台观光业者叹：冬天已过，春光何时现

     树莓派pico不仅支持SPI和I2C控制器发送数据，它还有自己的特殊协议：可编程IO。今天就该话题展开学习，使用pico驱动一个12颗RGB灯环。在一般MCU中，可通过寄存器操作将指定的IO口输出高低电平，pico使用MicroPython语言去操作IO输出电平状态，显得更精简。

     树莓派pico与WS2812灯环模块连接如下：

VBUS-------->5V

GND--------->GND

GP0---------->DI

      使用Thonny软件编写代码如下：

import array, time
from machine import Pin
import rp2
from rp2 import PIO, StateMachine, asm_pio
 
# Configure the number of WS2812 LEDs.
NUM_LEDS = 12
 
@asm_pio(sideset_init=PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)
def ws2812():
    T1 = 2
    T2 = 5
    T3 = 3
    label("bitloop")
    out(x, 1).side(0)[T3 - 1]
    jmp(not_x, "do_zero").side(1)[T1 - 1]
    jmp("bitloop").side(1)[T2 - 1]
    label("do_zero")
    nop().side(0)[T2 - 1]
 
# Create the StateMachine with the ws2812 program, outputting on Pin(22).
sm = StateMachine(0, ws2812, freq=8000000, sideset_base=Pin(0))
 
# Start the StateMachine, it will wait for data on its FIFO.
sm.active(1)

# Display a pattern on the LEDs via an array of LED RGB values.
ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])

while True:
    print("blue")
    for j in range(0, 255):
        for i in range(NUM_LEDS):
            ar[i] = j
        sm.put(ar,8)
        time.sleep_ms(10)
     
    print("red")
    for j in range(0, 255):
        for i in range(NUM_LEDS):
            ar[i] = j<<8
        sm.put(ar,8)
        time.sleep_ms(10)
     
    print("green")
     
    for j in range(0, 255):
        for i in range(NUM_LEDS):
            ar[i] = j<<16
        sm.put(ar,8)
        time.sleep_ms(10)
     
    print("white")
    for j in range(0, 255):
        for i in range(NUM_LEDS):
            ar[i]=(j<<16)+(j<<8)+j
        sm.put(ar,8)
        time.sleep_ms(10)

下面就代码进行简要说明：

       代码中每秒发送800000位数据（注意频率是8000000，程序的每个周期是10个时钟周期）。每一位数据都是一个脉冲，一个短脉冲表示0，一个长脉冲表示1。数据进入状态机有两个阶段。第一个是称为先进先出（FIFO）的内存。这是主Python程序发送数据到的地方。第二个是输出移位寄存器(OSR)，这就是out()指令获取数据的地方。两者通过拉指令连接，拉指令从FIFO获取数据并将其放在OSR中。然而，由于我们的程序设置了启用autopull的阈值为24，所以每次我们从OSR读取24位时，它将从FIFO重新加载指令out(x,1)从OSR中获取一位数据，并将其放入名为x的变量中（PIO中只有两个可用变量：x和y）。jmp指令告诉代码直接移动到特定的标签，但是它可以有一个条件。指令jmp(not_x，”do_zero”) 告诉代码，如果x的值为0(或者，在逻辑术语中，如果not_x为真，并且not_x是x的反面，在pio级别中，0为假任何其他数字为真)，则移动到do_zero。

       在这里，我们跟踪一个名为ar的数组，它保存了我们希望LED拥有的数据。数组中的每个数字都包含了一盏灯上所有三种颜色的数据。格式上它是二进制的。使用PIO的一个问题是，你经常需要处理单个数据位。每一位数据都是1或0，数字可以通过这种方式建立，所以以10为基数的2就是二进制的10。以10为基数的3在二进制中等于11。二进制数的8位中最大的数是11111111，或者以10为基数的255。我们实际上把三个数字存储在一个数字中。这是因为在MicroPython中，整数存储在32位，但每个数字只需要8位。设置RGB颜色：前八位是蓝色，后八位是红色，最后八位是绿色。8位最多可以存储255 个数字，所以每个LED都有255个亮度级别。我们可以使用移位运算符<<来实现这一点。这将在一个数字的末尾加上一 定数量的0，所以如果我们想让LED的红色、绿色和蓝色亮度达到1级，我们将每个值都设为1。

         通过以上编程体验，可以得出如下结论：

PIO状态机使用的语言非常简洁，所以只有少量的指令。

in()：移动1到32位到状态机；与out()类似，状态机相反。

push()：将数据发送到连接状态机和主存的内存中MicroPython程序。

pull()：从连接状态机和主存的内存块中获取数据MicroPython程序。这里我们没有使用它，因为通过在程序中包含 autopull=True，当我们使用 out() 时，会自动发生这种情况。

mov()：在两个位置之间移动数据（例如x和y变量）。

irq()：控制中断。如果需要触发一个特定的接口程序的MicroPython端运行，就可以使用这些

wait()：暂停直到发生一些事情（例如 IO pin 更改了一个设定值或中断发生）。

       pico虽然只有少量的指令，但可以实现大量的通信协议。大多数指令都是用于以某种形式移动数据。如果需要以任何特定的方式准备数据，例如控制LED的颜色，这应该在主MicroPython程序中完成，而不是在PIO程序中。

环形彩灯.zip

12_WS2812.zip