ESP32-C3 入门教程 基础篇（五、RMT 应用 — 控制 SK6812 全彩 RGB 灯）
前言
在开发板上面，我画了一个 SK6812 RGB 灯，当时因为对于 SK6812 没有进一步的了解，所以写的是 PWMLED ，现在已经改过来了：
本文我们来学习一下 SK6812 全彩 RGB 的使用以及 ESP32-C3 如何控制它。
测试使用的开发板：
自己画一块 ESP32-C3 的开发板（第一次使用立创 EDA）（PCB 到手）
https://xie.infoq.cn/article/30387388381a0d915b2494f91
测试使用的开发环境：
ESP32-C3 VScode 开发环境搭建（基于乐鑫官方 ESP-IDF——Windows 和 Ubuntu 双环境）
https://xie.infoq.cn/article/5b639e112cabba00cc1b8941a
基础篇系列相关博文：
ESP32-C3 入门教程 基础篇（一、ADC 采样）
https://xie.infoq.cn/article/78eff739dd2ed4971f445272a
ESP32-C3 入门教程 基础篇（二、GPIO 中断、按键驱动测试）
https://xie.infoq.cn/article/7d090d74fb0a9449986954810
ESP32-C3 入门教程 基础篇（三、UART 模块 — 与 Enocean 无线模块串口通信）
https://xie.infoq.cn/article/55d8a9cbd211b4d99b53935ee
ESP32-C3 入门教程 基础篇（四、I2C 总线 — 与 SHT21 温湿度传感器通讯）
1、GPIO 示例测试
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
基础介绍在使用的产品的手册中都有，这里就截取我开发板使用的产品手册中的图片来说明一下：
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：
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：
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的去分析驱动代码，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：
我们来看一看 led_strip_t ，他是 led_strip_s 结构体类型：
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：
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：
清除灯的颜色：
等于把等熄灭：
SK2812 设备注册函数：
另外还有一个函数需要注意，就是用来注册新的 SK2812 设备的函数：
使用此函数来注册设备，比如：
4.2 设置指定颜色
设置指定延时，我们可以直接使用 ws2812_set_pixel 函数，对于我们定义的结构体变量，根据示例使用即可，设置指定颜色就很简单了：
上图颜色 绿色 和 红色 搞反了！set_pixel(strip, 0, 255, 0, 0)是绿色，第二个是红色 !
红色 和 绿色 对应位置好像反了，是因为 ESP-IDF 驱动中的颜色处理驱动函数是反过来的：
为了与正常的颜色值对应，改成如下即可：
当然为了对应颜色代码（比如 #0033FF 形式）我们可以简单的做几个函数处理一下：
在使用的时候，可以直接使用 set_rgb 函数：
如果设置其他颜色，需要查对应的表格了，在网上找了一张表格，简单看看，网上也有很多 RGB 查询工具，一搜索就可以出来：
4.2 几个渐变驱动
渐变的示例，通过上文官方的示例也可以做到，我这里发现一片好的文章，文章博主写了几种好的方式，博文连接如下：
程序选自上面推荐博文：
程序一：
程序二：
第三个参数为渐变时间，测试过最小时间可能需要设置为 10 ，也就是 10ms（设置为 5ms 灯不会亮……）
程序三：
最后这个自己没有测试过，有机会再用起来。
结语
第一次的时候求速度，回头再看一遍感触颇多。
学习就得做到温故而知新 O(∩_∩)O
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【矜辰所致】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/375c5cc5c6790b56117d0232e】。文章转载请联系作者。
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