一，系統架構
二，芯片介紹
1.管腳說明
2.數據傳輸時間
3.時序波形
4.數據傳輸方法
5.常用電路連接
三，代碼展示及說明
- 驅動模塊
在驅動模塊首先選擇使用狀態機，其中包括，空閑狀態，復位清空狀態，和讀數據狀態，其中空閑狀態是向fifo中寫入數據，復位清空狀態是清空ws2812b中的數據，讀數據狀態是講fifo中存的數據依次讀到ws2812b中，以這樣的流程來達到對ws2812b的控制，以下是我的驅動代碼：
/**************************************功能介紹***********************************
Date :
Author : WZY.
Version :
Description: 這是項目的邏輯狀態機模塊
*********************************************************************************///---------<模塊及端口聲名>------------------------------------------------------
module state( input wire clk ,input wire rst_n ,input wire [23:0] data_in ,input wire fifo_wr_vld,output reg ws2812b_io ,output wire ready
);
//---------<參數定義>--------------------------------------------------------- //狀態機參數定義parameter IDLE = 3'b001,//空閑狀態RST = 3'b010,//復位狀態DATA = 3'b100;//數據傳輸狀態 //---------<內部信號定義>-----------------------------------------------------reg [2:0] cstate ;//現態
reg [2:0] nstate ;//次態
wire idle2rst ;
wire rst2data ;
wire data2idle ;//fifoIP核參數定義
wire [23:0] fifo_wr_data;
wire [23:0] fifo_rd_data;
wire empty ;
wire full ;
wire fifo_rd_req ;
wire fifo_wr_req ;//復位參數定義
reg [14:0] cnt_rst ;
wire add_cnt_rst ;
wire end_cnt_rst ;//數據傳輸參數定義
reg [5:0] cnt_cyc ;
wire add_cnt_cyc ;
wire end_cnt_cyc ;reg [4:0] cnt_bit ;
wire add_cnt_bit ;
wire end_cnt_bit ;reg [5:0] cnt_num ;
wire add_cnt_num ;
wire end_cnt_num ;//****************************************************************
// 狀態機
//****************************************************************//第一段：時序邏輯描述狀態轉移
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincstate <= IDLE;end else begin cstate <= nstate;end
end//第二段：組合邏輯描述狀態轉移規律和狀態轉移條件
always @(*) begincase(cstate)IDLE : beginif (idle2rst) beginnstate = RST;endelse beginnstate = cstate;endendRST : beginif (rst2data) beginnstate = DATA;endelse beginnstate = cstate;endendDATA : beginif (data2idle) beginnstate = IDLE;endelse beginnstate = cstate;endenddefault : nstate = IDLE;endcase
end
assign idle2rst = cstate == IDLE && fifo_wr_vld;//當檢測到讀使能時由空閑狀態轉換到復位狀態
assign rst2data = cstate == RST && end_cnt_rst;//當復位完成后轉到數據輸入狀態
assign data2idle = cstate == DATA && end_cnt_num;//當數據輸入完成后返回空閑狀態
//第三段：描述輸出，時序邏輯或組合邏輯皆可//****************************************************************
// IP核FIFO讀取
//****************************************************************
fifo_test fifo_test_inst (.aclr ( ~rst_n ),.clock ( clk ),.data ( fifo_wr_data ),.rdreq ( fifo_rd_req ),.wrreq ( fifo_wr_req),.empty ( empty ),.full ( full ),.q ( fifo_rd_data ),.usedw ( )); assign fifo_wr_data = {data_in[15:8],data_in[23:16],data_in[7:0]} ;//RGB->GRB
assign fifo_wr_req = fifo_wr_vld&&~full;//當檢測到寫使能并且不為滿時拉高
assign fifo_rd_req = end_cnt_bit&& ~empty;//每次讀取計時到一個數據后并且不為空時讀出一個數據//****************************************************************
// 復位計時
//**************************************************************** always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_rst <= 15'd0;end else if(add_cnt_rst)begin if(end_cnt_rst)begin cnt_rst <= 15'd0;endelse begin cnt_rst <= cnt_rst + 1'b1;end end
end assign add_cnt_rst = cstate == RST;
assign end_cnt_rst = add_cnt_rst && cnt_rst == 400_000/20 - 1;//****************************************************************
// 數據傳輸計時
//****************************************************************always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_cyc <= 6'd0;end else if(add_cnt_cyc)begin if(end_cnt_cyc)begin cnt_cyc <= 6'd0;endelse begin cnt_cyc <= cnt_cyc + 1'b1;end end
end assign add_cnt_cyc = cstate == DATA;
assign end_cnt_cyc = add_cnt_cyc && cnt_cyc == 1200/20 - 1;always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_bit <= 5'd0;end else if(add_cnt_bit)begin if(end_cnt_bit)begin cnt_bit <= 5'd0;endelse begin cnt_bit <= cnt_bit + 1'b1;end end
end assign add_cnt_bit = end_cnt_cyc;
assign end_cnt_bit = add_cnt_bit && cnt_bit == 24-1;always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_num <= 6'd0;end else if(add_cnt_num)begin if(end_cnt_num)begin cnt_num <= 6'd0;endelse begin cnt_num <= cnt_num + 1'b1;end end
end assign add_cnt_num = end_cnt_bit;
assign end_cnt_num = add_cnt_num && cnt_num == 64-1;
//****************************************************************
// 用戶接口
//****************************************************************always @(posedge clk or negedge rst_n) begincase (cstate)IDLE : ws2812b_io = 0;RST : ws2812b_io = 0;DATA : beginif (fifo_rd_data[23-cnt_bit] == 1) beginws2812b_io = (cnt_cyc <30)?1:0;endelse beginws2812b_io = (cnt_cyc<15)?1:0;endenddefault: ws2812b_io = 0;endcase
end//****************************************************************
// ready控制
//****************************************************************
assign ready = cstate == IDLE;
endmodule
- 數據傳輸
接下來是數據選擇傳輸模塊，這個模塊同樣使用到了ip核以及狀態機，通過三個狀態，空閑狀態，讀數據狀態，以及延遲狀態，其中空閑狀態下，等待驅動模塊準備完成跳轉到讀數據狀態，在讀數據狀態下根據三個計數器即橫坐標，縱坐標還有偏移坐標來作為ROM的地址，依次向外讀出數據，同時驅動模塊向fifo中寫入數據，當讀取完64個數據后跳轉到等待狀態，延遲500ms后再次回到IDLE狀態并且偏移坐標+1，以此循環就可以達到動態顯示，下面是代碼展示：
/**************************************************************
@File : ws2812_control2.v
@Time : 2023/08/14 10:04:56
@Author : WangHaodong
@EditTool: VS Code
@Font : UTF-8
@Function: 顯示一張圖片
**************************************************************/
module ws2812_control(input clk ,input rst_n ,output [23:0] pix_data ,output pix_data_vld ,input ready //可以接收圖像數據了
);parameter IDLE = 0,DATA = 1,DELAY = 2;reg [2:0] state ;reg [5:0] cnt_x;wire add_x_cnt,end_x_cnt; reg [4:0] cnt_y;wire add_y_cnt,end_y_cnt; reg [24:0] cnt_delay ;wire add_cnt_delay ;wire end_cnt_delay ;reg [5:0] cnt_offset ;wire add_cnt_offset ;wire end_cnt_offset ;localparam RED = 24'hFF0000, //紅色ORANGE = 24'hFF8000, //橙色YELLOW = 24'hFFFF00, //黃色GREEN = 24'h00FF00, //綠色CYAN = 24'h00FFFF, //青色BLUE = 24'h0000FF, //藍色PURPPLE = 24'h8000FF, //紫色BLACK = 24'h000000, //黑色WHITE = 24'hFFFFFF, //白色GRAY = 24'hC0C0C0; //灰色
parameter MAX_500S = 24_999_999;wire rom_rd_req ;wire rom_rd_data_vld ;reg rom_rd_req_r1 ;reg rom_rd_req_r2 ;/**************************************************************狀態機
**************************************************************/always@(posedge clk or negedge rst_n)if(!rst_n)state <= IDLE;else case(state)IDLE : if(ready)state <=DATA;DATA : if(end_y_cnt)state <=DELAY;DELAY : if (end_cnt_delay) state <= IDLE;default : state <= IDLE;endcase
//****************************************************************
// 延時計數器
//****************************************************************always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_delay <= 'd0;end else if(add_cnt_delay)begin if(end_cnt_delay)begin cnt_delay <= 'd0;endelse begin cnt_delay <= cnt_delay + 1'b1;end endelse begincnt_delay <= 0;end
end assign add_cnt_delay = state == DELAY;
assign end_cnt_delay = add_cnt_delay && cnt_delay == MAX_500S;/**************************************************************圖像數據個數計數器
**************************************************************/
//橫坐標always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) cnt_x <= 'd0; else if(add_x_cnt) begin if(end_x_cnt) cnt_x <= 'd0; else cnt_x <= cnt_x + 1'b1; end assign add_x_cnt = state == DATA;assign end_x_cnt = add_x_cnt && cnt_x == 8 - 1;//縱坐標always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) cnt_y <= 'd0; else if(add_y_cnt) begin if(end_y_cnt) cnt_y <= 'd0; else cnt_y <= cnt_y + 1'b1; end assign add_y_cnt = end_x_cnt;assign end_y_cnt = add_y_cnt && cnt_y == 8 - 1;//偏移量 always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begincnt_offset <= 'd0;end else if(add_cnt_offset)begin if(end_cnt_offset)begin cnt_offset <= 'd0;endelse begin cnt_offset <= cnt_offset + 1'b1;end endend assign add_cnt_offset = end_cnt_delay;assign end_cnt_offset = add_cnt_offset && cnt_offset == 31;wire[4:0] num_x;assign num_x = (cnt_x+cnt_offset)%32;//避免超出32的坐標限制//存放了一張圖片rom rom_inst (.aclr ( ~rst_n ),.address ( cnt_y*32+num_x ),.clock ( clk ),.rden (rom_rd_req),.q (pix_data));assign rom_rd_req = state == DATA;always@(posedge clk or negedge rst_n)if(!rst_n) beginrom_rd_req_r1 <= 0;rom_rd_req_r2 <= 0;endelse beginrom_rd_req_r1 <= rom_rd_req;rom_rd_req_r2 <= rom_rd_req_r1;endassign rom_rd_data_vld = rom_rd_req_r2;assign pix_data_vld = rom_rd_data_vld;//打兩拍使得讀出數據和fifo中寫入數據同步endmodule3.仿真演示
仿真代碼：
`timescale 1ns/1nsmodule state_tb();//激勵信號定義 reg clk ;reg rst_n ;
//輸出信號定義 wire ws2812b_io ;//時鐘周期參數定義 parameter CYCLE = 20; defparam top_inst.ws2812_control_inst.MAX_500S = 10*CYCLE; //模塊例化top top_inst(.clk (clk),.rst_n (rst_n),.ws2812b_io (ws2812b_io)
); //產生時鐘initial clk = 1'b1;always #(CYCLE/2) clk = ~ clk;//產生激勵initial begin rst_n = 1'b1;#(CYCLE*2);rst_n = 1'b0;#(CYCLE*20);rst_n = 1'b1;#(CYCLE*1000000);$stop;endendmodule
仿真結果展示：
