【ESP32 C++教程】Unit2-2 Ws2812灯珠

本小节主要介绍Ws2812灯珠的使用、对父类进行扩展实现自定义功能,和指针向下强制转换的使用。

RGB-LED条形灯是一种可变色彩的LED照明设备,它由多个三色LED串联组成,这些LED可以独立或同时发光,通过不同的亮度和颜色混合,创造出各种不同的色彩效果,WS2812RGB 灯珠串联组成只需要一个 IO 口就可以驱动。

本小节使用的模块

【ESP32 C++教程】Unit2-2 Ws2812灯珠


下面用几个示例来说明其使用方法

从 https://gitee.com/billyzh/esp32-cpp-lesson 下载本教程的源码到本地硬盘文件夹,如d:\esp32-cpp-lesson
在VSCode中,选择【文件】->【打开文件夹...】选择上一步保存的文件夹打开

示例一:灯珠的闪烁

选择config.h文件,修改第10行为
#define APP_LESSON22_A 1

打开unit2-lesson22a/board_config文件,启用Ws2812Led类
#define CONFIG_USE_LED_WS2812 1
和设置器件使用的引脚,
#define WS2812 _PIN GPIO_NUM_5

Arduino三方库的安装

Ws2812Led类依赖Arduino三方库Adafruit NeoPixel,需要通过Arduino IDE环境来安装,步骤如下图:

【ESP32 C++教程】Unit2-2 Ws2812灯珠

创建实例

创建Ws2812Led类实例,代码如下(unit2-lesson22a/my_board.cpp):

MyBoard::MyBoard() : Board() {
    Log::Info(TAG, "===== Create Board ...... =====");

    Log::Info(TAG, "initial led.");
    led_ = new Ws2812Led(WS2812_PIN, 10); 
    led_->SetColor(255, 0, 0); //设置默认显示红色
    
    Log::Info( TAG, "===== Board config completed. =====");
}

Ws2812Led类构造函数有2个参数,第1个参数为数据对应引脚,第2个参数是灯珠数量。
注意:如果串联的灯珠较多,可能需要单独供电。

LED闪烁

闪烁代码如下(unit2-lesson22a/my_application.cpp):

void MyApplication::OnLoop() {
    Led *led = Board::GetInstance().GetLed();
    led->TurnOn();
    delay(1000);
    led->TurnOff();
    delay(1000);
}

编译项目并上传开发板检验

在默认情况下,Ws2812Led类实现只对第一个灯珠进行操作,通过SetLightNo方法可以对指定的灯珠进行点亮,这个方法的原型如下:
void SetLightNo(const vector& light_set);
这里light_set就是指定要操作灯珠的编号集合,如{0,1,3}, {2,6}等。

在unit2-lesson21a/my_application文件中,把MyApplication::OnInit中的代码取消注释,就可以对所有灯珠进行操作了,代码如下:

void MyApplication::OnInit() {
    Ws2812Led* ws_led = (Ws2812Led *)Board::GetInstance().GetLed();
    std::vectorlight_set = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    ws_led->SetLightNo(light_set);
}

这里出现了一个在面向对象代码中的常见操作,即指针向下强制转换:
Ws2812Led* child_ptr = (Ws2812Led*)parent_ptr;
向下转换的目地是为了操作Ws2812Led类的特有方法或属性,此处是为了调用SetLightNo方法。

Ws2812Led类在实现Led类方法的基础上,增加了SetLightNo方法用于操作多个灯珠,这种扩展父类的方式在面向对象设计中是十分常见的,因为很难在公共父类里囊括所有的子类操作。
具体实现请查看src/framework/led/ws2812_led.h和ws2812_led.cpp文件中的代码。

关于指针向下/向上转换
在前面的例子中,我们都是用父类型指针来指向子类型实例,即指针向上转换,这种转换是安全的
而指针向下转换是有安全风险的,假如parent_ptr是一个指向RgbLed实例的指针,下面的转换:
Ws2812Led* child_ptr = (Ws2812Led*)parent_ptr
是可以编译通过的!
但在运行时若执行child_ptr->SetLightNo(...)方法,程序将崩溃!因为RgbLed类并没有这个方法
要避免上述问题,可以使用dynamic_cast来处理,调整如下:
Ws2812Led* child_ptr = dynamic_cast (parent_ptr);
if (child_ptr != nullptr) {
child_ptr->SetLightNo(...);
}

示例二:实现一个跑马灯

选择config.h文件,修改第10行为
#define APP_LESSON22_B 1

打开unit2-lesson22b/board_config文件,启用RgbLed类
#define CONFIG_USE_LED_WS2812 1
和设置器件使用的引脚,
#define WS2812 _PIN GPIO_NUM_5

跑马灯实现代码如下(unit2-lesson22b/my_application.cpp):

void MyApplication::OnLoop() {
    Ws2812Led* ws_led = (Ws2812Led *)Board::GetInstance().GetLed();

    for (uint8_t n = 0; nnum_pixels(); n++) {
        ws_led->SetLightNo({n}); // 每次只亮一个灯珠
        ws_led->TurnOn();
        delay(1000);
    }
}

在循环中只设置一个灯珠编号并点亮1秒钟,就可以形成跑马灯效果。
重复以上步骤。

编译项目并上传开发板检验

留2个作业,感兴趣的朋友可以完成下
1. 加入颜色变化,做出更加丰富的效果
2. 把跑马灯实现封装成Ws2812类的一个方法,在MyApplication中直接调用它。

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 标签: 创客 ESP32 WS2812

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串口

串行接口是一种可以将接收来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去,同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路,我们称为串行接口电路。

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