一、作者简介
作者：攻城狮晨哲
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二、项目简介
RGB LEDs_IO是一款为ART-PI开源硬件打造的全彩LED点阵扩展板，采用ART-PI标准PCB尺寸，可与ART-PI堆叠使用。
板载资源
- 板载128颗WS2812B-Mini-V3(商城编号：C114583)智能外控集成 LED 光源；
- 一个4位拨码开关(商城编号：C54950)用于切换ART-PI的控制管脚；
- 一个RTC备用CR1220-2卧式电池座（商城编号：C70381）；
- 两个卧式贴片XH2.54-3P（商城编号：C397433）的接插件用于级联。
- 两个2*20P-2.54直插排母（商城编号：C50982）
三、WS2812简介
WS2812B-Mini-V3是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。具有较小体积，其外型尺寸与一个3535LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。
数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后， 送到像素点内部的数据锁存器， 剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。
高达 2KHz 的端口扫描频率， 在高清摄像头的捕捉下都不会出现闪烁现象，非常适合高速移动产品的使用。
280μs以上的 RESET 时间，出现中断也不会引起误复位，可以支持更低频率,价格便宜的MCU。
LED具有低电压驱动、环保节能、亮度高、散射角度大、一致性好超、低功率及超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更加简便。
主要特点
- IC控制电路与LED点光源共用一个电源。
- 控制电路与RGB芯片集成在一个3535封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。
- 内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加。
- 内置上电复位和掉电复位电路。
- 每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。
- 端口扫描频率2KHz。
- 串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
- 当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点。
- 数据发送速度可达800Kbps。
- 光的颜色高度一致，性价比高。
- 具有电源反接不会损坏 。
- 外围不需要包含电容在内的所有任何电子元器件
机械尺寸
引脚图
引脚功能
| 序号 | 符号 | 管脚名 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | VDD | 电源 | 供电管脚 |
| 2 | DOUT | 数据输出 | 控制数据信号输出 |
| 3 | VSS | 地 | 信号接地和电源接地 |
| 4 | DIN | 数据输入 | 控制数据信号输入 |
最大额定值（如无特殊说明，T= 25℃，V= 0V）
| 参数 | 符号 | 范围 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 电源电压 | V | +3.7 ~ +5.3 | V |
| 逻辑输入电压 | V | -0.3V~VDD+0.7V | V |
电气参数**（如无特殊说明，T=25℃，V=5V,V=0V ）**
| 参数 | 符号 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 测试条件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 输入电流 | II | —— | —— | ±1 | μA | V=V/V |
| 高电平输入 | V | 2.7V | —— | VDD+0.7V | V | D，SET |
| 低电平输入 | V | -0.3V | —— | 0.7V | V | D，SET |
| LED寿命 | tled | 50000 | —— | —— | H | 测试电流：12mA 测试室温：室温（25℃±5℃） |
| ESD | —— | —— | 4 | —— | KV | HBM |
开关特性**（如无特殊说明，T=25℃，V=5V,V=0V ）**
| 参数 | 符号 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 测试条件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 传输延迟时间 | tPLZ | —— | —— | 300 | ns | CL=15pF, DIN→DOUT, RL=10KΩ |
| 下降时间 | t | —— | —— | 120 | μs | CL=300pF, OUTR/OUTG/OUTB |
| 输入电容 | C | —— | —— | 15 | pF | —— |
LED特性参数
| 参数 | 符号 | 颜色 | 静态电流<0.6A | 测试 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 条件（工作电流） | |||
| 发光强度 | IV | Red | 300 | 310 | 500 | mcd | 12mA |
| Green | 600 | 780 | 1000 | ||||
| Blue | 200 | 215 | 300 | ||||
| 波长 | λd | Red | 620 | 622 | 630 | nm | 12mA |
| Green | 515 | 518 | 525 | ||||
| Blue | 465 | 472 | 475 |
数据传输时间
| T0H | 0码，高电平时间 | 220ns ~ 380ns |
|---|---|---|
| T1H | 1码，高电平时间 | 580ns ~ 1μs |
| T0L | 0码，低电平时间 | 580ns ~ 1μs |
| T1L | 1码，高电平时间 | 580ns ~ 1μs |
| RES | 帧单位，低电平时间 | 280ns以上 |
时序波形图
四、板框设计
按照ART-PI官方给出的尺寸图在CAD软件中绘制出如下尺寸板框，该板框文件已导入立创EDA，点击下图可以获取该板框的PCB文件，这是一个标准尺寸的板框文件，用户可以在此基础上调整板框的尺寸，以满足项目需求。
五、电路设计
该项目的电路部分设计并不复杂，需要考究的部分就是ART-Pi用来控制WS2812的端口选择，为了更好的使用这个ART-PI，该扩展板设计成了可以选择端口的设计，通过一个4位的拨码开关，可以很方便的切换控制管脚(PC7/PI3/PH10/PH9)，同时为了更方便的使用ART-PI 以外板卡来控制该扩展板，设计了一个3P的接插件用于外接第三方板卡，端口切换电路如下图所示。
由于选择的WS2812外围不需要包含电容在内的所有任何电子元器件,因此在电路设计方面就显得非常简单了,LED阵列部分电路如下图所示。
在ART-PI板卡上，最有特色的就是两组2*20P的排母，
六、PCB设计
待更新》》》》
七、PCB打样
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八、扩展板测试
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九、程序设计
待更新》》》》
十、演示视频
待更新》》》》
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