亞當(dāng)泰勒玩轉(zhuǎn)MicroZed連載32：驅(qū)動(dòng)Adafruit RGB NeoPixel LED陣列

在上一篇博文中，我介紹了讓人著迷的Adafruit NeoPixel RGB LED，并且大概描述了NeoPixel驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)。（參見” 亞當(dāng)泰勒玩轉(zhuǎn)MicroZed連載31：系統(tǒng)模塊驅(qū)動(dòng)NeoPixel RGB LED陣列”）在這篇博文中，我將要描述這個(gè)設(shè)計(jì)方案的硬件部分，然后在下一篇博文中描述該方案的整體架構(gòu)。這個(gè)設(shè)計(jì)方案用到了Zynq SoC中的PS（處理器系統(tǒng)）和PL（可編程邏輯）。

在這個(gè)例子中，我選擇了去驅(qū)動(dòng)一個(gè)1米的NeoPixel LED條，LED密度是是每米30個(gè)NeoPixel。數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示可以用5V的電壓來驅(qū)動(dòng)NeoPixel陣列工作。但是，仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)最高的工作電壓只能在3.2V到3.4V之間，該電壓是用來驅(qū)動(dòng)藍(lán)色LED工作的。這樣，我們將要采用的MicroZed I/O載體卡輸出的3.3V電壓正好在這個(gè)范圍之內(nèi)。

MicroZed I/O載體卡有兩個(gè)板級(jí)電壓穩(wěn)壓器，在Zynq SoC上可以用來給I/O bank34和bank35供電（如果使用Zynq Z7020，還可以給bank13供電）。這兩個(gè)穩(wěn)壓器的輸出電壓可以在1.8V、2.5V和3.3V中選擇。跟bank35相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)壓器有一個(gè)比較高的額定電流（2.8A），而跟bank34相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)壓器的額定電流為2.3A。因?yàn)槲覀儗⒁?qū)動(dòng)的LED數(shù)量比較多，因此我將要采用與bank35相關(guān)的穩(wěn)壓器來給1米長(zhǎng)的NeoPixel陣列供電。

一個(gè)NeoPixel中，每一個(gè)獨(dú)立的LED需要的最大電流為20mA，而每個(gè)NeoPixel中有三個(gè)LED，因此每個(gè)RGB像素需要的電流為60mA。每米又有30個(gè)NeoPixel，所以在3.3V電壓供電情況下，需要的最大電流為1.8A，I/O載體卡提供的兩個(gè)額定電流都能滿足這個(gè)要求，但我們選擇那個(gè)具有高額定電流的穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)供電。

這意味著連接在NeoPixel陣列上的Pmod線端適配器插頭將要插在I/O載體卡的JE、JF、JG或者JH這四個(gè)PMOD連接器的其中一個(gè)上，因?yàn)檫@四個(gè)Pmod連接器是和bank35穩(wěn)壓器連接在一起的。下圖描繪了一個(gè)Pmod接口的引腳分配。

Pmod連接器的引腳

我使用的Digilent公司的PmodCON1線端適配器僅輸出電源、地和四個(gè)I/O信號(hào)，這些引腳足以用來驅(qū)動(dòng)NeoPixel陣列，因?yàn)檫@個(gè)陣列僅僅需要電源、電源回復(fù)和數(shù)據(jù)輸入引腳。

我們通過Din引腳來對(duì)一個(gè)像素的顏色進(jìn)行編程。每一個(gè)NeoPixel需要一個(gè)24-bit控制字，包括8位綠色、8位紅色和8位藍(lán)色，排列的順序見下圖：

24位數(shù)據(jù)的組成

NeoPixel沒有時(shí)鐘輸入，而采用一個(gè)獨(dú)特的自同步，不歸零碼的波形來表明位（bit）的值，見下圖：

NeoPixel位時(shí)鐘信號(hào)圖

通過波形周期和占空比的變化來表明這個(gè)位（bit）的值是1還是0，周期時(shí)間為：T0H = 0.35微秒, T0L = 0.8微秒, T1H = 0.7微秒, and T1L = 0.6微秒。所有時(shí)間值都有± 150納秒的容差。從這些時(shí)間來看，低（0）位（1.15微秒）和高（1）位（1.3微秒）相比，在周期上略有不同。在以后描述軟件驅(qū)動(dòng)的博文中，我們將詳細(xì)分析這個(gè)串行通信的機(jī)制。

在一個(gè)NeoPixel接收到所有24位數(shù)據(jù)字之后，如果在50微秒內(nèi)還沒有開始接收另外一個(gè)數(shù)據(jù)字，那么它就會(huì)把接收到的24位數(shù)據(jù)字加載到一個(gè)內(nèi)部寄存器中，并使用這個(gè)24位值來點(diǎn)亮它的三個(gè)LED。然而，如果在50微秒超時(shí)周期內(nèi)，這個(gè)NeoPixel又開始接收另一個(gè)24位數(shù)據(jù)字，那么它就把之前接收到的數(shù)據(jù)字傳送到它的Dout端口，而不是把數(shù)據(jù)字加載到內(nèi)部寄存器。這個(gè)機(jī)制可以讓你只使用一根串行信號(hào)線，通過一種非常簡(jiǎn)單的方式來控制很多像素。

在下一篇博文中，我將要介紹通過MicroZed I/O載體卡驅(qū)動(dòng)NeoPixel所需要的Zynq PS和PL的架構(gòu)。同時(shí)，為了激起你的興趣，這是已經(jīng)完成的方案所輸出的波形示例，分別代表輸出一個(gè)高（1）和低（0）位。

NeoPixel高位輸出

NeoPixel低位輸出

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