一、前言

这是实验室项目要求实现的一个小功能，自己又想试一下写博客，都说有帮助，所以打算试一下，如有错误请指正！谢谢大家！

并且我发现CSDN的各种标题都长得差不多，可能看着会很混乱，强烈推荐配合目录食用！

实现的功能

亮度或光照变暗时，WS2812或者LED自动变亮，其中LED可以实现随光照强度自动调整亮度。

二、使用到的核心模块

STM32F103C8T6、WS2812、LED、光敏传感器。

光敏传感器

检测环境亮暗，光越强电阻越小，输出电压变化。有AO 模拟量（测亮度）和DO 数字量（亮 / 暗开关），用来做光控灯、亮度检测。

配合LED时：使用四引脚光敏传感器，VCC与GND正常接入面包板，AO（模拟输出，配合ADC使用）接入ADC指定的IO引脚，引脚持续获取光敏传感器输出的ADC值，达到自己设置的阈值触发代码，对LED进行点亮并根据光敏传感器输出的ADC时时调整亮度。

WS2812模块

WS2812 就是自带驱动芯片的 RGB 灯珠。一根信号线就能串很多个，发不同数据就能亮任意颜色，时序要求很严，一般用 PWM+DMA 驱动。若是多个WS2812级联，上一个WS2812的DO接入下一个WS2812的DI。

三、开发环境

STM32cubeMX+keil5，使用HAL库开发，下载工具为ST-Link。

四、实验1原理（WS2812+光敏传感器）

光敏传感器+WS2812实现天暗自动开灯

光敏传感器作用及其运作原理

使用四引脚光敏传感器，VCC与GND正常接入面包板，DO（数字输出，可通过电位器调节阈值）接入设定IO引脚，引脚检测到电平变化后，触发相应代码，则对WS2812进行点亮或者实现其他功能。

WS2812作用及其运作原理

VCC接5V（但是我自己实测接3.3V也没问题），GND接GND，DIN接设定的IO引脚。

使用TIM生成PWM+DMA的形式对WS2812实现控制。并且WS2812有 0码、1码和reset 三种输入信号的概念，可以理解为专属于WS2812的低电平0和高电平1，以此来对WS2812模块进行编程，可以通过特殊方式（下面的原理讲）给WS2812生成0码和1码和reset。

WS2812原理：在指定计数周期下（1.25us），不同的高电平信号时长能输出0码、1码和reset信号。

简单记：短高电平 = 0；长高电平 = 1；长低电平 = 复位。

WS2812运作原理：每颗灯珠能按照G, R, B（绿红蓝）三种颜色，组合实现炫彩的灯光效果。而要修改其色彩，需要对其输入24个bit长度的0码/1码信号进行调整。严格按照G, R, B（绿红蓝）顺序，每种颜色需8个字节长度的0码/1码信号作为颜色数据，3种颜色即需要24位。

例如：红色（1111 1111）绿色（0000 0000）蓝色（0000 0000）=红色（255,0,0）

红色（1111 1111）绿色（1111 1111）蓝色（1111 1111）=白色（255,255,255）

关于如何调整颜色数据，因为涉及到一个计数周期内的高电平时长（0码/1码的设置），我们考虑使用PWM波，通过调节PWM波的占空比，实现调整一个时钟周期内的高电平时长，从而实现输出0码/1码/reset信号的目的。

至于使用DMA，是因为WS2812对时序要求十分严格，cpu手动控制时，可能一个小小的中断，甚至可能是因为cpu慢了一点，就会导致时序错误；其次，不使用DMA，对cpu占用严重，cpu就得一直盯着翻转电平，严重干扰cpu执行其他任务。用了 DMA，CPU 把 “发灯珠数据” 这个活交给 DMA 后，自己就能去处理其他任务，直接提高效率。

一段话总结

本项目通过四引脚光敏传感器检测环境亮度，光敏电阻随光线强弱改变阻值，经模块比较器从 DO 引脚输出高低电平来判断天黑或天亮，电平变化触发单片机动作；单片机利用定时器 PWM+DMA驱动 WS2812 灯珠，通过调整 PWM 占空比生成符合时序要求的 0 码、1 码和复位信号，按 GRB 顺序控制灯光颜色，DMA 保证时序精准且不占用 CPU，最终实现环境变暗时自动点亮 WS2812 灯光的完整流程。

实验1：STM32cubeMX配置流程

引脚配置

使用到的引脚如下图（串口引脚可用来调试打印电压用，不冲突）

光敏传感器引脚：选择接入PA0（任意的可输入的引脚）配置为默认上拉（Pull-up）。

WS2812引脚：由于要使用到PWM，我们选择TIM1的PWM通道1。引脚为PA8。

PWM参数配置

PWM参数配置，基于我的时钟主频为8MHz，如图（折叠起来的使用默认参数）

分频系数：不选择分频。

计数模式：向上计数。

自动重装载值：9。

不使用影子寄存器。

计算是否符合WS2812的计数周期（1.25us）：8MHz=周期为125ns，因为自动重装载值为9，则计数器需计数（9+1）次，则125ns计算10次的时间=1.25us，符合WS2812严格的时序要求。

DMA参数配置

模式为正常模式。

为TIM1_CH1添加DMA，数据搬运方向为内存到外设（对应代码中存有WS2812颜色数据的数组到TIM1_CH1通道的寄存器）。

设置外设地址不自增，内存地址自增。

设置数据长度为半字。

实验1：核心代码解读

（其余配置类代码由STM32cubeMX生成，这里不做展示，只展示核心代码）

重要的宏定义与变量

#define WS2812_NUM  16  //灯珠数量，我买的模块直接集成了16个灯珠
#define WS2812_BITS 24  //每个灯珠的24bit颜色数据位
#define TIM1_ARR 9    //PWM的ARR值，能直接修改，方便适应其他的主频

//结合主频8MHz、ARR=9，高电平持续时间 = (CCR+1) * 时钟周期。要达成0码（高电平约0.4us），需要CCR=3；1码（高电平约0.8us），需要CCR=6。
#define CODE0_HIGH 3  //根据1.25us的周期，我计算出来的0码所需要设置的高电平的占空比
#define CODE1_HIGH 6  //根据1.25us的周期，我计算出来的1码所需要设置的高电平的占空比
uint32_t WS2812_buf[WS2812_NUM*WS2812_BITS];//存取WS2812颜色数据

WS2812设置颜色函数

/**
 * @brief 设置WS2812灯带的颜色
 * @param r 红色分量 (0-255)
 * @param g 绿色分量 (0-255)  
 * @param b 蓝色分量 (0-255)
 * @retval 无
 */
void WS2812_SetColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{
    // 循环计数器
    int8_t i = 0, j = 0;   
        
    // 将RGB三色合并为32位数据(格式: GRB)
    uint32_t color = ((uint32_t)g << 16) | ((uint32_t)r << 8) | (uint32_t)b; 

    // 缓冲区索引，记录当前写入位置
    uint16_t idx = 0;              
    
    // 双重循环：为每一颗LED生成对应的颜色数据
    for(j = 0; j < WS2812_NUM; j++)          // 遍历所有LED
    {
        for(i = WS2812_BITS - 1; i >= 0; i--) // 从高位到低位处理24位颜色数据
        {
            // 检查当前位是否为1
            if(color & (1 << i))               // 如果该位为1
            {
                WS2812_buf[idx++] = CODE1_HIGH; // 存储表示"1"的时序数据
            }            
            else                                // 如果该位为0
            {
                WS2812_buf[idx++] = CODE0_HIGH; // 存储表示"0"的时序数据
            }
        }
    }
}

写入颜色数组函数

/**
 * @brief 发送WS2812颜色数据到灯带
 * @note  通过TIM1的PWM+DMA方式发送数据，实现精确时序控制
 * @retval 无
 */
void WS2812_SendData(void)
{
    // 停止之前的DMA传输，确保通道空闲
    HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    
    // 启动PWM DMA传输
    // 参数1: 定时器句柄 htim1
    // 参数2: 定时器通道 TIM_CHANNEL_1
    // 参数3: 要发送的数据缓冲区指针 WS2812_buf
    // 参数4: 数据长度 WS2812_NUM * WS2812_BITS
    // 说明: DMA会自动将缓冲区中的数据按顺序发送，每个数据决定PWM的高电平时间
    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 
                          (uint32_t*)WS2812_buf, 
                          WS2812_NUM * WS2812_BITS);
    
    // 延时1ms，等待DMA传输完成
    // 注意: 此延时时间需要根据实际数据量调整
    // 如果延时太短可能导致数据未发送完，太长会影响响应速度
    HAL_Delay(1);
}

main函数

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
    // 初始状态：点亮所有LED为白色(200,200,200)
    WS2812_SetColor(200, 200, 200);
    WS2812_SendData();    // 发送数据到LED灯带
	while (1)
	{
        //读取光敏传感器的信号
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
		{
            //低于阈值，点亮WS2812为白色（可自己调整颜色）
		    WS2812_SetColor(200,200,200);
			WS2812_SendData();
		}
		else
		{
            //高于阈值，关灯
			WS2812_SetColor(0,0,0);
			WS2812_SendData();
		}
		HAL_Delay(50);  //延时用于防止DMA在前一次传输未完成时又被启动，导致数据错乱
	}
    
    

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  
  /* USER CODE END 3 */
}

效果演示请关注dy或者b站"无敌贵点大王"

五、实验2原理（普通LED+光敏传感器）

光敏传感器+LED实现天暗自动开灯并且自调亮度

光敏传感器作用及其运作原理

使用四引脚光敏传感器，VCC与GND正常接入面包板，AO（模拟输出）接入设定IO引脚，引脚实时监测光敏传感器的模拟输出，触发相应代码，对LED进行点亮并调节亮度。

LED作用及其运作原理

具象体现ADC值对电压的影响。

一段话总结

通过光敏传感器的模拟输出（AO），持续获得因光照变化的ADC值，再通过实时变化的ADC值，实时修改PWM波的占空比，从而实现实时修改LED引脚的电压值，实现控制LED的开关和亮暗调节。

实验2：STM32cubeMX配置流程

引脚配置

使用到的引脚如下图（串口引脚可用来打印电压调试用，不冲突）

光敏传感器引脚：选择接入PA0（任意的可输入的引脚）配置为默认上拉（Pull-up）。

LED引脚：由于要使用到PWM，我们选择TIM1的PWM通道1。引脚为PA8。

PWM参数配置

PWM参数配置，基于我的时钟主频为8MHz，如图（折叠起来的使用默认参数）

分频系数：7，使得频率变成1MHz。

计数模式：向上计数。

自动重装载值：999，使得周期变成1ms。

使用影子寄存器，防止PWM波形突变。

ADC参数配置（使用ADC1通道0）

独立模式；不打开扫描；不打开连续转换；转换通道数量为1。

实验2：核心代码解读

重要的宏定义和变量

/* ADC采样值范围定义 */
#define ADC_MAX  4096   /* ADC最大采样值（12位ADC，理论最大值4095，这里用4096便于计算）*/
#define ADC_MIN  1000   /* ADC最小有效采样值（用来控制触发LED点亮的阈值，值越大，点亮LED的亮度越大）*/

/* PWM比较值范围定义，便于适应不同时钟频率下的PWM值*/
#define PWM_CCR_MAX  999   /* PWM最大比较值（对应100%占空比，TIM1周期设为999）*/
#define PWM_CCR_MIN  0     /* PWM最小比较值（对应0%占空比，输出低电平）*/

获取ADC值函数

/**
 * @brief   获取ADC采样值（8次采样取平均，软件滤波）
 * @param   void
 * @return  uint32_t 返回8次采样的平均值，范围：0-4095
 * @note    此函数会阻塞运行，直到完成8次采样
 *          每次采样间隔取决于ADC转换时间（约几微秒）
 */
uint32_t Get_ADCValue()
{
    uint32_t ADC_Value = 0;  /* 最终返回的平均值 */
    uint32_t sum = 0;         /* 8次采样的累加和 */
    uint32_t count = 0;       /* 循环计数器 */
    
    /* 1. 启动ADC转换 */
    HAL_ADC_Start(&hadc1);

    /* 连续采样8次，用于软件滤波 */
    for(count = 0; count < 8; count++)
    {     
        /* 2. 等待转换完成
         * HAL_MAX_DELAY：无限等待直到转换完成
         * 函数会在转换完成后返回
         */
        HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
        
        /* 3. 读取转换结果并累加
         * HAL_ADC_GetValue() 返回12位ADC值（0-4095）
         */
        sum += HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        
        /* 注意：这里没有停止ADC，下次循环继续启动
         * 每次循环都 等待-读取，确保每次采样独立
         */
    }
    
    /* 4. 计算8次采样的算术平均值
     * count=8，sum是8次总和
     * 平均值 = 总和 / 8
     */
    ADC_Value = sum / count;  /* 整数除法，自动取整 */
    
    /* 5. 停止ADC，降低功耗
     * 采样完成后关闭ADC，直到下次需要采样再开启
     */
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    
    /* 6. 返回滤波后的ADC值 */
    return ADC_Value;
}

计算并调整CCR的函数

/**
 * @brief   将ADC采样值映射到PWM比较值（CCR）
 * @param   ADC_Value  获取的ADC采样值（0-4095）
 * @return  uint16_t   映射后的PWM比较值（0-999）
 * @note    实现ADC值到PWM占空比的线性映射
 */
uint16_t Get_CCR(uint32_t ADC_Value)
{
    uint16_t CCR;  /* 存储计算得到的PWM比较值 */
    
    /* 映射关系：
    ADC_MIN (1000) → 0     (LED熄灭)
    ADC_MAX (4096) → 999   (LED最亮)
    */
    if(ADC_Value < ADC_MIN) ADC_Value = ADC_MIN;  /* 低于下限则取下限，最暗 */
    if(ADC_Value > ADC_MAX) ADC_Value = ADC_MAX;  /* 高于上限则取上限 ，最亮*/
    
    /* 线性映射公式：
     * 公式：CCR = 999 * (ADC - 1000) / (4096 - 1000)
     * 将[ADC_MIN, ADC_MAX]区间线性映射到[PWM_CCR_MIN, PWM_CCR_MAX]区间
     */
    CCR = (PWM_CCR_MAX * (ADC_Value - ADC_MIN) / (ADC_MAX - ADC_MIN));
    
    return CCR;  /* 返回计算得到的PWM比较值 */
}

main函数

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  //提前打开PWM通道1
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  while (1)           
  {
      //调用函数，先获取ADC值，在通过ADC值转换成CCR值
	  uint32_t ADC_Value=Get_ADCValue();
	  uint16_t duty=Get_CCR(ADC_Value);
      
      //设置转换好的CCR值，实现控灯效果
	  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, duty);  		  
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

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