，所以回过头来重新看一看。
4.1 驱动函数简析
我们在使用中，需要定义一个LED变量，比如：
static led_strip_t *strip;
我们来看一看
led_strip_t
，他是
led_strip_s
结构体类型：
struct led_strip_s {
/**
* 设置灯的颜色
*/
esp_err_t (*set_pixel)(led_strip_t *strip, uint32_t index, uint32_t red, uint32_t green, uint32_t blue);
/**
* 更新灯的颜色
*/
esp_err_t (*refresh)(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms);
/**
* 清除灯的颜色
*/
esp_err_t (*clear)(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms);
/**
* 删除灯这个对象
*/
esp_err_t (*del)(led_strip_t *strip);
};
在示例中我们都使用到了这几个函数，简单记录一下这几个函数的说明：
设置灯的颜色：
/**
* 参数含义：
* 灯的句柄，我们开始定义的变量
* 需要设置的灯的位置下标，从0开始，如果有很多灯，一般都是使用for循环赋值
* 红色的值
* 绿色的值
* 蓝色的值
*/
static esp_err_t ws2812_set_pixel(led_strip_t *strip,
uint32_t index,
uint32_t red,
uint32_t green,
uint32_t blue)
更新灯的值：
使用上面函数设置完LED颜色值后，需要调用
ws2812_refresh
将颜色更新到灯条：
static esp_err_t ws2812_refresh(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms)
清除灯的颜色：
static esp_err_t ws2812_clear(led_strip_t *strip, uint32_t timeout_ms)
删除灯这个对象：
static esp_err_t ws2812_del(led_strip_t *strip)