一、前言：
在FastBond第一阶段中使用Kicad进行PCB的设计，并在Scheme-it中绘制了框图和原理图。在第一阶段中PCB的排针的封装出现了错误，为了继续完善4x4RGB点阵屏，现在参加FastBond第二阶段，进行PCB修改、打板焊接以及程序的编写。
二、原理图与PCB设计：
原理图设计使用Kicad绘制，在第一阶段中原理图和PCB已经设计完成了，但是之后发现原理图中的排针封装错误，此次进行了修改完善。
本次设计使用的是常用的WS2812，将多个WS2812串联一起，DOUT接DIN。
WS2812通常使用DMA+PWM控制，本次采用RP2040制作的多功能硬件调试助手 “12指神探”对其进行控制，为了符合RP2040接口所以还放置了个2x6的排针插口。
“12指神探”，RP2040一款由Raspberry Pi基金会开发的微控制器芯片，于2021年初发布。它是由ARM Cortex-M0+内核驱动的双核处理器，主频为133MHz，具有良好的性能和低功耗特性。
以下是RP2040的主要特点和功能：
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双核处理器：RP2040采用ARM Cortex-M0+双核处理器架构，可以支持多线程操作和并发处理，提高系统的运行效率。
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丰富的外设接口：RP2040支持多种外设接口，如GPIO、UART、SPI、I2C等，可以与各种传感器、显示器、存储设备等进行连接和通信。
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多种开发工具和编程语言支持：RP2040支持多种开发工具和编程语言，如C/C++、MicroPython、CircuitPython等，提供便捷的开发环境和丰富的软件资源。
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开放源代码：RP2040的设计和开发过程基于开放源代码原则，可以为开发者提供更多的灵活性和定制化选项。
SGM6012：是一款 1.6MHz、恒定频率、电流模式、同步、降压开关稳压器。它可以在 2.5V 至 5.5V 输入电压范围内提供 800mA 负载电流，输出电压可低至 0.6V。SGM6012 还可以在 100% 占空比下运行以实现低压差操作，从而延长便携式系统的电池寿命。同步架构省去了外部肖特基二极管，实现了90%以上的电源转换效率。轻载时的低输出纹波电压、30μA 的静态电流和小于 1μA 的关断电流使 SGM6012 成为便携式应用的理想电源解决方案。原理图中SGM6012进行稳压，防止损坏SW2812。
MCP1826是一款集成电压稳压器，由Microchip Technology（美国微芯科技）开发和生产。它是一种低压差线性稳压器，适用于车载、工业和其他应用领域。MCP1826具有高工作效率、低静态电流和较低的输出压差特性。它能够提供具有精确稳定输出电压的稳定电源，在电源抖动和噪声环境下保持系统的稳定性。此外，MCP1826还具有短路保护、过温关断和过电压保护等安全功能，可以保护系统免受异常电压和电流的影响。MCP1826是一款高效、可靠的电压稳压器，适用于各种应用场景，帮助确保系统稳定运行。
使用kicad对PCB进行元器件的布局和布线，标注出主要信息，进行PCB打板焊接。
二、程序设计：
使用Thonny对十二指神探进行micropython编程。
from machine import Pin
import array, time
from machine import Pin
import rp2
# Configure the number of WS2812 LEDs.
NUM_LEDS = 16
PIN_NUM = 26
brightness = 0.2
@rp2.asm_pio(sideset_init=rp2.PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True, pull_thresh=24)
def ws2812():
T1 = 2
T2 = 5
T3 = 3
wrap_target()
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]
wrap()
# Create the StateMachine with the ws2812 program, outputting on pin
sm = rp2.StateMachine(0, ws2812, freq=8_000_000, sideset_base=Pin(PIN_NUM))
# 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)])
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def pixels_show():
dimmer_ar = array.array("I", [0 for _ in range(NUM_LEDS)])
for i,c in enumerate(ar):
r = int(((c >> 8) & 0xFF) * brightness)
g = int(((c >> 16) & 0xFF) * brightness)
b = int((c & 0xFF) * brightness)
dimmer_ar[i] = (g<<16) + (r<<8) + b
sm.put(dimmer_ar, 8)
time.sleep_ms(10)
def pixels_set(i, color):
ar[i] = (color[1]<<16) + (color[0]<<8) + color[2]
def pixels_fill(color):
for i in range(len(ar)):
pixels_set(i, color)
def color_chase(color, wait):
for i in range(NUM_LEDS):
pixels_set(i, color)
time.sleep(wait)
pixels_show()
time.sleep(0.2)
def wheel(pos):
# Input a value 0 to 255 to get a color value.
# The colours are a transition r - g - b - back to r.
if pos < 0 or pos > 255:
return (0, 0, 0)
if pos < 85:
return (255 - pos * 3, pos * 3, 0)
if pos < 170:
pos -= 85
return (0, 255 - pos * 3, pos * 3)
pos -= 170
return (pos * 3, 0, 255 - pos * 3)
def rainbow_cycle(wait):
for j in range(255):
for i in range(NUM_LEDS):
rc_index = (i * 256 // NUM_LEDS) + j
pixels_set(i, wheel(rc_index & 255))
pixels_show()
time.sleep(wait)
BLACK = (0, 0, 0)
RED = (255, 0, 0)
YELLOW = (255, 150, 0)
GREEN = (0, 255, 0)
CYAN = (0, 255, 255)
BLUE = (0, 0, 255)
PURPLE = (180, 0, 255)
WHITE = (255, 255, 255)
COLORS = (BLACK, RED, YELLOW, GREEN, CYAN, BLUE, PURPLE, WHITE)
while True:
LED=Pin(25,Pin.OUT)
LED.value(1)
for color in COLORS:
pixels_fill(color)
pixels_show()
time.sleep(1)
三、遇到的问题及解决方法：
1：在画PCB过程中排针插座的封装搞错了，要选择这个2.54mm的才能配合十二指神探的排针。
2：一开始灯板不亮，万用表测量发现WS2812两端没有电压，经过排查需要个SGM6012的RUN端置1，SGM6012才能正常工作，也就是程序控制部分要有这一段。
四、功能展示图：
五、总结：
感觉很好，历经磨难终于成功了，谢谢硬禾的这个活动。
Steven Kai
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